纳米技术论文纳米技术在汽车行业中的应用Word格式文档下载.docx
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关键词：
纳米机械，纳米技术在汽车行业中的应用，纳米材料的制备，扫描隧道显微镜的原理
Abstract
Nanotechnology（nanotechnology）isasingleatom,molecularmanufacturing,materialscienceandtechnology.Nanoscienceandtechnologyonmodernadvancedscienceandtechnologyasthefoundationofscienceandtechnology,itismodernscience（chaosphysics,quantummechanics,mesoscopicphysics,MolecularBiology）andmoderntechnology（computertechnology,microelectronictechnologyandscanningtunnelingmicroscope,nuclearanalysistechnology）thecombinationofnanoscienceandtechnology,andwillcauseaseriesofthenewscienceandtechnology,suchasnanoelectronics,nanomaterialscience,NanoMechanicsetc..
Keywords:
Nanomachine,theapplicationofnanotechnologyintheautomotiveindustry,thepreparationofnanomaterials,theprincipleofscanningtunnelingmicroscope
目录
第一章前言
1纳米技术的应用
2纳米材料的制备
3扫描隧道显微镜的原理与应用
4纳米材料的表征
5纳米材料的特征与应用
6纳米效应及其应用
7纳米机械和纳米电子
参考文献
谢辞
附录
纳米机械
一·
纳米机械概述
人们通常把尺度仅有数十亿分之一米——这大约是数十个或者数百个原子的长度的微型机械叫做纳米机械。
纳米机械又包括两种概念：
一种和已有的机械类似，如一个纳米尺度的潜艇，尺度仅有数十亿分之一米——这大约是数十个或者数百个原子的长度，这种机器尽管存在着争议，然而可以应用在医学方面，它可以在血液中穿行，寻找患病的细胞然后杀死它们。
另一种是想象的机械——所谓的装配工——是一个更加激进的主意，它是由未来学家K.ReicDrexler提出的。
这种机器没有与宏观物体的相似性（这是考虑其最终实用性的非常重要的一个事实）。
它将是一种新型的机械——一种万用制造者。
它可以制造任何结构，包括它自身，通过原子尺度的“抓取和放置”：
一套纳米尺度的钳子将会从环境中抓取单个原子，然后把它放在适当的位置。
Drexler的设想预示着社会将因为微型机械而永远改变，这些机械可以在几个小时内制造一台电视机或者一台电脑，而根本不花一分钱。
然而它也有危险的一面。
装配工自我复制的潜力导致了所谓的“灰色粘质”产生的可能性：
无数的自我复制纳米装配工制造了无数它们自身的复制品，这个过程毁灭了地球。
早在2002年就有报道：
德国科学家研究出使用超短电脉冲进行电解的新技术，并成功地在纳米尺度上切割金属材料，加工微型机械。
制造纳米机械手纳米技术能做很多事：
由单个分子打造的电子装置，超强，超轻材料，将药物送到身体特定器官或细胞的药丸。
但在这种尺寸上使用材料，研究者需要接触并推动不可见的小样本。
现在的纳米机械手成本高达数十万美元[3]
二·
纳米机器人结构与特点
在理论上，纳米机器可以构建所有的物体。
当然从理论到真正实现应用是不能等同的，但纳米机械专家已经表明，实现纳米技术的应用是可行的。
在扫描隧道电子显微镜帮助下，纳米机械专家已经能将独立的原子安排成自然界从未有的结构。
此外，纳米机械专家还设计出了只由几个分子组成的微小齿轮和马达。
（切勿将这些齿轮和马达与那些由数以百万计分子组成的用传统技术构建的微小齿轮和马达相混淆，这些机器同未来制造的机器相比较实在是太巨大了）。
25年内，纳米技术学家期望实现这些存在于科学陈列室中的想法，创造出真实的、可以工作的纳米机器。
这些纳米机器有微小的“手指”可以精巧地处理各种分子；
有微小的“电脑”来指挥“手指”如何操作。
“手指”可能由碳纳米管制造，它的强度是钢的100倍，细度是头发丝的五万分之一。
“电脑”可能由碳纳米管制造，这些碳纳米管既能做晶体管又能做连接它们的导线。
“电脑”也可能由DNA制造，用适当的软件和足够的灵巧性进行武装的纳米机器人可以构建任何物质。
纳米机器人执行任何任务包括自身复制都必须动用大量的纳米机器。
血液里可能存在数以百万计的纳米机器人；
在每一个有毒废物地点可能需要数以万亿计的纳米机器人，要制造一辆汽车可能要调动数以一百亿亿计的纳米机器人同时工作。
然而没有一个生产线可以生产如此巨大数量的纳米机器人。
但是纳米科学家眼中的纳米机器可以做到这点。
他们设计的纳米机器人可以完成两件事情：
执行它们的主要任务和制造出它们自身完美的复制体。
如果第一个纳米机器人能够制造出两个复制体，这两个复制体每个又可制造出两个自己的复制体，很快就可以获得万亿个纳米机器人。
但是，假如纳米机器人忘记停止复制会发生什么？
如果没有一些内建的停止信号，纳米机器人忘记停止复制这种灾难的可能后果将会是无法计算的。
纳米机器人在人体内快速复制能够比癌症扩散还要快地布满正常组织；
一个发疯的制造食物机器人能够把地球的整个生物圈变成一块巨大的奶酪。
纳米技术学家没有回避危险，但是他们相信他们能控制灾难的发生。
其中一个办法是设计出一种软件程序使纳米机器人在复制数代后自我摧毁。
另一种办法是设计出一种只在特定条件下复制的机器人，例如只有在有毒化学物质以较高浓度出现时机器人才能复制，或者在一个很窄的温度和湿度范围内机器人才能复制。
