现代科学技术概论2(纳米科技)ppt课件.ppt

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1、第二章纳米科技2.1纳米科技概述因发明扫描隧道显微镜（STM）而获得诺贝尔奖的科学家罗雷尔博士曾在写信给江泽民主席的信中指出：“许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情，而没有什么实际意义。但我确信纳米科技已经具有与150年前微米科技所具有的希望和重要意义。150年前，微米成为新的精度标准，并成为工业革命的技术基础，最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样，未来的技术将属于那些明智地接受纳米作为新标准、并首先学习和使用它的国家。”2.1.1什么是纳米？纳米（nanometer，nm）是一种长度单位，一纳米等于十亿

2、分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度，1纳米=10-9米。纳米科学（nano-science）研究纳米尺度范围内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学。纳米科学技术（nano-technology）是指用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。它以现代科学技术为基础，是现代科学和现代技术结合的产物。纳米有多小？一米的十亿分之一(10-9米)。人的一根头发丝的直径的万分之一（人头发直径约为80~100微米）。形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。千米米厘米毫米微米纳米103110-210-310-610

3、-9纳米结构:通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。2.1.2自然界中的“纳米”纳米技术在这个地球上随处可见，纳米绝对不是我们有些人类的专利，在神奇的自然界中，纳米材料和纳米技术就已经存在了。很多动植物们个个都是身怀多项纳米技术的高手，通过精湛的纳米技艺,在大自然中顽强地生存下来,不仅丰富了我们周围的世界,而且给现代的纳米科技工作者带来了无数灵感和启示。1、洁身自好的莲花通过电子显微镜,我们可以观察到莲叶表面存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。荷叶表面上有一些微小的蜡质颗粒,并且覆盖着无数尺寸约10个微米的突包,每个突包的表面又布满了直径仅

4、为几百纳米的更细的绒毛。在突包间的凹陷部分充满着空气,这样就紧贴叶面形成一层极薄、只有纳米级厚的空气层,从而使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等落在叶面上后,不会大范围直接接触叶面,而要隔着一层极薄的空气,并且其能接触的点也只是叶面上若干个凸起的点。照理说荷叶的基本化学成分是多醣类的碳水化合物，有许多的羟基（-OH）、（-NH）等极性原子团，在自然环境中很容易吸附水分或污垢。但洒在荷叶叶面上的水却会自动聚集成水珠，且水珠的滚动把落在叶面上的尘埃污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净。经过科学家的观察研究，在1990年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原

5、来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上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，由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面「自我洁净」的奥妙所在。这是自然界中生物长期进化的结果,正是这种特殊的纳米结构,使得荷叶表面不沾水滴,可以保持清洁：当荷叶上有水时,水会在自身表面张力的作用下形成球状。风吹动水珠在叶面上滚动时,水珠可以沾起叶面上的灰尘,并从上面高速滑落,从

6、而使得莲叶能够更好地进行光合作用。扫描电镜下荷叶表面突包这种特性可以应用在玻璃上或是战机的雷达上,例如：经过纳米处理的玻璃本身也可以具有自洁效果。还有企业利用纳米技术处理涂料,涂上此涂料的物体因而也拥有了自洁效果。也许在未来的世界中,我们周围将不断出现不会脏的地板、墙壁,和没有灰尘的无线电用品。鹅毛和鸭毛是防水的。原来鹅毛和鸭毛的排列非常整齐，且毛与毛之间的隙缝极小，小到纳米尺寸，所以水分子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛，但却极易通气，故鹅与鸭得以在水中保持身体的干燥。2、飞檐走壁的壁虎专家说,“壁虎漫步”靠的不是吸盘,而是脚趾上数以万计的细小刚毛。刚毛根

7、部有几十微米粗，顶端分成很多更细更弯的绒毛，每根绒毛的直径仅几百纳米，其末梢延展成扁平形。此种精细结构，使得壁虎以几纳米的距离大面积地贴近墙面。尽管这些绒毛很纤弱，但足以使所谓的范德华键(有些物质的分子具有极性，其中分子的一部分带有正电荷，而分子的另一部分带有负电荷，一个分子的正电荷部位和另一分子的负电荷部位间，以微弱静电引力相互吸引，使两者结合在一起，称为范德华键或分子键)发挥作用，为壁虎提供数百万个的附着点，从而支撑其体重。这种附着力可通过“剥落”轻易打破，就像撕开胶带一样，因此壁虎能够自由穿过天花板。在现实生活中,我们可以制造出抓地更牢的运动鞋

8、,可以制作雨雪环境中不再打滑的汽车轮胎。而在影视剧拍摄中,演员们可以告别工作室里的电脑,真正在摩天大楼的玻璃