納米技術的例子及應用
背景-納米技術的特殊之處
納米技術最吸引人的方麵之一是納米工程和納米製造發生的難以置信的小規模。舉個例子:貝爾實驗室的約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓和威廉·肖克利在1947年製造了第一個工作晶體管，直徑大約為1厘米。今天，邏輯晶體管的密度已經超過了驚人的每平方毫米1億個晶體管。這意味著，貝爾實驗室最初晶體管的相同表麵積現在可以包含超過100億個晶體管!
化學家和生物學家一直在研究天然納米顆粒。想想分子或病毒。毒理學家已經處理了現代人類生活產生的納米顆粒，如內燃機尾氣中的碳顆粒。在沒有意識到這一點的情況下，輪胎製造商早在20世紀20年代就使用納米顆粒(炭黑)來提高輪胎的性能。中世紀的藝術家們(在不知不覺中)使用金納米顆粒來實現教堂窗戶上的鮮紅色。你甚至可以說我們被納米材料包圍著，並由納米材料構成——原子和分子畢竟是納米級的物體。那麼為什麼現在有那麼多關於納米的爭論呢?
對小型化的不斷追求導致了原子力顯微鏡和掃描隧道顯微鏡等工具的出現。與電子束光刻等精密工藝相結合，這些儀器使研究人員能夠故意操縱和製造納米結構;這是他們以前做不到的。
工程納米材料，無論是通過自上而下的方法(大塊材料的尺寸減小到納米級圖案)還是自下而上的方法(一個原子一個原子或一個分子一個分子地構建或生長更大的結構)，都超越了小型化的進一步發展。他們打破了一個尺寸障礙，在這個障礙之下，固體中電子的能量量子化就變得相關了。
所謂的量子尺寸效應描述了在顆粒尺寸大大減小的固體中電子性質的物理。這種效應不是通過從宏觀到微觀來發揮作用的。然而，當達到較低的納米尺寸範圍時，它成為主導。降低到納米尺度的材料可以突然顯示出與它們在宏觀尺度上表現出的完全不同的性質。例如，不透明的物質變得透明(銅);惰性材料變成催化劑(鉑);穩定材料變為可燃材料(鋁);固體在室溫下會變成液體(金);絕緣體變成導體(矽)。
納米尺度的第二個重要方麵是，納米顆粒越小，其相對表麵積就越大。它的電子結構發生了巨大的變化。這兩種效應都會大大提高催化活性，但也會導致過激的化學反應。
納米技術為工程師和研究人員提供的迷人前景源於這些獨特的量子和表麵現象，這些現象在納米尺度上表現出來，使新型材料和革命性應用成為可能。
令人驚訝的是，與納米技術相關的研究有多少是受到大自然設計的啟發。事實上，自然界充滿了複雜的納米級建築壯舉的例子。無論是結構色彩;附著力;多孔力量;或者是細菌的導航和運動——它們是多種生命形式的基本功能的基礎，從細菌到漿果，從黃蜂到鯨魚。
納米技術產品和應用的例子
納米生物技術是納米技術在生物領域的應用。化學家、物理學家和生物學家都認為納米技術是他們各自學科的一個分支，他們之間的合作是很常見的。一個結果是納米生物技術的混合領域，它使用生物起始材料，生物設計原則或具有生物學或醫學應用。
雖然生物技術涉及包括微生物在內的生物主體的代謝和其他生理過程，但結合納米技術，納米生物技術可以在開發和實施生命研究中的許多有用工具方麵發揮至關重要的作用。雖然納米材料與生物學的結合已經導致了診斷設備、造影劑、分析工具、治療和藥物傳遞載體的發展，但生物納米技術的研究仍處於起步階段。
納米電子學一詞指的是在電子元件中使用納米技術。這些組件通常隻有幾納米大小。然而，電子元件越小，就越難製造。
納米電子學涵蓋了一係列不同的器件和材料，它們的共同特征是它們非常小，以至於物理效應在納米尺度上改變了材料的性質，原子間的相互作用和量子力學性質在這些器件的工作中起著重要的作用。在納米尺度上，新的現象優先於那些在宏觀世界中占主導地位的現象。量子效應，如隧道效應和原子無序，主導了這些納米級器件的特征。
納米塗層是指應用於表麵的納米級(即厚度為幾十到幾百納米)薄膜，以創建或改善材料的功能，如防腐蝕、防水和防冰、減少摩擦、防汙和抗菌性能、自清潔、耐熱和抗輻射以及熱管理。
納米塗料為航空航天、國防、醫療、海洋和石油行業的應用提供了顯著的好處，這促使製造商在其產品中加入多功能塗料。
不粘納米塗料的一個主要領域是消費行業。你有沒有因為瓶子裏剩下的番茄醬量而感到沮喪?沒有更多!納米塗層不會留下任何廢物:
納米等離子體的研究主要集中在金屬表麵納米尺度附近的光學現象。在納米等離子體中，研究人員通過將自由光子轉換為局部電荷密度振蕩(所謂的表麵等離子體元)，將納米級光聚焦在衍射極限以下(通常是用於觀察樣品的光波長寬度的一半)的金屬納米結構上，這些金屬納米結構作為無線電天線的納米級類似物，通常是通過使用天線理論概念設計的。
