关于纳米技术的思考：从原子团簇基础研究到纳米技术应用探索-论文.pdf

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1、前沿}=_RONTIER关于纳米技术的思考■从原子团簇基础研究到纳米技术应用探索◎王广厚纳米技术的本质是在原子分子层次上，研究尺度在10一～10米范围内物质的结构及物理、化学和生物性质所呈现的重要变化。其目的是对纳米尺度的物质进行操控，在探索其性质基础上构建自然界还没有的新材料和新器件。人类对客观物质世界的认识尺度范围包括微观、理学讲义》非常著名。他在理论物理两方面的贡献使他介观、宏观和宇观。小于人的肉眼能够分辨的尺度称为获得了诺贝尔物理学奖：一是在研究量子电动力学基微观，如原子、分子和亚原子(基本粒子)等。宏观是人本

2、问题过程中，运用作用量的表现形式，建立了量子力们通常眼睛能看到的，宇观要借助望远镜或者太空技学的路径积分方法；二是用简单图形，即费恩曼图来描术才能够观察到，介观是处于微观和宏观之间的一种绘基本粒子之间的相互作用。1950年代．科学家对发体系。从大到宇观至小到微观，理论和实验两个方面都现各种基本粒子怀有浓厚的兴趣，当时发现了很多奇有很多相互联系的地方。物质世界既有多样性，又有统异粒子。但是1959年底，在加州理工学院举行美国物一性。理学年会时，费恩曼在会上做了题为“底部还有很多空本文谈论的纳米尺度涉及的范围是介于原子分子

3、间”(ThereisPlentyofRoomattheBottom)的著名报和块体之间，从0．1纳米至100纳米的尺度范围。告，他说：“我今天要讲的内容并不是奇异粒子，我讲的内容很可能在某种情况下与固态物理有关，而这个方纳米概念与纳米技术面，是我们目前还没有注意到的，在小尺度(small自然界有很多天然的东西在进化过程中表现出纳scale)情况下．在比我们通常见到的固体更小的尺度范米级物体的能耐。t：t~n，壁虎的脚趾上有数百根毛，每围内．人类能够把一个一个原子排列起来，重新构造固根毛上又分出几百个大约200纳米粗的尖

4、端，在这个态．那么将会出现什么样的情况?”当时费恩曼说的“小尺度上，微弱的分子间引力会把玻璃与毛尖端紧紧地尺度”就是纳米(nanometer，nm)尺度范围，但他并没有拉在一起。这个引力乘以数百万倍，就产生了支撑壁虎直接提出纳米这个概念。nano(纳诺)这个词本身是希身体的附着力，使它可以在玻璃表面爬行。腊词侏儒，也即很小的意思。人类早期也有采用纳米技术的事例。在古代中世纳米科学是研究在纳米尺度上出现的、与单个原纪，人们在玻璃中掺杂金、银纳米粒子．这种粒子对特子分子或块体材料不同的、与尺寸相关的性质和现象定波长可见光的

5、选择吸收呈现出丰富多彩的颜色，可的科学。纳米技术是应用纳米科学知识对纳米尺度的以制作成各种颜色的玻璃杯。只是当时人们并不知道物质进行操控，以便它们显示出与单个原子、分子或块其中的道理。体材料不同的性质和现象的技术。真正在现代提出纳米概念、纳米技术想法的是物自1980年代起．已出现了一些关键性的纳米技理学家费恩曼(R．P．Feynman)，他的三卷本《费恩曼物术：1981年发明扫描隧道显微镜(STM)，使人类第一次能在实空间观察原子的图像；1985年发现了C；王广厚：教授，南京大学固体微结构物理国家重点实验室，南京198

6、6年发明了原子力显微镜(AFM)；1987年观察到电210093；中国科学院院士。导量子化现象：1989年用35个氙原子第一次写出了WangGuanghOU：Professor，NationalLaboratoryofSolidStateMi—erostructure，NanjingUniversity，Nanjing210093；MemberofCAS．“IBM”：1991年发现纳米碳管；2001年用碳纳米管182014：~1月科学(66卷1期前沿FROHTIER人们总是希原子团簇的兴起望把器件做得越块体来越小，密度

7、越来团簇研究始于1970年代末、1980年代初。团簇是越高，这样就会产原子、分子的聚集体，由几个到成千上万个原子组合起生两个问题：(1)来构成的一个集团。外面有包裹的团簇称为包裹团簇；由于存在衍射、带有些团簇是嵌埋的，比如嵌埋在分子筛里，则称为嵌埋粉末电粒子问的库仑团簇。排斥和光学近邻团簇的尺寸范围包括：2～20个原子的小团簇，20～效应，辐照不再能300个原子的中等大小团簇，以及300～10s原子数的够被精确地限制大尺寸团簇．大尺寸团簇进入了纳米尺度。芝加哥大学曷回曷冒同冒纳米粒子于预定的空间区理论物理学家贝里(R．

8、Berry)教授认为，3-3x10原子域；(2)固体内部数都是团簇研究的范围。的散射造成入射分子是团簇最大的“亲家”，由于团簇是由几个、几团簇到阻挡层的能量百个，甚至成千上万个原子组成，所以许多人最早也把在阻挡层内发生它当作一种特殊类型的分子，但是团簇和分子存在着弥散。即器件尺寸非常重要的不同。在组分、结构、键合等方面，对分子来的