1特备参考主要内容主要内容一、纳一、纳 米米 和和 纳纳 米米 科科 技技二、纳米材料的概念和分类二、纳米材料的概念和分类三、纳米材料的性质及应用三、纳米材料的性质及应用2特备参考纳米在哪里？纳米在哪里？ 早在中国古代，安徽出的墨，从烟道里扫出来后早在中国古代，安徽出的墨，从烟道里扫出来后一遍遍地筛，研制出来的墨非常细非常均匀、饱满，一遍遍地筛，研制出来的墨非常细非常均匀、饱满，写字非常好，这实际就是纳米颗粒。写字非常好，这实际就是纳米颗粒。一、纳米和纳米科技一、纳米和纳米科技3特备参考1、什么是纳米？、什么是纳米？ 纳米纳米不是不是“ 米米”，是，是长度计量单位长度计量单位，一米的十，一米的十亿分之一亿分之一(10-9米米) ，万分之一头发粗细（人的头发，万分之一头发粗细（人的头发直径约为直径约为80-100微米微米 ），形象地讲，一纳米的物体），形象地讲，一纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般。纳米结构纳米结构纳米结构纳米结构: : 通常是指尺寸在通常是指尺寸在通常是指尺寸在通常是指尺寸在100100纳米以下（纳米以下（纳米以下（纳米以下（1-1-100nm100nm）的微小结构。）的微小结构。）的微小结构。）的微小结构。 “纳纳”(nano)来自于希腊文，本意是来自于希腊文，本意是“矮子矮子”或或”侏儒侏儒”(dwarf)的意思。的意思。4特备参考 Human Hair一纳米有多小？一纳米有多小？5特备参考病毒：病毒：病毒：病毒： 30-100nm30-100nm30-100nm30-100nm纳米粒子与病毒大小相当纳米粒子与病毒大小相当红血球：红血球：红血球：红血球：200-300nm200-300nm200-300nm200-300nm细菌：细菌：细菌：细菌： 200-600nm200-600nm200-600nm200-600nm胃幽门胃幽门螺杆菌螺杆菌 6特备参考2、什么是纳米科技？、什么是纳米科技？ 1959年年费曼在一次题为费曼在一次题为在底部还有很大空间在底部还有很大空间（“There is Plenty of Room at the Bottom. ”）著名的演讲中提出）著名的演讲中提出 “如果有如果有一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹呢？迹呢？”并预言，并预言，说人类可以用新型的微型化仪器制造出更小的说人类可以用新型的微型化仪器制造出更小的机器，最后人们可以按照自己的意愿从单个分子甚至单个原子开机器，最后人们可以按照自己的意愿从单个分子甚至单个原子开始组装，制造出最小的人工机器来始组装，制造出最小的人工机器来。可以说这些都是纳米技术的。可以说这些都是纳米技术的最早的动意最早的动意/梦想。梦想。 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是美国著名物理学家、诺贝尔奖金获得者是美国著名物理学家、诺贝尔奖金获得者理查德理查德费曼费曼(Richard P Feynman)。7特备参考 纳米科技的迅速发展是在纳米科技的迅速发展是在19801980年代末年代末19901990年代初。年代初。19821982年，宾尼希年，宾尼希(C(CBinnig)Binnig)和罗雷尔和罗雷尔(H(HRohrer)Rohrer)等人发等人发明了费曼所期望的纳米科技研究的重要仪器明了费曼所期望的纳米科技研究的重要仪器扫描隧道扫描隧道显微镜显微镜(scanning(scanningtunnelingtunnelingmicroscopymicroscopy，STM)STM)。STMSTM不不仅以极高的分辨率揭示出了仅以极高的分辨率揭示出了“可见可见”的原子、分子微观世的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。 8特备参考扫描隧道显微镜具有很高的空间分辨率，横向可达扫描隧道显微镜具有很高的空间分辨率，横向可达0.1纳米，纵向可优于纳米，纵向可优于0.01纳米。它主要用来纳米。它主要用来描绘表面三描绘表面三维的原子结构图维的原子结构图，在纳米尺度上研究物质的特性，在纳米尺度上研究物质的特性，还还可以实现对表面的纳米加工可以实现对表面的纳米加工，如直接操纵原子或分子，如直接操纵原子或分子，完成对表面的剥蚀、修饰以及直接书写等。完成对表面的剥蚀、修饰以及直接书写等。 STM头部由由STM头部、电子学处理头部、电子学处理系统系统，减震系统以及计算，减震系统以及计算机系统组成。机系统组成。 扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜9特备参考基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描基本原理是基于量子力学的隧道效应和三维扫描。它是用一个极细的探针（针。它是用一个极细的探针（针尖头部为单个原子）去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近（小于尖头部为单个原子）去接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近（小于1纳纳米）时，米）时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。此时若在针尖和。此时若在针尖和样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级（10-9 A）的）的隧道电流隧道电流；隧道电流对距离非常敏感，隧道电流对距离非常敏感，保持针尖与样品表面间距保持针尖与样品表面间距的恒定，的恒定，控制压电陶瓷使探针沿表面进行精确的三维（控制压电陶瓷使探针沿表面进行精确的三维（x,y,z)移动扫描移动扫描时，由时，由于样品表面高低不平而使针尖与样品之间的距离发生变化，而距离的变化引起于样品表面高低不平而使针尖与样品之间的距离发生变化，而距离的变化引起了隧道电流的变化；控制和记录隧道电流的变化，并把信号送入计算机进行处了隧道电流的变化；控制和记录隧道电流的变化，并把信号送入计算机进行处理，就可以得到样品表面高分辨率的三维形貌图像。理，就可以得到样品表面高分辨率的三维形貌图像。扫描隧道显微镜一般用于扫描隧道显微镜一般用于导体和半导体表面的测定导体和半导体表面的测定。