纳米技术083002

强度比常规铜高5倍纳米铜
用纳米材料制成的用品具有很多奇特的性质。例如， 纳米铜具有超塑延展性，在室温下可拉长50多倍而不 出现裂纹。最近，法国国家科研中心研究人员发现， 平均体积仅为80纳米的铜纳米结晶体机械特性惊人， 强度不仅比普通铜高5倍，且形变非常均匀，没有明显 的区域性变窄现象。这是科学家首次观察到物质如此 完美的弹塑性行为。铜纳米晶体的这种机械特性为制 造常温下的弹性物质开辟了光明前景。
中科院化学所的科技人员利用纳米技术 在石墨表面通过搬迁碳原子绘制出世界 上最小的中国地图
移动氙原子
1990年4月，美国IBM公司的 两位科学家在用STM观测金 属镍表面的氙原子时，由探 针和氙原子的运动受到启示， 尝试用STM针尖移动吸附在 金属镍表面上的氙原子，得 到下图所示的情况。并在液 氦的低温下，将35个氙（Xe） 原子在镍（Ni）表面上移动 排列出5个原子高的“IBM” 的构图。
DNA开关
图示
科学家幻想的人体中血红细胞和人造细胞在一起 的情景。体内某些缺氧的部分会感到疲劳，红血 球的重要功能之一是向身体各部分输送氧分子 。 蓝色小球称为呼吸者，它们具有比红血球携带氧 分子多数百倍的功能，且本身装有纳米计算机、 纳米泵，可以根据需要将氧释放，同时将无用的 二氧化碳带走。
天梯——碳纳米管绳梯
建设天梯（20世纪90年代提出）：同步卫星放 下由碳纳米管制作的绳缆到地球，升降机将沿 着绳缆爬上爬下。
一、纳米与纳米技术
集成电路
一块用来制作大规模集成电路的芯片， 上面有许多的沟槽，这张图片能够清晰 的显示出沟槽的深浅和走向。
CPU
SRAM
激光唱片 肉眼看激光唱片(Compact Disk, CD)，表 面十分光滑。从微观上看，光盘上面有 凹凸不平的凹痕和突起。
图示
纳米机器人在清理血管中 的有害堆积物。纳米机器 人小到可在人的血管中自 由地游动，对于脑血栓、 动脉硬化等病灶，可以很 容易地予以清理而不用进 行危险的开颅、开胸手术。
钠米存储器 由碳纳米管制作的纳米齿轮模型。齿 轮上的原子清晰可见。碳纳米管的强 度高、重量轻，用它做成太空升降机 的缆绳，即使缆绳的长度是从太空下 垂到地面的距离，它也完全可以经得 住自身的重量。
宾尼希于 1978 年进入 IBM 公司苏 黎士研究实验室(Zurich Research Laboratory) 的一个物理研究组。1985～1986 年 就职于 IBM 公司在加州圣荷西市 的 Almaden 研究中心。1987 年被 提名为 IBM 公司的杰出研究人员 （IBM Fellow），目前仍任 IBM 苏 黎士研究实验室的研究员。
纳米技术
引言
引言
天梯——碳纳米管绳梯
傲立宇宙间， 顶天立地的 “第二巴别塔” ——太空电梯 横空出世 ， 莽昆仑， 阅尽人间春色。
天梯——碳纳米管绳梯
古人幻想，顺着天梯就可以上天。认为沿 着昆仑山顶峰上的大树向上爬，爬到树顶 就能进入天庭，这棵树就是上天的天梯。
1982年科普作家朱毅麟认为天梯的高 度至少是天上的地球同步卫星那么高。 从地面修造天梯达到几万千米高的卫 星，底部必须是直径358千米粗的柱 子，才能支撑得住，不被自己的重量 压弯。
2002年纳米操纵成像获重大突破
2002年第一期国际纳米界权威杂志《纳米通讯》采用了三个 “笔迹”稍有歪扭的“DNA”字母虚拟画面做封面。这一成果由 中科院上海原子核研究所、交通大学胡钧、李民乾两位研究员 领衔的课题组与德国莎莱大学科学家合作取得。 通过纳米操纵技术，用单个DNA分子长链书写；每个字母长仅 300nm、宽200nm 应用原子力显微镜等纳米显微术，将单个DNA链完整地拉直， 再对分子链进行切割、弯曲、修剪，终于“写”出“DNA”三个 字母
三、微型机器人
1976年，德雷克斯勒看到了遗传工程的书，萌发了制 造微型机器人去控制DNA的念头 。 我国留学生冯龙生等在美国制成宽度不到1毫米的静 电马达； 日本丰田公司造了一辆只有62毫克，米粒大小的微型 汽车。 德国物理学家埃费尔德研制了一架直升飞机，重量不 到半克，能升到130毫米的空中。 美国波士顿大学的化学家T.Ross Kelly，制备出世界 上最小的分子马达，该分子马达由78个原子构成。
