纳米技术的认识

理论含义

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纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品 [2]  。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：

第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容。

利用纳米技术将氙原子排成IBM

主要内容

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纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：

纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。

纳米纤维

1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：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计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。 纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术 [3]  。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。

纳米技术包含下列四个主要方面：

1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。

如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

为什么磁畴变成单磁畴，磁性要比原来提高1000倍呢？这是因为，磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。

这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。

2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

理论上讲：可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。

3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。（上面是老钱加注）

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/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子 *** 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，是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。

历史沿革

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纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。费曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求？他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”

70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家谷口纪男（Norio Taniguchi）最早使用纳米技术一词描述精密机械加工；

1981年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用；

1990年，

理查德·费曼

IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够 *** 纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。现代制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想 [4]  。

1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生；

1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等；

1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用35个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地 *** 纵原子成功写出“ 中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地；

1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在2017年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机；

1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录；

到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元；

2001年，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地 [5]  。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。中国也将纳米科技列为中国的“973计划”进行大力的发展与其相关产业的大力扶持。

应用领域

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英特尔cpu

当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料 [6]  。

1、纳米是一种几何尺寸的度量单位，1纳米=百万分之一毫米。

2、纳米技术带动了技术革命。

3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管，“饿死”癌细胞。

4、如果在卫星上用纳米集成器件，卫星将更小，更容易发射。

5、纳米技术是多科学综合，有些目标需要长时间的努力才会实现。

6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流，它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。

7、纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况，可让医生对症下药。

测量技术

纳米级测量技术包括：纳米级精度的尺寸和位移的测量，纳米级表面形貌的测量。纳米级测量技术主要有两个发展方向。

一是光干涉测量技术，它是利用光的干涉条纹来提高测量的分辨率，其测量方法有：双频激光干涉测量法、光外差干涉测量法、X射线干涉测量法、F一P标准工具测量法等，可用于长度和位移的精确测量，也可用于表面显微形貌的测量。

二是扫描探针显微测量技术(STM)，其基本原理是基于量子力学的隧道效应，它的原理是用极尖的探针(或类似的方法)对被测表面进行扫描(探针和被测表面实际并不接触)，借助纳米级的三维位移定位控制系统测出该表面的三维微观立体形貌。主要用于测量表面的微观形貌和尺寸。

用这原理的测量方法有：扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等。

加工技术

纳米级加工的含意是达到纳米级精度的加工技术。

由于原子间的距离为0.1一0.3nm，纳米加工的实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除，切断原子间结合所需要的能量，必然要求超过该物质的原子间结合能，即所播的能量密度是很大的。用传统的切削、磨削加工方法进行纳米级加工就相当困难了。

截至2008年纳米加工有了很大的突破，如电子束光刻(UGA技术)加工超大规模集成电路时，可实现0.1μm线宽的加工：离子刻蚀可实现微米级和纳米级表层材料的去除：扫描隧道显微技术可实现单个原子的去除、扭迁、增添和原子的重组。

粒子制备

纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。

应用纳米技术制成的服装

纳米技术应用——计算机磁盘

真空冷授法：用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、位度可控，但技术设备要求高。

物理粉碎法：透过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点 *** 作简单、成本低，但产晶纯度低，顺粒分布不均匀。

机械球磨法：采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点 *** 作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。

气相沉积法：利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。

沉淀法：把沉淀剂加人到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料.其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备载化物。

应用纳米技术制成的服装

水热合成法：高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。

溶胶凝胶法：金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低沮热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和11一VI族化合物的制备。

徽乳液法：两：互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在徽泡中经成核，聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和接口性好，11一VI族半导体纳米粒子多用此法制备。

水热合成法——高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得到纳米粒子。其特点是纯度高，分散性好，粒度易控制。

材料合成

自1991年Gleiter等人率先制得纳米材料以来，经过10年的发展纳米材料有了长足的进步。如今纳米材料种类较多，按其材质分有：金属材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料、纳米复合材料、纳米聚合材料等等。纳米材料是超徽粒材料，被称为“21世纪新材料”，具有许多特异性能。

例如用纳米级金属微粉烧结成的材料，强度和硬度大大高于原来的金属，纳米金属居然由导电体变成绝缘体。一般的陶瓷强度低并且很脆。但纳米级微粉烧结成的陶瓷不但强度高并且有良好的韧性。纳米材料的熔点会随超细粉的直径的减小而降低。例如金的熔点为1064℃，但10nm的金粉熔点降低到940℃，snm的金粉熔点降低到830℃，因而烧结温度可以大大降低。纳米陶瓷的烧结温度大大低于原来的陶瓷。纳米级的催化剂加入汽油中。可提高内燃机的效率。

