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什么是纳米技术
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简介:纳米是长度单位,原称"毫微米",就是10-9(10亿分之一米)。纳米科学与技术,有 时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。 从具体的物质说来,人们往往用"细如发丝"来形容纤细的东西,其实人的头发一 般直径为20
简介:纳米是长度单位,原称"毫微米",就是10-9(10亿分之一米)。纳米科学与技术,有 时简称为纳米技术,是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。 从具体的物质说来,人们往往用"细如发丝"来形容纤细的东西,其实人的头发一 般直径为20-50微米,并不细。单个细菌用肉眼看不出来,用显微镜测出直径为5微 米,也不算细。极而言之,1纳米大体上相当于4个原子的直径。 纳米技术包含下列四个主要方面: 第一方面是纳米材料,包括制备和表征。在纳米尺度下,物质中电子的放性(量 子力学学性质)和原子的相互作用将受到尺度大小的影响,如能得到纳米尺度的结 构,就可能控制材料的基本性质如熔点、磁性、电容甚至颜色。而不改变物质的化学 成份。用超微粒子烧成的陶瓷硬度可以更高,但不舱裂:无机的超微粒子灰分在加入 橡胶后,将粘在聚合物分子的端点上,所做成的轮胎将大大减小磨损和处长寿命。 第二方面是纳米动力学,主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统 (MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、 医疗和诊断仪器等。MEMS用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部 件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于 制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子 尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科 学价值和经济价值。 第三方面是纳米生物学和纳米药物学,如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定 DNA的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸 双层平面生物膜,DNA的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入 零件或组件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶 于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。 第四方面是纳米电子学,包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性 质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器 件和系统更小、更快、更冷。"更小"是指响应速度要快。"更冷"是指单个器件的功耗 要小。但是"更小"并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的 在1998年的四月,总统科学技术顾问,Neal Lane 博士评论到,如果有人问我哪 个科学和工程领域将会对未来产生突破性的影响,我会说该个启动计划建立一个名为 纳米科技。"大挑战"机构,资助进行跨学科研究和教育的队伍,包括为长远目标而建 立的中心和网络。一些潜在的可能实现的突破包括: 把整个美国国会图书馆的资 料压缩到一块像方糖一样大小的设备中,这通过提高单位表面储存能力1000倍使大存 储电子设备储存能力扩大到几兆兆字节的水平来实现。 由自小到大的方法制造材料和产品,即从一个原子、一个分子开始制造它们。这 种方法将节约原材料和降低污染。 生产出比钢强度大10倍,而重量只有其几分之一的材料来制造各种更轻便,更省 燃料的陆上、水上和航空用的交通工具。 通过极小的晶体管和记忆芯片几百万倍的提高电脑速度和效率,使今天的奔腾Ⅲ 处理器已经显得十分慢了。 运用基因和药物传送纳米级的MRI对照剂来发现癌细胞或定位人体组织器官 去除在水和空气中最细微的污染物,得到更清洁的环境和可以饮用的水。 提高太阳能电池能量效率两倍。
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