什么是纳米技术？
纳米技术是一项前沿技术，但它早就存在于周围。比如污泥不沾就是荷花表面的特点。荷花表面的微细结构和粗糙度都在纳米尺度范围内，不容易吸附污泥和灰尘。莲花出淤泥而不染，是自然的，胜过人类的任何清洁技术。莲花表面的这种纳米结构和自清洁的物理现象，称为莲花效应。
纳米技术是学习纳米尺度上的现象和对物质的控制，尤其是现有技术在纳米尺度上的延伸。纳米技术的世界是原子、分子、聚合物、量子点和聚合物的集合，由表面效应主导，如范德华力、氢键、电荷、离子键、* *价键、疏水性、亲水性和量子隧道效应，而惯性和湍流等宏观效应则小到不可忽略。例如，当表面积与体积的比率急剧增加时，基于表面的科学如催化化学的新的可能性就出现了。
对微小的不断探索导致新工具的诞生，如原子力显微镜和扫描隧道显微镜。结合电子束光刻等精密程序，这些设备将使我们能够精确操作和生成纳米结构。纳米材料，是否自上而下制作(将块体缩小到纳米尺度的主要方法是通过对块体进行切割、刻蚀、研磨等操作，得到尽可能小的形状(比如超精密加工，难点是得到的微结构必须精确)。或自下而上制成(由原子或分子组成)，主要方法有化学合成、自组装和位置组装。难点在于宏观上实现高效稳定的质量，而不仅仅是进一步小型化。电子在一个物体中的能量的量子化也开始影响到材料的性质，这就是所谓的量子尺度效应，描述的是一种物质中的电子在尺度大大缩小后的物理性质。这种效应不是由宏观到微观的尺度变化引起的，但它确实在纳米尺度上占据了非常重要的位置。当物质处于纳米尺度时，它们将与宏观尺度的物质有很大不同。比如不透明的物质会变成透明的(铜)，惰性的物质会变成催化剂(铂)，稳定的物质会变成可燃的(铝)，固体在室温下会变成液体(金)，绝缘体会变成导体(硅)。
纳米技术的神奇之处在于它在纳米尺度上的量子和表面现象，因此它可能会有许多重要的应用，并制成许多有趣的材料。
纳米科技的应用
纳米技术已成功应用于许多领域，包括医学、药学、化学和生物检测、制造业、光学和国防。该词条是纳米技术应用的总纲，包括以下领域:1、纳米技术在新材料中的应用2、纳米技术在微电子、电力等领域的应用3、纳米技术在制造业中的应用4、纳米技术在生物、医学和药学中的应用5、纳米技术在化学和环境监测中的应用6、纳米技术在能源、交通等领域的应用7、纳米技术在农业中的应用8。化纤布挺而结实，但有恼人的静电现象，添加少量金属纳米粒子即可消除。使用纳米材料，冰箱可以抗菌。纳米材料制成的无菌餐具和无菌食品包装产品已经问世。通过使用纳米粉末，废水可以完全变成干净的水，完全符合饮用标准。纳米食品色、香、健康俱全。纳米技术的应用可以将墙面涂料的可洗性提高10倍。自清洁玻璃和自清洁瓷砖可以通过在玻璃和瓷砖表面涂覆纳米薄层而制成，根本不需要擦洗。含有纳米颗粒的建筑材料还能吸收对人体有害的紫外线。纳米材料可以提高车辆的性能。纳米陶瓷有望成为汽车、船舶、飞机等发动机零部件的理想材料，可以大大提高发动机的效率、工作寿命和可靠性。纳米卫星可以随时为驾驶员提供交通信息，帮助他们安全驾驶。采用纳米技术制成的微型给药装置，可以携带一定剂量的药物，在体外电磁信号的引导下准确到达病灶，有效发挥治疗作用，减少药物的不良反应。由纳米材料制成的微型机器人比红细胞还小。通过将它们注射到患者的血管中，可以疏通脑血管血栓。清除心脏动脉的脂肪和沉积物，还“咀嚼”泌尿系统的结石。纳米技术将成为健康生活的好帮手。纳米技术的应用前景非常广阔，经济效益非常巨大。美国权威机构预测，2010年纳米技术市场将达到1440亿美元，未来纳米技术的应用将远远超过计算机行业。