纳米科学与技术导论第一章

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1、纳米科学与技术TheSmallWorld个人简介雷鸣，2007年中科院物理研究所纳米物理与器件实验室获理学博士学位。曾先后到香港科技大学和香港中文大学从事博士后研究工作。现为北京邮电大学理学院岗位特聘教授，博士生导师。至今在ScientificReports、J.PowerSources、J.MembraneSci.、Int.J.HydrogenEnergy、JACS、ACSNano、APL、Nanotechnology等国际重要学术期刊上合作发表论文150余篇（第一作者42篇，通讯作者文章35篇），SCI引用1500余次（h因子25），曾主持完成国家自然科学基金青年基金一项，横向课题

2、两项，国家重点实验室开放基金一项，参与完成国家自然科学基金3项，参与完成科技部量子调控重大研究计划项目课题一项。目前主持教育部新世纪优秀人才计划一项，国家自然科学基金面上基金两项，国家重点实验室开放基金一项，横向课题两项。主要研究方向：纳米材料与器件及其相关基础科学问题主要包括：1.无机光电功能纳米材料及相关光电特性2．能量存储与转换材料与器件3．新型异质纳米结构光催化材料4．有机分子材料与场效应晶体管本课程的内容绪论纳米材料2.1零维纳米结构：纳米粒子2.2一维纳米结构：纳米线、纳米棒、纳米管2.3二维纳米结构：薄膜、石墨烯2.4特殊纳米材料纳米材料的制备方法纳米材料的表征纳米材料的

3、性能纳米材料的应用一、绪论1、引言21世纪是高新技术的世纪，信息、生物和新材料代表了高新技术发展的方向。在信息产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注，这就是纳米技术。纳米技术包含下列四个主要方面：纳米材料、纳米动力学、纳米生物学和纳米药物学、纳米电子学。1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。日本最早用蒸发法制备超微颗粒，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后

4、，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20-30nm大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。原因：磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速列车。2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有

5、传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。理论上讲：可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。一、绪论3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精

6、细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。4、纳米电子学：包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷，更小，是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。一、绪论“Thereisplentyo

7、froomatthebottom.”-R.P.Feynman,(Dec29,1959).“Whatwouldhappenifwecouldarrangetheatomsone-by-onethewaywewantthem?”2.纳米技术的发展历程纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。费曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说