第十一章纳米技术与微型机械知识点梳理汇总VIP专享VIP免费

第十一章纳米技术与微型机械第一节纳米技术的概念本章导读纳米技术是20世纪90年代开始兴起的一门新兴学科，也是21世纪最具前景的技术。纳米技术将成为21世纪的主导技术。纳米技术的出现，标志着人类能够从微米层次深入到分子、原子级的纳米层次，按照人类的意愿操纵单个分子和原子，实现对微观世界的有效控制。微型机械系统是纳米技术在机械电子领域的一个重要分支。本章介绍纳米技术的基本概念、纳米材料的奇异性能、21世纪纳米材料的最新成就和纳米技术的地位；微型机械的发展现状及应用前景。纳米技术是20世纪90年代开始兴起的一门新兴技术，它的出现，标志着人类能够从微米层次深入到分子、原子级的纳米层次，按照人类的意愿操纵单个分子和原子，实现对微观世界的有效控制。纳米技术的兴起将带来一场革命，未来世界将因为纳米技术发生翻天覆地的变化。一、纳米与纳米技术1、什么是纳米？纳米是个音译词，英文为“nanometer”。其本身仅为一个长度单位，即1米的十亿分之一（1纳米＝米）。就像毫米、微米一样，纳米只是一个尺度概念，本身并没有物理内涵。1纳米大约是10个氢原子紧密排列的长度，比头发的宽度要小8万倍。2、什么是纳米技术？纳米技术是20世纪90年代开始兴起的新技术，其基本含义是在纳米尺寸（1～100纳米）范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排分子、原子而达到创新的目的。从严格意义上来说，“纳米技术”翻译为“纳技术”更为准确，它意味着在分子水平对物体加以控制。表现在长度上是在纳米水平，时间上在纳秒水平，在质量上是在纳克水平。“纳米技术”虽然只强调了长度概念，但也包括时间、质量等方面概念。纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材料的制造技术、纳米材料向各个领域应用的技术、在纳米空间构造一个器件实现对分子、原子的操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。当物质小到纳米尺度时，传统的力学就无法描述它的行为，要用量子力学来描述。人们发现，在1～100纳米的空间尺度内，物质存在许多奇异的性质。由于这一层次介于微观和宏观之间，科学家就把这一尺度范围称为“介观”。纳米是人类加工精度的顶尖尺度，纳米技术是人类制造技术的终极技术，它对人类的意义甚至要远大于登上月球。之所以把纳米技术称之为人类制造技术的最终技术，是因为分子和原子是保持物质性能的最基本的单元。通过安排分子与原子的制造技术，将使创造新事物的可能性变得无穷无尽。3、纳米科技的构成纳米科技是由一系列既相互关联、又相互独立的学科组成的学科群体，就好比一座大厦，这座大厦主要包括以下部分：①纳米体系物理学；②纳米化学；③纳米材料学；④纳米生物学；⑤纳米电子学；⑥纳米加工学；⑦纳米力学；⑧纳米测量学。这8个学科共同构成了纳米科技大厦。图11－1纳米科技大厦示意图纳米电子学、纳米加工学和纳米生物学就是这座大厦金壁辉煌的屋顶，它们是衡量一个国家纳米科技发展水平的标志。纳米材料学和纳米测量学是这座大厦的两个重要的支柱，它们的发展水平直接关系到纳米技术各个领域的发展。纳米体系物理学、纳米化学和纳米力学是这座大厦的基础，纳米材料学和纳米材测量学的发展离不开这三门基础学科的发展。这8门学科互相依赖、互相促进、共同发展。纳米科学所研究的领域是人类过去从未涉及的、介于微观和宏观之间的“介观”领域，从而开辟了人类认识世界的新层次，也使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子水平。这标志着人类的科学技术即将进入一个新时代，即纳米科技时代。以纳米科技为中心的新科技革命必将成为21世纪的主导。二、纳米材料1、什么是纳米材料？当物质小到纳米尺度（1～100纳米）以后，物质的性能就会发生突变，表现出不同于常规材料的特殊性能。这种具有特殊性能构成的材料，即为纳米材料。由此可见，纳米材料必须具备两个特点：一是构成纳米材料的基本单元的三维尺度中至少有一维处于纳米尺度范围；二是纳米材料具有不同于常规材料的特殊性能。只有同时具备这两个特点，这种材料才能被称为纳米材料。也就是说，仅仅是尺度达到纳米而没有特殊性能的材料，不是纳米材料。纳米材料并不是指具体由哪一种...