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纳米专题[转贴]

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发表于 2003-5-12 03:55:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
给生产生活加“味精”—“纳米”专家访谈录

“小的是最好的”这句在20世纪经济学界的箴言在 21世纪的科技时代显得愈发精辟。因为在人类进入21世纪之际,更被科学界看好的纳米技术为我们展现了一幅色彩斑斓的前景。那么,纳米究竟能给我们的生产生活带来什么样的影响呢?记者就此采访了南京大学物理系、固体微结构物理国家实验室的都有为教授,他的科研组正在开展纳米材料的磁性研究工作。

记者(以下简称记):当前,纳米技术成为全球都在谈论的热门话题,请您解释一下纳米的概念以及什么是纳米技术?

都有为教授(以下简称都):几年前,纳米对于普通老百姓来说,还是个挺陌生的科技词汇,还有人以为“纳米”是新品种的大米,但近两年,有关纳米的报道已经越来越多地进入我们的视线。其实,早在1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼就预言,“我深信不疑,当人们能操纵细微物的时候,将可获得极其丰富的新的物质的性质。”这可能是关于纳米技术最早的梦想了。

纳米是一个长度单位,1纳米等于十亿分之一米 (10的负9次方米),相当于万分之一头发的粗细。纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带,被称为介观世界。科学家发现,在纳米的世界里,物质发生了质的飞跃。比如硅晶体是不发光的,但纳米硅却会发光;陶瓷在通常情况下是很脆的,但纳米陶瓷材料却有了韧性。所以自20世纪90年代起,各国科学家纷纷投入一场“纳米攻坚战”。

纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构,在这种尺度下对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术,同时,它又将引发一系列新的科学技术。举个简单的例子,微电子技术的发展,导致大规模集成电路的产生,微型计算机随之产生了,所有的这一切,为人们的生产、生活带来翻天覆地的变化。但是随着微电子技术的不断发展,集成度越来越高,尺寸也越来越小,小到只有近百纳米。再进一步提高集成度行不行?从物理学的角度来看,这种方法在今后20年将达到微型化的物理极限。所以,纳米电子学应运而生,纳米生物学、纳米机械学、纳米化学的产生也是同样的道理。

记:目前纳米技术的应用还不是很广泛,但已经在人们面前展现了一个绚烂的前景。那么,在不久的将来,纳米技术将给人们的生活带来什么样的影响呢?

都:纳米技术从真正意义上影响人们的生活,可能还需要10-20年时间,但是这项技术有着非常广阔的应用前景。比如,随着纳米技术的发展,计算机信息存储芯片越来越小,而存储量却越来越大,信息容量比现有光盘高100万倍,到那时,整个美国国会图书馆的图书都能存储在一个糖块大小的芯片中,这该是多么令人惊奇。1994年,IBM公司研制成新型巨磁电阻效应读出磁头,将磁盘的记录密度提高了17倍。从去年开始,在硬盘的驱动器上已经开始使用这项技术,目前产值已超过 100亿美元/年。在我国深圳也有相关的加工厂。

在我们印象中,陶瓷器皿是很硬、很脆的,平常在家里用碗、盘子要特别小心,一不小心就把它摔碎了。这是因为陶瓷是用泥土高温烧制的,而泥土的颗粒很大,如果用纳米粉体制成的纳米陶瓷,它也可以具有韧性,现已制成陶瓷刀具、弹簧。同样,橡胶中加入纳米颗粒,耐磨性大大提高,寿命也相应延长。这些都是纳米技术在材料科学方面的应用。

现在研制中的纳米涂料,既疏水又避油,把它涂在布料上,不仅可以防水、防油,还可以防止墨水、酱油把衣服弄脏,用这种布料做成领带,既美观又实用。把这种涂料涂在玻璃、陶瓷上,它的疏水特点可以得到充分的发挥,冬天,浴室里的镜子、人们戴的眼镜、窗户上的玻璃也不会蒙着一层雾了,这样一来,我们的生活会方便许多。

