一、纳米技术的由来

1959年12月，物理学家理查德·费曼发表了名为“底部充足的空间”的演讲，他的主题是“在微小等级操纵和控制事物的问题”。在这次演讲中，费曼不满足于在针头上刻字母的技术（这在当时已经是非常前沿的技术了），他问：“我们为什么不能把整本的百科全书写在针头上？”

他给出了解决这个问题的答案：我们并不是尽量将字母变小去刻字，而是操纵针头的原子本身去形成字母，纳米技术被正式提出。1990年，首次出现了操纵原子“写出”的字母，一共用了35个原子的英文字母“IBM”，实现了费曼的设想。

纳米技术的设想出现以来，一直被定义为“明天的世界”，已经有上百部科幻小说描述过它。但其实，纳米技术的工业已经悄悄兴起，在一些领域已经开始大显身手了。那么，纳米技术究竟有何不同，它将如何改变我们的世界？

二、纳米技术的定义

什么是纳米技术？

纳米是长度单位，但是这个单位非常的小，只有一米的十亿分之一。我们很难感受到1纳米到底有多小，想象一下，一根头发是75000纳米，一条DNA双链差不多是2纳米宽。纳米技术又叫毫微技术，是于1981年发明的用于研究结构尺寸在1—100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。简单来说，纳米技术就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。当前，纳米技术的研究和应用主要是在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。纳米技术在治理有害气体方面、污水处理方面.汽车等领域都有着很重要的应用。

所谓纳米技术，就是在可控制的条件下，改变原子的连接结构以创造一种新的分子。纳米技术生产不同种类的纳米级材料（由纳米粒子组成），纳米粒子结构尺寸在1～100纳米之间。

20世纪初人们已开始用蒸发法制备金属及其氧化物的纳米粒子。20世纪中期人们探索机械粉碎法使物质粒子细化，现在制备纳米粒子的方法主要分为化学方法和物理方法两大类。

三、纳米技术的获得及成就

物理方法一般是“自上而下”的，即通过物理的方法将比较大的物质破坏成纳米级，再将这些纳米级的小单元转化成适宜的纳米粒子。物理法分为粉碎法和构筑法，其中，粉碎法主要是采用研磨、压碎等方式；构筑法包括气体蒸发法，混合等离子体法等。

化学法主要是“自下而上”的方法，即通过适当的化学反应（包括液相、气相和固相反应），从分子、原子出发制备纳米颗粒物质。化学合成法包括气相反应法和液相反应法，其中比较常用的方法有：溶胶凝胶法、氧化还原法、气相分解法、气相合成法等。

扩展资料：

多年来，中国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，

如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。 

对于固体粉末或纤维，当其有一维尺寸小于100nm，即达到纳米尺寸，即可称为所谓纳米材料，对于理想球状颗粒，当比表面积大于60㎡/g时，其直径将小于100nm，达到纳米尺寸。

四、纳米技术的应用

纳米技术在治理有害气体方面、污水处理方面.汽车等领域都有着很重要的应用

1、治理有害气体

工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等,由于含有硫的化合物在燃烧时会产生二氧化硫气体，这是二氧化硫最大的污染源，所以石油提炼中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。

纳米钛酸钻(CoTiO,)是一种非常好的室友脱硫催化剂，经它催化的石油中硫的含量小于0.01% ,达到国际标准。

2、污水处理方面

污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等安全提炼出来,变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。

它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。

3、汽车领域的应用

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，主要用于保险杠、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。

纳米技术在生活中的应用体现在衣食住行。

4、衣

在纺织和化纤制品中添加纳米微粒，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。

5、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。

6、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。

7、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。纳米卫星可以随时向驾驶人员提供交通信息，帮助其安全驾驶。

扩展资料：

纳米材料是80年代中期发展起来的新型材料，它比负氧离子先进50年。由于纳米微粒(1-100nm)的独特结构状态，使其产生了小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，从而使纳米材料表现出光、电、热、磁、吸收、反射、吸附、催化以及生物活性等特殊功能。

纳米材料具有许多独特功能，而且用量少，但却赋予材料意想不到的高性能，附加值甚高。纳米复合高分子材料、纳米抗菌、保鲜、除臭材料等等，由于纳米材料的尺寸小，比血液中的红血球小一千多倍，比细菌小几十倍，气体通过其扩散的速度比常规材料快几千倍。纳米颗粒与生物细胞膜的化物作用很强，极易进入细胞内。

多年来，中国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，

如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应:表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

对于固体粉末或纤维，当其有一维尺寸小于100nm，即达到纳米尺寸，即可称为所谓纳米材料，对于理想球状颗粒，当比表面积大于60㎡/g时，其直径将小于100nm，达到纳米尺寸。

纳米粒子不同凡响的特性

宏观技术将大的物质块以相对粗糙和近似的模式排列以建造微芯片、运动汽车、橡木餐桌和摩天大楼。而纳米技术则能够操纵单个原子，使人类技术提升到新的层面。

纳米粒子最重要的不是它的尺寸特别小，而是在纳米级下，物质的性质会有很大的不同。因为我们面对的是单个的原子或分子而不是成团的物质，在这里，量子效应成了最重要的影响因素。对于宏观物质来说，不管形状、大小如何，物质的性质不会改变，但是对于纳米级物质来说，面积体积比、相对尺寸改变，物质的性质也会改变。

