第14章 納米材料.ppt

第14章納米材料 主要內(nèi)容 14 1引言14 2納米材料的發(fā)展與研究史14 3與 納米 有關(guān)的基本概念14 4納米材料的特異效應(yīng)14 5納米材料制備方法14 6納米材料的應(yīng)用14 7納米科技的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)14 8納米科技崛起的原因與發(fā)展前景 納米印象 14 1 引言納米材料 三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍 1 100nm 或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料 按維度數(shù) 零維 納米微粒 原子簇團(tuán) 一維 納米絲 納米棒 納米管 二維 超薄膜 多層膜 三維 納米花簇和原子團(tuán)簇 14 2 納米材料的發(fā)展和研究史 1959年 著名物理學(xué)家 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德 費(fèi)曼在 在底部還有很大空間 的一次講演中指出 從物理學(xué)的規(guī)律來(lái)看 不能排除從單個(gè)分子甚至原子出發(fā)而組裝制造物品的可能性 費(fèi)曼憧憬說(shuō) 如果有一天可以按人的意志安排一個(gè)個(gè)原子 將會(huì)產(chǎn)生怎樣的奇跡 他預(yù)言 人類可以用小的機(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 七十年代 科學(xué)家開(kāi)始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想 原子排成的 原子 字樣 Whatwouldhappenifwecouldarrangetheatomsone by onethewaywewantthem 納米技術(shù)的迅速發(fā)展是在20世紀(jì)80年代末 90年代初 1982年 科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具 掃描隧道顯微鏡 使人類首次在大氣和常溫下看見(jiàn)原子 為我們揭示一個(gè)可見(jiàn)的原子 分子世界 對(duì)納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進(jìn)作用 1990年7月 第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議在美國(guó)巴爾的摩舉辦 標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生 1990年美國(guó)IBM的一群科學(xué)家 首度將一顆顆氙原子在鎳表面上拖曳 逐顆將35顆原子排成 IBM 三個(gè)英文字母 將鐵 Fe 原子于銅 Cu 表面排列成 原子 二字 漢字的大小只有幾個(gè)納米 14 3 基本概念 納米物質(zhì) 納米材料的蓮花效應(yīng) 照理說(shuō)荷葉的基本化學(xué)成分是多醣類的碳水化合物 有許多的羥基 OH NH 等極性原子團(tuán) 在自然環(huán)境中很容易吸附水分或污垢 但灑在荷葉葉面上的水卻會(huì)自動(dòng)聚集成水珠 且水珠的滾動(dòng)把落在葉面上的塵埃污泥粘吸滾出葉面 使葉面始終保持干凈 經(jīng)過(guò)科學(xué)家的觀察研究 在1990年代初終于揭開(kāi)了荷葉葉面的奧妙 原來(lái)在荷葉葉面上存在著非常復(fù)雜的多重納米和微米級(jí)的超微結(jié)構(gòu) 經(jīng)過(guò)電子顯微鏡的分析 荷葉的葉面是由一層極細(xì)致的表面所組成 并非想象中的光滑 而此細(xì)致的表面的結(jié)構(gòu)與粗糙度為微米至納米尺寸的大小 葉面上布滿細(xì)微的凸?fàn)钗?