納米技術(shù)簡介

納米技術(shù)一、 納米技術(shù)的由來1959年12月，物理學(xué)家理查德?費(fèi)曼發(fā)表了名為“底部充足的空間”的演講，他的主題是“在微小等級操縱和控制事物的問題”。在這次演講中，費(fèi)曼不滿足于在針頭上刻字母的技術(shù)（這在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是非常前沿的技術(shù)了），他問：“我們?yōu)槭裁床荒馨颜镜陌倏迫珪鴮懺卺橆^上？”他給出了解決這個(gè)問題的答案：我們并不是盡量將字母變小去刻字，而是操縱針頭的原子本身去形成字母，納米技術(shù)被正式提出。1990年，首次出現(xiàn)了操縱原子“寫出”的字母，一共用了35個(gè)原子的英文字母“IBM”，實(shí)現(xiàn)了費(fèi)曼的設(shè)想。納米技術(shù)的設(shè)想出現(xiàn)以來，一直被定義為“明天的世界”，已經(jīng)有上百部科幻小說描述過它。但其實(shí)，納米技術(shù)的工業(yè)革命已經(jīng)悄悄興起，在一些領(lǐng)域已經(jīng)開始大顯身手了。那么，納米技術(shù)究竟有何不同，它將如何改變我們的世界？二、 納米技術(shù)的定義什么是納米技術(shù)？納米是長度單位，但是這個(gè)單位非常的小，只有一米的十億分之一。我們很難感受到1納米到底有多小，想象一下，一根頭發(fā)是75000納米，一條DNA雙鏈差不多是2納米寬。納米技術(shù)又叫毫微技術(shù)，是于1981年發(fā)明的用于研究結(jié)構(gòu)尺寸在1—100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。簡單來說，納米技術(shù)就是一種用單個(gè)原子、分子制造物質(zhì)的技術(shù)。當(dāng)前，納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要是在材料和制備、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)產(chǎn)品等方面。納米技術(shù)在治理有害氣體方面、污水處理方面.汽車等領(lǐng)域都有著很重要的應(yīng)用。所謂納米技術(shù)，就是在可控制的條件下，改變原子的連接結(jié)構(gòu)以創(chuàng)造一種新的分子。納米技術(shù)生產(chǎn)不同種類的納米級材料（由納米粒子組成），納米粒子結(jié)構(gòu)尺寸在1?100納米之間。20世紀(jì)初人們已開始用蒸發(fā)法制備金屬及其氧化物的納米粒子。20世紀(jì)中期人們探索機(jī)械粉碎法使物質(zhì)粒子細(xì)化，現(xiàn)在制備納米粒子的方法主要分為化學(xué)方法和物理方法兩大類。三、納米技術(shù)的獲得及成就物理方法一般是“自上而下”的，即通過物理的方法將比較大的物質(zhì)破壞成納米級，再將這些納米級的小單元轉(zhuǎn)化成適宜的納米粒子。物理法分為粉碎法和構(gòu)筑法，其中，粉碎法主要是采用研磨、壓碎等方式；構(gòu)筑法包括氣體蒸發(fā)法，混合等離子體法等。化學(xué)法主要是“自下而上”的方法，即通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)（包括液相、氣相和固相反應(yīng)），從分子、原子出發(fā)制備納米顆粒物質(zhì)?；瘜W(xué)合成法包括氣相反應(yīng)法和液相反應(yīng)法，其中比較常用的方法有：溶膠凝膠法、氧化還原法、氣相分解法、氣相合成法等。擴(kuò)展資料：多年來，中國納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究取得了引人注目的成就。目前，我國在納米材料學(xué)領(lǐng)域取得的成就高過世界上任何一個(gè)國家，充分證明了我國在納米技術(shù)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。納米效應(yīng)就是指納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時(shí)開始導(dǎo)電。這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點(diǎn)，以及其特有的三大效應(yīng):表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。對于固體粉末或纖維，當(dāng)其有一維尺寸小于100nm，即達(dá)到納米尺寸，即可稱為所謂納米材料，對于理想球狀顆粒，當(dāng)比表面積大于60m7g時(shí)，其直徑將小于100nm，達(dá)到納米尺寸。四、納米技術(shù)的應(yīng)用納米技術(shù)在治理有害氣體方面、污水處理方面.汽車等領(lǐng)域都有著很重要的應(yīng)用1、 治理有害氣體工業(yè)生產(chǎn)中使用的汽油、柴油以及作為汽車燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生二氧化硫氣體，這是二氧化硫最大的污染源，所以石油提煉中有一道脫硫工藝以降低其硫的含量。