• 纳米尺度：1～100nm 纳米尺度： ～
1.2 纳米科技概述
• 纳米科技概念：在纳米尺度范围内认识和改造自然， 纳米科技概念：在纳米尺度范围内认识和改造自然， 通过直接操作和安排原子、分子创制新的物质 物质。 通过直接操作和安排原子、技研究范畴
学科 研究领域
－－Richard Feynman －－ 1959.12.29
纳米科技的发展历程
• 70S 康奈尔大学 康奈尔大学Granqvist & Buhrman小组气相沉积纳米颗粒 小组气相沉积纳米颗粒 • 70年代末 德雷克斯认为费曼的设想可以从模拟活细胞中生物 年代末 分子的人工类似物－ 分子的人工类似物－分子装置开始 • 70年代末 年代初 合成了许多新的纳米颗粒，开展了大量结 年代末80年代初 合成了许多新的纳米颗粒， 年代末 构、形态和特性研究 • 80年代初 发明了扫描隧道显微镜（STM），原子力显微镜 年代初 发明了扫描隧道显微镜（ ），原子力显微镜 ）， （AFM）等微观表征和操纵技术 ） • 1981年 IBM瑞士的研究中心借助 年 瑞士的研究中心借助STM观察到原子 瑞士的研究中心借助 观察到原子 • 1984年 德国萨尔大学 年 德国萨尔大学Gleiter合成了清洁表面的纳米金属粒子， 合成了清洁表面的纳米金属粒子， 合成了清洁表面的纳米金属粒子 提出纳米晶和纳米结构， 提出纳米晶和纳米结构，指出其应用潜力 • 1985年 Kroto制备出碳团簇，发现 60、C70 年 制备出碳团簇， 制备出碳团簇 发现C
纳米科技的发展历程
• • • • • • • • • • 1991年，日本首次发现纳米碳管，它的质量是相同体积 年 日本首次发现纳米碳管， 钢的1／ ，而强度却是钢的10倍 钢的 ／6，而强度却是钢的 倍 1993年，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子 年 写出“中国”二字， 写出“中国”二字， 1994年 美国波士顿召开的 年 美国波士顿召开的MRS会议提出纳米材料工程 会议提出纳米材料工程 1994年，美国着手研制“麻雀”卫星、“蚊子”导弹、 年 美国着手研制“麻雀”卫星、 蚊子”导弹、 苍蝇’飞机、 蚂蚁”士兵等。 “苍蝇’飞机、“蚂蚁”士兵等。 1995年，科学家研究并证实了纳米碳管优良的场发射性能 年 1996年，我国实现纳米碳管大面积定向生长 年 1997年，法国全国科学研究中心和美国 年 法国全国科学研究中心和美国IBM公司共同研制 公司共同研制 成功第一个分子级放大器 1998年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学成功地制备出 年 量子磁盘。 量子磁盘。 1999年，韩国制成纳米碳管阴极彩色显示器样管。 年 韩国制成纳米碳管阴极彩色显示器样管。 2001年1月 美国国家纳米技术倡仪 年 月
nanoscience
Nanoscience and nanotechnology
nanotechnology
纳米科技的发展历程
• 1000多年前 中国古代，燃烧蜡烛收集碳黑，铜镜防锈层－ 多年前 中国古代，燃烧蜡烛收集碳黑，铜镜防锈层－ 纳米氧化锡颗粒薄膜 • 1861年 胶体化学 年 胶体化学(Colloidal Chemistry)建立 建立 • 1959年 美国物理学家诺贝尔奖获得者“费曼”设想 年 美国物理学家诺贝尔奖获得者“费曼” • 1962年 久保 年 久保(Kubo)理论 针对金属超微粒子 ，推动实验物 理论(针对金属超微粒子 理论 针对金属超微粒子)， 理学向纳米尺度的微粒进行 • 1970年 江崎、朱兆祥，首先提出半导体超晶格概念 年 江崎、朱兆祥， • 1974年，坦尼盖茨（Taniguchi）最早使用纳米技术 年 坦尼盖茨（ ） （nanotechnology）一词描述精细机械加工。用这一个新词 ）一词描述精细机械加工。 来强调当时的微米科技已不足以满足工业界的要求， 来强调当时的微米科技已不足以满足工业界的要求，需要 有新的技术和新的精度标准。 有新的技术和新的精度标准。