扫描隧道显微镜的工作原理扫描隧道显微镜的工作原理10特备参考高序石墨原子高序石墨原子 STM图象图象 用用STM描绘样品表面三维的原子结构描绘样品表面三维的原子结构: 硅表面硅原子硅表面硅原子 STM图象图象 11特备参考 1990年，纳米技术获得了重大突破。年，纳米技术获得了重大突破。美国美国IBM公司公司阿尔马阿尔马登研究中心（登研究中心（AlmadenResearchCenter）的科学家展示了）的科学家展示了一项令世人瞠目结舌的成果，他们一项令世人瞠目结舌的成果，他们使用使用STM把把35个氙原子移个氙原子移动到各自的位置，在镍金属表面动到各自的位置，在镍金属表面 组成了组成了“IBM”三个字母三个字母，这，这三个字母加起来不到三个字母加起来不到3纳米长，成为纳米长，成为世界上最小的世界上最小的IBM商标商标。 12特备参考1991年年IBM公司公司的的“拼字拼字”科科研小组利用研小组利用STM把一氧化碳分把一氧化碳分子竖立在铂表面上、分子间距子竖立在铂表面上、分子间距约约0.5纳米的纳米的“分子人分子人”，这，这个个“分子人分子人”从头到脚只有从头到脚只有5纳米，堪称纳米，堪称世界上最小的人形世界上最小的人形图案图案 。13特备参考 1993年年中国科学院中国科学院北京真实物理实验室北京真实物理实验室用用STM操纵硅原操纵硅原子写出子写出“中国中国”两个字两个字，标志着中国开始在国际纳米科技领域，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。占有一席之地。（在室温下，用（在室温下，用STM的针尖，并通过针尖与硅样品之间的相的针尖，并通过针尖与硅样品之间的相互作用，把硅晶体表面的原子拨出，从而在表面上形成互作用，把硅晶体表面的原子拨出，从而在表面上形成“中国中国”的图形。）的图形。） 14特备参考世界上最小的中国地图世界上最小的中国地图 中国科学院化学所的科技人员利用中国科学院化学所的科技人员利用STM在石墨表面上通在石墨表面上通过搬迁碳原子绘制出的过搬迁碳原子绘制出的世界上最小的中国地图世界上最小的中国地图。 15特备参考 目前科技界普遍公认的目前科技界普遍公认的纳米科技纳米科技的定义的定义是是：在纳在纳米尺度（米尺度（1100纳米）上研究物质（包括原子、分子纳米）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及如何利用这些特性的操纵）的特性和相互作用，以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳纳米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交米科技与众多学科密切相关，它是一门体现多学科交叉性质的前沿领域。叉性质的前沿领域。 16特备参考 纳米科技包括纳米科技包括三个研究领域：三个研究领域：纳米材料、纳米器件、纳纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征米尺度的检测与表征。其中其中纳米材料纳米材料是纳米科技的基础；是纳米科技的基础；纳纳米器件的研制水平和应用程度米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代是人类是否进入纳米科技时代的重要标志；的重要标志；纳米尺度的检测与表征纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础。少的手段和理论与实验的重要基础。 17特备参考 传统的生产模式传统的生产模式传统的生产模式传统的生产模式，是从大到小，从上到下的，比如造一个橱，要从粗木，是从大到小，从上到下的，比如造一个橱，要从粗木，是从大到小，从上到下的，比如造一个橱，要从粗木，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；如造电脑，从半导体硅片，经过到木材到成品；如造电脑，从半导体硅片，经过到木材到成品；如造电脑，从半导体硅片，经过到木材到成品；如造电脑，从半导体硅片，经过切、割、刻、蚀、渗杂切、割、刻、蚀、渗杂切、割、刻、蚀、渗杂切、割、刻、蚀、渗杂等等等等许多步骤，变成电子元器件，这个过程，许多步骤，变成电子元器件，这个过程，许多步骤，变成电子元器件，这个过程，许多步骤，变成电子元器件，这个过程，原材料浪费大、能耗大原材料浪费大、能耗大原材料浪费大、能耗大原材料浪费大、能耗大。纳米科技的最终目的：纳米科技的最终目的：是按人的意愿，操纵单个原子、分子，是按人的意愿，操纵单个原子、分子，是按人的意愿，操纵单个原子、分子，是按人的意愿，操纵单个原子、分子，构建构建构建构建纳米级纳米级纳米级纳米级的具有一定功能的具有一定功能的具有一定功能的具有一定功能的器件或产品的器件或产品的器件或产品的器件或产品。纳米科技研究的技术路线：纳米科技研究的技术路线：可分为可分为“自上而下自上而下”和和“自下而上自下而上”两种方式。两种方式。“自上而下自上而下(top-down)(top-down)” 是指通过微加工或固态技术，是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化 ( (传统技术传统技术) )；18特备参考“自下而上自下而上(bottom-up)(bottom-up)” 是指以原子、分子为基本单元，是指以原子、分子为基本单元，根据人们的设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，这根据人们的设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，这主要是意愿进行利用化学和生物学技术主要是意愿进行利用化学和生物学技术 ( (纳米技术纳米技术) ) 。注：注： 自下而上自下而上的制作方式伴随着纳米科技的迅猛发展将的制作方式伴随着纳米科技的迅猛发展将愈来愈受到重视。愈来愈受到重视。纳米技术纳米技术纳米技术纳米技术，就是要做到，从小到大，从下到上。要什么东西，将分，就是要做到，从小到大，从下到上。要什么东西，将分，就是要做到，从小到大，从下到上。