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纳米技术对人有什么好处?

写少点....

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2008-05-12

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楼主要求的是少写点,而不是多抄点…… 简单说吧,纳米技术是一种高新技术,很多原理方面的东西,现在也不是都很清楚,笼统地说,很多物质在纳米级别会有一些特殊性质被展现出来,这源于量子力学在起作用 就对我们生活的影响而言,主要是在材料方面,纳米技术将材料的强度、硬度、韧性、耐热性以及导电性等方面提高到一个前所未有的高度,你可以想象一下,这可以对我们的生活造成多大的影响

2008-05-05

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    奈米科技(英文:Nanotechnology)是一門?每?W,其目的在於研究於奈米尺寸?r,物質和設?涞脑O?方法、組成、特性以及?谩D蚊卓萍际窃S多如生物、物理、化?W…等科?W領域在技術上的次?分?,美??夷蚊卓萍??佑???(National Nanotechnology Initiative)?⑵涠x?椤?至100奈米尺寸間的物體,其中能有重大?玫莫?特現象的了解與操縱。
    」 奈米科技是尖端科技,?s早就存在身旁。舉例?碚f,就是?花表面的出污泥而不染的特性。?花表面的?緻結??和粗糙度大小都在奈米尺度的範??龋圆灰孜轿勰嗷?m。
  ?花的出污泥而不染是自然天成,這比人?的任何清??技術?高明。這種?花表面奈米化結??,自我清??的物理現象,就被稱作?花效??lotus effect)。   奈米科技是?W?奈米尺度下的現象以及物質的掌控,尤其是現存科技在奈米?r的延伸。
  奈米科技的世界?樵印⒎肿印⒏叻肿印⒘孔狱c和高分子集合,?K且被表面效?瓶兀绶兜峦叨沽Α?滏I、?荷、離子鍵、共?r鍵、疏水性、親水性和量子穿隧效?龋?T性和湍流等巨觀效??t小得可以被忽略掉。
    舉??例子,?表面積?w積的比例?×业卦龃?r,開起了如催化?W等以表面?橹鞯目?W新的可能性。 微小性的持續探究以使得新的工具誕生,如原子力顯微鏡和?呙杷淼里@微鏡等。
  結合如?子束微影之?的精確程序,這些設??⑹刮??可以精密地運作?K生成奈米結??。  奈米材質,不?是由上至下製成(??K材縮至奈米尺度,主要方法是??K材開始通過切割、蝕刻、研磨等辦法得到盡可能小的形狀(比如超精度加工,難度在於得到的微小結??必?精確)。
  或由下至上製成(由一顆顆原子或分子?斫M成較大的結??,主要辦法有化?W合成,自組裝(self assembly)和定點組裝(positional assembly)。  難度在於宏觀上要達到高效?定的質量,都不只是進一步的微小化而已。
  物體?入?子的能量量子化也開始?Σ馁|的性質有影?,稱?榱孔映叨刃?枋鑫镔|?入?子在尺度??p後的物理性質。這一效?皇且?槌叨扔删抻^?成微觀而產生的,但它確??在奈米尺度?r?琢撕苤匾牡匚弧N镔|在奈米尺度?r,?退??在巨觀?r有很大的不同,例如:不透明的物質??成透明的(銅)、惰性的物質?成可以?催化??白金)、?定的物質?得易燃(鋁)、固體在室?叵伦?成了液體(金)、絕?體?成了?w(矽)。