用磁性纳米材料与药物结合起来,注入人体,可以在体外用磁场进行控制.将药物集中在病变部位发挥最大的药效。这样,治疗的效果大大提高,而药物的毒副作用却减少很多,对病人来说也更安全了。

,过去,人们一提起军事和国防,就会想到飞机、大炮,但是,纳米技术的发展改变了人们的老观点。纳米隐身涂料为兵器的隐身技术提供了物理基础。“纳米微型军”的成员就更多了,比如说“蚂蚁”士兵,这是一种通过声波控制的纳米型机器人,这些机器人比蚂蚁还要小,但具有惊人的破坏力。与传统武器相比,纳米武器实现了高智能化,几个人就可以随身携带了,隐蔽性更好、安全性更高。

记:自90年代以来,纳米技术得到厂迅猛的发展,很多国家制订了不同的发展计划。当前世界,哪些国家的纳米技术处于领先地位,我们国家今后有什么样的战略和计划?

都:当今世界各国的科学界以及产业界都认识到纳米技术将会成为高新技术,因此很多国家均投入了大量的资金和研究人员。美国在1999年投入2.55亿美元, 2000年投入了4.95亿美元,是投入资金最多的国家,日本其次。我国在国家重点基础研究项目“973计划”中投资4000万人民币,重点支持国内的八家科研单位。

目前,在纳米领域,美国、日本、德国的技术处于领先地位。我国紧跟其后,处于第二阶梯的前列。其中,纳米碳管技术处于世界一流水平,比如大面积定向碳管的合成、超长纳米碳管的制备等。

记:有人把纳米称为“35业味精”,这是什么意思?

都:将纳米称作“工业味精”,是一种比较形象的说法,因为把它掺入很多的传统材料中,成为复合材料,它的性质会发生很大的变化,就像一盘普通的菜肴,加入适量的味精烹饪后口味会变得极佳。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,粘污在其表面上的物质会在纳米的催化作用下变成气体或者容易被擦掉的物质。把纳米微粒衬在灯泡里,可以提高发光效率,并节省15%以上的电能。在护肤品中加入纳米微粒,能够使皮肤迅速恢复自身新陈代谢和抵抗病菌的功能。利用金属纳米材料颗粒粉体制成的块状金属材料,强度会达到普通金属的十几倍,而且弹性和橡胶一样。利用二氧化钛纳米粉末的光降解性质,可以把含有有机物的废水变成清水,在环保方面应用前景/“阔。

于细微处现神奇,纳米技术的发展正悄然的改变着我们的生活。

记:随着纳米技术的发展,人们渴望纳米时代的到来,请问纳米时代的标志是什么呢?

都:所谓的纳米时代就是纳米技术实现大规模、低成本的产业化生产,在生产生活中得到广泛的应用。当前人们还有很多的工作要做,按照目前的推算,大约需要10年到20年的时间才能迎来纳米时代。很多企业看好纳米技术前景,纷纷投入。估计目前国内有200多家企业高举“纳米”旗帜,但是,要实现纳米技术的低成本大规模产业化,尤其是开拓应用还有很长的路程要走。
 楼主| 发表于 2003-5-12 03:57:44 | 显示全部楼层

纳米效应

纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性,如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电,原来绝缘的二氧化硅、晶体等,在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点,以及其特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
 楼主| 发表于 2003-5-12 03:59:17 | 显示全部楼层
1.表面效应
    球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小,比表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。对直径大于 0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计,当尺寸小于 0.1微米时,其表面原子百分数激剧增长,甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100米2,这时的表面效应将不容忽略。

    超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的,若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒(直径为 2*10-3微米)进行电视摄像,实时观察发现这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会自动形成各种形状(如立方八面体,十面体,二十面体多李晶等),它既不同于一般固体,又不同于液体,是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下,表面原子仿佛进入了“沸腾”状态,尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性,这时微颗粒具有稳定的结构状态。

