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納 米 技 術(shù),授課教師：劉業(yè)云,納米技術(shù),本節(jié)內(nèi)容： *一、納米的概念 *二、納米技術(shù)的歷史 *三、納米技術(shù)將來(lái)發(fā)展的五個(gè) 階段 *四、納米技術(shù)在生活中的應(yīng)用 *五、納米技術(shù)在軍事上的應(yīng)用 *六、納米技術(shù)可能帶來(lái)的危害 *七、假冒納米技術(shù)#,一、納米的概念 納米（nm）實(shí)際上是一種長(zhǎng)度單位，1納米僅等于十億分之一米，人的一根頭發(fā)絲的直徑相當(dāng)于6萬(wàn)個(gè)納米。納米小得可愛(ài)，卻威力無(wú)比，它可以對(duì)材料性質(zhì)產(chǎn)生影響，并發(fā)生變化，使材料呈現(xiàn)出極強(qiáng)的活躍性。科學(xué)家們說(shuō)，納米這個(gè)“小東西”將給人類(lèi)生活帶來(lái)的震憾，會(huì)比被視為迄今為止影響現(xiàn)代生活方式最為重要的計(jì)算機(jī)技術(shù)更深刻、更廣泛、更持久。 納米技術(shù)是指在1－100納米這一尺度范圍內(nèi)對(duì)原子、分子進(jìn)行操縱和加工的技術(shù)，包括納米結(jié)構(gòu)和納米材料。,初識(shí)納米： 水可能是我們最熟悉的東西，我們每天都離不開(kāi)水，我們知道油水是不相溶的，無(wú)論宏觀尺度上的水和微觀尺度上的水都是和油不相溶的，你沒(méi)有辦法把它混在一起。但是如果到了納米尺度上，也就是說(shuō)在這個(gè)微觀世界里，它就能夠溶，并且溶得非常好，成為熱力學(xué)的穩(wěn)定相。不管它溫度變化也好，振動(dòng)也好，里頭加一點(diǎn)化學(xué)原料也好，它都能夠是穩(wěn)定的。,,,二、納米技術(shù)的歷史 1、１９５９年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德費(fèi)曼預(yù)言，人類(lèi)可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類(lèi)意愿，逐個(gè)地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想。 2、20世紀(jì)50年代末，物理學(xué)家開(kāi)始認(rèn)識(shí)到“物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子地制造物品的可能性”。經(jīng)過(guò)幾十年的艱苦探索，納米技術(shù)取得了關(guān)鍵性的突破。1990年IBM公司使用掃描探針移動(dòng)35個(gè)原子，組成了IBM三個(gè)字母，創(chuàng)造了人類(lèi)最“微乎其微”的偉大奇跡，納米神話(huà)令世界震驚。,3、１９９１年，碳納米管被人類(lèi)發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鋼１０倍，成為納米技術(shù)研究的熱點(diǎn)。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，也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。,中國(guó)古代的納米：早在中國(guó)古代，安徽出的墨，其顆粒就可以是納米級(jí)的，非常非常細(xì)，從煙道里掃出來(lái)后一遍遍地篩，研制出來(lái)的墨非常均勻、飽滿(mǎn)，寫(xiě)字非常好，這實(shí)際就是納米顆粒。,,三、納米技術(shù)將來(lái)發(fā)展的幾個(gè)階段： 1、準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在１００個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這需要使用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造技術(shù)和現(xiàn)有工廠的設(shè)備和超精密電子裝置。 