加入固体燃料可使火箭的速度加快。药物制成纳米微粉。可以注射到血管内顺利进入微血管。

疾病诊断

当前常规的成像技术只能检测到癌症在组织上造成的可见的变化，而这个时候已经有数千的癌细胞生成并且可能会转移。而且，即使是已经可以看到肿瘤了，由于肿瘤本身的类别（恶性还是良性）和特征，要确定有效的治疗方法也还必须通过活组织检查。如果对癌性细胞或者癌变前细胞以某种方式进行标记，使用传统设备即可检测出来则更有利于癌症的诊断。

要实现这一目标有两个必要条件：某技术能够特定识别癌性细胞且能够让被识别的癌性细胞可见。纳米技术能够满足这两点。例如，在金属氧化物表面涂覆可特异识别癌性细胞表面超表达的受体的抗体。

由于金属氧化物在核磁共振成像（MRI）或计算机断层扫描（CT）下发出高对比度信号，因此一旦进入体内后，这些金属氧化物纳米颗粒表面的抗体选择性地与癌性细胞结合，使检测仪器可以有效地识别出癌性细胞。同样地，金纳米粒也可以用于增强在内窥镜技术中的光散射。纳米技术能够将识别癌症类别及不同发展阶段的分子标记可视化，让医生能够通过传统的成像技术看到原本检测不到的细胞和分子。

在人类与癌症的斗争中，有一半的胜利是得益于早期的检测。纳米技术使得癌症的诊断更早更准确，并可用于治疗监测。纳米技术也可以增强甚至完全变革对组织和体液中生物标志物的筛查。癌症与癌症之间，以及癌细胞与正常细胞之间由于各种分子在表达和分布上的差异而各不相同。随着治疗技术的进步，对癌症的多个生物标志物进行同时检测是确定治疗方案时所必须的。

纳米颗粒——例如能够根据它们本身大小发出不同颜色光的量子点——可以实现同时检测多种标记物的目的。包被有抗体的量子点发出的激发光信号可用于筛查某些类型的癌症。不同颜色的量子点可与各种癌症生物标记物抗体结合，方便肿瘤学家通过所看到的光谱区分癌细胞与健康细胞。

组装技术

由于在纳米尺度下刻蚀技术已达到极限，组装技术将成为纳米科技的重要手段，受到人们很大的重视。

纳米组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法，把原子、分子或者分子聚集体进行组装，形成有功能的结构单元。组装技术包括分子有序组装技术，扫描探针原子、分子搬迁技术以及生物组装技术。分子有序组装是通过分子之间的物理或化学相互作用，形成有序的二维或三维分子体系。现在，分子有序组装技术及其应用研究方面取得的最新进展主要是LB膜研究及有关特性的发现。生物大分子走向识别组装。蛋白质、核酸等生物活性大分子的组装要求商密度定取向，这对于制备高性能生物微感膜、发展生物分子器件，以及研究生物大分子之间相互作用是十分重要的。在进行lgG归生物大分子的组装过程中，首次利用抗体活性片断的识别功能进行活性生物大分子的组装。这一重要的进展使得生物分子的定向组装产生了新的突破。

除以上几种组装外，在长链聚合物分子上的有序组装、桥连自组装技术、有序分子薄膜的应用研究等技术也有进展。采用纳米加工技术还可以对材料进行原子量级加工，使加工技术进人一个更加徽细的深度。纳米结构自组装技术的发展，将会使纳米机械、纳米机电系统和纳米生物学产生突破性的飞跃。

中国在纳米领域的科学发现和产业化研究有一定的优势。现代同美、日、德等国位于国际第一梯队的前列。虽然现代中国己经建立了一定数量的纳米材料生产基地，纳米技术的开发应用也已经兴起，并初步实现了产业化。纳米要实现大规模、低成本的产业化生产，还有许多的工作要做，只有依赖大量的资金和高科技投人才能换取高额的利润回报。

生物技术

纳米生物学是以纳米尺度研究细胞内部各种细胞器的结构和功能。研究细胞内部，细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。纳米生物学的研究集中在下列方面。

