1、6.6 6.6 納米技術(shù)納米技術(shù)6.6.1 6.6.1 納米科技納米科技的的基本概念基本概念和和內(nèi)涵內(nèi)涵納米科技主要包括納米科技主要包括：(1)(1)納米體系物理學(xué)；納米體系物理學(xué)；(2)(2)納米化學(xué)；納米化學(xué)；(3)(3)納米材料學(xué)；納米材料學(xué)； (4)(4)納米生物學(xué)；納米生物學(xué)；(5)(5)納米電子學(xué)納米電子學(xué) (6)(6)納米加工學(xué)；納米加工學(xué)；(7)(7)納米力學(xué)。納米力學(xué)。6.6.2 6.6.2 納米技術(shù)納米技術(shù)研究的對象和發(fā)展研究的對象和發(fā)展的歷史的歷史一、納米技術(shù)一、納米技術(shù)研究的對象研究的對象納米顆粒限制到納米顆粒限制到1 1100 nm100 nm范圍。范圍。納米材料的納

2、米材料的基本單元基本單元可以分為可以分為三類三類：納米材料納米材料可分為可分為人工制備人工制備與與天然天然二、納米技術(shù)二、納米技術(shù)發(fā)展簡史發(fā)展簡史10001000多年前多年前。中國古代。中國古代墨墨、染料染料；中國古代中國古代銅鏡銅鏡表面的表面的防銹層防銹層，證實(shí)為，證實(shí)為納米納米氧化錫顆粒氧化錫顆粒構(gòu)成的一層薄膜；構(gòu)成的一層薄膜；18611861年年，對直徑為，對直徑為1 1100 nm100 nm的粒子系統(tǒng)即的粒子系統(tǒng)即所謂所謂膠體膠體的研究的研究19621962年年，久保及其合作者針對，久保及其合作者針對金屬超微粒金屬超微粒子子的研究，提出了著名的的研究，提出了著名的久保理論久保理論20

3、20世紀(jì)世紀(jì)7070年代末到年代末到8080年代初年代初，對一些，對一些納納米顆粒米顆粒的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、形態(tài)形態(tài)和和特性特性進(jìn)行了比較進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究。描述金屬顆粒費(fèi)米面附近系統(tǒng)的研究。描述金屬顆粒費(fèi)米面附近電子能級狀態(tài)的電子能級狀態(tài)的久保理論日臻完善久保理論日臻完善，在，在用用量子尺寸效應(yīng)量子尺寸效應(yīng)解釋解釋超微顆粒超微顆粒的某些特的某些特性時性時獲得成功獲得成功。19901990年年7 7月月在美國在美國巴爾的摩巴爾的摩召開了國際第一屆召開了國際第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會議，正式把納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會議，正式把納米材料科納米材料科學(xué)學(xué)作為作為材料科學(xué)的一個新的分支材料科學(xué)的一個新的分支公布于

4、世，公布于世，這標(biāo)志著納米材料學(xué)作為一個相對比較獨(dú)立這標(biāo)志著納米材料學(xué)作為一個相對比較獨(dú)立學(xué)科學(xué)科的誕生。的誕生。納米材料發(fā)展的納米材料發(fā)展的3 3個階段個階段第一階段第一階段(1990(1990年以前年以前) )：主要是在：主要是在實(shí)驗室探實(shí)驗室探索索用各種手段制備各種材料的用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體納米顆粒粉體，合成塊體合成塊體( (包括薄膜包括薄膜) )，研究評估表征的方法，研究評估表征的方法，探索探索納米材料納米材料不同于常規(guī)材料的不同于常規(guī)材料的特殊性能特殊性能。研究的對象一般局限在研究的對象一般局限在單一材料單一材料和和單相材料單相材料，國際上通常把這類納米材料稱國際上通

