纳米科学技术概论论文_纳米科学技术概论
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《纳米科技概论》公选课
课程考查论文
学院名称环境与土木工程学院 专业名称地质工程 学生姓名张鼎
学生学号201403100512 选课序号
2016年4月17日
纳米科技的应用
纳米，这是一个十亿分之一米的尺寸单位的物质而已。是人类首次用单个原子、分子自由排列物质的科学技术。它包括纳米生物学、纳米材料学、纳米电子学、纳米机械学、纳米化学以及纳米医学、纳米信息学等学科，已被称为二十一世纪的前沿科学，它蕴藏着超乎人们想象的巨大商机。
纳米科技是尖端科技，却早就存在身旁。举例来说，荷叶表面的细致结构和粗糙度大小都在纳米尺度的范围内，所以不易吸附污泥灰尘。这种荷叶表面纳米化结构，自我清洁的物理现象，就被称作荷叶效应。
微小性的持续探究以使得新的工具诞生，如原子力显微镜和扫描隧道显微镜等。结合如电子束微影之类的精确程序，这些设备将使我们可以精密地运作并生成纳米结构。纳米材质，不论是由上至下制成,或由下至上制成,难度在于宏观上要达到高效稳定的质量，都不只是进一步的微小化而已。物体内电子的能量量子化也开始对材质的性质有影响，称为量子尺度效应，描述物质内电子在尺度剧减后的物理性质。这一效应不是因为尺度由巨观变成微观而产生的，但它确实在纳米尺度时占了很重要的地位。物质在纳米尺度时，会和它们在巨观时有很大的不同，例如：不透明的物质会变成透明的(铜)、惰性的物质变成可以当催化剂(铂)、稳定的物质变得易燃(铝)、固体在室温下变成了液体(金)、绝缘体变成了导体(硅)。
纳米科技的神奇来自于其在纳米尺度下所拥有的量子和表面现象，并因此可能可以有许多重要的应用和制造许多有趣的材质。
它不是可望不可及的技术，它可以结合中国现有的国情利用纳米功能开发出许多与老百姓生活息息相关的纳米功能产品。什么是纳米功能应用产品呢？就是利用纳米材料采取不同的制备方法，使纳米材料变成有特异物理功能的特征，用这种物质研制成的产品，具有纳米技术的四大效应的特征。利用这四大效应的某些特异性，可改变某些物质的原有特性或结构。如纳米功能水杯、纳米功能卡、纳米功能酒等，这些产品可通过纳米功能的四大特征实现了改变水分子团的结构，激活人体细胞；改变了酒中甲醇酒精的分子团结构等复杂机理，从而产生了令人难以置信的止疼、养生、排毒、健体，抗感冒、抗疲倦。真正的纳米功能水，就是这样产生的，是以上述特点为科学基础的。
纳米技术它究竟能给人们带来什么变化呢？我们不去探讨尖端的纳米技术，仅以最朴实、通俗的案例讲述一下纳米技术已给人们或将给人们带来的实惠，这些纳米技术的应用，是真真切切的，与当今老百姓生活息息相关的产品。仅举几个纳米技术运用的例子：
一、纳米“导弹”：纳米级的“导弹”具靶向作用，可自动攻击癌细胞，并可“消灭”癌细胞。事实上，纳米技术可对癌症，产生较好的疗效，已经有成功的报道案例。近期又有报道，纳米技术可抗病毒性感冒。其实，何止有抗感冒之效用，还有更多的新发现。如北京宇天能纳米技术有限公司发明的TN863纳米母粒研制的纳米功能水杯，经10－30分钟处理后的自来水，具多种有趣的现象。如饮用处理过的自来水后，一些人反映不易感冒了，精神旺盛了，睡眠好多了，小孩不厌食了，老人四肢有力了，这只是因为纳米的四大效应改变了水的分子团结构，并且使水产生了大于普通水60％－84.7％的活性能量，可称为富含营养，能养生保健、理疗的活性水。由于是纳米功能所致，因此称为纳米功能水。实现纳米技术应用产业化，这是需要我们共同努力的事。
二、纳米功能汤锅、餐具：纳米功能的生命之光能量可迅速使廉价的白菜汤改变本质结构及特性。这种纳米功能白菜汤可使人们享受到比“人参汤”更好的效果，同样有迅速的抗疲倦、排毒、养生、久服延年益寿之功效。其实，古时的李时珍在《本草纲目》中为水专门著有一篇“水部”之论，明确指出“水疗”法。
三、纳米功能饮水机：它的特征是用自来水替代矿泉水。人们再也不为买水票操心。远离搬运及灌装水桶的烦恼，今后，只需轻松打开一下家里的自来水龙头，仅十几分钟，自来水就已改变了水分子团结构，使大分子团水变成了小分子团结构的养生功能之水，喝了这种水，一般人都会迅速感觉消除疲劳，并对一些病症有意想不到的排毒祛病的神奇效应，称之为将长寿村的水搬回家，人人可实现长寿的追求愿望。不过有的人会不高兴，那就是一些生产感冒制药厂的厂家或销售商，因为到那时得感冒的人可能会减少80％，当全民普及饮用纳米功能水后，预计感冒药将减少50％以上。感冒药市场因此大大减少。建议经常吃感冒药的人，可尝试天天喝纳米功能自来水，肯定会有改变，如果您远离了感冒，请不要忘记“纳米”比大米要高级一些。
四、纳米功能省油器：一只小小的纳米功能棒放入油箱三年不管它，它会自动地为您效劳，不停地将汽油裂变为优质节能油，节油可达7％－20％，不同于现在的一些节油办法，需一天或几天加一次添加剂，即麻烦又耽误时间。因此，纳米省油器让人变懒惰一些，让汽车变“勤劳”一些。
五、纳米功能酒：一瓶几元一瓶的二锅头酒，被迅速地无声无响的变成了犹如几十元、几百元一瓶的柔和、甘醇的美酒，而且相对而言，因为酒精被分解，使人喝了不易醉、不上头，有护肝之功效，还有益肾等特殊的保健作用。
