納米材料科學(xué)與技術(shù)

1.納米科技概念的提出與發(fā)展

當(dāng)2000年人們回顧歷史的時(shí)候,他們會(huì)為直到1959年才有人想到直接用原子,分子來(lái)制造機(jī)器而感到驚訝。

---RichardP.Feynman,1959

還設(shè)想“如果有朝一日人們能把百科全書(shū)儲(chǔ)存在一個(gè)針尖大小的空間并能移動(dòng)原子，那么這將給科學(xué)帶來(lái)什么？”這正是對(duì)納米科技的預(yù)言—小尺寸大世界。1959年12月，費(fèi)曼所作的題為《底部還有很大空間》的演講，被公認(rèn)為是納米技術(shù)思想的來(lái)源。費(fèi)曼曾預(yù)言：“毫無(wú)疑問(wèn)，當(dāng)我們得以對(duì)納微尺度的事物加以操縱的話，將大大的擴(kuò)充我們可能獲得物性的范圍”費(fèi)曼（RichardFeynman），物理學(xué)家量子動(dòng)力學(xué)1965諾貝爾獎(jiǎng)第一頁(yè)1第二頁(yè)，共85頁(yè)。1974年，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機(jī)械加工。

1982年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具（掃描隧道顯微鏡），使人類首次在大氣和常溫下看見(jiàn)原子，為我們揭示一個(gè)可見(jiàn)的原子、分子世界，對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用。

1990年7月，第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生。1.納米科技概念的提出與發(fā)展第二頁(yè)2第三頁(yè)，共85頁(yè)。第一階段(1990年以前)在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的性能。第二階段(1994年以前)如何利用納米材料已挖掘出來(lái)的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料。第三階段(1994之后)納米組裝體系。1.納米科技概念的提出與發(fā)展第三頁(yè)3第四頁(yè)，共85頁(yè)。引言：納米科技的發(fā)展史是一個(gè)由幻想到現(xiàn)實(shí)的過(guò)程，其中不乏里程碑式的事件(圖1)。2002年1959年1981年1985年1986年1987年1988年1989年1990年1991年2000年1997年圖1納米科技發(fā)展的里程碑節(jié)點(diǎn)1.納米科技概念的提出與發(fā)展第四頁(yè)4第五頁(yè)，共85頁(yè)。

HumanHair一納米有多大？納米（Nanometer）是長(zhǎng)度的單位什么是納米？1納米=10-9m，大約等于十個(gè)氫原子并列一直線的長(zhǎng)度。形象地講，一納米的物體放到乒乓球上，就像一個(gè)乒乓球放在地球上一般，這就是納米長(zhǎng)度的概念。

