纳米技术（共12篇）
纳米技术 篇1
一、纳米技术的内涵
纳米技术是一门在0.1—100nm空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工、制造具有特定性能的产品，或对物质进行研究、掌握其原子和分子的规律和特征的高新技术学科，被认为是“今后十年最可能使人类发生巨大变化的十项技术”之一。
纳米技术包含下列四个主要方面：（1）纳米材料。当物质到纳米尺度以后，即0.1—100nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，又不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。（2）纳米动力学。主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺，特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百μm，而宽度误差很小。（3）纳米生物学和纳米药物学。如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，dna的精细结构，等等。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，用于定向杀癌细胞。（4）纳米电子学。包括基于量子效应的纳米电子器件，纳米结构的光/电性质，纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装，等等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更快，是指响应速度要快。更冷，是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度，纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。
二、研发纳米技术的重要意义
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（0.1—100nrn）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，因而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，又不同于宏观物体，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及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。
纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为21世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在社会上的应用前景非常广阔，纳米技术不仅会推动新产品的开发，而且将为改善人们的生活环境，提高生活质量作出不可估量的贡献。纳米技术将成为21世纪新型技术的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的时代。
三、对纳米技术未来发展的展望
纳米技术将从根本上改变未来制造的两种基本类型方式———连续制造和离散制造。连续制造是指批量物质或材料的生产，例如化学品或金属卷材。离散制造是指单个配件的生产，例如螺栓或元件（集成电路）或组装系统（计算机）。对于纳米尺度制造来说，原子、分子与团簇都是生产“原料”。因此，纳米尺度制造的生产工艺和设备与目前应用于大于100nm的微制造工艺与设备将会有很大不同。纳米制造未来的研究方向包括以下几个。
1. 材料开发
了解和模拟纳米尺度物质合成、操控及监测的现象和工艺，这是开发新型纳米制造技术所需的；开发表征、监测、筛选、分离和控制纳米结构大小/形状/多分散性和表面或体积特征的方法。
2. 制造纳米系统的材料操控与控制
分子、大分子、纳米颗粒及纳米尺度组件的定位、定向、分散、集群和导向自我组装，非共价键和信息内容是不可或缺的；纳米材料的包装和输运，如通过超声和纳米流化床；纳米自组装结构融入功能器件和系统。
3. 与微观和宏观系统相结合
把自下而上和自上而下的制备技术融入低本高效的优化生产制造中；制造技术的尺度放大、并行和集成能力，如平行探针或束阵列等方法。
4. 制造工具
改造和控制表面组成/结构，以确保随后组装的稳定性和功能性；开发可支撑的、用户与环境友好、廉价而高产的制图技术；开发和运用纳米结构复制方法；纳米制造结构和性能的低本高效清除/修复/接缝技术，等等。
5. 测量和标准工具
纳米颗粒与结构的化学和结构表征技术（除几何形状特征外）；开发三维加工和非破坏性表面下探测技术；把在线传感与监测技术同制造方法融合在一起；远程制作和远程表征设备和仪器，等等。
参考文献
[1]张立德.纳米材料[M].北京:化工出版社, 2002.
[2]唐孝威, 胡钧.测量和控制生物大分子[J].世界科技研究与发展, 2000.
纳米技术 篇2
班级：市场营销1003
学号：9110100403
姓名：刘清草
神奇的纳米世界的选修课堂，让我深入的了解到了纳米世界的神奇，让我知道这门新科技对于人类社会的进步将起到决定性的作用。纳米技术也不断的改革人类生活的各个方面，对人类社会的改革将是巨大而深远的。
何为纳米技术？纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，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，是在纳米尺度上研究物质的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。纳米是1米的十亿分之一。自从扫描隧道显微镜发明以后，世界上便诞生了以0．1纳米～100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学，这就是纳米科技。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。
纳米科技是一门崭新的，具有划时代意义的前沿性学科。著名科学家钱学森指出:“纳米科技是21世纪科技发展的重点，会是一次技术革命，而且还会是一次产业革命”。随着世界发达国家对纳米研究的深入，我国对纳米材料和技术也非常重视，为推动我国纳米技术成果产业化．国家通过财政投资并带动社会投资．希望通过5—10年的努力．造就一批具有市场竞争力的纳米高科技骨干企业。已先后安排了许多纳米科技的研究项目，并取得显著成绩，纳米技术在许多方面已达到国际领先水平。
纳米技术的起源
1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
1990年在美国召开了第一届纳米技术国际学术会议，成为纳米科技发展进步的一个重要标志。
从20世纪90年代起，纳米科技得到迅速发展，新名词、新概念，不断涌现，像纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学等。科学家预言，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将超过计算机工业，并成为未来信息时代的核。正如中国著名科学家钱学森所说的那样，纳米将会带来一次技术革命，从而将引起21世纪的又一次产业革命。
科学家为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子器件，巨型计算机装入口袋里；通过纳米化，易碎的陶瓷可变成有韧性的，成为一种重要材料；世界上还将出现1微米以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，如对基因进行定点等。
以微电子技术为代表的微米科技，曾经并且正在对世界产生深远的影响。比微米更深入微观世界的纳米将使人类进一步掌握物质的规律，改造微观世界的武器。
纳米技术包含下列四个主要方面：
1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。
这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。
如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
为什么磁畴变成单磁畴，磁性要比原来提高1000倍呢？这是因为，磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。
这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。
⒉纳米动力学，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。
理论上讲：可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。
⒊纳米生物学和纳米药物学，如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。
纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。
⒋纳米电子学，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。
目前!纳米技术已经广泛应用于光学、医学、半导体、信息通讯、一年的营业额可达500亿美元。有预测说，到2010年，纳米技术的市场容量将达到14400亿美元。于细微处见神奇，见微知著的纳米科技将彻底改变目前的产业结构，并且孕育着巨大的商机。
纳米技术与航天 篇3
科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景非常广阔，已经涵盖了材料学、测量学、机械学、电子学、光学、化学、生物学等众多领域.信息技术与纳米技术的关系已密不可分.纳米技术在航空航天领域的应用前景更为广阔，下面举几个例子说明它在航天领域中的应用.
轻小的航天器
采用纳米技术可以使科学家和工程师设计并生产出用于飞机、火箭、空间站等需要的轻质、高强度、热稳定的材
料，制造出成本只有6万美元、大小如一辆小汽车的航天器，其发射费用可以从目前的每磅1万美元降低到200美元.
纳米器件不仅可以增加航天器的有效载荷，更重要的是可使耗能指标指数大幅度降低.这方面的研究内容还包括：设计和制造重量更轻、强度更高、热稳定性更好的纳米结构材料；为微型航天器研制用纳米集成的测试、控制和电子设备；研制低能耗、抗辐射、高性能的计算机.
布满太空的纳米卫星网
未来的太空，袖珍式的纳米卫星将布满天空.这些卫星的各个部件都是用纳米材料制造的，并用纳米技术将它们装配在一起，总质量仅为0.1~10千克，具备了现在卫星的所有功能.因为体积小、重量轻，一枚小小的火箭就可以发射数百颗甚至上千颗纳米卫星，形成覆盖整个地球的卫星网，对地球上任何点进行不间断的监测、侦察和信息转发，即使少数纳米卫星失灵，也不会使整个系统瘫痪，仅降低一些功能而已，这是现在的卫星达不到的.生产这种卫星不需要大型厂房和设备，科研单位、大学的实验室里就可以将它们造出来.