要什么东西，将分，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，子、原子搭起来，就是什么东西，子、原子搭起来，就是什么东西，子、原子搭起来，就是什么东西，原材料浪费为零，能耗降到极低原材料浪费为零，能耗降到极低原材料浪费为零，能耗降到极低原材料浪费为零，能耗降到极低，彻底从技术上解决了环保问题。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。彻底从技术上解决了环保问题。19特备参考纳纳米米这这项项新新技技术术的的诞诞生生,其其用用途途之之广广,涉涉及及领领域域之之多多,前前所所未未有有。纳纳米米技技术术是是一一门门崭崭新新的的交交叉叉学学科科,学学科科领领域域涵涵盖盖纳纳米米物物理理学学、纳纳米米电电子子学学、纳纳米米化化学学、纳纳米米材材料料学学、纳纳米米机机械械学学、纳纳米米生生物物学学、纳纳米米医医学学、纳纳米米显显微微学学、纳纳米米计计量量学学和和纳纳米米制制造造等等,有有着着十十分分宽宽广广的的学学科科领领域域。二二十十一一世世纪纪,纳纳米米技技术术将广泛应用于信息、医学和新材料领域将广泛应用于信息、医学和新材料领域。20特备参考 当当今今的的时时代代，大大规规模模集集成成电电路路的的制制造造已已经经进进入入了了微微米米和和亚亚微微米米的的量量级级, 电电子子器器件件的的集集成成度度越越来来越越高高，已已经经接接近近了了它它的的理理论论极极限限。在在纳纳米米尺尺度度上上，由由于于电电子子的的波波动动性性质质而而呈呈现现各各种种量量子子效效应应，使使得得电电子子器器件件已已无无法法按按照照通通常常的的要要求求进进行行工工作作。纳纳米米电电子子学学正正是是面面对对这这种种挑挑战战而而诞诞生生的的。在在纳纳米米电电子子学学这这个个天天地地里里，新的发现，新的成果不断涌现。新的发现，新的成果不断涌现。 21特备参考 纳纳米米电电子子器器件件中中最最有有应应用用前前景景的的是是量量子子元元器器件件。这这种种利利用用量量子子效效应应制制作作的的器器件件不不仅仅体体积积小小，还还具具有有高高速速、低低耗耗和和电电路路简简化化的的特特点点。纳纳米米电电子子学学中中另另一一个个有有趣趣的的研研究究热热点点是是所所谓谓的的单单电电子子器器件件, ,在在单单电电子子器器件件中中，利利用用库库仑仑阻阻塞塞效效应应，甚甚至至能能够够对对电电子子一一个个一一个个的的加加以以控控制制，这这有有可可能能开开发发出出单单电电子子的的数数字字电电路路或或存存储储器器。开开发发单单电电子子晶晶体体管管, , 只只要要控控制制一一个个电电子子的的行行动动即即可可完完成成特特定定功功能能, ,使使功功耗耗降降低低到到原原来来的的100010001000010000分之一。分之一。 22特备参考纳米存储器纳米存储器，存储密度可达，存储密度可达每平方厘米每平方厘米10万亿字节。万亿字节。23特备参考基于利用基于利用 STMSTM 对分子、原子进行搬迁的事实，人们产对分子、原子进行搬迁的事实，人们产生了利用该技术制造分子存储器甚至原子存储器的梦想。生了利用该技术制造分子存储器甚至原子存储器的梦想。物体的表面有原子的位置为物体的表面有原子的位置为“1 1”，没原子为，没原子为“0 0”，这不这不就可以表示二进制吗？这不就是存储器吗？就可以表示二进制吗？这不就是存储器吗？一个一个分子存储分子存储器器能够存储的信息，相当于能够存储的信息，相当于100100万张光盘的存储量；而一张万张光盘的存储量；而一张同样大小的同样大小的原子存储器原子存储器的容量，将能够存入人类有史以来的容量，将能够存入人类有史以来的全部知识！的全部知识！24特备参考 科科学学研研究究发发现现，当当材材料料的的颗颗粒粒缩缩小小到到只只有有几几纳纳米米到到几几十十纳纳米米时时，由由于于颗颗粒粒表表面面相相对对活活跃跃的的原原子子数数量量与与颗颗粒粒内内部部结结构构稳稳定定的的原原子子数数量量的的比比例例大大大大增增加加，使得材料的性质发生了意想不到的变化。使得材料的性质发生了意想不到的变化。25特备参考陶瓷材料陶瓷材料具有坚硬、耐高温等优良特性，具有坚硬、耐高温等优良特性，工业界一直认为陶瓷是未来工业界一直认为陶瓷是未来汽车、飞机发汽车、飞机发动机动机的理想材料。的理想材料。陶瓷材料在通常情况下陶瓷材料在通常情况下呈脆性；呈脆性；由纳米粒子压制成的由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料有很好有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性甚佳的韧性与延展性。使发动机工作在更。使发动机工作在更高的温度下，汽车会跑得更快，飞机会飞高的温度下，汽车会跑得更快，飞机会飞得更高。得更高。纳米陶瓷纳米陶瓷26特备参考 具有未来超级纤维之称的具有未来超级纤维之称的碳纳米管碳纳米管是当前材料研究领域中是当前材料研究领域中非常热门的纳米材料，它是一种由碳原子组成的、直径只有非常热门的纳米材料，它是一种由碳原子组成的、直径只有几个纳米的极微细的纤维管。碳纳米管具有极其奇特的性质：几个纳米的极微细的纤维管。碳纳米管具有极其奇特的性质：它的它的强度比钢高强度比钢高100100倍倍，但是，但是重量只有钢的六分之一重量只有钢的六分之一；它的；它的导导电性十分怪异电性十分怪异. .不同结构碳纳米管的导电性可能呈不同结构碳纳米管的导电性可能呈现现良导体良导体、半导体半导体、甚至、甚至绝绝缘体缘体。因此它也许能成为因此它也许能成为纳米级印刷电路纳米级印刷电路的材料。碳纳米管可能做成纳米开的材料。碳纳米管可能做成纳米开关，或者做成极细的针头用于给细关，或者做成极细的针头用于给细胞胞“打针打针”等等。等等。碳纳米管碳纳米管27特备参考太太空空升升降降机机 由由于于碳碳纳纳米米管管的的强强度度高高、重重量量轻轻，如如果果把把它它做做成成“太太空空电电梯梯”缆缆绳绳，使使缆缆绳绳的的长长度度是是从从同同步步轨轨道道卫卫星星下下垂垂到到地地面面的的距距离离，它它也也完完全全可可以以经经得得住住自自身身的的重重量量。到到那那个个时时候候，人人类类到到太太空空旅旅行行将将是是一一件件轻轻而而易易举举的的事事情情。如如果果用用它它做做成成地地球球- -月月球球乘乘人人的的电电梯梯，人人们在月球定居就很容易了。们在月球定居就很容易了。28特备参考纳纳米米壁壁挂挂电电视视 用用纳纳米米有有机机发发光光材材料料制制作作的的电电视视屏屏幕幕可可以以象象一一幅幅图图画画一一样样卷卷起起来来带带走走。