人類頭發(fā)的直徑大約有6萬(wàn)至8萬(wàn)納米。第五頁(yè)5第六頁(yè)，共85頁(yè)。納米材料的主要形式納米粒子納米線納米帶納米膜納米管納米固體材料某一方向尺度為1-100nm的材料稱為納米材料第六頁(yè)6第七頁(yè)，共85頁(yè)。各種納米結(jié)構(gòu)第七頁(yè)7第八頁(yè)，共85頁(yè)。二維指在空間中有一維在納米尺度，如超薄膜、多層膜、超晶格等按照維數(shù)劃分零維指在空間三維方向均為納米尺度的顆粒、原子團(tuán)簇等一維指在空間有二維處于納米尺度，如納米絲、納米棒、納米管等納米分類第八頁(yè)8第九頁(yè)，共85頁(yè)。按化學(xué)組成與結(jié)構(gòu):納米金屬材料、納米陶瓷材料、納米高分子材料、納米復(fù)合材料；按力學(xué)性能:納米增強(qiáng)陶瓷材料、納米改性高分子材料、納米耐磨及潤(rùn)滑材料、超精細(xì)耐磨材料；按光學(xué)性能:納米吸波(隱身)材料、光過(guò)濾材料、光導(dǎo)電材料、感光或發(fā)光材料、納米改性顏料、納米抗紫外線材料；按電子性能:納米半導(dǎo)體傳感器材料、納米超純電子漿料；按磁性:高密度磁記錄介質(zhì)材料、磁流體、納米磁性吸波材料、納米磁性藥物、納米微晶永磁或軟磁材料、室溫磁制冷材料;按熱學(xué)性能:納米熱交換材料、低溫?zé)Y(jié)材料、低溫焊料、特種非平衡合金;按生物與醫(yī)用性能:納米藥物、納米骨和齒修復(fù)材料、納米抗菌材料;按表面活性:納米催化材料、吸附材料、防污環(huán)境材料納米材料的種類第九頁(yè)9第十頁(yè)，共85頁(yè)。2、納米材料概述《全球科技經(jīng)濟(jì)瞭望》：科學(xué)界普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一臺(tái)主要的發(fā)動(dòng)機(jī)，其作用可使微電子學(xué)在20世紀(jì)后半葉對(duì)世界的影響相形見(jiàn)絀，納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)、制造業(yè)、材料和信息通信等行業(yè)帶來(lái)革命性的變革。第十頁(yè)10第十一頁(yè)，共85頁(yè)。納米材料概述——納米技術(shù)在美國(guó)美國(guó)早在2000年就率先制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開(kāi)展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)又通過(guò)了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開(kāi)。批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開(kāi)始的4年中共投入約37億美元，用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。第十一頁(yè)11第十二頁(yè)，共85頁(yè)。納米材料概述——納米技術(shù)在美國(guó)2010年:80萬(wàn)納米科技人才,GDP1萬(wàn)億美元,200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中，6項(xiàng)有關(guān)納米材料。軍工:隱形飛機(jī)表面涂料、艦船表面納米涂料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一，制定了“國(guó)家納米技術(shù)倡議”:納米材料納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué)

第十二頁(yè)12第十三頁(yè)，共85頁(yè)。國(guó)會(huì):21世紀(jì)前20年的立國(guó)之本，日本政府總共投資了多于38億美元在研究上

著名大企業(yè):納米實(shí)用化技術(shù)的計(jì)劃三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣納米材料概述——納米技術(shù)在日本日本目前是僅次于美國(guó)的第二大納米技術(shù)投資國(guó)。第十三頁(yè)13第十四頁(yè)，共85頁(yè)。2005年，歐盟制定《歐洲納米技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略》，歐盟成員國(guó)德國(guó)、法國(guó)、芬蘭等分別制定了本國(guó)納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，歐盟及主要成員國(guó)已累計(jì)投入超過(guò)140億美元。俄羅斯從2001年開(kāi)始重點(diǎn)推動(dòng)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)，2007年專門(mén)成立國(guó)有"俄羅斯納米技術(shù)集團(tuán)"推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。納米材料概述——納米技術(shù)在歐洲第十四頁(yè)14第十五頁(yè)，共85頁(yè)。我國(guó)從20世紀(jì)80年代起就一直高度重視納米技術(shù)，作為較早開(kāi)展納米技術(shù)研究的國(guó)家之一，2001年就成立國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)，同年7月科技部等五部委發(fā)布《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要（2001-2010）》。2001-2009年，我國(guó)用于納米科技的研發(fā)經(jīng)費(fèi)超過(guò)26億元人民幣。我國(guó)在納米材料研究方面與國(guó)際保持同步，并已開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化。2009年，我國(guó)發(fā)表納米科技SCI-E論文總數(shù)首次超越美國(guó)，躍居世界第一，專利申請(qǐng)量世界第二；先后建設(shè)"國(guó)家納米技術(shù)科學(xué)中心"和"納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究納米材料概述——納米技術(shù)與當(dāng)代中國(guó)第十五頁(yè)15第十六頁(yè)，共85頁(yè)。納米材料的奇異性能

