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納米技術科普,帶你了解納米技術史上的50個裏程碑
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。因爲納米技術的發展,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,都爲人類社會生活帶來巨大改變。爲構建更美好的世界,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件裏程碑大事,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,會發生顔色變化,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的接触角。随后,Barthlott和Neinhuis首次提出“荷叶效应”,将超疏水性能归因于表面微米结构。后来,江雷等人发现,超疏水性能实际上归因于粗糙表面的微纳米结构,并制备了世界上第一个超疏水納米材料。


1917

3. 首次制備單分子薄膜

Irving Langmuir首次提出并证实单分子薄膜的可行性。随后,和Katharine Blodgett发明了制备单层分子薄膜(LB膜)的技术,首次实现脂肪酸单分子层从水面向固体基底上的转移。

获诺贝尔化学奖(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发明了第一台电子显微镜。

获诺贝尔物理学奖(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在加州理工学院举办的美国物理学会年会上发表题为《There is plenty of room at the bottom》的演讲,提出在原子尺度上操控物质,被认为是“纳米技术”概念的雏形,并从根本上开启了纳米技术有意识地科学发展的序幕!

 


1968

8. 發明分子束外延技術

John R. Arthur和Albert Y. Cho发明分子束外延方法,可制备高质量单晶薄膜,广泛应用于半导体器件的制备。

 


1974

9. 誕生“納米技術”一詞

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

 

1974

10. 發現表面增強拉曼散射

Martin Fleischmann、Patrick Hendra和James McQuillan发现吸附在银电极表面的吡啶分子具有异常增强的拉曼散射现象;随后,Richard van Duyne首次提出SERS的概念,并和 Alan Creighton独立地将SERS机理解释为纳米级粗糙表面产生的表面等离激元及电磁场增强。

 

 

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,單個分子可以作爲整流器,一個單向的電流導體,開創分子電子學。

 


 

1976

12. 發明原子層沈積技術

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首次在半导体掺杂的玻璃中发现量子点纳米晶的存在及其独特的光学性能。

 


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。

获诺贝尔物理学奖(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发

现了C60富勒烯分子,揭开了碳納米材料的序幕!

获诺贝尔化学奖(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发明了原子力显微镜。

 


1986

19. 首次系統介紹納米技術

K. Eric Drexler出版书籍“Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”,并被翻译成多种文字,正式向全世界系统介绍纳米技术。

 


1988

20. 發現巨磁電阻

Albert Fert和Peter Grünberg在多层膜中发现了巨磁电阻效应,使信息存储发生革命新突破。

诺贝尔物理学奖(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使用扫描电子显微镜操控镍表面上的单个氙原子,写出字母“IBM”。

 


 

1991

23. 發現碳納米管(的重要性)

Sumio Iijima报道碳纳米管的生长。虽然大量研究认为,1991年之前,就已经有一些关于碳纳米管的报道。但是,由于Sumio Iijima将碳纳米管带向全世界,所以他仍然被认为是碳纳米管之父。

一年之后,Millie Dresselhaus及同事提出一种可以准确预测金属与半导体纳米管比例的理论。

1991

24. 發明分子梭

Fraser Stoddart基于輪烷發明了首個分子梭。隨後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通过调节多极子校正装置和控制电磁透镜的聚焦中心,实现对球差的校正,使透射电镜达到亚埃级的分辨率。

 

1993

27. 發現量子圍欄

Michael Crommie、Christopher Lutz和Don Eigler发现铁原子在铜表面形成的量子围栏囚禁了电子。

 


28. 發明微接觸印刷術

George M. Whitesides和 Amit Kumar发明了一种基于PDMS制成的表面具有微观图案的印章构造微纳结构的软刻蚀技术。



1994

29. 發明受激發射損耗顯微技術

Stefan Hell和Jan Wichmann提出受激发射损耗显微术,打破了光学成像的

衍射極限。

获诺贝尔化学奖(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爲模板,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,并在随后的时间里,将MOF的合成、性能调控以及应用发扬广大!

 


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观察到当光通过亚波长金属孔阵列时,得到的透射率在特定波长位置会比经典的小孔透射理论预言的数值高若干个数量级。光异常透射的发现,标志着表面等离激元纳米光子学(plasmonics) 进入活跃发展期。

 


1998

34. 發明電子墨水

Joseph Jacobson發明了電子墨水,革新信息顯示亚洲东方在线。

 


1998

35. 首次合成晶態納米線

Charles Lieber、Lars Samuelsson和Kenji Hiruma独立开发出制备晶态半

導體納米線的技術。

 


1998

36. 發明SBA-15大孔介孔材料

Galen D. Stucky和赵东元发明了一种控制合成5-30 nm大孔介孔硅的方法。

 


1999

37. 發明分子馬達

Ben Feringa和Ross Kelly分别首次独立报告了光驱动分子马达和化学驱动分子马达。

诺贝尔化学奖(Ben Feringa,2016)

 


1999

38. 發明浸筆微刻技術

Chad A Mirkin发明dip-pen nanolithography技术,利用AFM针尖在基底表面构建化学稳定的单分子层。

 


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台室溫納米線激光器。

 


 

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发明了一种剥离单层石墨烯的技术。



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單鏈折疊成複雜的二維形狀的方法。

 



2009

46. 發明鈣钛礦太陽能電池

Tsutomu Miyasaka首次將CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3钙钛矿纳米晶引入染料敏化太阳能电池,随后Henry Snaith利用spiro-OMeTAD作为固态空穴传输层,正式揭开钙钛矿太阳能电池的序幕。

 



2011

47. 首次合成MXene

Yury Gogotsi首次合成出第一个二维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,實現複雜的蛋白合成過程。

 


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

 

其实,在法拉第首次观察到胶体金的颜色随尺寸变化之前,远古时期,就已经发现納米材料的踪迹。只不过,当时虽然已经得到一些应用,当时并未形成学科,没有从科学的角度展开研究。

 

公元前-6世紀

莱氏杯(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,杯子顔色可以從綠變紅,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

得鲁达制陶(Deruta Ceramicists)

文艺复兴时期,工匠利用5-100 nm左右的铜和银纳米颗粒来制备色彩斑斓的金属釉料,给陶瓷上色。

 


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

大马士革军刀刀片(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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