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国家纳米科学中心建设项目通过验收
9月25日,国家纳米科学中心建设项目顺利通过由国家发改委委托中科院和教育部组织的验收。建设国家纳米科学中心是国务院为强化科技前沿布局,抢占未来产业发展制高点做出的战略部署。按照
科学家发明交流纳米发电机
科学家发明交流纳米发电机
纳米科技(英文:Nanotechnology)是一门应用科学,其目的在于研究于纳米尺寸时,物质和设备的设计方法、组成、特性以及应用。纳米科技是许多如生物、物理、化学等科学领域在技术上的次级分类,美国的国家纳米科技启动计划(National Nanotechnology Initiative)将其定义为“1至100纳米尺寸间的物体,其中能有重大应用的独特现象的了解与操纵。”
纳米科技是尖端科技,却早就存在身旁。举例来说,荷叶表面的细致结构和粗糙度大小都在纳米尺度的范围内,所以不易吸附污泥灰尘。这种荷叶表面纳米化结构,自我清洁的物理现象,就被称作荷叶效应(lotus effect)。
纳米科技是学习纳米尺度下的现象以及物质的掌控,尤其是现存科技在纳米时的延伸。纳米科技的世界为原子、分子、高分子、量子点和高分子集合,并且被表面效应所掌控,如范德瓦耳斯力、氢键、电荷、离子键、共价键、疏水性、亲水性和量子穿隧效应等,而惯性和湍流等巨观效应则小得可以被忽略掉。举个例子,当表面积对体积的比例剧烈地增大时,开起了如催化学等以表面为主的科学新的可能性。
微小性的持续探究以使得新的工具诞生,如原子力显微镜和扫描隧道显微镜等。结合如电子束微影之类的精确程序,这些设备将使我们可以精密地运作并生成纳米结构。纳米材质,不论是由上至下制成(将块材缩至纳米尺度,主要方法是从块材开始通过切割、蚀刻、研磨等办法得到尽可能小的形状(比如超精度加工,难度在于得到的微小结构必须精确)。
或由下至上制成(由一颗颗原子或分子来组成较大的结构,主要办法有化学合成,自组装(self assembly)和定点组装(positional assembly)。难度在于宏观上要达到高效稳定的质量,都不只是进一步的微小化而已。物体内电子的能量量子化也开始对材质的性质有影响,称为量子尺度效应,描述物质内电子在尺度剧减后的物理性质。
这一效应不是因为尺度由巨观变成微观而产生的,但它确实在纳米尺度时占了很重要的地位。物质在纳米尺度时,会和它们在巨观时有很大的不同,例如:不透明的物质会变成透明的(铜)、惰性的物质变成可以当催化剂(铂)、稳定的物质变得易燃(铝)、固体在室温下变成了液体(金)、绝缘体变成了导体(硅)。
纳米科技的神奇来自于其在纳米尺度下所拥有的量子和表面现象,并因此可能可以有许多重要的应用和制造许多有趣的材质。
纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。
纳米科学技术是在0.1nm~100nm尺度空间内,研究电子,原子和分子运动规律与特性的高技术学科。纳米科学技术涵盖纳米物理学,纳米电子学,纳米材料学,纳米机械学,纳米制造学,纳米显微学,纳米计量学,纳米化学,纳米生物学,纳米医学。纳米科学技术是现代物理学与先进工程技术相结合的基础上诞生的,是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。
为了纳米科学研究及其成果的应用,首先要能按照人们的意愿在纳米尺度上对材料进行自由地剪裁和安排,这一技术被称为纳米加工技术。实际上,一方面纳米加工技术是纳米材料应用的重要基础,另一方面纳米加工技术中也包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说,在一个粗细为几纳米的孔或线里,原子的扩散就与宏观世界里的扩散大不一样。一般而言,原子运动的自由程为几个微米。在这个长度上,原子发生碰撞、进行热扩散的作用可忽略不计。可是在纳米孔或线内,原子的扩散主要是靠与孔壁的碰撞来完成的。再举一个例子,一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性,即物体表面越光滑,它们之间的摩擦力越小。在纳米世界里,材料表面很小,相互之间距离很近,以至于两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此,在纳米世界内,所有的加工技术都必须在原子尺寸的层面上考虑。2100433B
1.1历史与范围
1.1.1纳米材料并非新产物
1.1.2纳米技术的早期应用:纳米金
1.1.3纳米科学与纳米技术方面的出版物
1.2小物质能有大不同吗
1.3纳米结构材料的分类
1.4令人惊叹的纳米结构
1.5纳米材料的应用
1.6自然:最好的纳米科学家
1.7挑战与未来展望
2.1纳米晶体材料中的微结构和缺陷
2.1.1层错
2.1.2孪晶、堆垛缺陷和空隙
2.1.3晶界、三结和旋转位移
2.2材料的纳米尺寸效应
2.2.1弹性性能
2.2.2熔点
2.2.3扩散率
2.2.4晶粒生长特性
2.2.5固体溶解度的增大
2.2.6磁性能
2.2.7电学性能
2.2.8光学性能
2.2.9热学性能
2.2.10机械性能
3.1“自下而上”法
3.1.1物理气相沉积
3.1.2化学气相沉积
3.1.3喷雾转换处理
3.1.4溶胶—凝胶法
3.1.5湿化学合成法
3.1.6自组装
3.2“自上而下”的方法
3.2.1机械合金化
3.2.2等通道转角挤压法
3.2.3高压扭转
3.2.4累积叠轧焊
3.2.5纳米光刻
3.2.6蘸笔纳米光刻技术
3.3纳米粉末的固结成形
3.3.1冲击波固结成形
3.3.2热等静压成型和冷等静压成型
3.3.3放电等离子烧结
4.1纳米电子学
4.1.1半导体器件原理
4.1.2MOSFET
4.1.3固态量子效应器件
4.1.4混合微纳米电子RTT
4.1.5分子电子器件
4.1.6新型光电器件
4.2MEMS和NEMS
4.3纳米传感器
4.3.1碳纳米管传感器
4.3.2纳米线传感器
4.3.3聚合物纳米纤维和纳米复合物
4.3.4纳米粒子
4.3.5等离子基纳米探针
4.3.6光学纳米传感器
4.3.7半导体量子干扰器件磁性纳米传感器
4.3.8生物传感器
4.3.9基于微悬臂梁的传感器
4.3.10电子鼻
4.3.11电子舌
4.4纳米催化剂
4.4.1黄金纳米粒子
4.4.2磁性纳米粒子
4.4.3其他纳米催化剂
4.5食品工业和农产品业
4.6化妆品和消费品
4.6.1防晒霜
4.6.2个人护理产品
4.6.3抗衰老产品
4.6.4其他用途
4.7结构与工程
4.8汽车行业
4.9水处理与环境
4.10纳米医学应用
4.11纺织品
4.12涂料
4.13能源
4.14防御和空间应用
4.15结构应用
5.1XRD
5.2小角X射线散射
5.3SEM
5.3.1电子—物质的相互作用
5.3.2成像
5.4TEM
5.4.1先进的TEM技术
5.4.2利用TEM定量分析
5.4.3TEM的功能
5.4.4TEM的制样
5.5AFM
5.5.1AFM和其他成像技术的对比
5.5.2AFM的常见模式
5.6STM
5.6.1操作模式
5.6.2STM的构造
5.7场离子显微镜
5.8三维原子探针
5.9纳米压痕
词汇表
索引 2100433B