納米材料的特殊性能是由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)，使之產(chǎn)生四大效應(yīng)，即小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)（含宏觀量子隧道效應(yīng)）、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)，從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的物理、化學(xué)性能。由于納米材料在磁、熱、光、電、催化、生物等方面具有奇異的特性，使其在諸多領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景，并已經(jīng)成為當(dāng)今世界科技前沿的熱點(diǎn)之一。

第十六頁(yè)16第十七頁(yè)，共85頁(yè)。表面效應(yīng)引發(fā)性能：1）表面原子輸運(yùn)構(gòu)型變化：催化2）電子自旋構(gòu)象能譜變化：光學(xué)表面原子特點(diǎn)：1）原子配位不滿，多懸空鍵2）高表面能，高表面活性納米材料的奇異性能第十七頁(yè)17第十八頁(yè)，共85頁(yè)。表面效應(yīng)如A原子缺少三個(gè)近鄰，B、C、D原子各缺少兩個(gè)近鄰，E原子缺少一個(gè)近鄰，它們均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，近鄰缺位越多越容易與其他原子結(jié)合，說(shuō)明處于表面的原子(A、B、C、D和E)比處于內(nèi)部的原子的配位有效明顯的減少。納米材料的奇異性能第十八頁(yè)18第十九頁(yè)，共85頁(yè)。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對(duì)超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。小尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第十九頁(yè)19第二十頁(yè)，共85頁(yè)。寬頻帶強(qiáng)吸收納米粒子呈黑色、極低反射率納米氮化硅、碳化硅及氧化鋁粉末對(duì)紅外有一個(gè)寬帶吸收譜大的比表面導(dǎo)致了平均配位數(shù)下降，不飽和鍵和懸鍵增多可以作為高效率的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，也可以應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等量子限域效應(yīng)（1）光學(xué)性質(zhì)小尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第二十頁(yè)20第二十一頁(yè)，共85頁(yè)。銀多面體納米晶由于等離子體共振吸收峰變化導(dǎo)致散射的顏色發(fā)生變化.小尺寸效應(yīng)（1）光學(xué)性質(zhì)：藍(lán)移納米材料的奇異性能第二十一頁(yè)21第二十二頁(yè)，共85頁(yè)。（1）光學(xué)性質(zhì)：藍(lán)移小尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第二十二頁(yè)22第二十三頁(yè)，共85頁(yè)。（2）光學(xué)性質(zhì)：發(fā)光小尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第二十三頁(yè)23第二十四頁(yè)，共85頁(yè)。固態(tài)大尺寸物質(zhì)，熔點(diǎn)固定；超細(xì)微化后其熔點(diǎn)顯著降低，當(dāng)粒徑小于10納米時(shí)尤為顯著例如，塊狀金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，

