专题 阅读材料《分子热运动》

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1、高中物理第一轮总复习 发现布朗运动的科学家布朗 布朗（Robert Brown，17731858）是英国植物学家。1773年12月21日诞生于苏格兰的蒙特罗斯。 布朗从小就很聪明，性格倔强。他先在阿巴丁的马里歇尔学院学习，毕业后进入爱丁堡大学攻读医学。1795年应征入伍，前往爱尔兰服役，在英军中任助理外科医师。服役期间，他边为军队工作，边进行自修。他利用业余时间收集各种植物，制作标本。1789年布朗来到伦敦，一个偶然的机会，拜见了英国伦敦皇家学会公长尤素福彭克斯，并跟随他作了一段研究工作。1800年布朗取得博士学位，后由彭克斯介绍参加澳大利亚远洋考察船“调查者号”，负责研究植物。1801年开始

2、远行，在大洋洲进行了为期五年的考察活动，收集近3900种的标本，系统地整理写入澳洲植物志一书中，对植物分类学做出贡献。 1811年布朗当选为英国伦敦皇家学会会员。1820年，任大英博物馆馆长。1822年当选为柯尼斯学会会员，1849到1853年任会长。布朗还兼任几个国家的科学院院士。 布朗在物理学中的贡献是发现了著名的布朗运动。 1827年6月，布朗用显微镜观察克拉花花粉，发现悬浮在液面上的花粉微粒在杂乱无章地、不断地运动。布朗对这个现象进行了反复研究。开始，他错误地认为，花粉虽然死了，但是好像有一种具有生命潜力的东西遗留下来，促使花粉微粒不断地运动。他这样写道：“它们（花粉微粒）的运动既不是

3、由液体的流动引起的，也不是液体渐渐蒸发引起的、而是由于微粒本身的原因引起的。”接着，他把这个研究推广到各种各样的植物，观察了他收集到的所有新鲜花粉，都看到了类似现象。后来布朗又对煤粉、玻璃粉、各种岩石粉、金属粉等无生命物质的微粒进行了观察，也都看到了类似花粉的不停地运动的现象，各种粉末都存在着某种活性。布朗感到问题不那么简单，一时无法正确解释这个现象。 1828年6月到8月，布朗接连发表了论植物花粉中的微粒、论有机物和无机物中活性分子的普遍存在两篇文章，宣布了他的重大发现。以后人们就把这种现象叫做“布朗运动”。对于布朗运动，直到1860年才由英国物理学家麦克斯韦根据他自己建立的分子运动论做出初

4、步的解释，他认为这种杂乱无章的运动是水分子对悬浮微粒不断撞击引起的。布朗运动的发现，给物质是由分子组成的理论提供了第一个直接的证据。 布朗在植物学方面也取得了很多研究成果。他在澳大利亚考察的时候，精心收集了四百多种植物标本。回国以后，他按照安东尼德尤奇建立的自然分类系统，对这些植物进行了科学的分类，分成无子叶类植物、单子叶植物、双子叶类植物三大类。布朗还创建了现代分类法，把植物分成被子植物和裸子植物。此外，布朗在植物学史上首次发现植物细胞中心有小核，1831年把它叫做“细胞核”，这个名称一直沿用到现在。 布朗于1858年6月10日在伦敦逝世，终年85岁。布 朗生平简介布朗(RobertBrow

5、n,17731858年)，英国植物学家。1773年12月21日生于苏格兰蒙德罗斯。父亲是一位牧师。布朗在阿伯丁和爱丁堡大学学医。21岁时，他在英国军队中当助理外科医生。18011805年期间，他以博物学家身份参加考察团，去澳大利亚海岸勘察。回来后当上林纳协会的图书馆馆长。1858年6月10日，病逝于伦敦。科学成就1、发现了布朗运动他在物理学上的贡献是发现了悬浮在液体或气体中微小粒子所作的无规则运动布朗运动。布朗运动是用显微镜才能看到的悬浮在液体或气体中微小粒子所作的无规则运动。布朗最早研究了这种运动，1827年8月发表了有关文章。布朗采集了克拉花属植物的花粉，花粉粒子长约1/40001/500

6、0英寸，它们的形状介乎圆柱体和长方体之间，将这种花粉浸入水中，他用显微镜观察到花粉的运动。他说：“它们的运动，不但是在液体中的位置发生变化，明显地改变了相互间的相对位置，而且经常改变粒子的形状。”接着布朗又说：“反复地观察这些运动后可以说，产生运动的原因却不是液体的流动，也不是缓慢的蒸发，而是粒子本身。”布朗的观察非常细致，然而他却从粒子形状的变化，误认为运动是由粒子本身引起的。出于植物学家的本能，他考虑会不会是由有机物的某种活力在起作用。布朗还用了枯萎的植物花粉，标本的花粉，甚至已经过了一百多年的花粉，继续做实验。结果都明显地看到同样的运动。他惊呼：“植物死后这些分子保留生命力之长出乎意料。

