纳米科技发展史展小论文报告完整版 8000字Word格式.docx

1、一个科学技术发展的新时代即将来临。 2011年11月随着纳米技术不断的发展与成熟，纳米技术在农业、工业、医学等领域的发展作出突出贡献。纳米技术作为一项前途广阔的新型技术，日益受到人们的重视。一、什么是纳米科技 纳米科技中的“纳米”为10-9m，用符号表示为nm，是lmm的100万分之一。原子的直径为0.1-0.3nm。研究小于10-l0m以下的原子内部结构属于原子核物理、粒子物理的范畴。纳米科技是指在纳米尺度（1nm到l00nm之间）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。当物质小到1-100nm（10-910-7m）时，其量子效应、物质的

2、局域性及巨大的表面及界面效应使物质的很多性能发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，也不同于单个孤立原于的奇异现象。纳米科技的最终目标是直接以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。 二、纳米科技概念的提出与发展 1、纳米科技概念的提出最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德费恩曼。1959年他在一次著名的讲演中提出：如果人类能够在原子分子的尺度上来加工材料、制备装置，我们将有许多激动人心的新发现。他指出，我们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。那时，化学将变成根据人们的意愿逐个地准确放置原子的问题。1

3、974年，Taniguchi最早使用纳米技术（nanotechnology）一词描述精细机械加工。20世纪70年代后期，麻省理工学院德雷克斯勒教授提倡纳米科技的研究，但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。纳米科技的迅速发展是在80年代末、90年代初。80年代初发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等微观表征和操纵技术，它们对纳米科技的发展起到了积极的促进作用。与此同时，纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成为一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学

4、会议同时举办纳米技术与纳米生物学这两种国际性专业期刊也相继问世。一门崭新的科学技术纳米科技从此得到科技界的广泛关注。据日本阿普莱德研究所提供的材料介绍，以研究分子机械而著称的美国风险企业宰贝克斯公司的一项预测认为，纳米技术的发展可能会经历以下五个阶段：第一阶段的发展重点是要准确地控制原子数量在100个以下的纳米结构物质。这需要使用计算机设计制造技术和现有工厂的设备和超精密电子装置。这个阶段的市场规模约为5亿美元。第二个阶段是生产纳米结构物质。在这个阶段，纳米结构物质和纳米复合材料的制造将达到实用化水平。其中包括从有机碳酸钙中制取的有机纳米材料，其强度将达到无机单晶材料的3000倍。该阶段的市场

5、规模在50亿至200亿美元之间。在第三个阶段，大量制造复杂的纳米结构物质将成为可能。这要求有高 级的计算机设计制造系统、目标设计技术、计算机模拟技术和组装技术等。该阶段的市场规模可达100亿至1000亿美元。纳米计算机将在第四个阶段中得以实现。这个阶段的市场规模将达到2000亿至1万亿美元。在第五阶段里，科学家们将研制出能够制造动力源与程序自律化的元件和装置，市场规模将高达6万亿美元。2、纳米技术发展史上16个关键时间节点:1959年12月29日 理查德费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为“在底部有很多空间”的演讲。虽然没有使用“”纳米这个词，但他实际上介绍了纳米

6、技术的基本概念。1974年 日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词纳米（Nano）。1981年 格尔德宾宁（Gerd Binnig）和海因里希罗雷尔（?Heinrich Rohrer）发明了扫描隧道显微镜，它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。1985年 赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名未来学家，多面网格球顶的发明人巴克明斯特富勒（R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使用最广泛的纳米材料之一。

7、1986年 在苏黎世的IBM研究实验室中，卡尔文夸特（Calvin Quate）和克里斯托格柏（Christoph Gerber）与德国物理学家宾尼（Binnig）协作，发明了原子力显微镜*。它成为在纳米尺度成像，测量和操作的最重要的工具之一，这是纳米技术最核心的部分。1989年 在加州圣何塞的IBM阿尔马登研究中心，公司的科学家唐艾格勒（Don Eigler）和埃哈德施魏策尔（Erhard Schweizer）使用35个氙原子拼出了IBM公司的标志，进一步表明了纳米颗粒的可操作性。1991年 NEC公司的饭岛澄男（Sumio Iijima）制造出了碳纳米管。1998年 白宫的国家科学技术理事