DNA研究在形貌观察、特性研究和基因改造三个方面有不少进展。

脑功能的研究

工作目标是弄清人类的记忆、思维，语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理功能。

仿生学的研究

这是纳米生物学的热门研究内容。现在取得不少成果。是纳米技术中有希望获得突破性巨大成果的部分。

世界上最小的马达是一种生物马达—鞭毛马达。能象螺旋桨那样旋转驱动鞭毛旋转

纳米陶瓷

。该马达通常由10种以上的蛋白质群体组成，其构造如同人工马达。由相当的定子、转子、轴承、万向接头等组成。它的直径只有3onm，转速可以高达15r/min，可在1μs内进行右转或左转的相互切换。利用外部电场可实现加速或减速。转动的动力源，是细菌内支撑马达的薄膜内外的氮氧离子浓度差。实验证明。细菌体内外的电位差也可驱动鞭毛马达。现代人们正在探索设计一种能用电位差驭动的人工鞭毛马达驱动器。

日本三菱公司已开发出一种能模拟人眼处理视觉形象功能的视网膜芯片。该芯片以砷化稼半导体作为片基。每个芯片内含4096个传感元。可望进一步用于机器人。

有人提出制作类似环和杆那样的分子机械。把它们装配起来构成计算机的线路单元，单元尺寸仅Inm，可组装成超小型计算机，仅有数微米大小，就能达到现代常用计算机的同等性能。

在纳米结构自组装复杂徽型机电系统制造中，很大的难题是系统中各部件的组装。系统愈先进、愈复杂，组装的问题也愈难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构。它们的生成、组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理，人类对自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。

衍生产品

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机器人

纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行 *** 作的“功能分子器件”，也称分子机器人；而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。

2005年，不少国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出：纳米机器人潜在用途十分广泛，其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。

每一种新科技的出现，似乎都包涵着无限可能。用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国著名学者周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中就预言：到21世纪中叶，纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

雨衣伞

纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体，纳米雨伞收伞有三折伞和直杆伞的收伞形态（简单说，收伞时有长短两种选择）。纳米雨衣可由纳米雨伞转变而成，纳米雨衣又不同于一般的雨衣，因为纳米雨衣可以保证从头到脚绝对不湿。因为纳米材料，所以这雨伞可以一甩即干，雨伞转变为雨衣后，这雨衣也只需穿着时轻轻一跳也即可全干。

防水材料

2014年8月4日，澳大利亚运用新发明的布料，制成一款具有开创性的T恤衫，不管人们怎样尝试着浸湿它，此T恤都能保持良好的防水性能。

这件叫做“骑士”(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉质的。虽然表面看起来平淡无奇，但是其布料运用“疏水”纳米技术应用编织而成，使得这件T恤能够有效防止大部分液体和污渍的浸入。这种T恤可以用机器清洗，其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自净功能，任何附着在上的污渍都能用水擦洗或冲干净。

和其他含有化学物质的防水应用不同，T恤仿照的是荷叶的自然疏水特点。此布料的发明对于餐馆和咖啡厅来说可能具有革命性的影响。此外，这种布料还可以运用在医疗行业或医院等地。

潜在危害

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和生物技术一样，纳米科技也有很多环境和安全问题（比如尺寸小是否会避开生物的自然防御系统，还有是否能生物降解、毒性副作用如何等等）。

社会危害

纳米颗粒的危害

纳米材料（包含有纳米颗粒的材料）本身的存在并不是一种危害。只有它的一些方面具有危害性，特别是他们的移动性和增强的反应性。只有某些纳米粒子的某些方面对生物或环境有害，我们才面临一个真的危害 [7]  。

要讨论纳米材料对健康和环境的影响，我们必须区分两类纳米结构：

纳米尺寸的粒子被组装在一个基体、材料或器件上的纳米合成物、纳米表面结构或纳米组份（电子，光学传感器等），又称为固定纳米粒子。

“自由”纳米粒子，不管在生产的某些步骤中存还是直接使用单独的纳米粒子。

这些自由纳米粒子可能是纳米尺寸的单元素，化合物，或是复杂的混合物，比如在一种元素上镀上另外一张物质的“镀膜”纳米粒子或叫做“核壳”纳米粒子。

现代，公认的观点是，虽然我们需要关注有固定纳米粒子的材料，自由纳米粒子是最紧迫关心的。

因为，纳米粒子同它们日常的对应物实在是区别太大了，它们的有害效应不能从已知毒性推演而来。这样讨论自由纳米粒子的健康和环境影响具有很重要的意义。

更加复杂的是，当我们讨论纳米粒子的时候，我们必须知道含有的纳米粒子的粉末或液体几乎从来不会单分散化，而是具有一定范围内许多不同尺寸。这会使实验分析更加复杂，因为大的纳米粒子可能和小的有不同的性质。而且，纳米粒子具有聚合的趋势，而聚合的纳米粒子具有同单个纳米粒子不同的行为。

