神奇的纳米技术.pptx

纳米(nanometer)是一个长度单位，简写为nm
1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m
1nm=10Å （1Å=10-10m）
一、纳米和纳米技术
1、纳米
纳米科学技术是20世纪80年代末诞生并正在蓬勃发展的一种高新科技。它的内容是在纳米尺寸范围内(－100nm)认识和改造自然。通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。它的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到分子、原子水平，标志人类科学技术已进入一个新的时代——纳米科技时代。
2、纳米技术
谁要想在21世纪领先于世界，谁就必须掌握纳米技术这一关健技术。人们强烈地期待着它能在材料科学、电子仪器、信息通讯、环境和能源、生物、制药及医学等领域，带来广泛的突破性进展。
日本《关于促进纳米技术和纳米材料研究开发的方案》
⑴新一代通讯用纳米器件　　　　　⑵超集成系统及其元件/材料研究
⑶单分子元件及集成　　　　　　　⑷量子元件的探索及研究
⑸新一代光子学的基础原理　　　　⑹生物分子元件
⑺超高感度智能传感器技术　　　　⑻医疗IT化，药物转输/纳米机器
⑼纳米构造的能量贮藏/转换材料　 ⑽纳米构造控制催化材料
⑾纳米空间材料　　　　　　　　　⑿超分子控制
⒀纳米管/富勒烯　　　　　　　　 ⒁纳米束子和纳米粒子
⒂纳米混合构造材料　　　　　　　⒃纳米构造控制/功能材料
⒄纳米自旋电子设备　　　　　　　⒅纳米造型
⒆纳米测量　　　　　　　　　　　⒇纳米模拟试验
全世界在纳米技术方面的政府研究开发投资额比较(单位：百万美元)
年度
1997年
2000年
2001年
2002年
美国
日本
西欧
其他国家(注)
116
120
126
70
270
245
200
110
422
~465
~270
~380
604
~650
~400
~520
合计
432
825
1492
2174
注：其他国家包括：澳大利亚、加拿大、中国、东欧、
俄罗斯、以色列、韩国、新加坡
中国纳米研究情况
20世纪80年代后期开始。
　　2001~2005年政府投入20亿资金用于纳米研究，资金投入领域为纳米材料、纳米电子工程学、纳米生物学、纳米电气系统、测量及评价技术。
　　中国在纳米材料的有关研究和开发上颇有特色，例如氧化锌、氧化钛、氧化硅等纳米粒子及粉未材料。
　　2002年2月，中国成立了国家纳米科学中心。
二、观察原子世界的眼睛──扫描隧道显微镜
1、观察微观世界的工具
科学技术的进步总是与工具的进步密切相关的。自从有了人类文明以来，人们就一直为探索微观世界的奥秘而不懈地努力。
　　1674年，荷兰科学家列文·虎克发明了世界上第一台光学显微镜，观察到了血红细胞水平，分辨率大约为10-6米～10-7m。
　　1973年，德国科学家恩斯特·鲁斯卡成功地发明了电子显微镜 ，观察病毒，分辨率达10-8m。
1980年，美国科学家葛·宾尼和海·罗瑞尔发明了扫描隧道显微镜(STM)，观察到原子，分辨率：，。(1986年获得诺贝尔物理学奖)
2、隧道效应
在一段导体的两端施加电压，导体就会有电流通过。
如果把这导体弄断并分开，电流就没有了！
如果我们把这断为两截的导体放得非常近（＜1nm），情况如何？
　　根据经典电学的常识，导体没接上，应该没有电流通过。
　　根据量子力学，当具有电位势差的两个导体之间的距离小到一定的程度时，电子将存在一定的几率穿透两个导体之间的势垒，从一端向另一端跃迁，这种电子跃迁的现象在量子力学中称为隧道效应，而跃迁形成的电流称为隧道电流。
3、扫描隧道显微镜的工作原理
利用加上高电压的探针与样品，在近距离（<）时产生的隧道电流来“看见”原子。
STM探针和待测物体间流动的隧道电流，与探针和待测物体之间的距离存在着指数函数关系，即使极其微小的距离差异也可以捕捉到隧道电流的变化。
4、扫描隧道显微镜的应用
扫描隧道显微镜的发明，不仅可以直接观察原子、分子，而且能够利用STM直接操纵和安排原子和分子，这就实现了人们由来已久的两个幻想，一是直接看到原子，二是按人们的意愿去安排原子、分子。
　　1990年，美国加州的IBM研究室，利用STM，于低温下在镍的表面上将35个氙原子排布成最小的IBM商标。
　　日本研究室实现了在室温下进行单原子操纵，以原子空穴的形式写下了“peace’91”的字样。
　　中国科学院北京真空实验室科研人员，使用扫描隧道显微镜获得了硅原子“毛泽东” ，此图比真迹（100nm）放大约120万倍。