十大事物你应该知道纳米技术
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3)纳米技术有什么特殊之处? |
纳米技术从何开始和从何开始
化学家处理自然生成纳米粒子思想分子或病毒毒理学家处理纳米粒子,这些粒子是现代人类生命的产物,如燃烧引擎废气中的碳粒子轮胎制造商早在1920年代便使用纳米粒子-碳黑-提高轮胎性能中世纪艺人使用金纳米粒子实现教堂窗中的亮红色(千兆粒子为红色而非金色)。甚至可以说,我们环绕并搭建纳米结构-原子和分子归根结底都是纳米级对象突然大惊小怪
持续微缩化生成工具,如原子力显微镜或扫描隧道显微镜结合电子波束平面绘制等精细过程,这些工具允许任意操作和制造纳米结构
高速AFM实现实时纳米制造)事前不可能
AFM中心启发了各种其他扫描探针技术AFM原用图象表面,但通过修改小技巧,有可能测量其他量(例如电磁特性、化学潜力、摩擦等)并进行各种光谱分析克里斯托夫格伯版权自然发布集团
带新工具新概念后发现 管理纳米世界的机械规则 与我们日常宏观世界经验大相径庭辨别超小作用量 纳米级还导致工具的进一步发展仅仅10多年前,人们直接测量分子间作用力的可能性就显得远程化。纳米技术的出现彻底改变了这种感知今日有数种工具可用来描述生物分子和细胞交互作用的纳米机理例子有光学图象机、磁拉机和AFM之类基于罐头工具
工程化纳米材料-通过
自上而下方法(散装材料缩小为纳米模式或结构)或
自下而上方法(大结构用原子或分子用分子构建或生长原子)-超出微小化的下一步供讨论
纳米技术自上而下对自下见第5段Nanomande
散装物性能减到纳米尺寸时常发生巨变从大约100纳米和以下开始, 材料打破大小屏障, 下方对固态电子能量量化变得相关
量子特效
所谓的
量子大小效果描述微粒大小大裁量的固体电子特性物理从宏到微维不产生效果然而,当纳米尺寸范围达到时,它便成为支配性作用量子特效可开始支配纳米级物质行为-特别是在下端(单位数和低位数数)-影响材料的光学、电磁行为素材可生成一维(例如薄面涂层)、二维(例如纳米线和纳米管)或所有三大维(例如纳米粒子和量子点)。
剧变原因出自量子物理奇特世界任何材料的散装属性只是所有量子力平均作用量组成物的所有原子令事物变小后,你最终会到达平均失效点,你必须处理单个原子或分子的具体行为-该行为可能与这些原子归并成散装材料时大相径庭
减到纳米级的材料会突然显示与宏级显示值相比非常不同的属性举例说,不透明物质变得透明化惰性材料化为催化器稳定素材转可燃性固态变液室温度解析器成为导演器
表面面积
纳米材料的另一个重要方面是表面积与散装材料相同质量相比,纳米级材料面积相对较大这可能使材料更具化学性反应性(在某些情况下,散装惰性材料以纳米形式生成时会作反应性反应性)并影响强度或电能特性
理解粒子大小对表面积的影响 考虑美国银鹰硬币银元内含31克硬币银并总面积约3000毫米等量硬币银分小粒子 — — 直径为10纳米 — — 这些粒子的表面积共7000平方米(相当于足球场大小 — — 或大于白宫楼面面积5100平方米 ) 。换句话说,当银元中硬币银数转换成10纳米粒子时,这些粒子的表面积比银元表面积高200万倍以上
纳米技术迷惑发源于这些独特的量子和表面现象,这些现象在纳米尺度上物证,从而有可能实现新应用和趣味素材
进化论革命纳米技术
然而,显然需要区分两类纳米技术。一种正在发生 另一种是科幻小说和路由技术假设
我们今天处理的是进化纳米技术进化纳米技术的目标是改善现有流程、材料和应用,向纳米领域缩放并最终充分利用单量子和表面现象,在纳米尺度上展示物驱动这一趋势的是公司通过创建小组件和更好的性能材料不断提高现有产品,所有成本都较低
计算机/电子行业的例子 — — 因为芯片设计结构破解了100纳米范围,半导体产业正准备成为纳米技术产业
左侧:第一点触点晶体管建于1947年右方:英特尔32NMNEHLEM芯片结构集约19亿晶体管
想想看:第一批晶体管面积超过1厘米,如今最小晶管长度小于30纳米-比小30万倍以上相当于缩小509公尺台北101塔,目前世界最高楼状1.6公尺米粒今日高级半导体制造已深入纳米领域并当我们到达单模块晶体管时 电子组件逐步微化的结束
正因如此持续趋势 更小 更好 更便宜 公司数 相同定义nano技术公司纳米粒子涂层纳米结构化地表技术碳纳米管电子快速增长并很快组成多行业公司大都 — — 并拥有类似Kraft、L'Oreal、Toshiba、GE、BMW、Nokia或Bayer等常见名称
对比之下,真正革命型纳米技术设想自下而上方法,函数装置和整件制造系统由原子构建原子(仅清晰解析,这里我们不单指纳米材料自组和化学合成,而指功能机制)。除非你使用科幻假想, 即使是教育式猜想未来可能带来什么是不可能的