普及纳米知识

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,普及纳米知识 推动科技进步,作者：张家港高级中学 倪洪祥,0520-8126756,邮编：,215600,在工业革命以前，大部分人类生产、科研不需要用到毫米，“,毛估估,”的做法说明了我们对这个世界认知的粗浅。,以蒸汽机等机械发明为主要标志的,第一次工业革命,，将人类认知推向,毫米层次,。,第二次工业革命,，发明了电，从机械时代进入微电子时代，,毫米,不够用了，毫米的千分之一,微米,诞生了。随着科学技术的发展，,微米层次,的局限越来越明显，例如，,电脑芯片,虽然已越做越小，但即将达到材料的物理极限，只有进入另一个层次,纳米层次,，才会有更大的突破，比如将现在的笔记本电脑变得像手表一样小，或更小，可以把它固定在纺织品面料上。,正如,牛顿力学,只适用于,低速,的宏观物体,，,而,高速运动,，,只能用相对论来解释,;,在,纳米,层次，,许多原来在宏观尺度上使用的规律、定理、方式、方法，,都将不再适用,，世界将从此是另一个模样,。,我们现在所熟悉的,“,原材料,”,将是小至纳米级的,原子、分子,。,那么什么是纳米呢？,1,纳米,=,十亿分之一米,年，,诺贝尔奖,获得者、被认为继爱因斯坦之后,最为睿智,的理论物理学家,理查得,费因曼,教授在加州理工大学发表了题为,在底部还有很大空间,的演讲。在,费因曼,看来，人类社会目前的生产方式，总是,“,从上而下,”,的，他提出：,为什么我们不可以从单个分子、甚至原子开始出发，进行组装，达到我们的要求？,物理学的规律不排除,一个原子,一个原子,制造物品的可能。,”,国际上公认,0.1,100nm,为纳米尺度空间。,德 国 人 跨 出 第 一 步,美 国 人 拉 开 序 幕,铅表面的原子世界,年,，德国科学家发明了纳米显微镜，即,扫描隧道显微镜,（,）人类从此可以直观地观察到,单个原子,了。,看得见原子只是第一步！,第二步,就是要能够操纵它。,年,，美国加州实验室，将,个氙原子,排布成,“,”,个字母，总面积只有几个平方纳米，,人类第一次,实现了操纵单个原子，纳米科技的序幕拉开了。,江苏省张家港高级中学倪洪祥,在,扫描隧道显微镜,下，科学家将,48,个铁原子排列在铜表面上，形成一个圆形围栏。,量子围栏,纳米,齿轮,纳米铜具,纳米,陶瓷,量子围栏,纳米,陶瓷,碳纳米管,纳米,轴承,世界上最小的键盘,1993,年后，我,国科学家先后操纵原子写出“中国”、“原子”、绘出中国轮廓图。,纳米,存储器,中国,我国,纳米,科技成果一览,1993,年，中国科学院北京真空物理实验室,操纵原子,成功写出“,中国,”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。,1998,年,，清华大学,范守善,小组成功地,制造出,直径为,3,50,纳米、长度达微米量级的,氮化镓半导体一维纳米棒,，使我国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。,1998,年,，美国,科学,杂志上刊登了我国科学家的论文。,我国,科学家用,非水热合成法,，制备出,金刚石纳米粉,，被国际刊物誉为,“,稻草变黄金,从四氯化碳制成金刚石。,”,近年,，中国科学院物理研究所,解思深,研究员率领的科研小组，不仅,合成了世界上最长的,“,超级纤维,”,碳纳米管,，创造了一项,“,3,毫米的世界之最,”,，而且合成出,世界上最细的碳纳米管,。,1999,年上半年,，,北京大学,电子学系教授,薛增泉,领导的研究组在世界上,首次,将单壁,碳纳米管,组装竖立在金属表面，并组装出,世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针,。