纳米材料的发展历程以及各国纳米技术的发展现状课件

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1、纳米材料的发展历程以及各国纳米技术的发展现状Reporter:QiangZhangTime:2010-06-21Tutor:SuChen材料化学工程国家重点实验室StateKeyLaboratoryofMaterials-OrientedChemicalEngineeringNanjingUniversityofTechnology纳米技术概念的提出40年前，诺贝尔物理奖得主、量子物理学家费曼所作的题为《底部还有很大空间》的演讲，被公认为是纳米技术思想的来源。纳米科技的基本思想是在分子水平上，通过操纵原子来控制物质的结构。纳米结构材料首次合成1984年，德国萨尔大学

2、的Gleiter教授等人首次采用惰性气体冷凝法制备了具有清洁表面的纳米金属粉末，然后在真空室中原位加压成纳米固体，并提出了纳米材料界面结构模型，制备了具有清洁表面的纳米晶体Pd,Fe,Cu等块状材料。随后发现TiO2纳米陶瓷在室温下出现良好韧性，使人们看到了改善陶瓷脆性的希望。一、纳米材料的研究和发展历程A1990年，美国加州的IBM研究室D.M.Eigler等人利用STM在4K和超真空环境中，在Ni的表面上将35个氙原子排布成最小的IBM商标。这张放大了的照片登在《时代》周刊上，被称为当年最了不起的公司广告，轰动全球。从此开创了一个崭新的纳米世界。每个字母高5nm

3、。Xe原子间最短距离约为1nm。这种原子搬迁的方法就是使显微镜探针针尖对准选中的Xe原子、使针尖接近Xe原子、使原子间作用力达到让Xe原子跟随针尖移动到指定位置而不脱离Ni的表面。用这种方法可以排列密集的Xe原子链。在扫描隧道显微镜下，科学家将48个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。1991年元旦前夕，日本日立电子公司向公众展示了一个原子大小的新年祝词——“peace91”（和平91）。每个字母的高度均小于1.5纳米，它是把硫原子一个一个地从二硫化钼晶体上轰击出来写成的。美国商业机器公司的“IBM”是在-263℃下拼出的，而日立公司的祝词则是在室温下完成的。该

4、成就表明，纳米技术从此步入了实用阶段。1993年后，我国科学家先后操纵原子写出“中国”、“原子”、绘出中国轮廓图。1994年，中国科学院化学所和中国科学院北京真空物理室利用STM在单晶硅表面上通过提走硅原子的方法，获得了（线宽2nm）硅原子的“毛泽东”。在石墨表面刻出线宽10nm的“中国”字符。汉字的大小只有几个纳米白春礼院士1988年4月12日，中国第一台计算机控制的STM研制成功。纳米科技的发展大致可以划分为3个阶段：第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜)，研究评估表征的方法。第二阶段(1994年前

5、)人们关注的热点是根据奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料：纳米微粒与纳米微粒复合(0-0复合)，纳米微粒与常规块体复合(0-3复合)，复合纳米薄膜(0-2复合)。第三阶段(从1994年到现在)纳米组装研究。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系的研究。小结：二、纳米科技的应用光电材料环境和能源生物医学航天和航空军事FROM:www.nanoforum.org纳米碳管碳纳米管是直径非常细的中空管状纳米材料，它能够大量地吸附氢气，成为许多个“纳米钢瓶”。研究表明，约2/3的氢气能够在常温常压下从碳纳米管

6、中释放出来。据预测，到2010年，就可以生产出氢气汽车，只需携带1.5升左右的储氢纳米碳管，即可行驶500km。光电材料集成电路一块用来制作大规模集成电路的芯片，上面有许多的沟槽，这张片能够清晰的显示出沟槽的深浅和走向。CPUSRAM静态随即存储器激光唱片肉眼看激光唱片(CompactDisk,CD)，表面十分光滑。从微观上看，光盘上面有凹凸不平的凹痕和突起。上图：Millipede-第一个应用于数据存储的纳米技术下图：Millipede存储芯片的实验室原型。纳米存储器英特尔将碳纳米管技术用于未来芯片设计芯片厂商英特尔正指望用碳纳米管取代半导体芯片内部的铜连线。这种

7、转变总有一天会消除芯片厂商面临的一些大问题。芯片连线已经成为半导体厂商面临的一个头疼的问题。根据摩尔定律，芯片厂商每两年就要缩小一次半导体芯片内部的元件。然而，缩小连线会增加电阻，降低芯片的性能。芯片厂商在90年代从把连线从铝线转变为铜线从而绕过了这个问题。遗憾的是，随着芯片尺寸的缩小，这个电阻问题将成为英特尔等芯片厂商遇到的大问题。碳纳米管导电性比金属要好，有可能成为替代金属连线的解决方案。预计碳纳米管是理想的导体，它的导电性很可能远远超过铜，是最佳超微导线和超微开关的首选新材料。纳米管最终可以用于纳米级的电子线路2008年2月1日亚利桑那州立大学DavidK