8、会成立了纳米技术的机构间工作组。它的任务是：赞助研讨会和研究，以界定纳米科学技术和预测其发展前景。1999年 使用纳米技术的消费类产品开始出现在全球市场。2001年 美国总统克林顿建立了国家纳米技术计划，协调联邦研究和开发工作，提高美国在纳米技术上的竞争力。2002年 欧盟以纳米论坛的形式，向公众普及纳米技术知识。2003年 美国国会制定21世纪纳米技术研究和发展条例。为美国纳米技术计划提供了法律基础，建立项目，分配机构的责任，授权筹资水平，以及启动研究以解决关键问题。2008年12月10日 国家研究委员会批评纳米技术计划的环境，健康和安全研究战略；纳米技术计划回顾后，称它对国家研究委员会的结

9、论持有异议。2009年9 月29日 美国环保局陈述了新的研究策略，以更好地了解如何纳米材料对人体健康和环境的潜在危害。它还宣布，某些纳米材料的制造商和使用者必须告知环保局它们的使用计划。2010年1月8日 在英国，上议院的科学和技术委员会就纳米技术问题发表了有关纳米技术和食品问题的长篇报告，警告本国的食品工业不要隐瞒纳米技术的使用情况。2010年3月 美国参议院环境和公共工程委员会继续为修订有30年历史的有毒物质控制法收集证据。美国环保局称，这将有助于规范纳米材料的商业应用。三、纳米技术的应用纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。1、纳米技术

10、在农业上的应用（1）精确农业精确农业是利用重要的作物参数和知识在适当的尺度上优化生产系统管理，根据特定地块的作物潜在生产能力控制不同的投入水平（如肥料、杀虫剂、除草剂等）。精确农业的核心是对变化因素进行精确管理，变化因素包括：空间因素、时间因素和预测因素。利用纳米技术生产的微型传感器和监测系统对未来的精确农业产生重大影响。纳米装置的一个重要作用是增加与全球定位系统有关的自主传感器的应用，用于实时监测。这些纳米传感器可以遍布田间，用于检测土壤养分和农作物生长情况。美国和澳大利亚的一些农场已经在使用这种传感器，它们可以及早检测到环境的变化，可以为决策者提供准确信息，帮助农民作出明智的决定，提高农业

11、的生产效率。（2）智能施药系统20世纪后半叶以来，农业病虫害的控制经历了从利用杀虫剂到传统方法与生物方法相结合的病虫害综合管理系统。将来具有新型的纳米装置可以运用到农业的智能化中，这类装置可以针对不同的病虫害采取准确的补救措施，它们可以将所发现的问题及时提醒农民，帮助农民定量、定向地给农作物治病。运用纳米技术生产的新型农药更易于溶于水，也可以自然分解为无害成分。科学家们正在研究能够针对环境变化施肥和施药的新技术，促进农作物对水、农药和化肥的高效吸收，以降低污染，使农业对环境更加友好。纳米技术还有助于提高农作物的产量和营养价值2、纳米技术在工业生产中的应用（1）在陶瓷领域的应用 随着纳米技术的广

12、泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。（2）纳米技术在木材工业中的应用1纳米技术改变了木材的细胞结构并控制细胞的生长，新的细胞和优良的材种产生了。人们对木材的细胞结构、纤维的构造和材种的分类将有一个新的认识和新的观念。木纤维的定向重组技术将开发出超高强度的纤维板。2木材在变成纳米颗粒以后，木材的材性发生很大的改变，在细粉状态下进行木材液化，不仅环保而且成本低，使木材液化真正工业化。3在造纸业机械高得浆率制浆法可以得到

13、完全实现，小造纸的污染问题得到很好解决。在纸浆中加入纳米添加剂生产出的纸张具有很强的抗静电，纸的质量明显提高。（3）食品包装与加工运用纳米技术研发的包装系统可以修复小的裂口和破损，可以适应环境的变化，并且能在食品变质的时候提醒消费者。此外纳米技术可以改进包装的渗透性、提高阻隔性、改进抗损和耐热，形成抗菌表面，阻止食物发生变质。除包装外，纳米技术对功能食品和互动食品的研发也有很大促进作用，这些食品能够按照人体需求更有效地提供营养。这类食品可以暂存人体内，需要时再把营养输送给细胞，这个领域的关键是开发纳米胶囊，把它们存入食品中，用于输送营养。3、纳米技术在日常生活中的应用衣 在纺织和化纤制品中添加

