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原子世界與納米技術(shù)II,物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 大連大學(xué),目錄,引言 天梯——碳納米管繩梯 一、納米與納米技術(shù) 1．納米 - 1米的十億分之一 2．納米技術(shù)(Nanotechnology) 3．納米技術(shù)的提出 4．納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展 5．掃描隧道顯微鏡(STM) 6．納米操縱技術(shù) 納米級(jí)微加工后的表面 移動(dòng)氙原子 移動(dòng)硅原子 移動(dòng)硫原子 移動(dòng)鐵原子 移動(dòng)一氧化碳分子 鐵基FeCO分子形成過(guò)程 2002年納米操縱成像獲重大突破,二、納米材料的奇異特性 1. 各種納米材料的特性 不用洗滌劑的納米服裝 具有易潔納米涂層的陶瓷 摔不碎的納米陶瓷 強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅 納米醫(yī)藥和醫(yī)學(xué) 2. 納米材料的奇異特性 3. 納米材料的應(yīng)用與展望 4. 納米材料的制造 三、微型機(jī)器人 四、碳納米管 1 碳60和巴基球 2 碳納米管 五、納米技術(shù)發(fā)展的五個(gè)階段,引言,天梯——碳納米管繩梯,傲立宇宙間，頂天立地的“第二巴別塔” ——太空電梯 橫空出世 ， 莽昆侖， 閱盡人間春色。,引言,1982年科普作家朱毅麟認(rèn)為天梯的高度至少是天上的地球同步衛(wèi)星那么高。從地面修造天梯達(dá)到幾萬(wàn)千米高的衛(wèi)星，底部必須是直徑358千米粗的柱子，才能支撐得住，不被自己的重量壓彎。其底座相當(dāng)于江蘇省的面積。,古人幻想，順著天梯就可以上天。認(rèn)為沿著昆侖山頂峰上的大樹(shù)向上爬，爬到樹(shù)頂就能進(jìn)入天庭，這棵樹(shù)就是上天的天梯。,天梯——碳納米管繩梯,建設(shè)天梯（20世紀(jì)90年代提出）：同步衛(wèi)星放下由碳納米管制作的繩纜到地球，升降機(jī)將沿著繩纜爬上爬下。,天梯——碳納米管繩梯,一、納米與納米技術(shù),集成電路,一塊用來(lái)制作大規(guī)模集成電路的芯片，上面有許多的溝槽，這張圖片能夠清晰的顯示出溝槽的深淺和走向。,CPU,SRAM,視頻：肖克萊與硅谷,激光唱片,肉眼看激光唱片(Compact Disk, CD)，表面十分光滑。從微觀上看，光盤(pán)上面有凹凸不平的凹痕和突起。,上圖：Millipede - 第一個(gè)應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的納米技術(shù) 下圖：Millipede存儲(chǔ)芯片的實(shí)驗(yàn)室原型。,納米技術(shù)存儲(chǔ)器,激光技術(shù)加工合成樹(shù)脂,日本科學(xué)家使用激光技術(shù)，用合成樹(shù)脂制成了迄今為止世界上最小的牛。,,1．納米 - 1米的十億分之一,納米（nanometer）——長(zhǎng)度單位 nano是十億分之一的意思 1納米是1米的十億分之一，記作nm 1納米：10個(gè)氫原子一個(gè)挨一個(gè)排成一列 20納米：1根頭發(fā)絲的三千分之一,1 nm = 1 10-9 m,視頻：晶體管與集成電路,2. 納米技術(shù)(Nanotechnology),誕生：20世紀(jì)80年代隨著新型顯微鏡(STM)的出現(xiàn)，人們能看清1納米大小的物質(zhì)，于是出現(xiàn)了納米技術(shù)即毫微米技術(shù)。 納米結(jié)構(gòu)： 指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。,納米技術(shù)是指在納米尺度（100納米到0.1納米）的范圍內(nèi)研究物質(zhì)所具有的特異現(xiàn)象和特異功能，通過(guò)直接操縱和安排原子、分子來(lái)創(chuàng)造新物質(zhì)材料的技術(shù)。,3. 納米技術(shù)概念的提出,40年前，諾貝爾物理獎(jiǎng)得主、量子物理學(xué)家費(fèi)曼所作的題為《底部還有很大空間》的演講，被公認(rèn)為是納米技術(shù)思想的來(lái)源,提出納米技術(shù) 概念的科學(xué)家 費(fèi)曼 （1918~ 1988） R.P.Feynman,,人物介紹——費(fèi)曼,很多物理學(xué)家把費(fèi)曼稱為“新的”物理學(xué)之父，可見(jiàn)他對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)之大，而愛(ài)因斯坦是“早先的”物理學(xué)之父。 