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納米科學與技術范文1
關鍵詞：《納米技術的基礎和應用》講義;CAI課件;教學效果
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）19-0140-02
一、《納米技術的基礎和應用》課程的現狀
納米技術的發展依靠的是人才的發展，納米科技人才是納米技術發展的根本保證。我國一直以來十分重視對納米科技方面人才的培養?！秶壹{米科技發展綱要（2001―2010年）》中明確地提出：要從學校的教育抓起，要重視納米科技的相關學科建設，擇優設立有關于納米科技的專業，同時在物理、化學、生物、機械、電子學、計算機科學等專業內部，設置有關納米科技的新課程，重視和保障我國納米科技的可持續發展。目前，納米技術的相關教學工作十分活躍，國內許多高校都開設了與納米技術相關的公共選修課或者專業選修課。在材料類本科專業中，開設有“納米材料與技術”、“納米材料”課程，這是當前材料科學領域中重要的專業課程。為彌補專業課程的不足和提供學生自主學習的機會，不少高校還在化學工程與工藝、應用化學、制藥工程等專業中開設了“納米科技導論”選修課程，受到學生的普遍歡迎。
為了讓對納米科技有興趣的學生了解和認識納米科技的基本知識、基本概念、基本方法及其應用，我們在桂林電子科技大學大學一年級新生中開設了“納米技術的基礎和應用”通識教育選修課程。這門選修課程推出后，立即受到了廣大學生的歡迎，選修本門課的學生人數達到了200人，且仍有相當部分的學生由于受到選課人數的限制未能選上這門課程。實踐表明，學生選修“納米技術的基礎和應用”課程的興趣主要源于對新興納米科技知識的求知欲望。目前，在我國的高等院校開設的納米技術相關課程中，大部分是偏向納米材料的內容，這些納米材料類課程一般是作為高年級專業主干課或專業選修課開設。這類課程的開設，一般要求選修的學生具有一定的材料、化學、生物等相關專業知識。對于我校大一新生來說，目前的相關教材和教學內容顯然過于深奧。在教學實踐過程中，經常有學生發出這樣的疑問：“納米技術這門課這么深奧，我們該如何學呢？以后工作中能用到嗎？”
綜上所述，我們必須對“納米技術的基礎和應用”這門課程的教學內容、教學模式和教學方法等進行改革。根據教育部“關于推進高等教育面向新世紀教學內容和課程體系改革計劃實施工作的若干意見”的指示精神，結合辦學定位和人才培養目標，面向大一新生這類特殊的教學對象，本文在《納米技術的基礎和應用》課程中探索了一條切實有效的教學改革之路。
二、新的教學模式和方法在《納米技術的基礎和應用》課程中的應用
（一）教學模式改革的目的
在“納米技術的基礎和應用”課程教學中，結合該課程理論和實踐性強的特點，對教學過程中教學要求、教學內容、教學方法、教材建設和考核方法等多個環節進行改革，推動“納米技術的基礎和應用”課程的建設，為將來從事與納米科技研究及產業相關工作的本科生提供必要的知識準備，以便能快速進入相關領域，滿足社會之需求。并力圖培養學生的科學思維和創新能力，為培養高層次、綜合性、有創新意識和能力的人才奠定基礎。
（二）新的教學模式和方法
1.編制新的講義。目前可供高校教師上課選擇的有關納米技術的相關教材較少，且絕大部分是專業性較強的專業教材。在以往的教學實踐中，使用類似的教材，大一學生常常感到接受起來比較困難，影響了教學效果和學生的積極性。因此，有必要針對大一新生，查閱國內外大量與本課程相關的資料，旁征博引，編寫納米技術的相關講義。該講義既要比較全面地介紹納米技術的相關基本概念、理論和應用，又要把握專業深度，體現出專業性和科普性的結合。主要包括：納米技術概述、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡、納米材料、納米生物與醫學技術、納米機械、納米電子學等內容。納米科技的研究對象涉及諸多領域，它的基礎研究問題又與應用密不可分。對于大一新生，在有限的學時內，不可能把納米技術的方方面面都做個系統講授，比較可行的做法是將本學科領域最近發生的重要事件納入講義，并將這些事件產生的巨大影響加以闡述，讓學生真切感受到知識的實用性與社會效應，提高學生的學習積極性，這就對教師的專業綜合素質提出了較高的要求。結合大一新生專業基礎知識較弱同時對前沿科技比較感興趣的特點，我們在現有教材的基礎上編制了新的講義，注重趣味性、通俗性、易懂性，提高了對學生的吸引力。
2.CAI課件研制?！凹{米技術的基礎和應用”課程涵蓋面較廣、信息量教大，單一的板書教學手段不易滿足該課程的教學需要。將現代化多媒體技術應用于課堂教學，利用視聽說等手段向學生提供聲、像、圖、文等綜合信息，有利于學生集中注意力。納米技術的許多知識是微觀領域的，單靠語言和文字描述，學生難以理解。通過多媒體技術進行動畫模擬，可以使微觀知識宏觀化，變抽象為具體。因此，必須系統開發研制“納米技術的基礎和應用”課程CAI課件，該課件以科學研究前沿課題形式體現納米技術領域的最新研究成果，尤其是國內外高校和公司中納米技術應用的具體實例，激發學生的學習和研究熱情。
