¿Qué es la nanotecnología?

El nanómetro es una unidad de longitud, originalmente llamada nanómetro, que mide 10-9 metros (65438 + una milmillonésima de metro). La nanociencia y la tecnología, a veces llamada nanotecnología, es el estudio de las propiedades y aplicaciones de materiales con dimensiones estructurales de 1 a 100 nanómetros. En términos de sustancias específicas, la gente suele describir cosas tan finas como el cabello. De hecho, el diámetro del cabello humano es generalmente de 20 a 50 micrones, lo que no es fino. Las bacterias individuales son invisibles a simple vista. El diámetro medido con un microscopio es de 5 micras, lo que no es demasiado fino. En el extremo, 1 nm equivale aproximadamente al diámetro de 4 átomos. La nanotecnología incluye los siguientes cuatro aspectos principales:

1. Nanomateriales: cuando una sustancia alcanza la escala nanométrica, entre 1 y 100 nanómetros, las propiedades de la sustancia cambiarán repentinamente y aparecerán propiedades especiales. Los materiales con propiedades especiales que difieren de los átomos, moléculas y sustancias macroscópicas originales se denominan nanomateriales. Si se trata sólo de un material a nanoescala sin propiedades especiales, no se le puede llamar nanomaterial. En el pasado, la gente sólo se centraba en los átomos, las moléculas o el universo, ignorando a menudo este campo intermedio que realmente existe en la naturaleza en grandes cantidades, y antes no eran conscientes del funcionamiento de este rango de escala. Los científicos japoneses fueron los primeros en reconocer verdaderamente sus propiedades e invocar el concepto de nanómetros. Prepararon iones ultrafinos mediante evaporación en la década de 1970 y descubrieron que un conductor de cobre y plata que conduce electricidad y calor pierde sus propiedades originales y no conduce electricidad ni calor después de convertirse a nanoescala. Lo mismo ocurre con los materiales magnéticos, como las aleaciones de hierro y cobalto. Si se lo convierte en un tamaño de unos 20 a 30 nanómetros, el dominio magnético se convertirá en un dominio magnético único y su magnetismo será 1.000 veces mayor que el original. A mediados de la década de 1980, este tipo de materiales se denominaron oficialmente nanomateriales.

La nanodinámica, principalmente micromáquinas y micromotores, o sistemas microelectromecánicos, se utilizan en microsensores y actuadores de maquinaria de transmisión por correa, sistemas de comunicación por fibra óptica, equipos electrónicos especiales, instrumentos médicos y de diagnóstico, etc. Utiliza una nueva tecnología similar al diseño y fabricación de electrodomésticos integrados. La característica es que las piezas son muy pequeñas, la profundidad de grabado a menudo requiere de decenas a cientos de micrones y el error de ancho es muy pequeño. Este proceso también se puede utilizar para fabricar motores trifásicos, centrífugas de ultra alta velocidad o giroscopios. En consecuencia, en los estudios se deberían detectar la microdeformación y la microfricción a escala casi atómica. Aunque todavía no se encuentran realmente en la nanoescala, tienen un enorme valor científico y económico potencial.

13. Nanobiología y nanofarmacología, como el uso de oro coloidal del tamaño de nanopartículas para fijar partículas de ADN en la superficie de mica y el uso de electrodos interdigitales en la superficie de dióxido de silicio para realizar experimentos sobre la interacción entre biomoléculas. capa de membranas biológicas planas de fosfolípidos y ácidos grasos, estructura fina del ADN, etc. Con la nanotecnología, también es posible colocar piezas o componentes en células para formar nuevos materiales mediante el autoensamblaje. Aproximadamente la mitad de los nuevos medicamentos, incluso los polvos finos con partículas del tamaño de una micra, son insolubles en agua, pero si las partículas son de tamaño nanométrico (es decir, partículas ultrafinas), son solubles en agua;

Nanoelectrónica, incluidos dispositivos nanoelectrónicos basados ​​en efectos cuánticos, propiedades ópticas/eléctricas de nanoestructuras, caracterización de materiales nanoelectrónicos, manipulación atómica y ensamblaje atómico, etc. Las tendencias actuales en electrónica requieren que los dispositivos y sistemas sean más pequeños, más rápidos, más fríos y más pequeños, lo que significa una respuesta más rápida. Más fresco significa menos consumo de energía por parte de dispositivos individuales. Pero más pequeño no es infinito. La nanotecnología es la última frontera para los constructores y su impacto será enorme.

