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纳米科技

https://www.optical17.com 来源:原创 日期:2010-12-7 11:48:39
  纳米科技简称纳米技术,来源于一个天才物理学家的勇敢假想。 1959年,诺贝尔奖获得者、被认为继爱因斯坦之后Zui为睿智的理论物理学家——理查德?费曼教授在加州理工大学发表了题为《在底部还有很大空间》的演讲。在费曼看来,人类社会目前的生产方法总是“从上而下”。露珠为什么能在荷叶上自如转动呢?水黾为什么能在水面上自由地行走而不至于沾湿脚?壁虎为什么能飞檐走壁呢……一个一个来自身边的现象、疑问,借助于纳米科技就能懂得本相。

  纳米科技的基础概念。纳米科技是指在纳米标准之间上研讨物质(包含原子和分子)的特性和相互作用,以及应用这些特征的多学科交叉的科学和技术。。当物质小到1-100nm(10-9--10-7m)时,其量子效应、物质的局域性及宏大的表面及界面效应使物质的很多性能产生质变,浮现出很多既不同于宏观物体,也不同于单个孤立原于的奇怪现象。纳米科技的终极目的是直接以原子、分子及物质在纳米标准上表示出来的新鲜的物理、化学和生物学特征制作出具有特定功效的产品。

  它使人类认识和改革物资世界的手腕与才能延长到了原子和分子。

  纳米科技的内涵。纳米科技不是某一学科的延长,也不是某一新工艺的产物,而是基本理论学科与当代高技术的结晶。它以物理化学的微观研究理论为基础,以当代精密仪器和先进的剖析技术为手腕,

  .纳米科技概念的提出与发展

    

    Zui早提出纳米尺度上科学和技术问题的是有名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德?费恩曼。1959年他在一次有名的报告中提出:假如人类能够在原子/分子的尺度上来加工材料、制备装置,我们将有很多激动听心的新发明。他指出,我们须要新型的微型化仪器来把持纳米结构并测定其性质。那时,化学将变成依据人们的意愿逐个地正确放置原子的问题。1974年,TaniguchiZui早应用纳米技术(nanotechnology)一词描写精致机械加工。20世纪70年代后期,麻省理工学院德雷克斯勒教授倡导纳米科技的研究,但当时多数主流科学家对此持猜忌态度。

    

    纳米科技的敏捷发展是在80年代末、90年代初。80年代初发现了费恩曼所期看的纳米科技研讨的主要仪器——扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等微观表征和把持技术,它们对纳米科技的发展起到了积极的增进作用。与此同时,纳米标准上的多学科交叉展示了宏大的性命力,敏捷形成为一个有普遍学科内容和潜在利用远景的研究范畴。1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会议同时举行《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世。一门崭新的科学技巧——纳米科技从此得到科技界的普遍关注。

  纳米技术发展可能阅历五个阶段

    据日本阿普莱德研究所供给的材料先容,以研究分子机械而着称的美国风险企业宰贝克斯公司的一项猜测认为,纳米技术的发展可能会阅历以下五个阶段:

     第一阶段的发展重点是要正确地把持原子数目在100个以下的纳米构造物质。这须要应用盘算机设计/制造技术和现有工厂的装备和超精密电子装置。这个阶段的市场范围约为5亿美元。

    第二个阶段是生产纳米构造物资。在这个阶段,纳米结构物质和纳米复合材料的制作将到达适用化程度。其中包含从有机碳酸钙中制取的有机纳米资料,其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的市场范围在50亿至200亿美元之间。

    在第三个阶段,大批制造庞杂的纳米结构物质将成为可能。这请求有高等的计算机设计/制造系统、目的设计技术、计算机模仿技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。

    纳米盘算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场范围将到达2000亿至1万亿美元。

    在第五阶段里,科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置,市场规模将高达6万亿美元。

    宰贝克斯公司以为,固然纳米技术每个阶段到来的时光有很大的不断定性,难以正确猜测,但在2010年之前,纳米技术有可能发展到第三个阶段,超出“量子效应障碍”的技术将到达适用化程度。

  纳米科技是20世纪80年代末期刚刚出生并正在突起的新科技,它的基础内涵是在纳米尺寸范畴内认识和改革自然,通过直接操作和部署原子、分子发明新的物资。纳米科学技术是以很多现代先进科学技术为基本的科学技术,它是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代技术(盘算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核剖析技术)联合的产物,纳米科学技巧又将引发一系列新的科学技术,例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。纳米科学技术被以为是世纪之交呈现的一项高科技。

  纳米科技是21世纪科技产业革命的主要内容之一,是可以与产业革命相比较的,它是高度交叉的综合性学科,包含物理、化学、生物学、资料科学和电子学。它不仅包括以察看、剖析和研讨为主线的基本学科,同时还有以纳米工程与加工学为主线的技巧科学,所以纳米科学与技术也是一个融前沿科学和高技术于一体的完全系统。

  纳米科技重要包括:(1)纳米系统物理学;(2)纳米化学;(3)纳米材料学;(4)纳米生物学;(5)纳米电子学;(6)纳米加工学;(7)纳米力学。这7个部分是相对独立的。

  米科学所研究的范畴是人类过往从未涉及的非宏观、非微观的中间领域,从而开拓人类认识世界的新层次,也使人们改革自然的才能直接延长到分子、原子程度,这标记着人类的科学技术进进一个新时代,即纳米科技时期。

  纳米新科技出生才几年,就在几个重要的方面有了如下的重要进展:

