纳米技术课程论文

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1、纳米技术的概况、发展及挑战摘要：纳米技术(nanoteehnology)，相对于传统的团簇物理研究而言，是一新兴研究体系，其介乎于团簇体系和亚微米体系之间。由纳米粒子组成的材料则被称为纳米材料，它是由尺度1—100nm的微小颗粒组成的体系，由于其独特的表面效应,体积效应以及量子尺寸效应,使得材料的电学,力学,磁学,光学等性能产生了惊人的变化。纳米技术在精细陶瓷,微电子学,生物工程,化工,医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景,使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。关键词：纳米技术，纳米材料，，效应，产业的革命与发展。1

2、．前言纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”[1]这一想法在1990年获得了证实，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳

3、米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明范曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。[2]目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。而扫描隧道显微镜和原子力显微镜等微观表征和操纵技术的问世，纳米技术得到了迅速发展，至此，纳米科技不仅牢固地确立了自己的学科地位，同时也为应用开拓了可能的途径。21世纪初，纳米技术在基础研究深入化的同时，

4、也开始进入它的工业化和商业化阶段。不少人称2l世纪人类已进入了纳米材料时代，各主要工业化国家、知名大学、研究院所以及众多企业家，纷纷斥巨资，集中精兵强将，发展纳米科技。目前，纳米技术已在医药、食品、军事、材料、化妆品、燃料、能源、环保等方面得到发展与应用。纳米技术经常被誉为未来的通用技术，就像发达国家13常生活中必不可少的电力和通讯技术一样，影响着社会生活。52.纳米技术的概述2.1纳米技术纳米的研究范围涉及非常广泛，因而纳米技术种类繁多,纳米技术的定义也随国家和研究者而异。我们认为,纳米技术是指形成纳米材料和纳米装置的技术，包括形成纳米构筑单元和纳米构筑单元按

5、一定方式组成宏观纳米材料的技术，如分散技术成型加工技术等。纳米技术可以分为两个层次：第一层次为分子(原子)，纳米技术则是指从分子(原子)出发,使分子(原子)在纳米尺度空间范围内呈有序的重复排列进而形成内部有序的纳米结构的技术。STM、AFM，自组装和生物矿化就是这种技术。将能控制纳米结构的形态和均匀性的技术称为第二层次的纳米技术。用一个确切的名词来定义它十分困难。如溶胶-凝胶。微乳液等未注意到分子本身在纳米尺度的构筑单元内的有序的排列。只是形成具有一定规则的的纳米结构形态。将能形成纳米尺度的结构，但却不能控制纳米结构内分子或原子的有序度，也不能控制纳米结构本身的

6、形态和均匀性的纳米技术称为第三层次的纳米技术。[3]每种纳米技术都有其优缺点，例如STM、AFM纳米技术能够实现纳米结构内分子的有序排列，但目前造价较高，且费时。通过化学的，或生物的自组装比较便宜，但它局限于一些特殊的分子。粉碎法虽然比较原始，形成的纳米结构形态和均匀度比较复杂，但产量大，过程简单。2.2纳米材料纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9m)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般为1~102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子,二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构,后者是既没有长程序也没有短

7、程序的无序结构。1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高洁净真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形,烧结得到纳米微晶块体,从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议,正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说,它介于宏观物质和微观原子,分子的中间领域。在纳米材料中,界面原子占极比例,而且原子排列互不相同,界面周围的晶格结构互不相关,从而构成与晶态,非晶态均不同的一种新的结构状态。在纳米材料中,纳米晶粒

8、和由此而产生的高浓度晶界