由于它的生产成本低、周期短（约2年），又具有极强的灵活性、生存能力和军事用途，因此受到各国军事家的青睐.美国、俄罗斯等航天大国和许多中小国家均投入大量人力物力加紧研究.例如，2005年俄罗斯发射了一颗远距离探测地球的纳米卫星，它的体积比家用奶粉桶略大一些，仅重5千克.在这颗卫星上，装有数码相机，其拍摄视野宽度达290千米，照片分辨率可达50米.卫星上的无线电发射器可以将照片传回地面，购买这颗卫星使用权的用户只要用小型接收站就可以自己接收卫星信息.地面控制人员可频繁地与“纳米卫星”联系，甚至像用手机打电话那样快捷.此外，美国、英国等国也发射过纳米卫星.2004年4月，我国清华卫星技术有限公司研制的首颗纳米卫星“THNS-1”也发射升空.
为了发射纳米卫星，美国正在研制一种纳米火箭．它只有半个火柴盒那样大，但它的推力是惊人的，它的推力质量比相当于航天飞机的几百倍，但耗费很低.
乘天梯到月球观光
“敢上九天揽月”，这曾是中国人的一句豪言壮语，但是，将来不仅航天员可以到月球探险，普通人也可以到月球去旅游.这已经不是幻想，纳米技术的产生为人类提供了这种条件.
建造太空天梯最大的问题是天梯的缆绳，它们必须异常轻巧，又要十分坚硬，能够承受超强压力，同时还要能够耐腐蚀.为了这种材料，科学家们苦苦等了几十年.现在，可以制造天梯的材料终于研制出来了.1991年，日本科学家发明了碳纳米管，它是一种由碳原子组成的空心圆柱体，圆柱体直径约为30纳米，仅是人头发粗细的1/5000.它像钻石一样坚硬，但是又很柔韧，足以形成纤维．其强度可达到钢的100倍.如果用它来做天梯缆绳，可以割成宽约1米，厚度比纸还要薄，却能支撑13吨有效载重量的缆绳.
现在，科学家已经着手进行地球天梯的研究.首先需要解决的是碳纳米管的成本问题.目前休斯顿赖斯大学的史密斯等正在研制一种新的碳纳米钢索材料，它将制造碳纳米钢索材料的成本降低到每克1美元以下.之后，需要解决的是天梯的设计，美国和俄罗斯提出不同的设计方案，正在组织实施.地球天梯投入使用后，国际空间站需要的部件，以及想“畅游太空”的人类，都将通过这条缆绳被拉上高空，然后再将其“弹射”进入太空轨道.这样，将物体或人送入太空的成本会大大降低.例如，目前航天飞机运送每千克物质的费用是2万美元，而天梯运送每千克物质的费用只需要10美元.这样，太空探索会变得更简单．就像我们坐电梯一样，太空旅游的费用也会更低.科学家们设想，将来在地球表面2.2万英里外的太空，将建成太空酒店，让太空旅客轻轻松松一睹宇宙奇观.在地球天梯建成后，还将建造月球天梯、火星天梯，到那时在太阳系遨游不再是难事.人类可以踏足月球，以至太阳系其他行星.因此.天梯的建成将把人类太空探索的历史跨越式地向前推进一步.
航天员健康的保护神
纳米技术的发展也推动了纳米医学的产生.纳米医学可以弥补现在医学的不足，在分子水平上，利用一系列微小的工具从事诊断、医疗、预防疾病、防止外伤、止痛、保健和改善健康状态及医学研究等工作.例如，应用纳米技术可研制靶向药物，将基因和药物带到身体指定部位，使药物对病区“指哪儿打哪儿”；采用纳米技术可以做成有生物相容性的器官和血液代用品，人如果哪个器官坏了，像换零件一样，换个纳米器官就可以；装有纳米检测器的生物芯片将直接进入人体并在体内进行微手术，还可侦察病情，及早诊治等.这些作用不仅可以用在地球上，造福于地球上的人，而且对于保证航天员在太空的健康和安全也是十分重要的.
在远离地球的太空，监测航天员的健康，了解航天中的各种恶劣因素对航天员健康的影响并及时采取措施保证航天员的健康，比在地球上更困难、更必要.尤其在脱离地球轨道的星际飞行中，航天员即使患了严重的疾病也无法将他们送回地球医治，如何进行自身保健和治疗成为影响航天任务和航天员健康的关键.纳米技术可以实现这种要求，例如，若太空航天员得了辐射病，他可以将一种纳米药丸注射到体内，纳米药丸在人体的血液中到处巡逻，将辐射引起的癌细胞杀死，正常的细胞仍然在发挥它们的功能，航天员的辐射病就会被治好.
采用纳米技术制成的药物，不仅增加了药物的溶解度和吸收率，提高了疗效，而且将它们敷在皮肤上就可以被皮肤“吃”进去.航天员在太空生了病，不用再打针，贴上一片膏药就可以了.采用纳米技术，还可以生产出识别血液异常的生物芯片，可以将它们注入航天员的血液，在血液中进行巡逻探测，及时发现诸如病毒、细菌这样的外侵者，将其杀死.最近，科学家通过应用生物纳米技术，发现了好几种不同结构的睡眠素，它们在睡眠中起的作用不同：有的能催眠；有的能延长睡眠时间；有的可以使睡眠更加深沉.科学家们正在进行人工合成睡眠素的研究，设想将睡眠素注入到航天员身体内，使航天员在进行远离地球的星际探险时，在太空睡上几个月，甚至更长时间，使人类飞向茫茫宇宙成为现实.