7、”进而，他又用无机物如玻璃、花岗石的粉末，以及烟粒子做实验，也观察到这种运动，当时没有找到引起运动的真正原因。随着分子动理论的发展，人们才了解到，布朗所观察到的微粒的不规则运动，是它们受到来自各个方向的液体或气体分子的不平衡撞击所引起的。因此，布朗运动间接显示了物质分子处于永恒的热运动之中。布朗运动的发现，给物质是由分子组成的理论提供了第一个直接的证据。2、发现了植物细胞中有细胞核此外布朗在植物学方面也取得了很多研究成果，他创建了植物现代分类法，首次发现植物细胞中心有小核，1831年把它叫做“细胞核”，这个名字一直沿用到现在。布朗运动布朗运动是微小粒子表现出的无规则运动。它是苏格兰植物学家布朗

8、1827年在显微镜下观察水中的花粉时首次发现的。以后人们发现在温度均匀和无外力作用的流体中都能观察到这种运动。在布朗运动发现后50年里，人们一直不了解这种运动的原因。直到1905年爱因斯坦发表了关于布朗运动理论的论文，才第一次明确解释了这种现象，同时这也成为分子运动论和统计力学发展的转折点。布朗运动代表了一种随机涨落现象，它的理论在其他领域也有重要应用。如对测量仪器的精度限度的研究；高倍放大电讯电路中的背景噪声的研究等。布朗运动 公元1827年，英国生物学家布朗（Brown，17731858），用显微镜观看悬浮在一滴水中的花粉，发现它们像醉鬼走路一样，各自作毫无规则的运动。后来人们才知道，花粉

9、之所以会不停息地作无序运动，是由于受水分子各方面不平衡撞击的结果，由于这个现象是布朗先生首先发现的，所以后人称它为布朗运动。布朗运动中的花粉，像醉鬼走路一般，完全不规则。那么醉鬼是怎么行动的呢？美国著名物理学家G盖莫夫教授对此作了极为生动的描述：假定在某个广场的某个灯柱上靠着一个醉鬼，他突然打算走动一下，看他是怎么走的吧！先是朝一个方向颠簸几步，然后又折转方向再颠簸了几步，如此这般，每走几步就随意折一个方向。每次折转方向都是事先无法加以预计的。为了研究醉鬼的行动规律，盖莫夫教授假想广场上有一个以灯柱脚为原点的直角坐标系。醉鬼所走的第n个分段在两轴上的投影分别为Yn，Yn。于是，走n段后醉鬼与灯

10、柱的距离R满足：R2（x1x2xn）2（y1y2yn）2注意到醉鬼的走路是无规则的，他朝灯柱走和背灯柱走的可能性相等。因此，在X的各个取值中，正负参半。这样，在上式右端的第一项展开中，所有的两两乘积里，总可以找出大致数值相等符号相反，可以互相抵消的一对数来。n的数目越大，这种抵消越彻底。因此，对于很大的n，我们有：（x1x2xn）2x21x22x2nnx2这里x是醉鬼所走各段路程在x轴上投影的均方根值。对y，我们也可以得出同样的结果，即（y1y2yn）2y21y22y2nny2于是R2n（x2y2）后式相当于醉鬼走每段路的平均路程长d，代入可得这就是说，醉鬼在走了许多段不规则的弯曲路程后，距灯

11、柱最可能的距离为各段路程的平均长度，乘以路段数的平方根。注意上面我们是运用了统计规律，对某个醉鬼来说，他走n段路，未必就距离灯柱。但如果有一大群醉鬼，互不干扰地从灯柱出发，颠颠簸簸地各自的弯弯路，那么他们距离灯柱的平均值就接近于。人数越多，这种规律越精确。通过对布朗运动的理论分析，可以看出大量的无序运动中同样也含着相当精确的有规则的结果。这就是偶然中的必然统计规律的本质。布朗运动的意义尽管布朗运动本身并不是分子的运动，但由于它的形成原因是由于分子的撞击所致，所以它能反映分子的运动特征，这就是布朗运动的意义所在。具体地讲：（1）布朗运动的永不停息，说明分子的运动是永不停息的。（2）布朗运动路线的

12、无规则，说明分子的运动是无规则的。（3）温度越高，布朗运动越剧烈，说明分子的规则运动的剧烈程度也与温度有关。在宏观上与温度有关的现象称为热现象。布朗运动和种种特征充分地表明：分子作永不停息的无规则的运动热运动。热、热运动与热现象 “热”是物体内部物质运动的一种形式。请不要小看这么一句简单的话，物理学上对“热”下这么一个科学定义，经历了几代人的探索和研究，这里包括同18世纪初出现的认为热是一种特殊物质热质这种热质论的斗争。直到1744年罗蒙诺索夫在研究了摩擦生热等现象以后，在他的论文“论热与冷的原因”中才提出了热是运动的新的理论。他写道：“大家都知道，热是由运动激发的：两手由于互相摩擦而暖和，燧

13、石擦钢飞出火星，铁在频频用力打击时变成灼热。由此我们得出结论，不必把物体的热当作是某种为了解释热现象而特别规定的微妙的物质的聚集，而应当把热作为是物体内部物质的运动。”罗蒙诺索夫的这段话既深刻又精辟。翻开热学史，可以清楚地看出第一次给热下科学定义的就是这一段话，不愧为是一伟大的创举。到19世纪中，费厄和焦耳用许多论据和实验证明了热是运动形式这个观点。从此，热是物体内部物质的一种运动形式这种说法也就具有了科学的地位，并一直被后人接受和承认。 所谓热运动就是宏观物体内部大量微观粒子（如分子、原子、电子等）的一种连续的混乱的无规则运动，是物质的一种特殊运动形式，它比机械运动要更高级、更复杂。物体的冷