    超微颗粒的表面具有很高的活性,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃,可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层,确保表面稳定化。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:00:43 | 显示全部楼层
2.小尺寸效应
    随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质。

(1) 特殊的光学性质
    当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时,即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上,所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小,颜色愈黑,银白色的铂(白金)变成铂黑,金属铬变成铬黑。由此可见,金属超微颗粒对光的反射率很低,通常可低于l%,大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料,可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。

(2) 特殊的热学性质
    固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如,金的常规熔点为1064C℃,当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时,则降低27℃,2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右;银的常规熔点为670℃,而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此,超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结,此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料,甚至可用塑料。采用超细银粉浆料,可使膜厚均匀,覆盖面积大,既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0.1~1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如,在钨颗粒中附加0.1%~0.5%重量比的超微镍颗粒后,可使烧结温度从3000℃降低到1200~1300℃,以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。

(3) 特殊的磁学性质
    人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘,生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明,在趋磁细菌体内通常含有直径约为 2′10-2微米的磁性氧化物颗粒。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同,大块的纯铁矫顽力约为 80安/米,而当颗粒尺寸减小到 2′10-2微米以下时,其矫顽力可增加1千倍,若进一步减小其尺寸,大约小于 6′10-3微米时,其矫顽力反而降低到零,呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性,已作成高贮存密度的磁记录磁粉,大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性,人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。

(4)特殊的力学性质
    陶瓷材料在通常情况下呈脆性,然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性,使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明,人的牙齿之所以具有很高的强度,是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~5倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质,其应用前景十分宽广。
    超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:01:37 | 显示全部楼层
3.宏观量子隧道效应
各种元素的原子具有特定的光谱线,如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释,由无数的原子构成固体时,单独原子的能级就并合成能带,由于电子数目很多,能带中能级的间距很小,因此可以看作是连续的,从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别,对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言,大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级;能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时,就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性,称之为量子尺寸效应。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此,对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应,原有宏观规律已不再成立。

    电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础,或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限,当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道效应而溢出器件,使器件无法正常工作,经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:14:09 | 显示全部楼层

纳米材料分类

纳米材料就是具有纳米尺度的粉末、纤维、膜或块体。科学实验证实,当常态物质被加工到极其微细的纳米尺度时,会出现特异的表面效应、体积效应和量子效应,其光学、热学、电学、磁学、力学乃至化学性质也就相应地发生十分显著的变化。因此纳米材料具备其它一般材料所没有的优越性能,可广泛应用于电子、医药、化工、军事、航空航天等众多领域,在整个新材料的研究应用方面占据着核心的位置。

  纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟,是生产其他三类产品的基础。
  纳米粉末: 又称为超微粉或超细粉,一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒,是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于:高密度磁记录材料;吸波隐身材料;磁流体材料;防辐射材料;单晶硅和精密光学器件抛光材料;微芯片导热基片与布线材料;微电子封装材料;光电子材料;先进的电池电极材料;太阳能电池材料;高效催化剂;高效助燃剂;敏感元件;高韧性陶瓷材料(摔不裂的陶瓷,用于陶瓷发动机等);人体修复材料;抗癌制剂等。
  纳米纤维: 指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于:微导线、微光纤(未来量子计算机与光子计算机的重要元件)材料;新型激光或发光二极管材料等。
  纳米膜: 纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起,中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于:气体催化(如汽车尾气处理)材料;过滤器材料;高密度磁记录材料;光敏材料;平面显示器材料;超导材料等。
  纳米块体: 是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为:超高强度材料;智能金属材料等。

  专家指出,对纳米材料的认识才刚刚开始,目前还知之甚少。从个别实验中所看到的种种奇异性能,说明这是一个非常诱人的领域,对纳米材料的开发,将会为人类提供前所未有的有用材料。
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:16:29 | 显示全部楼层

