納米科技簡介

初二物理陳瑋清科技與未來TechnologyandFuture1精選完整ppt課件2精選完整ppt課件尤瓦爾·赫拉利（YuvalHarari），1976年生，牛津大學歷史學博士，現(xiàn)為耶路撒冷希伯來大學的歷史系教授，青年怪才，全球矚目的新銳歷史學家。2014年，一位年輕的以色列歷史學家尤瓦爾赫拉利寫了一部叫做《人類簡史》的書。這本書一經(jīng)上市就登上以色列暢銷書排行榜第一名，引發(fā)30個國家爭相購買版權，該書簡體中文版出版后，同樣備受關注，榮登各大圖書暢銷榜。這本被稱作奇書的《人類簡史》以其宏大的歷史視角和獨到的觀點，顛覆了人們對人類歷史的認知。他認為人類祖先智人之所以能夠崛起統(tǒng)治地球，是因為其擁有強大的虛構能力，人類現(xiàn)存的一切——國家、宗教、企業(yè)等都是虛構出來的現(xiàn)實，是一種基于想象的共同體。正因為有了這樣的共同認知，人類才能夠有效協(xié)作，形成更大規(guī)模的全球性連接。3精選完整ppt課件人類未來面臨的新議題如果說《人類簡史》是關于我們從哪里來，那么《未來簡史》就是關于我們人類的未來命運。赫拉利提出，幾千年來，人類面臨著三大重要的生存課題——饑荒、瘟疫和戰(zhàn)爭。

戰(zhàn)爭正在消失，過去主要的財富來源是物質資產，像是金礦、麥田、油井，而現(xiàn)在的主要財富來源則是知識。發(fā)動戰(zhàn)爭雖然能搶下油田，卻無法霸占知識。因此，隨著知識成為最重要的經(jīng)濟資源，戰(zhàn)爭能帶來的獲利便會下降。那么，新世紀，人類面臨的重大議題是什么？不知滿足的人類下一個努力目標將是什么——長生不死、幸福快樂和化身為神。4精選完整ppt課件第二次認知革命：從智人到神人赫拉利提出的這三個新議題的實現(xiàn)基礎，來源于近年來人工智能和生物基因技術領域獲得的成就。在作者看來，今天克服死亡只是技術問題，既然是技術問題就能找到解決方案。5精選完整ppt課件未來掌握在少數(shù)精英手中

按照赫拉利的觀點，隨著人工智能的發(fā)展，人會變得慢慢放棄決策權。計算機與我們的關系，大概分三步走：第一步，算法相當于我們身邊的先知，你有什么問題問它下，但決策權在你手里。第二步，算法相當于是我們的代理人，它告訴你一個大的方向和原則，它去執(zhí)行，執(zhí)行中的一些小的決策，它自己說了算。第三步，算法成了我們的君主，你索性什么都聽它的。

當然，還有一種人是不受算法控制的人，他們就是控制算法的精英。算法不能理解這些精英，也不知道他們有什么需求，這些人才是世界的主人，做最重要決策的人。普通人聽算法的，算法聽他們的。而這些精英，就已經(jīng)不是普通的“智人”，而是掌控了算法，并通過生物技術戰(zhàn)勝了死亡、獲得幸福快樂的——“神人”。他們才是未來世界的主宰者，是人類進化而成的新物種。6精選完整ppt課件納米科技進展7精選完整ppt課件納米科技進展納米科技1納米材料及其特性2納米科技應用3納米科技帶來的負面影響48精選完整ppt課件在工業(yè)革命以前，大部分人類生產、科研不需要用到毫米，說明了我們對這個世界認知的粗淺。以蒸汽機等機械發(fā)明為主要標志的第一次工業(yè)革命，將人類認知推向毫米層次。第二次工業(yè)革命，發(fā)明了電，從機械時代進入微電子時代，毫米不夠用了，毫米的千分之一———微米誕生了。隨著科學技術的發(fā)展，微米層次的局限越來越明顯，只有進入另一個層次———納米層次，才會有更大的突破。我國著名科學家錢學森曾指出，納米技術是下一階段科技發(fā)展的一個重點，會是一次技術革命，從而將引起21世紀又一次產業(yè)革命。

