A. 有关纳米技术的资料
纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以1到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:
纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
美国
美国国家科学委员会(National Science Board)于西元2003年底批准"国家纳米科技基础结构网络计划"(National Science Board Approves Award for a National Nanotechnology Infrastructure Network,简称NNIN),将由美国13所大学共同建构支持全国纳米科技与教育的网络体系。该计划为期5年,于公元2004年一月开始执行,将提供整体性的全国性使用技能以支持纳米尺度科学工程与技术的研究与教育工作。预估5年间至少投资700亿美元的研究经费。计划目的不仅在提供美国研究人员顶尖的实验仪器与设备,并能训练出一批专精于最先进纳米科技的研究人员。
1.美国发展最新纳米细胞制造技术
纳米技术可制造出粒子小于人类血管大小的物体,美国国家标准与科技协会(NIST)指出已研究出一种生产一致的,且能够自行组合的纳米细胞(Nanocells)的方法,以应用在封装压缩药物的治疗工作上。这种技术当前可被运用在药物的包装技术上,可以更精确地确保药物的用量,未来将运用在癌症化学治疗的相关技术上作更进一步的研究。
纳米计划是公元2005年联邦跨部会研发预算的主轴,达9.8亿美元。
2.DNA检测芯片的进展
公元2004年一月,美国HP正式对外发表其用来快速进行DNA检测的纳米级芯片。2004年在DNA检测上采以光学原理为基础的"基因微芯片法"(DNA microarrays)繁复的检测步骤,HP团队改由将此繁复步骤交由电路芯片处理;制作上,DNA检测芯片的传感元件是一条利用电子束蚀刻法(electron-beam lithography)与反应性离子蚀刻法(reactive-ion etching)所制成粗细约50纳米的纳米线。然就商业上考量,成果却过于高昂,因此研究团队正发展利用较便宜的光学蚀刻法(optical lithography)以制成DNA检测芯片元件的技术。
3.地下水污染改善之研究
地下水污染是现代被广泛讨论的一项重大议题,现代,美国发表了一种纳米微粒(nanoparticles)技术,在此微粒中心为铁芯(iron)而其外则由多层聚合物加以包覆,其中,内层是由防水性极佳的复合甲基丙烯酸甲脂(poly methl methacrylate;PMMA)包覆,而外层则由亲水的sulphonated polystyrene进行包覆。由于亲水性外层使纳米微粒溶于水,内层防水层则能吸引污染源三氯乙烯(trichloroethylene)。纳米微粒中的铁芯使得三氯乙烯产生分裂,进而使得此项污染源逐渐分裂成无毒的物质。
4.启动癌症纳米科技计划
为广泛将纳米科技、癌症研究与分子生物医学相互结合,美国国家癌症中心(NCI)提出了癌症纳米科技计划(Cancer Nanotechnology Plan),并将透过院外计划、院内计划与纳米科技标准实验室等三方面进行跨领域工作。计划设定了六个挑战:
预防与控制癌症:发展能投递抗癌药物及多重抗癌疫苗的纳米级设备。
早期发现与蛋白质学:发展植入式早期侦测癌症生物标记的设备,并发展能收集大量生物标记进行大量分析的平台性装置。
影像诊断:发展可提高分辨率到可辨识单独癌细胞的影像装置,以及将一个肿瘤内部不同组织来源的细胞加以区分的纳米装置。
多功能治疗设备:开发兼具诊断与治疗的纳米装置。
癌症照护与生活品质提升:开发改善慢性癌症所引发的疼痛、沮丧、恶心等症状,并提供理想性投药装置。
跨领域训练:训练熟悉癌症生物学与纳米科技的新一代研究人员。
欧盟
B. 什么是纳米技术
纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物,纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。
纳米科学与技术,有时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。 1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世 利用纳米技术将氙原子排成IBM
界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
编辑本段概念分类
从迄今为止的研究来看,关于纳米技术分为三种概念: 第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发,成为纳米生物技术的重要内容。
编辑本段技术概述
1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学,促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性,神奇性和广泛性,吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力拼搏。 纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造,测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。
编辑本段发展历史
纳米技术的灵感,来自于已故物理学家理乍得·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。” 1990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排,纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。这证明范曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。目前,制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。 理乍得·费曼
