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物理(电工电子类) 第七章 热现象及应用 * 中等职业教育课程改革国家规划教材 配套电子教案 高等教育电子音像出版社 高等教育出版社 物理广角 纳米技术 什么是纳米材料、纳米技术? ? 一、纳米技术 纳米——长度的国际单位制单位,单位符号是nm。 1 m = 109 nm 1?nm是1 m的10亿分之一,相当于4~5个原子排列起来的长度。通俗地说,1?nm约为头发丝粗细的六万分之一。 纳米尺度——大约在1~100?nm范围 1.纳米材料:由纳米尺度的超微颗粒组成的材料,叫做纳米材料。 2.纳米技术:涉及纳米材料开发与应用的科学与技术称为纳米技术。 人类利用扫描隧穿显微镜(STM),按自己的意志直接操纵单个原子或分子,有许多激动人心的创意和发现,制造出具有特定功能的产品。 1991年,IBM公司的“拼字”科研小组用STM针尖移动吸附在金属表面的一氧化碳分子,拼成了一个大脑袋小人的形象。图中每个白团是单个一氧化碳分子竖在铂表面上的图象,顶端为氧分子,各个分子的间距约0.5 nm。这个“分子人”从头到脚只有5nm高,堪称世界上最小的人形图案。 ? 上图是中国科学院化学研究所的科技人员利用自制的扫描隧穿显微镜,在石墨表面上刻蚀出来的图像。图上“中国”字样的线宽实际上只有10 nm。 48个铁原子排列成了一个称之为“量子围栏”的圆环 1993年,美国科学家成功地进行了移动铁原子的实验。上图是在低温条件下,用STM针尖将48个铁原子排列成了一个称之为“量子围栏”的圆环,最近的铁原子相距0.9 nm。这些铁原子吸附在铜表面上,围成一个圆圈,把在该处铜表面运动的电子圈了起来,电子只能在其圈内运动,圈内的圆形波纹就是这些电子的波动图,它的大小及图形和量子力学的预言符合的非常好。移动分子实验的成功,表明了人们朝着用单一原子和小分子重新构成新分子的目标又前进了一步。 C60分子碳纳米管 3.几种纳米材料的特性及应用 C60分子碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的一种一维纳米材料,这种中空的微管强度大约比钢强100倍,传热性能优于所有已知的其他材料,它还具有良好的导电性,在常温下导电几乎不产生电阻。碳纳米管有可能成为最佳超微导线,因为一根纳米管的直径只有计算机芯片上最细电路直径的1/100,预计它将作为理想导体用于纳米级电子线路。 纳米存储器 科学家已经研制成功各种纳米器件,如单电子晶体管,其性能比传统的晶体管的优化了1000~10 000倍。纳米存储器存储密度可达每平方厘米10万亿字节。人们预测,正在研制的纳米芯片可以比现在的电子芯片提高几个数量级,利用它可以极大提高计算机的速度,制成每秒万亿次计算机。将来的一张纳米光盘上能存几百部,上千部电影,而一张普通光盘只能存两部电影。纳米电子学的发展,可能会在电子学领域中引起新的电子技术革命,从而把电子工业技术推向一个更高的发展阶段。 ? 纳米陶瓷(TiO2):在通常情况下陶瓷是脆性材料,纳米陶瓷(TiO2)却变成韧性材料,在室温下可以弯曲,塑性形变高达100%。 ? 纳米荧光粒子:纳米颗粒具有极高的传感灵敏效应,将直径只有15纳米的荧光粒子附着到DNA的特殊部分,利用纳米成像技术,分析荧光信号的强度以及其它特性,使其比生物医学研究中常用的传统荧光标签更易检测到。 二、纳米技术的应用及纳米产业发展趋势 1.信息产业中的纳米技术 (1)纳米材料用于高清晰度数字显示技术。 (2)纳米器件在通信系统中的应用,如网络通信中的激光器、过滤器、谐振器、微电容、微电极等。 ?(3)纳米材料在功能器件上的应用,如可添加氧化锌纳米材料对传统材料进行改性,用于压敏电阻、非线性电阻等。 物理(电工电子类) 第七章 热现象及应用 PowerPoint Template DECEMBER 2003 DESIGNED BY BETTYMOON Contents Click to edit Master title style Competitors You may want to allocate one slide per competitor Strengths Your strengths relative to competitors Weaknesses Your weaknesses relative to competitor Diagram 1 Diagram 2 Click to edit Master title style Diagram 3 Chart 2 Chart 3 Thank
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