北京化工大学：《化工原理》课程教学资源（专题讲稿）纳米材料讲座——纳米材料与器件技术

主要内容 一、纳米技术的概念、特性与应用 二、国际纳米技术发展态势 三、超重力法制备纳米材料技术 2

2 主要内容 一、纳米技术的概念、特性与应用 二、国际纳米技术发展态势 三、超重力法制备纳米材料技术

of Ch 一， 纳米技术的概念、 特性与应用

一. 纳米技术的概念、 特性与应用

什么是纳米？ ■1纳米=10m,大约等于十个氢原子并列一直 线的长度。 ■形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就 像一个乒乓球放在地球上一般，这就是纳米 长度的概念。 ■人类头发的直径大约有6万至8万纳米

什么是纳米？ 1纳米=10-9m，大约等于十个氢原子并列一直 线的长度。 形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就 像一个乒乓球放在地球上一般，这就是纳米 长度的概念。 人类头发的直径大约有6万至8万纳米

How small is 1 nanometer? 100 slices Human Hair 100m Take 1 slice Take 1 slice X1898888516 NUSPn Human Hair 1nm 1000 slices 1μm 一纳米有多小？

How small is 1 nanometer? 100 m 100 slices Take 1 slice 1000 slices 1µ m Take 1 slice 1nm Human Hair Human Hair 一纳米有多小？

从宏观世界到微观世界 C6o0.7nm衫 Foo中a(22cm to6007am 10m 10m (=1cm 10'm (=1mm) 10m 10m 10*m (=1um 10m(.100m 10'm 10'm (=1nm) 10m 单壁碳管 1.4nm Pet fea(lmm unde of single-walled bon na 14n 100nm 90nm 80nm 20nm 10nm inm 多90 20 nm Figure 2.1.Length scale showing the nanometre in context.The length scale at the top d2mwan anges from 1m to 10-10m,and illustrates the size of a football compared to a carbon 60 Each etter in the ogo (C molecule.also known as a buckyball,For comparison the world is approximately one is about 5nm from top hundred million times larger than a football,which is in turn one hundred million times larg- DNA er than a buckyball.The section from 10-7m (100nm)to 10-9m (1nm)is expanded below. oscience and nanotechnologies is from 100nm down to 2nm the atomic scale-approximately 0.2nm. Pt/TiO2催化剂

跳蚤 头发 红细胞 病毒 从宏观世界到微观世界 Pt/TiO2 催化剂 DNA 2 nm 单壁碳管 1.4 nm C60 0.7 nm

■纳米科学技术Nano ST): 20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛 起的新科技，是研究在千万分之一米(107) 到十亿分之一米(109米)内，原子、分子和 其它类型物质的运动和变化的科学，同时在 这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵 和加工的技术，又称为纳米技术

纳米科学技术 (Nano ST): 20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛 起的新科技，是研究在千万分之一米(10–7) 到十亿分之一米(10–9米)内，原子、分子和 其它类型物质的运动和变化的科学,同时在 这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵 和加工的技术，又称为纳米技术

发展纳米科技的重大意义 ■科学家：1959年，著名理论物理学家 、诺贝尔奖获得者费曼曾预言：“毫 无疑问，当我们得以对纳微尺度的事 物加以操纵的话，将大大的扩充我们 可能获得物性的范围” 还设想“如果有朝一日人们能把百 科全书储存在一个针尖大小的空间并 能移动原子，那么这将给科学带来什 么？”这正是对纳米科技的预言一小 尺寸大世界。获量子动力学1965诺贝 尔奖

发展纳米科技的重大意义 科学家：1959年，著名理论物理学家 、诺贝尔奖获得者费曼曾预言： “毫 无疑问，当我们得以对纳微尺度的事 物加以操纵的话，将大大的扩充我们 可能获得物性的范围” 还设想“如果有朝一日人们能把百 科全书储存在一个针尖大小的空间并 能移动原子，那么这将给科学带来什 么？”这正是对纳米科技的预言—小 尺寸大世界。获量子动力学1965诺贝 尔奖

■纳米技术发展的典型代表 -扫描隧道电子显微镜 l98l年，IBM公司的G.Binning和H.Rohrer根据电子的 隧道效应发明了扫描隧道电子显微镜(Scanning Tunneling Microscope,STM,获1986年诺贝尔物理奖。 ”目前，人们可以利用扫描隧道电子显微镜来观察原子、 分子和直接操纵安排原子。Z轴分辨率达到0.01nm。至 今，具有最高的分辨率

纳米技术发展的典型代表 -- 扫描隧道电子显微镜  1981年，IBM公司的G. Binning和H. Rohrer根据电子的 隧道效应发明了扫描隧道电子显微镜 (Scanning Tunneling Microscope, STM)，获1986年诺贝尔物理奖。  目前，人们可以利用扫描隧道电子显微镜来观察原子、 分子和直接操纵安排原子。Z轴分辨率达到0.01 nm。至 今，具有最高的分辨率

世界上第一台扫描隧道显微镜(STM) Binnig's and Rohrer's 1985 version of the scanning tunneling microscope The needle holder and specimen are mountea on a stack of vibration damping discs.The complete construction can be held in a hand. needle regu- lator G.Binning和H.Rohrer sample

世界上第一台扫描隧道显微镜(STM) G. Binning和H. Rohrer

·1990年，美国加州的IBM研究室D.M.Eigler等 人利用STM在4K和超真空环境中，在N的表面 上将35个氙原子排布成最小的BM商标。这张 放大了的照片登在《时代》周刊上，被称为当 年最了不起的公司广告。 每个字母高5nm。Xe原子间最短距离约为lnm。这种原子搬迁的 方法就是使显微镜探针针尖对准选中的X原子，使原子间作用力 达到让X原子跟随针尖移动到指定位置而不脱离N的表面。用这 种方法可以排列密集的Xe原子链

• 1990年，美国加州的IBM研究室D.M.Eigler等 人利用STM在4K和超真空环境中，在Ni的表面 上将35个氙原子排布成最小的IBM商标。这张 放大了的照片登在《时代》周刊上，被称为当 年最了不起的公司广告。 • 每个字母高5nm。Xe原子间最短距离约为1nm。这种原子搬迁的 方法就是使显微镜探针针尖对准选中的Xe原子，使原子间作用力 达到让Xe原子跟随针尖移动到指定位置而不脱离Ni的表面。用这 种方法可以排列密集的Xe原子链