着名物理学家、诺贝尔奖获得者理乍得· 费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想; 70年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想,1974年,科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工; 1982年,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用; 1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生; 1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等; 1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“ 中国”二字,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地; 1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机; 1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录; 到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元; 近年来,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。
编辑本段技术内容
纳米技术包含下列四个主要方面: 1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。 如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。 过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。 这一特性,主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。 ⒉、纳米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。 理论上讲:可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。 3、纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。 纳米生物学发展到一定技术时,可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,注入人体内,可以用于定向杀癌细胞。(上面是老钱加注) 4、纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。
编辑本段研究应用
当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料。 1、纳米是一种几何尺寸的度量单位,1纳米=百万分之一毫米。 2、纳米技术带动了技术革命。 3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管,“饿死”癌细胞。 4、如果在卫星上用纳米集成器件,卫星将更小,更容易发射。 5、纳米技术是多科学综合,有些目标需要长时间的努力才会实现。 6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流,它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。
编辑本段测量技术
纳米级测量技术包括:纳米级精度的尺寸和位移的测量,纳米级表面形貌的测量。纳米级测量技术主要有两个发展方向。 一是光干涉测量技术,它是利用光的干涉条纹来提高测量的分辩率,其测量方法有:双频激光干涉测量法、光外差干涉测量法、X射线干涉测量法、F一P标准工具测量法等,可用于长度和位移的精确测量,也可用于表面显微形貌的测量。 二是扫描探针显微测量技术(STM),其基本原理是基于量子力学的隧道效应,它的原理是用极尖的探针(或类似的方法)对被测表面进行扫描(探针和被测表面实际并不接触),借助纳米级的三维位移定位控制系统测出该表面的三维微观立体形貌。主要用于测量表面的微观形貌和尺寸。 用这原理的测量方法有:扫描隧道显微镜(STM)、原子显徽镜(AFM)等。
编辑本段衰层物理力学性能的检测
各种材料的极薄表层的物理、化学、力学性能和材料内部的性能常有很大差异。而正是这极薄的表面材料在康擦磨损、物理、化学、机械行为中起着主导作用。反映在现在“信 原子力显微镜——纳米测量技术
息时代”的新型“智能型”材料的出现,如计算机磁盘、光盘等,要求表层小但有优良的电、磁、光性能,而且要求有良好的润滑性、摩擦小、耐磨损、抗化学腐蚀、组织稳定和优良的力学性能。因此,世界各国都非常重视材料的纳米级表层的物理、化学、机械性能及其检测方法的研究。纳米级表层物理力学性能的检测方法主要是表层微力学探针检侧法,它是用纳米压痕的原理检测其力学性能的.其基本原理是利用金刚石针尖用极小的力在试件表面压出纳米级或微米级压痕,根据压痕的大小测出试件表层的显徽力学性能,即连续记录探针针尖加载逐步压人和卸载逐步退出试件表层的全过程的压痕深度变化。因其中包含试件表层的弹性交形,塑性变形、姗变、变形速率等多种信息,通过这些信息测出表层材料的多项力学性能。
编辑本段加工技术
纳米级加工的含意是达到纳米级精度的加工技术。 由于原于间的距离为0.1一0.3nm,纳米加工的实质就是要切断原子间的结合,实现原子或分子的去除,切断原子间结合所孺要的能量,必然要求超过该物质的原子间结合能,即所播的能t密度是很大的。用传统的切削、磨削加工方法进行纳米级加工就相当困难了。近年来纳米加工有了很大的突破,如电子束光刻(UGA技术)加工超大规模集成电路时,可实现0.1μm线宽的加工:离子刻蚀可实现微米级和纳米级表层材料的去除:扫描隧道显徽技术可实现单个原子的去除、扭迁、增添和原子的重组。
编辑本段粒子制备
纳米粒子的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。
物理方法
应用纳米技术制成的服装 真空冷授法:用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、位度可控,但技术设备要求高。 纳米技术应用——计算机磁盘
物理粉碎法:透过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产晶纯度低,顺粒分布不均匀。 机械球磨法:采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。
化学方法