這使得在尺寸上遠(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 由液滴在滾動(dòng)中吸附灰塵 并滾出葉面 這樣的能力勝過(guò)人類的任何清潔科技 這就是荷葉納米表面 自我潔凈 的奧妙所在 球形顆粒的表面積 A 與直徑D2的平方成正比 體積 V 與D3成正比 故其比表面積 A V 與直徑成反比 D A V 說(shuō)明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會(huì)顯著地增加 對(duì)直徑大于0 1微米的顆粒表面效應(yīng)可忽略不計(jì) 當(dāng)尺寸小于0 1微米時(shí) 其表面原子百分?jǐn)?shù)激劇增長(zhǎng) 甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100米2 這時(shí)超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的 1 表面效應(yīng) 14 4納米材料的特異效應(yīng) 若用高倍率電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒 直徑為2 10 3微米 進(jìn)行電視攝像 實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒(méi)有固定的形態(tài) 隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀 它既不同于一般固體 又不同于液體 是一種準(zhǔn)固體 在電子顯微鏡的電子束照射下 表面原子仿佛進(jìn)入了 沸騰 狀態(tài) 尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性 金屬納米粒子在空氣中燃燒 無(wú)機(jī)納米粒子吸附氣體 與氣體反應(yīng) 由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng) 如下一系列新奇的性質(zhì) 2 小尺寸效應(yīng) 1 特殊的光學(xué)性質(zhì)當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長(zhǎng)的尺寸時(shí) 即失去了原有的富貴光澤而呈黑色 事實(shí)上 所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色 尺寸越小 顏色愈黑 例如 防曬油 化妝品中普遍加入納米微粒 我們知道 大氣中的紫外線主要是在300 400nm波段 太陽(yáng)光對(duì)人體有傷害的紫外線也是在此波段 防曬油和化妝品中就是要選擇對(duì)這個(gè)波段有強(qiáng)吸收的納米微粒 最近研究表明 納米TiO2 納米ZnO 納米SiO2 納米Al2O3 納米云母 趨式化鐵都有在這個(gè)波段吸收紫外光的特征 這里還需要強(qiáng)調(diào)一下 納米添加時(shí)顆粒的粒徑不能太小 否則會(huì)將汗毛孔堵死 不利于身體健康 塑料制品容易老化變脆 如果在塑料表面涂上一層含有納米微粒的透明涂層 這種涂層對(duì)300 400nm范圍有較強(qiáng)的紫外吸收性能 這樣就可以防止塑料老化 2 特殊的熱學(xué)性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí) 其熔點(diǎn)是固定的 超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低 當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著 例如 金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064 當(dāng)顆粒尺寸減小到10納米尺寸時(shí) 則降低27 減小到2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)為327 左右 銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670 而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100 3 特殊的磁學(xué)性質(zhì)小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同 大塊的純鐵矯頑力約為80安 米 而當(dāng)顆粒尺寸減小到20納米以下時(shí) 其矯頑力可增加1千倍 若進(jìn)一步減小其尺寸 大約小于6納米時(shí) 其矯頑力反而降低到零 呈現(xiàn)出超順磁性 利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性 已作成高貯存密度的磁記錄磁粉 大量應(yīng)用于磁帶 磁盤 磁卡以及磁性鑰匙等 利用超順磁性 人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體 人們發(fā)現(xiàn)鴿子 海豚 蝴蝶 蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒 使這類生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向 具有回歸的本領(lǐng) 磁性超微顆粒實(shí)質(zhì)上是一個(gè)生物磁羅盤 生活在水中的趨磁細(xì)菌依靠它游向營(yíng)養(yǎng)豐富的水底 4 特殊的力學(xué)性質(zhì)陶瓷材料在通常情況下呈脆性 然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性 因?yàn)榧{米材料具有大的界面 界面的原子排列是相當(dāng)混亂的 原子在外力變形的條件下很容易遷移 因此表現(xiàn)出很好的韌性與一定的延展性 美國(guó)學(xué)者報(bào)道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂 研究表明 人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度 是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的 呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3 5倍 CaF2陶瓷材料 3 量子尺寸效應(yīng) 量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有穿越勢(shì)壘的能力 宏觀量子隧道效應(yīng) 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亦顯示出隧道效應(yīng) 稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng) 當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng) 例如 在制造半導(dǎo)體集成電路時(shí) 當(dāng)電路的尺寸接近電子波長(zhǎng)時(shí) 電子就通過(guò)隧道效應(yīng)而溢出器件 使器件無(wú)法正常工作 經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0 25微米 4 宏觀量子隧道效應(yīng) 5 介電限域效應(yīng) 在半導(dǎo)體納米材料表面修飾一層某種介電常數(shù)較小的介質(zhì)時(shí) 相比于裸露納米材料的光學(xué)性質(zhì)有較大的變化 這就是介電限域效應(yīng) 此時(shí) 帶電粒子間的庫(kù)侖作用力增強(qiáng) 結(jié)果增強(qiáng)了電子 空穴對(duì)之間的結(jié)合能和振子強(qiáng)度 減弱了產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)的主要因素 電子 空穴對(duì)之間的空間限域能 即此時(shí)表面效應(yīng)引起的能量變化大于空間效應(yīng)所引起的能量變化 從而使能帶間隙減小 反映在光學(xué)性質(zhì)上就是吸收光譜出現(xiàn)明顯的紅移現(xiàn)象 納米材料與介質(zhì)的介電常數(shù)相差越大 介電限域效應(yīng)就越明顯 吸收光譜紅移也就越大 近年來(lái) 在納米Al2O3 Fe2O3 SnO2中均觀察到了紅外振動(dòng)吸收現(xiàn)象 一 物理方法 1真空冷凝法用真空蒸發(fā) 加熱 高頻感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等粒子體 然后驟冷 其特點(diǎn)純度高 結(jié)晶組織好 粒度可控 但技術(shù)設(shè)備要求高 2物理粉碎法通過(guò)機(jī)械粉碎 電火花爆炸等方法得到納米粒子 其特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單 成本低 但產(chǎn)品純度低 顆粒分布不均勻 3機(jī)械球磨法采用球磨方法 控制適當(dāng)?shù)臈l件得到純?cè)?