纳米技术存储器
上图：Millipede - 第一个应用于数据存储的纳米技术 下图：Millipede存储芯片的实验室原型。
激光技术加工合成树脂 日本科学家 使用激光技 术，用合成 树脂制成了 迄今为止世 界上最小的 牛。
1．纳米 - 1米的十亿分之一
纳米（nanometer）——长度单位
移动硅原子
美国IBM公司的科学家将STM的针尖放 到选择的硅原子表面，加一电压脉冲， 可以把硅原子移走，然后把移走的硅原 子放回来，得到一系列的图象。 中科院北京真空物理实验室的科研人员 通过STM在硅单晶表面上直接提取硅原 子，形成平均宽度为2纳米（3至4个硅 原子）的线条。
移动硫原子
纳米操纵技术
百度文库
纳米级微加工后的表面
应用隧道效应，用STM可以人为操作表面
利用计算机控制STM的针尖作有规律的移动， 在某些部位加大隧道电流的强度或使针尖顶 端直接接触到样品的表面，在某些样品如石 墨的平坦表面上刻出有规律的痕迹，形成某 些有意义的图形和文字 中科院化学所用自制的扫描隧道显微镜，在 石墨晶体表面刻写出一幅中国地图，并写出 “中国”两个字。两幅图像和文字的线条宽 度只有10纳米。
二、纳米材料的奇异特性
各种纳米材料的特性
莲花叶子表面 的自我洁净 莲花叶面表面的结构 与粗糙度为微米至纳 米尺寸的大小。当远 大于该结构的灰尘、 雨水等降落在叶面上 时，只能和叶面上凸 状物形成点的接触。 液滴在自身的表面张 力作用下形成球状， 在滚动中吸附灰尘， 并滚出叶面。
鹅毛和鸭毛的排 列非常整齐，毛 与毛之间的隙缝 小到纳米尺寸， 所以水分子无法 穿透层层的鹅毛 和鸭毛。鹅与鸭 得以在水中保持 身体的干燥。这 种结构还极其通 气。
4. 纳米技术的实现与发展
放大倍率达千万倍的扫描隧道显微镜（STM） 发明后，纳米技术真正成为一门科学技术。
从20世纪90年代初起，纳米科技得到迅速发 展，像纳米电子学、纳米材料学、纳米机械 学、纳米生物学等新名词、新概念不断涌现。
专家预测：未来全球技术发展的9大关键技术 之一就是纳米科技的研究与应用。
而后，又成功地移动铁 原子写成了两个汉字 “原子”。
铁 原 子 的 移 动 过 程
移动一氧化碳分子
1991年2月IBM公司用STM 针尖移动吸附在金属铂表 面的一氧化碳分子，描绘 出“一氧化碳人”，其身 高为5纳米。
铁基FeCO分子形成过程
一个铁原子(Fe)与一个一氧化碳( CO )分 子结合成一个铁基分子( FeCO )的过程 如图所示

画家笔下的一种纳米仿生术机器人。这种称为游 荡者的纳米仿生物可以为人体传送药物，进行细 胞修复等工作。
四、未来的理想超级纤维 ──碳纳米管
1 碳60和巴基球
1985年，美国科学家克劳特和斯莫利等用激光束去 轰击石墨表面，发现了C60。 C60的外形像足球，中心是空的，外边围砌着60个 碳原子，它们组成了12个五边形和20个正六边形。 碳60有一个别名：巴基球。一个巴基球的直径是 0.7纳米。 巴基球可以做得更大，再增加10个碳原子，还可以 做成碳70。如果用9×60个碳原子制成碳540，有可 能在室温条件下实现超导！
5．扫描隧道显微镜(STM)
1981年，美国IBM公司在瑞士苏黎世的 实验室里，物理学家葛· 宾尼(G.Binnig) 和罗· 海雷尔(H.Rohrer)发明了新式显微 镜，称为“扫描隧道显微镜 (Scanning Tunneling Microscope) ”，简称STM 。 应用这台显微镜人们可以 看到原子大小的东西。
罗雷尔博士（Heinrich Rohrer）
罗雷尔于1960 年完成博士后研究， 随即加入 IBM 新成立的苏黎士研究 实验室（Zurich ResearchLaboratory）， 从事 Kondo 材料、反铁磁体 （antiferromagnets）及其它方面的研 究，接着把研究重心转向扫瞄式穿 隧显微镜。1986 年被提名为 IBM 公司的杰出研究人员（IBM Fellow）， 并且在 1986～1988 年间担任 IBM 公司苏黎士研究实验室的物理科学 部门经理。 1997 年 7 月从 IBM 公 司退休。