在新的講義基礎上，為了達到好的教學效果，我們研制了高質量的CAI課件。對于納米尺度相關問題的研究，采用圖像、視頻、動畫等形式，這就比單純的文字說明更加具有感染力，也更利于學生接受，有利于調動學生的學習積極性。
3.依托科研項目，實現多種教學手段。目前，依托多媒體等現代化的教學設備，已經實現了板書向PPT教學的轉化，但在教學內容上，比較偏重理論，教學手段和教學方法比較單一?！都{米技術的基礎和應用》課程對于大一新生來說，屬于內容比較陌生，概念抽象，較難理解的課程。如果還是采用傳統的課堂教學手段，往往使學生產生畏難情緒，影響課堂效果。針對這種情況，我們采取了依托科研項目，將教材內容和科研項目中相關聯的內容聯系起來，實現兩者的有機結合。具體表現為：在教學內容上，首先講解基本的知識點和相關概念，用淺顯易懂的語言表達出來，讓學生容易接受，接著引入科研項目中相關的例子，將課堂講解的內容在科研項目中的應用進行闡述，便于學生有更切實的直觀體驗;在教具的準備上，如果條件允許，將科研項目中相關的原理樣機、視頻、圖像等在課堂上進行展示，和教學內容相結合，可以引起學生極大的興趣和參與感。例如，在《納米技術的基礎和應用》課程中，通過展示微流控芯片的原理樣機，啟發學生思考芯片的設計和加工流程。通過展示膠囊內窺鏡、納米機器人等最新科研成果，激發學生的科研興趣和學習熱情。另外，通過科研項目，邀請有合作研究的企業技術人員、其他高校合作研究人員等以講座、培訓等形式實現多元化的教學模式，豐富教學方法和教學手段。
4.在教學中發掘出科研前沿新課題。通識教育選修課程的教學目標主要是擴充大學生的知識面，注重知識點的“廣度”而非“深度”，因此，應具備科普性、前沿性、實用性與趣味性的特點要求。與此相對應的教學形式和教學方法上也和其他的課程有所區別。在教學形式上，以專題形式展開教學。針對學生所關注的問題，開設各相關專題，例如納米機器人、生物分子馬達、隱形飛機表面的納米涂層、納米生物芯片等，來充實教學內容。實施討論式、啟發式的教學方法，激發學生的潛能。比如提出問題：“月亮和地球之間的天梯如何實現？”來引出納米材料的獨特優勢;從學生熟悉的例子入手，比如媒體上炒的很熱的納米冰箱、納米保暖內衣等，引出納米技術的真正定義。采用多媒體教學手段，不斷改善教學質量和效果。
納米技術是目前國家大力支持的發展項目，各項科研資金投入較大。所以，如何通過教研相長，將教學研究作為科學研究的創新源，從教學中發掘出科研前沿新課題和新領域，是一個值得深入研究的問題，通過為學生進行科學講座，積極倡導科學精神和創新精神指導學生進行探究性學習，集思廣益，提煉出科研前沿課題，同時挖掘學生創造性思維潛力，提高分析和解決工程問題的能力。
三、總結
通過以上新的教學模式和方法在《納米技術的基礎和應用》課堂教學中的應用，有效地提高了課堂教學效果，達到了預期的教學目的。
參考文獻：
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納米科學與技術范文2
摘要：納米技術為人類帶來的便利：納米技術的發展，不僅可以在治理環境污染方面起到很好的作用，對于有害氣體，污水處理，而且對于磁輻射，廢棄物等治理方面起到了很大的作用，但是隨著納米技術的逐步發展，人類一味的對技術產生依賴心理，在這種情況下我們要用自己的判斷力，增加自己的基本素養，具備獨立思維的能力，合理的運用科技的發展為人類服務。
關鍵詞：納米技術 污水處理 依賴技術 基本素養
中圖分類號：N031 文獻標識碼：A 文章編號：1006-026X（2013）10-0000-02
1.納米技術的定義
納米技術是一種創新的技術，它在非常小的范圍之內之內，來進行對原子，分子的研究，并利用其來進行發展和創新的一門技術，納米機器人，納米馬桶，人類通過電子顯微鏡看到的微觀的人體細胞，病毒等等。利用納米技術制作的材料又與我們經常使用的材料有很大的區別，它發展了吸附等的一系列功能。那么這種新型材料的出現，也將會利用到人類生活的各個方面，帶來了技術創新。
2.納米技術為人類帶來的便利
納米技術的發展為科學技術的發展帶動了新的改革，納米技術的發展也推動了醫學、藝術等方面的發展。醫學中產生了光學傳感設備，對于骨質修復作用產生了重要的作用，同時納米技術在藥物輸送方面產生了重要作用，納米技術在藝術層面也產生了重要的影響，納米畫等作品。納米技術不僅從技術層面關心人類，而且從人的綜合狀態中予以提升。
2.1 納米技術帶來了科技層面的改革
例如，納米技術制作的微型器械，按照人類的操作任意運動，將微小的顆粒，劃分成原子或者分子，再按照自己的想法任意拼接，這些器械不僅可以按照人類的想法任意工作，而且具有自我還原的能力。納米材料是一種新型的材料，這也體現了從認識―實踐―認識的客觀規律。人類之所以能制作出納米儀器，利用納米材料的主要原因是人類對于納米世界認識的比較深入全面，然后再利用納米材料制作出納米設備，這也是令一個再認識―實踐―認識的過程，推動了從不斷認識到實踐的過程，體現出了發展是靠不斷運動的哲學道理。
