《大学物理》课程教学资源（文献资料）纳米技术新进展

纳米材料研究的新进展及在21世纪的战略地位 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发 展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对 材料的尺寸要求越来越小：航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来 越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发 展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关健材料 之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有 者十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年 来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方英寸400G的 磁性纳米棒阵列的量子磁盘、成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器、价格低廉高 能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件、用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复 合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正 像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革 命“。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形 成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。 研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开群了人们认识自然的新层次，是知识 创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度(1~100nm)与物质中的许多特征长度，如电子的 德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和 纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探 索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现 象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架莫定基础，也 将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米 金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题：纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米 基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改 性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特 殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统 材料改性正孕有若新的突破

在充满生机的 21 世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发 展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对 材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来 越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来 10 年对社会发 展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料 之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有 着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年 来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方英寸 400G 的 磁性纳米棒阵列的量子磁盘、成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器、价格低廉高 能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件、用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复 合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正 像美国科学家估计的"这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革 命"。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形 成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。 研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识 创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100nm）与物质中的许多特征长度，如电子的 德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和 纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探 索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现 象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也 将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米 金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米 基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改 性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特 殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统 材料改性正孕育着新的突破