《納米技術(shù)》課件

納米技術(shù)什么是納米技術(shù)？納米技術(shù)定義操控1-100納米尺度物質(zhì)的科學與技術(shù)納米尺度概念一根頭發(fā)絲直徑的約八萬分之一跨學科領(lǐng)域納米技術(shù)的歷史11959年理查德·費曼演講《底層有足夠的空間》21974年谷口富士夫首次提出"納米技術(shù)"術(shù)語31981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明，實現(xiàn)原子級觀測41990年代納米技術(shù)的基本原理量子效應(yīng)納米尺度下量子力學支配物質(zhì)行為電子能級離散化隧道效應(yīng)增強表面效應(yīng)表面原子比例大幅提高表面能顯著增加納米材料的特性物理特性熔點降低硬度增加光學性質(zhì)改變電導率變化化學特性催化活性增強反應(yīng)性提高選擇性增加吸附能力增強生物特性生物相容性改變穿透能力增強納米技術(shù)的研究方法自上而下法將宏觀材料加工成納米結(jié)構(gòu)自下而上法原子分子自組裝形成納米結(jié)構(gòu)表征技術(shù)電子顯微鏡、掃描探針顯微鏡等模擬計算納米材料的類型納米顆粒三維尺寸均在納米級的球狀材料納米線直徑為納米級的一維線狀結(jié)構(gòu)納米管中空一維納米結(jié)構(gòu)納米薄膜厚度為納米級的二維材料納米晶體碳納米管結(jié)構(gòu)特點單層或多層碳原子管狀結(jié)構(gòu)力學性能抗拉強度是鋼的100倍，重量僅為鋼的1/6電學性質(zhì)可呈現(xiàn)金屬性或半導體性，導電能力極強熱學性能納米復(fù)合材料1性能提升力學、熱學、電學性能顯著增強2多功能性結(jié)合多種納米材料特性3基體材料金屬、陶瓷或高分子基體4納米增強相納米技術(shù)在電子學中的應(yīng)用納米電子器件晶體管尺寸減小，集成度提高量子計算納米量子點實現(xiàn)量子比特高密度存儲納米磁性材料提高存儲密度柔性電子納米技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用太陽能電池納米結(jié)構(gòu)提高光電轉(zhuǎn)換效率鋰離子電池納米材料增大比表面積，提高能量密度燃料電池納米催化劑提高氫能利用效率能源節(jié)約納米隔熱材料減少能源損耗納米技術(shù)在醫(yī)學中的應(yīng)用靶向藥物輸送納米載體精準遞送藥物至病灶部位納米診斷技術(shù)提高成像清晰度，早期疾病檢測納米機器人微創(chuàng)手術(shù)，定點釋藥，血栓清除納米技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用水處理納米吸附劑去除重金屬納米膜高效過濾微污染物空氣凈化納米光催化劑分解有害氣體納米過濾器捕獲細微顆粒物污染修復(fù)納米零價鐵修復(fù)土壤納米生物傳感器監(jiān)測污染物納米技術(shù)在材料科學中的應(yīng)用納米技術(shù)創(chuàng)造超疏水表面、自清潔涂層、防刮擦材料、防霧玻璃和增強復(fù)合材料納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域納米技術(shù)功能優(yōu)勢食品包裝納米復(fù)合材料增強氣體阻隔性食品保鮮納米銀抗菌延長保質(zhì)期智能包裝納米傳感器監(jiān)測新鮮度和安全性營養(yǎng)強化納米膠囊保護活性成分穩(wěn)定性納米技術(shù)在紡織業(yè)中的應(yīng)用99%防水效果納米涂層織物的拒水率90%抗菌率納米銀處理織物的細菌抑制率50%抗紫外線納米二氧化鈦織物提高防曬系數(shù)30℃溫度調(diào)節(jié)相變納米材料的溫度控制能力納米技術(shù)在航空航天中的應(yīng)用輕質(zhì)高強材料納米復(fù)合材料減輕結(jié)構(gòu)重量隱形技