14、热程度完全由大量微观粒子的这种无规则运动的强度所决定。所谓的无规则运动只是指大量微粒中各个单个微粒的运动的径迹表现得杂乱而没有规律。但这并不说明微粒的运动完全没有规律性，事实上，只要微粒数量足够大，这大量微粒无规则运动的总和总是能表现出新的现象和新的规律性，这些规律当然是不能从力学定律导出，而只能用统计方法导出。譬如，就大量分子微粒来说，大量分子热运动的平均平动动能就是一个统计规律，它是表征分子无规则热运动强度最适当的物理量。平均平动动能越高，分子无规则热运动就越剧烈，物体也就越热，温度也就越高。 至于热现象乃指一切与温度有关的物体性质的变化。例如膨胀、收缩、熔解、凝固、蒸发、凝结、扩散等等。

15、 应当指出，一个物体总是由大量微粒（分子）组成的，物体所表现出来的种种热现象应是大量分子热运动共同起作用的结果。只有一个微粒（分子）时，像膨胀、熔解等热现象根本没有意义。因此，单个分子无规则运动决不会产生热现象。 另外，大量分子有规则运动也不能产生热现象。如把物体放在汽车上跟着汽车一起运动，这时每个分子除了无规则的运动外，还获得了和汽车相同的整体运动速度。全体分子的这种整体宏观机械运动并不引起像膨胀、溶解一类的物体性质的任何变化，并没有热现象产生，也就是说物体分子的这种运动并不导致物体温度的改变。但话得说回，分子整体的宏观机械运动倒可以转变成为分子的无规则热运动。例如，把两块冰进行摩擦，由于冰

16、块并不是绝对平滑的，冰块的表面分子之间可以发生各种形式的碰撞，碰撞的结果使许多分子获得了另外方向的混乱的速度，因而把向着摩擦方向的整体运动转变为无规则热运动。运动形式的这种转变就引起冰块变热，逐渐熔解。把分子有规则的运动转变为分子无规则热运动来进行加热的方式是多种多样的，除了摩擦生热以外，通电流也可以使导线发热。在金属导体内的电流是电子在沿着电场反方向整体运动所引起的。但电子不时地碰撞在平衡位置附近振动的原子，把自己的一部分能量传给了原子（实为离子），于是就引起了原子无规则热运动的加强，使得导线发热。燃烧使温度升高，则是因为氧原子与碳原子在结合过程中，把原来一部分分子内部的化学能转化成了分子之

17、间无规则热运动的动能。无规则运动的加强，就引起了温度的升高 以上，我们用了一定的篇幅，对热、热运动和热现象分别作了阐述。可以看出，它们三者之间既有区别又有联系，是三个不同的热学概念。但作为本节的结束，我们还不得不对“热”的概念作一补充说明。在日常生活中，“热”其实是一个具有多种含义的字，即使在物理学中的不同场合下，它也有不同的含义。所以，我们要特别注意从概念上加以区别。以下几种情况下的“热”字就代表了不同的含义。（1）摩擦生热表示机械能转换成为内能，这里的“热”字指的是内能。（2）电烙铁通电以后，很快就热起来了这里的“热”字表示冷热程度，即表示温度升高的意思。（3）热功当量这里的“热”字指的是

18、热量，表示热量与功在改变物体内能数量上具有相当关系。（4）热与工农业生产、日常生活有密切关系这里的“热”字表示的是物质的一切热现象。 除以上四句例子外，生活中还能找到很多例子，这里不再一一列举。希望读者能结合碰到的问题，自行判断“热”字的含义。阿伏加德罗生平意大利物理学家、化学家1776年8月9日生于都灵的一个贵族家庭1792年入都灵大学学习法学，1796年获法学博士，以后从事律师工作18001805年又专门攻读数学和物理学，尔后主要从事物理学、化学研究1803年他发表了第一篇科学论文1809年任韦尔切利学院自然哲学教授1811年被选为都灵科学院院士 阿伏加德罗毕生致力子原子一分子学说的研究，

19、1811年，他发表了题为原子相对质量的测定方法及原子进入化合物时数目之比的测定的论文他以盖吕萨克气体化合体积比实验为基础，进行了合理的假设和推理，首先引人了“分子”概念，并把它与原子概念相区别，指出原子是参加化学反应的最小粒子，分子是能独立存在的最小粒子单质的分子是由相同元素的原子组成的，化合物的分子则由不同元素的原子所组成文中明确指出：“必须承认，气态物质的体积和组成气态物质的简单分子或复合分子的数目之间也存在着非常简单的关系把它们联系起来的一个、甚至是唯一容许的假设，是相同体积中所有气体的分子数目相等”这样就可以使气体的原子量、分子量以及分子组成的测定与物理上、化学上已获得的定律完全一致阿

