纳米科学概论市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,Introduction of,Nanoscience&Nanotechnology,1/45,第一章：纳米科学与技术介绍,第二章：纳米科学与技术发展,第三章：纳米技术研究工具与方法,第四章：纳米材料合成与表征,第五章：纳米器件加工及应用,第六章：生物纳米技术,纳米技术,2/45,Nano,?,Nanoscience,?,Nanotechnology,?,3/45,1 n m=0.000 000 001 m,Nano,4/45,Sizes of Objects,Milky Way galaxy,9.5,x,10,16,m,Sun 1.4 x 10,9,m,Earth 1.2 x 10,7,m,Solar System,1.2 x 10,13,m,China,5.2 x 10,6,m by 5.5 x 10,6,m,Mount Everest,Height 8.9 x 10,3,m,Height 4.68 x 10,2,m,Apatosaurus,Length 2.1 x 10,1,m,5/45,Sizes of Objects,African Elephant,Height 3.3 m,Rabbit(Length),3 x 10,-1,m,Red Blood Cell,7x10,-6,m by,10 x10,-6,m,Virus(Length),9 x 10,-7,m,Carbon-Carbon Bond Length,1.5 x 10,-10,m,Atom 10,-10,m,Nucleus 10,-14,m,CdSe Nanocrystal,3 x 10,-9,m,Housefly,7.5 x 10,3,m,6/45,cm,mm,m,m,nm,10,-2,10,-3,10,-6,10,-4,10,-5,10,-7,10,-8,10,-9,(m),Hair,100,m,m,Penny,2 cm,Raindrop,1 mm,Red Blood Cell,5,m,m,What Is A Nanometer?,7/45,80,100,60,40,20,(nm),Gold Particles,13 nm&50 nm,Flu Virus,100 nm,1,Bacteriophage,60-70 nm,DNA,Diameter=2 nm,Now Entering The NANO-ZONE,8/45,9/45,Nanotechnol,Nanometre,Nano-,stuff,Nano-Produ,Nanomedicine,Nanoscience,Nanobots,A part of science that studies small stuff.,在纳米尺度上研究物质特征和相互作用，以及利用这些特征实现特有功效和智能科学。包含纳米生物学、纳米机械学、纳米化学、纳米材料学、原子分子操纵和表征学、纳米制造学等。,Nanoscience,10/45,Nanotechnol,Nanometre,Nano-,stuff,Nano-Produ,Nanomedicine,Nanoscience,Nanotechnology,Includes advances in all industries,including the electronic,chemical,and pharmaceutical.,The art and science of making useful stuff that does stuff on the nanometre length scale.,11/45,科学,发觉问题、找出规律、提出方法,知识创新,将“经济”转化为“知识”,技术,制备工业化,科学商品化,将“知识”转化为“经济”,S,cience,VS.,T,echnology,12/45,NANOSCIENCE:,Thinking about small,to do big things,13/45,14/45,碳纳米管仿生壁虎脚打造蜘蛛人,Science,322,238-242.,15/45,金纳米颗粒由,102,个金原子和,44,个硫醇分子组成，其中，金原子排列成球状。,16/45,每一个金纳米粒子平均装载,12,个,TAK779,药品分子,可成功阻止,HIV,与人类白血球结合。,Gold Nanoparticle,17/45,1991,年，日本科学家,饭岛澄男,发觉碳纳米管，它质量只有同体积钢,1,6,，强度却是钢,100,倍。用碳纳米管做绳索，是唯一能够从月球上挂到地球表面，而不被本身重量所拉断绳索。,Carbon Nanotube,Nature,1991,354,56,S.Iijima,18/45,纳米管做成“纳米秤”,令人惊奇是，最近美国、中国、法国和巴西科学家用精密电子显微镜测量纳米管在电流中出现摆频率时，发觉能够测出纳米管上极小微粒引发改变，从而创造了能称量,亿亿分之二百克,单个病毒“纳米秤”。这种世界上最小秤，为科学家区分病毒种类，发觉新病毒作出了贡献。,19/45,纳米管质量传感器可给原子称重,当一个原子或分子被存放在此碳纳米管上面时，此碳纳米管共振频率就会所以原子或分子质量而改变，经过磁场发射或喷雾让它产生振动，并探测到此碳纳米管一端电流改变。