纳米复合、塑料、橡胶和纤维的改性、纳米功能涂层材料的设计和应用，将为传统生产和产品注入新的高科技含量。专家指出，在纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，必然会发生一场由纳米技术引发的“材料革命”。目前，中国有近65，438+000家公司注册了纳米材料和纳米技术，并建立了超过65，438+00条纳米材料和纳米技术生产线。纳米面料和服装已经量产，如电脑工作服、防静电服、防紫外线服等。采用纳米技术的新型涂料，不仅耐洗性提高十倍以上，而且无毒无害无异味。纳米技术正在改善和提高人们的生活质量。
纳米科学和技术
纳米科学技术主要包括纳米系统物理、纳米化学、纳米材料、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工、纳米力学等。
纳米技术
纳米科学与技术是研究电子、原子、分子在0.1nm~100nm尺度空间内运动规律和特征的高科技学科。纳米科学技术涵盖纳米物理、纳米电子学、纳米材料、纳米力学、纳米制造、纳米显微镜、纳米计量学、纳米化学、纳米生物学和纳米医学。纳米科技是在现代物理学和先进工程技术相结合的基础上诞生的，是与基础研究和应用探索密切相关的高新科技。
纳米抗血栓中药
涂有亲脂性二元纳米协同界面的中药成分，将使人类健康的头号威胁——心脑血管疾病得到更有效的治疗，并将使中华文明的重要组成部分——中药走向世界。因为这样的纳米中药会有普通中药几百万倍的物理活性(治疗效果)，可以畅通无阻地到达脂肪堆积引起的血管栓塞和组织病变处，并且因为有亲和力而与脂肪溶解，同时释放治疗的有效成分，从而提高药物几百万倍的靶向性。
纳米多孔膜
利用二元协同纳米界面技术平台制备的纳米多孔膜将彻底解决油漆涂料的潮解脱落问题，可以方便地批量生产具有呼吸功能的纳米防水涂料和具有反向透析功能的纳米超滤膜，给人类日常生活乃至海水淡化技术带来革命性的变化，从根本上解决人类日益严重的缺水问题。
纳米修复材料
利用纳米技术，我们还可以用新原理、新结构在纳米水平上构建具有特定性质的材料或自然界不存在的材料，制造生物材料和仿生材料，在材料破坏过程中，在纳米水平上对损伤进行诊断和修复。目前，纳米材料已经越来越多地应用于仪器、化妆品、医药、印刷、造纸、电子、通讯、建筑和军事等领域。
纳米自清洁表面处理及涂层
如果将透明、疏油、疏水的纳米材料颗粒结合在建筑物表面或瓷砖、玻璃上，建筑物就不会被空气中的油污染，瓷砖、玻璃也因为不会沾上水汽而永远透明。任何附着在表面的物质，在阳光照射下，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擦掉的物质，让建筑物不再总是脏兮兮的，家庭中的卫浴设备也不需要每天清洗。把这种纳米颗粒放进织物纤维里，做出来的衣服就不会沾上灰尘，省去了很多洗衣服的麻烦。氧化物纳米颗粒最大的能力就是在电场的作用下或者光的照射下快速变色。普通人戴的变色镜速度慢，而纳米材料的变色镜就不一样了，变色速度快，作为士兵的防护激光镜比较好。
新型纳米光源和太阳能转换器
纳米氧化物材料制成的广告牌在电和光的作用下会变得更加绚丽多彩。半导体纳米材料最大的用途是可以发出各种颜色的光，可以做成超小型激光光源，还可以吸收太阳光中的光能，直接转化为电能。一旦这项技术实现，太阳能汽车和太阳房将成为现实。到那时，人们的生活环境会更美好，空气会更清新。
纳米传感器