合金或復(fù)合材料的納米粒子 其特點(diǎn)操作簡(jiǎn)單 成本低 但產(chǎn)品純度低 顆粒分布不均勻 14 5納米材料的制備方法 二 化學(xué)方法 1 化學(xué)沉淀法共沉淀法均勻沉淀法多元醇沉淀法沉淀轉(zhuǎn)化法2 化學(xué)還原法水溶液還原法多元醇還原法氣相還原法碳熱還原法3 溶膠 凝膠法溶膠 凝膠法廣泛應(yīng)用于金屬氧化物納米粒子的制備 前驅(qū)物用金屬醇鹽或非醇鹽均可 方法實(shí)質(zhì)是前驅(qū)物在一定條件下水解成溶膠 再制成凝膠 經(jīng)干燥納米材料熱處理后制得所需納米粒子 溶膠 凝膠法可以大大降低合成溫度 用無(wú)機(jī)鹽作原料 價(jià)格相對(duì)便宜 4 水熱法水熱法是在高壓釜里的高溫 高壓反應(yīng)環(huán)境中 采用水作為反應(yīng)介質(zhì) 使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解 反應(yīng)還可進(jìn)行重結(jié)晶 水熱技術(shù)具有兩個(gè)特點(diǎn) 一是其相對(duì)低的溫度 二是在封閉容器中進(jìn)行 避免了組分揮發(fā) 與一般濕化學(xué)法相比較 水熱法可直接得到分散且結(jié)晶良好的粉體 不需作高溫灼燒處理 避免了可能形成的粉體硬團(tuán)聚 5 溶劑熱合成法用有機(jī)溶劑代替水作介質(zhì) 采用類似水熱合成的原理制備納米微粉 非水溶劑代替水 不僅擴(kuò)大了水熱技術(shù)的應(yīng)用范圍 而且能夠?qū)崿F(xiàn)通常條件下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的反應(yīng) 包括制備具有亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的材料 苯由于其穩(wěn)定的共軛結(jié)構(gòu) 是溶劑熱合成的優(yōu)良溶劑 最近成功地發(fā)展成苯熱合成技術(shù) 溶劑加壓熱合成技術(shù)可以在相對(duì)低的溫度和壓力下制備出通常在極端條件下才能制得的 在超高壓下才能存在的亞穩(wěn)相 6 微乳液法微乳液通常是由表面活性劑 助表面活性劑 通常為醇類 油類 通常為碳?xì)浠衔?組成的透明的 各向同性的熱力學(xué)穩(wěn)定體系 微乳液中 微小的 水池 為表面活性劑和助表面活性劑所構(gòu)成的單分子層包圍成的微乳顆粒 其大小在幾至幾十個(gè)納米間 這些微小的 水池 彼此分離 就是 微反應(yīng)器 它擁有很大的界面 有利于化學(xué)反應(yīng) 這顯然是制備納米材料的又一有效技術(shù) 與其它化學(xué)法相比 微乳法制備的粒子不易聚結(jié) 大小可控 分散性好 運(yùn)用微乳法制備的納米微粒主要有以下幾類 1 金屬 如Pt Pd Rh Ir 84 Au Ag Cu等 2 硫化物CdS PbS CuS等 3 Ni Co Fe等與B的化合物 4 氯化物AgCl AuCl3等 5 堿土金屬碳酸鹽 如CaCO3 BaCO3 SrCO3 6 氧化物Eu2O3 Fe2O3 Bi2O3及氫氧化物Al OH3 等 7 模板合成法利用基質(zhì)材料結(jié)構(gòu)中的空隙作為模板進(jìn)行合成 結(jié)構(gòu)基質(zhì)為多孔玻璃 分子篩 大孔離子交換樹(shù)脂等 8 電解法此法包括水溶液電解和熔鹽電解兩種 用此法可制得很多用通常方法不能制備或難以制備的金屬超微粉 尤其是負(fù)電性很大的金屬粉末 還可制備氧化物超微粉 采用加有機(jī)溶劑于電解液中的滾筒陰極電解法 制備出金屬超微粉 滾筒置于兩液相交界處 跨于兩液相之中 當(dāng)滾筒在水溶液中時(shí) 金屬在其上面析出 而轉(zhuǎn)動(dòng)到有機(jī)液中時(shí) 金屬析出停止 而且已析出之金屬被有機(jī)溶液涂覆 當(dāng)再轉(zhuǎn)動(dòng)到水溶液中時(shí) 又有金屬析出 但此次析出之金屬與上次析出之金屬間因有機(jī)膜阻隔而不能聯(lián)結(jié)在一起 僅以超微粉體形式析出 用這種方法得到的粉末純度高 粒徑細(xì) 而且成本低 適于擴(kuò)大和工業(yè)生產(chǎn) 1 陶瓷增韌陶瓷材料在通常情況下呈脆性 由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性 因?yàn)榧{米材料具有較大的界面 界面的原子排列是相當(dāng)混亂的 原子在外力變形的條件下很容易遷移 因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性 納米陶瓷 14 6 納米材料的應(yīng)用 一九九一年 日本電氣公司 NEC 首席研究員的飯島澄男利用碳電弧放電法合成碳六十分子時(shí) 偶然于陰極處發(fā)現(xiàn)針狀物 經(jīng)過(guò)高分辨率穿透式電子顯微鏡分析其結(jié)構(gòu) 發(fā)現(xiàn)這些針狀物為碳原子所構(gòu)成的中空管狀體 直徑約為數(shù)納米至數(shù)十納米 長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)微米的中空管狀物 其比重只有鋼的六分之一 而強(qiáng)度卻是鋼的100倍 納米碳管 2 