--

當(dāng)顆粒尺寸減小到10nm尺寸時(shí)，則降低27℃，

--2nm尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右。比熱容、熱膨脹系數(shù)：--納米金屬Cu的比熱容是傳統(tǒng)純Cu的2倍；--納米固體Pd的熱膨脹比傳統(tǒng)Pd材料提高1倍；--納米Ag作為稀釋致冷機(jī)的熱交換器效率比傳統(tǒng)材料高30%（3）熱學(xué)性質(zhì)小尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第二十四頁(yè)24第二十五頁(yè)，共85頁(yè)。納米顆粒足夠小時(shí)，呈現(xiàn)超順磁性。磁性超細(xì)顆粒具有高的矯頑力。磁性材料納米化后，磁化率也會(huì)發(fā)生明顯變化。納米磁性金屬磁化率是宏觀狀態(tài)下的20倍，而飽和磁矩是宏觀狀態(tài)下的1/2。磁性超微顆粒——生物磁羅盤(pán)高矯頑力——制作高貯存密度的磁記錄磁粉超順磁性——制作磁性液體鐵磁流體（4）磁學(xué)性質(zhì)小尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第二十五頁(yè)25第二十六頁(yè)，共85頁(yè)。典型案例：銀是優(yōu)良的良導(dǎo)體，(10～15)nm的銀微粒電阻突然升高，失去了金屬的特征，變成了非導(dǎo)體。共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的氮化硅、二氧化硅等，當(dāng)尺寸達(dá)到(15~20)nm時(shí)電阻卻大大下降，用掃描隧道顯微鏡觀察時(shí)不需要在其表面導(dǎo)電材料就能觀察到其表面的形貌。（5）電學(xué)性質(zhì)小尺寸效應(yīng)主要原因：晶界上原子體積分?jǐn)?shù)增大，晶界原子排列混亂、厚度大，界面能壘導(dǎo)致電子運(yùn)動(dòng)發(fā)生變化。納米材料的奇異性能第二十六頁(yè)26第二十七頁(yè)，共85頁(yè)。布朗運(yùn)動(dòng)是由于分子熱運(yùn)動(dòng)造成的。納米粒子形成溶膠時(shí)會(huì)產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)是影響粒子分散物系(溶膠)動(dòng)力穩(wěn)定性的一個(gè)原因。納米粒子不會(huì)穩(wěn)定地停留在某一固定位置上，不會(huì)因重力而發(fā)生沉積，另一方面，可能因相互碰撞而團(tuán)聚，顆粒由小變大而沉淀。為分散介質(zhì)的粘度系數(shù)；r為粒子半徑（6）動(dòng)力學(xué)性質(zhì)小尺寸效應(yīng)擴(kuò)散是在有濃度差時(shí)，由于微粒熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))而引起的物質(zhì)遷移現(xiàn)象。微粒越大，熱運(yùn)動(dòng)速度愈小。一般以擴(kuò)散系數(shù)(D)來(lái)量度擴(kuò)散速度。納米材料的奇異性能第二十七頁(yè)27第二十八頁(yè)，共85頁(yè)。原子配位不滿，多懸空鍵；微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力；宏觀量子隧道效應(yīng)；一些宏觀量（如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量）具有的隧道效應(yīng)宏觀量子隧道效應(yīng)意義:確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限納米材料的奇異性能第二十八頁(yè)28第二十九頁(yè)，共85頁(yè)。當(dāng)粒子尺寸降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象和納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)，能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。能帶理論表明:

金屬費(fèi)米能級(jí)附近電子能級(jí)一般是連續(xù)的，這一點(diǎn)只有在高溫或宏觀尺寸情況下才成立。對(duì)于只有有限個(gè)導(dǎo)電電子的超微粒子來(lái)說(shuō)，低溫下能級(jí)是離散的。量子尺寸效應(yīng)納米材料的奇異性能第二十九頁(yè)29第三十頁(yè)，共85頁(yè)。什么是納米科技？

制備優(yōu)異性能的納米材料設(shè)計(jì)、制備各種納米器件和裝置探測(cè)分析納米區(qū)域的性質(zhì)和現(xiàn)象transistor1947

integratedcircuit‘chip’1959

2001:>100milliontransistorsperchip第三十頁(yè)30第三十一頁(yè)，共85頁(yè)。納米科技研究?jī)?nèi)容納米科技的研究?jī)?nèi)容：納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等學(xué)科。

納米技術(shù)涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。納米科技大廈第三十一頁(yè)31第三十二頁(yè)，共85頁(yè)。納米科技視頻資料：什么是納米

軍事居家航天醫(yī)學(xué)能源環(huán)保信息納米科技第三十二頁(yè)32第三十三頁(yè)，共85頁(yè)。納米材料應(yīng)用領(lǐng)域能源領(lǐng)域金屬防護(hù)路橋領(lǐng)域建筑節(jié)能第三十三頁(yè)33第三十四頁(yè)，共85頁(yè)。視頻資料:

