纳米技术概述

第一节　纳米技术概述

一、纳米技术的特点

纳米技术，就是指从纳米尺度上，设计和制造功能器件的技术。纳米技术的最终目的是以原子、分子为起点，去制造具有特殊功能的产品。

纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。

纳米技术已全面进入我们的生活

纳米技术的研究主要包括以下几个部分：在实验室探索用各种手段制备各种纳米微粒，合成块体；研究评估表征的方法，并探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能；利用纳米材料已挖掘出来的奇特的物理、化学性能，设计纳米复合材料。

目前主要是进行纳米组装体系、人工组装合成纳米结构材料的研究。但纳米级微粒的尺寸大小及均匀程度的控制仍然是一大难关。

二、纳米制造技术

（一）纳米制造技术概述

纳米技术的发展取决于研究人员能否高效率地制造出纳米结构。

目前，纳米制造技术可以分为两大类，即“从上到下”法和“从下到上”法。前者是在一个表面刻出纳米结构或向该表面加入大团分子，后者则是将原子或分子组装成纳米结构。

前者是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化，如切割、研磨、蚀刻、光刻印刷等。其特点是：产品尺寸逐渐从大到小。

后者是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，如化学合成、自组装、定位组装等。这种技术路线将减少对原材料的需求，降低环境污染。

（二）纳米技术制造的实际产品

1．最小的唐诗书法

纳米刻蚀是“从上而下”纳米制造方法的典型。北京大学纳米中心的科学家通过原子力显微镜针尖对基质金镤合金的机械刻蚀，“书写”了世界上最小的唐诗（10微米×10微米）。

纳米技术“书写”了世界上最小的唐诗

2．纳米中国地图

中国科学院化学研究所的科学家，利用扫描隧道显微镜针尖在石墨表面刻蚀的方法，制成包括超微型中国地图在内的各种纳米图案。

纳米图案：超微型中国地图

三、单原子“秤”

纳米尺度结构蕴藏着极大的潜力。器件越小，它的物理特性对变化就越敏感，一个例子就是常常用来探测质量的共振探测器。一个微小机械元件（例如一根小悬臂）的振动与该元件的质量密切相关，因此，加进一丁点外来物质（即被称量的“试样”），将使共振频率改变。科学家在实验室所做的研究证明，纳米尺度的器件的灵敏度可以高得连单个的原子或分子都能够“称”出来。