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第 二 章 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义
这 个 研 究 的 第 一 个 项 任 务 就 是 定 义 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 含 义 。 然 而 , 纳 米 技 术
(nanotechnology) 一 词 包 含 了 太 多 的 工 具 , 技 术 和 潜 在 的 应 用 , 我 们 觉 得 用 纳 米 技 术 类
(nanotechnologies) 来 表 述 更 合 适 。 我 们 的 定 义 或 表 述 是 通 过 与 科 学 家 、 工 程 师 的 讨 论 并
汇 总 研 究 网 站 收 到 的 评 论 给 出 的 。
虽 然 在 “ 纳 米 科 学 ” 和 “ 纳 米 技 术 ” 并 没 有 非 常 明 确 的 区 别 , 但 在 我 们 的 报 告 中 , 我 们 还
是 限 定 了 它 们 的 区 别 , 具 体 如 下 :
图 框 2.1 纳 米 科 学 和 纳 米 技 术 的 定 义
纳 米 科 学 : 关 于 在 原 子 、 分 子 和 巨 分 子 尺 度 上 , 研 究 材 料 的 现 象 和 改 造 的 科 学 。 在 这
些 尺 寸 范 围 、 物 质 性 质 与 更 大 尺 寸 时 相 比 有 很 大 不 同 。
纳 米 技 术 : 与 在 纳 米 尺 度 上 的 设 计 、 表 征 、 结 构 的 制 造 和 应 用 , 可 控 制 形 状 和 尺 寸 的
装 置 和 系 统 相 关 的 研 究 。
纳 米 的 “ 纳 ” 是 来 自 古 希 腊 的 “ 侏 儒 ” 一 词 , 一 个 纳 米 (nm) 是 十 亿 分 之 一 米 , 一 根
人 发 约 为 80000 纳 米 宽 , 而 一 个 红 血 细 胞 约 为 7000 纳 米 宽 。 图 2.1 显 示 了 纳 米 与 其 它 长
度 单 位 的 关 系 。 原 子 的 尺 寸 小 于 纳 米 , 而 许 多 分 子 和 蛋 白 质 的 大 小 都 是 在 大 于 或 等 于 一 个
纳 米 的 范 围 内 。
纳 米 技 术 类 的 概 念 , 最 先 是 由 物 理 学 家 理 查 德 费 曼 (Richard Feynman) 在 1959 年 给
出 的 。 费 曼 探 索 了 在 单 个 原 子 和 单 个 分 子 的 尺 度 上 改 造 材 料 的 可 能 性 , 勾 画 了 整 个 大 英 百
科 全 书 能 被 写 在 一 个 针 尖 上 的 图 像 , 并 预 言 了 在 纳 米 尺 度 上 将 大 大 增 强 对 物 质 的 检 测 和 控
制 能 力 。
直 到 1974 年 “ 纳 米 技 术 ” 一 词 才 被 使 用 。 这 是 因 为 一 位 日 本 东 京 大 学 的 研 究 者 (Norio
Taniguchi) 在 1974 年 用 “ 纳 米 技 术 ” 描 述 了 在 纳 米 尺 度 上 精 确 加 工 材 料 的 能 力 。 此 外 ,
这 个 词 汇 的 使 用 与 电 子 工 业 的 发 展 有 关 , 因 此 时 对 在 芯 片 上 能 制 造 更 小 的 电 子 器 件 及 制 造
工 具 提 出 了 新 的 要 求 , 如 在 70 年 代 早 期 , 美 国 的 IBM 公 司 已 经 使 用 了 一 种 电 子 束 蚀 刻 技
术 来 制 造 40-70 纳 米 的 纳 米 结 构 和 器 件 。
人 们 之 所 以 对 纳 米 尺 度 ( 我 们 定 义 它 从 100nm 到 原 子 大 小 ( 约 0.2nm)) 感 兴 趣 , 是
因 为 材 料 的 特 性 在 这 个 或 者 更 小 尺 度 上 与 大 尺 度 上 有 很 大 的 不 同 。 纳 米 尺 度 下 的 材 料 特 性
变 化 是 由 于 两 个 原 因 。 第 一 是 因 为 纳 米 材 料 具 有 较 大 的 比 表 面 积 , 能 使 它 的 化 学 反 应 更 容
易 进 行 并 能 影 响 它 的 强 度 和 电 特 性 。 第 二 是 由 于 量 子 效 应 在 纳 米 尺 度 上 开 始 对 物 质 的 性 质
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