（摘自《百科知识》）
纳米技术与园艺 篇4
纳米微粒自身具有特殊的性质, 有着广阔的应用领域, 因此纳米微粒的制备引起了广大的关注。纳米技术与生物技术相结合, 并应用于生物领域, 便形成了一种新的多学科交叉技术, 即纳米生物技术。纳米生物技术是一个正逐渐发展的新兴领域[2]。近年来, 纳米技术在园艺上的应用主要是植物生长调节剂、温室大棚薄膜、温室保温毡、生物微肥、果蔬保鲜、高效杀菌剂抑菌剂。
1 纳米技术在调节植物生长方面的应用
植物生长调节剂是一类与植物激素具有相似生理和生物学效应的物质, 用于调节植物生长发育的一类农药, 包括人工合成的化合物和从生物中提取的天然植物激素。经过纳米生物技术处理后, 植物生长调节剂颗粒粒径减小, 因此可以更有效地被作物吸收, 提高它的利用率。
三十烷醇 (TA) 纳米制剂处理后, 对幼苗生长促壮效应更明显, 表现在增加苗高、根长、根数以及增加叶片鲜重、提高叶绿素含量、增加酶活性。以相同浓度的TA原剂为对照, TA纳米制剂均在不同程度上比原剂的作用效果好[3]。
2 纳米技术在园艺产品保鲜方面的应用
当前, 园艺产品保鲜方面存在以下问题:一是果实的代谢很旺盛, 释放乙烯等气体, 容易导致果实后熟加快;二是产品易于失水;三是易被微生物侵蚀引起腐烂。因此, 保鲜的主要难题应是防后熟、防失水、防腐等方面。
在模拟园艺产品冷藏环境中, TiO2/ACF-Pt光催化降解乙烯。活性炭纤维 (ACF) 表面先溅射沉积纳米Pt, 再进行Ti O2附着, 能提高降解乙烯的能力。活性碳纤维 (ACF) 独特的孔隙结构和表面特性, 在较高湿度下低浓度气相物质的吸附方面具有明显的优势。纳米光催化技术在消除有机气体时具有能耗低、反应条件温和、可减少一次污染等优点。其中纳米二氧化钛 (TiO2) 以其活性高、价格便宜、对人体无害等特征被认为最佳的光催化剂。因此, 纳米Ti02光催化降解乙烯技术具有良好的应用前景。把ACF的高吸附性与纳米Ti O2良好的光催化性优势结合, 以ACF为载体负载纳米Ti02 (Ti02/ACF) , 一方面, 解决纳米Ti02负载问题;另一方面, ACF的吸附能力使低浓度气相物质在纳米Ti02附近聚集, 能提高光催化反应速率。对有效地清除园艺产品冷藏环境中乙烯是有利的。贵金属铂 (Pt) 具有较高催化活性、优异电化学性能而备受关注[4]。
甘肃省农科院农产品贮藏加工研究中心研制成功一种新型纳米硅基氧化物 (纳米SiOX) 保鲜果蜡, 可在果蔬表面形成一种天然可食性蜡膜, 能满足不同果蔬和不同涂蜡方法的需要。这种新型保鲜果蜡以天然动植物蜡为成膜剂, 加入纳米硅基氧化物等天然材料, 主要用于果蔬采后上光打蜡。该果蜡涂于果蔬表面后形成一层光亮、透明的可食性蜡膜, 可食性涂膜的保鲜功能主要表现在:具有良好的气体选择透过性, 使果蔬呼吸强度下降和乙烯释放量降低, 从而推迟生理衰老, 减少营养成分的损失。采收后果蔬水分损失很大, 涂膜处理使果蔬表面形成一层均匀透明的薄膜, 可阻止水分蒸发;封闭果蔬表面的微小损伤, 同时又是杀菌剂和保鲜剂的有效体, 从而减少致病菌的侵染, 延长贮藏期和货架期, 提高果蔬档次和市场竞争力。经甘肃省医学科学研究院卫生安全毒理学检验, 这种果蜡属无毒产品[5]。
通过用纳米分子筛保鲜膜对白菜型油菜进行气调保鲜研究, 得出以下结论:用纳米分子筛保鲜膜包装后, 可以有效抑制小油菜的呼吸作用, 延长保鲜期。室温下保鲜期可达3 d, 结合冷藏 (6℃) 保存时, 保鲜期可达13 d以上。由于纳米分子筛具有独特的气体选择性, 因此是一种具有广阔前景的气调包装添加改性剂[6]。
3 纳米技术在防治病虫害方面的应用
园艺上, 病虫害的防治日趋重要。在各种植物中, 草坪植物遭受病害危害仅次于果树、蔬菜和少数经济作物。病害降低了园艺植物的实用价值和观赏价值。目前, 纳米技术在灭菌抑菌方面的应用主要有:光半导体材料本身没有抗菌功能, 它所具有的光催化特性赋予其抗菌性能 (Matsunagaetal, 1985) Ti02的光催化作用能破坏DNA双链结构;同时许多无机化合物或无机离子也能被Ti02光催化降解成毒性较小或无毒的产物。
纳米Ti02具有以下优点:[7] (1) 对紫外光的吸收率较高, 可直接利用太阳光、荧光灯中含有的紫外光, 激发生成电子一空穴对; (2) 具有良好的抗光腐蚀和化学稳定性; (3) 具有较深的价带能级, 氧化还原能力强, 具有较高的光催化活性; (4) 对很多有机污染物有较强的吸附作用; (5) 具有广谱、长效的抗菌特点; (6) 安全无毒。
王芳、谭洁文关于硅制剂对草坪草四种病原真菌的抑制作用研究表明, 纳米硅对立枯丝核菌致病性的抑制作用较强, 抑制率为6.19%。经过硅处理的叶片对禾炭疽刺盘孢菌具有较明显的抗性, 其抑制率为37.02%[8]。
T.K.Barik.B.Sahu.V.Swain关于纳米硅对害虫的控制实验表明, 纳米硅制剂可以有效的杀死害虫。通常, 在虫体的表皮存在多种脂质作为水屏障, 使害虫免遭干燥环境的影响。而纳米硅制剂能够被虫体表面的脂质吸附, 使脂质丧失其作用, 然后达到杀虫的目的。这种制剂涂在茎和叶的表面, 不会影响植物组织的光合作用和呼吸作用, 也不会影响基因的表达[9]。
70%纳米欣可湿性粉剂是一种高效、低毒、低残留、广谱、内吸性苯并咪唑类杀菌剂, 具保护和治疗双重作用。其作用机理是喷施于植物表面被植物体吸收后, 经一系列生化反应, 被分解为甲基苯并咪唑-乙氨基甲酸酯, 干扰病菌有丝分裂中纺锤体的形成, 使病菌孢子萌发长出的芽管扭曲异常, 芽管细胞壁扭曲, 从而使病菌不能正常生长而达到杀菌效果[10]。
M.K.Sarmast等关于纳米银胶体在Araucaria excelsa R.Br组织培养中能够降低细菌感染的实验证明, 将离体的植物组织或浸泡在纳米银胶体的溶液中或将适量的纳米银直接加入培养基中, 均能降低植物组织培养中的细菌污染, 而且对植物以后的生长没有任何副作用[11]。
4 纳米技术与纳米肥料
以“盐肥柱撑”技术为核心, 重点研究现代微生物技术, 结合纳米插层技术、植物种植技术和化学工程技术等多学科的技术制成纳米生物有机肥。实验表明, 使用该肥料后, 植株根系发达, 生长速度超常, 反季节能力强, 作物果实饱满, 品质明显提升, 成熟收获期提前, 与常态种植相比平均增产幅度不低于15%[12]。
此外, 2007年华龙肥料技术有限公司首次将纳米碳应用到农用肥料中。研究结果表明, 在肥料中添加纳米碳, 可使谷类作物增产10%～20%, 蔬菜作物增产20%～40%。在增产的基础上, 可使小麦籽实脂肪含量增加, 蛋白质含量减少。同时该技术也在花卉上进行了不同品种的试验, 均得出有突破性的结论。现主要研究花卉生产中。纳米碳粉的加入, 对降低肥料用量, 以及提高花卉观赏特征的影响, 为今后探索纳米碳在改善花卉品质方面的深入研究打下基础[13]。
5 展望
纳米微粒自身具有特殊的性质, 有着广阔的应用前景, 纳米微粒的制备引起了广大的关注。相信在不久的将来, 纳米技术的发展将日新月异, 其在生命科学领域的发展应用将非常迅速。
摘要：本文主要将近年来纳米技术在园艺方面的应用做一综述。首先简单介绍了纳米技术, 然后就纳米技术在园艺上的应用——植物生长调节、园艺产品保鲜、病虫害防治及纳米肥料方面的应用分别阐述。
纳米技术 数学作文 篇5
人类社会是在不断征服自然和不断攀登科技顶峰而前进的，纳米技术也是如此。20世纪50年代末，物理学家开始认识到“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”。经过几十年的艰苦探索，纳米技术取得了关键性的突破，1990年IBM公司使用扫描探针移动35个原子，组成了IBM三个字母，创造了人类最“微乎其微”的伟大奇迹，纳米神话令世界震惊。随后，从大西洋到太平洋，各个发达国家纷纷制定发展战略，投入巨资抢占纳米科技战略高地
