纳米技术的时代

如今，纳米制造时代已经到来，纳米科学的曙光已经开始。随着纳米技术研究的深入和纳米技术的不断应用，纳米技术已成为最受追捧的学科之一。在科学与自然的年度科技竞赛中，纳米技术研究的成果处于最前沿。许多国家都计划将纳米技术作为国家战略发展，纳米技术的发展逐年增加。然而，纳米技术的发展经历了漫长的过程，从纳米材料的自然存在（如活细胞，细菌，烟尘，人工操纵原子，制造纳米材料的分子，这些纳米材料从未有意识地意识到制造过程的理论突破。纳米材料在自然细胞中存在35亿年前，第一批天然存在的纳米材料 - 物质。细胞是纳米机器的自我复制聚集体，其包含大量纳米生物，例如蛋白质，DNA，RNA分子。这些纳米级细胞“器官”履行其职责。蛋白质的构建，使光合作用使生物能量迅速生长，使地球原始表面覆盖着微生物，植物等有机物质，它将地球的大气CO 2转化为O 2，彻底改变了地球表面和气氛。可以看出，这些纳米机械聚集体在自然界的演化中起着举足轻重的作用。天然无机纳米粒子除了存在多种复杂的内部纳米物质外，天然存在无机纳米粒子。在中国古代，人们用燃烧的灰尘蜡烛来收集精制而成，这种尘埃是纳米级的炭黑;在古代青铜镜面上有一层薄薄的铁锈，经过测试发现，锈层是由纳米氧化锡组成的一层薄膜。这些天然无机纳米材料为人们开展纳米技术研究提供了天然材料。纳米技术的早期发展早期的理论发展在公元前400年，德谟克利特和Leucippus提出了原子，为纳米技术的发展提供了原子理论的理论基础，即通过从下到上的一些技术手段可以建立新的材料。科学家对纳米技术的理论研究始于19世纪60年代，托马斯·格雷厄姆使用明胶溶解和分散制备胶体，胶体颗粒的直径为1到100纳米。后来科学家们对胶体进行了大量研究，并建立了胶体化学理论。 1905年，阿尔伯特·爱因斯坦在实验数据中计算出来自水中的糖，计算出糖分子直径约为1nm，第一次在人体维度上具有感性知识。直到1935年，Max Knoll和N.Ruska开发了一种电子显微镜来实现亚纳米级成像，为人们探索微观世界提供了一种观察工具。早期的技术酿造在第二次世界大战期间，日本名古屋大学的田良义教授开发了一种用于日本导弹探测器的红外辐射吸收器。在惰性气体保护下，采用真空蒸发法制备纯锌黑。锌黑的平均粒径小于10nm。但尚未应用于现实，战争结束了。后来，德国科学家也以类似的方式制备纳米金属颗粒，当时没有纳米材料的概念，把这种材料称为超细颗粒（超细颗粒），这可能是人类制造纳米材料的目的纳米技术的起源费曼预测1959年12月，诺贝尔奖获得者理查德·费曼在加利福尼亚理工学院美国物理研究所的会议上发表了题为“底部有足够的空间”的演讲。他从一个“自下而上”开始，并建议从单个分子或甚至原子开始组装，以满足设计要求。 “至少在我看来，物理定律并不排除原子以原子方式产生原子的可能性，”他预测说，“当我们控制物体的细度时，我们将极大地扩展物理“尽管真正属于”纳米“类别的技术仅在几十年后才出现，但在这一讲座中，费曼预见到纳米技术的未来，纳米技术已经确定纳米技术在纳米科学研究中的作用提供了最早的理论基础。事实上，许多科学家在纳米尺度上的研究成果在很大程度上受到了这一讲话的启发。纳米技术的诞生纳米技术诞生于20世纪70年代初。 1968年，Alfred Y. Cho和John。 Archu和他的同事们使用分子束外延在表面沉积单层原子。 1969年，Esaki和Tsu提出了一种超晶格理论，它由两种或多种不同的材料构成。 1971年，张立刚等应用超晶格理论和分子束外延生长技术，制备出不同能隙尺寸的半导体多层膜，并实现量子阱和超晶格，观察到非常丰富的物理效应。量子阱中的量子限制效应得到了广泛而深入的研究，在此基础上开发了许多新的高性能光电子器件和微电子器件。 1974年，Norio Taniguchi发明了术语“纳米技术”来代表公差小于1微米的机械，这使得纳米技术在历史舞台上真正成为一种独立的技术。但纳米级物理学的完整画面还远未明朗。纳米技术的重大突破纳米革命的符号1981年，Gerd Binnig和Heirich Rohrer开发了世界上第一台基于量子力学隧道效应的扫描隧道显微镜（STM），通过检测固体原子和电子的表面电流来观察固体表面的形态和操作。 STM的发明是显微镜领域的一次革命，它是“纳米革命的象征。”在STM的基础上，开发了一系列扫描探针显微镜，如原子力显微镜（AFM），磁显微镜和激光显微镜。 STM的出现使人类能够实时观察材料表面上各个原子的状态以及与表面电子行为相关的物理和化学性质，Gerd Binnig和Heirich Rohrer因此获得了1986年诺贝尔物理学奖。发明扫描隧道显微镜（STM）科学家Gerd Binnig（左）和Heinrich Rohrer。资料来源：IBM首次操纵单个原子1989年，IBM Almaden研究中心的Donald M. Eigler团队在STM的帮助下，将35 Xe原子吸附在金属Ni（110）表面并形成三个字母这是人类原子第一次被操纵的IBM，这是一项重大科技新闻。科学家已经看到了设计和制造分子大小设备的希望，这种纳米技术可以控制单个原子。纳米技术的快速发展1990年7月，第一次纳米科学和技术会议在美国巴尔的摩召开。会议正式将纳米材料科学作为材料科学的新分支。作为一个起点，纳米技术在整个1990年代得到了迅速发展。1991年，日本学者Sumio Iijima电子显微镜首次发现了多壁碳纳米管，标志着碳纳米管的出现。两年后，Iijima和IBM公司Donald Bethune制造了单壁碳纳米管。1995年，研究人员利用原子层外延（ALE）技术使量子点激光器在80K温度下工作，如今使用了大量的量子点激光器在光纤通信，CD接入，显示器等方面。1990年，LT Canham发现了多孔硅发光现象，这为实现光电硅集成在硅片上开辟了新的前景，解决了器件之间的互连问题。由于缺点的延迟，大大提高了集成电路的性能和计算机的速度。1997年，明尼苏达大学电气工程系纳米结构实验室成功开发出纳米光刻技术。磁盘大小为100nm×100nm。它由直径100nm和长度40nm组成。安排在量子棒阵列中，存储密度为41011比特/英寸。纳米技术已经全面发展到21世纪，纳米技术的发展和应用蓬勃发展，世界将纳米技术作为国家战略发展。2000年，当时的总统克林顿美国宣布推出国家纳米技术倡议（NNI），大幅增加纳米技术研究经费，显着提高知名度，以及全球纳米技术研究浪潮。日本教育，文化，体育部，科学和技术部门将在2002年预算中拨出301亿日元（2.34亿美元）用于实施“纳米技术综合支持计划”。在欧洲，纳米技术研究和投资的资金由国家计划，欧洲合作网络和主要公司提供。 。同时欧盟的研究计划规模最大，研究机构设立最多，覆盖面广。从20世纪80年代中期开始，中国政府高度重视纳米技术的发展。
资料来源：Meeyou Carbide