纳米医学概论课件

纳米医学概米医学概论纳米医学概论纳米医学概论纳米医学概论1纳米医学概论课件2 2第一讲第一讲第一讲第一讲 纳米医学概论纳米医学概论纳米医学概论纳米医学概论第二讲第二讲第二讲第二讲 纳米医药研究进展纳米医药研究进展纳米医药研究进展纳米医药研究进展第三讲第三讲第三讲第三讲 纳米医学诊断技术纳米医学诊断技术纳米医学诊断技术纳米医学诊断技术第四讲第四讲第四讲第四讲 纳米医学治疗技术纳米医学治疗技术纳米医学治疗技术纳米医学治疗技术第五讲第五讲第五讲第五讲 医用纳米材料的制备与表征方法医用纳米材料的制备与表征方法医用纳米材料的制备与表征方法医用纳米材料的制备与表征方法第六讲第六讲第六讲第六讲 纳米材料的安全性评价与分析纳米材料的安全性评价与分析纳米材料的安全性评价与分析纳米材料的安全性评价与分析 纳米医学课程内容提要纳米医学课程内容提要第一讲纳米医学概论纳米医学课程内容提要3 3第一节第一节 基本概念和定义基本概念和定义第二节第二节 纳米科技的内涵纳米科技的内涵第三节第三节 纳米粒的四大效应纳米粒的四大效应第四节第四节 纳米粒的结构与形貌纳米粒的结构与形貌第五节第五节 纳米医学的主要研究方向纳米医学的主要研究方向作作业业 思考题及课外阅读文献思考题及课外阅读文献第一讲第一讲纳米医学概论纳米医学概论第一节基本概念和定义第一讲纳米医学概论4 41.11.1什么是纳米什么是纳米()()？纳米是一个长度计量单位，纳米是一个长度计量单位，1 1纳米纳米=10-9=10-9米。米。,“”.,“”.1 基本概念和定义基本概念和定义人高人高20亿亿 纳米纳米100万纳米万纳米针头红血球红血球分子分子1000纳米纳米1 纳米纳米0.1 纳米纳米氢原子氢原子冠状病毒冠状病毒 100纳米.1.1什么是纳米()？纳米是一个长度计量单位5 5 1.2 x 107 m1.1.1物理意义Aaa,1/80,000a.a.1.1.2社会意义“纳米”概念的提出标志着介观领域体系一种新的物质观，新的世界观和新的方法论的产生。1.2x107m1.1.1物理意义1.1.26 61.21.2什么是纳米结构？什么是纳米结构？纳米结构通常是指尺寸在纳米结构通常是指尺寸在100100纳米以下（纳米以下（1-1001-100）的微小结构。）的微小结构。1.2什么是纳米结构？7 71.21.2什么是纳米结构？什么是纳米结构？纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装成的一种新体系。纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装成的一种新体系。纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装成的一种新体系。纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装成的一种新体系。,a,.a,a.(=,=,=,=),a,aa,.a.1.2什么是纳米结构？纳米结构是以纳米尺度的物质8 81.31.3什么是纳米材料什么是纳米材料?纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100)(1-100)或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料的或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料的基本单元可分为：基本单元可分为：零维（三维尺度均在纳米尺度）：纳米粒，原子团簇等；零维（三维尺度均在纳米尺度）：纳米粒，原子团簇等；一维（两维处于纳米尺度）：纳米丝（线），纳米棒，纳米管等；一维（两维处于纳米尺度）：纳米丝（线），纳米棒，纳米管等；二维（一维处于纳米尺度）：超薄膜，多层膜等。二维（一维处于纳米尺度）：超薄膜，多层膜等。1.3什么是纳米材料?9 910101.41.4？纳米医学是借助纳米科技在分子水平上，利用分子纳米医学是借助纳米科技在分子水平上，利用分子（操作）技术和人体的分子间相互作用知识，开展疾（操作）技术和人体的分子间相互作用知识，开展疾病预防、诊治及康复，改善健康状况等医（药）学应病预防、诊治及康复，改善健康状况等医（药）学应用的一门新型科学技术。用的一门新型科学技术。1.4？纳米医学是借助纳米科技在分子水平上，利11111.5 1.5 纳米技术纳米技术纳米技术纳米技术 纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。目前研究的纳米技术纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。目前研究的纳米技术项目有纳米半导体薄膜、纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量子点、线等。项目有纳米半导体薄膜、纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量子点、线等。