ch2 纳米技术及其应用

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1、1第二章、纳米技术的应用本章学习要求：1.1.掌握纳米科技的基本概念掌握纳米科技的基本概念2.2.了解纳米粒子的性质了解纳米粒子的性质3.3.了解纳米科技的应用了解纳米科技的应用2纳米科技的基本概念纳米科技的基本概念1.纳米2.纳米技术的内涵3.其他纳米的概念3纳米技术纳米技术ß纳米是长度单位，是十亿分之一(10-9)米ß单个细胞用肉眼看不见，但在显微镜下观测，可测得直径为5um，约5000nm。氢原子直径为0.1nm，一般金属原子直径直径为0.3~0.4nm，1nm约等于4个原子的直径纳米技术是20世纪80年代末期诞生并正在迅速崛起的、用原子和分子创造新物质

2、的技术，是研究尺寸范围在0.1～100nm之间的物质组成。4纳米科技纳米科技纳米科技是研究0.1~100nm范围内物质所特有的现象和功能的科学，是研究在十亿分之一到千万分之一米内，原子、分子和其他类型物质的运动和变化的科学。美国IBM公司首席科学家Armstrong在1991年曾做过一个重要的评论：我相信纳米科技将在信息时代的下一个阶段占中心地位，并发挥革命性作用，正如微米科技从20世纪70年代初以来所起的作用那样。5量子效应量子效应纳米量级内，物质颗粒的尺寸已经接近原子，这时量子效应已开始影响到物质的结构和性能量子效应是指：纳米尺寸下降到一定值时，费米能级附

3、近的电子能级由连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。如：金属Cu到纳米级就成为电的不良导体SiO具有优良的绝缘性，到20nm时却开始导电26纳米微粒的独特结构，使其产生了表面效应、体积效应和量子尺寸效应等，从而使纳米材料表现出光、电、磁、吸附、催化以及生物活性等特殊性能纳米技术所追求的最终目标：纳米技术所追求的最终目标：要使人类能够按照自己的意愿任意操纵单个原子和分子，并在对自然界物质进行深入探讨和研究的基础上，按照人们的期望，在原子和分子的水平上设计和制造全新的物质。这些全新的物质将给人类带来全新的变化。7纳米技术的内涵纳米技术的内涵狭义的纳米技术是以

4、纳米科学为基础的新材料、新器件，研究新工艺的方法和手段广义的纳米技术不是某一学科的延伸，也不是某一新工艺的产物，而是基础学科与当代高技术的结晶，是以物理、化学的微观研究理论为基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手段，是一个内容广阔的多学科群。8纳米技术研究的主要内容纳米化学纳米机械学纳米材料学纳米生物学纳米技术纳米物理学纳米医学纳米电子学纳米测量学纳米力学……9纳米材料：纳米材料：是指由纳米结构单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料纳米级的结构单元，纳米级的结构单元，纳米粒子（零维结构体系）碳纳米管（一维结构体系）纳米层（二维

5、结构体系）又是由原子和分子组成目的：是通过改变纳米结构单元的大小，控制内部和表面的化学性质，控制它们的组合，设计材料的特性和功能。10准一维纳米材料指在两维方向上为纳米尺度，长度为微米级、毫米级的新型纳米材料1970，法国科学家首次研制7nm的碳纤维碳纤维碳纤维布碳纤维手套11近10年，多种准一维纳米材料被合成，如纳米棒、纳米线、半导体纳米量子线、纳米线阵列12碳碳纳米管纳米管碳纳米管是直径一般为0.4-30nm的圆筒形碳材料，它的平面分子结构类似六角形金属丝网上布满了碳原子。碳纳米管具有良好的热传导性、导电性以及强度，质地轻巧，富有弹性。其粗细只有头发丝的万

6、分之一，是一种在电子器件、超薄显示器、燃料电池、储氢材料等领域具有广泛应用前景的材料。13不同的碳纳米管吸收和散发的光的不同波长，碳纳米管光谱可以快速确定纳米管样品的构成碳纳米管光谱图双层碳纳米管阵列碳纳米管膜上成功构筑三维规则图案名古屋大学开发出了“脉冲电弧放电法”的新型碳纳米管制造工艺，并成功地以超过95%的高纯度制造出双层碳纳米管14半导体压电型纳米环美国亚特兰大佐治亚理工学院王中林教授领导的研究小组在世界上首次得到具有压电效应的半导体纳米环结构.单晶体,具有压电效应的封闭半导体纳米环.环的直径,宽度和厚度分别为3微米,300钠米和15钠米这种新型纳米带

7、可以应用于微/纳米机电系统，纳米级传感器,生物细胞探测,是实现纳米尺度上机电耦合的关键结构15扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜STMSTM1982年，IBM的GerdBinnig和HeinrichRohrer及其同事们成功研制出世界上第一台新型的表面分析仪，即扫描隧道显微镜(scanningtunnelingmicroscope)极高的分辨率：平行方向达0.04nm垂直方向达0.1nm一种基于量子隧道效应的新型高分辨率显微镜,具有广泛的适用性，如刻划纳米级微细线条、移动原子等实际操作，对生物大分子进行原子级直接测量16STM特点：∑STM能以原子级空间分辨率来观察

8、测试物质的表面原子或分子的几何分布和密