1NanoYou第三十四頁(yè)34第三十五頁(yè)，共85頁(yè)。STM的工作原理將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)兩者之間的距離足夠小時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過(guò)電極間的絕緣層，形成“隧道電流”，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。STM工作時(shí)的特點(diǎn)利用針尖掃描樣品表面，通過(guò)隧道電流獲取圖像。STM工作方式恒電流掃描恒高度掃描第三十五頁(yè)35第三十六頁(yè)，共85頁(yè)。STM的原理示意圖第三十六頁(yè)36第三十七頁(yè)，共85頁(yè)。STM觀察和研究固體表面的微觀結(jié)構(gòu)第三十七頁(yè)37第三十八頁(yè)，共85頁(yè)。觀察和研究固體表面的微觀結(jié)構(gòu)1.3特點(diǎn)及應(yīng)用第三十八頁(yè)38第三十九頁(yè)，共85頁(yè)。白春禮院士，1988年4月12日，中國(guó)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的STM研制成功。第三十九頁(yè)39第四十頁(yè)，共85頁(yè)。1989年美國(guó)加州IBM實(shí)驗(yàn)內(nèi)，依格勒博士（D.Eigler）采用低溫、超高真空條件下的STM操縱著一個(gè)個(gè)氙原子排出“IBM”。之后，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫(xiě)出“中國(guó)”二字，標(biāo)志我國(guó)在納米科技領(lǐng)域占有一席之地。STM例：移動(dòng)原子第四十頁(yè)40第四十一頁(yè)，共85頁(yè)。STM例：移動(dòng)鐵原子1993年，美國(guó)科學(xué)家在低溫下，用STM針尖將48個(gè)鐵原子排成一個(gè)圓環(huán)，并且直接觀察到了電子駐波的圖形。第四十一頁(yè)41第四十二頁(yè)，共85頁(yè)。視頻資料：

掃描隧道顯微鏡的發(fā)明

STM的工作原理

如何移動(dòng)、觸摸原子第四十二頁(yè)42第四十三頁(yè)，共85頁(yè)。宇宙大爆炸以后的冷卻時(shí)期，當(dāng)時(shí)原始凝聚物質(zhì)形成早期星體中的納米結(jié)構(gòu)。自然界又演變出許多構(gòu)成地球生物的納米結(jié)構(gòu)------貝殼和動(dòng)物骨骼。原始人類發(fā)現(xiàn)火的時(shí)候，他們創(chuàng)造了“人工納米材料”------煙粒。西漢銅鏡和黑漆鼓，徽墨，漆器。圖2.2自然界里的納米材料納米材料的自然歷史第四十三頁(yè)43第四十四頁(yè)，共85頁(yè)。圖5王羲之《夜亂貼》（局部）徽墨―精煙墨

第四十四頁(yè)44第四十五頁(yè)，共85頁(yè)。蓮花葉子表面

的自我潔凈蓮花葉面表面的結(jié)構(gòu)與粗糙度為微米至納米尺寸的大小。當(dāng)遠(yuǎn)大于該結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上時(shí)，只能和葉面上凸?fàn)钗镄纬牲c(diǎn)的接觸。液滴在自身的表面張力作用下形成球狀，在滾動(dòng)中吸附灰塵，并滾出葉面。納米材料的自然歷史第四十五頁(yè)45第四十六頁(yè)，共85頁(yè)。