那么，纳米究竟是什么东西？纳米（nm）实际上是一种计量单位，从宏观的角度上看1米等于100万微米，而1微米等于1000纳米；从微观上看，纳米是描述原子、分子等尺寸及其距离，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。纳米小得可爱，却威力无比，它可以对材料性质产生影响，并发生变化，使材料呈现出极强的活跃性。科学家们说，纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾，会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久。
纳米技术应用广泛
为纳米技术点个赞 篇6
是微米的千分之一
和米、厘米等长度单位一样，纳米也是一个长度计量单位，它小得让你吃惊，只有微米的千分之一。如果你不知道微米有多小，你真应该多看看《天气预报》中常提到的“PM2.5”数据。“PM2.5”指的就是空气中直径在2.5微米以下的微粒。在雾霾天，这样的微粒大都悬浮在空气中，你根本看不到它们每个到底有多大。当然，如果你有办法把它们每个再缩小1000倍，就能得出纳米到底有多小了。下面这组换算关系会让你更直观地感受到纳米的微小。
1米=1000毫米
1毫米=1000微米
1微米=1000纳米
在现实中，如果咱们有能力把1米长的绳子平均分成10亿等份，那么得到的每一份就是1纳米。形象地说，把一单位的纳米放到一个乒乓球上，就相当于把小小的乒乓球放到地球上。也许你会好奇，到底是谁独具慧眼发现了这么微小的长度单位呢？这要感谢一位叫罗雷尔的美国科学家，正是借助他在1981年发明的扫描隧道显微镜，人类才看到了纳米世界，从而在纳米世界中开展了一系列具有突破性的科学研究。从那以后世界便诞生了一门新的科学，这门科学就是纳米科技。
纳米技术让人着迷
关于纳米技术，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼曾预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个排列原子，制造产品。这是关于纳米技术最早的梦想。此后纳米技术开始成为科学界的“宠儿”。纳米技术的研究对象理所应当是纳米级别的东西，凡是结构尺寸在0.1纳米至100纳米范围内的材料，从性质到应用都是纳米技术研究的范畴。
20世纪70年代，科学家谷口纪男最早使用“纳米技术”一词描述精密机械加工。随后，扫描隧道显微镜的发明为我们揭示出一个可见的原子、分子世界，这对纳米科技的发展产生了积极的促进作用。到了1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国的巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。
人们为什么会这么热衷研究纳米技术呢？因为通过研究发现当物质达到纳米尺度以后，其性能就会发生突变，产生特殊性能。纳米材料也由此诞生。当时的实验大概是这样的：一位科学家在制备超微离子时发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就会失去原来的性质，表现出既不导电也不导热的特性。而且很多磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20～30纳米大小后，它的磁性要比原来高1000倍。这种科学现象如此神秘莫测，而且让人着迷，不同国家的科学家们纷纷对它设立了研究课题，投入巨资，争先恐后地开展纳米技术的研究。
性能非凡，被广泛应用
迄今为止，科学家已经证实了纳米技术的神奇功能。我们再来看看纳米材料非凡的卓越性能：利用纳米级微粉烧结成的陶瓷不但强度高，而且有良好的韧性，你有可能利用这种材料做出一把“削铁如泥”的宝剑。更特别的是，如果你选用了纳米级金属微粉烧结成的材料，就会体会到它的强度和硬度远远高于原来的金属。它还具有让你大吃一惊的转变——纳米金属可以由导电体变成绝缘体。
有人提出，纳米技术这么高端大气，在医学界也能有所发挥吧。他还真说对了，纳米医学在当下也是炙手可热的。如果将常规治疗药物纳米化，可提高药效、减少用量、降低副作用。纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，如果注入人体内，可以用于定向杀死癌细胞。
不光是在医学方面，就连军事专家们也爆出猛料：21世纪，纳米技术将会引发军事的重大改革。到时候，纳米级攻击装备的联合作战效能将不可小觑，说不准哪天你就会看到“蚊子导弹”“蚂蚁雄兵”或者是“蜘蛛杀手”等另类装备神不知鬼不觉地潜入敌方指挥部、弹药库，像孙悟空一般钻进妖怪肚子里大发神威呢。或者它们会长期“潜伏”在敌军重要的目标和核心武器装备中，一旦接到“战斗命令”，就能瞬间使敌作战系统瘫痪。
要特别说明的是，纳米技术给世界带来突破性改变的同时，也伴随着不可控情况的发生。由于物质微粒太小，在某些方面可能会给人类带来一些意想不到的危害，但科学家们已经在着手改善这个问题，相信随着科学技术不断成熟，这种危险也会被降低，到时候，我们大可以放心地使用纳米产品了。
纳米材料
既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，就是纳米材料。但如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
纳米机器人
纳米机器人是一种被设计制造成可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”，也称分子机器人。目前，纳米机器人的研发已成为科技的前沿热点。纳米机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。用不了多久，个头儿只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。
纳米雨衣伞
纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体。在纳米雨伞的状态下，它能达到两种收伞形态——三折伞和直杆伞。简单地说，就是收伞时有长、短两种选择形态。纳米雨衣可由纳米雨伞转变而成，纳米雨衣又不同于一般的雨衣，因为纳米雨衣可以保证从头到脚绝对不湿。因为采用了纳米材料，所以纳米雨伞可以做到一甩即干，同样，雨伞转变为雨衣后，只需穿着时轻轻一跳便能速干。
纳米技术前景展望 篇7
一、纳米颗粒基本效应
1. 表面与界面效应
纳米微粒尺寸小,表面大,位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小,表面急剧变大,引起表面原子数迅速增加,缺少近邻配位的表面原子,极不稳定,很容易与其他原子结合,表现出很高的活性。
2. 小尺寸效应
随着颗粒尺寸变小,周期性的边界条件将被破坏,在一定条件下会引起颗粒性质的质变,声、光、电磁、热力学等特性均会出现新的尺寸效应。由于颗粒尺寸所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。例如:光吸收显著增加,所有金属失去光泽,变为黑色。
3. 量子尺寸效应和宏观量子隧道效应
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,光谱线会产生向短波长方向的移动。电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。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。