六、纳米自洁表面处理和涂料:如果将透明、疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在大楼表面或瓷砖、玻璃上，大楼就不会被空气中的油污弄脏，瓷砖和玻璃也因不会沾上水蒸气而永远透明。任何粘在表面上的物质，经阳光的照射，都会在纳米涂料的催化作用下，变成可以蒸发的气体或者容易被擦掉的物质，建筑物不再总是脏乎乎的，家庭里的卫浴设备也不必每天清洗了。将这种纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不会沾上灰尘，省去不少洗衣服的麻烦。氧化物纳米颗粒最大的本领是在电场作用下或在光的照射下迅速改变颜色。平常人们戴的变色镜的变色速度较慢，用纳米材料做成的变色镜就不一样了，变色速度很快，用它做士兵的防护激光镜是再好不过了。
七、纳米高强度材料：如果把金属纳米材料颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比一般金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样富于弹性。人们幻想在下一个世纪，总有一天会制造出如此神奇性质的纳米钢材和纳米铝材。用这种材料制造汽车、飞机或轮船，会使它们的重量减少到1/10。到那时，一辆摩托车的重量会变成只有20～30千克。人们日常生活中最常用的陶瓷材料具有硬而脆的特点。硬是指它可以当做刀具用来切削金属，脆是指它经不住冲击。陶瓷的另一个长处是耐高温，在10000℃的高温下也不变形。用纳米陶瓷粉制成的陶瓷已经表现出一定的塑性。这个问题一旦被彻底解决，会在汽车发动机上大显身手，彻底甩掉发动机的冷却系统，使发动机工作在更高的温度下，汽车将跑得更快、飞机会飞得更高。
八、纳米单电子元器件：把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，就会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，原来可以在费米动量以下连续具有任意动量的电子状态，变成只能具有某一动量值，也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的最直接结果表现为，在金属颗粒的两端加上电压，当电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时，金属颗粒不导电。这样一来，原来在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界就不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑力足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内，这就切断了电流的连续性，这使人们联想到是否可以发明用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，把它们集成起来做成电脑芯片，电脑的容量和计算速度将提高上百万倍。
上述几项纳米技术，一旦开发应用，毫不夸张地说可以为亿万人民带来真正的实惠，具有数
十、百亿元的市场价值。
为了纳米科学研究及其成果的应用，首先要能按照人们的意愿在纳米尺度上对材料进行自由地剪裁和安排，这一技术被称为纳米加工技术。实际上，一方面纳米加工技术是纳米材料应用的重要基础，另一方面纳米加工技术中也包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说，在一个粗细为几纳米的孔或线里，原子的扩散就与宏观世界里的扩散大不一样。一般而言，原子运动的自由程为几个微米。在这个长度上，原子发生碰撞、进行热扩散的作用可忽略不计。可是在纳米孔或线内，原子的扩散主要是靠与孔壁的碰撞来完成的。再举一个例子，一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力越小。在纳米世界里，材料表面很小，相互之间距离很近，以至于两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米世界内，所有的加工技术都必须在原子尺寸的层面上考虑。
目前，全球纳米技术的收益已达500多亿美元，预计未来5－10年内将达到1440万亿美元。有人预言，最富有的人将再也不是比尔·盖茨，而是拥有纳米技术的人。
纳米技术究竟能给人什么呢？给人梦想、给人健康、给人长寿。“纳米长寿、千寿之神”甜蜜的微笑只是献给热爱它的人，只要善待纳米科技，并善良地拥抱纳米技术，你将获得快乐与幸福，也将获得长寿，也可能获得巨大的财富。
纳米技术能使人长寿几百岁吗？答案是：能！当然，那只是尖端纳米技术的任务。比如，人老了，换一个18岁小伙子的纳米材料做的心脏、肾等，或者纳米细胞活能代谢机，5年一个周期，衰老细胞被清除掉，诞生十八、十九岁的充满生机的新生细胞。使人能如此活上200岁、300以上，这些并不是神话，随着纳米技术的研发运用，迟早有这么一天。