健康问题

纳米颗粒进入人体有四种途径：吸入，吞咽，从皮肤吸收或在医疗过程中被有意的注入（或由植入体释放）。一旦进入人体，它们具有高度的可移动性。在一些个例中，它们甚至能穿越血脑屏障。

纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题。基本上，纳米颗粒的行为取决于它们的大小，形状和同周围组织的相互作用活动性。它们可能引起噬菌细胞（吞咽并消灭外来物质的细胞）的“过载”，从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们可能因为无法降解或降解缓慢，而在器官里集聚。还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜在危险。由于极大的表面积，暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附他们遇到的大分子。这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制。

环境问题

主要担心纳米颗粒可能会造成未知的危害。

社会风险

纳米技术的使用也存在社会学风险。在仪器的层面，也包括在军事领域使用纳米技术的可能性。（例如，在MIT士兵纳米技术研究所[1]研究的装备士兵的植入体或其他手段，同时还有通过纳米探测器增强的监视手段。

在结构层面，纳米技术的批评家们指出纳米技术打开了一个由产权和公司控制的新世界。他们指出，就象生物技术的 *** 控基因的能力伴随着生命的专利化一样，纳米技术 *** 控分子的技术带来的是物质的专利化。过去的几年里，获得纳米尺度的专利像一股淘金热。2003年，超过800纳米相关的专利权获得批准，这个数字每年都在增长。大公司已经垄断了纳米尺度发明与发现的广泛的专利。例如，NEC和IBM这两家大公司持有碳纳米管这一纳米科技基石之一的基础专利。碳纳米管具有广泛的运用，并被看好对从电子和计算机、到强化材料、到药物释放和诊断的许多工业领域都有关键的作用。碳纳米管很可能成为取代传统原材料的主要工业交易材料。但是，当它们的用途扩张时，任何想要制造或出售碳纳米管的人，不管应用是什么，都要先向NEC或者IBM购买许可证。

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制做更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。

20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。

1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，揭示了一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。

1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。

1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。

1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地 *** 纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。

1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。

1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。

到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。

近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到 2001年的4.97亿美元。

纳米是一个单位长度

如果人们可以把微米技术

理论，建立了纳米技术的研究和开发。因为这使机械运动分子级别的对象

话虽这么说，只要

改变的秩序和结构的原子，然后改变的顺序和结构的分子

改变分子从而改变材料

技术建立的

估计不仅仅改变废纸美元“

5纳米机器人到你家的灰尘变成面包也许

BR />请在科学的信心在未来2至3年，纳米技术的问世

路一年充气汽车轮胎。

路人工DNA为基础的小型电子元件的自组装。

路新的人造蛋白质为基础的半导体。

路防错妊娠试验。

路建立一个完整的医疗诊断实验室的一台计算机上的芯片。

路从空中冷凝器生产饮用水。

在未来5至10年，纳米技术的出现：

路可以多次使用复写纸编程的书籍，杂志和报纸。

路可以携带或折叠的大功率计算机你的口袋里。

路纳米仿生外壳防d装甲。

路光高效的陶瓷汽车发动机。

路耳边再生，扬声器的声音识别功能的智能助听器。

路在自我稳定的智能建筑的地震或爆炸。

路根据其个人需要特殊医疗。

在未来10到15年纳米技术的出现

路逼真的人工智能复杂，你做不承认，你说一个人或一台机器。

路电脑及娱乐视频显示在屏幕上像一幅画一般栩栩如生。

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路瞬间自动加热，冷却的分类的一个单分子半智能的移动设备，它可以不是能源密集型材料筛选工人

/>切口手术将被淘汰由内而外的身体，身体将能够监测和维修。

纳米技术开发的基础上，信息技术，微电子技术和计算机技术为主体的高新技术，它是学习在纳米材料相互作用的特点，以及如何使用这些功能的科学和技术，它的目标是到原子，分子和纳米尺度材料制造具有特殊功能的产品，革命性的飞跃生产资料。目前，这项技术的人高度重视，近年来发展非常迅速。

