纳米技术的原理是什么?

纳米技术是一种利用单个原子和分子制造物质的科学技术。它研究结构尺寸从0.1到100纳米的材料的性质和应用。纳米科学技术是建立在许多现代先进科学技术基础上的,是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理和分子生物学)和现代技术(计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。纳米科学技术将引发一系列新的科学技术,如纳米物理、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学。

纳米技术包括以下四个主要方面:

1.纳米材料:当一种物质达到纳米尺度,大约是0.1-100纳米,物质的性质会突然发生变化,出现特殊的性质。这种具有不同于原来的原子、分子和宏观物质的特殊性质的材料,被称为纳米材料。

如果只是纳米尺度的材料,没有特殊性质,就不能称之为纳米材料。

以往人们只关注原子、分子或宇宙空间,往往忽略了这个实际上大量存在于自然界的中间场,而之前并没有意识到这个尺度范围的表现。日本科学家是第一个真正认识到其特性并引用纳米概念的人。他们在20世纪70年代通过蒸发制备超微离子,发现一种导电导热的铜银导体制成纳米尺度后,失去了原有的性质,既不导电也不导热。磁性材料也是如此,比如铁钴合金。如果做成20-30纳米左右的尺寸,磁畴就会变成单磁畴,其磁性会比原来高1000倍。20世纪80年代中期,人们正式将这类材料命名为纳米材料。

为什么磁畴变成单一磁畴,磁性比原来高1000倍?这是因为单个原子在一个磁畴中的排列不是很有规律,但是单个原子中间有一个原子核,外面有电子围绕,这就是磁性形成的原因。但变成单磁畴后,单原子有规律地排列,对外表现出很强的磁性。

这种特性主要用于制造微型电机如果技术发展到一定时间,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节能的高速列车。

2.纳米动力学:主要是微型机械和微型电机,或称微机电系统(MEMS),用于传动机械、光纤通信系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等的微型传感器和执行器。它采用了一种类似于集成电器设计和制造的新技术。特点是零件很小,刻蚀深度往往需要几十到几百微米,宽度误差很小。这种工艺也可用于制造三相电机、超高速离心机或陀螺仪。在研究中,应相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦。虽然它们目前还没有真正进入纳米尺度,但却具有巨大的潜在科学和经济价值。

从理论上讲,微电机和检测技术可以达到纳米量级。

3.纳米生物学和纳米药理学:比如用纳米粒径的胶体金将dna颗粒固定在云母表面,用二氧化硅表面的叉指电极进行生物分子间相互作用的实验,导电磷脂和脂肪酸的双层平面生物膜,dna的精细结构。有了纳米技术,你还可以通过自组装将零件或组件放入细胞中,形成新材料。约一半的新药,即使是微米级颗粒的细粉,也不溶于水;但如果颗粒是纳米级的(即超细颗粒),则可以溶于水。

当纳米生物发展到一定技术时,可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞,将癌细胞的生物医学吸收注射到人体内,用于定向杀伤癌细胞。(这是一个古老的筹款方式)

4.纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电特性、纳米电子材料的表征、原子操纵和组装。当前电子技术的趋势要求设备和系统更小、更快、更冷、更小,这意味着更快的响应。更冷意味着单个设备的功耗更小。但是更小并不是无限的。纳米技术是建设者的最后一个前沿,它的影响将是巨大的。

希望能帮到你,请给我一个“好评”