2.2 納米技術體現了物質和意識的關系
物質決定意識，意識對物質有反作用。人類推動了納米材料的發展，最主要的原因在于人類對納米世界有了非?？陀^的認識，了解了它的運動發展規律，通過人類對于納米世界的學習和研究，來創造出納米材料，而這種材料的創造體現了物質決定意識，意識對物質起到了發作用。
2.3 納米技術同時體現了由量變到質變的一個過程
物質的質變有兩種來源，一種形式是量變達到一定程度就會產生質變，質變的另一種形式就是在總量不變的前提下，內部組織自己行的排列與組合，從而產生質變，納米技術一方面是利用納米結構的特點而生產的一種納米材料，另一種就是利用原子，分子中間的距離變化，重新組合，而產生的質變生產的納米材料，這就體現了由量變到質變的過程，
2.4 納米技術加強了人們對于排列結構的認識
原子，或分子之間的距離，位置不同就會形成新的不同的物質，納米技術也就是利用了這一特點，而形成的技術。納米技術完成了從生物到非生物的跨越，在醫學上生產出新的微型儀器，置放在人體中代替，或者彌補人體某些部分臟器的功能，通過改變人體細胞的組織結構，利用納米技術孕育出新的生命，
3.納米技術帶來的消極影響
納米就會造成人類社會的危害，人類的想象和發明沒有邊界，納米技術的產生就是對原子分子進行重新的排列組合，在這種非常方便的狀況下，納米技術也會生產出任何東西，這是一件可怕的事情，在這種沒有節制的的狀態下，納米技術就像病毒一樣無限蔓延開來，可以想象一下，我們周圍到處存在著納米儀器，有有利于人類發展的儀器設備，醫藥用品，也有限制人類發展的納米病毒，學生利用納米儀器來應付考試，小偷利用納米儀器進行偷竊，人人都有納米設備防身，這是一件多么可怕的事情。
人類如果過度依賴技術，就會將人類和技術之間的關系發生改變，不是技術為人類服務，而是人類對技術的崇拜，人的思想會隨著發生改變，產生混亂和偏執，基本理論的缺失。
技術會導致人缺乏用自己的思維，一味的對技術產生依賴心理。有些觀點認為納米技術可以解決任何問題，此觀點認為，所有的物質存在方式都是按照自己的規律存在的，萬事萬物的存在都有自己的規則，相互之間也有自己的的特點，遵循著某種法則，依照納米技術的原理，人類社會的存在方式也可以任意組合，相互之間可以打亂，再進行新的排列組合，有的觀點認為，人的思維，與任何一種社會存在進行排列組合，所有的存在都可以依照納米技術的存在方式來進行發展，有機界和無機界，非生物和生物，任何物種都可以排列組合，有些組合還沒有實現，得依據納米技術的發展狀況，需要進一步學習研究。更有甚者認為人的思維是由大腦控制的，為了改變人的思維方式完全可以像納米技術那樣，將人的大腦細胞與大腦結構重新進行排列組合，這種思想是非?？膳碌?。
依照這種推論，我們要想讓剛種的樹苗，瞬間長大，完全可以改變它內部細胞生長結構，要想讓剛出生的嬰兒長大，改變他的細胞排列結構，要想讓養的家禽快速長大，只要改變體內細胞的排列結構，這是一件多么可怕的事情，況且這種言論還沒有成立，納米技術的無限制發展就會對人類社會帶來危害，使人的思維發生錯亂，
這也是一種拜物的想法，一味的抬高技術的發展，而降低了人的主觀能動性，人服務于技術，技術是最高的物質，失去了人在社會中的主導地位，雖然這樣的想法沒有辦法去證明它的合理性，但也很難證明它的不合理性，但是能夠確定的是，如果按照這種狀況發展下去，人類社會的發展將會被阻撓。
4.面對納米技術的優劣是該如何解決
根據納米技術的發展而產生的一些消極理論，我們必須做一些考慮，針對性的提出一些意見，來限制其肆意發展。阻止其危害人類社會。納米技術的發展一方面促進了人類社會的發展，為人類的醫學，藝術，技術各個方面提供了積極地影響，而另一方面納米技術的肆意發展又導致了人的異化，對人類社會的發展產生了阻礙，這種現象也是不可避免的，事物的發展總是存在這兩面的，如果利大于弊，它就是正面的，可繼續發展的，如果弊大于利，就要引起人們的反思，那么從納米技術的發展狀況來看，它更多地是造福人類，但是在它為人類帶來方便的同時又對社會的發展產生了阻礙。對于這一利大于弊的現狀，針對于它的利弊我們一方面要改變人的觀念發揚正面的力量；另一方面，應該采取一些相關的政策措施，針對性的阻礙它的負面影響。
4.1 改變人們的觀念發揚正面力量
在科技不斷發展的今天，從人的本身開始，從知識文化層面，提高人本身的素養，對科學技術重新認識，樹立科學的文化精神。只有這樣，當新的的技術出現時，就不會出現違背科學文化而出現的不合于人的倫理道德的事情，人類尊重科學知識，但不盲目崇拜，對科學技術的態度，要合理保護。只有這種科學知識觀念扎根在人的腦海中，任何消極的觀念都不會滋生，另一方面，科學技術的發展的最要的目的，是以為人類共同利益而服務的，我們應該分出什么任務是共同的，這就需要對人類自身修養的提高與豐富，當面對共同利益時，聯合起來，共同發展，當科學技術不符合人的共同利益時，人的自我修養自我意識，就可以提醒自己，科學技術的發展危害到人的共同利益時，要知道杜絕其發展，人的思想也是一步一步完善起來的，科學技術也在發展的階段，雖然人類很難預測科技發展的后果，但由于人類有基本的科學素養，基本的科學文化，人類在面臨科學發展的時候，最基本要做到的是科學技術的發展要與人類社會的發展，相互協調。