納米科技科技的進步向微觀的方向發(fā)展9精選完整ppt課件納米

1nm=10-9m，即1毫微米，十億分之一米，納米微粒的尺度一般定義為10-7—10-10m內（0.1—100nm）；相當于人發(fā)直徑的1/10萬。形象地講，一納米的物體放到乒乓球上，就像一個乒乓球放在地球上一般。這就是納米長度的概念。它很可能成為本世紀的主導技術。美國科學技術委員會則把啟動納米技術的計劃看作是下一次的工業(yè)革命的核心。納米科技10精選完整ppt課件定義：

納米科技是指在納米尺度(1nm到l00nm之間)上研究物質(包括原子、分子的操縱)的特性和相互作用，以及利用這些特性的科學和技術。納米科技的最終目標是直接以原子、分子及物質在納米尺度上表現(xiàn)出來的新穎的物理、化學和生物學特性制造出具有特定功能的產品。納米科技11精選完整ppt課件性質：

納米技術是一個嶄新的高科技學科群，它包含納米電子學、納米物理學、納米材料學、納米機械學、納米生物學、納米測量學、納米工藝學等，是一門基礎研究與應用探索相互融合的新興科學技術。

隨著納米科技的發(fā)展，人們越來越認識到，納米科技在諸多領域有著良好的應用前景，它將對人類產生深遠的影響。納米科技12精選完整ppt課件1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼預言，人類可以用小的機器制做更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產品，這是關于納米技術最早的夢想。20世紀70年代，科學家開始從不同角度提出有關納米科技的構想，1974年，科學家唐尼古奇最早使用納米技術一詞描述精密機械加工。1982年，科學家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡，揭示了一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產生了積極的促進作用。

1990年在美國巴爾的摩召開了第一屆國際納米科學技術會議，并正式創(chuàng)辦了《納米技術》雜志，標志著納米科學的誕生。納米科技發(fā)展歷程13精選完整ppt課件1991年，碳納米管被發(fā)現(xiàn)，它的質量只有同體積鋼的六分之一，強度卻是鋼的十倍。1992年開始，兩年一屆的世界納米材料會議分別在墨西哥、德國、美國夏威夷、瑞典舉行。1993年，繼1989年美國斯坦福大學搬走原子團“寫”下斯坦福大學英文名字、1990年美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“IBM”之后，中科院物理所操縱原子成功寫出“中國”二字。1997年，美國科學家首次成功地用單電子移動單電子，利用這種技術可望在20年后研制成功速度和存儲容量比現(xiàn)有計算機提高成千上萬倍的量子計算機。1999年，巴西和美國科學家發(fā)明了世界上最小的“秤”，可稱量十億分之一克的物體，相當于一個病毒的重量；此后不久，德國科學家研制出能稱量單個原子重量的“秤”。納米科技發(fā)展歷程14精選完整ppt課件1993年后，我國科學家先后操縱原子寫出“中國”、繪出中國輪廓圖。納米存儲器納米軸承納米齒輪15精選完整ppt課件納米材料，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關于微觀和宏觀的觀點看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)。它具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應，庫侖阻塞效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。納米材料及其性質16精選完整ppt課件①表面效應納米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子或分子所占的比例非常大。并隨納米粒子尺寸的減小而急劇增大。表面原子數(shù)的增加導致了性質的急劇變化。這種表面原子數(shù)隨納米粒子尺寸減小而急劇增大后引起的性質上的顯著變化稱為表面效應。從化學角度來看，表面原子所處的鍵合狀態(tài)或鍵合環(huán)境與內部原子有很大的差異，常常處于不飽和狀態(tài)，導致納米材料具有極高的表面活性，易與其它原子結合。納米顆粒表現(xiàn)出來的高催化活性和高反應性。納米材料及其性質17精選完整ppt課件粒徑在10nm以下，將迅速增加表面原子的比例。當粒徑降到1nm時，表面原子數(shù)比例達到約90%以上，原子幾乎全部集中到納米粒子的表面。①表面效應納米金屬顆?？勺龉腆w火箭燃料18精選完整ppt課件②小尺寸效應

（1）特殊的光學性質：當金屬被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在納米顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，由此可見，金屬納米顆粒對光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮堋㈦娔?。此外又有可能應用于紅外敏感組件、紅外隱身技術等。

納米材料及其性質19精選完整ppt課件吸波：納米ZnO對雷達電磁波具有很強的吸收能力，所以可以做隱形飛機的重要涂料。20精選完整ppt課件（2）特殊的熱學性質：

固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064℃，當顆粒尺寸減小到10納米尺寸時，則降低270℃；銀的常規(guī)熔點為96O℃，而超微銀顆粒的熔點可低于100℃。