2、生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。在這個(gè)階段，納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)和納米復(fù)合材料的制造將達(dá)到實(shí)用化水平。其中包括從有機(jī)碳酸鈣中制取的有機(jī)納米材料，其強(qiáng)度將達(dá)到無(wú)機(jī)單晶材料的３０００倍。,3、大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)將成為可能。這要求有高級(jí)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)／制造系統(tǒng)、目標(biāo)設(shè)計(jì)技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和組裝技術(shù)等。 4、造出納米計(jì)算機(jī)。納米磁膜材料將大大提高磁記錄密度，納米加工技術(shù)的進(jìn)步將使納米級(jí)光盤(pán)的出現(xiàn)成為可能，其信息儲(chǔ)存量將是現(xiàn)在光盤(pán)的100萬(wàn)倍。,未來(lái)的某一天，像現(xiàn)在“銀河”那樣的巨型計(jì)算機(jī)可能變成“掌中寶”，而美國(guó)國(guó)會(huì)圖書(shū)館的全部信息，將會(huì)被壓縮到一個(gè)糖塊大小的光盤(pán)中?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)以納米技術(shù)為核心的計(jì)算機(jī)處理信息的速度將更快，效率將更高。 5、科學(xué)家們將研制出能夠制造動(dòng)力源與程序自律化的元件和裝置。,,四、納米技術(shù)在生活中的應(yīng)用：,1、納米材料用于紡織品，經(jīng)過(guò)獨(dú)特的工藝處理，將紫外線隔離因子引入纖維中，能起到防紫外線、阻隔電磁波，具有無(wú)毒、無(wú)刺激，不受洗滌、著色和磨損等影響的作用，可以有效保護(hù)人體皮膚不受輻射傷害。,如果在分散的納米分子材料上經(jīng)過(guò)特殊處理，再運(yùn)用到纖維物體上，那么衣服就可以不粘油、不粘水，由于納米分子非常非常小，它不會(huì)影響纖維物體的透氣性和清洗效果。,2、納米生物技術(shù)的成果也會(huì)為制造人造器官和人造皮膚提供便利。如今科學(xué)家們已經(jīng)能夠利用燒傷患者未被破壞部分的皮膚細(xì)胞制成被燒傷部位的人造皮膚，并使其具有正常的代謝作用。將來(lái)納米生物技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展還會(huì)為醫(yī)生有效治療腦血栓提供可能。納米微粒也將會(huì)在摧毀腦腫瘤方面起到重要作用。,3、納米技術(shù)用在醫(yī)學(xué)上，專(zhuān)家們把磁性納米復(fù)合高分子微粒用于細(xì)胞分離，或者把非常細(xì)小磁性納米微粒，放入一種液體中，然后讓病人喝下后，對(duì)人身體的病灶部位進(jìn)行治療，并且通過(guò)操縱，可使納米微粒在人的身體病灶部位聚集進(jìn)行有目標(biāo)的治療，在不破壞正常細(xì)胞的情況下，可以把癌細(xì)胞等分離出來(lái)，也可以制成靶向藥物控釋納米微粒載體（俗稱(chēng)“生物導(dǎo)彈”），用于治療腦栓塞等疾病，同時(shí)也可用納米技術(shù)生產(chǎn)出納米探針（微型機(jī)器人）深入體內(nèi)治療疾病或清理體內(nèi)垃圾等。,納米機(jī)器人是可以在細(xì)胞內(nèi)或血液中對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。