術(shù)納米涂層吸收雷達波防雷擊保護納米導電涂層分散電荷耐高溫材料納米陶瓷提高熱穩(wěn)定性健康監(jiān)測納米傳感器實時監(jiān)測結(jié)構(gòu)狀態(tài)納米技術(shù)在信息存儲中的應(yīng)用納米技術(shù)在傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用生物傳感器納米材料檢測生物分子，靈敏度提高千倍化學傳感器識別特定化學物質(zhì)，濃度低至ppb級物理傳感器測量壓力、溫度、加速度等物理量傳感器網(wǎng)絡(luò)微型化傳感器組建智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)納米技術(shù)在催化領(lǐng)域的應(yīng)用高比表面積納米催化劑每克表面積可達數(shù)百平方米降低活化能反應(yīng)溫度降低，能耗減少提高選擇性精確控制產(chǎn)物，減少副產(chǎn)物可回收利用磁性納米催化劑易于分離回收納米技術(shù)在光學領(lǐng)域的應(yīng)用納米光子學光與納米結(jié)構(gòu)的相互作用光子晶體表面等離子體超材料光學存儲納米結(jié)構(gòu)提高數(shù)據(jù)密度全息存儲近場光學三維存儲光學傳感基于納米結(jié)構(gòu)的高靈敏光學傳感表面增強拉曼散射納米級熒光傳感納米技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用納米肥料控釋養(yǎng)分，提高吸收率納米農(nóng)藥降低用量，減少環(huán)境污染基因轉(zhuǎn)化納米載體高效導入基因土壤改良納米材料提高保水性農(nóng)產(chǎn)品檢測納米傳感器快速檢測農(nóng)殘納米技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用自修復(fù)混凝土納米膠囊釋放修復(fù)劑填補裂縫隔熱涂料納米氣凝膠提供卓越隔熱性能光催化混凝土分解空氣污染物，自清潔表面納米技術(shù)在能源存儲中的應(yīng)用高容量電池納米硅陽極提高鋰離子電池容量10倍超級電容器石墨烯電極快速充放電，高功率密度延長循環(huán)壽命納米結(jié)構(gòu)緩解充放電應(yīng)力，提高穩(wěn)定性快速充電納米材料提高離子擴散速率，縮短充電時間納米技術(shù)在水處理中的應(yīng)用納米過濾納米膜孔徑2-10納米，選擇性過濾污染物納米吸附納米氧化鐵去除砷，活性炭去除有機物光催化降解納米二氧化鈦分解難降解有機污染物納米消毒納米銀、納米銅殺滅水中病原體納米技術(shù)在電子顯示技術(shù)中的應(yīng)用納米技術(shù)在生物醫(yī)學成像中的應(yīng)用熒光納米粒子量子點高亮度成像長壽命，光穩(wěn)定性好多色標記，同時追蹤多目標磁性納米粒子增強核磁共振成像對比度靶向聚集于病灶部位磁熱治療與成像結(jié)合金納米粒子光聲成像造影劑表面增強拉曼散射成像多模態(tài)成像平臺納米技術(shù)在3D打印中的應(yīng)用納米精度實現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)精確打印功能性材料納米復(fù)合墨水賦予特殊性能多材料整合不同納米材料組合打印應(yīng)用擴展生物醫(yī)學、電子、能源領(lǐng)域應(yīng)用納米技術(shù)在太陽能電池中的應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)太陽能電池類型：量子點電池、鈣鈦礦電池、染料敏化電池和納米硅電池，提高光子吸收和電荷分離效率納米技術(shù)在抗菌材料中的應(yīng)用納米銀釋放銀離子破壞細菌細胞膜廣譜抗菌，難產(chǎn)生耐藥性納米二氧化鈦光催化產(chǎn)生活性氧，氧化分解菌體自清潔，持久抗菌納米銅/氧化銅