气相沉积法:利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。 沉淀法:把沉淀剂加人到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料.其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备载化物。 应用纳米技术制成的服装
水热合成法:高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、拉度易控制。 溶胶凝胶法:金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低沮热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和11一VI族化合物的制 备。 徽乳液法:两:互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在徽泡中经成核,聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和接口性好,11一VI族半导体纳米粒子多用此法制备。
编辑本段材料合成
自1991年Gleiter等人率先制得纳米材料以来,经过10年的发展纳米材料有了长足的进步。如今纳米材料种类较多,按其材质分有:金属材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料、纳米复合材料、纳米聚合材料等等。纳米材料是超徽粒材料,被称为“21世纪新材料”,具有许多特异性能。 例如用纳米级金属微粉烧结成的材料,强度和硬度大大高于原来的金属,纳米金属居然由导电体变成绝缘体。一般的陶瓷强度低并且很脆。但纳米级微粉烧结成的陶瓷不但强度高并且有良好的韧性。纳米材料的熔点会随超细粉的直径的减小而降低。例如金的熔点为1064℃,但10nm的金粉熔点降低到940℃,snm的金粉熔点降低到830℃,因而烧结温度可以大大降低。纳米陶瓷的烧结温度大大低于原来的陶瓷。纳米级的催化剂加入汽油中。可提高内燃机的效率。 加人固体燃料可使火箭的速度加快。药物制成纳米微粉。可以注射到血管内顺利进入微血管。
编辑本段纳米生物学
纳米生物学是以纳米尺度研究细胞内部各种细胞器的结构和功能。研究细胞内部,细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。纳米生物学的研究集中在下列方面。
遗传物质DNA的研究
这方面的研究在形貌观察、特性研究和基因改造三个方面有不少进展。
脑功能的研究
工作目标是弄清人类的记忆、思维,语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理功能。
仿生学的研究
这是纳米生物学的热门研究内容。近年取得不少成果。是纳米技术中有希望获得突破性巨大成果的部分。 世界上最小的马达是一种生物马达—鞭毛马达。能象螺旋桨那样旋转驱动鞭毛旋转 纳米陶瓷
。该马达通常由10种以上的蛋白质群体组成,其构造如同人工马达。由相当的定子、转子、轴承、万向接头等组成。它的直径只有3onm,转速可以高达15r/min,可在1μs内进行右转或左转的相互切换。利用外部电场可实现加速或减速。转动的动力源,是细菌内支撑马达的薄膜内外的氮氧离子浓度差。实验证明。细菌体内外的电位差也可驱动鞭毛马达。现在人们正在探索设计一种能用电位差驭动的人工鞭毛马达驱动器。 日本三菱公司已开发出一种能模拟人眼处理视觉形象功能的视网膜芯片。该芯片以砷化稼半导体作为片基。每个芯片内含4096个传感元。可望进一步用于机器人。 有人提出制作类似环和杆那样的分子机械。把它们装配起来构成计算机的线路单元,单元尺寸仅Inm,可组装成超小型计算机,仅有数微米大小,就能达到现在常用计算机的同等性能。 在纳米结构自组装复杂徽型机电系统制造中,很大的难题是系统中各部件的组装。系统愈先进、愈复杂,组装的问题也愈难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构。它们的生成、组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理,人类对自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。
编辑本段组装技术
由于在纳米尺度下刻蚀技术已达到极限,组装技术将成为纳米科技的重要手段,受到人们很大的重视。 纳米组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法,把原子、分子或者分子聚集体进行组装,形成有功能的结构单元。组装技术包括分子有序组装技术,扫描探针原子、分子搬迁技术以及生物组装技术。分子有序组装是通过分子之间的物理或化学相互作用,形成有序的二维或三维分子体系。近年来,分子有序组装技术及其应用研究方面取得的最新进展主要是LB膜研究及有关特性的发现。生物大分子走向识别组装。蛋白质、核酸等生物活性大分子的组装要求商密度定取向,这对于制备高性能生物微感膜、发展生物分子器件,以及研究生物大分子之间相互作用是十分重要的。在进行lgG归生物大分子的组装过程中,首次利用抗体活性片断的识别功能进行活性生物大分子的组装。这一重要的进展使得生物分子的定向组装产生了新的突破。 除以上几种组装外,在长链聚合物分子上的有序组装、桥连自组装技术、有序分子薄膜的应用研究等技术也有进展。采用纳米加工技术还可以对材料进行原子量级加工,使加工技术进人一个更加徽细的深度。纳米结构自组装技术的发展,将会使纳米机械、纳米机电系统和纳米生物学产生突破性的飞跃。 中国在纳米领域的科学发现和产业化研究有一定的优势,目前同美、日、德等国位于国际第一梯队的前列。虽然现在中国己经建立了一定数量的纳米材料生产基地,纳米技术的开发应用也已经兴起,并初步实现了产业化。纳米要实现大规模、低成本的产业化生产,还有许多的工作要做,只有依赖大量的资金和高科技投人才能换取高额的利润回报。
C. 生活中哪些是纳米技术
1、衣:在纺织和化纤制品中添加纳米微粒,可以除味杀菌。化纤布虽然结实,但有烦人的静电现象,加入少量金属纳米微粒就可消除静电现象。
2、食:利用纳米材料,冰箱可以抗菌。纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经面世。利用纳米粉末,可以使废水彻底变清水,完全达到饮用标准。纳米食品色香味俱全,还有益健康。
3、住:纳米技术的运用,使墙面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦洗。含有纳米微粒的建筑材料,还可以吸收对人体有害的紫外线。