20、伏加德罗的这一假说，后来被称为阿伏加德罗定律 阿伏加德罗还根据他的这条定律详细研究了测定分子量和原子量的方法，但他的方法长期不为人们所接受，这是由于当时科学界还不能区分分子和原子，分子假说很难被人理解，再加上当时的化学权威们拒绝接受分子假说的观点，致使他的假说默默无闻地被搁置了半个世纪之久，这无疑是科学史上的一大遗憾直到1860年，意大利化学家坎尼扎罗在一次国际化学会议上慷慨陈词，声言他的本国人阿伏加德罗在半个世纪以前已经解决了确定原子量的问题坎尼扎罗以充分的论据、清晰的条理、易懂的方法，很快使大多数化学家相信阿伏加德罗的学说是普遍正确的但这时阿伏加德罗已经在几年前默默地死去了，没能亲眼看到自

21、己学说的胜利 阿伏加德罗是第一个认识到物质由分子组成、分子由原子组成的人他的分子假说奠定了原子分子论的基础，推动了物理学、化学的发展，对近代科学产生了深远的影响他的四卷著作有重量的物体的物理学(18371841年)是第一部关于分子物理学的教程 1856年7月9日阿伏加德罗在都灵逝世纳米材料 诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化他所说的材料就是现在的纳米材料 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为1001

22、02nm它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子二是粒子间的界面前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构 1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉Gleiter在高真空的条件下将粒径为6nm的Fe粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同

23、，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态 在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变纳米相材料跟普通的金属、陶瓷，和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元其常规纳米材料中的基本颗粒直径不到100 nm，包含的原子不到几万个一个直径为3 nm的原子团包含大约900个原子，几乎是英文里

24、一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条300多米长的帆船跟整个地球的比例纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，其相应发展起来的纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域纳米材料的特性1、纳米材料的表面效应纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性2、纳米材料的体积效应由于纳米粒子体积

25、极小，所包含的原子数很少，相应的质量极小因此，许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的久保把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态，并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级，并认为相邻电子能级间距和金属纳米粒子的直径d的关系为： =4EF/3N V-1 1/d3 其中 N为一个金属纳米粒子的总导电电子数，V为纳米粒子的体积；EF为费米能级随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，

26、金属导体将变为绝缘体3、纳米材料的量子尺寸效应当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质，如高的光学非线性，特异的催化和光催化性质等当纳米粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长，超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常如光吸收显著增加，

27、超导相向正常相转变，金属熔点降低，增强微波吸收等利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐型飞机等由于纳米粒子细化，晶界数量大幅度的增加，可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高其结构颗粒对光，机械应力和电的反应完全不同于微米或毫米级的结构颗粒，使得纳米材料在宏观上显示出许多奇妙的特性，例如：纳米相铜强度比普通铜高5倍；纳米相陶瓷是摔不碎的，这与大颗粒组成的普通陶瓷完全不一样纳米材料从根本上改变了材料的结构，可望得到诸如高强度金属和合金、塑性陶瓷、金属间化合物以及性能特异的原子规模复合材料等新一代材料，为克服材

28、料科学研究领域中长期未能解决的问题开拓了新的途径摘自几种典型的纳米材料 按照材料的形态，可将其分四种：纳米颗粒型材料、纳米固体材料、纳米膜材料、纳米磁性液体材料 。 纳米颗粒型材料：应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂，利用甚高的比表面积与活性可以显著地提高催化效率，例如，以粒径小于03微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。随着

29、社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达41064107位/厘米（107108位/英寸），即每厘米可记录4百万至4千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密度、低噪音和高信噪比等优点。超细的银粉、镍粉轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极，可以增大与液体或气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于电池的小型化。超微颗粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器。例如，超微镍颗粒所制成的微孔过滤器平均孔径可达10纳米，从而可用于气体同

30、位素、混合稀有气体、有机化合物的分离和浓缩，也可用于发酵、医药和生物技术中。磁性超细微粒作为药剂的载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，利于提高药效，这方面的研究国内外均在积极地进行。采用超微金颗粒制成金溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。如将金溶胶妊娠试剂加入孕妇尿中，未妊娠呈无色，妊娠则呈显著红色，仅用05克金即可制备1万毫升的金溶胶，可测1万人次，其判断结果清晰可靠。有一种超微颗粒乳剂载体，极易和游散于人体内的癌细胞溶合，若用它来包裹抗癌药物，可望制成克癌导弹。在化学纤维制造工序中掺入铜、镍等超微金属颗粒，可以合成导电性的纤维，从而制成防电磁辐射的纤维制品或

31、电热纤维，亦可与橡胶、塑料合成导电复合体。1991年春的海湾战争，美国执行空袭任务的F117A型隐身战斗机，其机身外表所包覆的红外与微波隐身材料中亦包含有多种超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力。在火箭发射的固体燃料推进剂中添加l重量比的超微铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可增加l倍。此外，超细、高纯陶瓷超微颗粒是精密陶瓷必需的原料。因此超微颗粒在国防、国民经济各领域均有广泛的应用。纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立方厘米

32、将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高10141016倍，从而使得纳米材料具有高韧性。通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点，但又具有脆性和难以加工等缺点，纳米陶瓷在一定的程度上却可增加韧性，改善脆性。如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级，又将恢复通常陶瓷的特性，因此可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与轧制加工，随后进行热处理，使其转变为通常陶瓷，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐蚀性。电子陶瓷发展的趋势是超薄型（厚度仅为见微米），为了保证均质性，组成的粒子直径应为厚度的1左右，因此需用超微颗粒为原材料。随着集成电路、微型组件与大功率半导

