纳米科技与纳米材料的应用现状

摘要：纳米科技包括纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学这三个研究领域。纳米材料是纳米科技的基础，纳米材料是一种新型的材料，具有特殊的光学、热学、磁学、力学等性能。本文分别阐释纳米科技与纳米材料的应用现状。

关键词：纳米科技;纳米材料;应用现状

一、纳米的相关定义

纳米是长度计量单位，1纳米等于10-9米，形象地讲，1纳米的物体放到1个乒乓球上，相当于1个乒乓球放在地球上。20世纪80年代末纳米科技迅速发展。1982年，宾尼希等人发明了扫描隧道显微镜。该显微镜为人类进入纳米世界打开了一扇更宽广的门。

二、纳米科技的应用现状

纳米科技指在纳米尺度（1～100纳米）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技用途广泛，涉及领域多，体现多学科交叉性质的前沿领域，包含纳米物理学、纳米电子学等学科领域。

1

纳米电子学

量子元器件是纳米电子器件中最有应用前景的。这种利用量子效应制作的器件具有体积小、高速、低耗、电路简化等优点。

2

纳米材料学

由于纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列很混乱的，在外力变形的条件下原子易迁移，因此纳米材料表现出优越的韧性与延展性。陶瓷材料通常呈脆性，而由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料却有很好的韧性。

当前材料研究领域中最热门的纳米材料是具有未来超级纤维之称的碳纳米管，可做成纳米开关或极细的针头用于给细胞“打针”等。纳米材料现已用于研究太空升降机、纳米壁挂电视、纳米固体燃料、纳米隐身飞机等。

3纳米机械学

用原子、分子操纵技术、纳米加工技术、分子自组装技术等新科技，科学家们已经制造了纳米齿轮、纳米电池、纳米探针、分子泵、分子开关和分子马达等。美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达，研制出了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备――“纳米直升机”。

美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家用DNA（脱氧核糖核酸）制造出了一种纳米级的镊子，每条臂长只有7纳米。

还可用极微小部件组装一辆比米粒还小，能够运转的汽车、微型车床，可望钻进核电站管道系统检查裂缝;组装提供化工使用的火柴盒大小的反应器;组装驰骋未来战场上的纳米武器，如蚂蚁士兵、蚊子导弹、苍蝇飞机、间谍草等。

21世纪，纳米技术将广泛应用于信息、医学和新材料领域。

三、纳米材料的应用现状

纳米材料是纳米科技的基础。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料大都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体，如陨石碎片、牙齿皆由纳米微粒构成的。纳米材料是一种新型的材料，具有以下优点：

1

特殊的光学性能

1991年海湾战争中，美国F-117A型隐身战斗机外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒，强烈吸收不同波段的电磁波来欺骗雷达，实现隐形，成功地打击了伊拉克的重要军事目标。

2

特殊的热学性能

固态物质在其形态为大尺寸时，熔点固定，超细微化后将显著降低熔点，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。

3

特殊的磁学性能

研究发现，鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。

4

特殊的力学性能

陶瓷材料通常呈脆性，陶瓷水杯一摔就碎，而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料，可像弹簧一样具有良好的韧性。研究表明，人的牙齿具有很高的强度是由于它是由磷酸钙等纳米材料构成的。纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属-陶瓷复合纳米材料的应用前景很广。

钱学森曾说：“纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命。”

在不久的将来，纳米科技和纳米材料的发展和应用必将促进人类文明的进步！

参考文献：

[1]杨玉芬，陈清如纳米材料的基本特征与纳米科技的发展[J]中国粉体技术，2002（06）.

[2]翟华嶂，李建保，黄勇纳米材料和纳米科技的进展、应用及产业化现状[J]材料工程，2001（11）.