什么是纳米科技? 什么是纳米科技? 纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内,原子、分子和 其它类型物质的运动和变化的学问:同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 又被称为纳米技术 纳米科技的研究内容 创造和制备优异性能的纳米材料 设计、制备各种纳米器件和装置 探测和分析纳米区域的性质和现象 什么是纳米? 纳米是尺寸或大小的度量单位: 千米(103)→米→厘米→毫米→微米→纳米(10°) 用扫描隧道显微镜的针尖将 4倍原子大小,万分之一头发粗细 原子一个个地排列成汉字, 汉字的大小只有几个纳米 纳米科技研究什么问题? 生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。生 物科学技术中对基因的认识,产生了转基因生物技术,可以治疗顽症,也可以创造出自然 界不存在的生物;信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事,因特网几乎可以改变 人们的生活方式 纳米科学是研究在千万分之一米(10)到亿分之一米(10°米)内,原子、分子和其它类 型物质的运动和变化的学问:同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称 为纳米技术
什么是纳米科技？ 什么是纳米科技？ 纳米科学技术是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9 米)内，原子、分子和 其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 又被称为纳米技术。 纳米科技的研究内容 创造和制备优异性能的纳米材料 设计、制备各种纳米器件和装置 探测和分析纳米区域的性质和现象 什么是纳米？ 纳米是尺寸或大小的度量单位： 千米（103 ）→米→厘米→毫米→微米→纳米（ 10-9） 4 倍原子大小，万分之一头发粗细 纳米科技研究什么问题？ 生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。生 物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然 界不存在的生物；信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网几乎可以改变 人们的生活方式。 纳米科学是研究在千万分之一米(10-8 )到亿分之一米(10-9 米)内，原子、分子和其它类 型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称 为纳米技术。 用扫描隧道显微镜的针尖将 原子一个个地排列成汉字， 汉字的大小只有几个纳米
还原论:把物质的运动都还原到原子、分子这一层面上。原子论和量子力学取得了巨 大的成功。有机合成:分子生物学:转基因食品、克隆羊:原子光谱和激光:固体电子论 和IC:几何光学到光纤通讯。 宏观世界上经典物理、化学、力学的巨大成就:计算机和网络、宇宙飞船、飞机、汽 车、机器人等改变了人们的生活方式 科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上的裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主 体的微观世界,另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结,存 在一个过渡区一纳米世界 例:分子合成≤1.5n,→活体 微电子技术在0.2μm, 显微外科只能连接大、小、微血管 ≤PM10和PM1.5的微粒 50年代,钱老“物理力学”是企图连接两个世界 的前驱工作之一 几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合” 在一起时,表现出既不同于单个原子、分子的性质 也不同于大块物体的性质。这种“组合”被称为“超 分子”或“人工分子”。“超分子”性质,如熔点、 图中显示用扫描隧道显微镜 磁性、电容性、导电性、发光性和染、颜色及水溶性 的针尖在铜表面上搬运和操 有重大变化。当“超分子”继续长大或以通常的方式 纵48个原子,使它们排成圆 聚集成大块材料时,奇特的性质又会失去,像真是 形。圆形上原子的某些电子 些长不大的孩子。 向外传播,逐渐减小,同时 在10nm尺度内,由数量不多的电子、原子或分子 与相内传播的电子相互干涉 组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合及探 形成干涉波。 测、应用它们一纳米科学技术的主要问题
还原论：把物质的运动都还原到原子、分子这一层面上。原子论和量子力学取得了巨 大的成功。有机合成；分子生物学；转基因食品、克隆羊；原子光谱和激光；固体电子论 和 IC；几何光学到光纤通讯。 宏观世界上经典物理、化学、力学的巨大成就：计算机和网络、宇宙飞船、飞机、汽 车、机器人等改变了人们的生活方式 科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上的裂缝。裂缝的一边是以原子、分子为主 体的微观世界，另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结，存 在一个过渡区--纳米世界。 