纳米技术就是要将分子、原子搭起来，做到从小到大，从下到上。要什么东西，就是什么东西，原材料浪费为纳米技术就是要将分子、原子搭起来，做到从小到大，从下到上。要什么东西，就是什么东西，原材料浪费为零，能耗降到极低零，能耗降到极低，彻底从技术上解决了环保问题。，彻底从技术上解决了环保问题。其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。1.5纳米技术纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中12121.61.6什么是纳米科学？什么是纳米科学？在纳米尺度上研究材料的制备、性质、现象及其规在纳米尺度上研究材料的制备、性质、现象及其规律的科学。律的科学。其研究领域是人类过去从未涉及的非宏观、非微观其研究领域是人类过去从未涉及的非宏观、非微观的介观领域（的介观领域（0.11m)0.11m)。1.6什么是纳米科学？13131.71.7什么是纳米科技？什么是纳米科技？研究尺寸在研究尺寸在0.1-1000.1-100之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及实际应用的科学技术。之间的物质组成体系的运动规律和相互作用以及实际应用的科学技术。1.7什么是纳米科技？研究尺14142 2 纳米科技的内涵纳米科技的内涵纳米科技的内涵纳米科技的内涵 如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹？物体就能得到大量的异乎寻如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹？物体就能得到大量的异乎寻如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹？物体就能得到大量的异乎寻如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子，那将创造什么样的奇迹？物体就能得到大量的异乎寻常的特性。常的特性。常的特性。常的特性。当当当当2000200020002000年人们回顾历史的时候年人们回顾历史的时候年人们回顾历史的时候年人们回顾历史的时候,他们会为直到他们会为直到他们会为直到他们会为直到1959195919591959年才有人想到直接用原子年才有人想到直接用原子年才有人想到直接用原子年才有人想到直接用原子,分子来制造机器而感到惊讶。分子来制造机器而感到惊讶。分子来制造机器而感到惊讶。分子来制造机器而感到惊讶。“,I ,.”“,I ,.”“,.”“,.”-(1959)-(1959)!2.1 原创思想的提出原创思想的提出 2纳米科技的内涵如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和15152.2 2.2 纳米科技的发展纳米科技的发展纳米科技的发展纳米科技的发展 19741974年年年年 最早使用纳米技术最早使用纳米技术最早使用纳米技术最早使用纳米技术()()一词描述精细机械加工一词描述精细机械加工一词描述精细机械加工一词描述精细机械加工;19771977年美国麻省理工学院年美国麻省理工学院年美国麻省理工学院年美国麻省理工学院 教授提出教授提出教授提出教授提出,可以从模拟活细胞的生物分子的人工类似物可以从模拟活细胞的生物分子的人工类似物可以从模拟活细胞的生物分子的人工类似物可以从模拟活细胞的生物分子的人工类似物 分子装置开始研究分子装置开始研究分子装置开始研究分子装置开始研究,并称并称并称并称之为纳米科技之为纳米科技之为纳米科技之为纳米科技.他他他他7070年代末在斯坦福大学建立第一个纳米科技研究小组。年代末在斯坦福大学建立第一个纳米科技研究小组。年代末在斯坦福大学建立第一个纳米科技研究小组。年代末在斯坦福大学建立第一个纳米科技研究小组。2020世纪世纪世纪世纪8080年代初出现的扫描隧道显微镜（）极大促进了纳米科技的发展。年代初出现的扫描隧道显微镜（）极大促进了纳米科技的发展。年代初出现的扫描隧道显微镜（）极大促进了纳米科技的发展。年代初出现的扫描隧道显微镜（）极大促进了纳米科技的发展。19901990年年年年7 7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开。月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开。月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开。月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开。（:1996/9/8-12:1996/9/8-12，,）2.2纳米科技的发展1974年最早使用纳米技术16163.3.