其實(shí)細(xì)胞本身就是一個(gè)活生生的納米機(jī)器，細(xì)胞中的每一個(gè)酶蛋白分子就是一個(gè)個(gè)活生生的納米機(jī)器人， 已有一種納米藥物載體通過(guò)了 F DA批準(zhǔn)并應(yīng)用于臨床， 密西根大學(xué)的 D onald Tomalia等已經(jīng)用樹(shù)形聚合物發(fā)展了能夠捕獲病毒的“納米陷阱”。體外實(shí)驗(yàn)表明“納米陷阱”能夠在流感病毒感染細(xì)胞之前就捕獲它們，使病毒喪失致病的能力。,4、納米化妝品項(xiàng)目的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)得出，北京地區(qū)唯一能做透皮吸收測(cè)試的北京軍區(qū)總醫(yī)院臨床藥物研究所為北京中陽(yáng)德安醫(yī)藥科技有限公司的產(chǎn)品進(jìn)行了透皮吸收試驗(yàn)。試驗(yàn)報(bào)告顯示：將兩種樣品同時(shí)涂布于兩組小鼠的表皮組織，納米組在10分鐘后，即可明顯測(cè)出其滲透量，并且隨時(shí)間延長(zhǎng)滲透量的值增大，4小時(shí)的時(shí)候滲透量達(dá)穩(wěn)態(tài)吸收量。而對(duì)照組在一個(gè)半小時(shí)后才開(kāi)始有明顯的滲透，但與同時(shí)間的納米組的比較滲透量的值低55．58％。說(shuō)明納米組在給樣最短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到有效吸收。納米組的積累吸收量明顯大于對(duì)照組。據(jù)進(jìn)行此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的專(zhuān)家稱(chēng)，該實(shí)驗(yàn)是嚴(yán)格遵照美國(guó)FDA的藥理實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，其結(jié)果是可靠的。,5、納米技術(shù)如果應(yīng)用在陶瓷上，可使陶瓷具有超塑性，大大增強(qiáng)了陶瓷的韌性，不怕摔，不怕碎，陶瓷堅(jiān)固無(wú)比。另外，還能用納米技術(shù)識(shí)別化學(xué)和生物傳感器材料。令科學(xué)家高興的是，納米鈦與樹(shù)脂化合后生成的多種全新涂料，具有多種同類(lèi)產(chǎn)品無(wú)法相比的優(yōu)越性，在海水中浸泡10年不損，并具有神奇的自我修復(fù)能力和自潔性，納米鈦還作為唯一對(duì)人植物神經(jīng)、味覺(jué)沒(méi)有任何影響的金屬，其用途廣泛。,,五、納米技術(shù)在軍事上的應(yīng)用： 1、納米微粒尺寸小，從而增加化學(xué)反應(yīng)的接觸面。因此，納米材料可作為催化劑被廣泛應(yīng)用提高軍事能源的使用效能。納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)催化劑，可使燃燒效率提高100倍；納米炸藥比常規(guī)炸藥性能提高千百倍；納米材料制成的燃油添加劑，可節(jié)省燃油，降低尾氣排放。,2、提高常規(guī)武器的打擊與防護(hù)能力。運(yùn)用納米技術(shù)在產(chǎn)品中添加特殊性能的材料或在產(chǎn)品表面形成一層特殊的材料，能產(chǎn)生出新的性能，如可以使易碎的陶瓷變得具有韌性，達(dá)到類(lèi)似于鐵的耐彎曲性，或具有特殊的剛性。現(xiàn)在已經(jīng)制造出來(lái)的碳納米管，硬度大約是鋼的100倍?？梢韵胂?，把納米技術(shù)用于武器制造，可大大提高武器彈頭對(duì)目標(biāo)的穿透力和破壞力，也可提高武器裝備的防護(hù)能力，未來(lái)防彈裝甲車(chē)可能產(chǎn)生使導(dǎo)彈滑落或彈回去的奇跡。,3、提高武器裝備的隱身性能。某些納米固體在較寬的頻譜范圍對(duì)電磁波有均勻的吸收性能，幾十納米厚的固體薄膜的吸收效果與比它厚1000倍的現(xiàn)有吸波材料相同，美國(guó)研制的納米隱身涂料超黑粉對(duì)雷達(dá)波的吸收率達(dá)99%。