浅谈纳米技术的研究与应用

浅谈纳米技术的研究与应用

1.引言

当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。

如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。

今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。

我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”

英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。”

近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。

海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。

1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。”

1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不

仅是一个可观察的手段，而且已成为可以排布原子的工具。STM与AFM(原子力显微镜)借助于隧道电流效应，用扫描探针实现直接观测原子、分子以及生物蛋白(DNA)结构。1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术会议。《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世。一门崭新的科学技术--纳米科技从此得到科技界的广泛关注。

2.纳米及纳米技术

什么是纳米?纳米(nanometer，nm)是一种几何尺寸的量度单位，其长度仅为1m的10亿分之一，即千分之一微米。原子的直径在0.1-0.3nm之间。

纳米科学技术(Nanotechmlogy)是指在纳米尺度(1nm到100nm之间)上研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它又将引发一系列新的科学技术。例如纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学等。

纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度水平，并且具有特殊性能的材料。

纳米材料具有极佳的力学性能。如高强度、高硬度和良好的塑性。纳米材料的表面效应和量子尺寸效应对纳米材料的光学特性具有很大的影响。如它的红外吸收谱频带展宽，吸收谱中的精细结构消失，中红外有很强的光吸收能力。

纳米材料的颗粒尺寸愈小，电子平均自由程缩短，偏离理想周期场愈严重，使得其导电性特殊。当晶粒尺寸达到纳米量级时金属会显示非金属特性。

纳米材料的比表面积/体积很大，因而它具有相当高的化学活性。在催化、敏感和响应等性能方面显得尤为突出。

按照材料的形态，可将纳米材料分为四类：

(1)纳米颗粒材料；

(2)纳米固体材料；

(3)纳米膜材料；

(4)纳米磁性液体材料。

纳米颗粒材料又称为超微颗粒催化剂。利用其较高的比表面积和活性可以显著地提高催化效率。例如超细的铁微粒作为催化剂可以在低温状态下将二氧化碳分解为碳和水。纳米固体材料通常指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，从而使得纳米材料具有高韧性。如纳米陶瓷就可显著增加韧性，改善脆性。

纳米膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜。它有诸多应用，例如金颗粒膜从可见光到红外光的范围内，光的吸收率与波长的依赖性甚小，从而可作为红外线传感元件。

纳米磁性液体材料是由超细微粒包覆的有机表面活性剂。高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。磁性液体的用途十分广泛，如它可用于旋转轴的动态密封，形成液体的“O”型环，可以进行真空、加压、封水、封油等情况下的动态密封，目前已开始应用于机械、电子、仪器、宇航、化工、船舶等领域。

若在步进电机中滴加磁性液体，就可阻尼步进电机的余振，使步进电机平滑地转动。用磁性液体所构成的减震器可以消除极低频率的振动。

因为纳米科技的最终目的是以原子、分子为起点去制造具有特殊功能的产品，所以纳米器件的研制和应用水平是进入纳米时代的重要标志。

为制造具有特定功能的纳米产品，有两种技术路线。一种是通过微加工或固态技术，不断将功能产品微型化；另一种是以原子、分子为基本单元，按人们的意愿进行设计和组装。目前人们正在尝试制造纳米化工、生物传感器、生物分子计算机、纳米分子马达等。

3.世界纳米技术研究计划

新世纪已经来临，纳米技术已受到全世界的关注，世界各国都对具有战略意义的纳米技术予以足够的重视，国家之间的竞争已经揭开了战幕。

一些发达国家都从战略的高度部署纳米科技的研究，目的是提高未来10年至20年在国际中的竞争地位。

纳米技术研究的一个特点是正在做到三个结合，即纳米技术与传统技术相结合；纳米专家与其他各科技领域专家相结合；纳米专家与企业家相结合。纳米技术研究的另一个显著特点是基础研究与应用研究紧密衔接，科技成果很快转化为生产力。

在美国，美国政府决定把纳米技术列入21世纪前10年11个关键领域之一。美国科学技术委员会于2000年3月向美国政府提出报告，把启动纳米技术的计划视作是下一次工业革命的核心。2000年1月美国总统克林顿要求美国积极制定国家纳米技术计划。他说：“纳米技术可以制造出把美国国会图书馆的所有信息存进只有方糖大小的存储器中，可开发出强度比钢铁大10倍的新材料，飞跃地实现飞机和火车的轻型化，从而最大限度地节约能源。”与此同时，美国还在军事上把纳米技术定为重要技术。

