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納米

中文學名:納米

外文名稱:nm(nanometer)

屬性:長度度量單位

別名:奈米,毫微米

十多年來,中國納米材料和納米結構研究取得了引人注目的成就。目前,我國在納米材料學領域取得的成就高過世界上任何一個國家,充分證明了我國在納米技術領域占有舉足輕重的地位。

納米效應就是指納米材料具有傳統材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性,如原本導電的銅到某一納米級界限就不導電,原來絕緣的二氧化硅、晶體等,在某一納米級界限時開始導電。

這是由於納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點,以及其特有的三大效應:表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。

對於固體粉末或纖維,當其有一維尺寸小於100nm,即達到納米尺寸,即可稱為所謂納米材料,對於理想球狀顆粒,當比表面積大於60㎡/g時,其直徑將小於100nm,達到納米尺寸。

現時很多材料的微觀尺度多以納米為單位,如大部份半導體製程標準皆是以納米表示。直至2017年2月,最新的中央處理器,也叫做(CPU,Central Processing Unit)的製程是14nm。

納米別名:毫微米

單個細菌用肉眼是根本看不到的,用顯微鏡測直徑大約是五微米。

假設一根頭髮的直徑是0.05毫米,把它軸向平均剖成5萬根,每根的厚度大約就是1納米。也就是說,1納米就是0.000001毫米。納米科學與技術,有時簡稱為納米技術,是研究結構尺寸在1至100納米範圍內材料的性質和應用。

納米技術的發展帶動了與納米相關的很多新興學科。

有納米醫學、納米化學、納米電子學、納米材料學、納米生物學等。全世界的科學家都知道納米技術對科技發展的重要性,

所以世界各國都不惜重金髮展納米技術,力圖搶占納米科技領域的戰略高地。

中國於1991年召開納米科技發展戰略研討會,制定了發展戰略對策。[1]

特點

電子器件

以納米技術製造的電子器件, 其性能大大優於傳統的電子器件,功耗可以大幅降低。信息存儲量大,在一張不足巴掌大的5英寸光盤上,至少可以存儲30個北京圖書館的全部藏書,體積小、重量輕,可使各類電子產品體積和重量大為減小。

納米材料"脾氣怪"納米金屬顆粒易燃易爆,幾個納米的金屬銅顆粒或金屬顆粒,一遇到空氣就會產生激烈的燃燒,發生爆炸。

因此,納米金屬顆粒的粉體可用來做成烈性炸藥,做成火箭的固體燃料可產生更大的推力。

用納米金屬顆粒粉體做催化劑,可以加快化學反應速率,大大提高化工合成的產出率。[2]

=金屬塊

納米金屬塊體耐壓耐拉 將金屬納米顆粒粉體製成塊狀金屬材料強度比一般金屬高十幾倍,又可拉伸幾十倍。用來製造飛機、汽車、輪船,重量可減小到原來的十分之一。

陶瓷

納米陶瓷剛柔並濟 用納米陶瓷顆粒粉末製成的納米陶瓷具有塑性,為陶瓷業帶來了一場革命。將納米陶瓷應用到發動機上,汽車會跑得更快,飛機會飛得更高。

氧化物

納米氧化物材料五顏六色 納米氧化物顆粒在光的照射下或在電場作用下能迅速改變顏色。用它做士兵防護激光槍的眼鏡很好,將納米氧化物材料做成廣告板,在電、光的作用下,會變得更加絢麗多彩。納米半導體材料法力無邊納米半導體材料可以發出各種顏色的光,可以做成小型的激光光源,還可將吸收的太陽光中的光能變成電能。用它製成的太陽能汽車、太陽能住宅有巨大的環保價值。用納米半導體做成的各種傳感器,可以靈敏地檢測溫度、濕度和大氣成分的變化,在監控汽車尾氣和保護大氣環境上將得到廣泛應用。

藥物

納米藥物治病救人,把藥物與磁性納米顆粒相結合,服用後,這些納米藥物顆粒可以自由地在血管和人體組織內運動。再在人體外部施加磁場加以導引,使藥物集中到患病的組織中,藥物治療的效果會大大提高。還可利用納米藥物顆粒定向阻斷毛細血管,"餓"死癌細胞。納米顆粒還可用於人體的細胞分離,也可以用來攜帶DNA治療基因缺陷症。目前已經用磁性納米顆粒成功地分離了動物的癌細胞和正常細胞,在治療人的骨髓疾病的臨床實驗上獲得成功,前途不可限量。[3]

衛星

納米衛星將飛向天空 在納米尺寸的世界中按照人們的意願,自由地剪裁、構築材料,這一技術被稱為納米加工技術。納米加工技術可以使不同材質的材料集成在一起,它既具有芯片的功能,又可探測到電磁波(包括可見光、紅外線和紫外線等)信號,同時還能完成電腦的指令,這就是納米集成器件。將這種集成器件應用在衛星上,可以使衛星的重量、體積大大減小,發射更容易,成本也更便宜。

原圖鏈接來自光發娛樂

 

醫學運用

英國倫敦納米技術中心的研究人員研製出一種新型納米探針,

利用該納米探針可以檢測出某種抗生素藥物是否能夠與細菌結合,從而減弱或破壞細菌對人體的破壞能力,達到治療疾病的目的。這是科學家第一次將納米探針運用於藥物篩選,相關試驗的初步結果已經刊登在最新一期的《自然?納米技術》雜誌上。

人們在用抗生素治病的過程中,引起疾病的細菌很容易產生抗藥性,從而使得抗生素失去藥效。抗生素的作用原理是與致病細菌的細胞壁結合後破壞細胞壁的結構,使得致病細菌死亡,一旦產生抗藥性,細菌的細胞壁結構發生改變,細胞壁變厚,抗生素無法與細胞壁結合。

研究人員在一排納米探針上覆蓋組成細菌細胞壁的蛋白質,一旦抗生素與細胞壁結合,探針的表面重量就會增加,這一表面壓力會導致納米探針發生彎曲。通過對萬古黴素藥物的研究發現,抗藥性細菌的細胞壁硬度是非抗藥性細菌的1000倍。所以通過納米探針探測出各種藥物對細菌細胞壁的結構改變,篩選出對致病細菌破壞力最大的抗生素。

機器人

"納米機器人"的研製屬於分子仿生學的範疇,

它根據分子水平的生物學原理為設計原型,設計製造可對納米空間進行操作的"功能分子器件"。納米生物學的近期設想,是在納米尺度上應用生物學原理,發現新現象,研製可編程的分子機器人,也稱納米機器人。合成生物學對細胞信號傳導與基因調控網絡重新設計,開發"體內"(in vivo)或"濕"的生物計算機或細胞機器人,從而產生了另種方式的納米機器人技術。我國著名學者周海中教授1990年在《論機器人》一文中預言:到二十一世紀中葉,納米機器人將徹底改變人類的勞動和生活方式。

視頻

揭秘未來 10、納米技術


新材料之納米技術應用

參考來源