纳米材料在生活中的应用和用途 纳米技术的应用有哪些


纳米材料在生活中的应用和用途 纳米技术的应用有哪些


难以想象一个没有纳米技术的未来 。在原子和分子水平上操纵物质,为化学、生物以及医学领域的重大突破铺平了道路 。然而,纳米技术的展开应用远比我们想象的要更加广泛和多样化 。
10 电影制作
上世纪80年代,扫描隧道显微镜(STM)还未被发明,纳米技术领域或许还停留在科幻小说当中 。具有原子精度的STM令物理学家以一种传统显微镜无法实现的方式来研究物质结构 。
IBM的研究人员在铜片表面通过移动独立的原子,制作了世界上最小的动画电影《一个男孩和他的原子》,显示出了STM的惊人潜力 。
这部90秒的电影描绘了一个由一氧化碳分子构成的男孩在玩球、跳舞、弹蹦蹦床 。这部动画共有202帧,所占空间只有单根人类头发丝的1/1000 。为了拍摄这部影片,研究人员利用了STM的一个特殊功能:由一个原子构成的带电且极尖锐的针尖 。该针能够感测到碳分子在动画表面(即铜片)的精确位置 。因此,可以用来创建分子图像,并将其移动到下一个位置 。
9 石油开采
过去的十年间,全球石油勘探开支已成倍增长 。然而,石油开采效率仍然是个大问题 。当石油公司关闭油井时,通常只有不到一半的石油被提取 。剩下的部分因被隐藏在岩石里,需要的花费太高而未被开采 。幸运的是,得益于纳米技术,中国科学家已经发现了一种解决途径 。
该方案是提高现有的钻井技术 。原来的技术需要将水注入到石油所在的岩石孔隙中 。水占据石油所在的位置,并将其逼出 。然而,这种方法显示出了一定的局限性,那些能够轻易到达位置的石油已经被提取了 。到那时,从油井里出来的就不是石油,而是水了 。
为了防止这种情况发生,中国研究人员Peng和Ming Yuan Li想出了一个方法,注入含有纳米颗粒的水,其中纳米颗粒可以插入到岩石的孔隙之间 。这种方法的目的在于使水以更窄的路径进入含油的孔隙当中,将其逼出 。在中国进行的实地研究非常成功,这种方法证明了非常高效(50%)的黑金开采 。
8 高分辨率显示
计算机屏幕上的图像是通过被称为像素的微小的点呈现出来的 。不管其尺寸和形状,屏幕上像素的数目仍然是图像质量的决定因素 。然而,对于传统显示器而言,像素越多意味着屏幕越大——这是一个明显的局限性 。
当各家公司都忙于兜售巨大屏幕之时,牛津大学的科学家们发明了一种制备像素的方法,只有数百纳米大小 。这种方法利用了一种叫做GST(热管理产品中发现的一种材料)的相变材料 。实验过程中,科学家将7 nm厚的GST层夹在两片透明电极之间 。每一层(只有300*300 nm)作为一个像素,可通过电开闭控制 。利用电流,科学家能够产生具有良好质量和对比度的图像 。
这种纳米像素将用于各种用途,这些用途是对常规像素来说不切实际的 。例如,其微小的尺寸和厚度使其具有很好的选择,如智能眼镜、曲面屏幕、合成视网膜 。纳米像素显示器的另一个优点在于能耗低 。不同于当前不断刷新所有像素来形成图像的显示器,GST显示器只刷新那些有变化的部分,从而降低能耗 。
7 变色涂料
加州大学科学家在做金纳米颗粒成串实验时发现了一个令人吃惊的现象 。他们注意到当颗粒被拉伸或收缩时,金的颜色发生变化,按照科学家的描述就是由一个漂亮明亮的蓝色变成了紫色,又变成了红色 。这一发现激发了科学家利用金纳米颗粒制作传感器的想法,对其施加压力,颜色也会随之改变 。
要制得这样的传感器,金纳米颗粒必须被添加到柔性的聚合物薄膜当中 。按下薄膜,薄膜被拉伸,使纳米颗粒分开,从而改变颜色 。较轻的按压,传感器显示出紫色;而按压力度较大时传感器显示出红色 。科学家们注意到这个有趣的特性不仅发生在金颗粒上,银颗粒被拉伸时也发生颜色的变化,会变成黄色 。

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