納米鈦酸鉆(CoTiO,)是一種非常好的室友脫硫催化劑，經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01%，達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。2、 污水處理方面污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細(xì)菌病毒等。污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。新的一種納米技術(shù)可以將污水中的貴金屬如金、釘、鈀、鉑等安全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10?20倍。3、 汽車領(lǐng)域的應(yīng)用汽車制造中應(yīng)用的塑料數(shù)量將越來越多。納米塑料可以改變傳統(tǒng)塑料的特性，呈現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能：強(qiáng)度高，耐熱性強(qiáng)，比重更小。由于納米粒子尺寸小于可見光的波長，納米塑料可以顯示出良好的透明度和較高的光澤度，這樣的納米塑料在汽車上將有廣泛的用途。經(jīng)過納米技術(shù)處理的部分材料耐磨性更是黃銅的27倍、鋼鐵的7倍。除此之外，納米塑料除了可回收外，還有長期耐紫外線、色澤穩(wěn)定、質(zhì)量較輕等優(yōu)點(diǎn)，在汽車配件中的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。在汽車外裝件中，主要用于保險(xiǎn)杠、散熱器、底盤、車身外板、車輪護(hù)罩、活動(dòng)車頂及其它保護(hù)膠條、擋風(fēng)膠條等。在內(nèi)飾件中，主要用于儀表板和內(nèi)飾板、安全氣囊材料等。相關(guān)業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，在未來的20年內(nèi)，納米塑料將大量取代現(xiàn)有的車用塑料制品，有相當(dāng)大的市場潛力。納米技術(shù)在生活中的應(yīng)用體現(xiàn)在衣食住行。4、衣在紡織和化纖制品中添加納米微粒，可以除味殺菌。化纖布雖然結(jié)實(shí)，但有煩人的靜電現(xiàn)象，加入少量金屬納米微粒就可消除靜電現(xiàn)象。5、食利用納米材料，冰箱可以抗菌。納米材料做的無菌餐具、無菌食品包裝用品已經(jīng)面世。利用納米粉末，可以使廢水徹底變清水，完全達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。納米食品色香味俱全，還有益健康。6、住納米技術(shù)的運(yùn)用，使墻面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，根本不用擦洗。含有納米微粒的建筑材料，還可以吸收對人體有害的紫外線。7、行納米材料可以提高和改進(jìn)交通工具的性能指標(biāo)。納米陶瓷有望成為汽車、輪船、飛機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)部件的理想材料，能大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、工作壽命和可靠性。納米衛(wèi)星可以隨時(shí)向駕駛?cè)藛T提供交通信息，幫助其安全駕駛。擴(kuò)展資料:納米材料是80年代中期發(fā)展起來的新型材料，它比負(fù)氧離子先進(jìn)50年。由于納米微粒(1-100nm)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使其產(chǎn)生了小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，從而使納米材料表現(xiàn)出光、電、熱、磁、吸收、反射、吸附、催化以及生物活性等特殊功能。納米材料具有許多獨(dú)特功能，而且用量少，但卻賦予材料意想不到的高性能，附加值甚高。納米復(fù)合高分子材料、納米抗菌、保鮮、除臭材料等等，由于納米材料的尺寸小，比血液中的紅血球小一千多倍，比細(xì)菌小幾十倍，氣體通過其擴(kuò)散的速度比常規(guī)材料快幾千倍。納米顆粒與生物細(xì)胞膜的化物作用很強(qiáng)，極易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。多年來，中國納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究取得了引人注目的成就。目前，我國在納米材料學(xué)領(lǐng)域取得的成就高過世界上任何一個(gè)國家，充分證明了我國在納米技術(shù)領(lǐng)域占有舉足輕重的地位。納米效應(yīng)就是指納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時(shí)開始導(dǎo)電。這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點(diǎn)，以及其特有的三大效應(yīng):表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。對于固體粉末或纖維，當(dāng)其有一維尺寸小于100nm，即達(dá)到納米尺寸，即可稱為所謂納米材料，對于理想球狀顆粒，當(dāng)比表面積大于60m7g時(shí)，其直徑將小于100nm，達(dá)到納米尺寸。