En abril de 1998, el Dr. Neil Lane, asesor presidencial en ciencia y tecnología, comentó: Si alguien me preguntara qué área de la ciencia y la ingeniería tendría un gran impacto en el futuro, diría que el plan inicial es construir una nanómetro Technology Challenges, una organización que financia equipos interdisciplinarios de investigación y educación, incluidos centros y redes con objetivos a largo plazo. Algunos avances potenciales incluyen:

Todos los datos de la Biblioteca del Congreso comprimidos en un dispositivo del tamaño de un terrón de azúcar. Esto se logra aumentando la capacidad de almacenamiento por unidad de superficie en un factor de 65.438+0.000, ampliando la capacidad de almacenamiento de grandes dispositivos electrónicos al nivel de varios terabytes. Los materiales y productos se fabrican de pequeños a grandes, es decir, están compuestos por un átomo y una molécula. Este método puede ahorrar materias primas y reducir la contaminación. Produzca materiales que sean 10 veces más resistentes que el acero y una fracción del peso para crear una variedad de vehículos terrestres, acuáticos y aéreos más livianos y con mayor eficiencia de combustible. A través de pequeños transistores y chips de memoria, las computadoras se han vuelto millones de veces más rápidas y eficientes, lo que llevó al Pentium actual. El procesador ya es muy lento.

Utilice genes y medicamentos para administrar agentes de contraste de resonancia magnética a nanoescala para encontrar células cancerosas o localizar tejidos y órganos humanos para eliminar los contaminantes más pequeños del agua y el aire, lo que resultará en un ambiente más limpio y agua potable. La eficiencia energética de las células solares se ha duplicado.

¿Qué es la nanotecnología?

La nanociencia y tecnología es el estudio del movimiento y cambios de átomos, moléculas y otro tipo de sustancias en el rango de una millonésima de metro (10-8) a una millonésima de metro (10 -9). Al mismo tiempo, la manipulación y procesamiento de átomos y moléculas en este rango de escala también se conoce como nanotecnología.

Contenidos de investigación de nanotecnología

Creación y preparación de nanomateriales con excelentes propiedades

Diseño y preparación de diversos nanodispositivos y dispositivos.

Detectar y analizar las características y fenómenos de las regiones nanométricas

¿Qué es el nanómetro?

Nano es una unidad de medida de tamaño o tamaño:

Kilómetro (103) → metro → centímetro → milímetro → micrón → nanómetro (10-9)

Cuatro veces el tamaño de un átomo y una décima parte del grosor de un cabello humano.

¿Qué temas se estudian en la nanotecnología?

La biotecnología, la tecnología de la información y la nanotecnología serán la corriente principal del desarrollo tecnológico en el próximo siglo. La comprensión de los genes por parte de la biotecnología ha dado lugar a la biotecnología genéticamente modificada, que puede tratar enfermedades persistentes y crear organismos que no existen en la naturaleza. La tecnología de la información permite a las personas comprender los acontecimientos mundiales en casa, e Internet casi puede cambiar el estilo de vida de las personas.

La nanociencia es el estudio del movimiento y cambios de átomos, moléculas y otros tipos de materia en el rango de una millonésima de metro (10-8) a una millonésima de metro (10-9) . Al mismo tiempo, la manipulación y procesamiento de átomos y moléculas en este rango de escala también se conoce como nanotecnología.

Reduccionismo: Simplificando el movimiento de la materia al nivel de átomos y moléculas. La teoría atómica y la mecánica cuántica fueron ambas grandes éxitos. Síntesis orgánica; biología molecular; alimentos genéticamente modificados; clonación de ovejas; espectroscopia atómica y láseres; teoría electrónica de estado sólido y circuitos integrados de óptica geométrica;

Los grandes logros de la física, la química y la mecánica clásicas en el mundo macroscópico: ordenadores y redes, naves espaciales, aviones, coches y robots han cambiado el estilo de vida de las personas.

La tecnología tiene puntos ciegos, o hay grietas en la construcción del conocimiento humano. Un lado de la grieta es el mundo microscópico dominado por átomos y moléculas, y el otro lado es el mundo macroscópico de las actividades humanas. No existe una conexión directa y simple entre los dos mundos, existe una zona de transición: el nanomundo.