纳米材料的制备方法

纳米粒子的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。

物理方法

真空冷凝法
    用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。

物理粉碎法
    通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

机械球磨法
    采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

化学方法

气相沉积法

    利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。   

沉淀法
把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。

水热合成法
    高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。

溶胶凝胶法
    金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。

微乳液法

    两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:26:00 | 显示全部楼层

纳米技术从无到有

纳米技术的灵感,来自于已故物理学家理查德.范曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”
  1990年,IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排,纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。这证明范曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。目前,制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:27:08 | 显示全部楼层

炙手可热的纳米材料

材料是一切事物的物质基础。从科学技术发展的历史看,一种崭新技术的实现,往往需要崭新材料的支持。如果没有1970年制成的使光强度几乎不衰减的光导纤维,也不会有现代的光通信;如果不制成高纯度大直径的硅单晶,就不会有高度发展的集成电路,也不会有今天如此先进的计算机和电子设备。

  从结构上分,现有固体材料可分为晶态和非晶态两大类。玻璃等属于非晶态材料。而金属则是晶态材料,它们由许多晶粒组成,在晶粒内部,原子按严格规则成点阵排列,就像列成方阵的整齐队伍一样,而在晶粒间界面处的原子则排列无序。

  在各种材料中,金属材料是人类进入工业社会以后,用得最早也最多的材料。作为结构材料,金属材料主要包括铁合金、铝合金、钛合金,它们的品种层出不穷,性能也远非昔日可比。

  材料技术的发展趋势之一是尺度向越来越小的方向发展,以前组成材料的颗粒,其尺寸都在微米(百万分之一米)量级,而现在出现了向纳米(十亿分之一米)尺度发展的材料。由于颗粒极度细化,晶界所占体积百分数增加,使得材料的某些性能发生截然不同的变化,例如,以前给人极脆印象的陶瓷,纳米化后居然可以用来加工制造发动机零件;尽管各种块状金属有不同颜色,但当其细化到纳米级的颗粒时,所有金属都呈现出黑色;纳米材料的另一特点是熔点低,金的熔点通常是1000多摄氏度,而晶粒尺度为3纳米的金微粒,其熔点仅为普通金的一半。

  纳米材料是近几年来最受关注的新材料之一,其重要意义越来越为人所认识。已有人预言“本世纪五十年代重视微米技术的国家,现在都取得了很大的发展,同样,现在重视纳米科技的国家,将在二十一世纪获得高速发展。”IBM的首席科学家Amotrong也曾十分肯定的指出:“正像七十年代微电子技术引发了信息革命一样,纳米科学技术将成为下世纪信息时代的核心。”
 楼主| 发表于 2003-5-12 04:29:45 | 显示全部楼层

美国国家纳米启动计划

纳米技术的定义
    纳米技术本质是一种可以在分子水平上,一个原子、一个原子地来创造具有全新分子形态的结构的手段。结构在10-9到10-7m(1-100纳米)的物质和独立的大约1纳米(10-9m)或一大块物质的特性表现相比,它的表现完全不同。纳米技术被认为与物质和系统的结构和元素有关,因为这种结构和元素在纳米范围内,所以他们表现出新颖和有大幅提高的物理、化学和生物特性、现象和处理过程。纳米技术的目标是通过在原子、分子、超分子水平上控制结构来发现这些特性,以及学会有效地生产和运用这些工具。保持接触面的稳定和在微米、肉眼观察范围内合成这些纳米结构是另外一个目标。