納米粒子不同凡響的特性宏觀技術(shù)將大的物質(zhì)塊以相對粗糙和近似的模式排列以建造微芯片、運(yùn)動(dòng)汽車、橡木餐桌和摩天大樓。而納米技術(shù)則能夠操縱單個(gè)原子，使人類技術(shù)提升到新的層面。納米粒子最重要的不是它的尺寸特別小，而是在納米級下，物質(zhì)的性質(zhì)會(huì)有很大的不同。因?yàn)槲覀兠鎸Φ氖菃蝹€(gè)的原子或分子而不是成團(tuán)的物質(zhì)，在這里，量子效應(yīng)成了最重要的影響因素。對于宏觀物質(zhì)來說，不管形狀、大小如何，物質(zhì)的性質(zhì)不會(huì)改變，但是對于納米級物質(zhì)來說，面積體積比、相對尺寸改變，物質(zhì)的性質(zhì)也會(huì)改變。舉個(gè)例子，納米粒子通常會(huì)有意想不到的光學(xué)性質(zhì)，因?yàn)榧{米粒子可以限制它們的電子并產(chǎn)生量子效應(yīng)，比如黃金的納米粒子在溶液中就會(huì)呈現(xiàn)紫紅色。納米粒子可以形成懸浮液，這是因?yàn)轭w粒表面與溶劑的相互作用強(qiáng)到足以克服密度差異；如果是非納米材料，這種相互作用通常會(huì)導(dǎo)致材料下沉或漂在液體中。納米粒子中不均勻的電子分布會(huì)導(dǎo)致磁性，磁性納米粒子引起了不同學(xué)科研究人員的興趣。納米粒子獨(dú)特的機(jī)械性也在許多重要領(lǐng)域得到了應(yīng)用，這些機(jī)械性能包括彈性模量、硬度、應(yīng)力和應(yīng)變、粘附力和摩擦力等。通過在分子水平上改變事物的大小和形狀，科學(xué)家們能夠依據(jù)特定目的來定制納米粒子的性質(zhì)。例如，“納米線”的直徑僅為1納米，因此限制了電子在其寬度上的流動(dòng)，納米線的電導(dǎo)率可以被精確地控制?！傲孔狱c(diǎn)”的厚度為1原子，直徑為50原子，直徑的大小可做調(diào)整控制。因?yàn)樗奈锢硇螤?，量子點(diǎn)可將紫外線轉(zhuǎn)化成特定頻率的可見光，并且發(fā)出光的頻率會(huì)隨著量子點(diǎn)的尺寸改變而變化。納米管是由一層1原子厚的碳卷成的一個(gè)圓柱體。不同的角度卷圓管，達(dá)到不同的直徑，可以改變其機(jī)械、電氣、熱學(xué)和光學(xué)性質(zhì)。在目前發(fā)現(xiàn)的所有材料中，這種結(jié)構(gòu)意味著這些管材具有最高的抗拉強(qiáng)度，比鋼材強(qiáng)了100多倍。納米技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入日常生活現(xiàn)在人類已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)人人都使用、需要納米技術(shù)的時(shí)代。許多早期科幻小說中所描述的納米技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，只不過是以我們不易察覺的方式，比如它是智能手機(jī)或者其他各種設(shè)備的組件材料，但是我們并不知道這些是建立在納米技術(shù)上的。納米技術(shù)已經(jīng)悄然滲透到了我們生活的各個(gè)方面，成為我們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?。如今，從防曬霜、衣服、汽車、太陽鏡到電腦和顯示屏，納米技術(shù)的應(yīng)用無處不在，哪怕是在最日常的生活中。比如，防曬霜通常含有二氧化鈦（TO2）和氧化鋅（ZnO）的納米顆粒，兩者都是高度紫外線吸收劑。有些衣服中也添加二氧化鈦和氧化鋅來抵御紫外線，同時(shí)在衣服中添加二氧化硅納米粒子用于防水，銀納米粒子用于抗菌。2016年，中國研究者還利用相同的原理制成了一種布，這種布并不是阻斷紫外線，而是吸收紫外線并將它轉(zhuǎn)化為電能。同樣地，加州大學(xué)的研究者發(fā)明了一種隱形的布，這種布使用黃金納米粒子來使物體周圍的光重新分布，達(dá)到隱形的效果。隨著我們對納米工程更加深入了解，納米技術(shù)將對我們生產(chǎn)的東西有更多的影響。例如，我們正在拓寬納米管的應(yīng)用。納米管和量子點(diǎn)一樣，目前科學(xué)家正在深入探索它在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，不僅僅是在診斷和藥物輸送方面，而且還因?yàn)樗鼈兛梢杂米鳌凹{米海綿”。納米管在人體內(nèi)會(huì)被很快地自然排出，因此，當(dāng)用作納米海綿時(shí)，它會(huì)附著血液中的毒素，將毒素帶出體外。類似地，研究人員也在探索納米管清理溢油和凈化水，納米管與污染物結(jié)合，然后使用專門針對其納米結(jié)構(gòu)定制的過濾器進(jìn)行去除。納米技術(shù)未來的發(fā)展趨勢將會(huì)包括：納米機(jī)器人、納米傳感器、癌癥研究、遺傳療法和醫(yī)學(xué)、疏水材料、食品和農(nóng)業(yè)等。由于納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強(qiáng)度及較強(qiáng)的韌性，可用于制造刀具、包裝和食品機(jī)械的密封環(huán)、軸承等以提高其耐磨性和耐蝕性，也可用于制作輸送機(jī)械和沸騰干燥床關(guān)鍵部件的表面涂層。