4、行:纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的理想材料,能大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米卫星可以随时向驾驶人员提供交通信息,帮助其安全驾驶。
5、医:利用纳米技术制成的微型药物输送器,可携带一定剂量的药物,在体外电磁信号的引导下准确到达病灶部位,有效地起到治疗作用,并减轻药物的不良的反映。用纳米制造成的微型机器人,其体积小于红细胞,通过向病人血管中注射,能疏通脑血管的血栓。清除心脏动脉的脂肪和沉淀物,还可“嚼碎”泌尿系统的结石等。纳米技术将是健康生活的好帮手。
6、纳米技术应用前景十分广阔,经济效益十分巨大,美国权威机构预测,2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元,纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性,纳米功能涂层材料的设计和应用,将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出,纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域,将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个,建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产,象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆,不仅耐洗刷的性能提高了十几倍,而且无毒无害无异味。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。
D. 纳米技术正式诞生的标志是什么
在高新技术中,纳米技术、生物技术和信息技术对化学工业发展有着深远的影响,对于材料科学而言,当首推纳米技术。它不仅能推动化学反应、催化和许多单元操作的突破性的改进,而且提供了纳米多孔材料、纳米粒子、纳米复合材料、纳米传感器等新型材料以及化学机械抛光、药物可控释放、独特的去污作用等功能应用,为化工新材料发展及其应用开辟了广阔的前景。纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景,现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在<100nm的水平上合成、处理和表征物质,这是一个涉及多门学科的广阔领域,它包含有:纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术 (nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem),如纳米电子机械系统NEMS和分子机械(m01ecular machine)等。而纳米技术在化学工业中的应用,主要是新型催化剂、涂料、润滑剂,过滤技术以及一些最终产品,诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。一、化学反应和催化方面应用化学工业及其相关工业,特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史,纳米多孔结构新型催化剂的发展,为许多化学合成工艺的创新提供了机会,或者使化学反应能在较温和条件下进行,大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料,作为柴油代用品,而现用的方法比较昂贵。纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高,同时,负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响,如果也由具有纳米结构材料组成,就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质,可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下,用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题,可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联,将交联的纳米粒子用作催化剂载体。在能源工业中,Shenhua集团公司、Hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设,采用了纳米催化剂,取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油,在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域,当前工业样品应用的是铂催化剂,约2nm宽。二、过滤和分离方面应用在过滤工业中,纳米过滤(简称纳滤,nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中,包括药物和酶的提纯,油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺,因而可以降低成本。法国于2000年在Generale des EaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置,所用聚合物膜其孔径略<lnm。与传统净化工艺相LL,虽然电能消耗较高,但带来一些其它的好处,如不需要用氯。由于可以精确地控制孔径,所以具有可观的近期应用前景。美国Pacific Northwest国家试验室已经创制一类称之为SAMMS结构,为在介孔载体上自组装的单层结构,含有规整的1-50nm的圆柱形孔,孔上用自组装方法涂上活性基团单层,可用于不同领域。已经利用SAMMS成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性,如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统,可以过滤病毒、砷和其它污染物。 