科學技術是一種被人類用來創造的東西，是人類達到某種目的的手段或者媒介，是人類可以掌控的東西，在這個時候就對創造者有要求，創作發明者本著為人類共同利益的原則，選擇性的發展科學技術哲學，納米技術也一樣，當它符合人的共同利益的時候我們大力發展，當它沒有邊界肆意發展，為社會的發展總成阻礙，危害人類的共同利益，違反公共道德，反人類的基本素養，創造者就要摒棄它，限制其發展，當然在不同的年代，各個國家對于科學技術發展，納米技術的發展的衡量標準是不一樣的，在這個時候，首先納米技術的發展要符合當時，符合國家的需求，符合人們的共同利益，不能超越人類的道德底線，不同年代，不同國家的國情，科學技術的發展，要和當時國家的人們素質，國慶的發展相互協調，整體性推動人類發展的歷史進程。始終不能違反人類的共同需求，和人性發展的基本素質的本質要求。
4.2 納米技術的發展應從政治、教育、法律等方面來約束和規范
從政治方面國家應該出抬相應的政策引導納米技術的發展朝向符合國家利益，人民根本利益的方向發展，明確規定杜絕哪些科學技術的發展。最大化的實現人民根本利益的。要杜絕不良技術的發展滋生，不僅僅要依靠政策的導向，嚴重的情節要依靠法律的武器，徹底消滅不符合人類發展規律的科技發展，有些人為了自己私利，不顧人類發展的根本利益，利用科學技術，發展生產一些危害人類的利益，危害社會健康的一些科技，在這種情況之下，國家的法律應該做出明確的規定，對于這類，危害人類，危害社會發展的行為，予以法律的制裁。目前我們的國家正處于發展中的階段，以上說的政策導向。和法律法規還需要一個發展過程，科學技術，尤其是納米技術的發展是一個新型的事物，人類對它的了解是一個非常模糊的狀態，所以難免會造成一些違背大眾基本文化原則的事情，所以人類要樹立這種科技發展的文化觀，在每朝每代，社會輿論，難免是人類發展的一個催化劑，我們應該樹立正確的輿論導向，人人心里樹立正確的和意識，引導科學技術從正確的方向發展，當科學技術，違背大眾輿論的時候，人類要積極站出來，對不良的發展想象造成壓力，時刻朝向正確健康的方向發展。
結語：納米技術是一種新型的科學技術，是科技發展的一場革命，它將人類帶進了另一個新的先進的世界，它的發展造福了大眾，另一個新的光明的世界已經到來，任何事物的發展都有雙層的利害關系，納米技術的發展也如此，人類不能被異化，要樹立對科學技術發展的認識和基本素養，并通過政治、文化、法律等一列的約束和導向，使科學技術朝正確的方向發展，造福人類。
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納米科學與技術范文3
學貫中西 赤心報國促交流
朱教授作為海外留學杰出的歸國人才，2003年回國以后，為了適應納米多學科交叉研究、聯合攻關和相應人才培養新需要，他利用自己與澳大利亞和美國材料領域尤其是納米材料領域科學家有廣泛的學術合作關系和學術聯系，率先簽署了“中國―澳大利亞功能納米材料聯合實驗室合作協議”和“昆士蘭大學學術合作協議”，創建了我國目前在功能納米材料前沿領域唯一的中國-澳大利亞功能納米材料聯合實驗室，打造了一個由院士、教授、副教授、博士后、博士及碩士生組成的研究團隊（包括10余名中國科學院院士和澳大利亞聯邦教授院士組成的實驗室學術委員會），形成了一個有特色的、多學科交叉的納米研究國際合作和研究生聯合培養（尤其是聯合授予博士學位）平臺。聯合實驗室研究方向被集中在當前納米材料界的熱點問題：通過非平衡熱力學過程來可控制備、加工、改性、組裝納米結構和器件。以超快過程新效應和納米尺寸新效應為理論基礎，以非平衡熱力學過程為工具，將不同材料整合或改性成一個全新的納米結構或器件，實現其全新功能。
朱教授先后聯合澳洲和美國科學家申請合作研究項目10余項，聯合培養研究生10余名，邀請澳洲、美國等國知名院士、教授、專家來華訪問、講學、交流、合作20多人次。共計實現了中澳、中美研究人員互訪交流合作近100人次，合作申請專利6項，30余篇，相關合作成果被重點推選在2010上海世博會澳大利亞-中國科技周上展示。
聯合實驗室創建與正式成立引起近100家行業媒體關注與報道，標志著中澳雙方合作進入一個新的歷史階段。聯合實驗室將聯合中澳雙方實驗室技術力量，進一步發揮中澳雙方實驗室各自的優勢和特長，開展納米科學與技術在生物能源、信息技術、生態環境等領域中前沿戰略性的研究與應用，推動和促進物理、化學、材料、生物醫學等學科的交叉發展，為發展我國的納米科學做出貢獻。同時在促進亞太地區納米研究的國際交流與合作上扮演重要角色。
兢兢業業科研方面結碩果