概述

纳米（1纳米= 10-9）技术，在0.1 - 100 nm的规模，高科技纳米

纳米技术的关键技术，通过扫描隧道显微镜直接移动原子 *** 纵原子，分子的现象，其结构信息，纳米技术的最终目标直接到原子，分子制造具有特定功能的纳米级的研究和应用。和分子。目前，这项技术已取得了重大突破，随着纳米技术的发展，人们已经能够直接利用原子，分子的生产，制备的纳米粒子只含有几十到几十成千上万的原子，并利用它们作为适当的基本单元排列在一个三维的纳米固体。

出现和发展，随着微电子技术的飞速发展，科学界开展研究物质（原子和纳米技术

利用分子）在纳米尺度（0.1纳米，100纳米），这些功能的互动和互动的特点，并取得了巨大成就，已引起纳米技术产生

2.1纳米技术，纳米技术的发展历史，早在1861年建立的所谓身体的化学反应，当他们开始研究纳米肢体。真正的纳米自主研发，于1959年，这一年，美国著名物理学家，诺贝尔文学奖得主的费曼在美国物理年会上作了报告，他在报告中认为，能够使用宏机器制造比小尺寸的机器，而更小的机器，但也使更小的机器，如一步步达到分子水平。费曼幻想 *** 纵和控制物质的原子和分子水平上。

他在报告中设想包括以下内容：首先，计算机小型化，第二个是重新排列的原子。他提醒人类，有一天原子排列根据自己的主观意愿，世界将会怎样？第三是微观世界的原子。在原子水平，会有一个新的相互作用力的性质的小说，奇效。物理学家，原子一个原子地打造物质是不违背物理定律。四，如何大英百科全书的内容记录到一个这么小的脚头。

科学家启发，开始纳米尺度的科学探索和技术研究领域，科学家们发现，探索各种新颖的现象在纳米尺度物质的性能，奇效的性质，具体而言，它是一个新的世界的技术。

在20世纪70年代后期，美国MIT（麻省理工学院）WRCannon，是谁发明了激光怒气冲冲合成几十个纳米级硅为基础的陶瓷粉末，20世纪80年代初，德国物理学家气体H.Gleiter与缩合物清洗纳米粒子的表面，并在超高真空条件下，抑制多晶纳米固体原位。现在看来，这些研究都只是初步的探索纳米材料。

2.2纳米技术发展

1977年，麻省理工学院德雷克斯：出发从人工模拟活细胞的生物分子类似物可以进行组装和安排原子，称为纳米技术 - 纳米技术。

20世纪80年代，扫描隧道显微镜的发明，极大地促进发展纳米技术，它成为一个真正的原子工具安排，到1990年，纳米技术正式有自己的名字 - 纳米科学与技术，其标志是第一NST会议在巴尔的摩和两个专业的国际期刊“纳米技术”和“纳米生物学出版。从那时起，世界各国发展NST发展计划，被称为纳米新名词，新概念和新的新兴学科，形成了当代新兴的纳米技术学科群。

20世纪到20世纪80年代以来，纳米技术研究在世界上的高度重视，一些技术具有实用。纳米技术在计算机，信息处理，通信，制造，生物，医疗，地面和空间的发展，尤其是在防守上有很大的发展前景。纳米技术已经渗透到一些传统行业，如染料，涂料，食品。

许多国家从事纳米技术领域的在激烈的竞争中。美国依靠其发达的基础科学，从微观到宏观的工作日本开发的技术从宏观到微观的工作中取得了巨大成就。在纳米技术研究在最近几年，中国已经取得了长足的进步，表现稳健原子 *** 纵在室温和移植。在1992年，用扫描隧道显微镜的科学和技术人员的化学研究所开发了他们自己的，在计算机的控制下的石墨腐蚀的表面，具有线宽为10nm的字符和图案。目前，一些外国实验室只是使用移动情感气体原子的方法“写”中国的科学家是最广泛应用于微电子工业硅表面提取和处理原子。

在纳米技术领域，已达到国际技术前沿。德国外交部在1995年，中国纳米科技在纳米技术领域的领先国家的相对水平上分析，与法国五年级，一至四年级，如日本，德国，美国，英国和斯堪的纳维亚。

纳米技术研究的范围

的出现和发展，纳米技术，填补了人类细观地区缺乏宏观微观区域之间的连接意识。为此，近年来发展十分迅速，已经在广泛的范围内。纳米技术的研究和应用在以下几个方面：

3.1纳米电子

纳米技术在纳米电子学的领导或主导作用，因为它是微电子技术发展的下一代。从电子行业的纳米电子学，纳米技术的发展是一个重要的推动力。纳米电子学的基础上最新的物理理论和最先进的技术手段，按照构建电子系统的新概念，并开发物质潜在的存储和处理信息的能力，实现信息收集和处理能力的革命性突破纳米电子学将成为21世纪信息时代的核心。