纳米科技的科学意义纳米科技的科学意义纳米科技的科学意义纳米科技的科学意义（1 1）纳米科技将促使人类认知的革命）纳米科技将促使人类认知的革命;（2 2）纳米科技将引发一场新的工业革命）纳米科技将引发一场新的工业革命;（3 3）纳米科技是一门综合性的交叉学科）纳米科技是一门综合性的交叉学科.师昌绪院士为国家自然科学基金资助纳米科技研究成果展览题词 3.纳米科技的科学意义师昌绪院士为国家自然科学基金资助纳米1717（1 1）纳米科技将促使人类认知的革命）纳米科技将促使人类认知的革命 纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域,也是一片新的研究疆土。也是一片新的研究疆土。由于纳米科技是对人类认知领域新疆域的开拓，人类将面临对新理论和新发现重新学习和理解的任务。由于纳米科技是对人类认知领域新疆域的开拓，人类将面临对新理论和新发现重新学习和理解的任务。纳米科技推动产品的微型化、高性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少人类对其过分依纳米科技推动产品的微型化、高性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少人类对其过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。赖，并促进生态环境的改善。这将在新的层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。（1）纳米科技将促使人类认知的革命纳米尺度下的物质世界及其特1818(2)(2)纳米科技将引发一场新的工业革命纳米科技将引发一场新的工业革命(2)纳米科技将引发一场新的工业革命1919 纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑、电视机、卫星、机器人等的体积变得越纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑、电视机、卫星、机器人等的体积变得越纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑、电视机、卫星、机器人等的体积变得越纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑、电视机、卫星、机器人等的体积变得越来越小来越小来越小来越小.1 1）可以制造一种材料，其强度为钢的几倍，而重量仅为钢的几分之一。）可以制造一种材料，其强度为钢的几倍，而重量仅为钢的几分之一。）可以制造一种材料，其强度为钢的几倍，而重量仅为钢的几分之一。）可以制造一种材料，其强度为钢的几倍，而重量仅为钢的几分之一。2 2）可以将国会图书馆的信息都存储在一块方糖大小的存储器上。）可以将国会图书馆的信息都存储在一块方糖大小的存储器上。）可以将国会图书馆的信息都存储在一块方糖大小的存储器上。）可以将国会图书馆的信息都存储在一块方糖大小的存储器上。3 3）可以检测出几个癌细胞。）可以检测出几个癌细胞。）可以检测出几个癌细胞。）可以检测出几个癌细胞。纳米技术可能是下个世纪前二十年最重要的技术纳米技术可能是下个世纪前二十年最重要的技术纳米技术可能是下个世纪前二十年最重要的技术纳米技术可能是下个世纪前二十年最重要的技术.克林顿克林顿克林顿克林顿 纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会有一次技术革命，从而将引起纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会有一次技术革命，从而将引起纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会有一次技术革命，从而将引起纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会有一次技术革命，从而将引起2121世纪又一次产世纪又一次产世纪又一次产世纪又一次产业革命业革命业革命业革命.钱学森钱学森钱学森钱学森 正像正像正像正像2020世纪世纪世纪世纪7070年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。年代微电子技术产生了信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。(首席科学家首席科学家首席科学家首席科学家)纳米技术将用于下一代的微电子器件即纳米电子器件，使未来的电脑2020 扫描隧道显微镜（）的发明人预言扫描隧道显微镜（）的发明人预言扫描隧道显微镜（）的发明人预言扫描隧道显微镜（）的发明人预言 许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情许多人认为纳米科技仅仅是遥远的未来基础科学的事情,而没有什么实际意义。但我确信纳米科技现在已具而没有什么实际意义。