     奈米科技的神奇?碜造镀湓谀蚊壮叨认滤?碛械牧孔雍捅砻娆F象,?K因此可能可以有許多重要的?煤脱u造許多有趣的材質。 ?眉夹g 一、奈米結晶材料(nanocrystalline materials) ?物質的微結??微小化?r,表面原子與?炔坎牧显拥???当壤@著上升,界面之原子行??ξ镔|性質便有?Q定性影?。
    例如奈米金?俳Y晶顆粒,展現出較佳之??度、硬度、磁特性、表面催化性等;而具奈米結晶之陶瓷材料相較於一般陶瓷材料,?t具較高之延展性、較不易脆裂之特性。 奈米結晶金?儆伸镀??度之增加,相?大之??C?陟镀??I、航太?I、建築?I等之結??材料,例如Toyota汽?已使用新型奈米結晶?材於其汽?產品上[?碓凑?求];這方面之?茫蚊籽}合材料是另一??者,但於某些用途上,如汽?引擎,奈米結晶金?俨牧先员S衅??越性。
     奈米結晶材料薄膜可提高表面之硬度、降低磨擦、提高耐?嵝浴⒛突?W腐蝕性等,可?渺镀?、航空?I等之?C械系統。在生物醫?W方面,奈米結晶銀有抗菌作用,而奈米結晶??t可?渺度斯りP?。
   二、奈米粉體(nanoparticles):奈米粉體是奈米材料中種?最繁多且?米?V泛之一?。  最常?的陶瓷奈米粉體(ceramic nanoparticles)可再分?槎?: (一)金?傺趸锶鏣iO2, ZnO等 (二)矽酸鹽?,通常?槟蚊壮叨戎ね帘∑? 奈米粉體的製程,包括固相?C械研磨法、液相沉?辗ā⑷苣z-凝膠法、化?W?庀喑练e法等,不同之方法各有其??缺點及適用範?4送猓蚊追垠w之表面覆膜與修?,亦常是?Ψ垠w後段?帽匾奶?理步驟。
    如高?舛菴O?Q化觸媒-Au/TiO2,即?ⅰ?0nm的金均?蚍?言赥iO2載體上,以發?]其?Q化功能,其中TiO2載體?槿苣z-凝膠法製得之奈米孔隙材料,以具?淠蚊壮叽缈臻g容納金奈米顆粒。
   (一)複合材料:奈米粉體最大之?弥唬陟赌蚊赘叻肿友}合材料之開發。  由於?o?C分散相表面積與高分子間之作用力,使複合材料之??性大幅提升,透?庑浴?崤蛎?性下降,耐化?W腐蝕,及保有透明性等之??點,可?V泛?渺兑话忝裆?I,如家?器材、汽?零組件、?送?Ч艿饶湍ソY??材料上;在包裝材料上之?茫绫ur膜、?料瓶,?t可利用其耐?嵝浴⒏咦?庑约巴该鞯??點。
    Caly/Nylon之複合材料,由於分散均?颍灰砑?~4%,即可?ylon之熔點??0℃提升至150℃,且加工性非常良好[?碓凑?求]。 (二)?T?眩耗蚊追垠w?T?丫咴??表面硬度、抗磨、透明等特性,已?渺督ú募疤?眼鏡鏡片上,Kodak正發展以奈米粉體?T?蜒u造防刮之x-ray底片。
    此外,亦有利用奈米粉體?T?压?W、耐腐蝕、絕?崽匦灾?瞄_發。磁性奈米粉體?T??t可?渺顿Y料?Υ娣矫鎇?碓凑?求]。 (三)醫?W與?物:?表面修?之奈米粉體可?渺端?物?送、奈米銀微粒具有抗菌功效、氧化鋅?t具?Ⅻq作用。
  TiO2與ZnO?V吸收有相?好之功效,可?渺斗?裼偷让廊莓a品[?碓凑?求]。   (四)其他:奈米粉體之高表面積,可利用工?I上之催化反?挥渺度剂想?池上,可增加其反?俾剩岣咝堋4送猓蚊最?料的開發、使用金?倌蚊追垠w印製?子?路、及磁性奈米粉體於半?w與醫?W核磁共振影像上之使用,均?槟蚊追垠w之??C?㘚?碓凑?求]。