1965年，費(fèi)曼和朱利安薛溫格、朝永振一郎共同獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。主要貢獻(xiàn)在于對(duì)量子電動(dòng)力學(xué)的理解。該學(xué)科研究光和帶電粒子之間的相互作用，特別是光和電子之間的相互作用。他在弱核反應(yīng)和超導(dǎo)研究方面也作出巨大的貢獻(xiàn)。,視頻：納米概念的提出,4. 納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展,放大倍率達(dá)千萬(wàn)倍的掃描隧道顯微鏡（STM）發(fā)明后，納米技術(shù)真正成為一門(mén)科學(xué)技術(shù)。 從20世紀(jì)90年代初起，納米科技得到迅速發(fā)展，像納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)等新名詞、新概念不斷涌現(xiàn)。 專家預(yù)測(cè)：未來(lái)全球技術(shù)發(fā)展的9大關(guān)鍵技術(shù)之一就是納米科技的研究與應(yīng)用。,5．掃描隧道顯微鏡(STM),1981年，美國(guó)IBM公司在瑞士蘇黎世的實(shí)驗(yàn)室里，物理學(xué)家葛賓尼(G.Binnig)和羅海雷爾(H.Rohrer)發(fā)明了新式顯微鏡，稱為“掃描隧道顯微鏡 (Scanning Tunneling Microscope) ”，簡(jiǎn)稱STM 。 應(yīng)用這臺(tái)顯微鏡人們可以 看到原子大小的東西。,,視頻：STM,,STM的出現(xiàn)，使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，被國(guó)際公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一。,賓尼希博士(Gerd K. Binnig)和羅雷爾博士(Heinrich Rohrer)由于掃瞄隧道顯微鏡(ScanningTunneling Microscopy) 的發(fā)明，共同獲得 1986 年諾貝爾物理獎(jiǎng)。 賓尼希于 1978 年進(jìn)入 IBM 公司蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室(Zurich Research Laboratory)的一個(gè)物理研究組。1985～1986 年就職于 IBM 公司在加州圣荷西市的 Almaden 研究中心。1987 年被提名為 IBM 公司的杰出研究人員 （IBM Fellow），目前仍任 IBM 蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的研究員。,羅雷爾博士（Heinrich Rohrer） 羅雷爾于1960 年完成博士后研究，隨即加入 IBM 新成立的蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室（Zurich ResearchLaboratory），從事 Kondo 材料、反鐵磁體（antiferromagnets）及其它方面的研究，接著把研究重心轉(zhuǎn)向掃瞄式穿隧顯微鏡。1986 年被提名為 IBM 公司的杰出研究人員（IBM Fellow），并且在 1986～1988 年間擔(dān)任 IBM 公司蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的物理科學(xué)部門(mén)經(jīng)理。 1997 年 7 月從 IBM 公司退休。,我國(guó)的納米先鋒,自2080年代中期以來(lái)，納米科學(xué)和納米技術(shù)越來(lái)越受到重視。 為期十年的“納米科學(xué)攀登計(jì)劃”和一系列先進(jìn)材料的研究計(jì)劃是核心活動(dòng)。已投入經(jīng)費(fèi)約數(shù)千萬(wàn)元人民幣。 有實(shí)力的領(lǐng)域是納米探針和運(yùn)用納米管的生產(chǎn)工藝的開(kāi)發(fā)方面。,中科院納米科技項(xiàng)目 首席科學(xué)家白春禮院士,5.1.1. 勢(shì)壘,在兩塊導(dǎo)電物體之間夾一層絕緣體，若在兩個(gè)導(dǎo)體之間加上一定的電壓，通常是不會(huì)有電流從一個(gè)導(dǎo)體穿過(guò)絕緣層流向另一導(dǎo)體的，即：,兩個(gè)導(dǎo)體之間存在著勢(shì)壘，像隔著一座山一樣,5.1.2. 隧道效應(yīng),假如這層勢(shì)壘的厚度很窄只有幾個(gè)納米，由于電子在空間的運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)波動(dòng)性，根據(jù)量子力學(xué)的計(jì)算，電子將穿過(guò)而不是越過(guò)這層勢(shì)壘，從而形成電流。