材料制备技术--纳米.ppt

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1、纳米是啥纳米是啥“米米”纳米（纳米（nm），又称毫微米，如同厘米、分米和米一样，是长），又称毫微米，如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。具体地说，一纳米等于十亿分之一米的长度，相度的度量单位。具体地说，一纳米等于十亿分之一米的长度，相当于当于4倍原子大小，万分之一头发粗细；形象地讲，一纳米的物倍原子大小，万分之一头发粗细；形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。这就是纳米体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。这就是纳米长度的概念。长度的概念。当代科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上存在着裂缝。当代科学技术有认识上的盲区或人类知识大厦上存在着裂缝。裂缝的

2、一边是以原子、分子为主体的微观世界，另一岸是人类活裂缝的一边是以原子、分子为主体的微观世界，另一岸是人类活动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结，存在一个动的宏观世界。两个世界之间不是直接而简单的联结，存在一个过渡区过渡区-纳米世界。纳米世界。几十个原子、分子或成千个原子、分子几十个原子、分子或成千个原子、分子“组合组合”在一起时，在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质。这种质。这种“组合组合”被称为被称为“超分子超分子”或或“人工分子人工分子”。“分子分子”性质，如熔点、磁性、电容性、导电性、发光性

3、和染色及水溶性性质，如熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和染色及水溶性有重大变化。当有重大变化。当超分子超分子继续长大或以通常的方式聚集成大块材继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去，真像是一些长不大的孩子。料时，奇特的性质又会失去，真像是一些长不大的孩子。12/22/20221善变颜色的纳米氧化物材料善变颜色的纳米氧化物材料氧化物纳米颗粒最大的本领是在电场作用下或在光的照射氧化物纳米颗粒最大的本领是在电场作用下或在光的照射下迅速改变颜色。作成士兵防护激光枪的眼镜和广告板，下迅速改变颜色。作成士兵防护激光枪的眼镜和广告板，在电、光的作用下，会变得更加喧丽多彩。在电、光的作用

4、下，会变得更加喧丽多彩。神通广大的纳米材料神通广大的纳米材料材料世界中的大力士材料世界中的大力士-纳米金属块体纳米金属块体金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结金属纳米颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比一般金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样实，强度比一般金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样富于弹性。富于弹性。脾气爆燥、易燃易爆的纳米金属颗粒脾气爆燥、易燃易爆的纳米金属颗粒金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。实验上发现如果将金金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。实验上发现如果将金属铜或铝作成纳米颗粒，遇到空气就会激烈燃烧，发生爆炸。属铜或铝作成纳米颗粒，遇到空气就会激烈燃烧，

5、发生爆炸。可用纳米颗粒的粉体作成功固体火箭的燃料、催化剂可用纳米颗粒的粉体作成功固体火箭的燃料、催化剂12/22/20222爱清洁的纳米材料爱清洁的纳米材料把透明疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在大楼表面或窗玻璃把透明疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在大楼表面或窗玻璃上，大楼不会被空气中的油污弄脏，玻璃也不会沾上水蒸气上，大楼不会被空气中的油污弄脏，玻璃也不会沾上水蒸气而永远透明。将这种纳米颗粒放到织物纤维中，做成的衣服而永远透明。将这种纳米颗粒放到织物纤维中，做成的衣服不沾尘，省去不少洗衣的麻烦。不沾尘，省去不少洗衣的麻烦。法力无边的半导体纳米材料法力无边的半导体纳米材料半导体纳米材料的最大用处是可

6、以发出各种颜色的光，可以半导体纳米材料的最大用处是可以发出各种颜色的光，可以做成超小型的激光光源。它还可以吸收太阳光中的光能；把做成超小型的激光光源。它还可以吸收太阳光中的光能；把它们直接变成电能它们直接变成电能 运送药物的运送药物的“导弹导弹”把药物制成纳米颗粒或者把药物放入磁性纳米颗粒的内部。把药物制成纳米颗粒或者把药物放入磁性纳米颗粒的内部。这些颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动，如果在人体这些颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动，如果在人体外部加以导向，使药物集中到患病的组织中，那么药物治疗外部加以导向，使药物集中到患病的组织中，那么药物治疗的效果会大大地提高。的效果会大大地提高。1