就像电脑病毒的传播一样，所有以上这些努力都无法阻止那些不怀好意的人有意释放某种纳米机器人作为害人武器。
事实上，一些批评家指出纳米技术可能的危险要大于它的益处。
然而，仅仅这些利益就已经太具诱惑力了，纳米技术必将超过电子计算机和基因制药而成为新世纪的技术发展方向。
世界可能会需要一个纳米技术免疫系统，这个系统中纳米机器人警察不断地在微观世界中同那些不怀好意的机器人进行战斗。
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三·
纳米机器人的动力——分子马达
分子马达（molecularmotor），是美国康奈尔大学研究人员在活细胞内的能源机制启发下，制造出的一种马达。
这种微型马达以三磷酸腺苷酶为基础，依靠为细胞内化学反应提供能量的高能分子三磷酸腺苷（ATP）为能源。
美国科学家正在进行一项新研究，让纳米仪器利用为精子长距离游动提供能量的生物能为动力，用来释放药物，或者在人体内执行机械功能。
首先，这些研究人员针对精子的特殊部位，用一个可以粘贴在特殊的金表面的标签取代了己糖激酶（糖酵解的第一个酶）。
这种酶即使在受到限制的时候，仍然能产生作用。
接着，他们在糖酵解途经的第二个酶——葡萄糖-6-磷酸异构酶上作了标记。
这种酶在受到限制后，还仍然具有活性。
粘附在相同支撑物上的这些酶会依次产生作用，第一个反应的产物成为第二个反应的基础。
穆凯和特拉维斯表示，这只是在无机支撑物上复制整个糖酵解途径的最初几步，他们指出，他们的研究从原理上为精子中的糖酵解途径的组织如何在纳米设备上产生三磷酸腺甙提供了一个天然的工程学解决方案。
纳米技术在汽车行业中的应用
纳米技术是汽车发展的核心技术。
纳米技术能够从汽车车身应用到车轮，几乎涵盖了汽车的全部。
纳米技术在汽车上的广泛应用，将降低汽车各部件磨损，降低汽车消耗，减少汽车使用成本；
一定程度上，还能消除汽车尾气污染，改善排放。
如今不少汽车产品已开始采用纳米技术，小小的纳米将使汽车产生极大的变化。
纳米油漆———刮痕更少
漂亮、心爱的汽车如果不小心出现刮痕，可就大煞风景了。
汽车制造商戴姆勒－克莱斯勒公司日前宣布，从2003年年底起采用一种汽车车身喷涂用的新型纳米油漆，以防止碰撞时小刮痕的出现。
据悉，该公司科研人员经过4年多研发出的这种纳米油漆，可以在喷涂后的车身上形成一层致密网状结构，其间含有许多微小陶瓷颗粒。
通过对150辆汽车进行的试验表明，这种纳米漆不仅光亮度比传统油漆高出40％，而且当车身与其他物体轻微碰撞时，其防止刮痕出现的性能也要比传统油漆好得多。
新油漆将于近期在奔驰E、S及SLK等多个系列轿车上采用，并从2004年开始在该公司其它所有系列轿车上均采用这种新型纳米油漆。
纳米塑料———强度更高
汽车制造中应用的塑料数量将越来越多。
纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：
强度高，耐热性强，比重更小。
由于纳米粒子尺寸小于可见光的波长，纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度，这样的纳米塑料在汽车上将有广泛的用途。
经过纳米技术处理的部分材料耐磨性更是黄铜的27倍、钢铁的7倍。
除此之外，纳米塑料除了可回收外，还有长期耐紫外线、色泽稳定、质量较轻等优点，在汽车配件中的应用领域相当广泛。
在汽车外装件中，主要用于保险杆、散热器、底盘、车身外板、车轮护罩、活动车顶及其它保护胶条、挡风胶条等。
在内饰件中，主要用于仪表板和内饰板、安全气囊材料等。
相关业内专家预测，在未来的20年内，纳米塑料将大量取代现有的车用塑料制品，有相当大的市场潜力。
纳米润滑剂———磨损更小
磨损、疲劳、腐蚀是机械材料失效的三种主要形式。
磨损造成的经济损失十分巨大，而纳米润滑剂能够很好地解决机械磨损问题。
纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品，它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用，只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。
由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用，能够完全填充金属表面的微孔，最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。
与高级润滑油或固定添加剂相比，其极压可增加3至4倍，磨损面减小16倍。
由于金属表面得到了保护，减小了磨损，使用寿命成倍增加。
四·
纳米汽油———油耗更低
能源、环保一直是汽车业的关键问题。
纳米汽油目前已经开始研制，节约能源和减少污染是它的最大优点。
该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。
它能对汽油品质进行改造，最大限度地促进汽油燃烧，使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。
交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为，汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后，可降低其油耗10%~20%，增加动力性能25%，并使尾气中的污染物浮碳、排放降低50%~80%。
它还可以清除积碳，提高汽油的综合性能。
五·
纳米橡胶———轮胎更艳
汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。
在轮胎橡胶的生产中，橡胶助剂大部分成粉体状，如炭黑、白炭黑等
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