奈米技術是什麼-奈米技術的應用

奈米技術，目前在我們的生活中應用比較廣泛，那麼奈米技術是什麼呢?以下是本站小編整理的關於奈米技術的相關內容，歡迎閱讀和參考!

奈米技術是什麼

奈米技術(nanotechnology)是用單個原子、分子製造物質的科學技術，研究結構尺寸在1至100奈米範圍內材料的性質和應用。奈米科學技術是以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，它是現代科學(混沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學)和現代技術(計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術)結合的產物，奈米科學技術又將引發一系列新的科學技術，例如：奈米物理學、奈米生物學、奈米化學、奈米電子學、奈米加工技術和奈米計量學等

奈米技術的應用

當前奈米技術的研究和應用主要在材料和製備、微電子和計算機技術、醫學與健康、航天和航空、環境和能源、生物技術和農產品等方面。用奈米材料製作的器材重量更輕、硬度更強、壽命更長、維修費更低、設計更方便。利用奈米材料還可以製作出特定性質的材料或自然界不存在的材料，製作出生物材料和仿生材料。

1、奈米是一種幾何尺寸的度量單位，1奈米=百萬分之一毫米。

2、奈米技術帶動了技術革命。

3、利用奈米技術製作的藥物可以阻斷毛細血管，“餓死”癌細胞。

4、如果在衛星上用奈米整合器件，衛星將更小，更容易發射。

5、奈米技術是多科學綜合，有些目標需要長時間的努力才會實現。

6、奈米技術和資訊科學技術、生命科學技術是當前的科學發展主流，它們的發展將使人類社會、生存環境和科學技術本身變得更美好。

7、奈米技術可以觀察病人身體中的癌細胞病變及情況，可讓醫生對症下藥。

測量技術

奈米級測量技術包括：奈米級精度的尺寸和位移的測量，奈米級表面形貌的測量。奈米級測量技術主要有兩個發展方向。

一是光干涉測量技術，它是利用光的干涉條紋來提高測量的解析度，其測量方法有：雙頻鐳射干涉測量法、光外差干涉測量法、X射線干涉測量法、F一P標準工具測量法等，可用於長度和位移的精確測量，也可用於表面顯微形貌的測量。

二是掃描探針顯微測量技術(STM)，其基本原理是基於量子力學的隧道效應，它的原理是用極尖的探針(或類似的方法)對被測表面進行掃描(探針和被測表面實際並不接觸)，藉助奈米級的三維位移定位控制系統測出該表面的三維微觀立體形貌。主要用於測量表面的微觀形貌和尺寸。

用這原理的測量方法有：掃描隧道顯微鏡(STM)、原子顯微鏡(AFM)等。

加工技術

奈米級加工的含意是達到奈米級精度的加工技術。

由於原子間的距離為0.1一0.3nm，奈米加工的實質就是要切斷原子間的結合，實現原子或分子的去除，切斷原子間結合所需要的能量，必然要求超過該物質的原子間結合能，即所播的能量密度是很大的。用傳統的切削、磨削加工方法進行奈米級加工就相當困難了。

截至2008年奈米加工有了很大的突破，如電子束光刻(UGA技術)加工超大規模積體電路時，可實現0.1μm線寬的加工：離子刻蝕可實現微米級和奈米級表層材料的去除：掃描隧道顯微技術可實現單個原子的去除、扭遷、增添和原子的重組。

粒子製備

奈米粒子的製備方法很多，可分為物理方法和化學方法。

應用奈米技術製成的服裝

真空冷授法：用真空蒸發、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體，然後驟冷。其特點純度高、結晶組織好、位度可控，但技術裝置要求高。

物理粉碎法：透過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到奈米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產晶純度低，順粒分佈不均勻。

機械球磨法：採用球磨方法，控制適當的條件得到純元素、合金或複合材料的奈米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產品純度低，顆粒分佈不均勻。