但我确信纳米科技现在已具而没有什么实际意义。但我确信纳米科技现在已具而没有什么实际意义。但我确信纳米科技现在已具有与此同时有与此同时有与此同时有与此同时150150150150年前微米科技所具有的希望和重要意义。年前微米科技所具有的希望和重要意义。年前微米科技所具有的希望和重要意义。年前微米科技所具有的希望和重要意义。150150150150年前，微米成为新的精确标准年前，微米成为新的精确标准年前，微米成为新的精确标准年前，微米成为新的精确标准,并成为工业革命并成为工业革命并成为工业革命并成为工业革命的技术基础的技术基础的技术基础的技术基础,最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样最早和最好学会并使用微米技术的国家都在工业发展中占据了巨大的优势。同样,未来的技术未来的技术未来的技术未来的技术将属于那些明智地接受纳米作为新标准将属于那些明智地接受纳米作为新标准将属于那些明智地接受纳米作为新标准将属于那些明智地接受纳米作为新标准,并首先学习和使用它的国家。我们应当记住：微米技术曾同样被认并首先学习和使用它的国家。我们应当记住：微米技术曾同样被认并首先学习和使用它的国家。我们应当记住：微米技术曾同样被认并首先学习和使用它的国家。我们应当记住：微米技术曾同样被认为对使用牛耕地的农民无关紧要。的确为对使用牛耕地的农民无关紧要。的确为对使用牛耕地的农民无关紧要。的确为对使用牛耕地的农民无关紧要。的确,微米与牛毫无关系微米与牛毫无关系微米与牛毫无关系微米与牛毫无关系,但它却改变了耕作方式但它却改变了耕作方式但它却改变了耕作方式但它却改变了耕作方式,带来了拖拉机。带来了拖拉机。带来了拖拉机。带来了拖拉机。(苏黎世实验室苏黎世实验室苏黎世实验室苏黎世实验室)扫描隧道显微镜（）的发明人预言许多人认为纳米科技2121微米与农民的微米与农民的微米与农民的微米与农民的“命运命运命运命运”:!微米与农民的“命运”:!2222 纳米技术的确是通向新世界的一扇门。纳米技术的确是通向新世界的一扇门。美国国家科学基金主任美国国家科学基金主任纳米技术的确是通向新世界的一扇门。2323 （3 3）纳米科技是一门综合性的交叉学科）纳米科技是一门综合性的交叉学科纳米科技是多学科交叉汇合而出现的新学科生长点。纳米科技中的多种学科的交叉、渗透，势必把物理、化学和生物纳米科技是多学科交叉汇合而出现的新学科生长点。纳米科技中的多种学科的交叉、渗透，势必把物理、化学和生物领城的许多学科推向一个新层次。领城的许多学科推向一个新层次。纳米科技主要包括：纳米科技主要包括：(1)(1)纳米物理学；纳米物理学；(2)(2)纳米化学；纳米化学；(3)(3)纳米材料学；纳米材料学；(4)(4)纳米生物学；纳米生物学；(5)(5)纳米电子学；纳米电子学；(6)(6)纳米加工学；纳米加工学；(7)(7)纳米力学。纳米力学。（3）纳米科技是一门综合性的交叉学科2424 25252525 国家自然科学基金与纳米科技国家自然科学基金与纳米科技国家自然科学基金资助纳米科技项目和经费逐年增加(根据题目上出现纳米字样的部分基金项目的统计结果)纳米科技是一个多学科交叉的前沿领域，各科学部分别从不同角度予以了资助国家自然科学基金与纳米科技国家自然科学基金资助纳米科技262633纳米粒的四大效应纳米粒的四大效应3.1 3.1 3.1 3.1 纳米粒的四大效应纳米粒的四大效应纳米粒的四大效应纳米粒的四大效应（1 1 1 1）表面效应）表面效应）表面效应）表面效应 是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。（2 2 2 2）量子尺寸效应）量子尺寸效应）量子尺寸效应）量子尺寸效应 当粒子尺寸降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级和纳米半当粒子尺寸降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级和纳米半当粒子尺寸降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级和纳米半当粒子尺寸降低到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级和纳米半导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。（3 3 3 3）小尺寸效应）小尺寸效应）小尺寸效应）小尺寸效应 当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。（4 4 4 4）宏观量子隧道效应）宏观量子隧道效应）宏观量子隧道效应）宏观量子隧道效应 微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应。宏观量子隧道效应。3纳米粒的四大效应3.1纳米粒的四大效应2727（1 1）表面效应）表面效应）表面效应）表面效应 是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。