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      納米技術科普,帶你了解納米技術史上的50個里程碑
      編輯:尚蒙科技無錫有限公司   時間:2018-03-22


      納米技術,是21世紀的三大技術之一,經過數十年的發展,已經蔚然成風。因為納米技術的發展,社會生活的方方面面都在發生變化,有的變化如春雨,潤物無聲;有的變化則如春雷,如革命,浩浩蕩蕩,轟轟烈烈。

       


      每一次新技術的出現,都為人類社會生活帶來巨大改變。為構建更美好的世界,納米技術將源源不斷地提供新的活力!

       

      思來需憶往,溫故而知新。納米人從科學和技術的角度,特別整理了納米技術自肇始至今(2018年3月)的50件里程碑大事,以供交流探討:

      特別聲明:由于年代久遠,部分事件可能會有爭議,歡迎大家指正!

       


      1857

      1. 觀察到納米粒子

      Michael Faraday首次發現,制備得到的納米金溶膠,隨著尺寸的大小不同,會發生顏色變化,呈現出不同的丁達爾散射現象。

       


      2. 首次發現超疏水現象

      1907年,Ollivier首次報道了一種超疏水表面:油煙、石松粉和三氧化二砷材料表面實現接近180o的接觸角。隨后,Barthlott和Neinhuis首次提出“荷葉效應”,將超疏水性能歸因于表面微米結構。后來,江雷等人發現,超疏水性能實際上歸因于粗糙表面的微納米結構,并制備了世界上第一個超疏水納米材料。


      1917

      3. 首次制備單分子薄膜

      Irving Langmuir首次提出并證實單分子薄膜的可行性。隨后,和Katharine Blodgett發明了制備單層分子薄膜(LB膜)的技術,首次實現脂肪酸單分子層從水面向固體基底上的轉移。

      獲諾貝爾化學獎(Irving Langmuir,1932)


      1928

      4. 首次提出近場光學顯微鏡

      Edward Hutchinson Synge提出以近場掃描光學顯微鏡獲得超越衍射極限的圖像。

       


      1931

      5. 發明電子顯微鏡

      Ernst Ruska和Max Knoll發明了第一臺電子顯微鏡。

      獲諾貝爾物理學獎(Ernst Ruska,1986)。

       


       

      1946

      6. 首次實現分子自組裝

      Zisman、Bigelow和Pickett實現了有序單分子層在表面上的自組裝。

       


      1959

      7. 首次提出“納米技術”概念雛形

      Richard Feynman在加州理工學院舉辦的美國物理學會年會上發表題為《There is plenty of room at the bottom》的演講,提出在原子尺度上操控物質,被認為是“納米技術”概念的雛形,并從根本上開啟了納米技術有意識地科學發展的序幕!

       


      1968

      8. 發明分子束外延技術

      John R. Arthur和Albert Y. Cho發明分子束外延方法,可制備高質量單晶薄膜,廣泛應用于半導體器件的制備。

       


      1974

      9. 誕生“納米技術”一詞

      Norio Taniguchi創造“nano-technology”這一術語,為納米技術定名。

       

      1974

      10. 發現表面增強拉曼散射

      Martin Fleischmann、Patrick Hendra和James McQuillan發現吸附在銀電極表面的吡啶分子具有異常增強的拉曼散射現象;隨后,Richard van Duyne首次提出SERS的概念,并和 Alan Creighton獨立地將SERS機理解釋為納米級粗糙表面產生的表面等離激元及電磁場增強。

       

       

      1974

      11. 首次提出分子二極管的想法

      Mark Ratner提出分子二極管的想法,單個分子可以作為整流器,一個單向的電流導體,開創分子電子學。

       


       

      1976

      12. 發明原子層沉積技術

      Tuomo Suntola發明原子層外延薄膜制備技術。

       


       

      1980

      13. 首次觀察到自然形成的量子點

      Alexei Ekimov和Alexander Efros首次在半導體摻雜的玻璃中發現量子點納米晶的存在及其獨特的光學性能。

       


      1981

      14. 發明掃描隧道顯微鏡

      Gerd Binnig和Heinrich Rohrer發明掃描隧道顯微鏡。

      獲諾貝爾物理學獎(Gerd Binnig和Heinrich Rohrer,1986)

       


      1982

      15. 首次提出DNA納米技術

      Nadrian Seeman提出DNA納米技術的概念。

       


       

      1983

      16. 首次合成半導體量子點

      Louis Brus實現了膠體半導體量子點的控制合成。

       


      1985

      17. 發現富勒烯

      Harold Kroto、Sean O’Brien、RobertCurl和Richard Smalley發

      現了C60富勒烯分子,揭開了碳納米材料的序幕!