硕士、 《纳米材料学》-硕士、博士生课程 纳米材料学》 硕士 周树学
办公室：邯郸路校区原先进材料楼501C室 501C 联系电话：65643417 Email: zhoushuxue@
2011年3月18日
《纳米材料学》课程大纲
第一章 纳米科技发展概述 第二章 纳米团簇 第三章 纳米颗粒 第四章 一维纳米材料 第五章 纳米薄膜 第六章 纳米介孔材料 第七章 纳米结构体系 第八章 纳米固体 第九章 纳米复合材料 其他：纳米材料专题(3~4专题 专题) 其他：纳米材料专题 专题
美国国家纳米技术倡议(NNI) 美国国家纳米技术倡议 National Nanotechnology Innovation
部门 国 家 自 然 基 金 会 (NSF) 国防部(DOD) 国防部 能源部(DOE) 能源部 航空航天部(NASA) 航空航天部 商业部(DOC) 商业部 国家卫生组织(NIH) 国家卫生组织 FY2000($M) FY2001($M) 97 70 58 5 8 32 217 110 94 20 18 36 资助范围 基础科学知识、 仪器、 基础科学知识 、 仪器 、 教育 信息技术、高性能材料 、生物/化学探 信息技术 、高性能材料、生物 化学探 测 能源科学、 环境保护、 能源科学 、 环境保护 、 防核扩散 更轻小飞行器、 更轻小飞行器 、 耐辐射电子设备 测量和标准、 测量和标准 、 工业部门的风险投资 诊断、 治疗、 生物材料、 诊断 、 治疗 、 生物材料 、 卫生工具
纳米物理学
纳米力学
纳米器件
纳米化学 纳米科技 纳米材料
纳米材料学 纳米生物学 纳米电子学
纳米加工学
纳米尺度检 测与表征
纳米科技研究的范畴
• 纳米物理学：纳米体系的新理论及新现象 纳米物理学： • 纳米化学：纳米体系的化学反应规律 纳米化学： • 纳米力学：纳米尺度材料的力学性能及其 纳米力学： 测量方法 • 纳米生物学：一、利用新兴的纳米技术来 纳米生物学： 解决和研究生物学问题； 解决和研究生物学问题；二、利用生物大 分子制造分子器件， 分子制造分子器件，模仿和制造类似生物 大分子的分子机器 • 纳米电子学：纳米电子元件、电路、集成 纳米电子学：纳米电子元件、电路、 器件和信息加工的理论和技术的新学科 • 纳米材料学：有关纳米材料的制备、结构、 纳米材料学：有关纳米材料的制备、结构、 性能与应用的学科 • 纳米机械学：纳米器件、材料的集成制备 纳米机械学：纳米器件、 纳米机器、 纳米机器、微机械等 • 纳米加工
2001年12月，国会通过 年 月 国会通过FY2002的6.04亿美元预算 的 亿美元预算 2002年2月，WH提出 年 月 提出FY2003的7.10亿美元预算 提出 的 亿美元预算 NNI占联邦总的科技投入 占联邦总的科技投入0.6%, 占世界纳米的投入 占世界纳米的投入30% 占联邦总的科技投入
其它指:加拿大、中国、东欧、FSU、以色列、韩国、新加坡、 其它指:加拿大、中国、东欧、FSU、以色列、韩国、新加坡、 台湾地区
一些知名领导、 一些知名领导、学者的言论