   三、奈米孔隙材料(nanoporous materials) 此?材料指孔隙尺寸小於100 nm之多孔隙材料,包括自然界中早已存在之生物膜與沸石,其高表面積(通常高達~102m2/g),使之具高催化及吸附效?D蚊卓紫恫牧峡捎扇苣z-凝膠法、微影蝕刻、離子束等方法製得;奈米孔隙薄膜??膜?理,可得奈米?管結??。
    ?D三外觀?橐皇院珹l之矽氧化物載體,?群?凳锌展?剑鋚ore size約3nm,可用?硌u作超高??力PE聚合物(如?D中絲狀物)。 奈米孔隙材料可用開發改良催化??渺妒?I等。
  利用孔隙結??,在薄膜過?V系統?化/分離、?物?送植入裝置、及基因定序、醫?W?z?y等,奈米孔隙材料均有相?大之???能。  ?饽z?橘|輕之良好絕?岵牧希荒蚊卓紫侗∧た勺?榘?w?I中之低介?材料;奈米多孔矽特殊的發光性質,可作?楣?B雷射之材料;奈米多孔碳?t具高?容特性,可?渺度缡痔犭?腦、行?与??,乃至??榆?等?池之開發。
   四、奈米纖維與奈米纜?(nanofibers, nanowires) 奈米纖維在此指相?^短之纖維,包括碳纖絲(carbon fibrils)、人造高分子纖維、及氧化鋁纖維等;??(electrospinning)是製造人造高分子奈米纖維之方法,可結合奈米微粒或奈米管等材料於纖維中。
    工研院化?W工?I研究所正開發之??奈米纖維,其尺度約?槿梭?的1/100。 奈米纜??t?A向??o?C材質,包括金?佟?w(如矽、鍺)、及一些有?C高分子,主要?渺峨?子工程。
  其製造主要有三??方式: (一)微影蝕刻或拓印。 (二)化?W成長。 (三)自組裝成長。   奈米纜?之?子?鬟f行??K不遵循古典??W,例如其?阻?橐欢ㄖ?K不隨長度改?;?渺督??複雜之?路系統?r,?挑?鹬щy點在於纜?間之連結性。
   奈米纖維可用於複合材料與表面?T?眩_補??作用。Hyperion Catalysis International正開發利用奈米碳纖絲,製造?щ?塑膠及薄膜,可?迷谄?之[靜??T料]]或?器設?渲o?消除;與?鹘y?щ?塑膠材料比較,達同??щ?效果所?添加之碳纖絲量較低,且材料表面亦較平滑[?碓凑?求]。
     ??奈米纖維具??度提升與高表面積等特性,適合作?槟蚊追垠w於催化?蒙现?病D蚊桌w維可製成抗化?W品、防水透?狻⒎牢鄣忍厥庑阅懿剂希诩??服裝?I上有?V大的市?觯籒ano-Tex公司已有開發之商?I化產品??世。
  奈米纖維可用?檫^?V材料及醫?W組?工程之支架材料;在?物?送之媒介、感?y器、奈米??C等領域,亦具???力;此外,利用其高表面積,可用以開發可?鲜焦夥啬て?K進一步製成可穿戴之太?能?池。
     奈米纜?於化?W與生物感?y器上之?茫深A期近期商?I化產品之出現;其他奈米纜?的?茫?怏w分離與微分析、可?y式?源供?髦呋?⑻沾晌?C?系統、幅射???y器、發光二?O體、雷射、可調式微波裝置等。
  由於纜?間連結性之挑?穑壳澳蚊桌|?於奈米?子工程之?茫蕴????室研發階段,商?I化?殚L期化之目?恕? 五、奈米碳管(carbon nanotubes) 奈米碳管(carbon nanotube,CNT)是在1991年由日本NEC公司 Sumio Iijima,在以穿透式?子顯微鏡觀察碳的?F簇(cluster)?r意外發現,?槭矫?郧芍軤畈牧希??樱╯ingle-walled)與多重?樱╩ulti-walled)?煞N結??。
