文档介绍：1
《现代科技进展》 第五讲纳米科技发展与未来
河海大学史路平
二OO九年九月
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一、纳米科技的意义和发展的过程
二、纳米科技的研究领域
三、纳米科技未来的展望
四、发达国家纳米科技的研究状况
五、我国纳米科技的研究状况简介
目录
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一、纳米科技的意义和发展的过程
爱因斯坦说过,未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界
进军。宏观世界就是肉眼可以分辨出来的物体,大至宇宙深处。微观世
界是原子、分子以及原子、分子以下的层次。
(一)纳米是一个长度单位
纳米是个长度单位
1025米大约十亿光年,人类目前能观测到的宇宙的大致范围;
1021米十万光年,大致相当于银河系的范围;
1014米一千亿公里,我们看到的冥王星的完整轨道;
107米一万公里,航天飞机上分辨出的地球的部分;
103米一公里,飞机上能分辨的城面建筑;
101米十米,清楚分辨足球场上的运动员;
10-2米一厘米,能看清汗光孔和皮肤皱纹;
10-4米一百个微米,能分辨细胞(一般十几个微米);
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一、纳米科技的意义和发展的过程
10-6米一个微米,看到染色体中的染色质;
10-7米一百个纳米,可以看到染色质的两个部分;
10-9米一个纳米,分辨出DNA里面的分子结构;
10-10米一百个皮米,可以看到电子和原子的轮廓;
10-13米一百个飞米,已能从整体上分辨出原子核;
10-14米十个飞米,看到原子核当中的质子和中子;
10-15米一个飞米,可以分辨出组成质子和中子的夸克;
10-16米一百阿米,更进一步看清夸克(一个夸克的大小
为10-19米,)。
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一、纳米科技的意义和发展的过程
纳米是处于宏观世界和微观世界之间的衔接点、交界点。
1纳米=10-9米,十亿分之一米、1m m的百万分之一
光年–公里–米–厘米–毫米–微米–纳米–皮米–飞米–阿米
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一、纳米科技的意义和发展的过程
(二)纳米科技的定义
纳米科技至少有四个提法。
1、纳米科技是微加工领域
指将纳米定位为微加工技术的极限,即通过纳米技术的加
工,人工的形成纳米大小的结构这样的一种技术。
通过超精细加工制作的微机电装置纳米装置。
2、纳米科技是材料领域
指将制备纳米颗粒的技术以及由此引起的材料性能的改变
称为纳米,即纳米材料。
3、纳米科技是化学角度的生产方式
指通过从原子分子层面来制造特殊功能的分子装置,从而
产生生产方式的革命。
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一、纳米科技的意义和发展的过程
4、纳米科技是生物学仿生的生产方式
指从生物学仿生角度,仿造生物学体系的纳米结构,利用
生物分子的自我识别、自我复制功能来制造特定的纳米产品。
纳米科技的定义指在纳米的尺度上(1-100个纳米的范
围)研究物质的特性和相互作用,包括原子分子的操纵。
纳米尺度的物质特性可能以其量子的特性为主,以量子的特性
产生多学科交叉的科技含量,如小尺寸量子效应、物质的局域性、
巨大的表面及界面效应等,使人类认识和改造物质世界的手段和
能力延伸到原子分子。
纳米科技最终的目标是要利用物质在纳米尺度上表现出来的新
颖的物理、化学和生物学特性,来制造具有物定功能的产品。
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一、纳米科技的意义和发展的过程
(三)纳米科技的重要意义
美国将纳米科技和生命科学与生物技术、从外星球获得能源一
起,并列为21世纪可能取得重要突破的三个领域。
美国政府将纳米科技列为21世纪前十年11个关键领域之一。
1999年,美国总统科技助理就美国国家科技委员会《美国的国
家纳米科技倡议》报告致函国会:纳米技术将与信息技术、生物技术
一样,对21世纪经济、国防和社会产生重大影响,可能引导下一场工
业革命,应把它放在科学技术最优先的地位。
纳米科技的意义集中表现为两个方面:
一是,纳米科技将促进人类的认知革命;
二是,纳米科技将会带来一场产业革命。
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一、纳米科技的意义和发展的过程
1、纳米科技将促进人类的认知革命
我们在宏观领域研究宇宙天体,产生了牛顿力学、天文学、
地球物理、地理学、物理学、地质学等诸多理论;
在微观上研究原子核以下层次基本粒子,形成了量子理论;
量子论和相对论是现代通信、信息技术的基础,DNA双螺旋结构
模型奠定了生物学、基因技术的基础。
目前在纳米尺度上还有很多新的现象、新的规律有待发现,新
的理论有待建立,而通过新现象、新规律建立的新理论肯定是新技
术发展的源头。
纳米科技是物理学、化学、生物学、材料学等多学科交叉融
合的领域,现