“如果我被问及明日似乎最能产生突破的一个科技领 如果我被问及明日似乎最能产生突破的一个科技领 我将指出这是纳米科学与技术. 域，我将指出这是纳米科学与技术.”－－美国总统科 技顾问 Neal Lane “纳米技术给了我们工具来玩弄自然界的极端－原子 纳米技术给了我们工具来玩弄自然界的极端－ 纳米技术给了我们工具来玩弄自然界的极端 和分子，万物都由它们而制成， 和分子，万物都由它们而制成，……创造新实物的可 创造新实物的可 能性看来是无穷无尽的” 能性看来是无穷无尽的”－－Prof. Horst Stormer Nobel Laureate “纳米技术是一种天才的方法，能对各种大小、结构 纳米技术是一种天才的方法，能对各种大小、 纳米技术是一种天才的方法 十分错综复杂的结构进行控制。这是未来的方法， 十分错综复杂的结构进行控制。这是未来的方法，精 确而且对环境保护十分有利。 确而且对环境保护十分有利。” Prof. Roald Hoffman - Nobel Laureate “纳米技术是建设者的最后边疆” 纳米技术是建设者的最后边疆” 纳米技术是建设者的最后边疆 Prof. Richard Smalley - Nobel Laureate, 1999
世界各国及地区政府的投入比较
（单位：亿美元） 单位：亿美元）
财政年 度 西欧 日本 美国 其它 总计 1997 1.26 1.20 1.16 0.70 4.32 2000 2.0 2.45 2.70 1.10 8.25 2001 2.25 4.65 4.22 3.80 15.02 2002 4.0 6.50 6.04 5.0 21.54
纳米科技的发展历程
• 1988年 法国在纳米 ／Cr多层膜 年 法国在纳米Fe／ 多层膜 中发现巨磁电阻效应， 中发现巨磁电阻效应，引起了全世 界的普遍关注。 界的普遍关注。 • 1990年 IBM的Almaden研究中心 年 的 研究中心 借助于SPMs搬动原子 借助于 搬动原子 • 1990年 美国贝尔实验室推出惊 年 世之作——一个跳蚤般大小相 世之作 一个跳蚤般大小相 五脏俱全”的纳米机器人。 “五脏俱全”的纳米机器人。 • 1990年7月 美国巴尔的摩召开国 年 月 际第一届纳米科学技术学术会议， 际第一届纳米科学技术学术会议， 正式确认纳米材料学分支 • 90S MBE沉积薄膜 沉积薄膜
美国原总统克林顿有关NNI的发言 的发言 美国原总统克林顿有关
2001年1月，美国总统克林顿在加州理工学院正式宣布了美国 年 月 的国家纳米技术倡议(NNI)，并在2001年财政年度增加科技支 ，并在 的国家纳米技术倡议 年财政年度增加科技支 亿美元， 亿美元用于发展纳米技术。 出26亿美元，其中近 亿美元用于发展纳米技术。克林顿说： 亿美元 其中近5亿美元用于发展纳米技术 克林顿说： “我的预算支持一个比较重要的、新的国家纳米技术倡议，即 我的预算支持一个比较重要的、新的国家纳米技术倡议， 在原子和分子水平上操纵物质的能力，价值为5亿美元。试设 亿美元。 在原子和分子水平上操纵物质的能力，价值为 亿美元 想一下这些可能：材料将 倍于钢的强度而重量只有其几分之 想一下这些可能：材料将10倍于钢的强度而重量只有其几分之 一；国会图书馆内所有信息可以压缩在一块0.3 m大的硅片上； 国会图书馆内所有信息可以压缩在一块 大的硅片上； 大的硅片上 当癌病变只有几个细胞那样大小时就可以探测到。 当癌病变只有几个细胞那样大小时就可以探测到。我们的某些 目标可能需要20年或更长的时间才能达到， 目标可能需要 年或更长的时间才能达到，但这恰恰是为什么 年或更长的时间才能达到 联邦政府要在此起重要作用的原因。 联邦政府要在此起重要作用的原因。”