干擾細菌代謝和呼吸成本低，適用于大面積應(yīng)用納米技術(shù)在化妝品中的應(yīng)用納米材料應(yīng)用產(chǎn)品功能優(yōu)勢二氧化鈦/氧化鋅防曬霜透明不泛白，高效阻隔紫外線脂質(zhì)體精華液增強活性成分穿透，提高生物利用度納米膠囊抗衰老霜緩釋活性成分，延長作用時間納米金奢華面膜抗氧化，促進膠原蛋白合成納米技術(shù)在食品安全中的應(yīng)用病原體檢測納米傳感器快速識別沙門氏菌、大腸桿菌污染物篩查檢測農(nóng)藥殘留、重金屬、抗生素智能包裝變色指示條顯示食品新鮮度防偽技術(shù)納米編碼標簽防止假冒偽劣納米技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用納米裝甲輕質(zhì)高強防彈材料隱身技術(shù)吸波材料、自適應(yīng)偽裝高能炸藥納米鋁提高爆炸能量密度偵察監(jiān)測微型傳感器、無人偵察系統(tǒng)納米技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用納米傳感器高靈敏度檢測痕量污染物1無線傳輸物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時數(shù)據(jù)上傳2大數(shù)據(jù)分析污染源溯源與預(yù)測3應(yīng)急響應(yīng)自動預(yù)警與治理方案4納米技術(shù)在清潔能源中的應(yīng)用90%催化效率納米催化劑提高水分解制氫效率30%成本降低納米結(jié)構(gòu)減少貴金屬催化劑用量45%轉(zhuǎn)化率提升納米技術(shù)提高二氧化碳還原效率2000小時壽命延長納米材料增強催化劑穩(wěn)定性納米技術(shù)在電子皮膚中的應(yīng)用柔性傳感器碳納米管柔性電路高靈敏度壓力傳感可拉伸導電材料人機交互觸覺反饋系統(tǒng)生物電信號采集肢體動作控制醫(yī)療監(jiān)測健康參數(shù)實時監(jiān)測藥物經(jīng)皮釋放慢性病管理納米技術(shù)在量子通信中的應(yīng)用1單光子源量子點精確發(fā)射單個光子2量子密鑰分發(fā)基于量子態(tài)不可克隆原理的安全通信3量子存儲器納米結(jié)構(gòu)保存量子信息4量子中繼器擴展量子通信距離納米技術(shù)在生物仿生中的應(yīng)用壁虎腳仿生納米纖維陣列實現(xiàn)可控附著荷葉效應(yīng)納米粗糙結(jié)構(gòu)創(chuàng)造超疏水表面蝴蝶翅膀納米光子晶體產(chǎn)生結(jié)構(gòu)色納米技術(shù)在藥物靶向輸送中的應(yīng)用納米載體脂質(zhì)體、聚合物納米粒、膠束靶向機制主動靶向、被動靶向、磁導向長循環(huán)PEG修飾逃避免疫清除控釋釋放pH響應(yīng)、溫度響應(yīng)、酶響應(yīng)納米技術(shù)在癌癥治療中的應(yīng)用精準治療特異性靶向腫瘤細胞光熱治療納米金粒子吸收近紅外光產(chǎn)熱磁熱治療磁性納米粒子在交變磁場中發(fā)熱納米機器人主動識別腫瘤并精準釋放藥物納米技術(shù)在基因治療中的應(yīng)用納米載體脂質(zhì)納米粒聚合物納米粒無機納米載體基因編輯CRISPR-Cas9遞送細胞核靶向提高編輯效率安全性提升降低免疫原性減少脫靶效應(yīng)可控基因表達納米技術(shù)在神經(jīng)科學中的應(yīng)用神經(jīng)接口納米電極陣列記錄大腦活動神經(jīng)調(diào)控納米顆粒磁場或光激活神經(jīng)元神經(jīng)修復(fù)納米支架引導神經(jīng)再生跨血腦屏障納米載體靶向遞送藥物至大腦納米技術(shù)在可穿戴設(shè)備中的應(yīng)用健康監(jiān)測智能織物柔性電子能量采集其他納米技術(shù)在食品包裝中的應(yīng)用納米技術(shù)改進食品包裝：氧氣吸收劑延長保質(zhì)期，抗菌涂層抑制微