举个例子，纳米粒子通常会有意想不到的光学性质，因为纳米粒子可以它们的电子并产生量子效应，比如黄金的纳米粒子在溶液中就会呈现紫红色。纳米粒子可以形成悬浮液，这是因为颗粒表面与溶剂的相互作用强到足以克服密度差异；如果是非纳米材料，这种相互作用通常会导致材料下沉或漂在液体中。纳米粒子中不均匀的电子分布会导致磁性，磁性纳米粒子引起了不同学科研究人员的兴趣。纳米粒子独特的机械性也在许多重要领域得到了应用，这些机械性能包括弹性模量、硬度、应力和应变、粘附力和摩擦力等。

通过在分子水平上改变事物的大小和形状，科学家们能够依据特定目的来定制纳米粒子的性质。例如，“纳米线”的直径仅为1纳米，因此了电子在其宽度上的流动，纳米线的电导率可以被精确地控制。“量子点”的厚度为1原子，直径为50原子，直径的大小可做调整控制。因为它的物理形状，量子点可将紫外线转化成特定频率的可见光，并且发出光的频率会随着量子点的尺寸改变而变化。纳米管是由一层1原子厚的碳卷成的一个圆柱体。不同的角度卷圆管，达到不同的直径，可以改变其机械、电气、热学和光学性质。在目前发现的所有材料中，这种结构意味着这些管材具有最高的抗拉强度，比钢材强了100多倍。

纳米技术已经进入日常生活

现在人类已经进入一个人人都使用、需要纳米技术的时代。许多早期科幻小说中所描述的纳米技术已经实现，只不过是以我们不易察觉的方式，比如它是智能手机或者其他各种设备的组件材料，但是我们并不知道这些是建立在纳米技术上的。纳米技术已经悄然渗透到了我们生活的各个方面，成为我们日常生活中的一部分。

如今，从防晒霜、衣服、汽车、太阳镜到电脑和显示屏，纳米技术的应用无处不在，哪怕是在最日常的生活中。比如，防晒霜通常含有二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）的纳米颗粒，两者都是高度紫外线吸收剂。有些衣服中也添加二氧化钛和氧化锌来抵御紫外线，同时在衣服中添加二氧化硅纳米粒子用于防水，银纳米粒子用于抗菌。2016年，中国研究者还利用相同的原理制成了一种布，这种布并不是阻断紫外线，而是吸收紫外线并将它转化为电能。同样地，加州大学的研究者发明了一种的布，这种布使用黄金纳米粒子来使物体周围的光重新分布，达到的效果。

随着我们对纳米工程更加深入了解，纳米技术将对我们生产的东西有更多的影响。例如，我们正在拓宽纳米管的应用。纳米管和量子点一样，目前科学家正在深入探索它在医学方面的应用，不仅仅是在诊断和药物输送方面，而且还因为它们可以用作“纳米海绵”。纳米管在人体内会被很快地自然排出，因此，当用作纳米海绵时，它会附着血液中的毒素，将毒素带出体外。

类似地，研究人员也在探索纳米管清理溢油和净化水，纳米管与污染物结合，然后使用专门针对其纳米结构定制的过滤器进行去除。纳米技术未来的发展趋势将会包括：纳米机器人、纳米传感器、癌症研究、遗传疗法和医学、疏水材料、食品和农业等。

由于纳米陶瓷具有良好的耐磨性、较高的强度及较强的韧性，可用于制造刀具、包装和食品机械的密封环、轴承等以提高其耐磨性和耐蚀性，也可用于制作输送机械和沸腾干燥床关键部件的表面涂层。

日本东京已有人在实验室研制成功自洁玻璃和自洁瓷砖。其表面有一层薄纳米TiO2，在光的照射下，任何粘污在表面上的物质，包括油污、细菌，由于纳米TiO2的催化作用，使这些碳氢化合物进一步氧化变成气体或者很容易被擦掉的物质。TiO2可用于制作包装容器、食品机械的箱体和生产车间等。

德国一研究所以纳米硅基陶瓷制成的特种不污染耐磨透明涂料，涂在玻璃、塑料等物体上，具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。可用于包装和食品机械上与食品直接接触的零部件的表面涂层。

纳米SiC、Si3N4在较宽的波长范围内对红外线有较强的吸收，可用作红外吸波和透波材料，做成材料性薄膜或纤维。纳米Si3N4非晶块具有从黄光到近红外光的选择性吸收，也可用于特殊窗口材料。以纳米SiO2做成的光纤对600nm以上波长光的传输损耗小于10dB/km，以纳米SiO2和纳米TiO2制成的微米做厚的多层干涉膜,透光性好而反射红外线能力强，与传统的卤素灯相比，可节省15%的电能。这些特性可用在食品机械的红外干燥和红外杀菌设备上。