      獲諾貝爾化學獎(Harold Kroto、Robert Curl和Richard Smalley,1996)

       


      1986

      18. 發明原子力顯微鏡

      Gerd Binnig、Calvin Quate和Christoph Gerber發明了原子力顯微鏡。

       


      1986

      19. 首次系統介紹納米技術

      K. Eric Drexler出版書籍“Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”,并被翻譯成多種文字,正式向全世界系統介紹納米技術。

       


      1988

      20. 發現巨磁電阻

      Albert Fert和Peter Grünberg在多層膜中發現了巨磁電阻效應,使信息存儲發生革命新突破。

      諾貝爾物理學獎(Albert Fert和Peter Grünberg,2007)

       

      1988

      21. 發明染料敏化太陽能電池

      Brian O'Regan和Michael Gr?tzel利用TiO2納米顆粒多孔薄膜和分子染料發明了染料敏化太陽能電池。

       


       

      1990

      22. 首次實現原子尺度的操控

      Don Eigler和Erhard Schweizer使用掃描電子顯微鏡操控鎳表面上的單個氙原子,寫出字母“IBM”。

       


       

      1991

      23. 發現碳納米管(的重要性)

      Sumio Iijima報道碳納米管的生長。雖然大量研究認為,1991年之前,就已經有一些關于碳納米管的報道。但是,由于Sumio Iijima將碳納米管帶向全世界,所以他仍然被認為是碳納米管之父。

      一年之后,Millie Dresselhaus及同事提出一種可以準確預測金屬與半導體納米管比例的理論。

      1991

      24. 發明分子梭

      Fraser Stoddart基于輪烷發明了首個分子梭。隨后改進得到了可通過化學方法切換的雙穩態分子梭。

      獲諾貝爾化學獎(2016)


      1992

      25. 發明介孔分子篩

      Charles Kresge發明了MCM-41和MCM-48等一系列介孔分子篩材料。

       

       

      1992

      26. 實現球差矯正TEM

      Harald Rose、Knut Urban和Maximilian Haider通過調節多極子校正裝置和控制電磁透鏡的聚焦中心,實現對球差的校正,使透射電鏡達到亞埃級的分辨率。

       

      1993

      27. 發現量子圍欄

      Michael Crommie、Christopher Lutz和Don Eigler發現鐵原子在銅表面形成的量子圍欄囚禁了電子。

       


      28. 發明微接觸印刷術

      George M. Whitesides和 Amit Kumar發明了一種基于PDMS制成的表面具有微觀圖案的印章構造微納結構的軟刻蝕技術。



      1994

      29. 發明受激發射損耗顯微技術

      Stefan Hell和Jan Wichmann提出受激發射損耗顯微術,打破了光學成像的

      衍射極限。

      獲諾貝爾化學獎(Stefan Hell,2014)

       


      1994

      30. 首次合成模板納米線

      Martin Moskovits使用多孔陽極氧化鋁作為模板,首次制備得到有序的納米線陣列。

       


      1995

      31. 首次提出MOF概念

      Omar M. Yaghi首次提出了MOF(Metal–organic framework)的概念,并在隨后的時間里,將MOF的合成、性能調控以及應用發揚廣大!

       


      1996

      32. 發明納米孔基因測序

      Daniel Branton將一個DNA單鏈穿過脂質雙層膜內的納米孔。

       


      1998

      33. 發現光異常透射

      T. W. Ebbesen觀察到當光通過亞波長金屬孔陣列時,得到的透射率在特定波長位置會比經典的小孔透射理論預言的數值高若干個數量級。光異常透射的發現,標志著表面等離激元納米光子學(plasmonics) 進入活躍發展期。

       


      1998

      34. 發明電子墨水

      Joseph Jacobson發明了電子墨水,革新信息顯示行業。

       


      1998

      35. 首次合成晶態納米線

      Charles Lieber、Lars Samuelsson和Kenji Hiruma獨立開發出制備晶態半

      導體納米線的技術。

       


