纳米技术(nanotechnology)是利用单个原子和分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在1至100纳米范围内的材料的性能和应用。
纳米科学技术是建立在许多现代先进科学技术基础上的科学技术。它是动力科学(动力力学)与现代科学(混沌物理、智能量子、量子力学、介观物理、分子生物学)和现代科学技术的结合。技术(计算机技术、微电子学和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)、纳米科学技术相结合的产物将引发一系列新的科学技术,如:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米等
纳米技术主要包括以下四个方面:
1。纳米材料:当物质达到纳米尺度,大约在0.1-100纳米范围内时,物质的性质就会发生突变,出现特殊的性质。这种具有不同于原始原子、分子以及宏观物质的特殊性质的材料,就是纳米材料。
如果只是纳米尺度的材料,没有特殊性能,就不能称为纳米材料。
过去,人们只关注原子、分子或者宇宙,往往忽略了这个中间场。这个场实际上在自然界中大量存在,但是这个规模范围的表现以前并没有被认识到。第一个真正实现其性能并引用纳米概念的是日本科学家。 20世纪70年代,他们采用蒸发方法制备超细离子,通过研究其性质,他们发现:具有导电和导热性的铜或银导体在达到纳米尺度后,就失去了原有的性质,表明它既不导电也不导热。对于铁钴合金等磁性材料也是如此。如果把它做成20-30纳米左右的尺寸,磁畴就会变成单一磁畴,它的磁性会比原来高1000倍。 20世纪80年代中期,人们正式将这类材料命名为纳米材料。
为什么磁畴变成单一磁畴,磁性比以前高了1000倍?这是因为磁域中的单个原子排列不是很规则,单个原子的中间有一个原子核,外面有电子围绕它旋转。这就是磁性形成的原因。但成为单一磁畴后,各个原子排列非常规则,向外界展现出很强的磁性。
这个特性主要用于微型电机的制造。如果这项技术发展到一定阶段,用来制造磁悬浮,就可以制造出更快、更稳定、更节能的高速列车。
2。纳米动力学:主要是微机械和微电机,或统称为微机电系统(MEMS),用于传动机械、光纤通信系统、特种电子设备、医疗和
的微传感器和执行器诊断仪器等采用类似集成电器设计制造的新工艺。特点是零件很小,蚀刻深度往往需要几十到几百微米,宽度误差很小。该工艺还可用于制造超快离心机或陀螺仪的三相电机。在研究方面,还需要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦。尽管它们尚未真正进入纳米尺度,但具有巨大的潜在科学和经济价值。
理论上:微电机和检测技术可以达到纳米级别。
3。纳米生物学和纳米医学:例如,利用纳米颗粒大小的胶体金将DNA颗粒固定在云母表面,利用二氧化硅表面的叉指电极来测试生物分子之间的相互作用。磷脂和脂肪酸双层平面生物膜、DNA精细结构等。利用纳米技术,还可以利用自组装方法将零件或组件放置在细胞内形成新材料。大约一半的新药,即使是具有微米颗粒的细粉形式,也不溶于水;然而,如果颗粒为纳米级(即超细颗粒),则它们可溶于水。
当纳米生物学发展到一定程度,利用纳米材料可以制造出具有识别能力的纳米生物细胞,可以从癌细胞中吸收生物药物,注射到人体中,从而可以靶向杀伤癌细胞。方式。
4。纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电特性、纳米电子材料的表征以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷、更小,这意味着更快的响应时间。更冷意味着单个设备的功耗更小。但更小的也不是没有限制的。纳米技术是建设者的最后前沿,其影响将是巨大的。