如同在山腰部打通了一條隧道而火車(chē)通過(guò)隧道那樣，這種現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)。,5.2. STM的工作原理,將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)其間距離足夠小時(shí)，在電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過(guò)電極間的絕緣層，形成 “隧道電流”隧道效應(yīng)。 STM工作時(shí)的特點(diǎn)利用針尖掃描樣品表面，通過(guò)隧道電流獲取圖像。 STM工作方式 恒電流掃描 恒高度掃描,視頻：STM原理,5.3 STM的結(jié)構(gòu),主要由STM主體、電子反饋系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及高分辨圖象顯示終端組成。 ——核心部件是探頭。 ——電子反饋系統(tǒng)用于產(chǎn)生隧道電流并維持隧道電流的恒定，控制針尖在樣品表面進(jìn)行掃描。 ——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制全部系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，收集和存貯所獲得的圖像，并對(duì)原始圖象進(jìn)行處理，最后對(duì)在圖象顯示終端顯示出的圖象拍攝照片。,CSTM-9000,5.3 STM的原理示意圖,納米操縱技術(shù),,6.1 納米級(jí)微加工后的表面,應(yīng)用隧道效應(yīng)，用STM可以人為操作表面 利用計(jì)算機(jī)控制STM的針尖作有規(guī)律的移動(dòng)，在某些部位加大隧道電流的強(qiáng)度或使針尖頂端直接接觸到樣品的表面，在某些樣品如石墨的平坦表面上刻出有規(guī)律的痕跡，形成某些有意義的圖形和文字 中科院化學(xué)所用自制的掃描隧道顯微鏡，在石墨晶體表面刻寫(xiě)出一幅中國(guó)地圖，并寫(xiě)出“中國(guó)”兩個(gè)字。兩幅圖像和文字的線條寬度只有10納米。,中科院化學(xué)所的科技人員利用納米技術(shù)在石墨表面通過(guò)搬遷碳原子繪制出世界上最小的中國(guó)地圖,6.2 移動(dòng)氙原子,1990年4月，美國(guó)IBM公司的兩位科學(xué)家在用STM觀測(cè)金屬鎳表面的氙原子時(shí)，由探針和氙原子的運(yùn)動(dòng)受到啟示，嘗試用STM針尖移動(dòng)吸附在金屬鎳表面上的氙原子，得到下圖所示的情況。并在液氦的低溫下，將35個(gè)氙（Xe）原子在鎳（Ni）表面上移動(dòng)排列出5個(gè)原子高的“IBM”的構(gòu)圖。,視頻：IBM,6.3 移動(dòng)硅原子,美國(guó)IBM公司的科學(xué)家將STM的針尖放到選擇的硅原子表面，加一電壓脈沖，可以把硅原子移走，然后把移走的硅原子放回來(lái)，得到一系列的圖象。 中科院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室的科研人員通過(guò)STM在硅單晶表面上直接提取硅原子，形成平均寬度為2納米（3至4個(gè)硅原子）的線條。,6.4 移動(dòng)硫原子,1991年6月初，日本日立中心研究室的科技人員利用STM從二硫化鉬晶體表面上把硫原子有規(guī)律的轟擊出來(lái)，留下的空位組成了英文“PEACE91”的字樣，并附有日立中心實(shí)驗(yàn)室的字頭縮寫(xiě)。,PEACE ’91 HCRL,6.5 移動(dòng)鐵原子,1993年美國(guó)科學(xué)家在低溫下，用STM針尖將48個(gè)鐵原子排成一個(gè)圓環(huán)，并且直接觀察到了電子駐波的圖形 而后，又成功地移動(dòng)鐵原子寫(xiě)成了兩個(gè)漢字 “原子”。,鐵原子的移動(dòng)過(guò)程,6.6 移動(dòng)一氧化碳分子,1991年2月IBM公司用STM針尖移動(dòng)吸附在金屬鉑表面的一氧化碳分子，描繪出“一氧化碳人”，其身高為5納米。,6.7 鐵基FeCO分子形成過(guò)程,一個(gè)鐵原子(Fe)與一個(gè)一氧化碳( CO )分子結(jié)合成一個(gè)鐵基分子( FeCO )的過(guò)程如圖所示,6.8 2002年納米操縱成像獲重大突破,2002年第一期國(guó)際納米界權(quán)威雜志《納米通訊》采用了三個(gè)“筆跡”稍有歪扭的“DNA”字母虛擬畫(huà)面做封面。這一成果由中科院上海原子核研究所、交通大學(xué)胡鈞、李民乾兩位研究員領(lǐng)銜的課題組與德國(guó)莎萊大學(xué)科學(xué)家合作取得。 