纳纳米米有有机机发发光光材材料料的的特特点点是是材材料料既既具具有有柔柔性性，同同时时可可以以在在电电场场的的作作用用下下发发出出各各种种颜颜色色的的光光。用用碳碳纳纳米米管管制制成成电电子子枪枪,可可点点亮亮新新一一代代平平面面显示屏。显示屏。 29特备参考纳纳米米固固体体燃燃料料 实实验验发发现现纳纳米米铜铜和和铝铝一一遇遇到到空空气气就就会会激激烈烈燃燃烧烧，发发生生爆爆炸炸，可可以以作作为为未未来来的的固固体体燃燃料料使使火火箭箭具有更大的推动力。具有更大的推动力。 30特备参考纳纳米米隐隐身身飞飞机机 在在飞飞机机外外表表面面涂涂上上纳纳米米超超微微粒粒材材料料,可可以以有有效效吸吸收收红红外外光光和和电电磁磁波波，这这就就使使得得红红外外探探测测器器及及雷雷达达得得到到的的反反射射信信号号强强度度大大大大降降低低，因因此此很很难难发发现现被被探探测测目目标标，起起到到了了隐隐身作用。身作用。美国美国F117隐形轰炸机机隐形轰炸机机美国美国B2隐形轰炸机隐形轰炸机31特备参考 车车、钳钳、刨刨、铣铣等等机机械械加加工工过过程程必必然然要要去去掉掉一一些些下下脚脚料料，造造成成浪浪费费。而而纳纳米米制制造造技技术术则则是是以以相相反反的的方方向向，直直接接由由原原子子、分分子子来来完完整整地地构构造造器器件件。科科学学家家们们已已经经用用原原子子、分分子子操操纵纵技技术术、纳纳米米加加工工技技术术、分分子子自自组组装装技技术术等等新新科科技技制制造造了了纳纳米米齿齿轮轮、纳纳米米电电池池、纳纳米米探针探针、分子泵分子泵、分子开关分子开关和和分子马达分子马达等。等。32特备参考分子自组装分子自组装 两种两种不同的分子不同的分子在分子之间在分子之间力的作用下在溶液中力的作用下在溶液中自组装自组装的的情形。由于纳米尺寸非常之小，情形。由于纳米尺寸非常之小，纳米机械必须具有自组装、自纳米机械必须具有自组装、自我复制等功能。我复制等功能。 由碳纳米管制作的由碳纳米管制作的纳米纳米齿轮齿轮模型，纳米齿轮上模型，纳米齿轮上的原子清晰可见。的原子清晰可见。 纳米齿轮纳米齿轮33特备参考分子马达分子马达是由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的是由生物大分子构成，利用化学能进行机械做功的纳米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、纳米系统。天然的分子马达，如：驱动蛋白、RNA聚合酶、聚合酶、肌球蛋白等，在生物体内参与了胞质运输、肌球蛋白等，在生物体内参与了胞质运输、DNA复制、细胞复制、细胞分裂、肌肉收缩等一系列重要生命活动。以微管蛋白为轨道，分裂、肌肉收缩等一系列重要生命活动。以微管蛋白为轨道，沿微管的负极向正极运动，并由此完成各种细胞内外传质功沿微管的负极向正极运动，并由此完成各种细胞内外传质功能。能。 ATP酶（分子马达）酶（分子马达）ATP酶（酶（adenosinetriphosphatase）可催化可催化ATP水解生成水解生成ADP及无机磷的反及无机磷的反应，这一反应放出大量能量，以供生物应，这一反应放出大量能量，以供生物体进行生命过程体进行生命过程 34特备参考纳米直升机纳米直升机 美国康纳尔大学的科学家利用美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为酶作为分子马达分子马达，研制出，研制出了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备-“纳米直升机纳米直升机”。其。其中的生物分子组件将人体的生物中的生物分子组件将人体的生物“燃料燃料”ATP转化为机械能量，转化为机械能量，使得金属推进器的运转速率达到每秒使得金属推进器的运转速率达到每秒8圈，利用这个能量它们可圈，利用这个能量它们可以在人的细胞内以在人的细胞内“飞翔飞翔”和和“着陆着陆”。这种技术仍处于研制初期，。这种技术仍处于研制初期，它的控制和如何应用仍是未知数。将来它的控制和如何应用仍是未知数。将来有可能完成在人体细胞内有可能完成在人体细胞内发放药物等医疗任务发放药物等医疗任务。 35特备参考美国朗讯科技公司和英国牛津大学的美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家用科学家用DNADNA（脱氧核糖核酸）制造（脱氧核糖核酸）制造出了一种纳米级的镊子，每条出了一种纳米级的镊子，每条臂长只臂长只有有7nm7nm 。利用。利用DNADNA基本元件碱基的配对基本元件碱基的配对机制，可以用机制，可以用DNADNA为为“燃料燃料”控制控制这种镊子反复开合。这种镊子反复开合。利用它将可以制利用它将可以制造出分子大小的电子电路，使未来的造出分子大小的电子电路，使未来的计算机体积更小，运算速度更快。计算机体积更小，运算速度更快。匪夷所思的匪夷所思的DNA镊子镊子 如果有一种如果有一种超微型镊子超微型镊子，能够钳起分子或原子并对它们随意组，能够钳起分子或原子并对它们随意组合，制造纳米机械就容易多了。合，制造纳米机械就容易多了。36特备参考用用极极微微小小部部件件组组装装一一辆辆比比米米粒粒还还小小,能能够够运运转转的的汽汽车车、微微型车床型车床，可望钻进核电站管道系统检查裂缝；可望钻进核电站管道系统检查裂缝；只只有有蜜蜜蜂蜂大大小小且且能能升升空空的的直直升升机机，眼眼睛睛几几乎乎看看不不见见的的发发动机；动机；提供化工使用的火柴盒大小的提供化工使用的火柴盒大小的反应器；反应器；驰驰骋骋未未来来战战场场上上的的纳纳米米武武器器，如如麻麻雀雀卫卫星星、蚂蚂蚁蚁士士兵兵、蚊子导弹蚊子导弹、苍蝇飞机苍蝇飞机、间谍草间谍草等。等。纳米机械产品纳米机械产品37特备参考38特备参考“麻雀卫星麻雀卫星”质量不足质量不足1010千克，各种部件全千克，各种部件全部用纳米材料制造，一枚小型部用纳米材料制造，一枚小型火箭一次就可以发射数百颗。火箭一次就可以发射数百颗。若在太阳同步轨道上等间隔地若在太阳同步轨道上等间隔地部署部署648648颗功能不同的颗功能不同的“麻雀卫麻雀卫星星”，就可以保证在任何时刻对，就可以保证在任何时刻对地球上任何一点进行连续监视，地球上任何一点进行连续监视，即使少数失灵，整个卫星网络即使少数失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响。的工作也不会受影响。