14、纳米微粒，可以除味杀菌。化纤布虽然结实，但有烦人的静电现象，加入少量金属纳米微粒就可消除静电现象。食 利用纳米材料，冰箱可以抗菌。纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经面世。利用纳米粉末，可以使废水彻底变清水，完全达到饮用标准。纳米食品色香味俱全，还有益健康。住 纳米技术的运用，使墙面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层，可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，根本不用擦洗。含有纳米微粒的建筑材料，还可以吸收对人体有害的紫外线。行 纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的理想材料，能大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米卫星可以随时

15、向驾驶人员提供交通信息，帮助其安全驾驶。4、纳米技术在生物医药中的应用（1）万能的机器人有些科学家设想将蛋白质芯片或基因芯片组装成尺寸比人体红细胞还小的纳米机器人，使其具有某些酶的功能，它是纳米机械装置与生物系统的有机结合，在生物医学工程中可充当微型医生，解决传统医生难以解决的问题。将这些纳米机器人注入血管内，可按照预定程序，直接打通脑血栓，清洁心脏动脉脂肪沉积物等，达到预防和治疗心脑血管疾病的目的。（2）灵敏的检测器癌症是人类死亡率极高的疾病之一，但以目前的医疗诊断水平，癌症一旦被确诊通常已发展到晚期，即已无药可救或已过最佳治疗时期。科学家设想，可制造出纳米传感器植入体内，监控早期癌变信号分

16、子的产生，通过与外界特定的声信号或其他信号的相互作用，将内部信号转化为外部信号。转贴另外，近年来科学家正尝试应用纳米技术的新型检测仪器和诊断试剂，只需检测少量血液中蛋白质和DNA就可诊断出某人患各种疾病的可能性。国内外研究者正致力于脑肿瘤、肝癌、肺癌、白血病等癌症的早期纳米诊断手段的研究，并取得了一定的成绩。（3）多彩的标记物科学家根据CD唱机中激光二极管的发光原理，研制出半导体纳米晶体。这种微型的无机晶体被称作量子点，可通过对其大小的控制，使其经同一光源激发后，发出红、黄、蓝等多种颜色的光。又因量子点比传统有机染色小分子更稳定，目前得到了广泛应用。例如，研究者可用量子点附着在不同基因序列组成

17、的DNA分子上，通过比较标记的基因序列与已知序列找出哪些基因在特定细胞或组织中表达较为活跃；当用量子点标记蛋白质或其他物质时，技术人员可动态跟踪标记物在体内的过程，从而使其应用于一些疾病的诊断。（4）无限的备用器官有科学家预言，纳米材料制成的性质优良的人造器官和组织（包括人工血液等）将与人体“融为一体”，“残疾”将远离人类，需要器官移植的患者也可以告别漫长的等待。可以大胆设想将纳米材料制成的微型器件安全地植入人体内，如人工耳膜、人工视网膜等，可使听力或视觉受损的患者恢复功能，也可使正常人听力增强、看得更远，甚至在黑暗中也能有视觉。（5）精准的生物导弹中国有一句俗话“是药就有三分毒”，到目前为止

18、科学家还未发现有一种药完全没有毒副作用，这主要因为药物在体内作用过程中，除在病灶部位浓度较高外，在其他部位也大量蓄积或者被分解后的产物具有较强毒性。这一难题通过纳米技术可以得到解决。将药物直接纳米化，即用机械或物理等手段将药物颗粒的大小控制在纳米级别，或者用制备的纳米尺度药物载体装载药物，可以使药物有效地到达病灶区，就像生物导弹直接攻击靶位点不殃及其他部位一样，从而达到降低药物毒副作用的目的。目前，纳米药物载体的种类有微乳、高分子纳米粒、聚合物胶束、树状大分子、纳米磁球等，国内外药物研究领域对此已有大量的研究，结果表明，药物的毒副作用在降低的同时，其生物利用度也得到有效的提高，对载体进行设计和