水滴在涂層表面的表觀接觸角：

cos

=(1-

)cos

-

:表面材質(zhì)；

:表面粗糙度第四十六頁(yè)46第四十七頁(yè)，共85頁(yè)。第四十七頁(yè)47第四十八頁(yè)，共85頁(yè)。

提高表面憎水性/微觀凹-凸形貌

150o

耐污性

5%

自分層表面富集

有機(jī)涂層疏水

改性第四十八頁(yè)48第四十九頁(yè)，共85頁(yè)。蜜蜂---導(dǎo)航功能蜜蜂體內(nèi)存在著磁性的納米粒子，這些粒子具有羅盤(pán)的作用，這就是蜜蜂飛行的導(dǎo)航系統(tǒng)。第四十九頁(yè)49第五十頁(yè)，共85頁(yè)。鵝毛和鴨毛的排列非常整齊，且毛與毛之間的隙縫極小，小到納米尺寸，所以水分子無(wú)法穿透層層的鵝毛和鴨毛。所以鵝與鴨得以在水中保持身體的干燥。這種結(jié)構(gòu)還極其通氣。納米材料的自然歷史第五十頁(yè)50第五十一頁(yè)，共85頁(yè)。通過(guò)涂層表面微觀結(jié)構(gòu)與形貌的設(shè)計(jì)，使之具有類似海豚皮表面納米結(jié)構(gòu)與形貌，以實(shí)現(xiàn)艦船涂層的長(zhǎng)效、無(wú)毒防污第五十一頁(yè)51第五十二頁(yè)，共85頁(yè)。

影響艦船的戰(zhàn)斗性能（污損率為5%時(shí)的阻力=潔凈表面的2倍）

燃油消耗（燃料消耗增加10%）

維修成本增加

加速船體腐蝕，縮短使用壽命

船艦?zāi)臀弁繉拥谖迨?yè)52第五十三頁(yè)，共85頁(yè)。壁虎的腳底部長(zhǎng)著數(shù)百萬(wàn)根極細(xì)的剛毛

壁虎的每根剛毛末端又有一千多根頂部呈刮鏟狀的更細(xì)的分支毛第五十三頁(yè)53第五十四頁(yè)，共85頁(yè)。第五十四頁(yè)54第五十五頁(yè)，共85頁(yè)。2008年3月，美國(guó)哈佛—麻省理工羅伯特·蘭格和杰弗里·卡普教授開(kāi)發(fā)出一種具有彈性的、可生物降解的膠貼。該膠貼的靈感來(lái)自壁虎的足部，這種膠貼，也是依靠納米尺度的柱體和化學(xué)膠水制成的，它是第一個(gè)能呈現(xiàn)出良好黏性強(qiáng)度和動(dòng)物安全性的膠貼。第五十五頁(yè)55第五十六頁(yè)，共85頁(yè)。現(xiàn)代納米發(fā)展與高新科技第五十六頁(yè)56第五十七頁(yè)，共85頁(yè)。1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼的10成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來(lái)最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等。碳納米管被發(fā)現(xiàn)視頻：中國(guó)在納米碳管研究中的突破第五十七頁(yè)57第五十八頁(yè)，共85頁(yè)。天梯——碳納米管繩梯古人曾經(jīng)幻想，順著天梯就可以上天了。

他們認(rèn)為，沿著昆侖山頂峰上的大樹(shù)向上爬，爬到樹(shù)頂就能進(jìn)入天庭，這棵樹(shù)就是上天的天梯。從地面修造一架天梯達(dá)到幾萬(wàn)千米高的衛(wèi)星，底部必須是直徑358千米粗的柱子，才能支撐得住，才不會(huì)被自己的重量壓彎，這樣的天梯，其底座相當(dāng)于江蘇省的面積那么大。第五十八頁(yè)58第五十九頁(yè)，共85頁(yè)。天梯——碳納米管繩梯建設(shè)天梯（20世紀(jì)90年代提出）：同步衛(wèi)星放下由碳納米管制作的繩纜到地球。升降機(jī)將沿著這個(gè)繩纜爬上爬下。第五十九頁(yè)59第六十頁(yè)，共85頁(yè)。石墨烯（Graphene）是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個(gè)碳原子厚度的二維材料.A.K.GeimK.S.Novoselov石墨烯的發(fā)現(xiàn)第六十頁(yè)60第六十一頁(yè)，共85頁(yè)。朗訊公司和牛津大學(xué):納米鑷子碳納米管“秤”，稱量一個(gè)病毒的重量稱量單個(gè)原子重量的“納米秤”納米研究進(jìn)展第六十一頁(yè)61第六十二頁(yè)，共85頁(yè)。2005年，美國(guó)萊斯大學(xué)教授詹姆斯-圖爾設(shè)計(jì)了一個(gè)納米車，雖然沒(méi)有馬達(dá)，但可以借助熱擴(kuò)散在金屬表面移動(dòng)。他指出費(fèi)林加研發(fā)的新分子是在制造當(dāng)前只能通過(guò)酶的生物學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)的機(jī)器方面邁出的重要一步。圖爾說(shuō)：“我們可以捕獲小分子，組裝成類似電子存儲(chǔ)器那樣的小型裝置?！?/p>

