纳米材料的奇异特性

纳米是一个长度计量单位,1纳米等于10^-9米,纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下（1-100nm）的微小结构,纳米技术是在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术,其本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。目前,世界上已形成发展纳米科技的“三大板块”的格局,即美国、亚洲和欧盟,纳米科技的研究和发展已进入一个新阶段,纳米技术将引起一场各个领域生产方式的变革,也将改变未来人们的生活方式和工作方式。     

21世纪纳米技术及其应用展望

 异军突起的纳米技术“纳米”是英文namometer的译名,是一种长度单位,1纳米为百万分之一毫米,即1毫微米,也就是十亿分之一米,约相当于45个原子串起来那么长。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,明显表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术。纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。从迄今为止的研究状况看,纳米技术分为三种。     

纳米科技——癌症治疗新攻略

纳米科技（NST，即Nanometer Scale Science and Technology）是研究尺寸在0．1nm～100nm范围内的物质运动规律、相互作用和实际应用的一门高新科技．在21世纪前几十年将迅猛发展，纳米技术势必成为推动社会经济各领域快速发展的主导技术之一．随着纳米技术的发展，纳米技术在医疗方面的运用已经越来越广泛．本文将主要阐述纳米科技在癌症治疗中的应用及研究进展情况．     

纳米光刻技术的现状和未来

纳米技术是21世纪信息科学的一项关键技术，纳米结构制作是纳米技术的重要组成部分，纳米光刻技术是制作纳米结构的基础，具有重要的应用前景，文章对光学光刻技术进行了概述，介绍了几种纳米光刻技术的新途径，发展现状和关键问题，最后讨论了纳米光刻技术的应用前景。     

神奇的纳米技术与军事革命

 20世纪80年代末,一门新颖、独特、颇具神奇色彩的科学技术---纳米技术悄然兴起,并立即引起世界各国的广泛关注和重视。短短十几年中,纳米技术在世界范围内的研究和应用得到了卓有成效的发展,并已成为21世纪的前沿战略科技。一、神奇的纳米技术1nm=10-9m。所谓纳米技术,是在0.1～100nm的尺度空间内研究电子、原子和分子的运动规律及特性,通过微观环境下操作单个原子、分子或原子团、分子团,以制造具有特定功能的材料或器件为最终目的的一门崭新技术。它包括纳米电子技术、纳米材料技术、纳米机械制造技术、纳米显微技术及纳米物理学和纳米生物学等不同的学科和领域。     

DNA折纸结构介导的多尺度纳米结构精准制造

原子及近原子尺度制造在近年来一直是物质科学领域被广泛探讨的前沿问题.当制造和加工的尺度从微米、纳米逐渐走向原子级别时,材料在常规尺度下所具备的性质已无法通过经典理论进行解释,相反地,会在这一尺度下展现出一系列新奇的特性.因而对材料极限制造尺度和颠覆性物性的不断追求始终是科学界共同关注的重点领域.作为一种在纳米尺度下对结构制造单元进行精细操控的先进手段,DNA纳米技术的开发和发展为纳米制造甚至原子制造提供了新的观点和思路,而DNA折纸术作为DNA纳米技术的重要组成部分,正在凭借其在结构制造过程当中的高度可编程性成为纳米尺度下进行各类物质精准制造的独特的解决方案,并可能为不同物质不同材料更小尺度和任意形状的精准构筑带来机遇.本文首先简单概述了DNA折纸术的基本原理和发展历程,然后根据制造策略的不同对DNA折纸结构的纳米制造的相关代表性工作做了总结,并在文末提出了对于DNA折纸结构在原子制造中的可行性的思考和未来发展方向的展望.     

微纳米加工技术在纳米物理与器件研究中的应用

物质在纳米尺度下可能呈现出与体材料不同的物理特件，这正是纳米科技发展的基础之一。要想探索在纳米尺度下材料物埋性质的变化规律及可能的应用领域，离不开相应的技术手段，微纳米加工技术作为当今高技术发展的重要技术领域之一，是实现功能人工纳米结构与器件微纳米化的基础。本文根据几个不同的应用领域，介绍了微纳米加工技术在纳米物理与器件研究领域的应用。     

纳米材料的分类及其物理性能

 纳米技术是20世纪80年代末迅速发展起来的一门交叉性很强的综合学科,是在0.1-100纳米尺度上研究和利用原子与分子的结构,特性及其相互作用的高新技术。著名的诺贝尔奖获得者费恩曼在60年代就预言:如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的物体就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点,纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。1.纳米材料的分类以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代,它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1-100ｎｍ范围。     