二、奇异物性
上述四个效应是纳米微粒与纳米团体的基本特性,从而导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于正常粒子,出现一些“反常现象”。这就使得它具有许多奇异物性。因而具有广阔的应用前景。
1. 奇异的热学性质
(1)熔点降低
由于颗粒小,纳米微粒表面能高、比表面原子数多,这些表面原子近邻配位不全,活性大以及纳米微粒体积远小于大块材料,因此纳米粒子熔化时所增加的内能小得多。这就使得纳米微粒熔点急剧下降。
(2)烧结温度降低(陶瓷材料或难熔金属)
在低于熔点下进行加热烧结,使粉末互相结合成块,使密度接近材料的理论密度的最低加热温度称为烧结温度。
纳米微粒尺寸小,表面能高,在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力,有利于界面中的孔洞收缩,因此,在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的,即烧结温度降低,烧结速度加快。
2. 特殊的光学性能
光的发射与吸收与原子的状态有关,纳米颗粒大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于颗粒内部的原子、电子的行为有很大的差别,甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的新的光学特性。
(1)宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的光泽,这表明它们对可见光范围.各种颜色(波长)的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色,它们对可见光的反射率极低,例如铂金纳米粒子的反射率为1%,金纳米粒子的反射率小于10%。这种对可见光低反射率,强吸收率导致粒子变黑。
(2)蓝移现象
与大块材料相比,纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象,即吸收带移向短波方向。例如,纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸收频率分且是814cm-1和794cm-1。由不同粒径的Si纳米微粒吸收光谱看出,随着微粒尺寸的变小而有明显的蓝移。
(3)新的发光光谱
硅是具有良好半导体持性的材料.是微电子的核心材料之一,可美中不足的是硅材料不是好的发光材料.将稀土发光材料加入到纳米氧化物当中,可提高其的发光效率,制得新型的荧光材料。
3. 特殊的电学性能
传统的金属是良导体,但纳米金属颗粒却强烈地趋向电中性,如5～15nm纳米铜就不导电了,且电阻随着粒径减小而增大。而原本绝缘的SiO2在20nm时开始导电。
4. 特殊的力学性质
(1)陶瓷材料的良好韧性
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,原子在外力的作用下很容易迁移,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。
(2)纳米材料的强度、硬度和塑性
纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属-陶瓷的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。纳米材料的代表之一:碳纳米管,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,是纳米技术研究的热点,它将是未来制造业的首选材料。
5. 特殊的磁学性质
(1)磁性材料
所谓磁性材料是指具有可利用的磁学性质的材料。
任何物质在磁场作用下都会处于磁化状态,但各物质的磁化强度却有很大的不同。
(2)纳米材料的特殊磁学性质
纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规粗晶材料不具备的磁特性。纳米微粒的主要磁特性表现在它具有超顺磁性或高的矫顽力上。
A矫顽力提高
矫顽力的大小反映了铁磁物质保留剩磁的能力。
10～25nm的铁磁性金属颗粒的矫顽力比相同的常规材料大1000倍.。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性,已制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。
B.铁磁性到超顺磁性转变
纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。
特点:在磁场中极易磁化,但当外加磁场消失时其磁性消失。
原因:由于磁性颗粒尺寸减小到一定值时,各向异性能与热运动能可相比拟.磁化颗粒就不再固定存一个易磁化方向,易磁化方问作无规则的变化。
三、纳米材料的制备技术
制备技术是纳米科技的关键。影响纳米材料的微观结构和宏观性能。通过不同的制备技术可以得到纳米颗粒材料、纳米膜材料、纳米固体材料等等。
很久以前,我国人们用石蜡做成蜡烛,用光滑的陶瓷在蜡烛火焰的上方收集烟雾,经冷凝后变成很细的碳粉,实际上就是纳米粉体。在科学技术高度发展的今天.人工制备纳米材料的方法得到了很大的发展。通常采用两个不同的途径得到纳米材料:
纳米材料需要制备成各种形式以满足各种应用的需要,纳米固体(块体、膜)是重要的形式。它的制备方法是近几年逐渐发展起来的。
由于纳米陶瓷呈现出许多优异的持性,因此引起人们的关注。目前,材料科学工作者正在摸索制备具有高致密度的纳米陶瓷的工艺。
参考文献
[1]钟宁.纳米材料的特性及制备方法[J].湖南有色金属,2000,16(2):28-30.
[2]Rosse tti R.E llison J.L Gibson J.M.et a.l J.Chem.Phys.1984,80(9):4464.
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[4]Stoner E C,Wohlfarth E P.A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys [J].Proc.Phys.Soc,1948,240:599-605
纳米技术 篇8
关键词：纳米,纳米材料,纳米技术,智能材料
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质, 但不是所有物质都可以称为材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命, 又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。新材料的出现以及材料科学技术的重大突破, 都会引起科学技术的重大变革, 都会加速社会发展的进程。纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域, 它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础, 许多科技新领域的突破都迫切需要纳米材料和纳米科技支撑, 传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。
1 纳米及纳米材料