5、常把這類納米材料稱納米晶納米晶或或納米納米相材料相材料。6.6.3 6.6.3 納米材料與其他學(xué)科的納米材料與其他學(xué)科的交叉、滲透交叉、滲透納米材料納米材料凝聚態(tài)物理凝聚態(tài)物理納米材料納米材料半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料納米材料納米材料化學(xué)化學(xué)納米材料納米材料復(fù)合材料復(fù)合材料納米材料納米材料醫(yī)學(xué)藥物醫(yī)學(xué)藥物6.6.4 6.6.4 納米材料納米材料在在高科技高科技中的地位中的地位以單電子隧道效應(yīng)為基礎(chǔ)的以單電子隧道效應(yīng)為基礎(chǔ)的單電子晶體管單電子晶體管（日本）（日本）高速數(shù)據(jù)處理提供高速數(shù)據(jù)處理提供分子電子器件及陣列分子電子器件及陣列（德國）（德國）開始用開始用分子電子器件分子電子器件、量子效應(yīng)器件開發(fā)量

6、子效應(yīng)器件開發(fā)生物生物計算機(jī)計算機(jī)（日本）。（日本）。21世紀(jì)電子工業(yè)的關(guān)鍵材料都具有世紀(jì)電子工業(yè)的關(guān)鍵材料都具有納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu) 比例比例芯片芯片中的各個元件之間的耦合，納米尺寸的開中的各個元件之間的耦合，納米尺寸的開關(guān)材料、敏感材料、納米級半導(dǎo)體關(guān)材料、敏感材料、納米級半導(dǎo)體/鐵電體、納米級半鐵電體、納米級半導(dǎo)體導(dǎo)體/鐵磁體、納米金屬鐵磁體、納米金屬/納米半導(dǎo)體集成的超結(jié)構(gòu)材料、納米半導(dǎo)體集成的超結(jié)構(gòu)材料、單電子晶體管材料、用于存儲的巨磁阻材料、超小型單電子晶體管材料、用于存儲的巨磁阻材料、超小型電子干涉儀所需材料、電子過濾器材料、智能材料、電子干涉儀所需材料、電子過濾器材料、智能材料、新

7、型光電子材料等。新型光電子材料等。6.6.5 6.6.5 納米結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)和和納米材料納米材料的應(yīng)用的應(yīng)用一、納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用一、納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1 1、量子磁盤與高密度磁存儲、量子磁盤與高密度磁存儲2 2、高密度記憶存儲元件、高密度記憶存儲元件3 3、高效能量轉(zhuǎn)化納米結(jié)構(gòu)、高效能量轉(zhuǎn)化納米結(jié)構(gòu)(1) (1) 高效再生鋰電池高效再生鋰電池：(2)(2)太陽能電池太陽能電池： (3)(3)熱電轉(zhuǎn)化熱電轉(zhuǎn)化4、微型傳感器、微型傳感器(1) 氣體傳感器氣體傳感器 (2) 紅外線傳感器紅外線傳感器(3) 濕敏傳感器：濕敏傳感器：5、納米結(jié)構(gòu)高效電容器陣列、納米結(jié)構(gòu)高效電容器陣列二、納米材料二、納米材料的應(yīng)

8、用的應(yīng)用1 1、陶瓷增韌、陶瓷增韌2 2、磁性材料、磁性材料得益于這項技術(shù)，得益于這項技術(shù)，硬盤硬盤在近年來迅速在近年來迅速變得變得越來越小越來越小。(2) 新型的新型的磁性液體磁性液體 旋轉(zhuǎn)軸的動態(tài)密封旋轉(zhuǎn)軸的動態(tài)密封 新型的潤滑劑新型的潤滑劑 增進(jìn)揚(yáng)聲器功率增進(jìn)揚(yáng)聲器功率 作阻尼器件作阻尼器件(3) 新型的磁記錄材料新型的磁記錄材料 磁性納米微粒磁性納米微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量三、在生物和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用三、在生物和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用1、

