1、多倫多大學化學工程與應用化學系,內容提要,納米技術簡介 納米技術在世界各國 納米技術與經(jīng)濟 納米技術與當代中國 本研究小組的工作與展望,1.1 空間尺度的劃分,宇觀(Cosmoscopic) 遙觀(Remote sensoscopic) 宏觀(Macroscopic) 顯微觀(Optico-microscopic) 介觀(Mesoscopic) 或納米觀(Nanoscopic): 1100nm,1.2 空間尺度的劃分,微觀(Microscopic) 皮米觀(Picosopic) 飛米觀(Fentoscopic) 亞飛米觀(Subfentoscopic),1.3 納米？,1納米(nm): 1毫米

2、(mm)的百萬分之一 頭發(fā)的直徑,1.4 納米技術,在納米尺度上對物質和材料進行研究和處理的技術被稱為納米技術,1.5 納米材料,納米材料: 在納米量級(1100nm)內調控物質結構制成的具有特異性能的新材料 四大特點: 尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子比例大 四大效應: 小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面效應 納米材料特性取決于制備方法,1.6 進一步認識納米,蛋白質、DNA、RNA、病毒，都在1100nm的范圍 光合作用在“納米車間” 進行 細胞中的一些結構單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機械”，細胞象一個“納米工廠” 蓮花荷葉出污泥而不染:“荷葉效應” 納米結構是生命現(xiàn)象

3、中基本的東西,1.7 媒體中的納米怪象,納米冰箱 納米洗衣機,1.8 納米技術前景展望,錢學森(1991)：“我認為，納米左右和納米以下的結構是下一階段科技發(fā)展的重點，會是一次技術革命，從而將在21世紀又是一次產(chǎn)業(yè)革命?！?納米技術將改變生產(chǎn)方式，導致生活方式變革，帶領我們進入嶄新的21世紀。,2.1 國外納米技術進展,1990年，IBM公司用原子排出“IBM” 1991年，NEC實驗室觀察到碳納米管 合成了其它納米管材料,2.1 國外納米技術進展,實心的納米棒、納米線、量子線,2.1 國外納米技術進展,朗訊公司和牛津大學: 納米鑷子 碳納米管“秤”，稱量一個病毒的重量 稱量單個原子重量的“納

4、米秤”,2.1 國外納米技術進展,DNA開關,2.2 納米技術在美國,2010年: 80萬納米科技人才,GDP1萬億美元, 200萬個就業(yè)機會 能源部的8項優(yōu)先研究中，6項有關納米材料 本世紀前10年幾個關鍵領域之一 制定了“國家納米技術倡議”(NNI): 納米材料 納米電子學、光電子學和磁學 納米醫(yī)學和生物學,2.2 納米技術在美國,軍工: 隱形飛機表面涂料、艦船表面納米涂料 美國總統(tǒng)布什2003.12.3日簽署了21世紀納米技術研究開發(fā)法案，批準聯(lián)邦政府在從2005財政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進納米技術的研究開發(fā),2.3 納米技術在日本,1962年, 久保(Kubo):

5、久保理論 國會: 21世紀前20年的立國之本 著名大企業(yè): 納米實用化技術的計劃 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,2.4 納米技術在其它國家,韓國：全國納米技術研究院、納米顯示技術 印度：像抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣抓納米科技 德國：把發(fā)展納米技術定位在新能源、新環(huán)境，全面帶動納米技術在各個領域的發(fā)展 法國：國家納米科技中心、納米產(chǎn)業(yè)基金 世界都在迎接納米時代的到來,2.5 納米技術在中國,1993年，中科院操縱原子寫字,2.5 中國納米技術進展,中科院物理所制備出大面積碳納米管陣列;合成了當時最長的纖維級碳納米管 中國科技大學:氮化鎵粉體 清華大學:氮化鎵納米棒