納米碳管及碳簇 正二十面體共二十個(gè)面 每個(gè)面都是正三角形 每個(gè)面角都是五面角 共十二個(gè)頂點(diǎn) 將每個(gè)頂角都截掉 截口處產(chǎn)生十二個(gè)正五邊形 原來(lái)的每個(gè)正三角形都變成了正六邊形 20個(gè)正六邊形 12個(gè)正五邊形 截角正二十面體 碳簇以C60 足球烯 富勒烯 為最常見(jiàn) 從正二十面體出發(fā) 去理解C60的幾何形狀 C60 納米碳管電機(jī) 科學(xué)家就納米碳管的尖端施以小電壓后 較電子槍所需的電壓小多了 就可輕易地釋放電子 現(xiàn)在韓國(guó)三星公司已可將納米碳管做成超微場(chǎng)發(fā)射屏幕 field emissiondisplay 若技術(shù)成熟把成本降低后 將取代傳統(tǒng)式體積龐大的陰極射線管 CRT 屏幕 未來(lái)可期的事是 厚度如同紙張的納米碳管顯示器將比傳統(tǒng)陰極電視或液晶屏幕薄上千萬(wàn)倍 除省電外 納米碳管顯示器具可卷曲的特性將更方便攜帶 并且降低了搬運(yùn)的困難 根據(jù)科學(xué)家的研究 納米碳管此類的碳結(jié)構(gòu)可提供有效且清潔的儲(chǔ)氫能力 較某些已知的固體材料在室溫下可儲(chǔ)存更多的氫 每個(gè)碳管就像是微小的海綿 可作為汽車中燃料電池的氫容器 納米電池 儲(chǔ)氫的納米碳管 3 材料世界中的大力士 納米金屬塊體金屬納米顆粒粉體制成塊狀金屬材料 它會(huì)變得十分結(jié)實(shí) 強(qiáng)度比一般金屬高十幾倍 同時(shí)又可以像橡膠一樣富于彈性 圖4 納米金屬銅的超延展性 納米齒輪 該齒輪直徑僅有0 2mm 且具有良好的抗磨損 抗熱 滑動(dòng)特性 這無(wú)非為實(shí)現(xiàn)分子機(jī)器的實(shí)現(xiàn)又邁進(jìn)了一大步 4 電子學(xué)納米器件 納米齒輪 如果有一種超微型鑷子 能夠鉗起分子或原子并對(duì)它們隨意組合 制造納米機(jī)械就容易多了 科學(xué)家用DNA 脫氧核糖核酸 制造出了一種納米級(jí)的鑷子 利用DNA基本元件堿基的配對(duì)機(jī)制 可以用DNA為 燃料 控制這種鑷子反復(fù)開(kāi)合 5 隱身材料 由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng) 因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過(guò)率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多 這就大大減少波的反射率 使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱 從而達(dá)到隱身的作用 另一方面 納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3 4個(gè)數(shù)量級(jí) 對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多 這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低 因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo) 起到了隱身作用 某些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 美國(guó)F117隱形轟炸機(jī)機(jī) 美國(guó)B2隱形轟炸機(jī) 6 自潔作用納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性 因此其表面具有自清潔效應(yīng) 即其表面具有防污 防霧 易洗 易干等特點(diǎn) 我國(guó)新近研制成功一種具備自動(dòng)清潔功能 可以自動(dòng)消除異味 殺菌消毒的 納米自潔凈玻璃 自清潔 的納米材料 納米自潔凈玻璃 是應(yīng)用高科技納米技術(shù)在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜 薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物 氧化室內(nèi)有害氣體 殺滅空氣中的各種細(xì)菌和病毒 近來(lái)發(fā)現(xiàn)C60的結(jié)構(gòu)能夠迅速地與愛(ài)滋病毒結(jié)合 而將愛(ài)滋病毒的毒性減低 故可發(fā)展C60的衍生藥物來(lái)阻止病毒的擴(kuò)散 亦有報(bào)導(dǎo)指出 