氣相沉積法：利用金屬化合物蒸汽的化學反應合成奈米材料。其特點產品純度高，粒度分佈窄。

沉澱法：把沉澱劑加人到鹽溶液中反應後，將沉澱熱處理得到奈米材料.其特點簡單易行，但純度低，顆粒半徑大，適合製備載化物。

水熱合成法：高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經分離和熱處理得奈米粒子。其特點純度高，分散性好、粒度易控制。

溶膠凝膠法：金屬化合物經溶液、溶膠、凝膠而固化，再經低沮熱處理而生成奈米粒子。其特點反應物種多，產物顆粒均一，過程易控制，適於氧化物和11一VI族化合物的製備。

徽乳液法：兩：互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在徽泡中經成核，聚結、團聚、熱處理後得奈米粒子。其特點粒子的單分散和介面性好，11一VI族半導體奈米粒子多用此法制備。

水熱合成法——高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經分離和熱處理得到奈米粒子。其特點是純度高，分散性好，粒度易控制。[1]

材料合成

自1991年Gleiter等人率先製得奈米材料以來，經過10年的發展奈米材料有了長足的進步。如今奈米材料種類較多，按其材質分有：金屬材料、奈米陶瓷材料、奈米半導體材料、奈米複合材料、奈米聚合材料等等。奈米材料是超徽粒材料，被稱為“21世紀新材料”，具有許多特異效能。

例如用奈米級金屬微粉燒結成的材料，強度和硬度大大高於原來的金屬，奈米金屬居然由導電體變成絕緣體。一般的陶瓷強度低並且很脆。但奈米級微粉燒結成的陶瓷不但強度高並且有良好的韌性。奈米材料的熔點會隨超細粉的直徑的減小而降低。例如金的熔點為1064℃，但10nm的金粉熔點降低到940℃，snm的金粉熔點降低到830℃，因而燒結溫度可以大大降低。奈米陶瓷的燒結溫度大大低於原來的陶瓷。奈米級的催化劑加入汽油中。可提高內燃機的效率。

加入固體燃料可使火箭的速度加快。藥物製成奈米微粉。可以注射到血管內順利進入微血管。

疾病診斷

當前常規的成像技術只能檢測到癌症在組織上造成的可見的變化，而這個時候已經有數千的癌細胞生成並且可能會轉移。而且，即使是已經可以看到腫瘤了，由於腫瘤本身的類別(惡性還是良性)和特徵，要確定有效的治療方法也還必須通過活組織檢查。如果對癌性細胞或者癌變前細胞以某種方式進行標記，使用傳統裝置即可檢測出來則更有利於癌症的診斷。

要實現這一目標有兩個必要條件：某技術能夠特定識別癌性細胞且能夠讓被識別的癌性細胞可見。奈米技術能夠滿足這兩點。例如，在金屬氧化物表面塗覆可特異識別癌性細胞表面超表達的受體的抗體。

由於金屬氧化物在核磁共振成像(MRI)或計算機斷層掃描(CT)下發出高對比度訊號，因此一旦進入體內後，這些金屬氧化物奈米顆粒表面的抗體選擇性地與癌性細胞結合，使檢測儀器可以有效地識別出癌性細胞。同樣地，金奈米粒也可以用於增強在內窺鏡技術中的光散射。奈米技術能夠將識別癌症類別及不同發展階段的分子標記視覺化，讓醫生能夠通過傳統的成像技術看到原本檢測不到的細胞和分子。

在人類與癌症的鬥爭中，有一半的勝利是得益於早期的檢測。奈米技術使得癌症的診斷更早更準確，並可用於治療監測。奈米技術也可以增強甚至完全變革對組織和體液中生物標誌物的篩查。癌症與癌症之間，以及癌細胞與正常細胞之間由於各種分子在表達和分佈上的差異而各不相同。隨著治療技術的進步，對癌症的多個生物標誌物進行同時檢測是確定治療方案時所必須的`。

奈米顆粒——例如能夠根據它們本身大小發出不同顏色光的量子點——可以實現同時檢測多種標記物的目的。包被有抗體的量子點發出的激發光訊號可用於篩查某些型別的癌症。不同顏色的量子點可與各種癌症生物標記物抗體結合，方便腫瘤學家通過所看到的光譜區分癌細胞與健康細胞。