粒径为粒径为5 5时，表面将占时，表面将占50%50%；粒径为粒径为2 2时，表面体积百分数时，表面体积百分数增到增到80%80%；（1）表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随2828（2 2）量子尺寸效应）量子尺寸效应）量子尺寸效应）量子尺寸效应 当粒子尺寸极小时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。当粒子尺寸极小时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。当粒子尺寸极小时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。当粒子尺寸极小时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。量子尺寸效应可导致纳米颗粒的磁、光、声、电、热以及超导电性与同一物质原有性质有显著差异，即出现反常现象。例如金属都是导体，但纳米金属颗粒在低温时，由于量子尺寸效应会呈现绝缘性。美国贝尔实验室发现半导体硒化镉颗粒随尺寸的减小能带间隙加宽，发光颜色由红色向蓝色转移。美国伯克利实验室控制硒化镉纳米颗粒尺寸，所制备的发光二极管可在红、绿和蓝光之间变化。（2）量子尺寸效应当粒子尺寸极小时，费米能级附近的2929尺寸及形貌导致颜色不同尺寸及形貌导致颜色不同尺寸及形貌导致颜色不同3030（3 3）小尺寸效应）小尺寸效应）小尺寸效应）小尺寸效应 当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致时，对于晶体其周期性的边界条件将被破坏，对于非晶态纳米粒子其表面层附近原子密度减小，这些都会导致电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。电、磁、光、声、热力学等性质的变化，这称为小尺寸效应。随着纳米颗粒尺寸的减小，与体积成比例的能量，如磁各向异性等亦相应降随着纳米颗粒尺寸的减小，与体积成比例的能量，如磁各向异性等亦相应降随着纳米颗粒尺寸的减小，与体积成比例的能量，如磁各向异性等亦相应降随着纳米颗粒尺寸的减小，与体积成比例的能量，如磁各向异性等亦相应降低，当体积能与热能相当或更小时，会发生强磁状态向超顺磁状态转变。当低，当体积能与热能相当或更小时，会发生强磁状态向超顺磁状态转变。当低，当体积能与热能相当或更小时，会发生强磁状态向超顺磁状态转变。当低，当体积能与热能相当或更小时，会发生强磁状态向超顺磁状态转变。当颗粒尺寸与光波的波长、传导电子德布罗意波长、超导体的相干长度或透射颗粒尺寸与光波的波长、传导电子德布罗意波长、超导体的相干长度或透射颗粒尺寸与光波的波长、传导电子德布罗意波长、超导体的相干长度或透射颗粒尺寸与光波的波长、传导电子德布罗意波长、超导体的相干长度或透射深度等物理特性尺度相当或更小时，其声、光、电、磁和热力学等特性均会深度等物理特性尺度相当或更小时，其声、光、电、磁和热力学等特性均会深度等物理特性尺度相当或更小时，其声、光、电、磁和热力学等特性均会深度等物理特性尺度相当或更小时，其声、光、电、磁和热力学等特性均会呈现新的尺寸效应。将导致光的等离子共振频移、介电常数与超导性能发生呈现新的尺寸效应。将导致光的等离子共振频移、介电常数与超导性能发生呈现新的尺寸效应。将导致光的等离子共振频移、介电常数与超导性能发生呈现新的尺寸效应。将导致光的等离子共振频移、介电常数与超导性能发生变化。变化。变化。变化。（3）小尺寸效应当纳米粒子尺寸与德布罗意波以及超导态3131（4 4）宏观量子隧道效应）宏观量子隧道效应）宏观量子隧道效应）宏观量子隧道效应 微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微微观粒子具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观量子隧道效应。为宏观量子隧道效应。为宏观量子隧道效应。为宏观量子隧道效应。电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。电子既具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。电子既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，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。