生物，新鮮度指示劑提示食品狀態(tài)，濕度控制材料維持最佳環(huán)境納米技術(shù)在水凈化中的應(yīng)用預(yù)處理納米凝聚劑去除懸浮顆粒膜過濾納米復(fù)合膜去除有機物吸附凈化納米吸附劑去除重金屬離子光催化降解納米光催化劑分解難降解有機物消毒滅菌納米銀/銅殺滅病原微生物納米技術(shù)在空氣凈化中的應(yīng)用99.97%過濾效率納米纖維過濾器對PM2.5的捕獲率25㎡催化面積每克納米二氧化鈦的有效表面積80%降解率1小時內(nèi)對甲醛的光催化降解效率3nm孔徑大小納米濾膜最小孔徑，可過濾病毒納米技術(shù)在防腐蝕中的應(yīng)用納米阻隔涂層形成致密屏障，阻擋腐蝕因子犧牲保護納米鋅顆粒提供陰極保護自修復(fù)涂層納米膠囊釋放修復(fù)劑填補缺陷超疏水涂層納米結(jié)構(gòu)形成荷葉效應(yīng)，排斥水分納米技術(shù)在體外診斷中的應(yīng)用檢測類型納米技術(shù)檢測限檢測時間蛋白質(zhì)標志物金納米粒子免疫層析pg/mL級10-15分鐘核酸檢測量子點熒光標記fM級30-60分鐘細胞分析磁性納米粒子分選1-10個細胞1-2小時病原體檢測表面增強拉曼散射cfu/mL級5-30分鐘納米技術(shù)在再生醫(yī)學中的應(yīng)用納米支架模擬細胞外基質(zhì)三維環(huán)境生長因子遞送控釋生物活性分子促進組織再生干細胞調(diào)控納米拓撲結(jié)構(gòu)引導細胞分化組織修復(fù)納米復(fù)合材料促進骨、軟骨再生血管化納米結(jié)構(gòu)促進血管形成納米技術(shù)在智能材料中的應(yīng)用形狀記憶材料受溫度刺激可恢復(fù)預(yù)設(shè)形狀自修復(fù)材料微膠囊自動修復(fù)微觀裂紋光響應(yīng)材料納米粒子受光刺激改變性質(zhì)電磁響應(yīng)材料磁性納米粒子實現(xiàn)可控變形納米技術(shù)在超級計算機中的應(yīng)用納米電路碳納米管晶體管單電子晶體管分子電子學元件量子計算量子點量子比特自旋量子比特拓撲量子計算熱管理納米流體散熱石墨烯散熱相變材料納米技術(shù)在精準農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用納米傳感器監(jiān)測土壤養(yǎng)分、濕度和病蟲害智能施肥系統(tǒng)納米肥料按需釋放養(yǎng)分3作物保護納米農(nóng)藥減少用量，提高效率4基因改良納米載體遞送基因，提高作物抗性納米技術(shù)在石油開采中的應(yīng)用納米技術(shù)在核廢料處理中的應(yīng)用納米吸附劑高選擇性吸附放射性核素放射性元素分離納米膜高效分離不同放射性元素核廢料固化納米材料增強固化體穩(wěn)定性循環(huán)利用選擇性回收有價值放射性元素納米技術(shù)在熱電材料中的應(yīng)用納米晶界散射降低熱導率，提高熱電優(yōu)值量子約束效應(yīng)提高塞貝克系數(shù)，優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計協(xié)同優(yōu)化電輸運和熱輸運性能納米技術(shù)的安全性問題潛在健康風險納米顆?？纱┩讣毎ぱX屏障通透性可能引發(fā)氧化應(yīng)激長期暴露效應(yīng)不明環(huán)境影響生態(tài)系統(tǒng)積累效應(yīng)生物放大作用難降解性與其他污染物協(xié)同效應(yīng)安全評估挑戰(zhàn)標準方法缺乏劑量定義復(fù)雜表征技術(shù)局限長期監(jiān)測困難納米技術(shù)的倫理問題隱私和安全納米傳感器可能被濫用于監(jiān)控2人體增強倫理納米植入物模糊人機界限技術(shù)鴻溝發(fā)達國家與發(fā)展中國家差距擴大監(jiān)管挑戰(zhàn)技術(shù)發(fā)展速度超過法規(guī)制定速度納米技術(shù)的發(fā)展前景分子制造原