纳米科技及其发展前景

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1、纳米科技及其发展前景纳米科技是在20世纪80年代宋90年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，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目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入，试图抢占这一21世纪科技战略制高点关注纳米科技的进展，尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划，对于我国新世纪的发展影响深远一、纳米科技的意义与发展过程(1)纳米科技的定义。如果将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描述，我们可以得到人类智力所延伸到的物质世界的范围目前人类能够加以研究的物质世界的最大尺度是Kfm(约10亿光年）

2、，这是我们已观测到的宇宙大致范围人类所研究的物质世界的最小尺度为1CF19m(0.1阿米）纳米科技中的“纳米”为rn，是1毫米的百万分之一。原子的直径在0.1-0.3个纳米之间。研究小于10-1()以下的原子内部结构属于原子核物理粒子物理的范畴。纳米科技是指在纳米尺度（1nm到100nm之间)上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。当物质小到1至100纳米（rn9-107米)时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤

3、立原子的奇异现象纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。(2)纳米科技概念的提出与发展最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者查德.费曼1959年他在一次著名的讲演中提出：如果人类能够在原子分子的尺度上来加工材料、制备装置，我们将有许多激动人心的新发现他指出，我们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。那时，化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题1974年，Taniguchi最早使用纳米技术（Nan?otechnology)一词描述精

4、细机械加工。70年代后期，麻省理工学院德雷克斯勒教授提倡纳米科技的研究，但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。纳米科技的迅速发展是在20世纪80年代末90年代初。80年代初发明了费曼所期望的纳米科技研究的重要仪器一一扫描隧道显微镜（STM)、原子力显微镜（AFM)等微观表征和操纵技术，它们对纳米科技的发展起到了积极的促进作用。与此同时，纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成为一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会议同时举办，〈〈纳米技术》与《纳米生物学》这

5、两种国际性专业也相继问世一门崭新的科学技术一纳米科技从此得到科技界的广泛关注。(3)纳米科技的重要意义一一为什么会出现“纳米热”？德国科学技术部早在1996年就对纳米技术市场做了预测，估计到2010年能达到14400亿美元美国《商业周刊》将纳米科技列为21世纪可能取得重要突破的3个领域之一(其它两个为生命科学和生物技术?从外星球获得能源）从1999年开始，美国政府决定把纳米科技研究列入21世纪前10年11个关键领域之一。2000年2月美国总统克林顿宣布联邦政府将以4.95亿美元优先实施新的“全美纳米科技计划(NNI)”国家科技委员会为此还专门成立了由各

6、部门专家组成的“纳米科学与工程技术小组”（I)的出现，标志着人类在对微观尺度的探索方面进入到一个全新的领域作为纳米科技重要研究手段的SPM也被形象地称为纳米科技的“眼”和“手”。所谓“眼睛”，即可利用SPM直接观察原子、分子以及纳米粒子的相互作用与特性所谓“手”，是指SPM可用于移动原子、构造纳米结构，同时为科学家提供在纳米尺度下研究新现象、提出新理论的微小实验室同时，与纳米材料和结构制备过程相结合，以及与纳米器件性能检测相结合的多种新型纳米检测技术的研究和开发也受到广泛重视如激光镊子技术可用于操纵单个生物大分子。三、纳米科技前景的展望(1)材料和制备

7、在纳米尺度上，通过精确地控制尺寸和成份来合成材料单元，制备更轻更强和可设计的材料，同时具有长寿命和低维修费用的特点；以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料，生物材料和仿生材料实现材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复(2)微电子和计算机技术纳米结构的微处理器的效率将提高一百万倍，并实现兆兆比特的存储器(提高1000倍);研制集成纳米传感器系统(3)环境和能源。发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境;制备孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体，有序纳孔材料和纳米膜材料(孔径10-100nm)用来消除水和空气中的污染

8、;成倍的提高太阳能电池的能量转换效率。(4)医学与健康纳米技术将给医学带来变革:纳米级粒子将使