,1999,年,，中科院金属研究所,成会明,博士合成出高质量的,碳纳米材料,，使我国,新型储氢材料,研究一举跃上世界先进水平。,不久前,，中科院金属研究所,卢柯,博士率领的小组，在世界上,首次,直接发现,纳米金属,的,“,奇异,”,性能,超塑延展性,，,纳米铜在室温下竟可延伸,50,多倍,而,“,不折不挠,”,，被誉为,“,本领域的一次突破,”,。,先是,纳米管,，接着,纳米线,，现在留美的三位中国科学家又为纳米世界迎来一位新客人,“,纳米带,”,。这是世界上,首次发现,并合成出半导体氧化物的,纳米级带状结构材料,。,研究人员现在,已经成功开发出,氧化锌、氧化锡、氧化铟、氧化镉和氧化镓的,“,纳米带,”,。并预测,整个半导体金属氧化物都可能制造出,“,纳米带,”,。这项成果刊登在,2001,年,4,月,8,日,出版的美国,科学,杂志上。,利用金属氧化物制造出,10,至,15,纳米厚、,30,至,300,纳米宽的新材料,。这种材料有可能制造出价格便宜的,超微感应器和元件,。,“,这是纳米技术中非常重要的一个研究领域。如果我们能够成功地开发出其应用方法，将可能引发,纳米级感应器和功能设备,的巨大进步，制造出,能耗低敏感度高,的产品。,”,纳米技术在医学领域内的发展前景,纳米器件,有可能成为未来保卫人类健康的一支忠实可靠的“卫队”。,(1),纳米生物传感器,：用于监测、收集、播送体内细胞的健康状态和病变信息；,(2),纳米药物存储器,(,药泵,),：用于存储、运输指定存储的药物，并按指定的部位存放，即定点给药，其体积可达数个微米；,纳米生物导弹,：直接用于治疗各种细胞水平的疾病，对病变组织有亲和力，对病变细胞有杀伤力，可特异性地杀灭肿瘤细胞；,(4),纳米细胞修复器,：用于修复细胞内的各种病变，如线粒体、细胞核的病变；,(5),纳米细胞监督器,：用于监视免疫细胞、白细胞等细胞正常功能的发挥；,(6),纳米细胞清扫器,：帮助清除体内的代谢废物以及外界进入体内的有害物质；,(7),纳米细胞检疫器,：巴西和美国科学家最近发明了世界上最小的,“,秤,”,，能够称量,10,克的物体，即相当于,一个病毒,的重量。利用纳米,“,秤,”,可称出不同病毒的重量，可以发现新的病毒。可定点于口腔、咽喉、食道、气管等外界开放的部位，以充当,“,检疫,”,。,-9,目前，,纳米技术,已广泛应用于,光学,、,医药,、,半导体,、,信息通讯,，一年的营业额已经达到,亿,美元。有预测说，到年，纳米技术的市场容量将达,亿,美元。,纳米电子学,将使,量子元件,代替,微电子器件,，巨型计算机就能装入口袋里；通过,纳米化,，易碎的陶瓷可以变成韧性的，成为一种重要材料；世界上还将出现,微米以下,的机器甚至,机器人,；,纳米技术,还能给药物的传输提供新的方式和途径，对,基因进行定点,等。,中国,纳米科技,中心理事会理事长,白春礼,院士说，目前，我国纳米科技的研究工作主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、纳米电子学以及少量纳米技术的应用等方面。 在纳米科技中心的实验室里，,防水防油的领带、吸水性强的化纤织物、具有自洁功能的空调和冰箱、性能超常的纳米粉体材料等研究成果,，已引起了各界人士极大兴趣。,所以说：,“,如果仅仅将纳米技术等同于纳米材料，那就太狭隘了,”,。,“,如果仅仅将纳米看成一种时尚、潮流，那就太短浅了,”,。,它是一场,认知的革命,，会产生,雷霆万钧,的力量，彻底改变人类的整个生存状态、生产方式，它是一把双刃剑，只是更为锋利,-,纳米热全球,只是时间问题。