日本東京已有人在實(shí)驗(yàn)室研制成功自潔玻璃和自潔瓷磚。其表面有一層薄納米TiO2,在光的照射下，任何粘污在表面上的物質(zhì)，包括油污、細(xì)菌，由于納米TiO2的催化作用，使這些碳?xì)浠衔镞M(jìn)一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質(zhì)。TiO2可用于制作包裝容器、食品機(jī)械的箱體和生產(chǎn)車間等。德國一研究所以納米硅基陶瓷制成的特種不污染耐磨透明涂料，涂在玻璃、塑料等物體上，具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能?？捎糜诎b和食品機(jī)械上與食品直接接觸的零部件的表面涂層。納米SiC、Si3N4在較寬的波長范圍內(nèi)對紅外線有較強(qiáng)的吸收，可用作紅外吸波和透波材料，做成材料性薄膜或纖維。納米Si3N4非晶塊具有從黃光到近紅外光的選擇性吸收，也可用于特殊窗口材料。以納米SiO2做成的光纖對600nm以上波長光的傳輸損耗小于10dB/km，以納米SiO2和納米TiO2制成的微米做厚的多層干涉膜，透光性好而反射紅外線能力強(qiáng)，與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝啾?，可?jié)省15%的電能。這些特性可用在食品機(jī)械的紅外干燥和紅外殺菌設(shè)備上。經(jīng)研究證明，將30?40nm的TiO2分散到樹脂中制成薄膜，成為對400nm波長以下的光有強(qiáng)烈吸收能力的紫外線吸收材料，可作為食品殺菌袋和保鮮袋最佳原料。納米SiO2光催化降解有機(jī)物水處理技術(shù)無二次污染，除凈度高，其優(yōu)點(diǎn)是：具有巨大的比表面積，可將有機(jī)物最大限度地吸附在其表面；具有更強(qiáng)的紫外線吸收能力，因而具有更強(qiáng)的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機(jī)物分解掉。這對污水處理量較大的食品企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持。介孔固體和介孔復(fù)合體是近年來納米材料科學(xué)領(lǐng)域引人注目的研究對象，由于這種材料較高的孔隙率(孔洞尺寸為2_50nm)和較高的比表面，因而在吸附、過濾和催化等方面有重要的應(yīng)用前景。對純凈水、軟飲料等膜過濾和殺菌設(shè)備又提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。食品機(jī)械工作環(huán)境惡劣，對潤滑劑要求較高，而通常潤滑劑易損耗、易污染環(huán)境。磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，因此不會(huì)損壞軸承，而基液亦可用潤滑油，只要采用合適的磁場就可以將磁性潤滑油約束在所需的部位，保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。納米磁致冷工質(zhì)。磁致冷發(fā)展的趨勢是由低溫向高溫發(fā)展，構(gòu)成磁性的納米團(tuán)簇，當(dāng)溫度大于15K時(shí)，其磁熵變高于GGG(Gd3Ga5012) ，成為15_30K溫區(qū)最佳的磁致冷工質(zhì)。1997年，美國利用自旋系統(tǒng)磁熵變的致冷方式，研制成Cd為磁致冷工質(zhì)的磁致冷機(jī)。它與通常的壓縮氣體式致冷方式相比較，具有效率高、功耗低、噪聲小、體積小、無污染等優(yōu)點(diǎn)。這為食品冷凍和冷藏設(shè)備又開辟了新的途徑。橡膠和塑料是包裝和食品機(jī)械應(yīng)用較多的原材料。但通常的橡膠是靠加入炭黑來提高其強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性的，制品為黑色，不適宜用在食品機(jī)械上。納米材料的問世使這一問題迎刃而解。新的納米改性橡膠各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用壽命長達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。普通塑料產(chǎn)量大、應(yīng)用廣、價(jià)格低,但性能遜于工程塑料。而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價(jià)格高，限制了其在包裝和食品機(jī)械上的大范圍應(yīng)用。用納米材料對普通塑料聚丙烯進(jìn)行改性，達(dá)到工程塑料尼龍的性能指標(biāo)，且工藝性能好、成本低，可大量采用。以上僅在幾個(gè)方面的列舉已充分顯示出納米技術(shù)舉足輕重的地位。相信在技術(shù)人員的努力探索和開發(fā)下，納米的明天將更加燦爛奪目。納米技術(shù)就在我們身邊，納米技術(shù)能夠使蔬菜保鮮期更長。有一種叫做“碳納米管”的神奇材料，比鋼鐵結(jié)實(shí)百倍，而且非常輕，將來我們可能坐上“碳納米管天梯”到太空旅行。在最先進(jìn)的隱形戰(zhàn)機(jī)上，用到一種納米吸波材料，能夠把深測雷達(dá)波收掉，所以雷達(dá)根本看不見它。服裝,家電,日用品中都有，服裝采用納米技術(shù)可以改善布料的性能，比如防水，保暖，透氣性能都好于平常布料.家