9、利用、利用納米微粒納米微粒進(jìn)行進(jìn)行細(xì)胞分離細(xì)胞分離2、細(xì)胞內(nèi)部染色：容易分辨各種組織、細(xì)胞內(nèi)部染色：容易分辨各種組織3、表面包敷的磁性納米粒子在藥物上的應(yīng)用、表面包敷的磁性納米粒子在藥物上的應(yīng)用 表面載有高分子和蛋白的表面載有高分子和蛋白的磁性納米微粒磁性納米微粒作為藥作為藥物的載體，然后靜脈注射到動物體內(nèi)，在物的載體，然后靜脈注射到動物體內(nèi)，在外加外加磁場磁場的作用下，使其的作用下，使其移向病變部位移向病變部位，達(dá)到，達(dá)到定向定向治療治療的目的。的目的。 磁性納米粒子磁性納米粒子在在分離癌細(xì)胞分離癌細(xì)胞和正常細(xì)胞方面經(jīng)和正常細(xì)胞方面經(jīng)動物臨床試驗己獲成功。動物臨床試驗己獲成功。包覆聚苯乙烯的

10、包覆聚苯乙烯的Fe3O4納米微粒納米微粒分分離小鼠骨髓離小鼠骨髓液癌細(xì)胞液癌細(xì)胞實(shí)驗示意圖實(shí)驗示意圖四、光學(xué)應(yīng)用四、光學(xué)應(yīng)用1、紅外反射材料、紅外反射材料主要紅外線反射膜的組成、材料、制造方法主要紅外線反射膜的組成、材料、制造方法形形 式式組組 成成材材 料料制造方法制造方法金屬薄膜金屬薄膜Au，Ag，Cu金屬金屬真空蒸鍍法真空蒸鍍法透明導(dǎo)電膜透明導(dǎo)電膜SnO2，In2O3金屬金屬氧化物氧化物其他化合物其他化合物真空蒸鍍法真空蒸鍍法濺射法濺射法噴霧法噴霧法多層干涉膜多層干涉膜(1)(電介質(zhì)電介質(zhì)-電介質(zhì)電介質(zhì))ZnS - MgF2TiO2 - SiO2Ta2O3 - SiO2有機(jī)金屬化合有機(jī)金

11、屬化合物物氧化物氧化物其他化合物其他化合物真空蒸鍍法真空蒸鍍法CVD法法浸漬法浸漬法多層干涉膜多層干涉膜(2)(電介質(zhì)電介質(zhì)-金屬金屬-電介電介質(zhì)質(zhì))TiO2Ag-TiO2TiO2-MgF2-Ge-MgF2氧化物氧化物金屬金屬真空蒸鍍法真空蒸鍍法濺射法濺射法紅外線反射膜的特點(diǎn)紅外線反射膜的特點(diǎn) 金屬金屬-電解質(zhì)復(fù)電解質(zhì)復(fù)合膜合膜導(dǎo)電膜導(dǎo)電膜電解質(zhì)多層膜電解質(zhì)多層膜光學(xué)特性光學(xué)特性優(yōu)優(yōu)中中良良耐熱性耐熱性差差良良優(yōu)優(yōu)成本成本中中低低高高2、優(yōu)異的光吸收材料、優(yōu)異的光吸收材料(1)紫外吸收紫外吸收 Al2O3粉摻合到稀土熒光粉吸收粉摻合到稀土熒光粉吸收185 nm，提高日，提高日光燈管使用壽命。因為這種光燈管使用壽命。因為這種185 nm的紫外光對日的紫外光對日光燈管的壽命有影響。光燈管的壽命有影響。防曬油、防曬油、防止塑料、樹脂和橡膠類的高聚物老化、防止塑料、樹脂和橡膠類的高聚物老化、油漆脫落油漆脫落(2)紅外吸收紅外吸收：紅外線進(jìn)行屏蔽紅外線進(jìn)行屏蔽 增加保暖作用增加保