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1、纳米材料与生物技术NanomaterialsandBiotechnology本课程除了讲述纳米科技的一些基础知识以外,主要介绍了纳米材料在生物检测中的应用,磁性纳米材料及其在生物医学中的应用,纳米药物控释系统,纳米药物与制剂,纳米材料在生物技术中的应用前景展望等内容.安排上述内容的教学就是为使学生了解掌握纳米材料技术的基本原理和常识以及纳米材料在生物医学领域的应用。第一章纳米材料技术概述纳米材料指的是晶粒尺寸为1-100纳米的超细材料.已成为世界各国研究和发展的热点和重点.第一节：纳米材料技术的发展历史1.1纳米材料技术的发展的历程1.2纳米材料技术研究方法的转变1.
2、3纳米科技在20世纪末和21世纪初的发展概况第二节：纳米材料与结构的奇异特性2.1尺寸效应:（i）特殊的光学性质;（ii）特殊的热学性质;（iii）特殊的磁学性质;（iv）特殊的力学性质;（v）特殊的电学性质.2.2表面与界面效应2.3宏观量子隧道效应2.4胶体分散体系(i)胶体和胶体的基本特性；（ii）溶胶的动力性质；（iii）溶胶的光学性质第三节：纳米科技发展的特点及社会影响第四节：纳米科学技术发展趋向第五节：生物学应用第一节：纳米材料技术的发展历史1.1纳米材料技术的发展的历程(1)孕育萌生阶段1860年,胶体化学诞生.(2)探索研究阶段1984年,6nmFe粒
3、子成功合成.(3)应用开发阶段1993年以来,蓬勃发展.1.2纳米材料技术研究方法的转变(1)由上而下的方法(topdown)(2)由下而上的方法(bottomup)1.3纳米科技在20世纪末和21世纪初的发展概况100nm芯片,磁性纳米棒,分子电动机,纳米机器人,…第二节：纳米材料与结构的奇异特性2.1尺寸效应随着颗粒尺寸的变小，在一定条件下会引起颗粒性质的变化。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应。对纳米颗粒而言，尺寸变小的同时，其比表面积亦显著增加，表面原子的电子能级离散、能隙变宽、晶格改变、表面原子密度减小，从而产生一系列新奇的性质。尺寸相当
4、于或小于光波波长,传导电子的德布罗意波长,超导态的相干长度或透射深度等特征尺寸时,周期性的边界条件将被破坏,声,光,电,磁,热力学等特性即呈现新的小尺寸效应或量子尺寸效应.（i）特殊的光学性质:当纳米颗粒尺寸小到一定程度时具有很强的吸光性。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。纳米材料可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。（ii）特殊的热学性质：大尺寸固态物质的熔点是固定的，在其被超细化后熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米是尤为显著。金：m.p.1064℃---1037℃(10nm)---327℃(2nm).银：m.p.670℃-
5、------------------﹤100℃.通过少量掺杂，可大大降低烧结温度。（iii）特殊的磁学性质：磁性纳米粒子具有高矫玩力和或超顺磁性的特性.鸽子,海豚,蝴蝶,蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒.趋磁细菌内通常含有约20纳米的Fe3O4粒子,从而使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,并具有回归的本领.（iv）特殊的力学性质：纳米粒子由于细化后晶界数量大大增加,可使纳米材料的强度,韧性和超塑性大为提高,对机械应力的反应完全不同,从而显示出优于同类大块材料的力学性能.（v）特殊的电学性质：久保理论:针对金属纳米粒子费米面附件电子能级状态分布而
6、提出的,认为相邻电子能级间距和金属粒子的直径有关.随着粒径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能级变宽，金属导体将因此变成绝缘体。由于表面原子数增加，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，从而具有很高的化学活性。实际应用中，常需对其表面进行修饰或包覆。D/nmAtomnumberAtomnumberinSurface(%)SpecificArea(m2/g)103x104209044x1034022522.5x10280450130999002.2表面与界面效应Table1.1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系2.3宏观量
7、子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。一些宏观物理量，如微观粒子的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、隧道效应是未来微电子器件的基础，确立了现有微电子器件进一步微型化的极限（必须考虑量子效应）。2.4胶体分散体系(i)胶体和胶体的基本特性分散体系：把一种或几种物质（分散相）分散在另一种物质（分散介质）中形成的体系。胶体分散体系：分散相大小在10-9－10-7m之间。液溶胶：分散介质为液体的胶体分散体系。固溶胶，气溶胶。1861年，Graham提出了“胶体”的概念。基本特性：特有的分散程度
