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第一章纳米技术概论10-10m以下的微观世界的研究是核物理和粒子物理研究的内容，宏观世界的物理规律如力学，电磁学已经研究的比较透彻，但处于1-100nm区间的介观领域（正好是原子，分子的尺度范围）的知识就不仅仅是物理学家研究的领域了，更多的化学家，生物学家都关心这一领域的发展，因为这正是物质性质发生变化的界线，量子效应不能被忽略的界线，所有物质的物理，化学性质都要发生改变。从广义上讲，出现量子相干现象的体系统称为介观体系。如果说人类智慧有一个区域的话，那么，科学向更小的或是更大的长度单位不断扩展，就标志着人类视野的不断开阔。在工业革命以前，大部分人类生产、科研不需要用到毫米，以蒸汽机等机械发明为主要标志的第一次工业革命，将人类认知推向毫米层次。第二次工业革命，发明了电，从机械时代进入微电子时代，毫米不够用了，毫米的千分之一——微米诞生了。随着科学技术的发展，微米层次的局限越来越明显，例如，电脑芯片虽然已越做越小，但即将达到材料的物理极限，只有进入另一个层次——纳米层次，才会有更大的突破，在纳米层次，许多原来在宏观尺度上使用的规律、定理、方式、方法，都将不再适用，世界将从此是另一个样。我们现在所熟悉的“原材料”将是小至纳米级的原子、分子。一、梦想纳米技术，起源于一个天才物理学家的大胆设想。1959年，诺贝尔奖获得者、理论物理学家—理查得·费曼最早提出了纳米尺度上的“科学和技术问题，他在一次演讲中提出：如果人类能够在原子，分子尺度上来加工材料和制造装置，我们将有许多激动人心的新发”现。这是关于纳米科技的最早梦想。1974年，坦尼盖茨（Taniguchi）最早使用纳米技术（nanotechnology）一词描述精细机械加工20世纪70年代后期，美国麻省理工大学德雷克斯勒提倡开展纳米科技的研究，但当时多数主流科学家对此持怀疑态度，历史如此相似，哥白尼日心说，爱因斯坦的相对论。爱因斯坦本人的nobel奖也是因为其在光电效应（现在光电检测的基础）方面的成就，提出光的波粒二象性假设而获得的。1912年提出来的大陆漂移学说，在当时也受到忽视，直到20世纪60年代才被广泛接受，并使地质学发展起来。二、准备由于当时没有观察和控制原子，分子的能力或手段，所以纳米技术的发展非常缓慢。要从分子、原子出发，制造物品，第一步得看见原子和分子，这一关键性的突破，由德国人迈出。1981年，德国科学家发明了扫描隧道显微镜(STM)，人类从此可以直观地观察到单个原子了。此时人们对一些纳米微粒的结构，形态和特性进行了比较系统的研究。扫描隧道显微镜对纳米科技发展产生了积极的促进作用。1984年，德国Gleiter等人采用惰性气体蒸发冷凝法制备了纳米Fe，Cu，Pd等金属粉末。随后发现纳米TiO2陶瓷在室温下呈良好的韧性。在180经受弯曲并不产生裂纹。这一突破使为陶瓷增韧奋斗了一个世纪的材料科学家们看到了希望。英国著名材料科学家卡恩在nature杂志上撰文说纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。1985年，英国Kroto等人采用激光加热石墨蒸发并在甲苯中形成C60，C60不同于石墨，也不同于金刚石，具有全新的封闭的足球结构，由32面体构成，有20个六边形和12个5边形，纯的C60是绝缘体，掺杂碱金属后变成导体，适当的掺杂成份还可以使其成为超导体，最高的超导转变温度为45K。立即在全世界兴起了C60的研究热潮。1988年，法国在纳米Fe/Cr多层膜中发现巨磁电阻效应，引起全世界的普遍关注。1990年，美国加州国际商用机器公司（IBM）实验室，在Ni基板上成功的将35个氙原子排布成“IBM”3个字母；总面积只有几个平方纳米，人类第一次实现了操纵单个原子，纳米科技的序幕拉开了。三、诞生和发展1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会议同时举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。正式提出了纳米材料学，纳米生物学，纳米电子学，纳米机械学和概念。《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世。中科院上海原子核研究所的李民乾教授参加了此次会议。1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，于是碳纳米管立即成...