納米傳感器這個術語還沒有明確的定義。大多數定義是指至少有一個尺寸小於100納米的傳感設備，其目的是在納米尺度上收集信息並將其轉換為數據進行分析。
納米傳感器的尺寸不一定縮小到納米級，但可以是更大的設備，利用納米材料的獨特性質來檢測和測量納米級的事件。例如，在銀或金等貴金屬中，尺寸小於電子德布羅意波長的納米結構會導致在可見/近紫外區域產生強烈的吸收，而這在大塊材料的光譜中是不存在的。
納米傳感器已被開發用於氣體、化學和生化變量的檢測，以及物理變量和電磁輻射的檢測。
如果你曾經想知道納米技術將把我們帶向何方，看看它在功能性食品領域的潛在應用就行了，通過工程生物分子，使其具有與自然界完全不同的功能，開辟了一個全新的研究和開發領域。當然，食品技術人員準備對我們的食物做什麼似乎是沒有限製的，納米技術將給他們一整套新的工具來達到新的極端。
納米技術為快速、靈敏、可靠和簡單地分離和檢測大腸杆菌和其他病原體的替代傳感器平台提供了機會。納米技術支持的檢測技術包括使用量子點的發光檢測;金屬納米粒子的局域表麵等離子體共振增強的熒光;染料固定化納米顆粒;或拉曼報告分子固定化金屬納米顆粒。
納米技術提供了提高所有工業部門能源效率的潛力，並通過新的技術解決方案和優化的生產技術在經濟上利用可再生能源生產。納米技術創新可以影響能源部門增值鏈的每個部分:能源來源;能量轉換;能量分布;能量儲存;還有能源消耗。
石墨烯已被證明適用於不同類型的電池:氧化還原流、金屬/空氣、鋰/硫、鋰-金屬，更重要的是鋰離子電池。由於石墨烯可以被化學加工成各種形式，適用於正極和負極，這使得製造具有超高能量密度的全石墨烯電池成為可能。
在不久的將來，在家具中使用納米材料可能會減少對粘合劑和功能性紡織品的需求。期待看到“智能”家具——冷的時候能自動加熱的家具;當陽光強烈照射時變得不透明;根據需要改變顏色;測量身體核心功能;具有抗菌塗層，可在接觸或自愈合塗層上激活，以修複劃痕和輕微損傷;內置電子設備，例如，當你的食物供應不足時，它會向你發出信號;或者包括形狀記憶合金，改變他們的形狀。
納米技術將在未來的太空任務中發揮重要作用。納米傳感器，顯著改進的高性能材料，或高效的推進係統隻是幾個例子。
納米技術和納米材料的應用可以在許多化妝品中找到，包括潤膚霜、護發產品、化妝品和防曬霜。
汽車行業是材料技術的主要消費者，納米技術有望顯著提高現有技術的性能。應用範圍從現有的:油漆質量、燃料電池、電池、耐磨輪胎、更輕但更堅固的材料、用於窗戶和鏡子的超薄防眩光層，到未來的:能量收集車身、完全自我修複的油漆、可切換的顏色、可變形的皮膚。
水泥基材料的納米工程可以產生優異或智能的性能。在水泥工業中引入納米技術有可能解決CO等挑戰2排放、抗裂性差、養護時間長、抗拉強度低、吸水率高、延性低等諸多力學性能。
下麵的視頻展示了研究人員如何使用納米二氧化矽來加強混凝土:
納米技術對建築部門有重大影響。為這一特定領域開發了幾種應用程序，以提高建築構件的耐久性和性能，提高建築的能源效率和安全性，簡化維護並提供更高的生活舒適度。
顯示技術可以分為三個廣泛的技術領域;有機led，電子紙和其他用於顯示靜態圖像的設備，以及場發射顯示器。納米材料和納米製造技術在其中發揮著重要作用。
納米藥物是
1)利用工程納米器件和納米結構，從分子水平對所有人類生物係統進行全麵監測、控製、構建、修複、防禦和改進;
(二)利用分子工具和人體分子知識，診斷、治療、預防疾病和創傷，減輕疼痛，維護和改善人體健康的科學技術;
3)利用分子機器係統來解決醫療問題，利用分子知識在分子尺度上維持和改善人類健康。
納米技術產品、工藝和應用有望通過節約原材料、能源和水以及減少溫室氣體和有害廢物，對環境和氣候保護作出重大貢獻。因此，使用納米材料有望帶來一定的環境效益和可持續性影響。
在運動裝備的利基領域，納米技術提供了許多優勢和巨大的潛力來改進運動裝備，使運動員比以往任何時候都更安全、舒適和更靈活。棒球棒、網球和羽毛球拍、曲棍球棒、賽車自行車、高爾夫球/球杆、滑雪板、飛釣竿、箭箭等運動器材的性能和耐用性正在納米技術的幫助下得到改善。
納米技術在運動裝備上的優勢。(圖片來源:維基共享資源)
我們還編製了納米技術常見問題解答-常見問題列表供您探索。