纳米检测技术的应用

纳米材料在检测分析方面的应用08机电2班仇云飞（0811111007）目录•1：纳米材料的优异性能1.1概述1.2小尺寸效应1.3量子尺寸效应1.4表面效应•2：纳米材料分析检测的应用2.1磁性材料2.2碳纳米管2.3传感器材料2.4纳米生物医学技术1.1概述•纳米材料的尺寸被限制在100nm以下，这是一个由各种限域效应引起的各种特性开始相当大尺寸改变的尺寸范围。当材料或那些特性产生的机制被限制在小于某些临界长度尺寸的空间之内的时候，特性就会改变。因此纳米材料由于其结构的特殊性，会产生一系列新的效应（小尺寸效应、表面效应、量子效应等）决定了纳米材料出现很多不同于传统材料的独特性能。1.2小尺寸效应•当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的变化，称为小尺寸效应。•例如，光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等。1.3量子尺寸效应·以下两种情形均称为量子尺寸效应：一：是纳米粒子尺寸小到某一值时，在费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象。二：是纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能级间隔变宽现象。当能级间隔大于热能、磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，就必须要考虑量子尺寸效应。·量子尺寸效应导致纳米微粒的磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有着显著的不同。1.4表面效应•表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加，粒子的表面能及张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。2.纳米材料分析检测的应用由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面有广泛的应用。2.1磁性材料（1）磁流体是磁性材料应用的一个典型。磁流体——是使强磁性超微粒子外包裹一层长链的表面活性剂，稳定地分散在基液中形成的胶体。磁流体的特性——具有固体的强磁性和液体的流动性。磁流体的应用：磁记录、磁密封等此外，还可作为光快门、光调节器、激光磁爱滋病毒检测仪等仪器仪表材料等应用到分析检测中去。另外，其在磁学性质方面所具有的超顺磁特性可用于提高医学诊断的灵敏度。2.2碳纳米管•这是一种完全由碳原子构成的十分奇特的材料。碳原子是由石墨中的一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几纳米到几十纳米。碳纳米管具有一系列机械、电子特性，如良好的稳定性、高柔韧性和导电性，以及大地表面积和特异的电子特性，它的比重只有钢的1/6，而强度确实钢的100倍。•目前，碳纳米管已经用于制作整流二极管，优质电子开关，以及电脑显示器等。•至于在分析检测方面的应用主要举碳纳米管传感器和纳米计算机的前瞻。•关于利用其固有的大电场，制造出来的极性分子的碳纳米管传感器的理论上的可行性参见《纳米物理与纳米技术》（美EdwardL.Wolf）P183•纳米计算机相比较于传统的计算机，计算储存能力更为突出。其基本组成分子器件与传统的微电子器件相比有以下优点：•1）突破硅电路的物理极限，体积最小，因而符合未来计算机“更小、更快、更冷”的要求。•2）硅片是一种集合的功能，要依靠后加工，即光刻，掺杂等工艺，否则不具备工作性能。而分子器件的功能则是与生具有的大块材料切到纳米尺寸，仍然具有工作特性。•3）分子存储单元保持所存储的比特（电荷）的时间几乎达到十分钟。而普通的硅动态随机存储部件（DRAM）只能保留比特几毫秒的时间（为保持数据，必须由外部电路频繁的刷新DRAM）。2.3传感器材料•传感器主要材料是金属。一般超微粒金属是黑色，它具有吸收红外线的特点，且表面积大、表面活性高，对周围环境变化十分敏感。⑴气体传感器利用金属氧化物随周围环境中气体的改变，电学性能（如电阻）发生变化，反过来对气体进行检测和定量测定。它可用作可燃性气体泄漏报警器和湿度传感器。⑵红外线传感器由金超微粒子沉积在基板上形成的膜可用作红外线传感器，制成辐射热测量器。2.4纳米生物医学技术•（1）利用纳米微粒标记以及采用磁性纳米微粒对疾病（尤其是肿瘤和癌症）进行快速，高可靠性的诊断。•例如：氧化铁在纳米级的时候，磁性消失，当遇到外界磁场时又具有超强的顺磁性。利用这点，制造出纳米氧化铁造影剂来改善磁共振成像，以此来提高诊断能力。•（2）纳米荧光探针技术。例如美国政府开发的丙肝病毒诊断纳米探针试剂。•（3）利用扫描探针显微技术开发的纳米生物传感器，这些功能性探针将有纳米级的空间分辨率，在微观结构的同时，可以进行有关生化性质的检测。•（4）基于电流或电阻方法的检测纳米通道可用作生化或电性质检测的器件，甚至可作为DNA测序。3.后记•参考书目：•1.《纳米科技现在与未来》（白春礼）•2.《纳米物理与纳米技术》（美EdwardL.Wolf）谢谢！