1986年，朱教授在中國科學院固體物理所開始納米材料研究，是中國為數不多最早開展納米研究的科學家和國際功能納米材料領域青年學術帶頭人之一。親歷了納米材料科學和技術研究三個發展階段。在納米材料設計、制備、改性及納米結構穩定性方面有二十余年的研究經驗。近十五年在澳大利亞國立大學、美國伊利諾大學香檳分校、阿貢國家實驗室、杰弗遜國家實驗室、Univ of Georgia的納米科學與工程中心及廈門大學等單位，用多種非平衡方法制備出納米粒子、納米膜、納米孔、多孔硅、納米球殼有機無機復合結構、納米線和納米管及其宏觀有序陣列等新型低維納米結構（多種結構屬首次發現），并對各種納米結構穩定性進行了大量系統的電鏡原位和非原位觀察。發展了納米結構亞穩性新理論。工作得到Nature編委重視和許多位國際知名同行專家高度評價。
他認為，納米結構是一個非平衡的亞穩結構，具有很大不確定性，納米實驗是一個長期的、仍需不斷實踐的過程，納米研究不能僅停留在其表面現象或被其表面現象所迷惑，而是要深入系統探究其物理本質。他首次指出現有數學工具和物理概念原理不再適用于非平衡、非線性、非對稱有序納米現象的描述，納米學科研究本質是對傳統學科的不斷挑戰和突破過程，納米學科的建立必須是傳統學科的一個質飛躍，這個突破飛躍不是依靠個人就能夠完成的，需要經過長期甚至幾代人學術理論、科研實踐的長時間積累。為了能全面系統證明他提出的“納尺寸（nanosize）”和“納時間（nanotime）”新概念和建立相應的納米穩定性新的理論體系，他目前手頭已積累大量實驗室數據和論文稿件，并沒有為了一時的功利和榮譽，而急于發表。
教書育人 桃李滿園爭天下
回國后，朱教授利用自己雙語和國外經歷優勢, 每學年為廈門大學開設并承擔了四門研究生雙語課程和一門本科生雙語課程。他已先后指導博士后2名、博士生5名（畢業一名）、碩士生10余名（畢業6名）、本科生畢業論文20余名。并在教學方面實現以下改革：1）他提倡培養學生學習興趣、主動性，強調要授予學生自己得到知識的方法，而不僅是知識的傳教；2）他采用中英文相結合的方式講解，授課形式不僅局限于講解，而且穿插形式靈活多變的學生自己講座、提問和討論；3）他特別注意科研對教學的促進與融合，通過教學研究與自己最新科研成果轉換，開發、凝練了內容新穎、方法靈活的開放式創新性本科和研究生實驗教學和課程教學方式，自編課件, 把具基礎性、研究性、前沿性及學科最新發展成果引入到教學中來。其中, 朱賢方負責的《大學物理實驗》課程在2007年獲得福建省省級精品課程稱號，目前正在積極爭取申請國家省級精品課程。
朱教授極推動和參與了廈門大學985工程建設論證申請、凝聚態物理省重點學科建設申請、校院十一五211工程建設論證申請、校納米學科建設和其他學科建設工作。
另外，他以學術帶頭人身份申請和組建了廈門大學凝聚態物理國家重點學科、物理系工程碩士、福建省材料重點實驗室、材料科學與工程系一級博士和碩士授權點、生物材料系博士和碩士授權點及電子工程系一級博士和碩士授權點、智能型生物醫用材料團隊及光電子與信息技術創新團隊。
精勤不倦的他，而今仍奮戰在教育第一線上……
納米科學與技術范文4
關鍵詞：納米技術;納米材料
前言
自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上，正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支開始，納米技術便一步一步進入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之間的物質組成的體系運動規律和相互作用，以及實際應用中的技術問題的科學技術。從材料的結構層次來說，它介于宏觀物質和微觀原子、分子的中間領域。納米技術不是一門單一的新型學科或者技術，它廣泛應用于各類學科中，其中在機械工程中的應用對于機械工程學科的技術變革起到了不可估量的作用。納米技術運用到機械方面尤其是產生了微型機械技術已經成為21世紀研究的核心技術，很多國家在納米技術上開始了越來越多的研究。
1.關于納米技術
所謂的納米技術就是指用單一的分子、原則制造物質的一種科學技術，納米科學技術已經成為了將很多現代的先進科學技術作為了基礎科學技術，并且成為了現代科學和現代技術進行組合的重要產物之一，現代科學主要包括分子生物學、介觀物理、量子力學和混沌物理，現代技術主要包括核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術，微電子技術以及計算機技術，納米技術一定會引發起一系列的全新的科學技術，比如納米機械學、納米材科學以及納電子學等等。
2.微型納米軸承
在沒有納米技術之前，軸承的體積都很大，因此會有較大的摩擦力，一般都是依靠油減少摩擦力，但減少并不意味著可以避免摩擦力。運用納米技術開發的微型納米軸承幾乎沒有摩擦力，美國科學家研制的這種微型軸承具有兩個明顯的特點，首先是非常小，該軸承的直徑僅有一根頭發的萬分之一，而運用在機電系統中的其直徑更是只有1nm。僅有微型機械的千分之一。其次，幾乎沒有摩擦力，這種納米微型軸承的摩擦力比起以往研制的微型軸承，納米微型軸承的摩擦力都不到其最小值的千分之一。
3.納米材料運用