,称金原子重量，其质量为,3.2510,-25,Makoto Ashino,et.al.,Nature Nanotechnology,3,337-341(),20/45,碳60奇异性能,超导性,气体贮存,增强金属,新型催化剂,21/45,Nanotechnology Vision,“,The principles of physics,as far as I can see,do not speak against the possibility of maneuvering things atom by atom.”,“Put the atoms down where the chemist says,and so you make the substance.”,-Richard Feynman(,1959,),Physics Nobel Laureate,He was talking about nanotechnology before the word existed!,22/45,Top-down,Nanotechnology is the next step after miniaturisation,.,microelectronics,nanoelectronics,23/45,Ultimate Nanotechnology would be to build at the level of one atom at a time and to be able to do so with perfection.,Arranged one way,atoms make up soil,air and water.Arranged another way they make up strawberries or smoke,.,Bottom-up,24/45,.,二维 一维 零维,面 线 点,纳米材料分类,Nanomaterial,25/45,尺寸小,比表面积大,表面能高,表面原子百分比大,纳米材料,四大特点,26/45,纳米材料奇异性能,小尺寸效应,表面效应,宏观量子隧道效应,量子效应,四大效应,27/45,纳米材料特异性能,小尺寸效应,特殊光学性质,当黄金（,Au,）被细分到小于光波波长尺寸时，即失去了原有富贵光泽而呈黑色。实际上，全部金属在纳米颗粒状态都呈为黑色。尺越小，颜色愈黑，银白色铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。,特殊电学性质,介电和压电特征是材料基本物性之一。纳米半导体介电行为（介电常数、介电损耗）及压电特征同常规半导体材料有和很大不一样。,28/45,特殊磁性,小尺寸超微颗粒磁性比大块材料强许多倍，大块纯铁矫顽力约为,80A/m,，而当颗粒尺寸见效到,20 nm,以下时，其矫顽力可增加,1000,倍，若深入见效其尺寸，大约小于,6 nm,时，其矫顽力反而降低到零，表现出所谓超顺磁性。,特殊热学性质,在纳米尺寸状态，含有降低空间维数材料另一个特征是相稳定性。当人们足够地降低组成相尺寸时候，因为在限制原子系统中各种弹性和热力学参数改变，平衡相关系将被改变。固体物质在粗晶粒尺寸时，有其固定熔点，超细微化后，却发觉其熔点显著降低，当颗粒小于,10 nm,时尤为显著。,纳米材料特异性能,29/45,特殊力学性质,由纳米超微粒压制成纳米陶瓷材料却含有良好韧性，这是因为纳米超微粒制成固体材料含有大界面，界面原子排列相当混乱。原子在外力变形条件下轻易迁移，所以表现出很好韧性与一定延展性，使陶瓷材料含有新奇力学性能。这就是当前一些展销会上推出所谓,“,摔不碎陶瓷碗,”,。,纳米材料特异性能,30/45,表面效应,纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大百分比。伴随粒径减小，表面原子数快速增加，这是因为粒径小，表面急剧变大所致。当直径小于,100 nm,时，其表面原子百分数急剧增加，甚至,1 g,纳米颗粒表面总和可高达,100 m,2,，这时表面效应将不容忽略。,纳米材料特异性能,31/45,宏观量子隧道效应,纳米材料中粒子含有穿过势垒能力叫隧道效应。宏观物理量在量子相干器件中隧道效应叫宏观量子隧道效应。比如磁化强度，含有铁磁性磁铁，其粒子尺寸到达纳米级时，即由铁磁性变为顺磁性或软磁性。,纳米材料特异性能,32/45,1990,年美国国际商业机器企业（,IBM,）,艾格勒,在镍金属（,110,）表面用,35,个氙原子排出“,IBM”,字样。,1993,年中国科学院北京真空物理试验室操纵原子写出“中国”二字。,33/45,34/45,存放密度大幅度提升：0.6纳米直径意味着信息存放密度可达每平方厘米1014次方比特(信息存放基本单位)，其信息容量比现有光盘高100万倍。按照这一密度利用纳米技术设计一块方糖大小磁盘，能存放美国国会图书馆全部信息。,纳米科技将使信息产业飞速发展,35/45,神奇纳米世界,单根碳纳米弹簧,靓丽纳米世界,36/45,酷似大力神杯硅纳米结构,扫描隧道显微镜下纳米团簇,37/45,38/45,39/45,NANOGEAR,40/45,December 15,“麻雀卫星”,质量不足10千克，各种部件全,部用纳米材料制造，一枚小型,火箭一次就能够发射数百颗。,若在太阳同时轨道上等间隔地,布署648颗功效不一样,“,麻雀卫,星,”,，就能够确保在任何时刻对,地球上任何一点进行连续监视，,即使少数失灵，整个卫星网络,工作也不会受影响。,41/45,纳米机器人,采取纳米大分子：,“,生物部件,”,与小分子无机物晶体结构组合，采取纳米电子学控制装配成纳米机器人，将会给人类医学科技带来深刻革命，使现在许多疑难病症得到处理。,42/45,课后思索题,假如您掌握了纳米技术，您将应用在哪些方面？并简述理由。,43/45,纳米材料,第一节 纳米材料介绍,第二节 纳米材料制备与表征,第三节纳米材料应用进展,下节课内容提醒,44/45,Thank you,45/45,