    奈米碳管的製程方式包括?弧放?、雷射蒸發/??離、化?W?庀喑练e法、?庀喑砷L、?解及火焰生成法等[?碓凑?求]。奈米碳管具許多特殊性質,如高??力??度(tensile strength ~100Gpa)、??良之??浴⒓笆?爻?裕?щ?性?t隨不同的?郧绞蕉?,可?槟蚊?Ь?或是奈米半?w;研究?K顯示奈米碳管可吸附??猓┢?C制與吸附效能目前仍?o定?。
     奈米碳管由於其許多特殊的性質,?槟壳白?衢T的材料之一,其?每陕苑??最?: (一)結??材料:由於奈米碳管之?????度,高??度-重量比(strength-to-weight ratio)之新型複合材料之開發,可?渺镀?、航太、建築?I等,在此方面的關鍵點?槌杀究剂颗c均?蚱焚|奈米碳管之量產技術。
    奈米碳管可用以製造?щ?塑膠及高效率幅射屏蔽複材,在??工?I方面,亦具???力。此外,若可克服技術及成本??題,製成奈米碳管?纜,可兼具奈米碳管於結????度與?щ?性之??點,??槟茉催\?之一大突破。
   (二)?子工程:奈米碳管在量子效?抡宫F之??W性質,製成?子工程中之??元件與???體,預期可巨幅提升?腦之速度與資料?Υ婷芏龋壳白畲蟮牡K障在於成本?r格太高及奈米碳管連結技術上之困難。
    Nantero公司已宣稱?㈧?-5年?韧瞥龌赌蚊滋脊苤?1 terabyte NRAM(non-volatile RAM)[?碓凑?求]。此外,奈米碳管之高??嵝裕梢?迷谀蚊纂?路中高?崃恐?选? (三)顯示器:碳奈米管具有低的???觥⒏甙l射?流密度以及高?定性,?O適用於?霭l射器。
    目前?霭l射顯示器(field emission display,FED)技術最?V受注目之開發?槠矫骘@示器,已有不少企?I,如日本NEC、韓?枪荆ぱ性弘?子工?I研究所投入碳奈米管?霭l射顯示器之研發,其具影像品質佳、體積薄小及省?等??在??點,預期?⒊狡渌鸉ED技術及OLED(organic light-emitting diode),在未?砥矫骘@示器市?錾?子幸幌豙?碓凑?求]。
    此外,碳奈米管?列之?霭l射可?渺峨?子束微影蝕刻技術,可突破此技術於平行量產上之瓶頸。 (四)燃料?池:奈米碳管具吸附??馀c碳?浠衔镏δ埽梢?迷诤教c汽?工?I上燃料?池的???Υ娌邸? (五)其他:奈米碳管具??性且?長的??點,可作?樵恿︼@微鏡(AFM)或?呙杷淼里@微鏡(STM)之探?,大幅提高解析度。
    碳米碳管的其他??在?茫ㄌ?能?池效能之提升、感?y器之開發,及吸收式?磁遮蔽?谩? ?卯a品 磁?阻式隨?C存取???體(MRAM) ?霭l射顯示器(FED) 奈米複合材料太?能?池 DNA晶片(又稱基因晶片) 光觸媒(Photocatalyst) 奈米碳管(Carbon Nanotube) 奈米碳球(Carbon Nano Capsule) 分子馬達(Molecular Motors) 奈米?C器人(nanobots) 繞射式雷射光?W尺(LDGI) ??在危害 和生物技術一?樱蚊卓萍家灿泻芏喹h境和安全??題(比如尺寸小是否?荛_生物的自然防禦系統,?有是否能生物降解、毒性副作用如何等等)。
     奈米技術的??在危害可以?V義的??分?橄旅???方面: 奈米顆粒和奈米材料?】岛铜h境的??在危害 分子製造(或高?奈米技術)的危害 社?:? 奈米顆粒的危害 奈米材料(包含有奈米顆粒的材料)本身的存在?K不是一種危害。