微纳米加工技术及其应用综述

材料与结构在微纳米尺度展现了许多不同于宏观尺度的新特征，纳米技术已经成为当前科学研究与工业开发的热门领域之一。微小型化依赖于微纳米尺度的功能结构与器件，实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加上技术，文章对微纳米加上技术做了一个综合的介绍，简要说明了微纳米加工技术与传统加工技术的区别，在微纳米加工技术的应用方面提出了一些合理选择加工技术的原则，并对当前微纳米加工技术面临的挑战和今后发展的趋势作了预测。     

从电动力学到量子电动力学：纳米光电子器件

纳米尺度下的光电器件的研制与米、毫米、微米尺度下电子器件或光学器件的研制在基本原理与制造技术上有本质的不同。必须采用量子电动力学和介观物理作为基本原理。在量子电动力学中,光子与电子可以相互转化,光子也可以储存在“空腔”中。光一电转换或光一电一光的转换甚至可以在远小于一个光波的尺度内实现（如100nm以下）。基于大量最新现象发现的启示与推动,产生了一种全新的光予技术：纳米光子技术。在这种全新的纳光子技术中,人们将光子电子的输运与转化联合起来进行考虑,非线性光学获得了长足的发展。微电子技术和概念被大量地推广应用于纳光子技术开发。创新型元件如集成激光器、30dB光放大器、效率为30％的1．55μm滤波器等层出不穷地涌现。纳米技术的研发为信息储存、输运和处理开辟了新的天地。进入21世纪,纳米光子技术研究日新月异。在摩尔经验规律的指导下,不断发展的微电子工业的制造精度已进入100nm领域。大规模应用纳米电子、纳米光子技术的时代已经来临。一些新型的光通讯线路已开始应用纳米光子器件。对公众而言,用于照明的LED只是一个应用实例。报告将结合法国国家纳米研究平台的研发成果来阐述纳米光子学的原理和纳米光子器件发展的趋势。     

纳米微晶材料的结构和性质

纳米微晶材料是纳米量级晶粒所构成的多晶物质,其晶界区域中存在与长程有序晶态和短程有序非晶态结构不相同的“气体状”的结构。本文讨论了纳米微晶材料的制备方法、结构特点和奇异性质及其在材料科学中的应用。     

纳米生物技术及其应用

纳米技术的发展使人们可以观测到纳米量级的介观世界，可以直观地了解生物分子的形态和分子间的相互作用，甚至可以操纵生物大分子，得到不同结构的新的生物分子．运用纳米技术制作的纳米器件可以用作疾病诊断与治疗．由纳米量级的超微粒构成的纳米生物材料具有良好生物相容性和一些独特的纳米效应，主要表现为小尺寸效应和表面或界面效应．纳米生物材料与相同组成的微米材料存在非常显著的差异，体现出许多优异的性能和全新的功能．纳米微粒在癌症的监测、治疗，细胞和蛋白质的分离，基因治疗，靶向和缓释控药物等中都有着广泛的应用．     

纳米技术的进展及军用前景

 近来科学家们纷纷预测：“纳米技术将是２１世纪科技革命的生力军”、“纳米技术将像微电子技术引发科技革命一样,成为对世纪信息时代的核心”。 ２０００年１月,美国政府发布了《国家纳米技术计划》,此计划被认为是面向未来的重大战略举措。克林顿总统于２０００年１月２１日在加利福尼亚大学理工学院演讲中提到：“我的２００１年预算案支持一个价值５亿美元全新的国家纳米技术启动计划……使人类有能在原子和分子水平上操纵物质的能力。……”显然,美国政府已把崭露头角的纳米科学和纳米工程放在科学发展的优先考虑地位。     

低维限域结构中水与物质的输运

低维限域结构中水与物质的输运研究,对于解决界面化学和流体力学中的遗留问题十分关键.近年来,研究人员采用分子动力学模拟和实验手段研究低维限域结构中水与物质的输运,并将其应用于物质输运、纳米限域化学反应、纳米材料制备等领域.本文从理论和实验的角度总结一维和二维纳米通道的水与物质输运,介绍了本研究组提出的"量子限域超流体"概念,并用于解释纳米通道中超快物质的输运现象;在此基础上概述了一维纳米通道中的分子动力学模拟和水浸润性,以及外部环境(如温度和电压)对限域结构中水浸润性的调控,同时阐述了低维限域结构中的液体输运;对二维纳米通道中的分子动力学模拟、液体浸润性以及液体输运进行了综述;讨论了纳米通道限域结构在物质输运、纳米限域化学反应和纳米材料制备等领域的应用;对低维限域结构中水与物质输运面临的挑战和前景进行了展望.     