納米材料及其性質21精選完整ppt課件

（3）特殊的磁學性質：

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菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。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，而當顆粒尺寸減小到20nm以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6nm時，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。納米材料及其性質22精選完整ppt課件宇航員頭盔的密封是納米磁性材料的

最早重要應用之一----磁性液體23精選完整ppt課件（4）特殊的力學性質：

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。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬一陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。（5）小尺寸效應還表現(xiàn)在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等方面。

納米材料及其性質24精選完整ppt課件納米碳管既輕又強度極高，是鋼的10—100倍，用它來作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來疊去，又能抵御強大的子彈的沖擊力。納米銅具納米陶瓷目前唯一可作為太空云梯的理想材料。25精選完整ppt課件③宏觀量子隧道效應

（1）量子尺寸效應:介于原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒會呈現(xiàn)出反常的特性，稱之為量子尺寸效應，如導電金屬超微顆?？梢宰兂山^緣體，光譜線會產生向短波長方向移動；

（2）宏觀量子隧道效應：超微顆粒的一些物理量會顯示出隧道效應，稱為宏觀量子隧道效應，如電路尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法工作。納米材料及其性質26精選完整ppt課件27精選完整ppt課件③庫侖阻塞效應

庫侖阻塞效應是20世紀80年代所發(fā)現(xiàn)的極其重要的物理現(xiàn)象之一。體系電荷是“量子化”的，即充電和放電過程是不連續(xù)的，充入一個電子所需能量為Ec=e2/2C?？梢?體系越小，C越小，Ec就越大，我們稱Ec為庫侖阻塞能。庫侖阻塞能是前一個電子對后一個電子的庫侖排斥能，這就導致對一個小體系的充放電過程，電子不能集體傳輸，而是一個一個單電子的傳輸，通常把小體系的這種單電子輸運行為稱為庫侖阻塞效應。納米材料及其性質28精選完整ppt課件單電子器件單電子器件是基于庫侖阻塞效應和單電子隧道效應的基本原理，而產生的一種新型的納米電子器件。單電子器件包括單電子晶體管和電電子存儲器。單電子晶體管比較普通，也比較重要。它在未來的微電子學和納米電子學領域將占重要的地位。單電子晶體管的特點：（1）功耗低，靈敏度高，易于集成等；（2）高頻高速工作，由于隧穿機制為一高速過程，同時單電子晶體管具有極小的電容，故工作速度非?？?；（3）功耗非常小，因其運輸過程是單電子性的，所以電流和功耗非常低；（4）適用于多值邏輯，由于單電子晶體管的I-V特性為臺階狀，不同電壓對應多個穩(wěn)定的電流值，故適宜用作多值邏輯。

納米材料及其性質29精選完整ppt課件在催化方面的應用作為光學材料的應用磁性材料應用在醫(yī)學、生物工程方面的應用復合材料的應用能源其他納米科技應用30精選完整ppt課件

超微粒的表面有效活性中心多，這就為做催化劑提供了基本條件。在高分子聚合物的氫化和脫氧反應中，納米銅粉催化劑有很高的活性和選擇性；在汽車尾氣凈化處理的過程中，納米銅粉作為催化劑可以用來部分代替貴金屬鉑和銠。

催化方面應用31精選完整ppt課件催化方面應用納米TiO2：在光照條件下，會產生具有非常強的氧化能力的空穴，從而將附在表面上的有機物、細菌及其它灰塵分解掉，直至生成CO2和H2O。殺菌、除味：由于納米ZnO具有大的比表面積，可以很快地吸收并分解臭氣，同時還能有效地殺菌。對黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率高達95%以上32精選完整ppt課件催化方面應用33精選完整ppt課件

納米技術的發(fā)展，使微電子和光電子的結合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術用于現(xiàn)有雷達信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達放到衛(wèi)星上進行高精度的對地偵察。

光學材料應用34精選完整ppt課件光學材料應用光敏器件：把光信號轉換成電信號，是光電測量中的一個基本器件。種類：光電管、光開光、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等用途：檢測、自動控制和通信等領域獲得了廣泛的應用35精選完整ppt課件2001年，楊培東研究小組利用高晶化質量的ZnO納米陣列制成了室溫下的納米激光器。光學材料應用36精選完整ppt課件光學材料應用太陽能電池板只有拇指大小