世界最小四輪納米車第六十二頁(yè)62第六十三頁(yè)，共85頁(yè)。顯微外科術(shù)的革命——細(xì)胞修復(fù)術(shù)眾所周知，上世紀(jì)器官移植，人工器官技術(shù)的發(fā)展，曾使得外科從修復(fù)外科時(shí)代(對(duì)病變器官與組織的切除)向替代外科時(shí)代(器官移植、人工器官)發(fā)展，并有專家預(yù)言21世紀(jì)醫(yī)學(xué)仍然是替代外科為主的時(shí)代。第六十三頁(yè)63第六十四頁(yè)，共85頁(yè)。納米藥包美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員正在研究一種只有20nm的藥物炸彈和包含了1000個(gè)納米藥包的微型芯片；在固定的DNA鏈上連接上殺癌的藥物膠囊，放到病人血液和組織內(nèi)，一遇上癌細(xì)胞的DNA時(shí)，DNA鏈就與癌細(xì)胞的DNA結(jié)合，這時(shí)藥物開(kāi)關(guān)受觸發(fā)而開(kāi)放，藥物便釋放出來(lái)，殺滅癌細(xì)胞；第六十四頁(yè)64第六十五頁(yè)，共85頁(yè)。納米泵人造紅細(xì)胞它比體內(nèi)血液中的紅細(xì)胞要多攜帶200多倍的氧氣。血液形態(tài)圖在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第六十五頁(yè)65第六十六頁(yè)，共85頁(yè)。納米技術(shù)與基因療法的結(jié)合瑞典科學(xué)家制作的微型醫(yī)用機(jī)器人，可移動(dòng)并撿起肉眼看不見(jiàn)的玻璃珠。用這種微型機(jī)器手將果蠅的染色體基因進(jìn)行信號(hào)移動(dòng)，培育出的果蠅多長(zhǎng)了一個(gè)胸脯和翅膀，甚至把果蠅的眼睛和翅膀挪位；果蠅：遺傳學(xué)和分子發(fā)育生物學(xué)的國(guó)王

圖中左側(cè)為雌性，右側(cè)為雄性第六十六頁(yè)66第六十七頁(yè)，共85頁(yè)。

納米清潔工科學(xué)家設(shè)想制造出負(fù)責(zé)清掃血管的納米機(jī)器人（清潔工），專門(mén)負(fù)責(zé)清掃血管壁上的膽固醇、凝血等沉積物，以預(yù)防腦血栓等心血管??；同時(shí)也可以制作出清掃體內(nèi)癌細(xì)胞的機(jī)器人。納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物。納米機(jī)器人小到可在人的血管中自由地游動(dòng)，對(duì)于腦血栓、動(dòng)脈硬化等病灶，可以很容易地予以清理而不用進(jìn)行危險(xiǎn)的開(kāi)顱、開(kāi)胸手術(shù)。第六十七頁(yè)67第六十八頁(yè)，共85頁(yè)。隱形戰(zhàn)斗機(jī)第六十八頁(yè)68第六十九頁(yè)，共85頁(yè)。防彈衣因納米碳管既輕又強(qiáng)度極高，是鋼的10—100倍，用它來(lái)作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來(lái)疊去，又能抵御強(qiáng)大的子彈的沖擊力。第六十九頁(yè)69第七十頁(yè)，共85頁(yè)。機(jī)器人配備納米“大腦”第七十頁(yè)70第七十一頁(yè)，共85頁(yè)。美國(guó)軍方日前公布了取名為“毫微科技戰(zhàn)士”研發(fā)計(jì)劃，希望十年內(nèi)打造出目前只能在電子游戲中才能看到的刀槍不入的“超級(jí)戰(zhàn)士”。美國(guó)未來(lái)“超級(jí)戰(zhàn)士”可能配備的裝備有：埋有傳感器的頭盔，使士兵多只后眼不至于被打悶棍；藏有微處理器和藥包的軍服，自動(dòng)感知士兵身體情況并敷藥；有微涂層的軍服可以抵抗生化武器襲擊；由“鉸合分子”制造的比人體肌肉強(qiáng)壯10倍的“肌肉”，這種人造肌肉一旦裝到手套、制服和軍靴里，跳過(guò)高墻不在話下?！凹{米科技戰(zhàn)士”第七十一頁(yè)71第七十二頁(yè)，共85頁(yè)。這種人手模型上的聚合體遇電會(huì)收縮彎曲，可裝備在作戰(zhàn)服上作為“輔助肌肉”增強(qiáng)士兵跳躍、搬運(yùn)的能力，同時(shí)也可用于戰(zhàn)場(chǎng)急救。第七十二頁(yè)72第七十三頁(yè)，共85頁(yè)。