33、体器件的迅速发展，对高热导率的陶瓷基片的需求量日益增长，高热导率的陶瓷材料有金刚石、碳化硅、氮化铝等，用超微氮化铝所制成的致密烧结体的导热系数为100220瓦/（K米），较通常产品高2 555倍。用超微颗粒制成的精细陶瓷有可能用于陶瓷绝热涡轮复合发动机，陶瓷涡轮机，耐高温、耐腐蚀轴承及滚球等。复合纳米固体材料亦是一个重要的应用领域。例如含有20超微钻颗粒的金属陶瓷是火箭喷气口的耐高温材料；金属铝中含进少量的陶瓷超微颗粒，可制成重量轻、强度高、韧性好、耐热性强的新型结构材料。超微颗粒亦有可能作为渐变（梯度）功能材料的原材料。例如，材料的耐高温表面为陶瓷，与冷却系统相接触的一面为导热性好的金属，其

34、间为陶瓷与金属的复合体，使其间的成分缓慢连续地发生变化，这种材料可用于温差达1000C的航天飞机隔热材料、核聚变反应堆的结构材料。渐变功能材料是近年来发展起来的新型材料，预期在医学生物上可制成具有生物活性的人造牙齿、人遗骨。人造器官，可制成复合的电磁功能材料、光学材料等。颗粒膜材料：颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜，通常选用两种在高温互不相溶的组元制成复合靶材，在基片上生成复合膜，当两组份的比例大致相当时。就生成迷阵状的复合膜，因此改变原始靶材中两种组份的比例可以很方便地改变颗粒膜中的颗粒大小与形态，从而控制膜的特性。对金属与非金属复合膜，改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型

35、转变为绝缘体。颗粒膜材料有诸多应用。例如作为光的传感器，金颗粒膜从可见光到红外光的范围内，光的吸收效率与波长的依赖性甚小，从而可作为红外线传感元件。铬一三氧化二铬颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，可以有效地将太阳光转变为热能；硅、磷、硼颗粒膜可以有效地将太阳能转变为电能；氧化锡颗粒膜可制成气体一湿度多功能传感器，通过改变工作温度，可以用同一种膜有选择地检测多种气体。颗粒膜传感器的优点是高灵敏度、高响应速度、高精度、低能耗和小型化，通常用作传感器的股重量仅为05微克，因此单位成本很低。超微颗粒虽有众多优点，但在工业上尚未形成较大的规模，其主要原因是价格较高，两颗粒膜的应用则不受价格因素的影响，这是

36、超微颗粒实用化的很重要方向。纳米磁性液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采用铁氧体微颗粒制成，它的饱和磁化强度大致上低于04特。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体，其饱和磁化强度可比前者高4倍。国外磁性液体已商品化，美、日、英等国均有磁性液体公司，供应各种用途的磁性液体及其器件。磁性液体的用途十分广泛。（1）旋转轴动态密封旋转轴转动部分的动态密封一直是工程界较为困难的课题。磁性液体用于旋转轴的动态密封是较为理想的一种方式。用环状的静磁

37、场将磁性液体约束于被密封的转动部分，形成液体的O环，可以进行真空、加压、封水、封油等情况下的动态密封，目前已广泛用于机械、电子、仪器、宇航、化工、船舶等领域，如计算机硬盘转轴处的防尘密封，单晶炉转轴处的真空密封及X光机转靶部分的密封等。（2）提高扬声器输出功率为了增进扬声器中青圈的散热，可在音圈部分填充磁性液体，由于液体的导热系数比空气高56倍，从而使得在相同结构的情况下，使扬声器的输出功率增加1倍。（3）各种阻尼器件如在步进电机中滴加磁性液体，就可阻尼步进电机的余振，使步进电机平滑地转动。用磁性液体所构成的减震器可以消除极低频率的振动。（4）分离不同比重的非磁性金属与矿物物体在磁性液体中的浮

38、力是随着磁性液体的磁化状态而改变的，因此可采用一梯度磁场，控制磁场的强弱就可以分离不同比重的非磁性金属与矿物。磁性液体的可能应用面十分广，如射流印刷用的磁性墨水、超声波发生器、X射线造影剂（代替钡剂）、磁控阀门、磁性液体研磨、磁性液体的光学与微波器件、磁性显示器、火箭和飞行器用的加速计、磁性液体发电机、定位润滑剂等。（3）各种阻尼器件如在步进电机中滴加磁性液体，就可阻尼步进电机的余振，使步进电机平滑地转动。用磁性液体所构成的减震器可以消除极低频率的振动。（4）分离不同比重的非磁性金属与矿物物体在磁性液体中的浮力是随着磁性液体的磁化状态而改变的，因此可采用一梯度磁场，控制磁场的强弱就可以分离不同

39、比重的非磁性金属与矿物。磁性液体的可能应用面十分广，如射流印刷用的磁性墨水、超声波发生器、X射线造影剂（代替钡剂）、磁控阀门、磁性液体研磨、磁性液体的光学与微波器件、磁性显示器、火箭和飞行器用的加速计、磁性液体发电机、定位润滑剂等。 纳米材料的用途纳米材料的用途很广，主要用途有：医药使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。