19、修饰后，还可起到缓慢释放而延长药效的作用。5、在国防科技上的应用（1）隐身材料纳米材料由于质轻层薄，具有特殊的光学性能，可实现高吸收、宽频带、红外微波吸收兼顾等要求，是一种非常有发展前途的新型军用雷达波吸收剂，由它制成的材料在很宽的频带范围内可以逃避雷达的侦查，同时也有红外隐身的作用，纳米材料已成为隐身材料重点研究方向之一。纳米材料因为具有很高的对电磁波的吸收特性，纳米材料现已受到各主要国家的高度重视，并把其作为新一代隐身材料进行探索与研究。（2）在防护涂层中的应用与传统涂层相比，纳米结构涂层能使强度、韧性、耐腐蚀、耐磨、热障、抗剥蚀、抗氧化和抗热疲劳等性能得到显著改善，且一种涂层可同时具有上

20、述多种性能。某些纳米微粒还有杀菌、阻燃、导电、绝缘等作用，可用这些纳米粒子制成防生物涂料、阻燃涂料、导电涂料和绝缘涂料。这些技术可有效解决舰艇动力推进装置螺旋桨的穴蚀问题以及潜艇、舰艇船体涂料的防污问题等。纳米材料对海军舰艇的防海水腐蚀，增强船体及船内设备抗盐雾能力已处于应用阶段，作为水中武器世界各国也正在加大研制力度。武汉海军工程大学已将海泰纳米的纳米氧化钛、纳米氧化锌和纳米氧化硅用于军舰的防腐，可以有效的解决上述问题。（3）提高军事能源的使用效能纳米微粒尺寸小，比表面积大，从而增加化学反应的接触面，表面有效反应中心多，可作为催化剂被广泛应用，纳米催化剂具有很高的化学活性，晶粒的微观结构复杂

21、，这种独特的晶体结构及表面特性使得纳米材料的催化活性和选择性大大高于传统催化剂，用纳米催化剂取代火箭推进剂中的普通催化剂成为国内外研究的热点，纳米催化剂能显著提高固体推进剂的燃速。6、在科学领域的应用（1）纳米科技促进电子学、光电子学和磁学的发展纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。纳米电子学、光电子学及磁学微电子器件的极限线宽，以硅集成电路而言，普遍以为是70nm左右。目前国际上最窄线宽已为130nm，在十年以内将达到极限。假如将硅器件做的更小，电子会隧穿通过尽缘层，造成电路短路。解决纳米电子电路的思路目前可分为两类，一类是在光刻法制作的集成电路中利用双光子光束技术中的量子纠缠

22、态，有可能将器件的极限缩小至25nm。另一类是研制新材料取代硅，采用蛋白质二极管，纳米碳管作引线和分子电线。新概念器件的形成，单原子操纵是重要的方式。利用纳米磁学中明显的巨磁电阻效应和很大的隧道磁电阻现象研制的读出磁头将磁盘记录密度进步30多倍，瑞士苏黎世的研究职员制备了Cu、Co交替填充的纳米丝，利用其巨磁电阻效应制备出超微磁场传感器。磁性纳米微粒由于粒径小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用作磁记录材料可以进步信噪比，改善图像质量。（2）纳米科技促进微电子学的发展 纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理信息的能力，实现信息采集

23、和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。四、纳米技术发展现状以及缺陷1、纳米技术发展现状现在纳米材料研究的基本特征是以实际应用为导向，一纳米材料与相关科学的交叉融合为手段，重点解决纳米材料应用的关键技术问题。纳米材料属于上游产品，一方面用于传统产品的升级，两一方面用于纳米科技新产品的开发，而要在下游产品中体现纳米材料的优越性能就必须以纳米制造技术作为支撑。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门

24、将纳米科技基础研究方面的投资从2001年的4.97亿美元增加到2010年的22.65亿美元。2、纳米技术的缺陷任何事物都有两面性，纳米技术也不例外。纳米技术在给人类带来种种好处的同时，也存在纳米材料的安全性问题。这也成为当今世界各国研究学者关注的热点，许多国家包括中国、美国和欧盟等，都投入了大量的人力、物力和财力，试图在纳米技术得到普遍应用以前，解决其潜在的问题，以使其在将来更好地服务于人类。其问题主要表现在：（1）要达到精确的调节和控制粉末组成和化学剂量比以及粒子的粒度和形态等方面都还有相当大的困难。（2）要制造成分准确、粒度均匀、表面功能团稳定的高质量微粒还有一定困难，其收集与存放也存在问

