納米科學(xué)概論市公開課一等獎百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課金獎名師賽課獲獎?wù)n件

Introductionof

Nanoscience&Nanotechnology1/45第一章：納米科學(xué)與技術(shù)介紹第二章：納米科學(xué)與技術(shù)發(fā)展第三章：納米技術(shù)研究工具與方法第四章：納米材料合成與表征第五章：納米器件加工及應(yīng)用第六章：生物納米技術(shù)納米技術(shù)2/45Nano?Nanoscience?Nanotechnology?3/451nm=0.000000001mNano4/45SizesofObjectsMilkyWaygalaxy

9.5x

1016mSun1.4x109mEarth1.2x107mSolarSystem1.2x1013mChina5.2x106mby5.5x106mMountEverestHeight8.9x103mHeight4.68x102mApatosaurusLength2.1x101m5/45SizesofObjectsAfricanElephantHeight~3.3mRabbit(Length)~3x10-1mRedBloodCell7x10-6mby10x10-6mVirus(Length)~9x10-7mCarbon-CarbonBondLength~1.5x10-10mAtom~10-10mNucleus~10-14mCdSeNanocrystal~3x10-9mHousefly~7.5x10–3m6/45cmmmmmnm10-210-310-610-410-510-710-810-9(m)Hair100mmPenny2cmRaindrop1mmRedBloodCell5mmWhatIsANanometer?7/4580100604020(nm)GoldParticles13nm&50nmFluVirus100nm1Bacteriophage60-70nmDNADiameter=2nmNowEnteringTheNANO-ZONE8/459/45NanotechnolNanometreNano-stuffNano-ProduNanomedicineNanoscienceNanobotsApartofsciencethatstudiessmallstuff.

在納米尺度上研究物質(zhì)特征和相互作用，以及利用這些特征實現(xiàn)特有功效和智能科學(xué)。包含納米生物學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、原子／分子操縱和表征學(xué)、納米制造學(xué)等。

Nanoscience

10/45NanotechnolNanometreNano-stuffNano-ProduNanomedicineNanoscienceNanotechnology

Includesadvancesinallindustries,includingtheelectronic,chemical,andpharmaceutical.

Theartandscienceofmakingusefulstuffthatdoesstuffonthenanometrelengthscale.11/45科學(xué)發(fā)覺問題、找出規(guī)律、提出方法知識創(chuàng)新將“經(jīng)濟(jì)”轉(zhuǎn)化為“知識”技術(shù)制備工業(yè)化科學(xué)商品化將“知識”轉(zhuǎn)化為“經(jīng)濟(jì)”Science

VS.Technology12/45NANOSCIENCE:Thinkingaboutsmalltodobigthings13/4514/45碳納米管仿生壁虎腳打造蜘蛛人Science,,322,238-242.15/45金納米顆粒由102個金原子和44個硫醇分子組成，其中，金原子排列成球狀。16/45每一個金納米粒子平均裝載12個TAK779藥品分子,可成功阻止HIV與人類白血球結(jié)合。

GoldNanoparticle17/451991年，日本科學(xué)家飯島澄男發(fā)覺碳納米管，它質(zhì)量只有同體積鋼1／6，強(qiáng)度卻是鋼100倍。用碳納米管做繩索，是唯一能夠從月球上掛到地球表面，而不被本身重量所拉斷繩索。CarbonNanotubeNature

1991,354,56S.Iijima18/45納米管做成“納米秤”令人驚奇是，最近美國、中國、法國和巴西科學(xué)家用精密電子顯微鏡測量納米管在電流中出現(xiàn)擺頻率時，發(fā)覺能夠測出納米管上極小微粒引發(fā)改變，從而創(chuàng)造了能稱量億億分之二百克單個病毒“納米秤”。這種世界上最小秤，為科學(xué)家區(qū)分病毒種類，發(fā)覺新病毒作出了貢獻(xiàn)。19/45納米管質(zhì)量傳感器可給原子稱重當(dāng)一個原子或分子被存放在此碳納米管上面時，此碳納米管共振頻率就會所以原子或分子質(zhì)量而改變，經(jīng)過磁場發(fā)射或噴霧讓它產(chǎn)生振動，并探測到此碳納米管一端電流改變。稱金原子重量，其質(zhì)量為3.25×10-25

MakotoAshino,et.al.

NatureNanotechnology3,337-341()20/45碳60奇異性能超導(dǎo)性氣體貯存增強(qiáng)金屬新型催化劑

21/45

NanotechnologyVision“Theprinciplesofphysics,asfarasIcansee,donotspeakagainstthepossibilityofmaneuveringthingsatombyatom.”“Puttheatomsdownwherethechemistsays,andsoyoumakethesubstance.”