Ejemplo: Síntesis molecular ≤ ≤1,5 ​​nm, → in vivo

Tecnología microelectrónica de 0,2 μm,

La microcirugía solo puede conectar vasos grandes, pequeños y microvasos.

≤ Partículas PM10 y PM1.5

En los años 50, la “Mecánica Física” de Qian Lao fue una de las obras pioneras que intentó conectar los dos mundos.

Microscopio de efecto túnel como se muestra

La punta se procesa y manipula sobre la superficie de cobre.

Organiza 48 átomos en un círculo.

Formulario. Algunos electrones de los átomos en el círculo

se difunden hacia afuera y disminuyen gradualmente, mientras

los electrones que interfieren se propagan en fase

formando ondas de interferencia.

Cuando decenas de átomos y moléculas o miles de átomos y moléculas se "agrupan", exhiben propiedades diferentes a las de los átomos y moléculas individuales, y también diferentes a las de un objeto grande. Esta "combinación" se denomina "supramolécula" o "molécula artificial". El punto de fusión, el magnetismo, la capacitancia, la conductividad, el teñido luminiscente, el color, la solubilidad en agua y otras propiedades de las "supramoléculas" han sufrido grandes cambios. A medida que las "supermoléculas" continúan creciendo, o se agregan en grandes trozos de materia de la forma habitual, pierden sus extrañas propiedades, como los niños que no crecen.

En la escala de 10 nm, la comprensión de nuevas reglas en sistemas compuestos por un pequeño número de electrones, átomos o moléculas y cómo manipularlos o combinarlos, detectarlos y aplicarlos son los principales problemas de la nanotecnología.

Nuevos fenómenos y nuevas leyes en la zona de transición entre el mundo microscópico y el mundo macroscópico de átomos y moléculas

Nuevos principios y nuevos métodos de detección de longitudes nanométricas físicas, químicas y biológicas información

Nuevos conceptos y nuevas teorías: sistemas cuánticos con fuerte correlación, fuertes campos, procesos rápidos y pocas partículas

Aplicaciones de aplicaciones

Nueva ciencia o una réplica de viejas teorías?

Nueva tecnología con una larga trayectoria

Espejos de bronce y tambores de laca negra de la Dinastía Han Occidental

Tinta Huizhou

Laca

Materiales catalizadores

Materiales fotosensibles y películas de color

Neumáticos que contienen partículas de caolín

¿Por qué? Poco claro

En los últimos diez años, diseño de computadoras y materiales; tecnologías de detección STM, AFM, SNOM; promoción de circuitos integrados y ciencias de la vida; desarrollo de tecnología de preparación; > Alta resistencia, tenacidad, autocuración, inteligentes y renovables → una nueva generación de nanomateriales.

¿Por qué el tamaño pequeño tiene un impacto tan importante?

Efecto superficie

Efecto tamaño pequeño

Efecto confinamiento cuántico

Objetivos de la investigación y posibles aplicaciones

Materiales y preparación: más ligero, más resistente y diseñable; larga vida útil y bajo costo de mantenimiento; uso de nuevos principios y nuevas estructuras para construir materiales con propiedades específicas o materiales que no existen en la naturaleza a nivel nanométrico; biomateriales y materiales biomiméticos; diagnóstico y reparación; de daños a nanoescala durante el proceso;

Microelectrónica y tecnología informática: en 2010 se fabricarán chips de línea de 100 nm. Los objetivos de la nanotecnología son: microprocesadores nanoestructurados con una eficiencia aumentada en un millón de veces; sistemas de red de alta frecuencia con un ancho de banda 10 veces superior; memoria de megabits (incrementada en 1000 veces; sistemas de nanosensores integrados);

y Salud

Secuenciación genómica rápida y eficiente, diagnóstico genético y tecnología de terapia genética; nuevos métodos de medicación y tecnología de "misiles" de medicamentos; dispositivos y órganos artificiales duraderos y amigables para los humanos; sistema para el diagnóstico precoz de enfermedades

Aeroespacial y aviación

Computadora de bajo consumo de energía, resistente a la radiación y de alto rendimiento; pruebas nanométricas, equipos electrónicos y de control para micronaves espaciales; Materiales de recubrimiento nanoestructurados con barrera térmica y resistencia al desgaste

Medio ambiente y energía

Desarrollar energía verde y tecnologías de tratamiento ambiental para reducir la contaminación y restaurar el medio ambiente dañado;

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Los materiales nanoporosos con un tamaño de poro de 65438 ± 0 nm se utilizan como portadores de catalizadores; los materiales nanoporosos ordenados MCM-41 (tamaño de poro 10-100 nm) se utilizan para eliminar la suciedad; materiales poliméricos modificados con nanopartículas

Biotecnología y agricultura.

