《纳米科技之意义》PPT课件

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1、第三章纳米科技之国内外研究进展1、掌握基本概念介观领域、纳米科学技术、纳米材料、纳米器件、量子器件、莲花效应、纳米组装体系、自上而下、自下而上。2、纳米材料与传统材料的差别。3、纳米科技的分类。4、纳米科技的前沿动态。难点内容：纳米科技的前沿动态中的部分内容。熟悉内容:了解纳米科学技术发展史。了解发展纳米科技的意义。纳米技术在国内的研究情况及取得的成果。主要英文词汇:Mesostructure,Macrostructure,Nanostructure,Nanotechnology;nanomaterial,Nanostructure,Na

2、nodevice，Top-down,Bottom-up.3.3发展纳米科技的意义费曼：1959年，著名理论物理学家、诺贝尔奖获得者费曼曾预言：“毫无疑问，当我们得以对纳微尺度的事物加以操纵的话，将大大的扩充我们可能获得物性的范围”。还设想“如果有朝一日人们能把百科全书储存在一个针尖大小的空间并能移动原子，那么这将给科学带来什么？”这正是对纳米科技的预言—小尺寸大世界。量子动力学1965诺贝尔奖。1991年：IBM的首席科学家Armstrong曾预言：“我们相信纳米科技将在信息时代的下一个阶段占中心地位，并发挥革命的作用，正如20世纪70年

3、代初以来微米技术已经起的作用那样。”克林顿：纳米技术可能是下个世纪前二十年最重要的技术。钱学森预言：“纳米和纳米以下的结构是下一个阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将使21世纪又一次产业革命。”1993年，因发明STM而获得Nobel物理学奖的科学家海·罗雷尔：微米技术曾同样被认为对使用牛耕地的农民无关紧要。的确，微米与牛毫无关系，但它却改变了耕作方式，带来了拖拉机。1993年，Rohrer博士写信给江泽民主席。他写道：“我确信纳米科技已经具有了150年前微米科技所具有的希望和重要意义。150年前，微米成为新的精度标准，并成为

4、工业革命的技术基础，最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样，未来的技术将属于那些明智地接受纳米作为新标准、并首先学习和使用它的国家。”这些预言十分精辟的指出了纳米体系的地位和作用。纳米技术的应用及其前景纳米科技的重要进展表现在以下几个方面：[1]直接操纵原子方面：日本科学家成功将硅原子堆成一个“金字塔”，首次实现原子三维空间的立体搬迁。1991年，IBM的科学家制造了超快的氙原子开关。可能将美国国会图书馆的全部藏书存储在一个直径为0.3cm的硅片上。纳米刻蚀：目前微电子技术中最细刻度为几分之一微米，即激光光

5、列。如果把搬迁原子的位置按照电路的方式搬迁，便可以用STM进行纳米级的刻蚀。我国已能用STM刻出10nm的细线。一是可制备高密度的存储器。日本NEC公司研制出高密度记录技术，在一张邮票大小的衬底上可以记录下400万页报纸的内容。二是可用分子束外延技术制造出三维纳米量子器件。[2]新材料的出现传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，其应用受到限制。纳米陶瓷可能克服陶瓷材料的脆性，具有象金属一样的柔韧性和可加工性(会吗？理想)。所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料。也就是说，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在

6、纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷，关键需要解决：粉体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散，块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成，则能够在低温下变为延性的，能够发生100%的韧性形变。并发现纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在180℃经受弯曲而不产生裂纹。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，从而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的纳米陶瓷，则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。英国著名科学家莱恩Ca

7、hn在Nature杂志上撰文说：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。”纳米陶瓷的应用：摔不碎的陶瓷，防弹玻璃。设计新型复合材料碳纳米管/高分子复合材料----高强度材料模拟生物功能设计新型材料鲍鱼壳鲍鱼壳牙质腱大多数材料在朝一个方向拉伸时，另一个方向就会变细变窄，如橡皮筋。可以用泊松比(Poisson’sratio，侧向收缩比例与实际伸长比例的比值)来定量描述。2008年4月美国Baughman等利用古老的造纸方法—烘干纤维浆来制造纳米管薄层。实验用的“浆”是单壁碳管和多壁碳管的混合物。Science，Vol.320,pp.504碳纳米管

8、薄层(也称巴克纸)能够在均匀压缩时，长度和宽度同时增加。随着多壁碳管在薄层中的增加，薄层的泊松比会从0.06突然跃变为-0.20，即这种材料具有负的泊松比。新的研究成果具有重要的应用价值，比如