-RichardFeynman(1959) PhysicsNobelLaureateHewastalkingaboutnanotechnologybeforethewordexisted!22/45Top-downNanotechnologyisthenextstepafterminiaturisation.

microelectronicsnanoelectronics23/45UltimateNanotechnologywouldbetobuildatthelevelofoneatomatatimeandtobeabletodosowithperfection.Arrangedoneway,atomsmakeupsoil,airandwater.Arrangedanotherwaytheymakeupstrawberriesorsmoke.Bottom-up24/45.

二維一維零維面線點納米材料分類Nanomaterial25/45

尺寸小比表面積大表面能高表面原子百分比大納米材料四大特點26/45納米材料奇異性能小尺寸效應(yīng)表面效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)量子效應(yīng)四大效應(yīng)27/45

納米材料特異性能小尺寸效應(yīng)特殊光學(xué)性質(zhì)當(dāng)黃金（Au）被細(xì)分到小于光波波長尺寸時，即失去了原有富貴光澤而呈黑色。實際上，全部金屬在納米顆粒狀態(tài)都呈為黑色。尺越小，顏色愈黑，銀白色鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。特殊電學(xué)性質(zhì)介電和壓電特征是材料基本物性之一。納米半導(dǎo)體介電行為（介電常數(shù)、介電損耗）及壓電特征同常規(guī)半導(dǎo)體材料有和很大不一樣。

28/45特殊磁性小尺寸超微顆粒磁性比大塊材料強(qiáng)許多倍，大塊純鐵矯頑力約為80A/m，而當(dāng)顆粒尺寸見效到20nm以下時，其矯頑力可增加1000倍，若深入見效其尺寸，大約小于6nm時，其矯頑力反而降低到零，表現(xiàn)出所謂超順磁性。

特殊熱學(xué)性質(zhì)在納米尺寸狀態(tài)，含有降低空間維數(shù)材料另一個特征是相穩(wěn)定性。當(dāng)人們足夠地降低組成相尺寸時候，因為在限制原子系統(tǒng)中各種彈性和熱力學(xué)參數(shù)改變，平衡相關(guān)系將被改變。固體物質(zhì)在粗晶粒尺寸時，有其固定熔點，超細(xì)微化后，卻發(fā)覺其熔點顯著降低，當(dāng)顆粒小于10nm時尤為顯著。納米材料特異性能29/45特殊力學(xué)性質(zhì)

由納米超微粒壓制成納米陶瓷材料卻含有良好韌性，這是因為納米超微粒制成固體材料含有大界面，界面原子排列相當(dāng)混亂。原子在外力變形條件下輕易遷移，所以表現(xiàn)出很好韌性與一定延展性，使陶瓷材料含有新奇力學(xué)性能。這就是當(dāng)前一些展銷會上推出所謂“摔不碎陶瓷碗”。納米材料特異性能30/45表面效應(yīng)納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相當(dāng)大百分比。伴隨粒徑減小，表面原子數(shù)快速增加，這是因為粒徑小，表面急劇變大所致。當(dāng)直徑小于100nm時，其表面原子百分?jǐn)?shù)急劇增加，甚至1g納米顆粒表面總和可高達(dá)100m2，這時表面效應(yīng)將不容忽略。

納米材料特異性能31/45宏觀量子隧道效應(yīng)

納米材料中粒子含有穿過勢壘能力叫隧道效應(yīng)。宏觀物理量在量子相干器件中隧道效應(yīng)叫宏觀量子隧道效應(yīng)。比如磁化強(qiáng)度，含有鐵磁性磁鐵，其粒子尺寸到達(dá)納米級時，即由鐵磁性變?yōu)轫槾判曰蜍洿判?。納米材料特異性能32/451990年美國國際商業(yè)機(jī)器企業(yè)（IBM）艾格勒在鎳金屬（110）表面用35個氙原子排出“IBM”字樣。1993年中國科學(xué)院北京真空物理試驗室操縱原子寫出“中國”二字。33/4534/45

存放密度大幅度提升：0.6納米直徑意味著信息存放密度可達(dá)每平方厘米1014次方比特(信息存放基本單位)，其信息容量比現(xiàn)有光盤高100萬倍。按照這一密度利用納米技術(shù)設(shè)計一塊方糖大小磁盤，能存放美國國會圖書館全部信息。納米科技將使信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展35/45神奇納米世界

單根碳納米彈簧

靚麗納米世界36/45

酷似大力神杯硅納米結(jié)構(gòu)

掃描隧道顯微鏡下納米團(tuán)簇37/4538/4539/45NANOGEAR40/45December15,“麻雀衛(wèi)星”

質(zhì)量不足10千克，各種部件全部用納米材料制造，一枚小型火箭一次就能夠發(fā)射數(shù)百顆。若在太陽同時軌道上等間隔地布署648顆功效不一樣“麻雀衛(wèi)星”，就能夠確保在任何時刻對地球上任