STM的出现，使人类第一次能够实时地 观察单个原子物质表面的排列状态和与 表面电子行为有关的物理、化学性质， 被国际公认为20世纪80年代世界十大科 技成就之一。
宾尼希博士(Gerd K. Binnig)和罗雷 尔博士(Heinrich Rohrer)由于扫瞄隧 道显微镜(ScanningTunneling Microscopy) 的发明，共同获得 1986 年诺贝尔物理奖。
nano是十亿分之一的意思 1纳米是1米的十亿分之一，记作nm
1 nm = 1 × 10-9 m
1纳米：10个氢原子一个挨一个排成一列 20纳米：1根头发丝的三千分之一
2. 纳米技术(Nanotechnology)
诞生：20世纪80年代随着新型显微 镜(STM)的出现，人们能看清1纳 米大小的物质，于是出现了纳米技 术即毫微米技术。
纳米结构： 指尺寸在100纳米以下 的微小结构。 纳米技术是指在纳米尺度（100纳 米到0.1纳米）的范围内研究物质所 具有的特异现象和特异功能，通过 直接操纵和安排原子、分子来创造 新物质材料的技术。
3. 纳米技术概念的提出
提出纳米技术 概念的科学家 费曼 （1918~ 1988） R.P.Feynman
不用洗涤剂的纳米服装
2002年，一批高科技服装面料从实验室走上 了展台：不用洗涤剂也能清洁的衣物、可用 做防水地图的仿真丝面料等令人耳目一新
具有易洁纳米涂层的陶瓷
摔不碎的纳米陶瓷
纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳 米数量级（1～100nm）尺寸的亚稳态中间物质。 随着粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结 构发生变化，产生了块状材料所不具有的特殊 的效应。
1991年6月初，日本日立 中心研究室的科技人员利 用STM从二硫化钼晶体表 面上把硫原子有规律的轰 击出来，留下的空位组成 了英文“PEACE91”的字 样，并附有日立中心实验 室的字头缩写。
PEACE ’91
HCRL
移动铁原子
1993年美国科学家在低 温下，用STM针尖将48 个铁原子排成一个圆环， 并且直接观察到了电子 驻波的图形
40年前，诺贝尔物理奖得主、量子物理学家费曼所 作的题为《底部还有很大空间》的演讲，被公认 为是纳米技术思想的来源
人物介绍——费曼
很多物理学家把费曼称为“新的”物理学之 父，可见他对物理学的贡献之大，而爱因斯 坦是“早先的”物理学之父。 1965年，费曼和朱利安· 薛温格、朝永振一郎 共同获得了诺贝尔物理奖。主要贡献在于对 量子电动力学的理解。该学科研究光和带电 粒子之间的相互作用，特别是光和电子之间 的相互作用。他在弱核反应和超导研究方面 也作出巨大的贡献。
微型机器人
纳米轴承
仿甲虫外形制造的微型机器人
微型机器人
纳米机器人
“纳米机器人”的研制是根据分子水平的生物学原理 为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功 能分子器件”。
第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体
可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗。还可进行人 体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的ＤＮ Ａ，把正常的ＤＮＡ安装在基因中，使机体正常运行。 第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能 的纳米尺度的分子装置 第三代纳米机器人是包含纳米计算机，可以进行人机对话的 装置。一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
我国的纳米先锋
自20世纪80年代中期以 来，纳米科学和纳米技 术越来越受到重视。 为期十年的“纳米科学 攀登计划”和一系列先 进材料的研究计划是核 心活动。已投入经费约 数千万元人民币。 有实力的领域是纳米探 针和运用纳米管的生产 工艺的开发方面。
中科院纳米科技项目 首席科学家白春礼院士