  从已观察到大范围结构的表现来预测纳米结构的新表现是不必要的。最重要的表现变化不是由于数量尺寸的减少,而是通过新观察得到的在纳米范围内将要或者已经占主导地位的现象本质产生的,比如,尺寸的限制,接触面现象的优势和量子机械。一旦能够控制这些决定性的结构,我们就能提高材料的性质和设备的功能,其功能将远远超出我们现在所知道的或者认为可能的。减少结构的大小导致实体的产生,比如碳纳米管,量子线和点,超薄薄膜,DNA结构,和激光发射器,它们有独一无二的特性。假如我们能发现和完全利用这些根本的原理,这些新的形式的材料和设备将宣布新的科技时代的到来。

正在孕育的一场革命: 驱动力
    1959年,Richard Feynman 发表了他的著名报告- "There is Plenty of Room at the Bottom."他预示了让观众激动的新发现-我们能够制造在纳米范围内的材料和设备。他指出,如果他所假设的会发生的话,需要有一系列新的微型化的设备来测量这些微小纳米结构的特性。正如他所预料的,还没到80年代末,具备这些能力的仪器已经出现。这些仪器,包括扫描隧道显微镜,原子力显微镜和近场磁力显微镜,他们提供了测量和操纵纳米结构的"眼睛"和"手指"。在同样速度的发展中,发展迅速的电脑能力能够在纳米范围模仿材料的特性。

    这些工具和技术在科学界引起轰动。传统的特性理论和设备操作的模型和材料是包括基于临界范围普遍大于100纳米的假设。当物质结构的至少一维在这个临界面以下,与众不同的表现会出现,这些现象将不能被传统的模式和理论所解释。因而,各个不同学科的科学家热心研制和分析纳米结构,来发现在单个分子/原子中等范围内的新颖现象以及众多分子下的新颖现象的发展。纳米结构提供了材料制造的新方法,通过亚微米的装配(理想的是运用自我组织和安装的方法)来制造材料,是用由小到大的,而不是由大到小的微型化方法-把更小的结构从大的结构上分离下来。然而,我们只是刚开始理解其中的一些规律并运用来创造重新设计的纳米结构以及如何经济的制造纳米设备和系统。第二,即使当纳米制造的时候,那些纳米结构观察、加工设备的物理和化学特性也正在逐步被发现。现行的微米和更大设备是只有基于超过100纳米的模型上才能工作。在每一个物理、化学、生物特性和制造原理和发展控制他们的方法的进步,将产生我们设计,生产和装配纳米结构和设备成为一个工作系统的能力提高。

    这个在财政上强烈支持纳米技术研究和发展的提案是由于纳米技术不可估计的社会回报和社会利益的潜力所产生的,包括为信息产业的电子/光电子继续发展的提高;为制造业、国防、航空和环境应用提供更高表现,更低维护的材料;在医疗、医药和农业上加速的生物进步。John Armstrong--IBM的前首席科学家,在1991年写到"我相信纳米科学和技术将会是下一个信息时代中心,就像在70年的微米引起的革命一样"。最近,那些参加1999年1月17日到29日的纳米科学, 工程和技术联合工作小组专题研究会议的工业领导者已经预测到在下一个世纪纳米科学和技术将会改变人造物体的特性。这种表现在材料的巨大进步和改变生产范例将产生工业革命。

    政府支持纳米技术的基础建设是必要的,这使美国在全球市场上竞争和在战略技术中领先。在过去五年中,集中于纳米方面的研究项目几乎在所有的工业化国家开始了。现在,美国在合成、化学和生物方面领先;在纳米设备的研究、纳米器械的生产,超精机械、陶瓷和其他结构的材料上是落后的。日本在纳米器械和加固纳米结构上领先。欧洲在分散和涂层新型的仪器实力强大。日本、瑞典、瑞士和欧盟都创建重点的纳米技术特殊用途的研究中心。
发表于 2003-10-17 11:38:55 | 显示全部楼层
发表于 2003-10-18 13:35:44 | 显示全部楼层
发表于 2005-11-6 11:57:15 | 显示全部楼层
有时间,可以好好看看
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发表于 2006-8-22 17:10:10 | 显示全部楼层
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