39特备参考 纳纳米米生生物物学学的的产产生生是是与与扫扫描描探探针针显显微微镜镜 （SPMSPM）的的发发明明和和在在生生命命科科学学中中的的应应用用分分不不开开的的。生生命命过过程程是是已已知知的的物物理理、化化学学过过程程中中最最复复杂杂的的过过程程。纳纳米米生生物物学学是是从从微微观观的的角角度度来来观观察察生生命命现现象象、并并以以对对分分子子的操纵和改性的操纵和改性为目标的。为目标的。40特备参考生生物物学学家家在在纳纳米米生生物物学学领领域域提提出出了了许许多多富富有有挑挑战战性性的的新新观观念念，如如生生物物器器件件。它它的的特特点点是是象象遗遗传传基基因因分分子子那那样样具具有有自自我我复复制制功功能能。这这样样一一来来，可可以以利利用用纳纳米米加加工工技技术术，按按照照分分子子设设计计的的方方法法合合成成、复复制制成成各各种种用用途途的的生生命命零零件件，利利用用生生物物零零件件可可以以组组装装具具有有生生物物智智能能、运运算算速速度度更更快快的的生生物物计计算算机机；具具有有特特定定功功能能的的纳纳米米生生物物机机器器人人；生生物物零零件件与与无无机机材材料或晶体材料结合可以制成料或晶体材料结合可以制成具有生命功能具有生命功能的的纳米电路纳米电路等。等。41特备参考右图为科学家幻想的右图为科学家幻想的人体中的血红人体中的血红细胞细胞和和人造细胞人造细胞在一起的情景。人在一起的情景。人体中红血球的重要功能之一是向身体中红血球的重要功能之一是向身体的各个部分输送氧分子，如果身体的各个部分输送氧分子，如果身体的某些部分缺氧，那部分就会感体的某些部分缺氧，那部分就会感到疲劳。画中的到疲劳。画中的蓝色蓝色小球（小球（纳米人纳米人造细胞造细胞）称为呼吸者，它们不仅具称为呼吸者，它们不仅具有比红血球携带氧分子多数百倍的有比红血球携带氧分子多数百倍的功能，而且本身装有功能，而且本身装有纳米计算机纳米计算机、纳米泵纳米泵，可以根据需要将氧释放，可以根据需要将氧释放，同时将无用的二氧化碳带走。同时将无用的二氧化碳带走。 42特备参考由于由于纳米机器人纳米机器人可以小到可以小到在人的血管中自由的游动，在人的血管中自由的游动，对于象对于象脑血栓脑血栓、动脉硬化动脉硬化等等病灶，它们可以非常容易的病灶，它们可以非常容易的予以清理，而不用再进行危予以清理，而不用再进行危险的开颅、开胸手术。纳米险的开颅、开胸手术。纳米仿生机器人可以为人体仿生机器人可以为人体传送传送药物药物，进行细胞修复进行细胞修复等工作等工作纳米生物机器人在疏通血管纳米生物机器人在疏通血管 43特备参考 用纳米材料制成的用纳米材料制成的人工人工眼球眼球，不仅可以象真的眼，不仅可以象真的眼睛一样同步移动，也能通睛一样同步移动，也能通过电脉冲刺激大脑神经，过电脉冲刺激大脑神经，看到精彩的世界。看到精彩的世界。44特备参考“纳米生物导弹纳米生物导弹”专门对付专门对付癌症，这一针对癌症的超细癌症，这一针对癌症的超细纳米药物，能将抗肿瘤药物纳米药物，能将抗肿瘤药物连接在磁性超微粒子上，定连接在磁性超微粒子上，定向射向癌细胞，并把它们全向射向癌细胞，并把它们全歼。歼。Treating Disease: Nanoparticles would deliver treatments to specifically targeted sites, including places that standard drugs do not reach easily. For example, gold nanoparticles (spheres) that were targeted to tumors might, when hit by infrared light, heat up enough to destroy the growths. 45特备参考纳米细胞修复器纳米细胞修复器纳米细胞修复器纳米细胞修复器用于修复细用于修复细用于修复细用于修复细胞内的各种病变，如线粒体、胞内的各种病变，如线粒体、胞内的各种病变，如线粒体、胞内的各种病变，如线粒体、细胞核的病变；细胞核的病变；细胞核的病变；细胞核的病变； 46特备参考如果如果按维数按维数，纳米材料的，纳米材料的基本单元基本单元可以分为三类：可以分为三类：(1)零维零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗如纳米尺度颗粒、原子团簇等；粒、原子团簇等；(2)一维一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米纳米丝、纳米棒、纳米管、纳米带等；棒、纳米管、纳米带等；(3)二维二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多，指在三维空间中有一维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜层膜、超晶格等。超晶格等。 二、纳米材料的概念和分类二、纳米材料的概念和分类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或是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。由它们作为基本单元构成的材料。47特备参考48特备参考纳米材料大部分都是由人工制备的，属于人工材纳米材料大部分都是由人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的例如天体的陨石碎片陨石碎片，人体和兽类的，人体和兽类的牙齿牙齿都是由都是由纳米微粒构成的。而浩瀚的纳米微粒构成的。而浩瀚的海洋海洋就是一个庞大超就是一个庞大超微粒的聚集场所。微粒的聚集场所。由于这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一由于这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维和二维的基本单元分别又有维和二维的基本单元分别又有量子点量子点、量子线量子线和和量量子阱子阱之称。之称。