6、中國科技大學:從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽為“稻草變黃金”,2.5 中國納米技術應用,中科院化冶所 “七五攻關”: 納米碳化硅 “八五863”: 納米阻燃劑 中科院化學所 納米領帶 超雙疏性界面材料 防水、防油、防污、防褪色 納米聚丙烯管材 高強度、抑菌功能,2.5 納米技術應用,全國范圍 三百多家納米企業(yè) 以“納米”注冊的企業(yè)近百家 數(shù)十條納米材料生產(chǎn)線 資金約百億元,3.1 納米技術與經(jīng)濟,材料人類文明的四大技術支柱之一 材料是人類物質文明的基礎 材料支撐著其它新技術的前進 納米材料是納米技術的基礎 納米材料是材料家族中的重要新成員,3.2 納米技術與經(jīng)濟,科學 發(fā)現(xiàn)新材料、提出新方

7、法 知識創(chuàng)新 將“錢”轉化為“知識” 技術 工業(yè)化制備納米材料 清潔生產(chǎn)工藝 商品化技術 將“知識”轉化為“錢”,3.3 納米材料制備綜述,對納米材料的要求 尺寸可控(小于 100 nm) 成分可控 形貌可控 晶型可控 表面物理和化學特性可控 (表面改性和表面包覆),3.4 納米材料制備綜述,化學法 物理法,3.4.1 化學方法制備納米材料,氣相法 氣溶膠法 激光法 等離子法 裂解法 氧化法 水解法 燃燒法,3.4.1 化學方法制備納米材料,液相法 化學沉淀法(均勻沉淀法, 共沉淀法) 水解法(醇鹽,鹵化物) 溶膠-凝膠法 水熱法,3.4.2 物理方法制備納米材料,氣相法 惰性氣體冷凝法 固相

8、法 高能球磨法 攪拌磨法 震動磨法,3.5 某納米顆粒的制備,3.6 納米粉體表面改性,納米材料實用化的關鍵 表面物理控制 化學特性控制 粉體松散、不團聚 表面改性和表面包覆 化學法為主,3.6.1 表面包覆,3.6.2 表面改性,3.6.3 表面改性,4 納米科技與當代中國,近代中國的機遇與挑戰(zhàn) 二百年回顧 蒸汽機技術、電氣化技術、微電子技術的高潮都錯過 IT產(chǎn)業(yè)、網(wǎng)絡通訊與西方差距不大 納米技術使大家都面臨著重新變革，相當于5千米賽跑，都才跑出500米，我們落后得不是很多，有的還不落后,4.1 納米技術對競爭力的提升,能源領域 石油、煤等不可再生資源 環(huán)保領域 解決水污染的問題 解決空氣污

9、染的問題 微電子 納米電子器件、納米線、納米傳感器 信息領域 光纖、發(fā)光器件,4.2 納米技術對競爭力的提升,功能性涂料、薄膜 防靜電涂料 特殊視覺涂料 紫外線吸收涂層 耐磨、防腐、耐高溫、耐沖刷涂層 機械 納米結構單元和納米機械 結構陶瓷 增強、增韌、助燒結,4.3 納米技術對競爭力的提升,化學化工 催化劑、助催化劑、阻燃劑 鎳催化氧化丙醛，當鎳的粒徑在5nm以下，反應選擇性發(fā)生急劇變化，生成酒精的轉化率迅速增大 塑料和橡膠 制品成型劑、補強劑、抗老化劑 OA領域 復印機和激光打印機的墨粉 噴墨打印機墨水、高級墨水,4.4 納米技術對競爭力的提升,納米藥物 磁性納米粒子藥物 衛(wèi)生保健品 防曬霜 紡織品 反射紅外線型化纖 殺菌滅菌除臭型化纖,4.5 提升國防科技,納米探測系統(tǒng) 納米材料提高武器打擊 納米材料提高防護能力 納米機械系統(tǒng)制造的小型機器人 雷達隱身技術 美國:“超黑粉”,對雷達波的吸收率達99