7、2/22/20223奇妙的碳纳米管奇妙的碳纳米管最近，科学家正在致力于一种新型纳米材料最近，科学家正在致力于一种新型纳米材料-碳纳米管的碳纳米管的研究，这是一种非常奇特的材料，它是石墨中一层或若干研究，这是一种非常奇特的材料，它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的层碳原子卷曲而成的笼状笼状“纤维纤维”，内部是空的内部是空的，外部直，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实结实。它的。它的密度是钢的密度是钢的1/61/6，而强度却是钢的而强度却是钢的100100倍倍。用这样轻而柔软、。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果

8、用碳又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。电梯，人们在月球定居就很容易了。纳米碳管的细尖极易发射电子，用于做电子枪，可做纳米碳管的细尖极易发射电子，用于做电子枪，可做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业的发展方向12/22/20224被囚禁的电子和未来的电子学器件被囚禁的电子和未来的电子学器件把自由运动

9、的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，电子动或能量被量子化了。结果表现在当在金属颗粒的两端加上电压，电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时金属颗粒不导电。这样一来，原本在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑力，足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，切断了电流的连续性，也使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，并把它们集成起来

10、作成计算机芯片。计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是像人们所设想的那么简单。起码有两个方面的问题向当前的科学技术用光刻技术做成的微米尺寸的微机械提出了挑战把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，电子动或能量被量子化了。结果表现在当在金属颗粒的两端加上电压，电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时金属颗粒不导电。这样一来，原本在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑

11、力，足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，切断了电流的连续性，也使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，并把它们集成起来作成计算机芯片。计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。然而，事情可不是像人们所设想的那么简单。起码有两个方面的问题向当前的科学技术用光刻技术做成的微米尺寸的微机械提出了挑战把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，

12、发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，电子动能或能量被量子化了。结果表现在当在金属颗粒电子动能或能量被量子化了。结果表现在当在金属颗粒的两端加上电压，电压合适时，金属颗粒导电；而电压的两端加上电压，电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时金属颗粒不导电。这样一来，原本在宏观世界不合适时金属颗粒不导电。这样一来，原本在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内不再成立了。还有内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑外的电子时，金属颗粒具有了负

13、电性，它的库仑力，力，足以足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，切断了电流排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，切断了电流的连续性，也使得人们想到是否可以发展用一个电子来的连续性，也使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，并把它们集成起来作成计算机芯片。很小，一旦实现，并把它们集成起来作成计算机芯片。计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。12/22/20225然而，事情可不是像人们所设想的那么简单。起码有两个然而，事情可不是像人们所设想的那么

14、简单。起码有两个方面的问题向当前的科学技术提出了挑战。实际上，被方面的问题向当前的科学技术提出了挑战。实际上，被囚禁的电子可不是那么囚禁的电子可不是那么“老实老实”，按照量子力学的规律，按照量子力学的规律，有时它可以穿过有时它可以穿过“监狱监狱”的壁逃逸出来，一方面在新一的壁逃逸出来，一方面在新一代芯片中似乎不用连线而相互关联在一起，当然，需要代芯片中似乎不用连线而相互关联在一起，当然，需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路，另一方面也新的设计才能使单电子器件变成集成电路，另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根到底，在这一世界中电会使芯片的动作不可控制。归根到底，在这一世界中电子应被看成是子

15、应被看成是“波波”而不是一个粒子。所以尽管单电子而不是一个粒子。所以尽管单电子器件已经在实验室里得以实现，但是真是要用在工业上，器件已经在实验室里得以实现，但是真是要用在工业上，要假以时日，是明天或后天的技术要假以时日，是明天或后天的技术 。12/22/20226被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，会使材料发出强的光。会使材料发出强的光。“量子点列阵激光量子点列阵激光器器”或或“级联激光器级联激光器”的尺寸小，发光的的尺寸小，发光的强度高，驱动它们发光的电压低。可发生强度高，驱动它们发光的电压低。可发生兰光和绿光。用来读写光盘可使光盘的存兰光和绿光。用来读写光盘可使光盘的存贮密度提高几倍。还有甚者，如果用贮密度提高几倍。还有甚者，如果用“囚囚禁禁”原子的小颗粒量子点来存贮数据，制原子的小颗粒量子点来存贮数据，制成量子磁盘，存贮度可提高成千上万倍。成量子磁盘，存贮度可提高成千上万倍。会给信息存贮的技术带来一场革命。会给信息存贮的技术带来一场革命。12/22/20227用光刻技术做成的用光刻技术做成的微米尺寸的微机械微米尺寸的微机械12/22/20228