纳米是物理上的长度单位, 用nm表示。1m等于10亿nm。l纳米相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说, 相当于万分之一头发丝粗细。长度单位主要有;光年、千米、米、分米、厘米、毫米、丝米、忽米、微米、纳米、埃。所以纳米是长度单位中非常小的单位。用肉眼是看不到这么小的长度, 所以必须利用显微镜才能观察到。纳米是一个长度单位, 本身并没有物理内涵。当物质颗粒大小达, 到纳米尺度以后, 大约是在lnm~100nm这个范围空间, 物质的性能就会发生突变, 出现特殊性能。这种既不同于原来的原子、分子, 也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料, 即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米, 而没有特殊性能的材料, 也不能叫纳米材料。第一个真正认识判定它的性能并引用纳米概念的是日本科学家, 他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子, 并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后, 它就失去原来的性质, 表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此, 像铁钴合金, 把它做成大约20nm~30nm大小, 磁畴就变成单磁畴, 它的磁性要比原来高1 000倍。80年代中期, 人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
2 纳米材料的种类
纳米材料分为纳米颗粒和纳米固体, 纳米颗粒 (颗粒的尺寸, 一般指直径不超过10nm最大不超过100nm) 也称超微粒。纳米固体也称为纳米结构材料, 由纳米颗粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维等统称为纳米固体。
3 纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法很多, 一般有物理的、化学的、机械的方法等等。最常见的方法是在惰性气体环境中采用凝聚技术制备纳米材料。制作过程就是将金属原材料置于一个电加热的蒸发皿中, 然后将蒸发皿放在充满惰性气体的密闭容器内加热蒸发。在蒸发皿的上部放置一个冷凝系统使得受热蒸发的金属原子 (或原子簇) 在冷凝器外壁沉积下来, 蒸发、冷凝过程结束后, 抽出惰性气体, 在真空状态下, 取下冷凝器上的金属微细颗粒。压制成块, 便得到这种金属的纳米固体材料。纳米材料制备技术迫切需要解决的问题是如何提高制备的速度和率, 降低成本, 尽快使纳米材料的科学技术转化为生产力。
4 纳米材料的奇异特性
在纳米量级内, 物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小。材料的纯度越来越高, 缺陷却越来越少。因而, 纳米结构材料与普通结构材料相比, 在力学、磁学、光学、声学、电学、热学等方面都有很大差异。第一, 强度和硬度都有很大提高。例如, 由纳米的铁晶体颗粒压制而成的铁纳米结构材料与普通钢铁材料相比, 强度提高12倍, 硬度提高超过100倍;第二, 熔点降低。例如金的熔点为1 064℃, 加工成10nm左右的粉末的熔点降到940℃, 加工至2nm左右时, 熔点降到327℃;第三, 表面活性增强, 具有很强的催化作用。因纳米材料是由众多尺度很小的纳米颗粒所制成。表面积显著增大, 表面能也相应增加, 同时随着颗粒尺度的藏小, 颗粒表面的原子数占颗粒的总原子数的比例迅速增大。因此, 纳米颗粒的表面活性大大增强, 因而使材料具有很强的催化作用, 例如:在火箭燃料中添加少量的镍纳米颗粒。可以成倍提高燃料的燃烧效率;第四, 纳米颗粒对光有极强的吸收能力。例如, 金属纳米颗粒对光的反射率很低, 一般低于1%, 所有的金属在纳米颗粒状态下都呈现为黑色。纳米颗粒尺寸越小, 材料颜色越黑。第五, 材料的磁学性能和电学性能与常规材料却有很大差别。很多在常规下导电的物质, 当制成纳米材料时就不导电了, 而不导电的物质在制成纳米材料后却能够导电。
5 纳米材料的神奇妙用
第一, 纳米陶瓷发动机。一般材料制成的发动机所能承受的温度比较低, 燃料因此不能充分燃烧, 不仅效率低, 造成能源的浪费, 而且会污染环境。陶瓷材料所能经受的温度比金属高得多, 因此纳米陶瓷发动机具有耐高温、效率高、燃料能充分燃烧、减少大气污染等优点;
第二, 纳米传感器。可用纳米材料制成光传感器、可燃气体泄漏报警器、湿度传感器等等;
第三, 可制成纳米微机械零件与微电子器件, 从而使未来的计算机、卫星、电视、机器人等的体积变得越来越小;
第四, 纳米催化剂。铜的纳米颗粒是冶金和石油化工中的优良催化剂, 在制造高分子聚合物化学工业的反应中, 铜的纳米颗粒催化剂有极高的活性和选择性;
第五, 纳米光学材料。纳米材料具有普通光学材料不具备的光学特征。因而在现代的光学通讯中有着许多重要的应用。用纳米材料制成的光纤材料可能降低传输光信号的损耗;
第六, 纳米机械—细菌大小的机器人。用纳米技术可以制成比细菌还小的机器人。这种机器人中的发动机, 依靠人体细胞中一种叫做磷酸腺苷的物质分子所驱动, 这种物质能够给细胞提供能量。可以用这种机器人来治疗心脑疾病;
第七, 碳纳米管的妙用。所谓碳纳米管是指一种栅网组成的胶带状的石墨薄片, 厚度只有一个碳原子大小, 大约在百万分之一毫米到百万分之十毫米之间。它具有极高的强度和柔软性以及极强的导电能力。主要用来制成人工肌肉、航天器的燃料储罐等等。
参考文献
[1]李春霞, 李立平, 酒金婷, 王柏华.纳米粒子的表面改性研究进展[D].第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集, 2002.
纳米技术 篇9
一、教学内容的安排与更新
《纳米技术与纳米材料》这门课基本涵盖了纳米科技的整个领域, 具有内容多, 更新快, 范围广等特点, 且需要在规定的时间内将整个纳米领域讲授给学生, 这就需要教学内容条理清晰, 重点突出, 逻辑性强, 结合纳米科技的特点具有较强的创新性和启发性。在我校这门课所选用的教材为国防工业出版社的《纳米技术与纳米材料》 (张志焜, 崔作林著) , 该书主要以纳米材料为中心, 介绍了纳米材料的制备、特性以及纳米材料的加工、表征手段, 内容丰富, 知识面广, 介绍详细且深入, 是一本较为全面的图书。但对于课程的授课对象———本科生以及学校的实际授课课时来说, 这本书的还存在一定的问题, 如学时较少, 涉及的知识面较宽, 书中涉及到的理论较为深奥, 而学生的基础知识较为薄弱, 且授课课时受限, 因此导致学生很难接受教材中的知识, 全面地理解书中内容。为此, 需要将整个教材的内容重新规划, 根据纳米科技领域中所涉及到的学科, 故将这门课分为纳米基础及概况、纳米材料的应用、纳米材料的制备、纳米材料加工、纳米电子学、纳米机械学, 纳米生物学, 纳米的发展前景八个部分, 这八个部分既相互独立, 也相互联系。以这八个部分为主线, 将纳米材料的制作, 性能, 原理以及应用通过总体介绍、分类介绍、综合讲述, 全面地介绍纳米科技以及纳米材料的总体以及两者的相互联系。并且在实际授课中, 需要言简意赅, 重点突出, 条理分明, 前后贯通, 对于纳米科技所涉及的知识尽量深入浅出, 对于抽象的知识, 通过比喻等方法, 将其形象化, 易于让学生接受。如讲授纳米电子学的时候, 就需要将纳米材料有哪些特殊的电子学特性及优越性明确指出来, 以提起学生的兴趣, 随后介绍出为什么纳米材料以及纳米结构会出现这种特性, 通过比喻等方法, 形象化介绍纳米电子机理、机制。针对本科生基础知识薄弱, 所以要尽量减少一些不必要的理论知识, 并且重点介绍纳米科技中的方法以及思路, 从而能够让学生既能够了解纳米科技, 又能从纳米科技的发展中学习到纳米科技的创新思路, 从而能够培养学生的创新精神和科学素养。同时针对纳米科技这一新兴学科不断发展的特性, 适时、适当地开展专题课程介绍目前纳米科技发展的最新动态, 从而能够让学生更多地了解目前纳米科技的科研动态, 引导学生关注纳米科技的最新动态。希望能够通过这些内容的学习, 从而能够使学生真正的了解纳米科技, 掌握其中的基础知识, 以及其中的一些实用基础, 并拓宽知识面, 养成科学、严谨、创新的基本素质。
