納米技術(shù)及應(yīng)用課件

納米技術(shù)及應(yīng)用納米技術(shù)及應(yīng)用1一、納米與納米技術(shù)一、納米與納米技術(shù)21．納米納米（nanometer）——長度單位nano是十億分之一的意思1納米是1米的十億分之一，記作nm

1nm=1×10-9

m1．納米納米（nanometer）——長度單位1nm=32.納米技術(shù)(Nanotechnology)納米結(jié)構(gòu)：是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。納米技術(shù)是指在納米尺度的范圍內(nèi)，通過直接操縱和安排原子、分子來創(chuàng)造新物質(zhì)材料的技術(shù)。2.納米技術(shù)(Nanotechnology)納米結(jié)構(gòu)：是43.納米技術(shù)的提出提出納米技術(shù)

概念的科學(xué)家

費(fèi)曼

（1918~1988）

R.P.Feynman3.納米技術(shù)的提出提出納米技術(shù)

概念的科學(xué)家

費(fèi)曼

（1954.納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展直到放大倍率達(dá)千萬倍的掃描隧道顯微鏡（STM）發(fā)明后，納米技術(shù)才真正成為一門科技技術(shù)。從20世紀(jì)90年代初起，納米科技得到迅速發(fā)展，新名詞、新概念不斷涌現(xiàn)，像納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)等等。4.納米技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與發(fā)展直到放大倍率達(dá)千萬倍的掃描隧道顯微65．掃描隧道顯微鏡(STM)1981年，美國IBM公司設(shè)在瑞士蘇黎世的實(shí)驗(yàn)室里，物理學(xué)家葛·賓尼(G.Binnig)和羅·海雷爾(H.Rohrer)發(fā)明了一種前所未有的新式顯微鏡，他們稱其為“掃描隧道顯微鏡

(ScanningTunnelingMicroscope)”簡稱STM。

5．掃描隧道顯微鏡(STM)1981年，美國IBM公司設(shè)在瑞7賓尼希博士于1978年加入了IBM公司蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)物理研究小組。1987年時(shí)，賓尼希博士被提名為IBM公司的杰出研究人員（IBMFellow）。賓尼希博士于1978年加入了IBM公司蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)8羅雷爾博士（HeinrichRohrer）羅雷爾博士于1960年完成博士后研究之后，隨即加入IBM新成立的蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室，從事Kondo材料、反鐵磁體（antiferromagnets）以及其它方面的研究工作，接著便把研究重心轉(zhuǎn)向掃瞄式穿隧顯微鏡。1986年時(shí)，羅雷爾博士被提名為IBM公司的杰出研究人員（IBMFellow），并且在1986～1988年間擔(dān)任IBM公司蘇黎士研究實(shí)驗(yàn)室的物理科學(xué)部門經(jīng)理，羅雷爾博士于1997年7月從IBM公司退休。羅雷爾博士（HeinrichRohrer）9我國的納米先鋒為期十年的“納米科學(xué)攀登計(jì)劃”和一系列先進(jìn)材料的研究計(jì)劃是核心活動(dòng)。已投入經(jīng)費(fèi)約數(shù)千萬元人民幣。中科院納米科技項(xiàng)目