組裝技術

由於在奈米尺度下刻蝕技術已達到極限，組裝技術將成為奈米科技的重要手段，受到人們很大的重視。

奈米組裝技術就是通過機械、物理、化學或生物的方法，把原子、分子或者分子聚集體進行組裝，形成有功能的結構單元。組裝技術包括分子有序組裝技術，掃描探針原子、分子搬遷技術以及生物組裝技術。分子有序組裝是通過分子之間的物理或化學相互作用，形成有序的二維或三維分子體系。現在，分子有序組裝技術及其應用研究方面取得的最新進展主要是LB膜研究及有關特性的發現。生物大分子走向識別組裝。蛋白質、核酸等生物活性大分子的組裝要求商密度定取向，這對於製備高效能生物微感膜、發展生物分子器件，以及研究生物大分子之間相互作用是十分重要的。在進行lgG歸生物大分子的組裝過程中，首次利用抗體活性片斷的識別功能進行活性生物大分子的組裝。這一重要的進展使得生物分子的定向組裝產生了新的突破。

除以上幾種組裝外，在長鏈聚合物分子上的有序組裝、橋連自組裝技術、有序分子薄膜的應用研究等技術也有進展。採用奈米加工技術還可以對材料進行原子量級加工，使加工技術進人一個更加徽細的深度。奈米結構自組裝技術的發展，將會使奈米機械、奈米機電系統和奈米生物學產生突破性的飛躍。

中國在奈米領域的科學發現和產業化研究有一定的優勢。現代同美、日、德等國位於國際第一梯隊的前列。雖然現代中國己經建立了一定數量的奈米材料生產基地，奈米技術的開發應用也已經興起，並初步實現了產業化。奈米要實現大規模、低成本的產業化生產，還有許多的工作要做，只有依賴大量的資金和高科技投人才能換取高額的利潤回報。

生物技術

奈米生物學是以奈米尺度研究細胞內部各種細胞器的結構和功能。研究細胞內部，細胞內外之間以及整個生物體的物質、能量和資訊交換。奈米生物學的研究集中在下列方面。

DNA研究在形貌觀察、特性研究和基因改造三個方面有不少進展。

腦功能的研究

工作目標是弄清人類的記憶、思維，語言和學習這些高階神經功能和人腦的資訊處理功能。

仿生學的研究

這是奈米生物學的熱門研究內容。現在取得不少成果。是奈米技術中有希望獲得突破性巨大成果的部分。

世界上最小的馬達是一種生物馬達—鞭毛馬達。能象螺旋槳那樣旋轉驅動鞭毛旋轉

。該馬達通常由10種以上的蛋白質群體組成，其構造如同人工馬達。由相當的定子、轉子、軸承、萬向接頭等組成。它的直徑只有3onm，轉速可以高達15r/min，可在1μs內進行右轉或左轉的相互切換。利用外部電場可實現加速或減速。轉動的動力源，是細菌內支撐馬達的薄膜內外的氮氧離子濃度差。實驗證明。細菌體內外的電位差也可驅動鞭毛馬達。現代人們正在探索設計一種能用電位差馭動的人工鞭毛馬達驅動器。

日本三菱公司已開發出一種能模擬人眼處理視覺形象功能的視網膜晶片。該晶片以砷化稼半導體作為片基。每個晶片內含4096個感測元。可望進一步用於機器人。

有人提出製作類似環和杆那樣的分子機械。把它們裝配起來構成計算機的線路單元，單元尺寸僅Inm，可組裝成超小型計算機，僅有數微米大小，就能達到現代常用計算機的同等效能。

在奈米結構自組裝複雜徽型機電系統製造中，很大的難題是系統中各部件的組裝。系統愈先進、愈複雜，組裝的問題也愈難解決。自然界各種生物、生物體內的蛋白質、DNA、細胞等都是極為複雜的結構。它們的生成、組裝都是自動進行的。如能瞭解並控制生物大分子的自組裝原理，人類對自然界的認識和改造必然會上升到一個全新的更高的水平。