49特备参考Ag nanosphere particles (10nm)CdS nanocrystals (3.8nm)50特备参考InSe nanocrystals (7.5nm)51特备参考Diameter: 57nmLength: 400nmPbCrO4 nanorodsVO2 nanorodsDiameter: 40-60nmLength: 1-2um52特备参考Ag2Se nanowiresDiameter: 30-40nm Length: 50um53特备参考ZnO nanotubesOuter diameter: 80nm Wall thickness: 20nm54特备参考CdS nanobeltsWidth: several tens to several hundreds of nanometers Thickness: 60nmLength: several tens to several hundreds of micrometers; some of them even have lengths on the order of millimeter.55特备参考Al2O3 porous filmPorous diameter :70nm56特备参考Co(OH)2hexagonal nanoplatelets-Co(OH)2-Co(OH)2W i d t h : s e v e r a l m i c r o m e t e r s Thickness: 15nmNote: The insets show b o t t l e s o f t h e suspensions obtained by dispersing the platelets in ethanol.57特备参考(a)(b)Cu3SnS4 nanoshell tubesTheindividualnanoshelltubeismadeupofsphericalnanoparticleswithdiameterof20-50nm.58特备参考- - Fe2O3 urchin-like superstructureTheseFe2O3nanorodsattachtogetherandassembleinto3Durchin-likesuperstructureswithrod-likecrystallitesradiatingfromthecenter.Theindividualnanorodshaveameandiameterofabout80nm.59特备参考PbS 3D dendritic nanostructureThelengthofthetrunkandthediameterofthebranchesofthePbSdendritesisabout2-4umand40-100nm,respectively.60特备参考PorousCuInS2microspheresThemicrospheresarecomposedofnanosheetswithaveragethicknessof30nm.Thesenanosheetsinterconnnectwitheachothertoformanentanglednetwork-likearchitecturewithirregular-shapedpore.61特备参考按按化学组成化学组成可分为：纳米金属、纳米非金属、纳米塑可分为：纳米金属、纳米非金属、纳米塑料、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。料等。按按材料物性材料物性可分为：纳米半导体、纳米磁性材料、纳可分为：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。米热电材料等。按按应用应用可分为：纳米电子材料、纳米光电子材料、纳可分为：纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。 62特备参考三、纳米材料的性质及应用三、纳米材料的性质及应用1、特殊的特殊的光学光学性质性质 当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，便失去了原有的当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，便失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变银白色的铂（白金）变成铂黑成铂黑，金属铬变成铬黑。，金属铬变成铬黑。铂黑能吸附大量的氢、氧等铂黑能吸附大量的氢、氧等气体，在许多气体反应中可气体，在许多气体反应中可用作催化剂用作催化剂将铂黑镀在铂或金电极的表将铂黑镀在铂或金电极的表面上，常用作氢电极或其他面上，常用作氢电极或其他气体电极气体电极 63特备参考金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l，大约几微，大约几微米的厚度就能米的厚度就能完全消光完全消光。利用这个特性可以高效率地将。利用这个特性可以高效率地将太阳太阳能能转变为热能、电能。还可能应用于转变为热能、电能。还可能应用于红外敏感元件、红外隐红外敏感元件、红外隐身技术身技术等。等。F117A型隐身战斗机型隐身战斗机1991年春的年春的海湾战争海湾战争，美国，美国F117A型隐身战斗机型隐身战斗机外表所包外表所包覆的材料中就包含有覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒多种纳米超微颗粒，它们对不同波段的，它们对不同波段的电磁波有强烈的电磁波有强烈的吸收能力吸收能力，以欺骗雷达，达到隐形目的，成，以欺骗雷达，达到隐形目的，成功地实现了对伊拉克重要军事目标的打击。功地实现了对伊拉克重要军事目标的打击。64特备参考2、特殊的特殊的热学热学性质性质 固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后其后其熔点将显著降低熔点将显著降低，当颗粒小于，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。纳米量级时尤为显著。例如例如，金金的常规熔点为的常规熔点为10641064，当颗粒尺寸减小到，当颗粒尺寸减小到1010纳米时，则降低纳米时，则降低2727，2 2纳米纳米尺寸时的熔点仅为尺寸时的熔点仅为327327左右；左右；银银的常规熔点为的常规熔点为670670，而，而超微银超微银颗粒颗粒的熔点可低于的熔点可低于100100。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。