Crimp junctions for perpendicular carbon nanotube scaffolding
In this design, two rigid diamondoid rings are fused at a quasi-tetrahedral junction and sized, through the addition or subtraction of repeat subunits in each ring, to accommodate two carbon nanotubes of different diameters. The crimping of the nanotubes is a result of van der Waals packing of the rings, a feature that can be enhanced or removed by adjusting the ring size. (grey = carbon, white = hydrogen, blue = nitrogen, red = oxygen)
TEM(隧道显微镜)
AFM(原子力显微镜)
SEM(扫描显微镜)
STM(扫描隧道显微镜)
纳米微粒的四大效应
（1）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。 （2）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导体微粒的能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。 （3）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
Earth 1.2 x 107m什么是纳米(nanometer)？
• In Greek, “nano” means dwarf
• 纳米是一个长度计量单位，1纳米 = 10-9 米。
人高
针头
红血球
分子及DNA
100万 纳米
1千 纳米
20亿 纳米
1 纳米
氢原子 0.1 纳米
什么是纳米(nanometer)？ Earth 1.2 x 107 m
1977年美国麻省理工学院德雷克斯勒教授提出, 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, 并称之为纳米科技. 他70年代末在斯坦福大学建立第一个纳米科技研究小组。
第一届国际纳米科学技术会议(International conference on nano science and technology)
- Richard Feynman(1959)
Physics Nobel Laureate
• 人类能够用宏观的机器制造比其体积小的机器,而这较小的机器可以制作更小的机 器, 这样一步步达到分子线度, 即逐级地缩小生产装置, 以至最后直接按意愿排列 原子,制造产品.那时, 化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题。
社会意义：
（1） 纳米是新的物质观，新的方法论； （2） 纳米是社会实践体系
a. 掀起广泛深入的社会实践活动 b. 各国政府纷纷纳入战略规划 c. 纳米技术的产业化实践
什么是纳米结构(nanostructure)？
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 或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。
-------英国牛津大学材料系纳米材料专家保 尔·华伦博士接受科技日报记者采访时说
什么是纳米科技(Nano-ST)？
制造和研究纳米尺度（10-9 ～10-7m）的器件和材料的科学技术。
• 创造和制备各种新型具有优异性能的纳米材料 • 设计、制备各种纳米器件和装置 • 探测分析纳米材料,器件的结构,性质及其相互关
什么是纳米材料(nanomaterial)?
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(10-9～10-7m)或由它们作为基本单元构成的材料
什么是纳米科学(nanoscience)？
在纳米尺度上研究材料的制备及其性质、现象的科学。
什么是纳米技术(nanotechnology)？
• 在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米 技术。纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质 的技术。
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、磁、光、声、热力 学等性质的变化，这称为小尺寸效应。 （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，故称为宏观量子隧道效应。
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
纳米科技的前景展望
• 材料和制备 • 微电子和
计算机技术 • 环境和能源 • 医学与健康 • 生物技术 • 航天和航空 • 国家安全
FROM:
纳米材料的存在形式
纳米材料的分类
纳米微粒的结构与形貌
形貌
• Fabrication/production tools, including nanomanipulators and nanolithographic devices;
• Simulation/modeling tools, which aid in the design and development of nanotechnology products.
系和机理
纳米科技概念的提出与发展
“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.”
（1）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。
Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size
（2）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2000年人们回顾历史的时候, 他们会为直到1959年才有人想到直接用原子, 分子来制造机器而感到惊讶。
--- Richard P.Feynman,1959
纳米科 Drexler
1974年科学家唐尼古奇(Taniguchi)最早使用纳米技术(Nanotechnology) 一词描述精细机械加工;
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 室发现当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
• Visualization tools, primarily scanning probe and electron microscopes;
• Measurement (or metrology) tools, including spectroscopic and optics based;
制造多种多样的生物“产品”，农、林、牧、副、渔业也可能因此发 生深刻变革，人类的食品结构也将随之发生变化。
（5）纳米材料在催化反应中具有重要作用。
通过纳米材料的光催化从水、二氧化碳和氮气中提取有用物质，例如， 液体燃料一直是人们研究的重要课题，最近日本利用纳米铂作为催化剂放 在氧化钛的载体上，在加入甲醇的水溶液中通过光照射成功地制取了氢。
• 纳米技术是一门高新技术，它对21世纪材料科学和微型器 件技术的发展具有重要影响，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。
什么是纳米技术(nanotechnology)？
纳米技术是当前全球都在谈论的热门话题。所谓纳 米技术，是指用数千个分子或原子制造新型材料或微 型器件的科学技术。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。牛津大学材料系目前研究的纳米技术项目有40多 个，其中主要的有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、 金属纳米晶体和量子点线等。
high-resolution, low-temperature scanning tunneling microscope (STM) (Science----1 February 2002)
Nano rings
JACS 2005
Nano-flowers
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Ag/SiOx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。
Ag
Au
NATURE Vol. 4371 September 2005
Al2O3
Nanofibres
Nanobelt /nanoribbon
ZnO SCIENCE VOL 291 9 MARCH 2001
ZnO Materials Letters 59 (2005) 1696–1700
Nano peapod
Low-friction bearing assembly with two carbon allotropes