纳米技术在未来军事领域中的应用

 纳米技术不仅在材料、生物医学、半导体器件和微机电系统等领域中有着广泛的应用,而且这些领域中的应用又都能不同程度地用于军事领域,所以纳米技术在军事领域中也有着广阔的应用前景。利用纳米技术,科技工作者正在研制纳米武器和纳米武器系统。纳米武器和纳米武器系统具有超微型化、智能化和高性能等优点,必将引起未来武器系统的深刻变革和未来战争模式、作战指挥等一系列重大的变革。一、纳米武器和纳米武器系统的特点1.武器系统超微型化纳米技术用量子器件取代大规模的集成电路,使武器控制系统的重量和功耗成千分之一地减小,从而大大减小了武器的体积和重量。     

单原子操纵及原子尺度器件加工的最新进展

扫描隧道显微镜的发明不仅使得人们的视野可以直接观察到物质表面上的原子及其结构并进而分析物质表面的化学和物理性质,它还使得人们可以在纳米尺度上对材料表面进行各种加工处理,甚至可以控制和操纵单个原子。这一特定的应用将会使人类从目前微米尺度的加工技术迅速跨入纳米尺度和原子尺度。这将会是推动人类科学和技术发展的一个无法估量和替代的动力。本文将介绍在工业界应用最为广泛的半导体材料硅（Ｓｉ）表面上单原子操纵研究的最新进展,并讨论它们在单原子存储器加工中的应用。     

用于Raman光谱与微纳米结构同步检测的Raman-AFM系统研究

研究和发展了一种将微区拉曼(Raman)光谱检测与原子力显微镜(AFM)微纳米扫描成像相结合的新型Raman-AFM技术。设计了Raman光谱与AFM扫描成像的原位检测探头;研制出相应的Raman-AFM系统;利用该系统,对ZnO纳米颗粒和TiO2纳米薄膜开展了微区Raman光谱与微纳米结构的检测实验。研究表明,所获得的Raman光谱检测结果与理论值良好吻合,同时,AFM扫描检测得到的图像很好地表征了样品的微纳米结构,从而实现了微区Raman光谱与AFM图像的原位及同步检测,验证了这一技术的可行性,为Raman光谱技术与微纳米技术领域的实际应用提供了技术基础。     

基于DNA自组装的金属纳米结构制备及相关纳米光子学研究

纳米光子学是研究光在纳米尺度下的行为以及光和纳米材料相互作用的一门科学.金属纳米材料凭借其独特的表面等离子体效应,可以在衍射极限以下对光进行传递和聚焦,因而是纳米光子学研究的重点.大量研究表明,通过调控金属纳米材料的形貌和成分可以控制表面等离子体的性质,从而对光进行可控调节.近年来,随着DNA纳米技术的发展,又为纳米光子学的发展带来了新的机遇.首先,人们发现不同的DNA序列可以调控金属纳米颗粒的成长,从而影响金属纳米颗粒的形貌和成分.此外,利用DNA自组装技术,可以将金属纳米颗粒组装成为有序可控的纳米结构.因此,基于DNA的纳米光子学研究近年来发展十分迅速.在此背景下,本文对相关研究进行归纳与总结,以期吸引更多研究人员的关注,推动该领域的进一步发展.本文首先介绍了金属纳米结构基于表面等离体实现突破光学衍射极限的原理,然后按照DNA对金属纳米结构的形貌或成分影响方式的不同分成若干部分,对基于DNA的纳米光子学做了系统的综述,最后展望了未来可能的发展方向.     

纳流控反电渗析盐差发电性能的影响因素

随着微纳米技术的发展和材料的日新月异,利用反电渗析技术获取海洋/河水之间的盐差能成为近几年的研究热点。反电渗析盐差发电具有结构简单、无污染、原料可循环等优势。本文着重研究在一定的浓度差下,膜上基本单元纳米孔中的离子输运特性。通过探究纳米孔几何因素、对流和温差对盐差发电的影响,解释基于纳米孔盐差发电的内在物理机制。研究结果有助于理解盐差发电的物理机理,也可为提高纳米孔盐差发电性能提供理论指导。     

单原子操纵及原子尺度器件加工的最新进展

扫描隧道显微镜的发明不仅使得人们的视野可以直接观察到物质表面上的原子及其结构并进而分析物质表面的化学和物理性质，它还使得人们可以在纳米尺度上对材料表面进行各种加工处理，甚至可以控制和操纵单个原子。这一特定的应用将会使人类从目前微米尺度的加工技术迅速跨入纳米尺度和原子尺度。这将会是推动人类科学和技术发展的一个无法估量和替代的动力。本文将介绍在工业界应用最为广泛的半导体材料硅（Ｓｉ）表面上单原子操纵研究的最新进展，并讨论它们在单原子存储器加工中的应用。