由半导体纳米材料制成的各种传感器可以灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，在汽车尾气和大气环保方面得到了应用。纳米传感系统可用于疾病的早期诊断，利用纳米材料可制成耐用且对人类友好的人造组织和器官、用于视觉和康复的装置，从而提高患者的生活质量。
纳米导向药物和护肤保健品
如果引导到人体外，可以用纳米药物堵塞毛细血管饿死癌细胞，药物治疗的效果会大大提高。纳米颗粒还可用于人体内的细胞分离或细胞染色，也可用于携带DNA进行基因缺陷治疗。如果将纳米药物制成膏药，贴在患处，药物可以直接通过皮肤吸收，不需要针头注射，减少注射造成的感染。不容易被人体吸收的药物或食物，如维生素，制成纳米粉或纳米粉混悬液，容易被人体吸收。
纳米加工技术
为了纳米科研及其成果的应用，需要在纳米尺度上按照人们的意愿自由地切割和排列材料。这种技术被称为纳米加工技术。事实上，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也包含着许多人们尚未了解清楚的纳米科学问题。例如，在几纳米厚的孔或线中，原子的扩散与宏观世界有很大不同。一般来说，原子运动的自由程是几微米。在这个长度上，原子的碰撞和热扩散可以忽略。而在纳米孔或纳米线中，原子的扩散主要是通过与孔壁的碰撞来完成的。再比如，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，即物体表面越光滑，它们之间的摩擦力就越小。在纳米世界中，材料的表面是如此之小，以至于两种材料表面的原子之间靠得如此之近，以至于两种材料表面的原子会发生化学键合，产生相互运动的阻力。所以，在纳米世界里，所有的加工技术都必须在原子大小的层面上考虑。
纳米电子元件
纳米加工技术可以整合不同材料。它具有芯片的功能，可以检测电磁波和光波(包括可见光、红外光和紫外光)信号，同时可以执行计算机指令。如果将这种一体化装置安装在卫星上，可以大大减轻卫星的重量。目前，人们已经在考虑用“鸟”卫星来部分取代现有的卫星系统。如果在卫星上使用纳米集成器件，“鸟”卫星将更小，更容易发射，成本更低。
碳纳米管的应用
碳纳米管是一种非常独特的材料，全世界的科学家都在努力研究它。它是由石墨中的一层或几层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部中空，外径只有几到几十纳米。
这种材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，但强度是钢的100倍。最好用这种又轻又软又非常结实的材料做防弹衣。如果用碳纳米管做绳子，它是唯一可以从月球吊到地球表面而不会被自身重量拉断的绳子。如果用作从地球到月球的电梯，人们在月球定居将会很容易。纳米管的细尖端容易发射电子，可以用作电子枪，可以做成几厘米厚的壁挂式电视屏幕，这是电视制造的一个新方向。
超高物理活性纳米材料的应用
想象一下，一个“纳米粒子”只包含几百或几千个原子和分子。根据一般经验，原子之间的距离约为0.2纳米。由此可以估算出，在一个大小为1 nm的立方体“粒子”中，每边只能排列5个原子，总共可以容纳125个原子，但其中有98个在表面。我们知道，表面的原子只受到来自内部的原子的影响。因此，它们很容易与外界的气体、流体甚至固体原子发生反应，这意味着它们非常活跃。实验表明，如果把铜或铝做成几个纳米颗粒，遇到空气就会燃烧爆炸。有人认为纳米颗粒粉末制成的固体燃料推力会更大，可以作为新型火箭和烈性炸药的固体燃料。此外，使用纳米金属颗粒粉末作为催化剂可以加快化学反应过程，大大提高化学合成的产率。
纳米高强度材料