二、课堂教学方式方法的改变
课堂讲授在教学中是一个非常重要的环节, 如何有效地利用课堂时间, 激发学生的兴趣、注意力, 提高学生的学习能力在教学中一直是一个至关重要的问题。这就需要通过启发、诱导、提问、互动等方式, 引起学生的注意力, 让学生能够参与到课堂中, 培养学生的学习自学能力。[2,3,4,5,6,7]在讲授方面需由浅入深、深入浅出, 务必让学生能够理解课堂所讲述的内容, 并根据学生的兴趣, 引入一些相关感兴趣的内容, 激发学生的学习热情和兴趣。这就需要在教学方式, 以及教学方法上, 根据课程自己的特点和学生的特点对课程的教学进行一些改革, 充分利用多媒体教学, 通过影像、板书、图片等方法将一些抽象的知识以丰富多彩的方式讲授给学生, 同时, 这种课堂的互动, 通过提问, 自发提问, 以及课堂小讲演等方法, 激发学生的学习兴趣以及自学能力, 培养学生的基础素质。首先针对纳米科技教学内容的特点, 其中第一部分纳米的基础及概况即导论将介绍整个课程大体情况, 是一门课的开篇, 这部分将总体介绍课程的特点, 课程的结构, 以及教学大致内容, 纳米导论部分的讲授将直接影响学生对这门课的印象以及日后学习的兴趣。纳米科技已成为人们普遍关注的一个热点领域, 并且已经有一部分纳米产品已经在军事, 医疗以及日常生活中出现, 并且展示出其独特的魅力, 如在军工已经应用的雷达波隐身涂层, 纳米衣物, 纳米灭菌涂层等, 由于纳米科技诞生不久, 这些只是纳米科技在未来应用的冰山一角, 而目前很多性能奇特的纳米材料以及纳米科技还在科学工作者的研究中, 所以很多同学对于纳米科技的了解很浅, 知其名而不解其意。针对这个现状, 就要通过导论的讲授, 让学生了解纳米科技的整体轮廓以及纳米科技的长远意义, 使学生能够对纳米科技产生较为浓厚的兴趣。为此, 对于导论的讲述需要分为四个部分, 第一部分, 首先要介绍什么是纳米, 以及纳米材料和纳米科技的定义, 并举一些纳米材料特例, 第二部分介绍纳米材料与纳米技术所研究的范围以及构成, 从而让学生能够了解纳米科技的整体雏形以及纳米材料与纳米技术在整个纳米中的关系, 以及与传统学科之间的关系。第三部分为纳米科技的发展历程, 第四部分为纳米科技的研究热点以及研究现状, 结合科技和生活实例, 并且配合丰富多彩的图像, 引领学生进入纳米领域, 让学生对纳米科技有一个直观全面的了解, 同时激发学生的学习兴趣。同时在课堂上让同学举出自己所了解的一些纳米科技以及纳米材料, 进行互动式讨论。让学生对纳米科技有一个较为深刻的印象。其次, 利用多媒体教学中丰富的图片以及影像, 直观地让学生了解纳米科技中的一些内容。图片以及视频以直观形象的讲授, 让学生更容易了解纳米科技中的一些抽象难懂的内容。利用多媒体教学, 可以通过文字讲解, 配合形象的图片以及视频可以以多种方式相互配合, 让学生了解纳米科技, 并对其产生兴趣, 同时丰富了教学内容。纳米科技日新月异, 在纳米领域, 不断有新的科技成果出现。针对这一个特点, 对于纳米科技的授课, 就需要不断地给学生介绍一些最新的具有价值的科技成果, 从而能够对学生有所启发, 培养学生的创新精神。同时通过学生参观纳米科技相关的科学仪器, 组织学生进纳米材料实验室自己动手制备一些纳米材料, 培养他们的科研和创新能力。另外, 在教学中需要学生能够积极参与, 通过讨论、上台讲解的方式将学生的思维、思想引入课堂, 以互动的方式进行教学, 能够让学生更加深入地了解纳米科技。
三、考核方式的改变
与基础知识课程不同, 纳米科技是一门新兴的且实践性较强的课程, 所以通过传统的闭卷或者开卷考试, 让学生了解知识点对于纳米科技这门课不是非常适合。对于这门课程, 需要注重学生的学习效果, 学生的平时表现, 平时成绩, 学习态度, 以及独立创新的素质养成, 避免学生为应试而死记硬背, 所以需要取消考试, 以出勤 (10) , 课堂表现 (10) , 平时作业 (20) , 书面调研报告 (30) , 口头报告 (30) 的考查形式考核学生, 培养学生良好的学习习惯。综上所述, 在教学工作中教师应有效地掌握所学知识, 激发学生的学习热性, 引导学生养成良好的学习习惯, 培养学生实事求是的科学素养, 以及用于探索的创新精神。
参考文献
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纳米技术在化工领域的应用 篇10
用沉淀溶出法制备出的粒径约30~60 nm的白色球状钛酸锌粉体, 比表面积大, 化学活性高, 用它作吸附脱硫剂, 较固相烧结法制备的钛酸锌粉体效果明显提高。
纳米静电屏蔽材料, 是纳米技术的另一重要应用。以往的静电屏蔽材料一般都是由树脂掺加碳黑喷涂而成, 但性能并不是特别理想。为了改善静电屏蔽材料的性能, 日本松下公司研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料。利用具有半导体特性的纳米氧化物粒子如Fe2O3、Ti O2、Zn O等做成涂料, 由于具有较高的导电特性, 因而能起到静电屏蔽作用。另外, 氧化物纳米微粒的颜色各种各样, 因而可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色, 这种纳米静电屏蔽涂料不但有很好的静电屏蔽特性, 而且也克服了碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。
此外, 如将纳米Ti O2粉体按一定比例加入到化妆品中, 则可以有效地遮蔽紫外线。一般认为, 其体系中只需含纳米二氧化钛0.5%~1%, 即可充分屏蔽紫外线。目前, 日本等国已有部分纳米二氧化钛的化妆品问世。紫外线不仅能使肉类食品自动氧化而变色, 而且还会破坏食品中的维生素和芳香化合物, 从而降低食品的营养价值。如用添加0.1%~0.5%的纳米二氧化钛制成的透明塑料包装材料包装食品, 既可以防止紫外线对食品的破坏作用, 还可以使食品保持新鲜。将金属纳米粒子掺杂到化纤或纸张中, 可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体, 可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩, 用于电池电极、化学成分探测器及作为高效率的热交换隔板材料等。纳米微粒还可用作导电涂料, 用作印刷油墨, 制作固体润滑剂等。