40、家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。环境保护环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。纺织工业在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防

41、工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。机械工业采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。(光明日报)纳米技术在陶瓷领域方面的应用陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制随着纳米技术的广泛应用，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英国材料学家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径所谓纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺

42、陷尺寸等都是在纳米量级的水平上要制备纳米陶瓷，这就需要解决：粉体尺寸形貌和粒径分布的控制，团聚体的控制和分散块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成，则能够在低温下变为延性的，能够发生100%的范性形变并且发现，纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在180经受弯曲而不产生裂纹许多专家认为，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，从而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的纳米陶瓷，则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点上海硅酸盐研究所在纳米陶瓷的制备方面起步较早，他们研究发现，纳米3Y-TZ

43、P陶瓷(100nm左右)在经室温循环拉伸试验后，在纳米3Y-TZP样品的断口区域发生了局部超塑性形变，形变量高达380%，并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线 Tatsuki等人对制得的Al2O3-SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验，结果发现伴随晶界的滑移，Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中，从而增强了晶界滑动的阻力，也即提高了Al2O3-SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其优良的室温和高温力学性能、抗弯强度、断裂韧性，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等诸多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下

44、起着其他材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景摘自纳米技术在微电子学上的应用纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其主要思想是基于纳米粒子的量子效应来设计并制备纳米量子器件，它包括纳米有序（无序）阵列体系、纳米微粒与微孔固体组装体系、纳米超结构组装体系纳米电子学的最终目标是将集成电路进一步减小，研制出由单原子或单分子构成的在室温能使用的各种器件目前，利用纳米电子学已经研制成功各种纳米器件单电子晶体管，红、绿、蓝三基色可调谐的纳米发光二极管以及利用纳米丝、巨磁阻效应制成的超微磁场探测器已经问世并且，具有奇特性能的碳纳米管的研制成功，为纳米电子学的发展起到了关键的作用碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成

45、，径向尺层控制在100nm以下电子在碳纳米管的运动在径向上受到限制，表现出典型的量子限制效应，而在轴向上则不受任何限制以碳纳米管为模子来制备一维半导体量子材料，并不是凭空设想，清华大学的范守善教授利用碳纳米管，将气相反应限制在纳米管内进行，从而生长出半导体纳米线他们将Si-SiO2混合粉体置于石英管中的坩埚底部，加热并通入N2SiO2气体与N2在碳纳米管中反应生长出Si3N4纳米线，其径向尺寸为440nm另外，在1997年，他们还制备出了GaN纳米线1998年该科研组与美国斯坦福大学合作，在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长，它将大大推进碳纳米管在场发射平面显示方面的应用其独特的电

46、学性能使碳纳米管可用于大规模集成电路，超导线材等领域早在1989年，IBM公司的科学家就已经利用隧道扫描显微镜上的探针，成功地移动了氙原子，并利用它拼成了IBM三个字母日本的Hitachi公司成功研制出单个电子晶体管，它通过控制单个电子运动状态完成特定功能，即一个电子就是一个具有多功能的器件另外，日本的NEC研究所已经拥有制作100nm以下的精细量子线结构技术，并在GaAs衬底上，成功制作了具有开关功能的量子点阵列目前，美国已研制成功尺寸只有4nm具有开关特性的纳米器件，由激光驱动，并且开、关速度很快美国威斯康星大学已制造出可容纳单个电子的量子点在一个针尖上可容纳这样的量子点几十亿个利用量子点

47、可制成体积小、耗能少的单电子器件，在微电子和光电子领域将获得广泛应用此外，若能将几十亿个量子点连结起来，每个量子点的功能相当于大脑中的神经细胞，再结合MEMS（微电子机械系统）方法，它将为研制智能型微型电脑带来希望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，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为对世纪信息时代的核心摘自纳米技术简介 纳米技术包含下列四个主要方面 第一方面是纳米材料(或称超微粒子，尺度小于100nm的粒子)，包括材料的制备和表征在纳米尺度下，物质中电子的波动性以及原子的相互作用将受到尺寸大小的

48、影响如能得到纳米尺度的结构，就可能在不改变物质化学成分的情况下控制材料的基本性质，如熔点、磁性、电容甚至颜色等纳米材料具有异乎寻常的性能用超微粒子烧成的陶瓷，硬度可以更高，但不脆裂；无机超微粒子加入到橡胶中后，将粘在聚合物分子的端点上，由此做成的轮胎将大大减少磨损、延长寿命 第二方面是纳米动力学(nanodynamics)，主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统(MEMS)这主要用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等. MEMS用的是一种类似于集成电路设计和制造的新工艺特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数百微米，而宽度误差只允许万分之一，这种工

49、艺还可用于制作转子直径为400m的三相电动机，用空气作轴承，转速可达106radminl07radmin，调向时间小于1s，用于超快速离心机或陀螺仪等这方面的研究还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等虽然此研究目前尚未真正进人纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值 第三方面是纳米生物学和纳米药物学有了纳米技术，可以研究生物分子之间的相互作用，研究磷脂、脂肪酸双层平面生物膜和DNA的精细结构等，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件构成新的材料新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水，但如粒子为纳米尺度(即超微粒子)，则可溶于水 第四方面是纳米电子学(nanoelectron