      1998

      36. 發明SBA-15大孔介孔材料

      Galen D. Stucky和趙東元發明了一種控制合成5-30 nm大孔介孔硅的方法。

       


      1999

      37. 發明分子馬達

      Ben Feringa和Ross Kelly分別首次獨立報告了光驅動分子馬達和化學驅動分子馬達。

      諾貝爾化學獎(Ben Feringa,2016)

       


      1999

      38. 發明浸筆微刻技術

      Chad A Mirkin發明dip-pen nanolithography技術,利用AFM針尖在基底表面構建化學穩定的單分子層。

       


      2000

      39. 首次實現半導體納米晶形貌控制

      A. P. Alivisatos和彭笑剛發明了一種CdSe納米晶形貌控制策略。


      2001

      39. 發明納米線激光器

      楊培東基于ZnO半導體納米線發明了第一臺室溫納米線激光器。

       


       

      2001

      40. 首次提出聚集誘導發光概念

      唐本忠團隊首次提出聚集誘導發光(AIE)的概念,從根本上解決了有機發光分子的ACQ問題,有效提高有機分子固態發光效率。



      2002

      41. 首次合成單分散貴金屬納米晶

      夏幼南和孫玉剛發明了一種精確控制合成幾乎單分散的銀和金納米晶的醇熱法。

       


      2004

      42. 發現石墨烯

      Andre Geim和Konstantin Novoselov發明了一種剝離單層石墨烯的技術。



      2005

      43. 發明普適性的納米溶膠合成技術

      李亞棟和王訓發明了一種液相合成各種元素納米晶的通用策略。

       

       

      2006

      44. 發明納米發電機

      王中林利用ZnO納米線的壓電效應,在納米尺度下將機械能轉換成電能,首次成功研制納米發電機。



      2006

      45. 發明DNA折紙術

      Paul Rothemund發明了一種將DNA單鏈折疊成復雜的二維形狀的方法。

       



      2009

      46. 發明鈣鈦礦太陽能電池

      Tsutomu Miyasaka首次將CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3鈣鈦礦納米晶引入染料敏化太陽能電池,隨后Henry Snaith利用spiro-OMeTAD作為固態空穴傳輸層,正式揭開鈣鈦礦太陽能電池的序幕。

       



      2011

      47. 首次合成MXene

      Yury Gogotsi首次合成出第一個二維MXene納米材料:Ti3C2



      2015

      48. 發明全集成的人工光合作用系統

      楊培東通過半導體納米線結構,構建了首個人工光合作用全集成系統。

       


      2013

      49. 首次實現分子機器合成蛋白

      David Leigh創造了一個相當于人工核糖體的小分子機器,可將氨基酸按特定順序連接起來,實現復雜的蛋白合成過程。

       


      2016

      50. 首次實現1nm晶體管

      Ali Javey利用碳納米管和MoS2首次構建出1nm晶體管,使摩爾定律仍然有效。


       

       

      附:納米往事

       

      其實,在法拉第首次觀察到膠體金的顏色隨尺寸變化之前,遠古時期,就已經發現納米材料的蹤跡。只不過,當時雖然已經得到一些應用,當時并未形成學科,沒有從科學的角度展開研究。

       

      公元前-6世紀

      萊氏杯(Lycurgus Cup)

      古代工匠在杯子制作材料中加入膠體金和銀納米顆粒,在光照作用下,杯子顏色可以從綠變紅,又稱雙色杯。現存大英博物館,是目前發現最早的納米技術應用。

       


       

      9-17世紀

      得魯達制陶(Deruta Ceramicists)

      文藝復興時期,工匠利用5-100 nm左右的銅和銀納米顆粒來制備色彩斑斕的金屬釉料,給陶瓷上色。

       


      6-15世紀

      彩色玻璃窗(stained glass windows)

      歐洲大教堂工匠利用氯化金以及其他各種金屬氧化物和氯化物制作彩色玻璃窗,充滿活力。


       

      13-18世紀

      大馬士革軍刀刀片(Damascus saber blades)

      軍火制造商利用含有碳納米管和炭化鐵納米線的材料制造軍刀刀片,刀片有明顯的摩爾紋,堅硬無比。

       


      16世紀

      納米金藥物

      歐洲現代化學的奠基人之一Paracelsus制備出含有金納米顆粒的藥物,用來治療精神類疾病。


      來源:微信JEFF

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