合肥大學研制成功了納米新型陶瓷刀具，這標志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細化品粒。因為對于品粒的細化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時，這種納米技術的應用也大大優化了其力學性能，納米材料加入到傳統的金屬陶瓷中對其力學性能來說是個很大的提供，刀具的壽命也提高到2倍以上。
4.納米耐磨復合涂層的應用
由于納米材料的顆粒之間往往都存在著庫侖力、范德華力，有些顆粒甚還與化學鍵結合，這也就導致了陶瓷的顆粒極其容易團聚，并且顆粒之間越小其進行的團聚就越緊，也就使其應有的性能很難得到充分的發揮，這個問題也就能夠通過施加機械能和化學作用這兩種力式來進行解決，但是，硬團聚的顆粒之間緊密結合，僅僅通過化學作用是遠遠不夠的，必須要對其輔助很大的機械力，這些機械力主要包括剪切力和撞擊力。
5.納米技術馬達
納米技術馬達的最新一代是由一家美國公司生產的，Mano Muscle公司生產這款納米技術馬達首先亮世于中國的深圳，從體積方面測量，新一款的納米技術馬達僅有傳統電磁馬達體積的二十分之一。其功率能夠負載大約四千克的重量，使用壽命更是達到了100萬次，性能如此良好，但其長度卻不到一根火柴桿的長度。該馬達通過采用納米技術制造的智能材料，將傳統的銅、鐵、磁等材料替代，因此，新一代的馬達相比于傳統馬達具有許多優點。重量更輕，幾乎沒有噪音，而制造成本也更低。目前這種微型馬達在機械中的運用并不是很廣泛，主要運用于汽車的電動車窗方面。
6.納米磁性液體用于旋轉軸的動態密封
通常靜態的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環作為密封元件。旋轉條件下的動態密封一直是未能解決的問題，無法在高速、高真空條件下進行動態密封。納米技術的出現促進了磁性液體密封技術的產生。南京大學已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。在電子計算機的硬盤轉處已普遍采用磁性液體的防塵密封，除此之外磁性液體還可于制造新型劑，巧妙利用磁場原理改善效果。納米技術在機械工程中的應用舉不勝舉，通過以上這些新型技術的產生，我們不難看出納米技術對于機械工程的發展有著深遠影響。同時，相對于傳統機械工程來說，也正是因為納米技術有很多優勢才能取得這樣顯著的成果。
6.1納米磁性液體在旋轉軸中應用的尺寸效應
在納米技術領域，其顯著成果之一就是在旋轉軸中，對傳統的尺寸單位進行了縮小，以前的計量單位級為毫米，而今則是納米級，而1納米僅相當于1毫米的百萬分之一，如果運用在機械工程之中，那么機械的體積會因為納米技術的應用而極大的降低，在此基礎上就有了微型機械為代表的新型機械的誕生和生產。實際上，這種微型化并不僅僅是單純意義上的尺度上發生了重大變化，而更多的是指可以成批進行制作生產微傳感器、集合微結構、微驅動器、微電路等處置裝置于一體的微型機電系統。
6.2 納米磁性液體在旋轉軸中應用的摩擦性能
納米技術最為顯著的一個特征就是其摩擦性能，在機械工程中，特別是結構和尺寸比較大的機械，由于摩擦力的影響，各種軸承對會因摩擦出現損傷，對機械的磨損非常嚴重。而納米材料，則幾乎處在一種無摩擦的狀態，非常好的克服了摩擦的問題。
6.3 納米磁性液體在旋轉軸中應用的材料以及多元化
納米技術的應用使原材料能夠以一種更加微小的形態出現，而且性能強大。其首先不僅改良了傳統的材料，同時通過采用納米科技，更多更新的新材料也不斷涌現。磁性液體密封技術證明了磁性液體能夠能夠被磁場控制的特性，另外在材料的應用過程中，通過向其添加一定的微量元素，還能夠使材料獲得更好的效果。
7.結語
納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉，顯示了其強大的科技含量，但是在其運用中，我們仍有很多方面亟待解決：如何準確表征納米材料的各種精細結構;怎樣從結構上分析、解釋納米材料的新特性;能否利用某種標準來預測微區尺寸減少到多大時，材料表現出特殊的性能等等。對于這些問題，我們仍需深入研究，以便納米技術更好地服務于機械工程領域。
參考文獻：
納米科學與技術范文5
Abstract: Nano technology research and development is a major breakthrough for technology development and has been applied in all areas of society. Using nano technology in mechanical engineering is its core. Its performance are in many aspects. This article attempts to show off the application of nano technology in this area from examples, and comes to the change of traditional mechanical engineering.