2000年，美国投入2.7亿美元的资金支持纳米技术的研究，2001年又增加至4.97亿美元。

美国许多大型跨国公司、中小企业和财团也纷纷参与与纳米技术相关的研究开发活动。道氏化学、杜邦、惠普、休斯电子、朗讯科技、摩托罗拉、德州仪器、施乐等公司都建立了专门的纳米研究机构。据估计，这类企业的纳米研究总经费与美国政府资助额相当。美国的计算机和电子公司也将其长期研究资金的一半拨给纳米技术研究计划。

日本政府机构和大公司是日本纳米技术研究资金的主要来源。日本通产省、科技厅和文部省于1996年对纳米技术研究拨款达1.2亿美元。日本推动纳米技术研究的大公司有日立、日本电气、日本电报电话、富士通、索尼和富士等公司。

在欧洲，国家计划、欧洲合作网络和各大公司共同为纳米技术研究提供资金。德国已把纳米技术列为21世纪科研创新的战略领域，有19家研究机构专门建立纳米技术研究网。

此外，澳大利亚、加拿大、朝鲜、新加坡、台湾等国家和地区也正在开创纳米技术研究。

纳米科技在我国也逐渐受到重视。1990年3月，中国科学院技术科学局和学部组织了多学科的纳米技术研讨会。1992年8月中国真空学会组织了第一届全国纳米技术会议。通过科研项目对纳米科技领域资助总经费大约700万美元。与发达国家相比，投入经费相差很大。

虽然我国科学家在纳米碳管、纳米材料的若干领域已取得一些很出色的研究成果，但总体水平与美、日、欧相比差距仍很大，尤其是在纳米器件方面差距更为明显。

4.纳米技术的应用

纳米科学技术的应用前景和应用价值可归纳成如下几点：

(1)设计制造出新材料，由多种成份组织而成，具有指定的性能，如吸附、催化等。

(2)按需要改造生物物种，改变农业面貌。

(3)设计新器件，由微/纳尺度的光学、电子、机械、传感器等集成。

(4)使产品超微型化，具有节材、节能、易控制、高速度、高信息密度、高功率密度等。这些超微产品(如测试仪器、电讯、办公或医疗设备、计算机和特种加工机器等)不仅能大幅度提高工作效率、降低成本、缩减实验室与办公室占地面积，还有可能在工、农、商、交通、运输或事故抢救现场及时处理问题，这些产品易于普及，将能创造广阔的新市场，建立新产业。

德国科学技术部在1996年就对纳米技术市场做了预测，估计到2010年能达到14400亿美元。

4.1在生物技术及医药方面的应用

纳米在生物技术方面，可考虑在纳米尺度上按照预定的对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能；生物仿生化学药品和生物可降解材料；动植物的基因改善和治疗；测定DNA的基因芯片等。

分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料。每一个生物大分子本身就是一个微型处理器，分子在运动过程中以可预测方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术，可以以此来设计分子计算机。目前，科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件，其中细菌视紫红质最具前景。纳米计算机的问世，将会使当今的信息时代发生质的飞跃。它将使单位物质的储存和信息处理能力提高上百万倍，从而实现电子学上的又一次革命。

纳米医药材料几乎包括所有生化药品，如抗癌药，抗心血管病药，抗艾滋病和糖尿病药，特别是改变遗传因子。

众所周知，几乎所有的药物都具有副作用。这主要是由于用药剂量不当，或药物作用于正常器官的缘故。如治疗癌症，现今的化疗药物无法单纯杀灭癌细胞，药物的作用往往伤及正常细胞。为此科学家正积极研究如何利用纳米技术人工合成具有特定功能的“搬运工”，使适当剂量的药物仅仅作用于所需部位，这就是所谓的“药物定向释放系统”。

在人体内起各种各样作用的蛋白质，是由多种氨基酸结合而成的天然高分子化合物。当多个有机分子结合在一起时，有时会具备单个分子时所没有的功能，这通常被称为“超分子”。目前科学家正在研究一种被称为“导弹分子”的超分子，它进入人体后，可对癌细胞进行着色，使其与正常细胞区分开，然后利用激光等杀灭被着色的癌细胞。据说，这种由纳米技术制成的“导弹分子”可望在未来2-3年内问世。

如果能够合成可测量血液和尿液中胆固醇等生化指标的超分子，并将其植入半导体微晶芯片，当该分子与血液和尿液中的物质发生反应后，就会产生电流，并作为人体产生的异常电信号被芯片所接收。类似这样的芯片将可起到诊断疾病的作用。

目前科学家正设想利用纳米技术，以20种氨基酸为原料，按分子设计合成所需的蛋白质零件，并进一步利用肌肉细胞的纤维结构骨架，从而制造出分子机器人。此外，利用纳米技术还可制作人的牙齿、关节等仿生纳米材料。