65特备参考金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。可用纳米颗粒的粉金属纳米颗粒表面上的原子十分活泼。可用纳米颗粒的粉体作为体作为火箭的固体燃料、催化剂火箭的固体燃料、催化剂。例如例如, 在火箭发射的固体燃料推进剂中在火箭发射的固体燃料推进剂中添加添加l重量比重量比的超的超微铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可微铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可增加增加 l 倍倍。66特备参考人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在菌等生物体中存在超微的磁性颗粒超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。航下能辨别方向，具有回归的本领。3、特殊的特殊的磁学磁学性质性质67特备参考磁性超微颗粒磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的，生活在水中的趋磁趋磁细菌细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为 20纳米的磁性氧化纳米的磁性氧化物颗粒。物颗粒。何为趋磁细菌？何为趋磁细菌？世纪年代，美国微生物学家勃列依克摩尔在大世纪年代，美国微生物学家勃列依克摩尔在大西洋底发现了一种奇异的细菌，它们总是沿着地磁场的磁力线运动。一西洋底发现了一种奇异的细菌，它们总是沿着地磁场的磁力线运动。一起行动时，自动排成一条条起行动时，自动排成一条条“生物磁力线生物磁力线”，十分美观。它们决不会自，十分美观。它们决不会自乱阵脚，勃列依克摩尔就美其名曰乱阵脚，勃列依克摩尔就美其名曰“趋磁细菌趋磁细菌”。68特备参考a) 活的细菌体内完整的磁小体活的细菌体内完整的磁小体 它们为什么具有这种特殊的功能呢？它们为什么具有这种特殊的功能呢？经美、德、日等国科学家多年的研经美、德、日等国科学家多年的研究，发现究，发现趋磁细菌趋磁细菌的细胞中有一种的细胞中有一种“磁小体磁小体”。每个磁小体都是一个被。每个磁小体都是一个被磷脂膜包覆的高纯度、纳米级、有独特结构的磷脂膜包覆的高纯度、纳米级、有独特结构的单磁畴小晶体单磁畴小晶体。这些磁小。这些磁小体沿细胞的长轴排列成链状，使每个细菌都成了一个小小体沿细胞的长轴排列成链状，使每个细菌都成了一个小小“指南针指南针”，彼此首尾相吸沿着地磁场排列了起来。彼此首尾相吸沿着地磁场排列了起来。b) 获得的磁小体链获得的磁小体链 69特备参考小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯，大块的纯铁矫顽力约为铁矫顽力约为 80安米，而当颗粒尺寸减小到安米，而当颗粒尺寸减小到 20纳米纳米以以下时，其下时，其矫顽力可增加矫顽力可增加1千倍千倍，若进一步减小其尺寸，大约，若进一步减小其尺寸，大约小于小于 6纳米纳米时，其时，其矫顽力反而降低到零矫顽力反而降低到零，呈现出，呈现出超顺磁性超顺磁性。超顺磁性超顺磁性是指当磁性粒子的粒径小于某一是指当磁性粒子的粒径小于某一临界尺寸临界尺寸(如如Fe3O430nm)后后,在有外加磁场存在时在有外加磁场存在时,表现出较强的磁性表现出较强的磁性.但当外磁场撤消时，无剩但当外磁场撤消时，无剩磁，不再表现出磁性。磁，不再表现出磁性。矫顽力矫顽力是指破坏磁体磁化状态所需之力也就是使磁感沿磁滞回线减少是指破坏磁体磁化状态所需之力也就是使磁感沿磁滞回线减少至零时所需的磁场强度（或抹去磁带上已记录的编码信息所需要的磁至零时所需的磁场强度（或抹去磁带上已记录的编码信息所需要的磁力）力）.它是粒子形态和尺寸的函数。它是粒子形态和尺寸的函数。70特备参考 利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的的磁记录磁粉磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘及磁卡中。，大量应用于磁带、磁盘及磁卡中。71特备参考磁性液体磁性液体（magnetic liquids）是一种液态的磁性材料。该材料既具有固体的）是一种液态的磁性材料。该材料既具有固体的磁性又具有液体的流动性。它是由粒径为纳米尺寸（几个到几十个纳米）的磁磁性又具有液体的流动性。它是由粒径为纳米尺寸（几个到几十个纳米）的磁性微粒，依靠表面活性剂的帮助，均匀分散、悬浮在载液（基液加表面活性剂）性微粒，依靠表面活性剂的帮助，均匀分散、悬浮在载液（基液加表面活性剂）中，构成的一种固液两相的胶体混合物，这种材料即使在重力、离心力或电磁中，构成的一种固液两相的胶体混合物，这种材料即使在重力、离心力或电磁力作用下也不会发生固液分离，是一种典型的纳米复合材料。力作用下也不会发生固液分离，是一种典型的纳米复合材料。 利用超顺磁性，已将磁性超微颗粒制成用途广泛的利用超顺磁性，已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、磁性传感器用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、磁性传感器、选矿选矿等领域等领域 。原理示意图原理示意图磁性液体受磁场作用磁性液体受磁场作用 72特备参考4、特殊的特殊的力学力学性质性质 由于纳米材料粒度非常微小由于纳米材料粒度非常微小,具有良好的具有良好的表面效应表面效应，1克纳克纳米材料的表面积达到几百平方米。因此米材料的表面积达到几百平方米。因此,用纳米材料制成的产用纳米材料制成的产品其品其强度、柔韧度、延展性强度、柔韧度、延展性都十分优越，就象一种有千万对都十分优越，就象一种有千万对脚的毛毛虫，当它吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积脚的毛毛虫，当它吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积大，大，12级台风有也吹不掉它。级台风有也吹不掉它。