用納米技術(shù)制造出防水布料。用這種超薄布料制成的作戰(zhàn)服幾乎感覺(jué)不到重量，而現(xiàn)在一名全副武裝的美軍士兵負(fù)重介于90到120磅之間。另外根據(jù)磁場(chǎng)變化的原理，科學(xué)家們正在研制通常狀態(tài)下柔軟舒適，一旦偵測(cè)到彈道威脅時(shí)立刻強(qiáng)化僵硬的裝甲系統(tǒng)。第七十三頁(yè)73第七十四頁(yè)，共85頁(yè)。未來(lái)的美軍作戰(zhàn)服可能就是這個(gè)樣子第七十四頁(yè)74第七十五頁(yè)，共85頁(yè)。

“麻雀衛(wèi)星”

“蚊子導(dǎo)彈”

“蒼蠅飛機(jī)”“螞蟻士兵”——美欲五年裝備納米武器

第七十五頁(yè)75第七十六頁(yè)，共85頁(yè)。December15,2000“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可以發(fā)射數(shù)百顆。若在太陽(yáng)同步軌道上等間隔地部署648顆功能不同的“麻雀衛(wèi)星”，就可以保證在任何時(shí)刻對(duì)地球上任何一點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，即使少數(shù)失靈，整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的工作也不會(huì)受影響。第七十六頁(yè)76第七十七頁(yè)，共85頁(yè)。

五角大樓的一次電腦模擬的納米武器作戰(zhàn)演習(xí)——“戰(zhàn)爭(zhēng)”發(fā)生在2010年，美國(guó)與敵方的飛機(jī)、坦克、大炮在戰(zhàn)場(chǎng)上頻繁調(diào)動(dòng)。就在雙方劍拔弩張之時(shí)，天空中出現(xiàn)了許多“蒼蠅”、“黃蜂”等“小昆蟲(chóng)”，地面上也擁出數(shù)以萬(wàn)計(jì)的“螞蟻”。這些“小動(dòng)物”有的在戰(zhàn)場(chǎng)上空盤(pán)旋，有的則直接進(jìn)入敵方的指揮機(jī)關(guān)、雷達(dá)站、彈藥庫(kù)等。突然間，隨著一聲巨響，敵方彈藥庫(kù)率先發(fā)生爆炸。緊接著，敵方指揮通信系統(tǒng)也莫名其妙地炸開(kāi)了花，在前線待命的飛機(jī)、坦克和航母，因接不到指令、失去彈藥和能源補(bǔ)給，全都成了廢鐵。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，人類也許能夠研制出各種“難以有效防御”的先進(jìn)武器，尖端的納米技術(shù)有可能成為“本世紀(jì)人類面臨的最大威脅之一”。

第七十七頁(yè)77第七十八頁(yè)，共85頁(yè)。