關鍵詞: 納米技術;納米材料;摩擦性能
Key words: nano technology;nano-materials;friction properties
中圖分類號:TH16 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0143-01
0引言
自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上,正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支開始,納米技術便一步一步進入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0.1~100 nm之間的物質組成的體系運動規律和相互作用,以及實際應用中的技術問題的科學技術。從材料的結構層次來說,它介于宏觀物質和微觀原子、分子的中間領域。納米技術不是一門單一的新型學科或者技術,它廣泛應用于各類學科中,其中在機械工程中的應用對于機械工程學科的技術變革起到了不可估量的作用。納米技術運用到機械方面尤其是產生了微型機械技術已經成為21世紀研究的核心技術,很多國家在納米技術上開始了越來越多的研究,在機械工程方面對于納米技術的應用主要有以下幾方面。
1微型納米軸承
傳統的軸承體積較大,摩擦力也只能靠來減少,但仍不可避免。美國科學家研制的這種幾乎沒有摩擦的微型納米軸承主要有兩個特點:第一是微型,他的直徑只有一根頭發的萬分之一,應用在機電系統的微型軸承更是只有1nm,是微型機械的千分之一大小。第二是極小的摩擦力。若軸承體積小,那么套在一起的管子之間的摩擦力便會暴露出微型軸承的弱點,摩擦力大時甚至無法使用。這種納米軸承與通常制造的微型機械的軸承相比,摩擦力僅為其最小值的千分之一。
2納米材料運用
合肥大學研制成功了納米新型陶瓷刀具,這標志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細化品粒。因為對于品粒的細化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時,這種納米技術的應用也大大優化了其力學性能,納米材料加入到傳統的金屬陶瓷中對其力學性能來說是個很大的提供,刀具的壽命也提高到2倍以上。
3納米技術馬達
新一代的納米技術馬達是由美國Nano Muscle公司生產,這種微型馬達首次在深圳面世,該產品體積只有傳統電磁馬達體積的二十分之一,長度甚至比火柴桿還短,卻能負載四千克的重量,壽命可達100萬次。這種馬達主要是用納米技術制造的智能材料代替傳統的銅線圈和磁鐵,因而比傳統馬達更輕、成本更低,同時噪音很低,可以成為世界上最靜音的馬達。這種微型馬達在機械中運用不多,主要用于玩具和汽車的電動車窗,這項研究也已在深圳進行研發和生產。
4納米磁性液體用于旋轉軸的動態密封
通常靜態的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環作為密封元件。旋轉條件下的動態密封一直是未能解決的問題,無法在高速、高真空條件下進行動態密封。納米技術的出現促進了磁性液體密封技術的產生。南京大學已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。在電子計算機的硬盤轉處已普遍采用磁性液體的防塵密封,除此之外磁性液體還可于制造新型劑,巧妙利用磁場原理改善效果。納米技術在機械工程中的應用舉不勝舉,通過以上這些新型技術的產生,我們不難看出納米技術對于機械工程的發展有著深遠影響。同時,相對于傳統機械工程來說,也正是因為納米技術有很多優勢才能取得這樣顯著的成果。
第一,納米技術的尺寸效應。納米技術的主要效果之一便是縮小了傳統尺寸的單位,將毫米進化為納米,一納米相當于十億分之一米。納米技術應用在機械中,可以大大降低機械的體積,從而形成了新型機械――微型機械。這種不是傳統機械單純地在尺度上微小型化,而通常是指可以成批制作的集合微機構、微驅動器、微能源以及微傳感器和控制電路、信號處理裝置等于一體的微型機電系統。他們大部分都是運用納米技術的成果,因而它遠遠超出了傳統機械的概念和范疇,而是基于現代科學技術,并作為整個納米科技重要組成部分和用一種嶄新的思維方式與技術路線指導下的產物。
第二,納米技術使材料多元化,應用多元化。納米技術是原材料形成更微小的形態,功能也更加強大,不僅能改良傳統材料,又能源源不斷地產生出新的材料。磁性液體密封技術便是證明,利用磁性液體可以被磁場控制的特性,將納米單位的液體置于磁場之內,從而達到密封的效果。同時在材料運用中可將微量的元素融入到基礎材料中,達到更好的效果。納米復合氧化鋯是成功應用在工業上的納米材料,這種材料提高了材料的耐高溫性能和導氧及儲氧功能,因此廣泛運用于汽車發動機系統中。
第三,納米材料摩擦性能。納米技術最顯著的特性就是其擦性能,在機械中,各種軸承等都存在著摩擦,但是納米材料的出現,使得各類機械結構尺寸便小,同時對于過小的零件,摩擦力便顯的尤為重要,摩擦力如果相對較大,則零件便會造成磨損。但是納米技術也同樣克服了這一問題,現已出現納米材料幾乎無摩擦的狀態。美國科學家研制的這種微型納米軸承可在運動是無磨損和撕裂,達到了理想的效果。
第四,納米技術節能效果。納米技術實現了“小材大用”,帶來的又一優勢便是節能和環保。在納米技術的應用中,產生了很多新型材料,它們減少了很多不必要的消耗,使得傳統的機械工程中需要的大量材料迅速降低,對于原材料的節約起到了驚人的效果。德國不萊梅應用物理所已研制成功并且申請了一項專利,即用納米Ag代替微米Ag制成導電膠,可節省Ag粉50%,用這種導電膠焊接金屬和陶瓷,涂層不需太厚,而且涂層表面平整,效果理想。