（4）宏观量子隧道效应微观粒子具有穿越势垒的能力称为3232纳米粒的奇异特性纳米粒的奇异特性 纳米金属的熔点比普通金属低几百度；纳米金属的熔点比普通金属低几百度；气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍；气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍；纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高倍；纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高倍；纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极强，是隐形材料技术的突破；强，是隐形材料技术的突破；纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强；纳米材料颗粒与生物细胞结合力很强；纳米粒的奇异特性纳米金属的熔点比普通金属低3333纳米粒的奇异特性纳米粒的奇异特性 纳米陶瓷的强度和韧性显著提高；纳米陶瓷的强度和韧性显著提高；纳米氧化铝粉体添加到常规纳米氧化铝粉体添加到常规8585瓷、瓷、9595瓷中，观察到强度和韧性均提高瓷中，观察到强度和韧性均提高5050以上；以上；纳米材料具有奇特韧性，在纳米材料具有奇特韧性，在经受弯曲不断裂；经受弯曲不断裂；纳米材料在纳米材料在温度下，塑性提高。温度下，塑性提高。催化活性增强；催化活性增强；以粒径小于以粒径小于300300的和合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率提高到传统镍催化剂的和合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率提高到传统镍催化剂的的1010倍。倍。直径几十纳米的直径几十纳米的3N43N4纳米线的弯曲强度在纳米线的弯曲强度在103103量级，比块体量级，比块体3N43N4材料高出一个数量级。材料高出一个数量级。纳米粒的奇异特性纳米陶瓷的强度和韧性显343444纳米粒的结构与形貌纳米粒的结构与形貌2O34.1 形貌特征形貌特征.437120054纳米粒的结构与形貌2O34.1形貌特征3535纳米医学概论课件3636/2919200115(2004)62262659(2005)16961700/3737,()(12002),()3838 2005*,10,11926022,2005;:20053939中科院物理所先进材料与结构分析实验室李超荣副研究员、张晓娜、表面物理国家重点实验室曹则贤研究员通过应力自组装在无机体系微米级的内核/壳层结构上成功地获得了三角格子铺排和斐波纳契数花样。研究内容以形式于2005年8月5日发表在上。文章发表后在国际上引起了强烈的反响。和网站当天就分别以“应变的微结构形成类植物花样”和“微观世界的花朵”作了长篇介绍。中科院物理所先进材料与结构分析实验室李超荣副研究员、张晓娜、40404.24.2纳米粒子形貌的观察纳米粒子形貌的观察:,;(),;,;,.4.2纳米粒子形貌的观察:4141国产大气扫描隧道显微镜国产大气扫描隧道显微镜国产大气扫描隧道显微镜424255纳米医学的主要研究方向纳米医学的主要研究方向5.1 5.1 ,a ,.,a ,.A .A .5纳米医学的主要研究方向5.14343 4444 4545纳米医学概论课件4646 47475.2 5.2 .,.,.5.2.4848.:.s.s.50%.50%.49495.3 5.3 aas.aas.,.,.5.3aas.5050纳米科技的前景展望纳米科技的前景展望 材料和制备材料和制备 微电子和微电子和 计算机技术计算机技术 环境和能源环境和能源 医学与健康医学与健康 生物技术生物技术 航天和航空航天和航空 国家安全国家安全:纳米科技的前景展望材料和制备:5151 s.s.,.,.a,.,.,.a,.,.,.,.,“”,.,.,.,.,“”,.s.5252 三位名人的名言启迪：如何进行科学研究？三位名人的名言启迪：如何进行科学研究？安德森安德森朱棣文朱棣文克拉克克拉克三位名人的名言启迪：如何进行科学研究？5353 自由宽松的研究环境自由宽松的研究环境自由宽松的研究环境自由宽松的研究环境 安德森说：安德森说：安德森说：安德森说：“在工业研究实验室，你必须能做到一个以完成任务为目标的工程师做不到的创新工作，有能在工业研究实验室，你必须能做到一个以完成任务为目标的工程师做不到的创新工作，有能在工业研究实验室，你必须能做到一个以完成任务为目标的工程师做不到的创新工作，有能在工业研究实验室，你必须能做到一个以完成任务为目标的工程师做不到的创新工作，有能力发现对未来工业有重大指导意义的新的科学规律，而贝尔实验室提供了一个良好的氛围和广泛自由的创力发现对未来工业有重大指导意义的新的科学规律，而贝尔实验室提供了一个良好的氛围和广泛自由的创力发现对未来工业有重大指导意义的新的科学规律，而贝尔实验室提供了一个良好的氛围和广泛自由的创力发现对未来工业有重大指导意义的新的科学规律，而贝尔实验室提供了一个良好的氛围和广泛自由的创新空间。必须给科技人员提供一个他们认为对有价值的科学技术进行自由探索的机会。新空间。