一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统,而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜,由于纳米管与气体分子间互不作用,可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2,或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一代发电厂、煤液化工厂或气体液化厂。由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。三、复合材料方面应用在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度,降低材料的重量,提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力,而且还可赋于材料一些新的性能,诸如导电性,在光照和其他幅照下改变其反应性能等。以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远,它的主要问题是成本较贵,要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现,此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如Nanocor公司已转产纳米粘土,每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。RTP公司已将有机粘土/尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。Triton System公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料,开发成一种涂装材料。其它HoneyWell,Ube工业和Unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装HBP材料,Nanocor最近与三菱气体化学公司联合 制造并出售HBP包装材料。用于食品和饮料行业。Bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜,此膜的氧穿透率减少l/2,透明度和韧性有提高。近期,人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质,是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral 01ig(meric silsc5quioXanes,POSS)。Hybrid塑料公司称其可以大量生产POSS,并与塑料生产厂商和用户进行合作。四、涂料方面应用在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用,但是,类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgcl monlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足,并且可与纳米粒子技术结合应用。以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能,比如:强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与Nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的,美国海洋部门采用微型凝聚(microscale ngglomerate)方法,即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术,使粉体被融熔,形成涂层。拜耳公司与Hansa MetallWerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线( www.epoxy-e.cn)记者了解,2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料,在干燥时自组装成一种纳米结构的表面,呈现出类似荷叶的效应,即当水落到表面上,由于与表面的互粘性甚小,可以形成水珠而流去,并把灰尘带走。
E. 纳米技术的资料有哪些
纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。
纳米技术一词是由谷口纪男科学家在1974年使用的,并且是最早使用的。1981年原子力显微镜的和扫描隧道显微镜的出现,也就标志着纳米技术得到了进步的发展。
所谓纳米技术,是指在0.1~100纳米的尺度里,研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,显着地表现出许多新的特性,而利用这些特性的技术,就称为纳米技术。
纳米技术的应用
在电子和通信方面,使用纳米薄层和纳米点来制造纳米电子设备(内存,显示器,传感器等),以使设备尺寸更小,运行速度更快,能耗更低。
在医学领域,制造纳米结构药物和生物传感器,研究生物膜和DNA的精细结构,并在生命科学领域取得技术突破。
在机械方面,例如纳米陶瓷发动机,它可以承受高温,并且不需要像现有发动机那样的水冷。
F. 纳米技术有哪些
纳米技术,也称毫微技术,是一种用单个原子、分子制造物质的技术。纳米技术是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。
1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以1到100纳米长度为研究分子世界,最终目标是直接以原子或分子来构造具有特信棚定功能的产品 。纳米技术包含下列四个主要方面:
1、滑李则纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。
2、纳米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统,用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等。
3、纳米生物学和纳扰好米药物学:如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。
4、纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。