50、ics)，包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光性质与电性质、纳米电子材料的表征以及原子操纵和原子组装等 当前电子技术的发展趋势要求器件和系统更小、更快、更冷“更小”是指器件和电路的尺寸更小，对集成电路来说就是集成度更高；“更快”是指响应速度更快；“更冷”是指单个器件的功耗要更小，否则很多器件堆积在一起时，既耗能源，又造成温升但是，“更小”并非没有限度以硅集成电路而言，国际上目前已做出的最小线宽是0.13m(130 nm)线宽如果小于0.1m(100 nm)，则量子效应就要显现出来，常用的电路设计方法就不再适用，常用技术也可能会很快达到它们的极限，因此需要迅速更新这就形成了一个被称为“纳

51、米电子器件”的新领域 所有的纳米电子器件都将具有更小、更快、更冷的特点可能的早期突破，是在超高密度存贮器、超灵敏传感器、医疗诊断用元件、数码信息的高速输入和输出以及平板显示器用的微小电子源阵列等方面中期目标则为1012位存贮器及1012次秒的运算器、共振隧道器件以及实时语音识别系统、自主决策系统、虚拟实感训练系统等 解决纳米电子器件的思路目前可分为两种类型一种是制备最小线宽为50 nm左右的集成电路，大体上仍延用目前的基本设计制造和测试的思想，但完全不能使用目前常用的光刻、搀杂等集成电路工艺在材料方面也要进行新的准备，除了需要半导体作为功能材料外，还需要纳米尺寸的导体和介质，细分之要有高阻、低

52、阻，高介电常数、低介电常数，高反射率、低反射率等等区别它们大多也不能用常规的方法制备 另一种是与经典集成电路完全不同的、利用量子效应构成的全新的量子结构系统(简称“量子器件”)目前已在试验各种可能的器件模式，如量子点(零维)、量子线(一维)、量子阱(二维)、单电子晶体管、单原子开关等所用的技术除在线实时控制的分子束外廷(MBE)外，还包括纳米级的刻蚀技术、掺杂元素的定位技术以及寻找更高结构分辨率的成像和分析技术以上两种方案，都需要用扫描隧道显微镜作为观察和加工的工具 (3)纳米技术的应用前景 纳米技术不纯粹是材料科学的问题，获益的也不仅仅局限在材料科学方面，下列各个领域将因纳米技术的发展而得益

53、 电子和通讯： 如用纳米薄层和纳米点记录的全媒体存储器、平板显示器和其他全频道通讯工程和计算机用的器件等对此，美国军方提出的初期指标是：在室温下，比现有的器件运算速度快10100倍，信息存贮密度大5100倍，能耗小50倍将来则要求存贮密度和运算速度都要比现在大或快36个数量级，且廉价而节能 纳米医疗：如新的纳米结构药物、基因和药物的传送系统(可到达身体的指定部位)、有生物相容性的器官和血液代用品、家用早期病情自诊系统、生物传感器、骨头和组织的自生长材料 化学和材料：如催化剂(提高化工厂燃烧效率，减少汽车的污染)、超硬但不脆裂的钻头及切削工具、用于真空封接和润滑的智能磁性液体、化学或生物载体的探

54、测器和解毒剂等 能源：这方面的应用有新型电他、使用人工光合作用的清洁能源、量子阱式太阳能电池、氢燃料的安全贮存等等 制造工业：主要用于微细加工(基于新的显微镜和测量仪器)、新的操纵原子的工具和方法、掺有纳米粒子的块状材料和使用纳米粒子的化学、机械磨削等 飞机和汽车：如由纳米粒子加强的轻质材料、由纳米粒子加强的轮胎(耐磨且可直接再生)、无须洗涤的外壳油漆、廉价的不燃塑料以及有自修补功能的涂层和纤维等 航天：如轻型航天器、经济的能量发生器和控制器以及微型机器人等方面的应用 环境保护：主要用于工业废料污水处理、制备廉价的海水除盐膜等特别指出，“从原子和分子做起的”由小变大（bottom-up）的工艺

55、（与现有从大块材料开始的制造工艺不同）因无切削、无化学处理，可以减少材料消耗和环境污染纳米技术在分子组装方面的应用纳米技术的发展，大致经历了以下几个发展阶段：在实验室探索用各种手段制备各种纳米微粒，合成块体研究评估表征的方法，并探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能利用纳米材料已挖掘出来的奇特的物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料目前主要是进行纳米组装体系、人工组装合成纳米结构材料的研究虽然已经取得了许多重要成果，但纳米级微粒的尺寸大小及均匀程度的控制仍然是一大难关如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利

56、用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段科学家们设想能够设计出一种在纳米量级上尺寸一定的模型，使纳米颗粒能在该模型内生成并稳定存在，则可以控制纳米粒子的尺寸大小并防止团聚的发生1992年，Kresge等首次采用介孔氧化硅材料为基，利用液晶模板技术，在纳米尺度上实现有机无机离子的自组装反应其特点是孔道大小均匀，孔径可以在510nm内连续可调，具有很高的比表面积和较好的热稳定性使其在分子催化、吸附与分离等过程，展示了广阔的应用前景同时，这类材料在较大范围内可连续调节其纳米孔道结构，可以作为纳米粒子的微型反应容器Wagner等利用四硫富瓦烯的独特的