  只有它的一些方面具有危害性,特?e是他??的移?有院驮??的反?浴V挥心承┠蚊琢W拥哪承┓矫?ι锘颦h境有害,我??才面臨一??真的危害。   要??奈米材料?】岛铜h境的影?,我??必??^分?深?奈米結??: 奈米尺寸的粒子被組裝在一??基體、材料或器件上的奈米合成物、奈米表面結??或奈米組份(?子,光?W感?y器等),又稱?楣潭蚊琢W印? 「自由」奈米粒子,不管在生產的某些步驟中存?是直接使用?为?的奈米粒子。
     這些自由奈米粒子可能是奈米尺寸的?卧兀衔铮蚴茄}雜的混合物,比如在一種元素上?上另外一??物質的「?膜」奈米粒子或叫做「核?ぁ鼓蚊琢W印? 目前,公認的觀點是,雖然我??需要關注有固定奈米粒子的材料,自由奈米粒子是最緊迫關心的。
   因?椋蚊琢W油??日常的????在是?^?e太大了,它??的有害效?荒?囊阎拘酝蒲荻?怼_@?佑??自由奈米粒子的健康和環境影?具有很重要的意義。   更加複雜的是,?我????奈米粒子的?r候,我??必?知道含有的奈米粒子的粉末或液體?缀??聿??畏稚⒒蔷哂幸欢ü??仍S多不同尺寸。
   這????分析更加複雜,因?榇蟮哪蚊琢W涌赡芎托〉挠胁煌男再|。而且,奈米粒子具有聚合的??荩酆系哪蚊琢W泳哂型???奈米粒子不同的行?椤? 健康??題 奈米顆粒進入人體有四種途?剑何耄萄剩?钠つw吸收或在醫?過程中被有意的注入(或由植入體?放)。
    一旦進入人體,它??具有高度的可移?有浴T谝恍??例中,它??甚至能穿越血腦屏障。 奈米粒子在器官中的行?槿匀皇切枰芯康囊??大課題。基本上,奈米顆粒的行?槿?Q於它??的大小,形狀和同周?M?的相互作用活?有浴K??可能引起噬菌?胞(吞咽?K消?缤?砦镔|的?胞)的「過載」,?亩l防禦性的發?徒档?C體免疫力。
    它??可能因??o法降解或降解?慢,而在器官里集聚。?有一????]是它??同人體中一些生物過程發生反???在危險。由於?O大的表面積,暴露在組?和液體中的奈米粒子?⒓次剿??遇到的大分子。
  這??绊?到例如酶和其他蛋白的調整?C制。 環境??題 目前?K?]有足?虻??@示奈米粒子?Νh境有?面影?。   主要的?脑谀蚊最w粒可造成的危害上。 社?L險 奈米技術的使用也存在社??W風險。
  在?x器的?用妫舶ㄔ谲?事領域使用奈米技術的可能性。(例如,在MIT士兵奈米技術研究所[1]研究的裝?涫勘闹踩塍w或其他手段,同?r?有通過奈米探?y器增??的監?手段。   在結???用妫蚊准夹g的批評家??指出奈米技術打開了一??由產?嗪凸究刂频男率澜纭K??指出,就象生物技術的操控基因的能力伴隨著生命的?@?樱蚊准夹g操控分子的技術??淼氖俏镔|的?@_^去的?啄暄e,獲得奈米尺度的?@褚还商越?帷?003年,超過800奈米相關的?@?喃@得批准,這???底置磕甓荚谠鲩L。
    大公司已???嗔四蚊壮叨劝l明與發現的?V泛的?@@纾琋EC和IBM這?杉掖蠊境钟刑寄蚊坠苓@一奈米科技基石之一的基礎?@L寄蚊坠芫哂?V泛的運用,?K被看好??碾?子和?腦、到??化材料、到?物?放和診?嗟脑S多工?I領域都有關鍵的作用。
  碳奈米管很可能成?槿〈?鹘y原材料的主要工?I交易材料。  但是,?它??的用途?U???r,任何想要製造或出售碳奈米管的人,不管?檬鞘颤N,都要先向NEC或者IBM?買許可證。
   。

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