纳米电子学的发展目标是：集成电路进一出，目前发展中遇到的难以想象的水平的功能密度和数据传输速率的限制之外。为了实现这一目标，有必要进行创新概念的电子装置，克服了相互连接的约束，需要开发新的生产方法，所述电路块。在纳米尺度的电子产品，传统的晶体管遵循物理定律不再适用，将有一个新的物理效应。目前，纳米技术研究如何使内存芯片的容量为64兆字节。如何使用新的量子纳米电子学器件，如谐振隧穿二极管，量子激光器和量子干涉器件的发展，等等。时间，也许人类进入量子王国。

纳米电子学等研究方向分子电子器件和生物分子器件，这是完全抛弃了基于硅半导体为基础的分子结合电子元器件的发展。如果研制成功，这种规模的电子元件，电子元件，带动社会生产力的快速发展做出了质的飞跃。 />3.2纳米材料/>纳米材料的微观结构是指实现纳米尺度的材料，所用的原料 - 粉末首先必须是纳米级的水平的晶粒和晶界。从微米级到纳米级的进步，不仅是在制备过程中一个质的飞跃，也促进了材料科学的发展理论。

纳米材料由于其独特的结构，以及小尺寸效应，界面效应和量子隧道效应，纳米材料的独特性能，与传统材料不同了一系列新的效果。其电，磁，热，光学等性能得到进一步优化。将作为一个重要的作用，在未来的新材料。例如，宽带强吸收隐身材料和高灵敏度，高通响应，高活性催化剂材料，高矫顽力的磁性记录材料，高性能驻极体转换能源材料及多功能复相陶瓷材料的材料。

中国已成功开发出多种纳米半导体复合材料和碳纳米管。固体中国社科院的科学，是最早开展纳米材料在中国的一个单位的，有能力的纳米材料和多品种制剂实验室，可制备各种纳米氧化物，铝粉，已进入大众生产阶段，粉末指标均达到了国际先进水平。用于隐形飞机在国际纳米材料，光转换。据预测，住宅纳米材料纳米塑料的明天，将显着提高的能力，以应对智能纳米塑料家居用品的功能和灵活性。

现代国际纳米材料的发展趋势的基础研究和开发应用，并相互促进，并驾齐驱。商界，企业界紧密合作，科学和技术界，试图把实验室成果转化为商业产品，在某些行业的推广和应用的纳米材料。随着不断的研究和其他纳米材料会发现更多，更新的性能的新材料。

3.3纳米加工技术

科学和技术进步的尺寸越来越小的设备和设备，进入纳米范围内。用合适的加工和制造技术，已成为国际热点，发展迅速。纳米加工技术可以分为两种类型的蚀刻和装配。已达到极限，由于纳米级蚀刻技术，组装技术将成为纳米技术的重要手段，受到人们的关注了很多。 />组件技术是机械，物理，化学或生物的方法，原子，分子或分子集合体被组装，以形成功能性的结构单元。组装技术，包括组织分子组装技术，扫描探针原子，分子去除技术和生物组装技术。 />分子有序组件，通过分子之间的物理或化学的相互作用形成有序二维或三维的分子体系。近年来，有组织的分子组装技术所取得的最新进展和应用LB膜和相关属性。对识别装配的生物大分子。高密度蛋白质，核酸及其它生物活性大分子装配要求固定的方向，这是非常重要的一个高性能生物敏感膜，生物分子器件的发展，研究生物大分子之间的相互作用的制备。 />除了上述类型的组件，有序，桥接组件的长链聚合物分子的自组装技术，有序分子膜的应用研究和技术进步。纳米加工技术也进行了重大原子量一流的加工，加工技术转化为更精细的深度。

3.4纳米机械

机械纳米级的纳米机械手段，它包括一个广泛的领域。已经制造纳米电机，纳米齿轮。纳米电机的纳米尺度的移动和定位，有两种配置，可以实现这一要求：首先，线性电动机电压陶瓷管蠕动爬行的移动设备。高精度机车开发生产的X射线反射专注于分差小于1纳米“超平镜面磨床纳米精密光学存储技术和全息技术的纳米器件。美国有发展成一个微电机，小到足以用显微镜才能看到。日本三菱电机公司开发微型机器人取出生物显微镜下的细胞。