,纳米科技的终极目标，是按人的意愿，操纵单个原子、分子，构建,纳米级,的具有一定功能,的器件或产品,。,现在人们的生产模式，,是从大到小，从上到下的，比如造一个橱，要从粗木到木材到成品，造电脑，从半导体硅片，经过,切、割、刻、蚀、渗杂,等许多步骤，变成电子元器件，这个过程，,原材料,浪费大、能耗大。,而纳米技术,，就是要做到，从小到大，从下到上。要什么东西，将分子、原子搭起来，就是什么东西，,原材料浪费为零，能耗降到极低,，彻底从技术上解决了环保问题。,纳米技术,将极大地提高人类储存、处理信息的能力。相对于同等体积、重量的微电子芯片，按纳米结构做成的,纳电子芯片,可储存,万,至,万倍,的信息量。,如果我们将,因特网技术,和,纳米技术,结合起来，将来我们从因特网上不仅能,下载软件,，,而且,能下载,具有特定功能的,硬件,例如纳米传感器,。比如我需要一个手机，通过因特网告诉企业我的需求，对方根据我的需求设计出相应软件，通过,因特网,指挥一个“,纳米盒,”,（比如类似于打印机大小的,个性化工厂,，如,纳米操纵器,）工作，我们所要做的，就是,将需要的原子、分子“原料”放进去，,就可能进行,因特网生产,。那么，企业的生产成本就大大降低，仅仅是脑力劳动成本，同时产品又可大量复制！到时候，从事直接物质生产的工人大大减少，人类就,主要从事科学研究,，以及,艺术活动,了,.“,这是我们人类的梦 想！”,世界范围内已经兴起了,纳米技术,的热潮，美国、日本、德国都把,纳米技术,视作,21,世纪的主导技术之一，并作为国家的战略发展项目。,我国在这一领域有领先的优势，如何把,技术优势,转化为,产业优势,，各级政府部门都有义不容辞的责任。迄今为止，由于认识上的差距，,我国,目前仅有,10,多条纳米材料和技术的生产线，以纳米材料和纳米技术注册的公司近,100,个，但都是刚起步且规模小。我们能否以非凡的魄力来发展纳米产业，为经济的,可持续发展,打下扎实的基础。,从古文明到工业革命,；从蒸汽机到微电子技术的普遍应用；,从蔡伦造纸到今天的无纸化办公,-,我们人类经历了一场又一场思想的革命，,生产和生活方式的巨大变革,-,而今纳米时代正向我们走来,我们人类将开始梦一般的生活-,纳米技术,将是,21,世纪的主导技术！,远景美得像天方夜谭,努力吧，为了我们的梦！,欢迎订购,思想前卫，,全套,倪洪祥,高中地理多媒体教学,1.0,版,.,适合教师上好每一堂公开课,适合学生学好,全部的,新,高一地理课程,!,美国一家公司预测纳米技术发展将经历个阶段：,第一阶段,是要准确地控制原子数量在个以下的纳米结构物质；,第二阶段,是生产纳米结构物质；,第三阶段,是大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能；,第四阶段,是纳米计算机的出现；,第五阶段,是研制出能够制造动力源与程序自动化的元件和装置。这家公司预计在未来年内，纳米技术可能发展到 “第三阶段”，超越“量子效应障碍”的技术，从而达到实用化水平。,诺贝尔奖获得者,海,罗雷尔,说，“未来将属于那些明智接受纳米，并且首先学习和使用它的国家。”,敬请关注,倪洪祥高中地理多媒体课堂,1.0,版,将于,2002,年,1,月出版发行,.,成千上万幅图表,近,50,万文字,.,涵盖新高中地理全部单元，,120,多课时。可增可减,是一套不可多得的电子教案,.,地理教师的帮手，莘莘学子的福音。,动态演绎，重点突出，难点突破，开创地理教学的真正革命。,这是梦开始的地方！这是理想放飞的开始！,欢迎订购,思想前卫，,全套,倪洪祥,高中地理多媒体教学,1.0,版,.,适合教师上好每一堂公开课,适合学生学好,全部的,新,高一地理课程,!,