【文章內容簡介】 以得到相當大的啟發(fā)： ?能否模仿荷葉表面的結構，制造出應用于生活的各種各樣的疏水材料？ ?能否從生物體內的納米磁性粒子得到啟發(fā)，為我們設計納米尺度的新型導航器提供有益依據(jù)？ ? 要達到上述目的，必須要了解納米材料，了解它們的獨特性能。 生物中的納米結構和納米材料 小結 38 納米材料與技術的發(fā)展史 孕育萌生階段 ?1861年，隨著膠體化學的建立，科學家開始對直徑為 1100nm的粒子系統(tǒng)進行研究； ?但當時化學家們并沒有意識到 這個尺寸范圍是人們認識世界的一個新層次 ，只是從化學角度將其作為宏觀體系的中間環(huán)節(jié)進行研究。 核殼結構的膠體微球 溶膠凝膠法制備的SiO2膠體微球 40 ? 1959年 12月 29日，在加州理工學院發(fā)表題為“ There is a plenty of rooms at the bottoms” 的演說， 思索“如果有一天可以按人的意志安排一個個原子，將會產生怎樣的奇跡 ?”，并指出用這種方法制備的材料將具有特殊性能。 ? 著名 物理學家、諾貝爾物理獎 (1965年 )獲得者 理查德 .費曼 —納米概念的提出 41 ? 1962年， Kubo(久保 ) 發(fā)現(xiàn)金屬超微粒子與塊體材料的 熱性質 不同，并針對 金屬超微顆粒費米面附近的電子能級狀態(tài)分布 提出了著名的 久保理論 ，推動 實驗物理學 向納米尺度的微粒進行探索。 ? 1963年，人們發(fā)展了 氣體冷凝法 ，即金屬蒸汽通過在純凈的惰性氣體中蒸發(fā)和冷凝，獲得干凈的金屬超微粒，并對單個金屬微粒的形貌和晶體結構進行了電鏡和電子衍射研究。 42 ? 1974年 ， 日本學者首次提出 “ Nanotechnology”(納米科技 )一詞 ， ? 1981年 ， 德國科學家 “ Nanostructure of solids”(納米固體 )概念 ， 發(fā)展出具有納米晶尺寸和大量界面的各種材料 。 2022年，南京理工大學先期投入 ，成立格萊特納米科技研究所， 在納米陶瓷與納米晶材料、納米自組裝結構與器件等尖端領域進行研究 ，打造全球領先的納米材料技術研發(fā)團隊和基地。 43 ? 1981年， IBM瑞士蘇黎世實驗室的 和 掃描隧道電子顯微鏡(Scanning Tunneling Microscopy)，簡稱 STM。 STM設備外貌和原理圖 44 ? STM是目前進行表面分析最精密的儀器之一 (橫向分辨率可達 ，縱向分辨率達到 ) ， 可以直接觀察原子， 還具有操縱原子的功能 ，使理查德 .費曼的預言僅過了 22年就成為現(xiàn)實 。 ? 代表納米科技的誕生，是科學史上一個巨大進步， 兩位發(fā)明人也因此獲得 1984年諾貝爾物理獎 。 Omicron 低溫超高真空 STM 45 探索研究階段 ? STM的誕生 將人類推進到納米材料探索研究階段 。 ? IBM的科學家利用 STM直接操作原子 ， 在鎳板上將35個氙原子 按自己的意志安排組合成 “ IBM”宇樣； 46 ? 1984年 ， 格萊特教授用惰性氣體蒸發(fā)法制備了具有清潔界面的納米 Pd、 Cu、 Fe粉等 ， 粒徑在 6nm左右 ， 原位加壓成納米固體 ， 并提出了納米材料界面結構模型 ， 使納米材料的研究跨入新階段 。 ? 發(fā)現(xiàn) CaF2納米離子晶體和 TiO2納米陶瓷在室溫下表現(xiàn)出良好的韌性 ， 找到 陶瓷增韌的新途徑 。 47 ? 1985年，科羅托等用激光加熱蒸發(fā)石墨，在甲苯中形成碳的團簇，分析發(fā)現(xiàn) C60和 C70的新譜線，其中 C60具有高穩(wěn)定的新奇結構。 ?C60由 60個碳原子構成一個 32面 (20個六邊形和 12個五邊形 )的足球式中空球形分子 ，直徑為 。 ? C60極大豐富了人們對碳的認識，成為第三代碳晶體。 C60微觀結構 48 ? 1990年 7月，第一屆國際納米科學技術學術會議在美國巴爾的摩召開，正式提出 納米材料學、納米生物學、納米電子學和納米機械學等 概念，標志著納米科學作為相對獨立學科的誕生。 ? 1991年 ， IBM用 STM快速重復 在 Ni表面同一位置 “ 拾起” 和 “ 放下 ” 一個氙原子 ， 創(chuàng)造 速度為二百億分之一秒的 單原子開關 ， 為原子計算機開關器件誕生創(chuàng)造條件 。 利用 STM進行 原子表面修飾 和 單原子操縱 49 ? 1991年，美國海軍實驗室預計一種碳納米管的結構，當時認為近期內不可能合成。 ? 同年 , 日本筑波大學 NEC實驗室的飯島澄男用高分辨電鏡觀察到了碳納米管。 ? 單壁碳納米管存在三種類型的結構： 單臂納米管 、 鋸齒形納米管和手性納米管 。 ? 這種結構與常規(guī)碳的同素異構體 —金剛石結構和石墨層狀結構完全不向 。 (a) 單臂 (b) 鋸齒 (c) 手性 50 ? 多層碳納米管是由幾個到幾十個單壁碳納米管同軸組成，管間距在 。 51 ?1993年 ， 中科院真空物理實驗室用 STM在 Si表面上開展原子操縱研究 ， 通過針尖與樣品之間的相互作用 ， 把硅晶體表面的原子撥出 ， 形成 “ 中國 ” 字樣 。 ?中科院化學所用 STM在石墨晶體表面刻寫 中國地圖 ， 線條寬度為納米級 。 ? 這些技術在高密度信息儲存、納米電子器件、量子器件等方面具有非常重要的應用， 標志著我國在國際納米科技領域占有一席之地。 52 應用開發(fā)階段 ? 1994年， MRS秋季會議上正式提出 納米材料工程 概念，在納米材料研究的基礎上進行 納米合成、納米添加等，發(fā)展新型材料，改性傳統(tǒng)材料，擴大納米材料應用范圍， 形成基礎和應用研究并行的新階段。 ? 該階段特點： 更強調按人們意志設計、組裝和創(chuàng)造新體系，更有目的地使該體系具有人們希望的特性 。 ?人們開始以納米顆?；蚣{米絲、納米管為基本單元，在一維、二維和三維空間組裝具有納米結構的體系，如 人造超原子體系、介孔組裝體系、有序陣列 等。 53 ? 1997 年，清華大學范守善教授制備出直徑為350nm、長度達微米級的 GaN納米棒 (首次把GaN制備成一維納米晶體 )，提出 碳納米管限制反應 的概念。 ? 1999 年 , 他與斯坦福大學戴宏杰教授合作，實現(xiàn)硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長。 54 1997年 ， 四川大學開始 納米人工骨