A nanoescala, proteínas, ribosa, ácidos nucleicos, etc. Las cosas biológicamente activas se preparan en un tamaño, simetría y disposición predeterminados. Los biomateriales se implantan en nanomateriales y dispositivos para producir propiedades integrales con funciones biológicas y de otro tipo. Productos químicos biomiméticos y materiales biodegradables, modificación y tratamiento genético de animales y plantas, chips genéticos para determinación de ADN, etc.

Ver las 4 respuestas.

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¿Puedes explicar la nanotecnología?

Nanotecnología La nano es una unidad de longitud, originalmente llamada nanómetro, que mide 10 -9 metros (65438 + una milmillonésima de metro). La nanociencia y la tecnología, a veces llamada nanotecnología, es el estudio de las propiedades y aplicaciones de materiales con dimensiones estructurales de 1 a 100 nanómetros. En términos de sustancias específicas, la gente suele describir cosas tan finas como el cabello. De hecho, el diámetro del cabello humano es generalmente de 20 a 50 micrones, lo que no es fino. Las bacterias individuales son invisibles a simple vista. El diámetro medido con un microscopio es de 5 micras, lo que no es demasiado fino. En el extremo, 1 nm equivale aproximadamente al diámetro de 4 átomos.

La nanotecnología incluye los siguientes cuatro aspectos principales: 1. Nanomateriales: cuando una sustancia alcanza la escala nanométrica, aproximadamente entre 1 y 100 nanómetros, las propiedades de la sustancia cambiarán repentinamente y aparecerán propiedades especiales. Los materiales con propiedades especiales que difieren de los átomos, moléculas y sustancias macroscópicas originales se denominan nanomateriales. Si se trata sólo de un material a nanoescala sin propiedades especiales, no se le puede llamar nanomaterial. En el pasado, la gente sólo se centraba en los átomos, las moléculas o el universo, ignorando a menudo este campo intermedio que realmente existe en la naturaleza en grandes cantidades, y antes no eran conscientes del funcionamiento de este rango de escala. Los científicos japoneses fueron los primeros en reconocer verdaderamente sus propiedades e invocar el concepto de nanómetros. Prepararon iones ultrafinos mediante evaporación en la década de 1970 y descubrieron que un conductor de cobre y plata que conduce electricidad y calor pierde sus propiedades originales y no conduce electricidad ni calor después de convertirse a nanoescala. Lo mismo ocurre con los materiales magnéticos, como las aleaciones de hierro y cobalto. Si se lo convierte en un tamaño de unos 20 a 30 nanómetros, el dominio magnético se convertirá en un dominio magnético único y su magnetismo será 1.000 veces mayor que el original. A mediados de la década de 1980, este tipo de materiales se denominaron oficialmente nanomateriales. La nanodinámica, principalmente micromáquinas y micromotores, o sistemas microelectromecánicos, se utiliza en microsensores y actuadores de maquinaria de transmisión por correa, sistemas de comunicación por fibra óptica, equipos electrónicos especiales, instrumentos médicos y de diagnóstico, etc. Utiliza una nueva tecnología similar al diseño y fabricación de electrodomésticos integrados. La característica es que las piezas son muy pequeñas, la profundidad de grabado a menudo requiere de decenas a cientos de micrones y el error de ancho es muy pequeño. Este proceso también se puede utilizar para fabricar motores trifásicos, centrífugas de ultra alta velocidad o giroscopios. En consecuencia, en los estudios se deberían detectar la microdeformación y la microfricción a escala casi atómica. Aunque todavía no se encuentran realmente en la nanoescala, tienen un enorme valor científico y económico potencial. 13. Nanobiología y nanofarmacología, como el uso de oro coloidal del tamaño de nanopartículas para fijar partículas de ADN en la superficie de mica, el uso de electrodos interdigitales en la superficie de dióxido de silicio para realizar experimentos sobre las interacciones entre biomoléculas y el plano de doble capa de fosfolípidos y grasas. ácidos, biopelículas, estructura fina del ADN, etc. Con la nanotecnología, también es posible colocar piezas o componentes en células para formar nuevos materiales mediante el autoensamblaje. Aproximadamente la mitad de los nuevos medicamentos, incluso los polvos finos con partículas del tamaño de una micra, son insolubles en agua, pero si las partículas son de tamaño nanométrico (es decir, partículas ultrafinas), son solubles en agua; Nanoelectrónica, incluida la nanoelectrónica basada en efectos cuánticos.