通過(guò)納米操縱技術(shù)，用單個(gè)DNA分子長(zhǎng)鏈書(shū)寫(xiě)；每個(gè)字母長(zhǎng)僅300nm、寬200nm 應(yīng)用原子力顯微鏡等納米顯微術(shù)，將單個(gè)DNA鏈完整地拉直，再對(duì)分子鏈進(jìn)行切割、彎曲、修剪，終于“寫(xiě)”出“DNA”三個(gè)字母,二、納米材料的奇異特性,,1 各種納米材料的特性,蓮花葉子表面 的自我潔凈 蓮花葉面表面的結(jié)構(gòu)與粗糙度為微米至納米尺寸的大小。當(dāng)遠(yuǎn)大于該結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上時(shí)，只能和葉面上凸?fàn)钗镄纬牲c(diǎn)的接觸。液滴在自身的表面張力作用下形成球狀，在滾動(dòng)中吸附灰塵，并滾出葉面。,視頻：蓮花,鵝毛和鴨毛的排列非常整齊，毛與毛之間的隙縫小到納米尺寸，所以水分子無(wú)法穿透層層的鵝毛和鴨毛。鵝與鴨得以在水中保持身體的干燥。這種結(jié)構(gòu)還極其通氣。,不用洗滌劑的納米服裝,2002年，一批高科技服裝面料從實(shí)驗(yàn)室走上了展臺(tái)：不用洗滌劑也能清潔的衣物、可用做防水地圖的仿真絲面料等令人耳目一新,視頻：納米布料,具有易潔納米涂層的陶瓷,視頻：納米表面,摔不碎的納米陶瓷,納米陶瓷,強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅,納米銅,視頻：SPS 復(fù)合材料改善鋼板的特性,納米醫(yī)藥和醫(yī)學(xué),視頻：納米醫(yī)學(xué),納米藥物 納米診斷儀 納米膜技術(shù) 納米抗癌技術(shù) 納米醫(yī)療機(jī)器人,2.1 具有很高的活性 2.2 特殊的光學(xué)性質(zhì) 2.3 特殊的熱學(xué)性質(zhì) 2.4 特殊的磁學(xué)性質(zhì) 2.5 特殊的力學(xué)性質(zhì) 2.6 量子尺寸效應(yīng) 2.7 宏觀量子隧道效應(yīng),2. 納米材料的奇異特性,2.1 具有很高的活性,納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。在空氣中，納米金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑、貯氣材料和低熔點(diǎn)材料。,2.2 特殊的光學(xué)性質(zhì),所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色越黑。金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌%，大約幾微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用這個(gè)特性可以制造高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，以很高的效率將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。另外還有可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身材料等。,視頻：發(fā)光材料,2.3 特殊的熱學(xué)性質(zhì),大尺寸的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)往往是固定的，超細(xì)微化的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)卻顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為突出。 金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)顆粒的尺寸減小到10納米時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)降低27℃，減小到2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右。,2.4 特殊的磁學(xué)性質(zhì),磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)個(gè)生物磁羅盤(pán)。大塊純鐵的磁矯頑力約為80安/米，當(dāng)顆粒尺寸減小到210-2微米以下時(shí)，矯頑力增加103 倍。當(dāng)顆粒尺寸減小到約小于610-3微米時(shí)，矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。 