家庭使用太陽能電池37精選完整ppt課件磁性材料應用美國前總統(tǒng)克林頓二000年七月

向國會提交的美國國家納米技術啟動計劃

(NationalNanotechnologyInitiative)

其中將

電腦硬盤磁頭的巨磁電阻讀傳感器

(GMRReadSensor)

作為納米科技在信息存儲技術中的

第一個應用實例38精選完整ppt課件磁性材料應用GMR磁頭不僅在厚度上，而且在長度上

都在100納米以內

39精選完整ppt課件磁性材料應用二十一世紀以來利用模板生長一維磁性納米絲的研究很活躍材料包括單一金屬，合金，化合物，多層材料，復合材料等等，應用目標也從存儲介質到細胞分離多種多樣。40精選完整ppt課件1993年理論表明

納米級的軟磁和硬磁顆粒復合

將綜合軟磁Ms高，硬磁Hc高的優(yōu)點

獲得磁能級比現(xiàn)有最好NdFeB高一倍的

新型納米硬磁材料磁性材料應用41精選完整ppt課件人類大腦中平均含有20微克（約500萬粒）的磁性納米粒子。磁性材料應用與進化，成長，某些腦功能的關系？蜜蜂腹部的磁性納米顆粒，G代表磁性顆粒。

對地磁場的準確定位，磁偏角和磁傾角？42精選完整ppt課件醫(yī)學、生物工程方面應用美國麻省理工學院的研究人員正在研究一種只有20nm的藥物炸彈和包含了1000個納米藥包的微型芯片。在固定的DNA鏈上連接上殺癌的藥物膠囊，放到病人血液和組織內，一遇上癌細胞的DNA時，DNA鏈就與癌細胞的DNA結合，這時藥物開關受觸發(fā)而開放，藥物便釋放出來，殺滅癌細胞。43精選完整ppt課件醫(yī)學、生物工程方面應用瑞典科學家制作的微型醫(yī)用機器人，可移動并撿起肉眼看不見的玻璃珠。用這種微型機器手將果蠅的染色體基因進行信號移動，培育出的果蠅多長了一個胸脯和翅膀，甚至把果蠅的眼睛和翅膀挪位。果蠅：遺傳學和分子發(fā)育生物學的國王

圖中左側為雌性，右側為雄性44精選完整ppt課件納米材料在復合材料的制各方面也有廣泛的應用。例如把金屬的納米顆粒放入常規(guī)陶瓷中可大大改善材料的力學性能，將金屬超微粒摻入合成纖維中可防止帶靜電，在塑料中摻入金屬超微?？刹桓淖兤鋸姸榷刂破潆姶判再|等。超微粒也有可能作為梯度功能材料的原材料，例如，材料的耐高溫表面為陶瓷，與冷卻系統(tǒng)相接觸的一面為導熱性好的金屬，其間為陶瓷和金屬的復合體，使其間的成分緩慢連續(xù)地發(fā)生變化，這種材料可用于溫差達1000℃的航天飛機隔熱材料，核聚變反應堆的結構材料等。復合材料應用45精選完整ppt課件具有特殊浸潤性(超疏水／超親水)的二元協(xié)同納米界面材料的構筑復合材料應用中國國家大劇院：自清潔玻璃荷葉出污泥而不染

46精選完整ppt課件能源方面應用碳納米管是直徑非常細的中空管狀納米材料，它能夠大量地吸附氫氣，成為許多個“納米鋼瓶”。研究表明，約2/3的氫氣能夠在常溫常壓下從碳納米管中釋放出來。據(jù)預測，到2010年，就可以生產出氫氣汽車，只需攜帶1.5升左右的儲氫納米碳管，即可行駛500km。儲氫47精選完整ppt課件能源方面應用燃料電池應用48精選完整ppt課件燃料電池應用能源方面應用49精選完整ppt課件其他應用：原子操控STMAFM50精選完整ppt課件其他應用：納米機械51精選完整ppt課件其他應用：場發(fā)射平面顯示器場發(fā)射器件ElectronemittingmaterialElectricalcontactsCathodeglassplatespacerelectronsAnodeglassplatelightLuminescentphosphordotsElectricalcontactsA場發(fā)射顯示器具有適用溫度范圍寬、重量輕、功耗小、顯像方具有高亮度、分辨率高、色再現(xiàn)性好、對比度強、響應速度快、電磁輻射極微等諸多特點，因而成為未來極具競爭力的顯示器技術之一。

52精選完整ppt課件其他應用：場發(fā)射平面