納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉,顯示了其強大的科技含量,但是在其運用中,我們仍有很多方面亟待解決:如何準確表征納米材料的各種精細結構;怎樣從結構上分析、解釋納米材料的新特性;能否利用某種標準來預測微區尺寸減少到多大時,材料表現出特殊的性能等等。對于這些問題,我們仍需深入研究,以便納米技術更好地服務于機械工程領域。
參考文獻:
納米科學與技術范文6
關鍵詞：納米材料；納米技術；特征；方式
目前，隨著生物技術、信息技術以及能源技術等的迅猛發展，社會各個領域對材料的要求越來越高，所以，利用先進的科學技術，開發和利用新型材料，成為提高科技水平的必要途徑。
1.納米材料的特征
1.1納米材料具有表面效應
納米微粒的尺寸較小，表面積較大，而且原子在表面上占有很大的比例，而隨著粒徑的減少，表面積迅速增大，從而使得表面的原子數急劇增加。所以，納米材料性質的變化，是與納米粒子的表面原子數、總原子數以及粒徑的變化有關的。
1.2納米材料具有體積效應
納米粒子的體積效應是指當納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波長相當或者較短時，周期性的邊界條件遭到破壞，內壓、磁性、光吸收、熱阻、化學活性、熔點以及催化性等特性與宏觀顆粒的相比發生了變化，同時，納米材料的體積效應拓寬了納米粒子的應用范圍。
1.3納米材料具有小尺寸效應
當超細微粒的尺寸與德布羅意、光波波長以及超導態的相干長度或者投射深度等物理特性尺寸相當或者更小時，晶體周期性的邊界條件被破壞；非晶態納米微粒的顆粒表面層附近原子的密度減小，導致光、聲、電磁和熱力學等特征都隨著尺寸的縮小而發生明顯的變化。
1.4納米材料具有量子尺寸效應
納米材料的量子尺寸效應是指當納米粒子的尺寸下降到某一值時，金屬粒子納米面附近電子能級由準連續變為離散能級，而且，納米半導體微粒存在著不連續的最高被占據的分子軌道能級和最低未被占據的分子軌道能級，從而出現能隙變寬的現象。比如，超導相向正常相轉變、光吸收增加、金屬熔點降低等。
2.納米技術的具體應用方式
2.1納米技術應用于陶瓷領域
作為三大支柱材料之一，陶瓷材料在日常生活和工業生產中占有重要的地位，但是，傳統的陶瓷材料具有質地脆、韌性差、強度低的缺點，應用范圍有限，而隨著納米技術的開發和應用，納米陶瓷成為彌補陶瓷材料缺陷的重要資源。盡管在技術方面納米陶瓷還存在著諸多的不足，但是其具有室溫性能優良、抗彎強度較大、高溫力學性能較好等優點，并且已經廣泛應用于軸承、切削刀具、和汽車發動機部件等方面，另外，由于納米陶瓷材料能夠適應強腐蝕、超高溫等苛刻的環境，所以具有非常廣闊的發展空間。
2.2納米技術應用于微電子學
作為納米技術的重要組成部分，納米電子學是根據納米粒子的量子效應來設計、制備納米量子器件的一種技術，其最終目標是進一步減小集成電路，研制出由單原子或者單分子構成的、能夠使用于不同室溫的各種器件。目前，通過納米電子學已經成功研制出各種納米器件。紅、綠、藍三基色可調諧的納米發光二極管、單電子晶體管以及超微磁場探測器等已經問世，而且，隨著碳納米管的研制成功，納米電子學的發展速度不斷提高，因而，立足于最新的物理理論和最先進的工藝手段，按照全新的理念構造電子系統，開發物質潛在儲存和處理信息能力的納米電子學，可以實現信息采集和處理能力的革命性突破，成為信息時代的發展核心。
2.3納米技術應用于生物工程
分子可以保持物質化學性質不變，所以，作為一種很好的信息處理材料，每一個生物分子本身就是一個微型的處理器，在運動過程中，可以預測方式，進行狀態變化，其原理與計算機的邏輯開關相似，因而，可以利用生物分子的特性和納米技術，設計量子計算機。目前，雖然分子計算機僅僅處于理想階段，但是，科學家已經考慮利用幾種生物分子制造計算機的組件。比如紫紅質細菌，它不僅具有很好的穩定性和特異的光、熱、化學物理特性，而且其奇特的光學循環可以用于儲存信息，來代替計算機信息處理和信息存儲的作用。盡管，在未找到具有開關功能的微型器件的情況下，目前尚未出現商品化的分子計算機，但是，納米計算機的出現，將會突破傳統極限，極大地提高單位體積物質的儲存和信息處理的能力，促進電子學的發展。
2.4納米技術應用于光電領域
納米技術的快速發展，加強了微電子與光電子之間的聯系，在光電信息傳輸、處理、顯示、運算和存儲等方面，光電器件的性能不斷提高。把納米技術用在現有雷達的信息處理上，可以使其能力提高10倍到幾百倍，甚至可以利用納米技術進行高精度的對地偵察，但是，想要獲取高分辨率的圖像，則需要依靠先進的數字信息處理技術。因此，在光電領域合理應用納米技術，成為科學技術發展的重要動力。
2.5納米技術應用于醫學
在納米技術不斷發展的過程中，醫學上逐漸引入納米技術。研究人員發現，生物體內線度在15～20nm的RNA蛋白復合體和多種病毒也是納米粒子，這些納米粒子比紅血球小，可以在血管中自由流動，因而，假如將超微粒子注入到血夜里，可以通過血管輸送到人體各個部位。另外，利用納米w粒作為載體的病毒誘導物方式已經應用于臨床動物實驗之中，并且將服務于人類。此外，科學家們設想利用納米技術制造出分子機器人，檢測、診斷身體各個部位，并且實施特殊治療，來清除心臟動脈脂肪沉積物、疏通腦血管中的血栓甚至吞噬病毒、殺死癌細胞，所以，在不久的將來，高血壓、艾滋病和癌癥等疑難雜癥可能會通過納米技術得以解決。
2.6納米技術應用于其它方面
在溝通交流方面，利用納米技術制成含有納米電腦的可人一機對話并且具有自我復制能力的納米裝置；利用納米羥基磷酸鈣為原料，制作人的牙齒、關節等仿生納米材料；在軍事方面，通過昆蟲作平臺，把分子機器人植入昆蟲的神經系統，來控制昆蟲的飛向，收集敵方情報，可以起到很大的干擾功能。