16 vistas 1562 2019-11-08

¿Qué es la nanotecnología?

La nanotecnología se refiere a una tecnología completamente nueva que estudia los patrones de movimiento y las características de electrones, átomos y moléculas en la escala de 0,1 a 100 nanómetros. En el proceso de estudio de la composición de la materia, los científicos han descubierto que varios o docenas de átomos o moléculas contables separados en la nanoescala exhiben claramente muchas propiedades nuevas. La tecnología de utilizar estas propiedades para crear dispositivos con funciones específicas se llama nanotecnología. La nanociencia y la tecnología se basan en muchas ciencias y tecnologías avanzadas modernas. Es una combinación de ciencia moderna (física del caos, mecánica cuántica, física mesoscópica, biología molecular) y tecnología moderna (tecnología informática, microelectrónica y tecnología de microscopio de efecto túnel, tecnología de análisis nuclear). ). La nanociencia y la tecnología desencadenarán una serie de nuevas ciencias y tecnologías, como la nanofísica, la nanobiología, la nanoquímica, la nanoelectrónica, la tecnología de nanoprocesamiento y la nanometrología. La principal diferencia entre la nanotecnología y la microelectrónica es que la nanotecnología estudia la realización de funciones específicas del dispositivo controlando átomos y moléculas individuales y utiliza las fluctuaciones de los electrones para funcionar, mientras que la microelectrónica logra sus funciones principalmente controlando la población de electrones. Naturaleza partícula de los electrones. El objetivo del desarrollo de la nanotecnología es lograr un control efectivo de todo el mundo microscópico. La nanotecnología es un tema integral con fuertes características transversales, y su contenido de investigación cubre una amplia gama de ciencia y tecnología modernas. Desde 65438 hasta 0993, el Comité Directivo Internacional de Nanotecnología dividió la nanotecnología en seis subdisciplinas: nanoelectrónica, nanofísica, nanoquímica, nanobiología, nanofabricación y nanometrología. Entre ellos, la nanofísica y la nanoquímica son la base teórica de la nanotecnología, y la nanoelectrónica es el contenido más importante de la nanotecnología. Enciclopedia Baidu - Nanotecnología

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Los nanomateriales se refieren a materiales de dimensión cero, unidimensional, bidimensional y tridimensional con efectos de tamaño pequeño, formados por partículas ultrafinas con un tamaño inferior a 100 nm (0,1-100 nm). Nano es la transliteración del namómetro inglés, que es una unidad de medida en física. Un nanómetro es una milmillonésima parte de un metro; equivale a la longitud de 45 átomos dispuestos juntos. En términos sencillos, equivale a una décima parte del grosor de un cabello. Al igual que los milímetros y las micras, los nanómetros son un concepto de escala y no tienen connotaciones físicas. Cuando la materia alcanza la nanoescala, entre 1 y 100 nanómetros, las propiedades de la materia cambiarán repentinamente y aparecerán propiedades especiales. Los materiales con propiedades especiales que difieren de los átomos, moléculas y sustancias macroscópicas originales se denominan nanomateriales. Si se trata sólo de un material a nanoescala sin propiedades especiales, no se le puede llamar nanomaterial. En el pasado, la gente sólo se centraba en los átomos, las moléculas o el universo, ignorando a menudo este campo intermedio que realmente existe en la naturaleza en grandes cantidades, y antes no eran conscientes del funcionamiento de este rango de escala. Los científicos japoneses fueron los primeros en reconocer verdaderamente sus propiedades e invocar el concepto de nanómetros. Prepararon iones ultrafinos mediante evaporación en la década de 1970 y descubrieron que un conductor de cobre y plata que conduce electricidad y calor pierde sus propiedades originales y no conduce electricidad ni calor después de convertirse a nanoescala. Lo mismo ocurre con los materiales magnéticos, como el hierro y el cobalto.

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Por favor, dé un ejemplo de la aplicación de la nanotecnología.