用納米吸波材料涂在戰(zhàn)略轟炸機(jī)、導(dǎo)彈等攻擊性飛行器的表面，能有效地吸收敵方防空雷達(dá)的電磁波(B-2隱身轟炸機(jī)表面的涂層中就含有納米材料)；將納米粒子添加于發(fā)煙劑中，能對(duì)陣地起到很好的屏蔽作用，與土壤混合可遮蔽地下指揮所等重要軍事設(shè)施。,4、 用于制造微型武器。利用納米技術(shù)可以把傳感器、電動(dòng)機(jī)和數(shù)字智能裝備集中在一塊芯片上，制造出幾厘米甚至更小的微型裝置。在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上，將出現(xiàn)能像士兵那樣執(zhí)行軍事任務(wù)的超微型智能武器裝備。據(jù)報(bào)道，美國(guó)研制的小型智能機(jī)器人，大的像鞋盒子那么大，小的如硬幣，它們會(huì)爬行、跳躍甚至可飛過(guò)雷區(qū)、穿過(guò)沙漠或海灘，為部隊(duì)或數(shù)千公里外的總部收集信息。微型機(jī)電武器還可用于敵我識(shí)別、探測(cè)核污染和化學(xué)毒劑、無(wú)人偵察機(jī)等。,5、用于制造微型衛(wèi)星和納米衛(wèi)星。由于納米技術(shù)、微電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些國(guó)家發(fā)射的衛(wèi)星正向小型化方向發(fā)展。1993年，美國(guó)航空航天公司就提出了納米衛(wèi)星(重約0.1—10千克)的概念。1999年，英國(guó)、美國(guó)、瑞典各發(fā)射了一顆納米衛(wèi)星。專(zhuān)用微型集成電路取代現(xiàn)在衛(wèi)星上使用的有關(guān)系統(tǒng)，使微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星體積小、重量輕；生存能力強(qiáng)，即使遭受攻擊也不會(huì)喪失全部功能；研制費(fèi)用低，不需大型實(shí)驗(yàn)設(shè)施和跨度大的廠房；易發(fā)射，不需大型運(yùn)載工具發(fā)射，一枚小型運(yùn)載火箭即可發(fā)射千百顆，再按不同軌道組成衛(wèi)星網(wǎng)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)地球表面的覆蓋。,6、中科院化學(xué)所宣布已研制出不沾水、不沾油的“納米布”，用納米布可制成水陸兩用服裝；由防彈陶瓷外層和碳納米管復(fù)合材料作襯底，可制成堅(jiān)硬如鋼的防彈背心；由于碳納米管發(fā)射電子的性能十分優(yōu)良，可在制造數(shù)字化頭盔用的高清晰度顯示器方面大有作為，極小的微處理器可使圖像彎曲，形成一幅180度的全方位圖景，以便同頭盔相匹配。碳納米管還可保護(hù)士兵免受激光致盲武器的攻擊，一旦受到攻擊，它們可以迅速變?yōu)榈入x子體，吸收激光能量，然后再恢復(fù)原來(lái)的狀態(tài)。,,六、納米技術(shù)可能帶來(lái)的危害： 納米技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品由于構(gòu)成微粒的尺寸太小，也可能直接對(duì)人體產(chǎn)生威脅。一般的物品拿在手上，由于構(gòu)成的微粒大小是微米或以上量級(jí)的尺寸，不會(huì)滲透到人的皮膚細(xì)胞內(nèi)，以致進(jìn)入血液。但是納米技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于構(gòu)成微粒在納米量級(jí)，完全有可能通過(guò)皮膚接觸進(jìn)入人體。如果這種物質(zhì)有毒的話(huà)，人體與之接觸將是十分危險(xiǎn)的，所以，生產(chǎn)和處理這種納米產(chǎn)品，其生產(chǎn)廠房、放置措施都將有極其嚴(yán)格的規(guī)定。