经研究证明，将30～40nm的TiO2分散到树脂中制成薄膜，成为对400nm波长以下的光有强烈吸收能力的紫外线吸收材料，可作为食品杀菌袋和保鲜袋最佳原料。

纳米SiO2光催化降解有机物水处理技术无二次污染，除净度高，其优点是：具有巨大的比表面积，可将有机物最大限度地吸附在其表面；具有更强的紫外线吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力，可快速将吸附在其表面的有机物分解掉。这对污水处理量较大的食品企业提供了有力的技术支持。

介孔固体和介孔复合体是近年来纳米材料科学领域引人注目的研究对象，由于这种材料较高的孔隙率（孔洞尺寸为2～50nm）和较高的比表面，因而在吸附、过滤和催化等方面有重要的应用前景。对纯净水、软饮料等膜过滤和杀菌设备又提供了一个广阔的发展空间。

食品机械工作环境恶劣，对润滑剂要求较高，而通常润滑剂易损耗、易污染环境。磁性液体中的磁性颗粒尺寸仅为10nm，因此不会损坏轴承，而基液亦可用润滑油，只要采用合适的磁场就可以将磁性润滑油约束在所需的部位，保证机器的正常运转。

纳米磁致冷工质。磁致冷发展的趋势是由低温向高温发展，构成磁性的纳米团簇，当温度大于15K时，其磁熵变高于GGG(Gd3Ga5012)，成为15～30K温区最佳的磁致冷工质。1997年，美国利用自旋系统磁熵变的致冷方式，研制成Cd为磁致冷工质的磁致冷机。它与通常的压缩气体式致冷方式相比较，具有效率高、功耗低、噪声小、体积小、无污染等优点。这为食品冷冻和冷藏设备又开辟了新的途径。

橡胶和塑料是包装和食品机械应用较多的原材料。但通常的橡胶是靠加入炭黑来提高其强度、耐磨性和抗老化性的,制品为黑色，不适宜用在食品机械上。纳米材料的问世使这一问题迎刃而解。新的纳米改性橡胶各项指标均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用寿命长达30年以上,且色彩艳丽，保色效果优异。普通塑料产量大、应用广、价格低,但性能逊于工程塑料。而工程塑料虽性能优越，但价格高，了其在包装和食品机械上的大范围应用。用纳米材料对普通塑料聚丙烯进行改性，达到工程塑料尼龙的性能指标，且工艺性能好、成本低，可大量采用。

以上仅在几个方面的列举已充分显示出纳米技术举足轻重的地位。相信在技术人员的努力探索和开发下，纳米的明天将更加灿烂夺目。

纳米技术就在我们身边，纳米技术能够使蔬菜保鲜期更长。有一种叫做“碳纳米管”的神奇材料，比钢铁结实百倍，而且非常轻，将来我们可能坐上“碳纳米管天梯”到太空旅行。在最先进的战机上，用到一种纳米吸波材料，能够把深测雷达波收掉，所以雷达根本看不见它。

服装,家电,日用品中都有,服装采用纳米技术可以改善布料的性能,比如防水,保暖,透气性能都好于平常布料.家电中的集成电路采用纳米技术会降低产品价格,提高产品性能,减小产品的体积便于携带.日用品中的清洁剂采用纳米技术会提高去污能力等等.

航天行业，在飞机上涂上纳米涂层，能降低雷达搜索的概率

人们利用纳米技术研发出了纳米涂层，碳纳米管，碳纳米管天梯，纳米检测技术，纳米机器人，纳米缓释技术，纳米芯片等。

五、纳米技术的风险

纳米技术在我们的生活中有着广泛的应用，因此关于纳米技术的风险更加引起了我们的重视。问题之一是纳米粒子是否有毒，早期的一些研究已经证实了同一材料的纳米粒子比起更大的粒子确实存在一定的毒性——小鼠的某些器官受到纳米粒子的严重影响，某些水生生物接触到纳米粒子后，其后代骤减。如果纳米粒子对其他的动物有影响，那么它对人体也很可能有相似的影响。纳米粒子可以通过呼吸、摄入、皮肤吸收和药物注射的方式进入人体，一旦它们进入人体，它们就可以在人体内自由的转移，血脑屏障对一些纳米粒子来说，根本不是屏障。

纳米技术理论涉及一种称为自组装的过程，在这种过程中，分子被刺激，从而自发地形成某种结构，而不是通过强加力、堆叠、粘合使分子结合。这使我们不得不考虑如果自组装过程变得不可控制了，该怎么办？如果一个特定的碳结构继续无限地进行自组装，将所有可用的碳（包括你）转换成没有用且统一的物质块怎么办？

当然，对于以上的两点问题，我们目前并不需要太过担心。因为很大程度上，纳米技术是在人为可控制的情况下，重新生产自然界已经存在的一些元素。随着对纳米技术的深入研究，我们越了解这个系统，就越能学会更加安全地做事情，那些我们认为最危险的纳米粒子在未来可能变成最普通的纳米粒子。下载本文