C60球內(nèi)可填充金屬元素 未來(lái)可利用其中空構(gòu)造來(lái)攜帶藥物 當(dāng)這些納米藥物導(dǎo)彈進(jìn)入人體到達(dá)患病處時(shí) 釋放其內(nèi)部的藥物以破壞病毒體內(nèi)的基因蛋白機(jī)制 達(dá)到準(zhǔn)確殲滅目標(biāo)的作用 朗訊公司和牛津大學(xué) 納米秤1999年 巴西和美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了碳納米管 秤 稱量一個(gè)病毒的重量 碳納米管上極小的微粒可以引起碳納米管在電流中的擺動(dòng)頻率發(fā)生變化 隨后德國(guó)科學(xué)家稱量單個(gè)原子重量的 納米秤 8 納米機(jī)器人采用納米大分子 生物部件 與小分子無(wú)機(jī)物晶體結(jié)構(gòu)組合 采用納米電子學(xué)控制裝配成納米機(jī)器人 將會(huì)給人類醫(yī)學(xué)科技帶來(lái)深刻的革命 使現(xiàn)在許多的疑難病癥得到解決 在血管中運(yùn)動(dòng)的納米機(jī)器人 它正在使用納米切割機(jī)和真空吸塵器來(lái)清除血管中的沉積物 掃描隧道顯微鏡 STM針尖 原子操縱術(shù) 掃描隧道顯微鏡的主要構(gòu)造部分有一根金屬鎢 W 的探針針頭 僅有幾個(gè)原子寬 探針與被觀測(cè)樣品并不接觸 而是在其上方來(lái)回掃描 當(dāng)距離很近 約10埃 針尖跟表面的偏壓雖不大 但所產(chǎn)生的電場(chǎng) 偏壓 距離 可不容忽視 即由針頭和樣品之間電場(chǎng)的吸引從而把樣品中的原子拉離表面 并通過(guò)針頭沿著表面移動(dòng)到別處 如果對(duì)這種現(xiàn)象善加利用 就能對(duì)單個(gè)原子進(jìn)行操作 從而將它們逐個(gè)按特定結(jié)構(gòu) 組裝 成納米機(jī)械 未來(lái)原子操縱術(shù)最主要的應(yīng)用可作為內(nèi)存的制造與讀取 利用搬移原子的能力 每個(gè)有原子的位置相當(dāng)于一個(gè)位 bit 的1 沒(méi)有原子的位置相當(dāng)于0 內(nèi)存的儲(chǔ)存單元成為原子級(jí) 這樣的內(nèi)存密度可是前所未有的 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)今半導(dǎo)體及磁盤的記憶密度 但是目前搬移原子的技術(shù)需在超高真空且極低溫的環(huán)境下進(jìn)行 降低原子的熱運(yùn)動(dòng)以利控制 如此成本過(guò)高且速度太慢 所以以STM來(lái)做內(nèi)存的讀取仍未被工業(yè)界采用 10 納米石墨烯 石墨烯 2004年被發(fā)現(xiàn) 是近幾年飛速發(fā)展起來(lái)的一種碳納米材料 是迄今為止世界上強(qiáng)度最大的材料 也是世界上導(dǎo)電性最好的材料 它具有超薄 強(qiáng)韌 穩(wěn)定 導(dǎo)電性好等諸多現(xiàn)有材料無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn) 可被廣泛應(yīng)用于軍事 計(jì)算機(jī) 微電子等各領(lǐng)域 比如超輕防彈衣 超薄超輕型飛機(jī)材料等 也被業(yè)內(nèi)人士喻為半導(dǎo)體的終極技術(shù) 14 7 納米技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì) 納米技術(shù)在美國(guó)2010年 80萬(wàn)納米科技人才 GDP1萬(wàn)億美元 200萬(wàn)個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)能源部的8項(xiàng)優(yōu)先研究中 6項(xiàng)有關(guān)納米材料本世紀(jì)前10年幾個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域之一制定了 國(guó)家納米技術(shù)倡議 NNI 軍工 隱形飛機(jī)表面涂料 艦船表面納米涂料美國(guó)總統(tǒng)布什2003 12 3日簽署了 21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案 批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財(cái)政年度開(kāi)始的4年中共投入約37億美元 用于促進(jìn)納米技術(shù)的研究開(kāi)發(fā) 納米技術(shù)在日本1962年 久保 Kubo 久