  (1)美国商用机器公司(IBM)两名科学家应用扫描隧道电子显微镜(STM)直接操作原子,胜利地在镍(Ni)基板上,依照自己的意志部署原子组合成“IBM”字样。日本科学家已胜利地将硅原子堆成一个“金字塔”,首次实现了原子三维空间立体搬迁。1991年IBM的科学家还制造了超快的氙原子开关。专家预计,这一突破性的纳米新科技研究工作将可能使美国国会图书馆的全体躲书储存在一个直径仅为0.3cm的硅片上。据英国《科学与共同政策》杂志报道,科学家们Zui近制造出一种尺寸只有4nm的庞杂分子,具有“开”和“关”的特征,可由激光计算机供给可能的技术保证。

  (2)德国萨尔大学格莱德和美国阿贡国家试验室席格先后研究胜利纳米陶瓷氟化钙和二氧化钛,在室温下显示良好的韧性,在180℃经曲折并不发生裂纹,这一突破性进展,使这些为陶瓷增韧斗争将近一个世纪的材料科学家看到盼望。英国有名材料科学家卡恩在Nature杂志上撰文说:“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略道路。”

  (3)纳米生物学在90年代出露头角,面向21世纪,它的发展前程方兴未艾。纳米生物学在纳米尺度上认识生物大分子的精致结构及其功能的接洽,双目显微镜,并在此基础上按自己的意愿进行裁剪和嫁接,制作具有特别功效的生物大分子,这使性命科学的研究上了一个新的台阶,势必在解决人类发展的一系列重大问题上起到十分主要的作用。纳米科技使基因工程变得更加可控,人们可依据自己的须要,制造多种多样的生物“产品”,农、林、牧、副、渔业也可能因此产生深入变更,人类的食品构造也将随之产生变更,用纳米生物工程、化学工程合成的“食品”将极大丰盛食品的数目和种类,纳米科技的呈现很可能为解决由于人口敏捷增加所面临刻不容缓的问题供给新道路。

  (4)在医药技术领域,纳米技术也有着普遍的利用远景。如用纳米技术制造的微型机器人,可让它安全地进进人体内对健康状态进行检测,必要时还可用它直接进行治疗;用纳米技术制造的“芯片试验室”可对血液和病毒进行检测,几分钟即可获得检测成果;科学家还可以用纳米材料开发出一种新型药物输送体系,这种输送体系是由一种内含药物的纳米球组成的,这种纳米球外面有一种维护性涂层,可在血液中循环而不会受到人体免疫体系的攻击,假如使其具备辨认癌细胞的才能,它就可直接将药物送到癌变部位,而不会对健康组织造成侵害。

  1999年8月20日《美国贸易周刊》在展看21世纪可能有突破性进展的领域时,对性命科学和生物技术、纳米科学和纳米技术及从外星球上索取能源进行了猜测和评价,并指出这是人类跨入21世纪面临的新的挑衅和机会。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过:70年代看重微米的国家如今都成为发达国家,现在器重纳米技术的国度很可能成为下一世纪先进的国家。挑衅严格,机会难得,我们必需加倍器重纳米科技的研究,注意纳米技术与其它领域的交叉,加速知识创新和技术创新,为21世纪中国经济的起飞奠定雄厚的基础。

  纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技,人类正越来越向微观世界深刻,人们认识、改造微观世界的水平进步到前所未有的高度。我国着名科学家钱学森也曾指出,纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。

    人类正在静静地进进一个崭新的科技时期——纳米科技时期。

  纳米科技的现状与展看

  科学界广泛以为,纳米技术是21世纪经济增加的一台重要的动员机,其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌,纳米技术将给医学、制造业、材料和信息通讯等行业带来革命性的变更。因此,近几年来,纳米科技受到了世界各国尤其是发达国度的极大青睐,并引发了越来越剧烈的竞争。 一、各国竞相出台纳米科技发展战略和筹划 由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义,世界各国(地域)纷纭将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的重要驱动器,相继制订了发展战略和规划,以领导和推动本国纳米科技的发展。目前,世界上已有50多个国家制订了国家级的纳米技术方案。发达国度和地域雄心勃勃 众所周知,为了抢占纳米科技的先机,美国早在2000年就率先制订了国家级的纳米技术规划(NNI),其主旨是整合联邦各机构的力气,增强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的和谐。2003年11月,美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》,这标记着纳米技术已成为联邦的重大研发方案,从基础研究、利用研究到研究中心、基础设施的树立以及人才的培育等全面展开。 曰本政府也将纳米技术视为“曰本经济复兴”的要害。欧盟在2002~2007年实行的第六个框架打算也对纳米技术给予了空前的器重。该打算将纳米技术作为一个Zui优先的范畴,有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功效资料、新生产工艺和装备等方面的研究。

  新兴产业化经济体瞄准先机 意识到纳米技术将会给人类社会带来宏大的影响,韩国、中国台湾等新兴产业化经济体,为了坚持竞争上风,也纷纭制定纳米科技发展战略。 综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头遇上发达国家纳米科技发展的势头,也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就宣布了《国家纳米科技发展纲领》,并先后树立了国家纳米科技领导和谐委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。 纳米科技已在国际间形成研发高潮,现在无论是充裕的产业化大国还是盼望富饶的工业化中国家,都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金,而且投资迅速增长。据欧盟2004年5月的一份报告称,在过往10年里,世界公共投资从1997年的约4亿欧元增添到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估量为20亿欧元。这阐明,全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。

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