纳米科技与人类生活的未来

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1、纳米科技与人类生活的未来报告人：刘祖武教授前言人类即将要进入新的纳米时代，作为一个中国的大学生对纳米科学、纳米材料以及它对人类社会进程的影响应当有一定的了解。至少应当搞清以下几个问题：1.什么叫“纳米”、纳米科学和“纳米材料”？2.纳米材料有哪些特性？为什么会有这些特性？3.粗略了解纳米材料是如何制备的？4.纳米材料有何应用前景及可能存在的问题？一、纳米科技的内涵与发展简史1.什么是纳米科技？纳米科技是80年代末诞生的一种高新技术。它是在纳米尺寸范围内认识和改造世界，通过直接操纵和安排原子进而创造出新物质的全新科学技术。，它的出现标志着人类科学技术发展已进入一个新

2、的时代——纳米科技时代。1.1人类对客观世界的认识可分为两个层次：宏观世界介观世界微观世界∞大－1µm…………分子·原子（Å）－∞小宏观领域：人类用肉眼可见的最小物体（1µm）,至无限大的宇宙天体；微观领域：以原子为最大起点至无限小的三度空间领域；近年来才引起人们极大注意的有待开垦的“处女地”，是在宏观与微观世界间的介观世界，亦称介观领域。在介观世界中，通常定义1～100nm大小的物质体系称为纳米体系。1.2纳米(nanometer)是一个长度单位，代号为“nm”。a.1nm=10Å=10-3µm=10-6mm=10-9mb.H原子的γ=0.529Å，1nm约等于

3、10个H原子排列起来的长度；c.血液中的红血球长度为200～300nm；一般细菌（如大肠杆菌）长为200～600nm；一般病毒为几十纳米。d.头发的直径一般为20000-50000纳米；e.DNA约为2nm2.纳米科技的发展简史2.1近期研究发现：自然界早就存在纳米微粒和纳米固体。a)陨石碎片；b)人与兽类的牙齿；c)蜜蜂腹部存在纳米磁性粒子用以导航；d)螃蟹也有磁性纳米微粒导航，由于地球磁场的几次剧烈倒转，而使它变为横行；e)大海龟也是靠头部的纳米磁性微粒导航。美国佛罗里达海岸产卵英国沿海长大大西洋2.21990年7月在美国巴尔的摩召开第一次国际纳米科学技术会议

4、a)我国中科院真空所等单位出席；b)正式提出纳米材料学、生物学、电子学、机械学的概念；c)决定出版“纳米结构材料”、“纳米生物学”、“纳米技术”正式刊物。2.31992年9月在墨西哥Cancun城召开第一届国际纳米结构材料会议，正式将纳米材料作为材料科学的一个新的分支公布于世。2.41995年我国召开了“材料中的前沿问题”香山科学会议，研究了纳米材料的制备等问题。2.51997年我国又召开了“纳米化学”香山会议，研讨我国纳米化学的发展前景。中科院各有关所、北大、清华、复旦、吉林大学、青岛化工学院等单位应邀参加。2.6著名科学家对纳米技术的期待与预言a)1964年量

5、子力学奠基人薛定锷在“生命是什么”一书中指出“生命活动是由分子机器实现的”。例如酶就是一种分子机器，它能打断化学键而使分子重新组合。DNA可作为存储系统把命令转移到核糖体中，而核糖体这种分子机器可制造蛋白质分子。自然界分子机器普遍存在，导致人们设想能否人工制造出某种分子机器？b)著名诺贝尔奖金获得者费曼提出一个令人深思的问题：“在基因的某一点上仅30个原子就隐藏了不可思议的遗传信息……，如果某一天人们能按自己的意愿排列原子、分子……那将创造生命的奇迹。”如果人类能正常控制细胞畸变、高度、寿命的基因可进行调节那该多好！二、什么叫纳米材料纳米科学是研究介观物质世界及其

6、变化规律的一门科学。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作基本单元构成的材料。1.0维：指在空间的三维尺度均在纳米尺度范围，如纳米颗粒,原子团簇等;2.一维：指在三维空间中有二维在纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；3.二维：指在三维空间中有一维在纳米尺度，如纳米薄膜等。纳米团簇2.1纳米材料基纳米微粒本结构单元人造原子纳米管、纳米棒、纳米丝和同轴纳米电缆不管是什么纳米材料它们都是由上述纳米结构单元组成的。因为这些结构单元往往具有量子性质，所以对零维、一维、二维基本结构单元分别又有量子点、量子线、量子阱之称。2.1.1纳米

7、团簇纳米团簇是一类新发现的化学物质，它是指由几个至几百个原子组成的聚集体，如：Fen，CunSm，C60，C70。纳米团簇与一般分子（如FeSO4）的不同点：a)纳米团簇无一定大小与形状；b)尚未形成规整的晶体；c)都是以化学键紧密结合的聚集体。2.1.2纳米微粒纳米微粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒，它的尺度大于纳米原子簇（Cluster）而小于通常的微粒（1µm），它是介乎单个原子与固态之间的原子集合体。纳米微粒一般在1～100nm之间，有人称它为超微粒子（ultra-fineparticle），肉眼与一般显微镜看不到。2.1.3人造原子（artificil

8、atoms