必须给科技人员提供一个他们认为对有价值的科学技术进行自由探索的机会。新空间。必须给科技人员提供一个他们认为对有价值的科学技术进行自由探索的机会。新空间。必须给科技人员提供一个他们认为对有价值的科学技术进行自由探索的机会。”安德森还说他在任何时候都从未在外界压力之下做过科学的决定。安德森还说他在任何时候都从未在外界压力之下做过科学的决定。安德森还说他在任何时候都从未在外界压力之下做过科学的决定。安德森还说他在任何时候都从未在外界压力之下做过科学的决定。（获得（获得（获得（获得19771977年的诺贝尔物理奖获得者）年的诺贝尔物理奖获得者）年的诺贝尔物理奖获得者）年的诺贝尔物理奖获得者）自由宽松的研究环境安德森说：“5454 学科碰撞学科碰撞学科碰撞学科碰撞 朱棣文说：朱棣文说：朱棣文说：朱棣文说：“美国贝尔实验室宽松的科研氛围、浓厚的学术气氛和强烈的创新意识，保证了事业的成功美国贝尔实验室宽松的科研氛围、浓厚的学术气氛和强烈的创新意识，保证了事业的成功美国贝尔实验室宽松的科研氛围、浓厚的学术气氛和强烈的创新意识，保证了事业的成功美国贝尔实验室宽松的科研氛围、浓厚的学术气氛和强烈的创新意识，保证了事业的成功，在自助餐厅中的偶然谈话有时会标志着一个新合作的开始。，在自助餐厅中的偶然谈话有时会标志着一个新合作的开始。，在自助餐厅中的偶然谈话有时会标志着一个新合作的开始。，在自助餐厅中的偶然谈话有时会标志着一个新合作的开始。”学科碰撞朱棣文说：“美国贝尔实验室宽松的科5555科学科学=魔法魔法非常发达的科学和魔法没有什么区别。克拉克科学=魔法5656 阿瑟阿瑟 克拉克克拉克(，1917-)1917-)是英国著名科幻作家，同时也是一位著名的科学家，国际通讯卫星的奠基人。是英国著名科幻作家，同时也是一位著名的科学家，国际通讯卫星的奠基人。阿瑟克拉克(，1917-)是英国著名科幻作家，同时也是一位5757 19411941年进入部队服役，从事与雷达有关的技术工作。年进入部队服役，从事与雷达有关的技术工作。19451945年，他发表了一篇关于卫星通信的科学设想论文地球外的中继年，他发表了一篇关于卫星通信的科学设想论文地球外的中继卫星能给全球范围的无线电覆盖吗卫星能给全球范围的无线电覆盖吗？，为全球卫星通信奠定了理论基础。？，为全球卫星通信奠定了理论基础。战争结束后克拉克进入大学深造，攻读物理学和数学。战争结束后克拉克进入大学深造，攻读物理学和数学。19501950年起他的科幻作品太阳帆船曾引起美国国家宇航局的注意，并因此而关注这一领域的研究。年起他的科幻作品太阳帆船曾引起美国国家宇航局的注意，并因此而关注这一领域的研究。1941年进入部队服役，从事与雷达有关的技术工作。5858 克拉克是最著名的太空题材科幻作家克拉克是最著名的太空题材科幻作家,童年的终结童年的终结(1950)(1950)、城市和星星、城市和星星(1956)(1956)、20012001：太空探险：太空探险(1968)(1968)、与拉玛相会、与拉玛相会(1973)(1973)、天堂的喷泉、天堂的喷泉(1980)(1980)等作品寓意深刻、脍炙人口。等作品寓意深刻、脍炙人口。其作品善于以其作品善于以“定律定律”的方式加以总结，其中较有代表性的被称为的方式加以总结，其中较有代表性的被称为“克拉克基本定律克拉克基本定律”，特别值得借鉴。，特别值得借鉴。克拉克是最著名的太空题材科幻作家,童年的终结(1950)5959 定律一：如果一个年高德劭的杰出科学家说，某件事情是可能的，那他可能是正确的；但如果他说，某件事情是不定律一：如果一个年高德劭的杰出科学家说，某件事情是可能的，那他可能是正确的；但如果他说，某件事情是不可能的，那他也许是非常错误的；可能的，那他也许是非常错误的；定律二：要发现某件事情是否可能的界限，唯一的途径是跨越这个界限，从不可能跑到可能中去；定律二：要发现某件事情是否可能的界限，唯一的途径是跨越这个界限，从不可能跑到可能中去；定律三：任何非常先进的技术，初看都与魔法无异。定律三：任何非常先进的技术，初看都与魔法无异。定律一：如果一个年高德劭的杰出科学家说，某件事情是可能的，6060思考题思考题1 1、综述：展望纳米医学未来发展的前景、综述：展望纳米医学未来发展的前景、综述：展望纳米医学未来发展的前景、综述：展望纳米医学未来发展的前景思考题6161课外阅读文献课外阅读文献 纳米技术与纳米材料纳米技术与纳米材料 张志焜张志焜 崔作林著崔作林著 纳米医学纳米医学高焕民高焕民 柳耀泉柳耀泉 主编主编 纳米技术与应用纳米技术与应用黄德欢著黄德欢著 纳米复合材料纳米复合材料徐国财徐国财 张立德编张立德编 纳米材料制备技术纳米材料制备技术王世敏王世敏 许祖勋等编著许祖勋等编著 纳米材料和纳米结构纳米材料和纳米结构 张立德张立德 牟季美著牟季美著 纳米材料学纳米材料学张立德张立德 牟季美著牟季美著 AA课外阅读文献纳米技术与纳米材料张志焜崔作林著6262:纳米医学概论课件6363ThesizeofthingsThesizeofthingsThesizeofthings6464谢谢大家！谢谢大家！65