25、题。（3）纳米中药因其表面效应和量子效应显著增加，使得药物的有效成分获得了高能级的氧化和还原潜力，往往引起许多性质的变化。这种变化究竟会对药物性质产生什么样的影响，目前还不清楚。（4）纳米机器人一旦在人体内失控，能够快速复制的纳米机器人在体内扩散的速度可能比癌细胞还快，它是否会对人体正常的组织造成不利影响，目前还没有确切的研究结果。五、我国发展纳米技术和产业的对策 1、现状 我国纳米技术的研究始于80年代，纳米材料研究起步较早，其次是纳米材料和结构的表征，纳米器件以及纳米药物。在国家科技部、中国科学院、国家自然基金委员会和国家教育部等部门的大力支持下，起动了国家级重大项目10多项，地方政府和企

26、业家的介入，纳米实用化技术和纳米材料应用技术得到了有效发展。目前已有几百家公司参与了纳米材料技术的研发，已有一些产品开始进入市场。过去的30多年，在纳米材料的制造技术取得了长足进步，在国际上有一定地位。但是过去相当一段时间，一些媒体和企业对纳米技术的宣传不够准确。目前我国纳米技术成了“热门”，据统计，国内已有823家纳米企业，其中，以“纳米”字样注册的企业357家，一百九十多条纳米材料的生产线。前几年出现的商业炒作，不顾纳米技术科学内涵，随便以纳米冠名，夸大纳米的作用，甚至出现了假纳米产品，在社会上造成了不良的影响。如纳米杯、纳米洗衣机、纳米被、纳米鞋垫、纳米卫生巾等。这些产品的不科学宣传，实

27、际上是误区，不但给消费者带来了损害，也伤害了纳米技术的本身。2、对策从电的发明到建电站，人类花费了200多年，从无线电的发现到成为产品，有36年，而从计算机到网络通讯只用了4年时间。如果发展纳米技术我们仍然是按步就班，就会丧失机会，现在不是大鱼吃小鱼，而是快鱼吃慢鱼。对此，发展纳米技术及其产业一定要把握以下几个原则：（1）必须以市场需求为导向我们不能再做概念市场，做推理市场，不能凭兴趣做技术创新。技术找市场，成功率为30，这样就赶不上现在的速度了。技术进入市场从一开始就要和经营相结合。经营是生产力，再好的技术不去经营、不进入市场照样会垮台，好的技术最后丧失了市场，这种失败的教训很多，因此，企业

28、家从一开始就要介入，政府和企业家共同来努力是至关重要的，而市场成熟代替技术成熟是发展纳米技术的最佳方式。过去生产粉体找不到市场，是因为粉体不是最终产品，如果是某件产品需要粉体，做起来就要容易得多。（2）要做到三个结合第一是纳米技术人员与传统领域科技人员相结合；第二是技术人员与企业家相结合；第三是企业家与政府相结合；做好了这三个结合，就有成功的可能。（3）要充分发挥各生产要素的作用技术进入市场，企业家是主力军，科技人员是先导。技术进入市场，技术好是根本，但技术好不一定得到市场的承认，这中间有很多操作过程。这里还包括资金运作、股份扩大等等。光靠技术卖钱是不行的。（4）要重视知识产权保护知识产权、专

29、利，特别是发明专利是企业的生命线，是企业潜力大小的标准，是竞争的本钱。在我国申请的专利，有46是国内的，54是外企的；在国内申请的专利中，83是高校的。我们的大部分企业还没有申请专利的意识，在我国申请的纳米专利中，大部分是国外的。要提高企业申报专利的意识，还要申请国外的专利，在这方面，我们有过深刻的教训。（5）要加强团结协作不仅在科学界，而且在企业界也要有团结协作精神，政府在其中要起协调作用。在省内，同行要扩大交流，要互相协调，小打小闹成不了气候，要共同对外。我们发展纳米技术及其产业首先要参与国际竞争，然后才参与各地区间的竞争。策划发展大的产业，更需要协作，更需要优势互补。结束语纳米技术引起的世界性技术革命和产业革命，将会比历史上任何一次世界性技术革命对社会经济、政治、国防等领域产生的影响更为巨大。纳米技术具有广阔的应用前景，它对信息、生物工程、医学、光学、材料科