73特备参考 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，陶瓷茶壶一摔就碎，然陶瓷材料在通常情况下呈脆性，陶瓷茶壶一摔就碎，然而由纳米超微颗粒压制成的而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料纳米陶瓷材料，竟然可以象弹，竟然可以象弹簧一样具有簧一样具有良好的韧性良好的韧性。74特备参考 研究表明，人的研究表明，人的牙牙齿齿之所以具有很高的之所以具有很高的强度强度，是因为它是由，是因为它是由磷酸钙等纳米材料磷酸钙等纳米材料构构成的。成的。75特备参考研究表明纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬研究表明纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬35倍。倍。对于对于金属金属-陶瓷陶瓷复合纳米材料，其应用前景十分宽广。复合纳米材料，其应用前景十分宽广。例如：例如：钴钴-碳化钨碳化钨纳米复合材纳米复合材料具有高硬、高强特征，可料具有高硬、高强特征，可应用于集成电路板、微型钻应用于集成电路板、微型钻头、点阵打印机打印针头、头、点阵打印机打印针头、耐磨零部件、军用装备等方耐磨零部件、军用装备等方面。面。76特备参考5、特殊的特殊的电学电学性质性质由于纳米颗粒内的电子运动受到限制，由于纳米颗粒内的电子运动受到限制，电子能量被量子化电子能量被量子化了。结果表现为当在金属颗粒的两端加上了。结果表现为当在金属颗粒的两端加上合适电压时，金合适电压时，金属颗粒导电；属颗粒导电；而电压不合适时金属颗粒不导电而电压不合适时金属颗粒不导电。原来是导。原来是导体的铜等金属，在尺寸减少到几个纳米时就不导电了；而体的铜等金属，在尺寸减少到几个纳米时就不导电了；而绝缘的二氧化硅等，电阻会大大下降，失去绝缘特性，变绝缘的二氧化硅等，电阻会大大下降，失去绝缘特性，变得能导电了。得能导电了。77特备参考还有一种奇怪的现象，当纳米颗粒从外电路得到一个额外的电还有一种奇怪的现象，当纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，纳米颗粒具有了负电性，它的库仑力足以排斥下一个电子时，纳米颗粒具有了负电性，它的库仑力足以排斥下一个电子从外电路进入颗粒内，从而切断了电流的连续性；子从外电路进入颗粒内，从而切断了电流的连续性；电子不能电子不能集体传输，而是一个一个单电子的传输通常这种单电子输运集体传输，而是一个一个单电子的传输通常这种单电子输运行为称行为称库仑堵塞效应库仑堵塞效应。 。 这就使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电这就使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，即所谓的子器件，即所谓的单电子器件单电子器件。单电子器件的尺寸很小，把它。单电子器件的尺寸很小，把它们集成起来做成计算机芯片其容量和计算速度不知要提高多少们集成起来做成计算机芯片其容量和计算速度不知要提高多少倍。倍。78特备参考2001年年7月月6日出版的美国日出版的美国科学科学周刊报道，荷兰研究人员制造出首个周刊报道，荷兰研究人员制造出首个能在室温下有效工作的能在室温下有效工作的单电子纳米碳管晶体管单电子纳米碳管晶体管。他们使用一个单独的纳米。他们使用一个单独的纳米碳管为原材料，利用原子力显微镜的尖端在碳管里制造带扣状的锐利弯曲，碳管为原材料，利用原子力显微镜的尖端在碳管里制造带扣状的锐利弯曲，这些带扣的作用如同屏障，它只允许单独的电子在一定电压下通过。这些带扣的作用如同屏障，它只允许单独的电子在一定电压下通过。 用此方法制造的用此方法制造的纳米碳管单电子晶体管只有纳米碳管单电子晶体管只有1纳米宽、纳米宽、20纳米长，整纳米长，整体不足人的头发丝直径的体不足人的头发丝直径的500分之一分之一。 对于致力于开发出更小的电脑芯片的研究员来说，单电子晶体管概念对于致力于开发出更小的电脑芯片的研究员来说，单电子晶体管概念越来越有吸引力。因为这种特殊的越来越有吸引力。因为这种特殊的单电子晶体管只需要一个电子来实现单电子晶体管只需要一个电子来实现“开开”和和“关关”状态状态，即计算机中的，即计算机中的“0”和和“1”，相比之下，普通微电子，相比之下，普通微电子学中的晶体管使用数百万个电子来实现开、关状态。正因以上优点，单电学中的晶体管使用数百万个电子来实现开、关状态。正因以上优点，单电子晶体管将成为未来分子计算机的理想材料。子晶体管将成为未来分子计算机的理想材料。纳米碳管晶体管纳米碳管晶体管 只需一个电子就可实现开关状态只需一个电子就可实现开关状态79特备参考正象正象20世纪世纪70年代微电子技术产生的信年代微电子技术产生的信息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪息革命一样，纳米科学技术将成为下一世纪信息时代的核心。信息时代的核心。Armstrong(IBM首席科学家阿姆斯特朗）纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是将是21世纪又一次产业革命。世纪又一次产业革命。钱学森钱学森(中国科学院、中国工程院院士） 80特备参考1993年年，因因发发明明STM而而获获得得诺诺贝贝尔尔奖奖的的科科学学家家罗罗雷雷尔尔博博士士在在写写给给江江泽泽民民主主席席的的信信中中指指出出：“许许多多人人认认为为纳纳米米科科技技仅仅仅仅是是遥遥远远的的未未来来基基础础科科学学的的事事情情，而而没没有有什什么么实实际际意意义义。但但我我确确信信纳纳米米科科技技已已经经具具有有与与150年年前前微微米米科科技技所所具具有有的的希希望望和和重重要要意意义义。150年年前前，微微米米成成为为新新的的精精度度标标准准，并并成成为为工工业业革革命命的的技技术术基基础础，最最早早和和最最好好学学会会并并使使用用微微米米技技术术的的国国家家都都在在工工业业发发展展中中占占据据了了巨巨大大的的优优势势。同同样样，未未来来的的技技术术将将属属于于那那些些明明智智地地接接受受纳纳米米作作为为新新标标准准、并并首首先先学学习习使使用用它它的的国国家家。”罗罗雷雷尔尔博博士士的的话话精精辟辟地地阐阐述述了了纳纳米米科科技技对对社社会会的的发发展展的重要作用。的重要作用。81特备参考 纳纳米米科科技技的的发发展展和和应应用用必必将将促进人类文明的进步促进人类文明的进步! 82特备参考