原子世界与纳米技术

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1、原子世界与纳米技术·II物理科学与技术学院大连大学目录引言天梯——碳纳米管绳梯一、纳米与纳米技术1．纳米-1米的十亿分之一2．纳米技术(Nanotechnology)3．纳米技术的提出4．纳米技术的实现与发展5．扫描隧道显微镜(STM)6．纳米操纵技术纳米级微加工后的表面移动氙原子移动硅原子移动硫原子移动铁原子移动一氧化碳分子铁基FeCO分子形成过程2002年纳米操纵成像获重大突破二、纳米材料的奇异特性1.各种纳米材料的特性不用洗涤剂的纳米服装具有易洁纳米涂层的陶瓷摔不碎的纳米陶瓷强度比常规铜高5倍纳米铜

2、纳米医药和医学2.纳米材料的奇异特性3.纳米材料的应用与展望4.纳米材料的制造三、微型机器人四、碳纳米管1碳60和巴基球2碳纳米管五、纳米技术发展的五个阶段引言天梯——碳纳米管绳梯傲立宇宙间，顶天立地的“第二巴别塔”——太空电梯横空出世，莽昆仑，阅尽人间春色。引言1982年科普作家朱毅麟认为天梯的高度至少是天上的地球同步卫星那么高。从地面修造天梯达到几万千米高的卫星，底部必须是直径358千米粗的柱子，才能支撑得住，不被自己的重量压弯。其底座相当于江苏省的面积。古人幻想，顺着天梯就可以上天。认为沿着昆仑山顶峰

3、上的大树向上爬，爬到树顶就能进入天庭，这棵树就是上天的天梯。天梯——碳纳米管绳梯建设天梯（20世纪90年代提出）：同步卫星放下由碳纳米管制作的绳缆到地球，升降机将沿着绳缆爬上爬下。天梯——碳纳米管绳梯一、纳米与纳米技术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，这张图片能够清晰的显示出沟槽的深浅和走向。CPUSRAM视频：肖克莱与硅谷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

4、的纳米技术下图：Millipede存储芯片的实验室原型。纳米技术存储器激光技术加工合成树脂日本科学家使用激光技术，用合成树脂制成了迄今为止世界上最小的牛。1．纳米-1米的十亿分之一纳米（nanometer）——长度单位nano是十亿分之一的意思1纳米是1米的十亿分之一，记作nm1纳米：10个氢原子一个挨一个排成一列20纳米：1根头发丝的三千分之一1nm=1×10-9m视频：晶体管与集成电路2.纳米技术(Nanotechnology)诞生：20世纪80年代随着新型显微镜(STM)的出现，人们能看清1纳米大小的

5、物质，于是出现了纳米技术即毫微米技术。纳米结构：指尺寸在100纳米以下的微小结构。纳米技术是指在纳米尺度（100纳米到0.1纳米）的范围内研究物质所具有的特异现象和特异功能，通过直接操纵和安排原子、分子来创造新物质材料的技术。3.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提出纳米技术概念的科学家费曼（1918~1988）R.P.Feynman人物介绍——费曼很多物理学家把费曼称为“新的”物理学之父，可见他对物理学的贡

6、献之大，而爱因斯坦是“早先的”物理学之父。1965年，费曼和朱利安·薛温格、朝永振一郎共同获得了诺贝尔物理奖。主要贡献在于对量子电动力学的理解。该学科研究光和带电粒子之间的相互作用，特别是光和电子之间的相互作用。他在弱核反应和超导研究方面也作出巨大的贡献。视频：纳米概念的提出4.纳米技术的实现与发展放大倍率达千万倍的扫描隧道显微镜（STM）发明后，纳米技术真正成为一门科学技术。从20世纪90年代初起，纳米科技得到迅速发展，像纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学等新名词、新概念不断涌现。专家预测：未

7、来全球技术发展的9大关键技术之一就是纳米科技的研究与应用。5．扫描隧道显微镜(STM)1981年，美国IBM公司在瑞士苏黎世的实验室里，物理学家葛·宾尼(G.Binnig)和罗·海雷尔(H.Rohrer)发明了新式显微镜，称为“扫描隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscope)”，简称STM。应用这台显微镜人们可以看到原子大小的东西。视频：STMSTM的出现，使人类第一次能够实时地观察单个原子物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，被国际公认为20世纪80年代世界十大

8、科技成就之一。宾尼希博士(GerdK.Binnig)和罗雷尔博士(HeinrichRohrer)由于扫瞄隧道显微镜(ScanningTunnelingMicroscopy)的发明，共同获得1986年诺贝尔物理奖。宾尼希于1978年进入IBM公司苏黎士研究实验室(ZurichResearchLaboratory)的一个物理研究组。1985～1986年就职于IBM公司在加州圣荷西市的Almaden研究中心。1987年