《机械制造基础》课程教学课件（PPT讲稿）纳米科技

主导21世纪的高科技一一纳米科技

主导21世纪的高科技 —— 纳米科技

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纳米有多小？纳米是长度单位（nm）1纳米=10-米（十亿分之一米）=10-微米（千分之一微米）纳米球乒乓球地球

纳米有多小？ 纳米是长度单位(nm) 1纳米 = 10-9米（十亿分之一米）= 10-3微米（千分之一微米） (d = 1纳米) 纳米球 地球 (d = 1.28  1016 纳米) 乒乓球 (d = 38毫米 = 3.8  107 纳米)

什么是纳米技术？通向月球的天梯

什么是纳米技术？ C60在铜表面排列成的 世界上最小的算盘 通向月球的天梯 分子马达 单电子晶体管

什么是纳米技术？纳米技术的精髓是从原子、分子的精确操控出发，构建具有全新排列形式的人造结构。换句话说，纳米科技追求的目标是：通过一个一个地控制、摆弄原子、分子，来制造新材料和新器件

——W. J. Clinton（2000年1月21日于加州理工学院） 纳米技术的精髓是从原子、分子的精确操控出发，构建 具有全新排列形式的人造结构。 换句话说，纳米科技追求的目标是：通过一个一个地控 制、摆弄原子、分子，来制造新材料和新器件。 什么是纳米技术？

直观上讲，人的头发直径一般为20-50微米，单个细菌用显微镜测出直径为5微米，而1纳米大体上相当于4个原子的直径传统的特性理论和设备操作的模型和材料是基于临界范围普遍大于100纳米的假设当材料的颗粒缩小到只有几纳米到几十纳米时，材料的性质发生了意想不到的变化由于组成纳米材料的超微粒尺度，其界面原子数量比例极大，一般占总原子数的40%-50%左右，使材料本身具有宏观量子隧道、表面和界面等效应，从而具有许多与传统材料不同的物理、化学性质，这些性质不能被传统的模式和理论所解释

直观上讲，人的头发直径一般为20- 50微米，单个细菌用显微镜测出直径为5微 米，而1纳米大体上相当于4个原子的直径。 传统的特性理论和设备操作的模型和材料 是基于临界范围普遍大于100纳米的假设， 当材料的颗粒缩小到只有几纳米到几十纳 米时，材料的性质发生了意想不到的变化。 由于组成纳米材料的超微粒尺度，其界面 原子数量比例极大，一般占总原子数的 40%-50%左右，使材料本身具有宏观量子 隧道、表面和界面等效应，从而具有许多 与传统材料不同的物理、化学性质，这些 性质不能被传统的模式和理论所解释

纳米技术就是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用它的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，使人类能在原子和分子水平上操纵物质；它的自标是通过在原子、分子水平上控制结构来发现这些特性学会有效的生产和运用相应的工具，合成这些纳米结构，最终直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品

⚫ 纳米技术就是研究结构尺寸在0.1至100纳 米范围内材料的性质和应用。 ◼ 它的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，使人类能在原子和分子水平上操纵物质； ◼ 它的目标是通过在原子、分子水平上控制结构来 发现这些特性， ◼ 学会有效的生产和运用相应的工具，合成这些纳 米结构，最终直接以原子和分子来构造具有特定 功能的产品

纳米技术的发展历史1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理香德·费曼预言：如果人们可以在更小尺度上制备并控制材料的性质，将会打开一个斩新的世界。这一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。70年代美国康奈尔大学格兰维斯特和布赫曼利用气相凝集的手段制备纳米颗粒，开始了人工合成纳米材料。1982年，研究纳米的重要工具-扫描隧道显微镜被发明。1989年德国教授格雷特利用惰性气体凝集的方法制备出纳米颗粒，从理论及性能上全面研究了相关材料的试样，提出了纳米晶体材料的概念，成为纳米材料的创始人

纳米技术的发展历史 ◼ 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查 德·费曼预言：如果人们可以在更小尺度上制备并 控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。这 一预言被科学界视为纳米材料萌芽的标志。 ◼ 1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词 描述精密机械加工。70年代美国康奈尔大学格兰 维斯特和布赫曼利用气相凝集的手段制备纳米颗 粒，开始了人工合成纳米材料。 ◼ 1982年，研究纳米的重要工具-扫描隧道显微镜 被发明。 ◼ 1989年德国教授格雷特利用惰性气体凝集的方法 制备出纳米颗粒，从理论及性能上全面研究了相 关材料的试样，提出了纳米晶体材料的概念，成 为纳米材料的创始人

1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举行。1991年，碳纳米管被发现，它的质量只有同体积钢的六分之一，强度却是钢的十倍。1992年开始，两年一届的世界纳米材料会议分别在墨西哥、德国、美国夏威夷、瑞典举行。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中科院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字。1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现有计算机提高成干上万倍的量子计算机。1999年，巴西和美国科学家发明了世界上最小的“秤可称量十亿分之一克的物体，相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤

◼ 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的 摩举行。 ◼ 1991年，碳纳米管被发现，它的质量只有同体积钢的六 分之一，强度却是钢的十倍。 ◼ 1992年开始，两年一届的世界纳米材料会议分别在墨西 哥、德国、美国夏威夷、瑞典举行。 ◼ 1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下 斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在 镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中科院北京真空 物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字。 ◼ 1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子， 利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现 有计算机提高成千上万倍的量子计算机。 ◼ 1999年，巴西和美国科学家发明了世界上最小的“秤” ， 可称量十亿分之一克的物体，相当于一个病毒的重量；此 后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”

到1999年，全球纳米产品的年营业额达到500亿美元。由于纳米技术不可估量的经济效益和社会效益包括为信息产业的电子、光电子的继续发展和提高；为制造业、国防、航空和环境应用提供更物美价廉的材料；为医疗、医药和农业上加速生物进步将起的作用，人类可以预计到21世纪，纳米科学和技术将会改变人造物体的特性，产生工业革命。IBM的前首席科学家约翰·阿姆斯特朗在1991年写道"我相信纳米科学和技术将会是下一个信息时代中心，就像在七十年代的微米引起的革命一样

◼ 到1999年，全球纳米产品的年营业额达到500亿 美元。 ◼ 由于纳米技术不可估量的经济效益和社会效益， 包括为信息产业的电子、光电子的继续发展和提 高；为制造业、国防、航空和环境应用提供更物 美价廉的材料；为医疗、医药和农业上加速生物 进步将起的作用，人类可以预计到21世纪，纳米 科学和技术将会改变人造物体的特性，产生工业 革命。IBM的前首席科学家约翰·阿姆斯特朗在 1991年写道"我相信纳米科学和技术将会是下一 个信息时代中心，就像在七十年代的微米引起的 革命一样"