纳米材料与纳米技术

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1、纳米材料与纳米技术材料科学与工程学系王秀丽wangxl@zju.edu.cn2010-12-202引言：回首近代科学技术的发展：（一）蒸汽机时代：产业的机械化（二）电力时代：产业的电气化（三）电子计算机时代：产业的信息化和网络化21世纪，随着科技的发展，人类又将迎来什么时代呢？3纳米科技时代4《Nature》公布2001十大科技成果纳米电脑列首位《自然》杂志资深编辑菲尔-斯祖罗米表示：“尽管真正意义的微型计算机还需几年时间才能制成，但纳米技术在计算机领域的应用意味着今后人们的日常生活将发生巨大的变化，装有纳米计算机芯片的电灯可以完全实现智能化，根据

2、居室的自然照明情况自动调节亮度，……。”在研制纳米计算机方面做出很大贡献的研究人员包括美国哈佛大学的YuHuang及其同事，他们研制的微型电线是普通电线的千分之一，可以轻松的安装到硅芯片上。《Science》杂志评出2001年世界十大科技突破纳米技术领域获得多项重大成果继在2000年开发出一批纳米级装置后，科学家2001年再进一步将这些纳米装置连接成为可以工作的电路，这包括了纳米导线、以及纳米碳管和纳米导线为基础的逻辑电路、以及只使用一个分子晶体管的可计算电路。分子水平计算技术的飞跃，有可能为未来诞生极微小但极快速的分子计算机铺平道路。5中国未来十

3、大科技突破口之纳米材料与纳米技术纳米科技是20世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和纳米技术的支持。6一、纳米技术的提出1905年春天，爱因斯坦写信给他的同事康法拉˙哈比希特，透露自己在这一年中将做4项工作，其一是要测量出分子的真正大小，估计出一个糖分子的直径约为1纳米，首次将纳米与分子大小挂上钩，并证明了分子的存在。这是20世纪初物理学界十分关注的问题之一。

4、7一、纳米技术的由来和发展1959年12月，在美国物理学会年会上，著名物理学家、诺贝尔物理奖得主理查德·费曼教授作了一次非常著名的讲演，题目叫做“自底层构造的丰富结构”。其中有一段话是这样说的：“我认为，物理学的原理并不排斥有一个一个的安排原子来制造东西。这样做，并不违反任何定理，因而在原则上是可以实现的。它在实践中迄今未实现是因为我们太大了。”他还说：“如果我们能按照自己的愿望一个一个的安排原子，将会出现什么……这些物质将有什么性质？这是十分有趣的理论问题。虽然我不能精确回答它，但我决不怀疑当我们能在如此小的尺度上进行操纵时，将得到具有大量独特性

5、质的物质。”现在，理查德·费曼的演讲已被看作是纳米科技基本概念的起源，有人甚至将纳米科技形象的称为“费曼之梦”。81982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，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。1985年，美国科学家在研究团簇的过程中发现了C60，它是足球式的中空形分子，直径为0.7nm，C60的发现反应了自然界物质在纳米尺度下的有序排列的优异性能，罗伯特·柯尔（RiceUnivercity）等人因这一发明获得了1996年度诺贝尔化学奖。C60也被称作“富勒烯”，因

6、形状极像足球又被称为“巴基球”91986年，IBM公司宾尼（Binnig），与苏黎士实验室的盖博（ChristophGerber）及美国史丹佛大学魁特（CalvinFQuate）发明了原子力显微镜（AFM，AtomicForceMicroscopy）。AFM可以用于分辨包括绝缘体在内的各种材料表面，弥补了STM只能分辨导电材料表面的不足，其应用范围无疑比STM更加广阔。同年，预测专家K.E.Drexler博士的《创造的引擎—纳米技术新纪元》出版。该书中作者推测利用蛋白质在原子水平上进行合成，制造机器人。101990年，美国IBM公司在镍表面用35个

7、氙原子组成了一个“IBM”图案。标志着人类已经具备操纵单个原子的能力。1988年，美国杜邦Dupont公司的科研人员W.Degrado等无意中设计出一种新的蛋白质，世界上第一个认为设计的蛋白质诞生了。11一年之后，他们用一氧化碳分子在镍表面上构造了一个大头娃娃的分子人，分子人从头到脚仅有5nm高度。121991年，碳纳米管被人类发现，碳纳米管是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。成为纳米技术的研究热点。131993年，继“ＩＢＭ

8、”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，标志着我国开始开始在国际纳米科技领域占有一席之地