3.5纳米化学

纳米化学开展识别分子的纳米技术，聚合物组件化学家看来，是非常大的纳米尺度的纳米结构是103-109聚集体的分子量为104-1010之间的原子数，目前，合成的分子量范围内，但有一个清晰的结构生物学技术正在开发中。的主要驱动力的新方法，本发明的纳米材料的合成，纳米化学热的今天试图理解和运用惊人的各种生命系统的复杂过程。

纳米化学包含许多领域：接口和胶体科学，分子识别，微电子加工，聚合物科学，电化学，佛石和粘土的化学，扫描探针显微镜等。分子自组装，特别适合于制备纳米结构。

纳米化学，在化学工业中的应用范围很广，如纳米粉体按一定比例添加到化妆品中，可以有效地屏蔽紫外线，金属纳米粉掺铒光纤产品或纸可以大大减少静电相互作用，利用纳米粒子，可用于气体同位素，混合稀有气体及有机化合物如构成海绵烧结体的分离和浓缩的纳米粒子可以用来不仅造成电力的涂料，印刷油墨，生产，也可用于固体润滑剂。

3.6纳米的纳米生物学

术语并不陌生生物学家。因为大量的生物结构，从核酸，蛋白质，病毒，细胞器，其行1当然，是生物结构非常小，但异常复杂，特别是活性的，显示的特定的特定的生物功能，如酶，可以打破化学键，引起分子结合的分子机又如纳米至100纳米。 ，DNA可作为一个存储系统，能够命令转移到核糖体，核糖体的分子机器，可以使蛋白质分子纳米生物学的目的是开辟了类似的方法，分子机器的程序。 ，装配机器来制造的物质。组装机将像微小的工业机器人作为附件通过分子，引导和使用的化学反应的布置工作，原子构造成复杂结构的纳米生物学的另一个重要方面是一个很大的特性来构建产品具有一定功能的生物分子。目前，纳米粒子已经成功利用细胞分离纳米颗粒作为载体的病毒诱导取得了突破性进展，预计很快为人类服务。设想使用纳米技术创造的分子机器人在血液中循环到身体各部位进行检测，诊断，并实施治疗的梦想将成为现实。纳米生物学是一个非常有意义的，但神秘的领域，无论是它给人类带来太大的改变，仍然难以预测。

纳米技术的研究方向

纳米科学和技术日臻完善，科学和技术的发展，系统随机和零散状态的研究，已经走出，逐步成为一个专注于分类模式。

4.1纳米技术理论

纳米技术系统的理论研究，一个是纳米功能的系统研究，微观结构，确定纳米技术的特殊规则，建立新的概念和理论，提高发展纳米技术的科学体系进一步系统地研究了纳米材料的性能，微结构和光谱特性，建立一个新的理论描述和表征纳米材料。同时，有必要进一步探索和总结纳米材料制备技术，纳米材料的理论研究成果和工程理论相结合的理论研究，探索高效，低成本的工业化制备技术，这是纳米技术的发展是一个重要的先决条件理论纳米技术工程研究将形成一个高潮。纳米技术的发展，人们越来越觉得系统的研究和发展，经济效益显着的意义，也就是说，人们需要不仅是纳米材料科学，纳米工程。

4.2纳米科学和技术，实现了通过纳米技术是伴随着电子技术的蓬勃发展，形成了 *** 纵原子，分子或分子形成所需的材料技术的原子或基团。这一新兴技术，将让人类认识和改造自然的能力，直接延伸到分子和原子，随着这项技术的不断研究，开发，应用，生产会带来一个光明的未来。这种技术的方法有两种：

首先，从宏观到微观纳米技术的实施和应用提供必要的参考。从宏观到微观，宏观的机械制造越来越小，目前，从宏观到微观的研究取得了一定的成绩，超大规模集成电路，集成越来越精细结构NTT制成的光学定位装置，其大小仅为0.5平方毫米。各种微型机器人已经出来了，并带来了希望，解决了一大批疑难案件。