利用磁性超微顆粒高矯頑力的特性制成的高儲(chǔ)存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤(pán)、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，將磁性超微顆粒制成了用途廣泛的磁性液體。,視頻：磁性液體,2.5 特殊的力學(xué)性質(zhì),陶瓷材料通常呈現(xiàn)脆性，由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料具有良好的韌性。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬-陶瓷復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)。,2.6 量子尺寸效應(yīng),超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性、介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。 當(dāng)熱能、電場(chǎng)能或者磁場(chǎng)能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應(yīng)。例如，導(dǎo)電的金屬在超微顆粒時(shí)可以變成絕緣體，磁矩的大小與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān)；比熱亦會(huì)反常變化；光譜線會(huì)產(chǎn)生向短波長(zhǎng)方向的移動(dòng)。 在低溫下，對(duì)超微顆粒必須考慮量子效應(yīng)，原有的宏觀規(guī)律已不再成立。,2.7 宏觀量子隧道效應(yīng),近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。 量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)將是未來(lái)微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須考慮上述的量子效應(yīng)。,3. 納米材料的應(yīng)用與展望,電子和通訊 全媒體存儲(chǔ)器；平板顯示器； 納米醫(yī)療 納米結(jié)構(gòu)藥物；微型機(jī)器人； 化學(xué)和材料 納米催化劑；納米陶瓷； 能源 新型電池；氫燃料安全存儲(chǔ)； 制造工業(yè) 微細(xì)加工；微型機(jī)器； 飛機(jī)和汽車(chē) 無(wú)須洗滌的油漆；不燃塑料； 航天 輕型航天器； 環(huán)境保護(hù) 納米膜；納米存儲(chǔ)器；開(kāi)關(guān)；,4. 納米材料的制造,視頻：納米材料制造,三、微型機(jī)器人,1976年，德雷克斯勒看到了遺傳工程的書(shū)，萌發(fā)了制造微型機(jī)器人去控制DNA的念頭 。 我國(guó)留學(xué)生馮龍生等在美國(guó)制成寬度不到1毫米的靜電馬達(dá)； 日本豐田公司造了一輛只有62毫克，米粒大小的微型汽車(chē)。 德國(guó)物理學(xué)家埃費(fèi)爾德研制了一架直升飛機(jī)，重量不到半克，能升到130毫米的空中。 美國(guó)波士頓大學(xué)的化學(xué)家T.Ross Kelly，制備出世界上最小的分子馬達(dá)，該分子馬達(dá)由78個(gè)原子構(gòu)成。,視頻：微型機(jī)器人,仿甲蟲(chóng)外形制造的微型機(jī)器人,納米軸承,微型機(jī)器人,微型機(jī)器人,3.1 納米機(jī)器人,“納米機(jī)器人”的研制是根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。 第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體 可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療。還可進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的ＤＮＡ，把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。 第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置 第三代納米機(jī)器人是包含納米計(jì)算機(jī)，可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。一旦問(wèn)世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧?dòng)和生活方式。,3.2 圖示,納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物。