用化学共沉淀法得到Zn CO3包覆Ti (OH) 4粒子, 在一定温度下预焙解后, 溶去绝大部分包覆的Zn O粉体, 利用体系中少量的Zn Ti O3 (Zn Ti O3与Ti O2 (R) 的晶体结构类似) 促进Ti O2从锐钛型向金红石型的转化, 制得粒径约20~60 nm的金红石型二氧化钛粉体。用紫外分光光度计进行光学性能测试, 结果发现此粉体对240~400 nm的紫外线有较强的吸收, 吸收率高达92%以上, 其吸收性能远远高于普通Ti O2粉体。另外, 由于纳米粉体的量子尺寸效应和体积效应, 导致纳米粒子的光谱特性出现“兰移”或“红移”现象。在制备超细铝酸盐余辉发光材料时, 用软化学法合成出的超细发光粉体的发射光谱的主峰位置, 较固相机械混合烧结法制备的发光粉体兰移了12 nm。余辉衰减曲线表明, 该法合成出的发光粉体, 其余辉衰减速度相对固相法合成出的发光粉体要快得多, 这些都是由于粉体粒子大幅度减小所致。
新型纳米技术把电线变为电池 篇11
无论是在我们的日常生活中，还是在尖端技术领域，如何让电池变得“瘦小”且高效，是科技专家一直在想办法攻克的难题。比如，如果要让我们的手机变得更加超薄，就需要能效更高的超薄电池；要让电动汽车一次行驶里程更长，则需要更轻更强的电池；要使得太空飞行器飞得更快更远且成本更低，也需要能效更高的超薄超轻电池。
托马斯在自家屋子旁边的小路上进行夜间散步时，也想到了上述问题。换成我们普通人，对那些高深的技术问题也就想想而已。然而托马斯是一名物理学家，他会把日常生活中的一些奇思妙想转化为研究课题。要让电池变薄，一般会想到用纳米技术。托马斯的第一个念头也是用碳纳米管。然而，用碳纳米管制造电池的成本有些高。如果照这个思路下去，电池是变得超薄了，但是也成为大部分人用不起的“土豪电池”了。于是他接着考虑，是不是可以把电线直接做成电池呢？这样既可以充当通电线路，也可以作为储能的电池，这种二合一的方法在许多高科技产品的设计中也常常用到。
托马斯立即被自己的这个灵光一闪的创意给弄得激动起来。他回到家里，立即为自己设想中的“电线电池”设计实验思路。第二天一早，他就迫不及待地来到实验室，开始了这个新课题的研究。他给输送电流的铜线定制了密布的纳米晶须，外面套一根起保护作用的高分子套管。这些纳米晶须的长度只有头发丝直径的万分之一，肉眼难辨。在电子显微镜下，可以看到这些晶须像一层绒毛，密密麻麻地分布在高分子薄膜套管的内表面。在充电模式下，当有电流流经铜线时，这些纳米晶须就“偷走”大部分电能存储起来。在用电模式下，纳米晶须又把电能“释放”出来，通过铜线输送给电器的用电器件。
这个过程描述起来似乎比较简单，但是完成起来相当复杂，首先是要选取合适的原料来制造纳米晶须，还要设计纳米晶须的分布模式，选择哪种高分子套管也很有讲究。要经过数以千计的反复实验，才能不断地提升储能效果。研究结果还发现，单层纳米晶须的储能容量太低，因此可以适当增加套管的数量，但是也不能增加过多，过多会让“电线电池”变得更加笨重，而单位体积的储能量降低。
托马斯说：“这项技术是非常令人兴奋的。我每天都喜欢赶到实验室，然后看看下面会发生什么。有时候也会不尽如人意，但即便那样，失败会教给我们很多东西。我们正在一步一步地达成自己的最初愿望，还可能做得更好。”托马斯表示，“电线电池”将大大增加“移动用电”的使用时间，如果“电线电池”最终能够上市，将会在多个领域引发大的变革。
或许在不久的将来，让我们的手机、电脑等电器超薄且“续航时间”超长，续航里程超过1000公里的轻型电动汽车也将不再是梦想，各种航天器的发射成本也可大幅降低。如果“电线电池”真的研制成功并推广了，我们的手机或平板电脑或许就能变成卡片那么薄了。我们也不用担心手机突然没电了，“电线电池”可以让我们一个月充一次电就够了；当手机提醒我们需要充电时，其实还可以用一两天，我们不必慌忙找地方充电。那样的使用体验该有多爽啊！
纳米电子/纳米光电子技术研究 篇12
关键词：纳米技术,纳米光电子,技术,研究
在以往的微电子技术中, 随着科学技术的不断进步与发展, 通过更多的理论研究研发出了新的领域。纳米技术将真空电子器件具有的电子输运的基本原理和微电子器件的相关技术相互融合, 同时融合了微细加工技术以及一些比较特殊的工艺, 最终成为了如今的新型技术。
一、纳米光电子的相关概念
如今的光电子技术由光电子集成逐渐向新兴的纳米光技术方向逐渐发展。并且纳米光电子在传统的半导体材料的基础上不断演变发展而来, 成为了新兴纳米电子学未来发展的新的趋势。纳米光电子主要是研究在所有纳米结构中各个电子以及光子存在的相互作用。将光电子以及纳米电子的相关技术相互结合共同组成了纳米光电子技术。传统的半导体硅并不具备发光的基本功能, 但是引进了纳米技术以后, 能够发出一种非常耀眼的光, 同时开设了一门新兴的纳米光电子。
二、纳米光电子技术的发展
新时代的纳米电子技术能够快速的制作各种单电子存储, 同时还可以制作一些非常精巧完美的微电子机械以及电机械系统。随着现代纳米技术的不断进步与发展, 集成电路也将成为一种比较先进的半导体器件, 并成为了未来发展的新方向。
如今的信息社会对于所有使用的集成电路具有的集成度的各种要求也逐渐增高, 这就导致人们不断突破尺寸具有的极限途径。在新的社会形势下, 纳米电子以及纳米电子光技术应运而生, 并成为了半导体科学以及各种工程研究的重要领先技术。光电子技术属于电子技术以及光电子技术的结合体。
二十世纪以后, 光电子技术逐渐发展, 并取得了一定的进步。将光电子技术以及纳米技术巧妙的相互融合最终形成了纳米光电子技术, 成为了未来电子技术不断发展的新领域。如今的二十一世纪, 也为光电子技术以及纳米光电子技术发展提供了新的机遇。
三、纳米光电子各个器件的具体分类
3.1 纳米光电技术探测器
如今的纳米光电技术探测器主要是利用纳米光电子的基本材料进而不断发展而来。这种微型的探测器主要由纳米丝以及各种纳米棒共同组成, 例如, 超高灵敏度红外探测器等。
3.2纳米发光器件
引进纳米光电子的相关技术并利用纳米光的基本材料, 利用纳米光刻技术, 最终研制出新兴的纳米发光器件。主要有利用纳米粒子等材料制作完成的一种硅发光二极管, 使用各种纳米尺寸制成的可以实现调谐的纳米发光二极管。
3.3纳米光子器件
纳米量子机构以及量子电路等各种集成技术都蕴含着非常深奥的研究内容。例如, 利用三维光电子自身的晶体天线, 还可以利用光子晶体技术二极管, 以及无损耗产生的光电波, 光开关等, 这些都属于先进的纳米光子器件, 在量子保密通信中的各种重要的关键器件, 都是利用纳米光子器件完成的。
3.4纳米显示器
纳米显示器主要包括碳纳米管显示器, 还有一种碳纳米发生显示器等。如今的纳米电子学还有纳米光子学以及先进的磁学微电子, 自身具有的极限线宽都是70nm, 这种先进的技术通过几十年的研究就完成了。为了能够在最短的时间内完成新兴的器件, 使用单原子具体的操作方式成为重要的研究方向, 并且, 利用这种先进的技术能够制成计算机, 并且能够有效的提升计算机自身的计算能力, 甚至可以提高上千倍, 但是需要使用的功率只有现在计算机的使用功率的百万分之一。如果使用先进的纳米磁学, 计算机具体的信息存储量甚至能够达到上千倍。使用纳米光电子能够提升通信带宽的上百倍。
另外, 除了以上介绍的各种器件, 还可以从广义上分析, 纳米器件还有分子电子器件, 这种器件无论是在材料上还是在使用的原理上都与上述的半导体量子器件存在较大的差异。
四、结束语
综上所述, 以往的各种科学技术为二十一世纪的高科技奠定了良好的基础, 并提供了有效的理论依据。虽然, 如今的纳米电子技术以及纳米光电子技术仍然处于初级发展阶段, 但是, 随着各种纳米技术的不断发展, 以往传统的集成技术早就已经无法适应时代发展的新需求, 这就需要纳米电子技术以及纳米光电子技术的不断发展, 不断满足社会时代发展变化的新的需求, 在新的社会形势下, 这种新兴的技术也终将会逐渐普及并改善人们的生产生活。
参考文献
[2]郭维康.固体纳米电子器件和分子器件.微纳电子技术, 2010;39 (4) :1一8.
[3]程开富.纳米电子l纳米光电子技术.飞通光电子技术, 2012;2 (2) :76一580.