例：分子合成 ≤１.5nm, →活体 微电子技术在 0.2μm, 显微外科只能连接大、小、微血管 ≤ PM10 和 PM1.5 的微粒 50 年代，钱老“物理力学”是企图连接两个世界 的前驱工作之一 几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合” 在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质， 也不同于大块物体的性质。这种“组合”被称为“超 分子”或“人工分子”。“超分子”性质，如熔点、 磁性、电容性、导电性、发光性和染、颜色及水溶性 有重大变化。当“超分子”继续长大或以通常的方式 聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去，像真是一 些长不大的孩子。 在 10nm 尺度内，由数量不多的电子、原子或分子 组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合及探 测、应用它们---纳米科学技术的主要问题。 图中显示用扫描隧道显微镜 的针尖在铜表面上搬运和操 纵 48 个原子，使它们排成圆 形。圆形上原子的某些电子 向外传播，逐渐减小，同时 与相内传播的电子相互干涉 形成干涉波
原子和分子的微观世界和宏观世界的过渡区内的新现象和新规律 探测纳米长度内物理、化学生物信息的新原理和新方法 ·新概念和新理论:强关联、强场、快过程、少粒子的量子体系 应用 新科学还是老理论的翻版? 历史悠久的新科学技术 西汉铜镜和黑漆鼓 徽墨 漆器 催化剂材料 感光材料和彩色胶片 含有高岭土颗粒的轮胎 WHY?不清楚 近十年,计算机和材料设计:探测技术STM、AFM、SNOM:IC和生命科学的推动; 制备技术发展;理论的发展 高强度和高韧性、可自修复、有智能、可再生→新一代纳米材料 为什么小尺寸会有如此重要的影响? 表面效应 小尺寸效应 量子限域效应 研究目标和可能的应用 材料和制备:更轻、更强和可设计;长寿命和低维修费:以新原理和新结构在纳米层 次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料;生物材料和仿生材料;材料破坏过程中 纳米级损伤的诊断和修复 微电子和计算机技术:2010年实现线条为100nm的芯片,纳米技术的目标为:纳米
原子和分子的微观世界和宏观世界的过渡区内的新现象和新规律 探测纳米长度内物理、化学生物信息的新原理和新方法 新概念和新理论：强关联、强场、快过程、少粒子的量子体系 应用 新科学还是老理论的翻版？ • 历史悠久的新科学技术 西汉铜镜和黑漆鼓 徽墨 漆器 催化剂材料 感光材料和彩色胶片 含有高岭土颗粒的轮胎 WHY？不清楚 近十年，计算机和材料设计；探测技术 STM、AFM、SNOM；IC 和生命科学的推动； 制备技术发展；理论的发展 高强度和高韧性、可自修复、有智能、可再生→新一代纳米材料 为什么小尺寸会有如此重要的影响？ 表面效应 小尺寸效应 量子限域效应 研究目标和可能的应用 材料和制备：更轻、更强和可设计；长寿命和低维修费；以新原理和新结构在纳米层 次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料；生物材料和仿生材料；材料破坏过程中 纳米级损伤的诊断和修复； 微电子和计算机技术：2010 年实现线条为 100nm 的芯片，纳米技术的目标为：纳米
结构的微处理器,效率提高一百万倍;10倍带宽的高频网络系统;兆兆比特的存储器(提 高1000倍):集成纳米传感器系统; 医学与健康 快速、高效的基因团测序和基因诊断和基因治疗技术;用药的新方法和药物导弹’技术: 耐用的人体友好的人工组织和器官;复明和复聪器件;疾病早期诊断的纳米传感器系统 航天和航空 低能耗、抗辐照、高性能计算机:微型航天器用纳米测试、控制和电子设备:抗热障、耐 磨损的纳米结构涂层材料 环境和能源 发展绿色能源和环境处理技术,减少污染和恢复被破坏的环境: 孔径为1nm的纳孔材料作为催化剂的载体;MCM-41有序纳孔材料(孔径10-100nm)用来 祛除污物:纳米颗粒修饰的高分子材料 生物技术和农业 在纳米尺度上,按照预定的大小、对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖、核 酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料产生具有生物功能和其他功能的综合性能。,生 物仿生化学药品和生物可降解材料,动植物的基因改善和治疗,测定DNA的基因芯片等
结构的微处理器，效率提高一百万倍；10 倍带宽的高频网络系统；兆兆比特的存储器（提 高 1000 倍）；集成纳米传感器系统； 医学与健康 快速、高效的基因团测序和基因诊断和基因治疗技术；用药的新方法和药物'导弹'技术； 耐用的人体友好的人工组织和器官；复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统 航天和航空 低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米测试、控制和电子设备；抗热障、耐 磨损的纳米结构涂层材料 环境和能源 发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境； 孔径为 1nm 的纳孔材料作为催化剂的载体；MCM-41 有序纳孔材料（孔径 10-100nm）用来 祛除污物；纳米颗粒修饰的高分子材料 生物技术和农业 在纳米尺度上，按照预定的大小、对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖、核 酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料产生具有生物功能和其他功能的综合性能。，生 物仿生化学药品和生物可降解材料，动植物的基因改善和治疗，测定 DNA 的基因芯片等