如果把金属纳米材料颗粒粉末做成块状金属材料，会变得非常坚固，强度比普通金属高十倍，同时还可以像橡胶一样有弹性。人们幻想在下一个世纪，有朝一日能生产出具有如此神奇性能的纳米钢和纳米铝。用这种材料制造汽车、飞机或轮船，重量会减轻到1/10。届时，一辆摩托车的重量将变成只有20 ~ 30公斤。人们日常生活中最常用的陶瓷材料是硬而脆的。只是表示可以作为切割金属的工具，脆性表示经不起冲击。陶瓷的另一个优点是耐高温，在10000℃的高温下不变形。目前，纳米陶瓷粉体制成的陶瓷已经表现出一定的可塑性。这个问题一旦彻底解决，将对汽车发动机起到极大的作用，彻底摆脱发动机冷却系统，使发动机在更高的温度下工作，汽车会跑得更快，飞机会飞得更高。
纳米单电子元件
如果自由移动的电子被捕获在一个小的纳米粒子中，或者在一根只有几纳米宽的非常细的短金属线中，将会发生非常奇妙的事情。因为电子在粒子中的运动是有限的，在费米动量以下可以连续具有任意动量的电子态就变成只有某个动量值，也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化最直接的结果是在金属粒子两端施加电压，当电压合适时，金属粒子导电；当电压不合适时，金属颗粒不导电。这样，在宏观世界被奉为经典的欧姆定律在纳米世界就不再成立了。还有一个奇怪的现象。当金属纳米粒子从外电路获得一个额外的电子时，金属粒子带负电，其库仑力足以将下一个电子从外电路排斥到金属粒子中，切断了电流的连续性，这就提醒人们是否可以发明一种由电子控制的电子器件，即所谓的单电子器件。单个电子设备的尺寸非常小。一旦实现，通过将它们集成到计算机芯片中，计算机的容量和计算速度将提高数百万倍。
纳米激光与高密度信息存储
实际上，被俘获的电子并没有那么“诚实”。根据量子力学定律，有时它可以穿过监狱的“墙”逃走。这种现象一方面预示着新一代芯片中的逻辑单元将无导线关联，因此需要新的设计将单个电子器件做成集成电路。另一方面会让芯片的动作变得不可控。归根结底，在这种情况下，电子应该被视为“波”而不是粒子。因此，虽然已经在实验室实现了电子器件，但真正用于工业还需要时间。被捕获在小尺寸中的电子的另一个贡献是，它们会使材料发出强光。“量子点阵列激光器”或“级联激光器”体积很小，但发光强度很高。可以用很低的电压驱动它们发出蓝光或绿光，用于读写时光盘的存储密度可以提高数倍。如果用“囚禁”原子的小量子点来存储数据，做成量子盘，存储程度可以提高上千倍，这将给信息存储技术带来一场革命。
延伸阅读:
1265438+20世纪前20年是纳米技术发展的关键时期。由于纳米材料的特殊性能，纳米技术和纳米材料在工业生产各个领域的应用可以带来产品性能的改变，或者在很大程度上提高性能。用纳米技术改造传统产业，尤其是重工业，会带来新的机遇，有很大的拓展空间。经过从无到有的发展，纳米技术已经初步形成了大规模的产业。受国际金融危机影响，纳米材料技术发展和产品销售速度放缓。同时，由于对人类健康和环境的潜在负面影响，这一行业的发展可能会放缓，但未来纳米材料的市场规模将十分可观。到2015年，纳米技术和产品的全球销售额将达到2.5万亿美元。经济衰退对汽车、建筑和一些电子行业的影响最大，但预计不会对医疗保健和生命科学产生太大影响。纳米材料中，碳纳米管和陶瓷纳米颗粒广泛应用于汽车和建筑行业，因此受经济衰退影响较大。在纳米中间体中，受经济低迷影响最大的是纳米复合材料和涂料领域。与美国和欧洲相比，复合纳米技术产品的销售额在亚太地区增长迅速。美国和欧洲占所有纳米材料销售额的三分之二以上，但到了2015年，它们的市场份额都将下降2-3%。