首席科學(xué)家白春禮院士我國的納米先鋒為期十年的“納米科學(xué)攀登計(jì)劃”和一系列先進(jìn)材料10（1）勢壘在兩塊導(dǎo)電物體之間夾一層絕緣體，若在兩個(gè)導(dǎo)體之間加上一定的電壓，通常是不會(huì)有電流從一個(gè)導(dǎo)體穿過絕緣層流向另一導(dǎo)體的，即：（1）勢壘在兩塊導(dǎo)電物體之間夾一層絕緣體，若在兩個(gè)導(dǎo)體之間加11（2）隧道效應(yīng)假如這層勢壘的厚度很窄只有幾個(gè)納米時(shí)，電子將穿過而不是越過這層勢壘，從而形成電流。（2）隧道效應(yīng)假如這層勢壘的厚度很窄只有幾個(gè)納米時(shí)，電子將12（3）STM的工作原理將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)兩者之間的距離足夠小時(shí)，在電場的作用下，電子會(huì)穿過電極間的絕緣層，形成“隧道電流”，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。STM工作時(shí)的特點(diǎn)利用針尖掃描樣品表面，通過隧道電流獲取圖像。（3）STM的工作原理將針尖和樣品表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)兩者13（4）STM的結(jié)構(gòu)STM主要由STM主體、電子反饋系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及高分辨圖象顯示終端組成。CSTM-9000（4）STM的結(jié)構(gòu)STM主要由STM主體、電子反饋系統(tǒng)、計(jì)14二、納米操縱技術(shù)二、納米操縱技術(shù)151、納米級(jí)微加工后的表面應(yīng)用隧道效應(yīng)，用STM可以人為操作表面中國科學(xué)院化學(xué)所用自己研制的掃描隧道顯微鏡，在石墨晶體表面刻寫出一幅中國地圖，并刻寫出“中國”兩個(gè)字。兩幅圖像和文字的線條寬度只有10納米。1、納米級(jí)微加工后的表面應(yīng)用隧道效應(yīng)，用STM可以人為操作16納米技術(shù)及應(yīng)用ppt課件17中科院化學(xué)所的科技人員利用納米技術(shù)在石墨表面通過搬遷碳原子繪制出世界上最小的中國地圖中科院化學(xué)所的科技人員利用納米技術(shù)在石墨表面通過搬遷碳原子繪182、移動(dòng)氙原子1990年4月，美國IBM公司的兩位科學(xué)家在用STM觀測金屬鎳表面的氙原子時(shí)，由探針和氙原子的運(yùn)動(dòng)受到啟示，嘗試用STM針尖移動(dòng)吸附在金屬鎳表面上的氙原子，得到下圖所示的情況。2、移動(dòng)氙原子1990年4月，美國IBM公司的兩位科學(xué)家在193、移動(dòng)硫原子1991年6月初，日本日立中心研究室的科技人員利用STM從二硫化鉬晶體表面上把硫原子有規(guī)律的轟擊出來，留下的空位則組成了英文“PEACE91”的字樣，并附有日立中心實(shí)驗(yàn)室的字頭縮寫。PEACE’91HCRL3、移動(dòng)硫原子1991年6月初，日本日立中心研究室的科技人員204、移動(dòng)鐵原子1993年，美國科學(xué)家在低溫下，用STM針尖將48個(gè)鐵原子排成一個(gè)圓環(huán)，并且直接觀察到了電子駐波的圖形而后，他們又成功地移動(dòng)鐵原子寫成了兩個(gè)漢字“原子”。4、移動(dòng)鐵原子1993年，美國科學(xué)家在低溫下，用STM針尖215、移動(dòng)一氧化碳分子1991年2月IBM公司用STM針尖移動(dòng)吸附在金屬鉑表面的一氧化碳分子，描繪出“一氧化碳人”，其身高為5納米。5、移動(dòng)一氧化碳分子1991年2月IBM公司用STM針尖移22應(yīng)用原子力顯微鏡等納米顯微術(shù)，將單個(gè)DNA鏈完整地拉直，再對(duì)分子鏈進(jìn)行切割、彎曲、修剪，終于“寫”出“DNA”三個(gè)字母應(yīng)用原子力顯微鏡等納米顯微術(shù)，將單個(gè)DNA鏈完整地拉直，再對(duì)23三、納米材料的奇異特性三、納米材料的奇異特性24各種納米材料的特性蓮花葉子表面

的自我潔凈各種納米材料的特性蓮花葉子表面

的自我潔凈25鵝毛和鴨毛的排列非常整齊，且毛與毛之間的隙縫極小，小到納米尺寸，所以水分子無法穿透層層的鵝毛和鴨毛。鵝毛和鴨毛的排列非常整齊，且毛與毛之間的隙縫極小，小到納米尺26不用洗滌劑的納米服裝2002年，一批高科技服裝面料從實(shí)驗(yàn)室走上了展臺(tái)：不用洗滌劑也能清潔的衣物、可用做防水地圖的仿真絲面料等相繼出現(xiàn)。不用洗滌劑的納米服裝2002年，一批高科技服裝面料從實(shí)驗(yàn)室走27具有易潔納米涂層的陶瓷具有易潔納米涂層的陶瓷28摔不碎的納米陶瓷納米陶瓷摔不碎的納米陶瓷納米陶瓷29強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅納米銅強(qiáng)度比常規(guī)銅高5倍納米銅納米銅30納米材料的應(yīng)用與展望電子和通訊 全媒體存儲(chǔ)器；平板顯示器；納米醫(yī)療 納米結(jié)構(gòu)藥物；微型機(jī)器人；化學(xué)和材料 納米催化劑；納米陶瓷；能源 新型電池；氫燃料安全存儲(chǔ)；制造工業(yè) 微細(xì)加工；微型機(jī)器；飛機(jī)和汽車 無須洗滌的油漆；不燃塑料；航天 輕型航天器；環(huán)境保護(hù) 納米膜；納米存儲(chǔ)器；開關(guān)；納米材料的應(yīng)用與展望電子和通訊 全媒體存儲(chǔ)器；平板顯示器；31未來的理想超級(jí)纖維

──碳納米管未來的理想超級(jí)纖維

──碳納米管32碳60和巴基球1985年，美國科學(xué)家克勞特和斯莫利等用激光束去轟擊石墨表面，意外地發(fā)現(xiàn)了C60。碳60和巴基球1985年，美國科學(xué)家克勞特和斯莫利等用激光束33碳納米管碳納米管，是指用納米技術(shù)將碳做成的細(xì)管C60C60C70金剛石石墨碳納米管碳納米管，是指用納米技術(shù)將碳做成的細(xì)管C6034納米技術(shù)發(fā)展的五個(gè)階段納米技術(shù)發(fā)展的五個(gè)階段35以研究分子機(jī)械而著稱的美國風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)宰貝克斯公司的一項(xiàng)預(yù)測認(rèn)為，納米技術(shù)的發(fā)展可能會(huì)經(jīng)歷以下五個(gè)階段：第一階段準(zhǔn)確地控制原子數(shù)量在100個(gè)以下的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。第二階段生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。第三階段大量制造復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)物質(zhì)。第四階段納米計(jì)算機(jī)的實(shí)