57、氧化还原能力，通过自组装方式合成了具有电荷传递功能的配合物分子梭，具有开关功能Attard等利用液晶作为稳定的预组织模板，利用表面活性剂对水解缩聚反应过程和溶胶表面进行控制，合成了六角液晶状微孔SiO2材料Schmid等利用特定的配位体，成功地制备出均匀分布的由55个Au原子组成的金纳米粒子据理论预测，如果以这种金纳米粒子做成分子器件，其分子开关的密度将会比一般半导体提高105106倍1996年，IBM公司利用分子组装技术，研制出了世界上最小的“纳米算盘”，该算盘的算珠由球状的C60分子构成美国佐治亚理工学院的研究人员利用纳米碳管制成了一种崭新的“纳米秤”，能够称出一个石墨微粒的重量，并预言该

58、秤可以用来称取病毒的重量李彦等以六方液晶为模板合成了CdS纳米线，该纳米线生长在表面活性剂分子形成的六方堆积的空隙水相内，呈平行排列,直径约15nm利用有机表面活性剂作为几何构型模板剂，通过有机/无机离子间的静电作用，在分子水平上进行自组装合成，并形成规则的纳米异质复合结构，是实现对材料进行裁减的有效途径 摘自纳米技术：21世纪的科技新星访牛津大学纳米材料专家保尔华伦纳米技术是一门高新技术，它对21世纪材料科学和微行器件技术的发展具有重要影响。为了解纳米技术的发展状况，记者走访了英国牛津大学材料系纳米材料专家保尔华伦博士。 华伦说，纳米技术是当前全球都在谈论的热门话题。所谓纳米技术，是指用数千

59、个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。牛津大学材料系目前研究的纳米技术项目有40多个，其中主要的有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量子点线等。 据华伦介绍，超细薄膜的厚度通常只有1纳米5纳米，甚至会做成1个分子或1个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物，具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜，是制造高密度磁盘的基本材料。碳纳米管是由碳60分子经加工形成的一种直径只有几纳米的

60、微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比，碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导体、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景，因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的柔韧性和可加工性。 华伦说，纳米技术在现代科技和工业领域有着广泛的应用前景。比如，在信息技术领域，据估计，再有10年左右的时间，现在普遍使用的数据处理和存储技术将

61、达到最终极限。为获得更强大的信息处理能力，人们正在开发DNA计算机和量子计算机，而制造这两种计算机都需要有控制单个分子和原子的技术能力。 华伦说，传感器是纳米技术应用的一个重要领域。随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。比如，将微型传感器装在包装箱内，可通过全球定位系统，可对贵重物品的运输过程实施跟踪监督；将微型传感器装在汽车轮胎中，可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司机轮胎何时需要更换或充气；还有些可承受恶劣环境的微型传感器可放在发动机汽缸内，对发动机的工作性能进行监视。在食品工业领域，这种微型传感器可用来监测食物是否变质，比如把它安装在酒瓶盖上就可

62、判断酒的状况等。 在医药技术领域，纳米技术也有着广泛的应用前景。如用纳米技术制造的微型机器人，可让它安全地进入人体内对健康状况进行检测，必要时还可用它直接进行治疗；用纳米技术制造的“芯片实验室”可对血液和病毒进行检测，几分钟即可获得检测结果；科学家还可以用纳米材料开发出一种新型药物输送系统，这种输送系统是由一种内含药物的纳米球组成的，这种纳米球外面有一种保护性涂层，可在血液中循环而不会受到人体免疫系统的攻击，如果使其具备识别癌细胞的能力，它就可直接将药物送到癌变部位，而不会对健康组织造成损害。 除此之外，纳米技术在工业制造、国防建设、环境监测、光学器件和平面显示系统等领域也有广泛的用途，对21

63、世纪的科技发展具有重要作用。 为了让我对纳米技术有一个较全面的印象，华伦博士带我参观了纳米材料实验室。由于纳米材料的结构很小，在自然光下肉眼无法看到，所以需要借助显微镜来观察和操作。走进实验室，首先看到的是一台被称作“纳米刀”的仪器。参观时，研究人员正在用它在一个电子器件材料表面上切削亚微米方型小孔，以便对该器件的材料构成进行分析。在另一个室验室摆放着多台透射电子显微镜，一位研究人员正在用它研究磁性薄膜的内部结构。接下来参观的是一台原子探针场离子显微镜，利用这台仪器，可通过移动一个个原子并形成三维图像，对材料结构进行分析。在另一个实验室，研究人员正在用一台扫描探针显微镜在一个平面上观察和操作单个原子，并直接测量原子间的作用力。特别值得一提的是，牛津大学不仅科研基础雄厚，在仪器制造上也有很强的实力。这里的许多仪器，都是他们自己研制的，有些处于世界领先水平。 近年来，为实现纳米技术的产业化，牛津大学在加强基础研究的同时，还十分重视科研成果的转化工作。今年6月，他们新建了一个以材料科学为主的科学园。在科学园