,,七、假冒納米技術(shù) 納米打假，可能被一些人認(rèn)為是小題大做，其實(shí)不然，現(xiàn)在只要留心大城市的市場(chǎng)上，打著“納米家用電器”、“納米防輻射衣服”、“納米防紫外線化妝品”、“納米太陽(yáng)傘”等新奇廣告招牌隨處可見(jiàn)，就如同“綠色食品”、“基因食品”、“數(shù)字電視”等一樣，“前衛(wèi)”商品堂而皇之地?cái)[在商場(chǎng)的柜臺(tái)上，納米技術(shù)的用途相當(dāng)廣泛這點(diǎn)不錯(cuò)，但還沒(méi)有到廣泛地應(yīng)用階段，因此，一些企業(yè)借納米造勢(shì)，趁老百姓對(duì)納米技術(shù)的內(nèi)涵還不太清楚，或把一點(diǎn)點(diǎn)皮毛的加工謊稱(chēng)為納米技術(shù)，或以“微米技術(shù)”“降格”充當(dāng)，甚至置納米材料不會(huì)釋放微波這一普通常識(shí)不顧，聲稱(chēng)自己產(chǎn)品能釋放保健微波來(lái)欺騙消費(fèi)者。,1、“納米水” 廣州一家公司用所謂的“納米水”把老百姓搞得暈頭轉(zhuǎn)向 ：這家公司把“納米水”說(shuō)得神乎其神：抗疲勞、耐缺氧、抵抗細(xì)菌、降火排毒，長(zhǎng)期飲用可“水到病除”，甚至還可以“增強(qiáng)女士防匪徒強(qiáng)暴的能力”。據(jù)稱(chēng)，“納米水”將締造一個(gè)水的“神話(huà)”，引起一次“飲用水革命”。據(jù)介紹，該公司還有“納米口紅”、“納米衣服”、“納米牙膏、牙刷”等，不過(guò)目前尚未上市。 這種“納米水”的關(guān)鍵在于所謂的“納米珠”。在這家公司的現(xiàn)場(chǎng)演示中，一位所謂的“經(jīng)理”拿出一把大小不一、顏色各異的橢圓形小珠，稱(chēng)這就是麥飯石與納米特殊材料制作而成的“納米珠”。他往兩杯清水里加入純藍(lán)墨水，然后抓起一把“納米珠”放到其中一個(gè)杯子里，幾分鐘后，這杯水顏色變淡，而另一杯沒(méi)有“納米珠”的水則還是老樣子。這位經(jīng)理得意地說(shuō)，看，這就是納米珠的厲害，多臟的水都不怕?；氐郊依?，只要往自來(lái)水里放幾顆，直接就可飲用啦，而且水中含有18種有益人體的微量元素，可以增強(qiáng)免疫力等。記者試著喝了一口，感覺(jué)和一般的純凈水沒(méi)有區(qū)別。據(jù)了解，每盒納米珠要300元，買(mǎi)齊整套設(shè)備（一臺(tái)飲水機(jī)、一桶水和十盒納米珠）則需3800元。,針對(duì)以上現(xiàn)象，華南理工大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師龔克成說(shuō)：“這純屬騙局。”首先，要實(shí)現(xiàn)“化藍(lán)為清”的表演效果，有許多種簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)都可以做到，與“納米”技術(shù)沒(méi)有任何關(guān)系。其次，納米材料的確有一些普通材料無(wú)法達(dá)到的功能，但是，就目前納米技術(shù)的研究進(jìn)度以及納米材料的較高成本等因素綜合來(lái)看，納米技術(shù)要大規(guī)模走入民用階段需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，而且即使到了那個(gè)時(shí)候，也決不能替代藥品，達(dá)到所謂的“水到病除”。,2、納米冰箱、納米洗衣機(jī)： 所謂納米冰箱，只不過(guò)是添加了氧化鈦的納米無(wú)機(jī)物，產(chǎn)生了一定的抗菌性能； 所謂納米洗衣機(jī)，也只能說(shuō)是添加了納米材料的洗衣機(jī)，而且納米材料還只是應(yīng)用在滾筒洗衣機(jī)外桶的內(nèi)壁上，而對(duì)于最容易產(chǎn)生污垢的內(nèi)桶的外壁還沒(méi)有很好的解決辦法。,3、如何鑒別納米的真?zhèn)危?一要看這種材料是否在納米尺度內(nèi)，即１納米到１００納米之間； 二是看這種材料是否具有宏觀材料不具備的特性。比如說(shuō)納米領(lǐng)帶，就應(yīng)該不沾油不沾水。 納米物品的價(jià)值：碳納米管身價(jià)遠(yuǎn)高于黃金。,,請(qǐng)為納米技術(shù)作貢獻(xiàn),再見(jiàn)！,