其次，从微观到宏观。微观到宏观，即直接 *** 纵原子和分子，不同的排列组合，形成新的物质，创建一个具有新功能的机器，从微观到宏观的工作才刚刚开始。首先， *** 纵原子在镍板拼写单词，如在1990年4月，国际商业机器公司（IBM）的两位科学家利用扫描隧道显微镜来 *** 纵原子，有35个原子在镍板排出“IBM”这个词。单个原子在预定的位置移动，例如，在1999年7月，IBM公司的科学家转移动到预定位置。三是开发复杂的分子特征的打开和闭合。根据英国的报告，英国科学家硅原子的个人或团体调查电子分子量，开发了一个大小为4nm的复杂分子，它具有“开”和“关”的激光驱动器的特性，设置的处理结果，切换时间仅皮秒（10-12），这实际上是可能的光学计算机的发展，

纳米技术从宏观到微观，从微观到宏观，事实上，人类利用这项新技术提供了可能性。计算机可以使用纳米万亿次每秒，开发的光学芯片和生物芯片，超大规模的光计算机和生物计算机的发展奠定了基础。基因工程技术可以变得更加可控，制造各种各样的生产产品，根据人体需要，在农业，林业，畜牧业和渔业。一场深刻的革命，可以使整个化工行业直接建立在原子的明星，使化工生产发生革命性的变化。

人根据实际需要的分子和原子组装的纳米机器可以大大提高机器的速度，效率，减少对环境的污染。微型机器将解决困难的情况下，大量的医疗效果更加显着，也可以创造大量新的药物，生产所需的各种器官移植的效果。同时，纳米技术可以很容易以不同形式的能量之间的切换，以满足人类对能源的需求。

4.3纳米科学和技术的新思路

完全不同于传统技术，纳米技术奇点，许多纳米技术的应用，这是非常重要的研究新思路的概念和规律。

这些新的想法，一方面是工程领域，如传统理论根本不混溶的两个元素，可合成在一起在纳米状态下，，如合成铁和铝，银，铁，铜和铁包金。随着机器的设计越来越小，在结束几个大型装置变得不再适用，体积和重量因素变得几乎可以忽略不计，而表面张力和摩擦是极其重要的，这些都是迫切的讨论主题和实践，不可能在过去的，不重要的，在纳米状态下，很可能是可行的。

纳米技术的，另一方面，作为一项基本技术，社会新的想法所造成的大规模生产也是必要的。科学家们现在的工作领域：机器的某些副本本身，就像细胞分裂，从而发出巨大的财富人类无法想象这样一台机器，可以用来做食物，可以用来修复细胞，预防疾病和抗老化，这可能是一个幻想，但人类毕竟已经迈出了关键的一步的小型化。科学家指出，纳米技术将产生深远的影响生产力的发展，并有可能从根本上解决了一系列人类所面临的问题，如环境，食品，能源和其他极其重要的问题。

前景纳米技术

纳米技术的特殊功能和特殊的研究对象的发展，纳米技术已经得到长足的发展，20世纪80年代以来，引起许多国家的关注和重视，许多发达国家和许多研究机构也投入了巨大的人力，物力和财力进行大规模的合作研究，并取得了令人瞩目的成绩，状态一直在高科技和经济发展的促进纳米技术

技术领域，纳米技术是人类的一个重大突破认识和改造世界的能力，以，会导致一个新的科技革命和工业革命，已成为在21世纪的科学和技术发展的最前沿，它是不仅是国际竞争1的重点领域的关键技术信息产业，最重要的先进制造业的发展方向之一。作为美国首席科学家，IBM阿莫西林贝特朗说：“正如20世纪70年代微电子技术引发了信息革命，纳米科学和技术将成为下一个世纪的信息时代的核心。

根据技术进化理论，纳米技术已经发展的背景（知识）技术的第二阶段。换句话说，纳米技术的演变，从纳米技术原型技术领域的状态发展到水平状态，即：纳米技术或纳米科学和技术为核心，外围吸收等技术系统的开发进入一个新的纳米科学和技术体系。

总之，纳米技术发展到今天，已不再是简单的科研活动，但更重要的是，它正成为越来越多的科技产业发展和国家竞争力的社会化影响，纳米技术有显着的影响在新世纪的社会，经济和国家安全。随着知识经济时代的21世纪的特点将是生命科学和信息技术的高速发展和广泛应用的时代。纳米技术将促进生命科学，信息技术，包括几乎所有的科学和技术的飞速发展，新的工具，会出现更多的人工情报字符。

国家纳米技术在世界上属于科学和技术领域。新兴科学和技术作为最具潜力的市场之一，其重要性质疑，许多发达国家都投入巨资研究，钱学森院士预言：“纳米及以下的纳米结构将是未来的技术发展阶段特点，将是一场技术革命，这将是另一个在21世纪的工业革命“。

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