納米機(jī)器人小到可在人的血管中自由地游動(dòng)，對(duì)于腦血栓、動(dòng)脈硬化等病灶，可以很容易地予以清理而不用進(jìn)行危險(xiǎn)的開(kāi)顱、開(kāi)胸手術(shù)。,由碳納米管制作的納米齒輪模型。齒輪上的原子清晰可見(jiàn)。碳納米管的強(qiáng)度高、重量輕，用它做成太空升降機(jī)的纜繩，即使纜繩的長(zhǎng)度是從太空下垂到地面的距離，它也完全可以經(jīng)得住自身的重量。,鈉米存儲(chǔ)器,DNA開(kāi)關(guān),3.2 圖示,科學(xué)家幻想的人體中血紅細(xì)胞和人造細(xì)胞在一起的情景。體內(nèi)某些缺氧的部分會(huì)感到疲勞，紅血球的重要功能之一是向身體各部分輸送氧分子 。藍(lán)色小球稱為呼吸者，它們具有比紅血球攜帶氧分子多數(shù)百倍的功能，且本身裝有納米計(jì)算機(jī)、納米泵，可以根據(jù)需要將氧釋放，同時(shí)將無(wú)用的二氧化碳帶走。 畫(huà)家筆下的一種納米仿生術(shù)機(jī)器人。這種稱為游蕩者的納米仿生物可以為人體傳送藥物，進(jìn)行細(xì)胞修復(fù)等工作。,四、未來(lái)的理想超級(jí)纖維 ──碳納米管,視頻：納米技術(shù)的進(jìn)步,1 碳60和巴基球,1985年，美國(guó)科學(xué)家克勞特和斯莫利等用激光束去轟擊石墨表面，發(fā)現(xiàn)了C60。 C60的外形像足球，中心是空的，外邊圍砌著60個(gè)碳原子，它們組成了12個(gè)五邊形和20個(gè)正六邊形。碳60有一個(gè)別名：巴基球。一個(gè)巴基球的直徑是0.7納米。 巴基球可以做得更大，再增加10個(gè)碳原子，還可以做成碳70。如果用960個(gè)碳原子制成碳540，有可能在室溫條件下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)！,2 碳納米管,碳原子既然可以排列成足球的形狀，就可以排列成圓筒形。球形只能擴(kuò)大成為越來(lái)越大的球；圓筒形卻可以加長(zhǎng)，成為一根纖維。于是科學(xué)家就用碳元素組成了一種圓筒材料──碳納米管。 人們制成的碳納米管，其直徑 已達(dá)到1.4納米，每一圈由10 個(gè)六邊形組成。要進(jìn)一步增強(qiáng) 它的強(qiáng)度，需要長(zhǎng)度跟直徑之 比達(dá)到20:1。,碳納米管是由石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀“纖維“，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米。其比重為鋼的六分之一，強(qiáng)度是鋼的100倍。碳納米管是極好的儲(chǔ)氫材料，在未來(lái)的以氫為動(dòng)力的汽車(chē)上將得到應(yīng)用。 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主斯莫利教授認(rèn)為，納米碳管將是未來(lái)最佳纖維的首選材料，將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開(kāi)關(guān)以及納米級(jí)電子線路等。,碳納米管,碳納米管，是指用納米技術(shù)將碳做成的細(xì)管,C60 C60 C70,金剛石,石墨,視頻：碳納米管,五、納米技術(shù)發(fā)展的五個(gè)階段,以研究分子機(jī)械而著稱的美國(guó)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)宰貝克斯公司的預(yù)測(cè)認(rèn)為，納米技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)經(jīng)歷以下五個(gè)階段： 第一階段 原子數(shù)量控制在100以下的物質(zhì)。 第二階段 生產(chǎn)一般納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。 第三階段 制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。 第四階段實(shí)現(xiàn)納米計(jì)算機(jī)技術(shù)。 第五階段 研制制造動(dòng)力源和程序自律化的元件和裝置，促進(jìn)人工智能進(jìn)入實(shí)用階段。,思考題,什么是納米技術(shù)？什么是納米結(jié)構(gòu)？ 簡(jiǎn)述STM的工作原理及其工作特點(diǎn)。 簡(jiǎn)述由納米超微顆粒制成的納米材料所具有的小尺寸效應(yīng)。 什么是物體的比表面積？分析比表面積與直徑的關(guān)系。,,謝謝 大連大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 姜良萍 lpjiang_dlu@,