美国北卡罗来纳州立大学和约翰·霍普金斯大学的二位博士，利用纳米技术，开发出一种在眼球植入微小单晶硅片，使失明者重见光明的“人工视网膜系统”。但也有学者认为，这种技术近期内不可能实现。

4.2在工业方面的应用

录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。若采用

20nm左右的超微磁性颗粒制成金属磁带、磁盘，每厘米可记录4百万至4千万的信息单元。与普通磁带相比，它具有高密度，低噪音和高信噪比等优点。而且能够极大地提高信息储存量和信息处理速度。

采用纳米技术，在化学纤维制造工序中掺入铜、镍等超微金属颗粒，可以合成导电性的纤维，从而制成防电磁辐射的纤维制品，亦可与橡胶、塑料合成导体复合体。

最近，美国柯达公司研制成功了既具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体。

有专家正在研究纳米与聚丙烯嫁接的复合材料，既保持聚丙烯的良好刚性，又增强了韧性，可广泛应用于高品质的箱包及汽车零部件。

轮胎通常是黑的，但运用纳米材料生产的轮胎不仅色彩鲜艳，性能也大大提高。据新华社北京报道，我国超高密度信息存储研究创“世界之最”：在纳米级的有机薄膜材料上，一个直径仅为0.6nm的信息存储点犹如兵马俑一样井然有序，整齐划一，其信息量比现有光盘高100万倍。

纳米碳管是目前最引人关注的一种新型材料，其粗细仅为头发丝的万分之一。它具有良好的热传导性，导电性以及强度，质地轻盈，富有弹性。它在电子器件，超薄型显示器、燃料电池等领域具有广泛应用前景。目前，采用纳米碳管的电视以及计算机显示器已经进入试验阶段。纳米碳管具有容易吸取氢分子的性质，如果将易燃易爆的氢分子储存在纳米碳管内，就成了十分安全的氢吸留容器了。目前普遍认为，燃料电池是最有希望的汽车代用燃料之一，而作为燃料电池的最好原料是氢和空气中的氧。纳米碳管的研制成功对于研制氢动力汽车的燃料电池，无疑具有极大的实用价值。汽车使用一个可乐瓶大小的氢吸留容器，就可以行驶500km。预计大约在2010年采用纳米技术的氢动力汽车可望进入实用化。

4.3在军事方面的应用

纳米技术在现代武器制造中具有非常重要的地位。导弹的命中精度取决于仪表的精度。美国MX导弹命中精度的圆概率误差为50m(1998年资料)，其核心高精度陀螺转子的质量中心偏离对称轴误差要求30nm，表面粗糙度Ra<12nm。用于卫星、导弹导航的磁码器要求每转能发出600万脉冲，其磁码间距约为10nm。雷达的关键元件波导管的品质因数和它的内表面加工精度密切相关，要求内腔表面粗糙度Ra <10nm。

1991年春的海湾战争，美国执行空袭任务的F-117A型隐身战斗机，其机身外表所包覆的红外与微波隐身材料中亦包含有多种纳米级的超微颗粒，它们对不同的电磁波有强烈的吸收能力。

最近己发明一种“小草传感器”，这是一种人工小草，它装置的摄像机和传感器，不仅能感知外界的动静，还能像人一样，把周围景物尽收“眼”底。主要用于对坦克和运输工具的探测，并将结果及时传回指挥部。还有科学家尝试利用昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报。

当今最小的飞行器在200m内人们用肉眼可以看到，而纳米技术下的袖珍遥控飞机则可能逃过雷达的探测。

“纳米卫星”是一种分布式的卫星结构体系，是由微型电子和微电机系统集成的微型航天仪器，可以布设成局部星团，在任何时刻都可能对地球上的任何一处进行持续不断的监视。

4.4在人们现代生活中的应用

两样同样笔挺的西装，当用水或植物油倒在衣服表面时，其中的一件立刻出现了污渍，而另一件只留下几个细小的水珠，一抖，什么都没有了。中国科学院年前在北京举办的纳米材料应用展示会上，纳米技术令观众大开眼界。上述展示的是应用了“二元协同纳米界面材料”，它会在物质表面上形成一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，从而使材料表面呈现出水、油不沾的“超双疏”性能。

经过“超双疏”界面材料技术处理过的棉、麻、丝、毛、绒、混纺、化纤等各种纺织面料，都具备对果汁、墨水、酱油、植物油等“不沾”的“超疏”性能。但这种处理技术不会改变原有织物的各种性能，即纤维强度、面料色泽、耐洗性、透气性、免熨性等。同时还有杀菌、防辐射、防霉的辅助效果。这样，服装的洗涤次数可大大减少，洗涤方式只是用水轻漂即可。人们可从此告别大量使用洗涤剂洗衣的时代。

粉按一定比例加入到化妆品中，可以有效地遮蔽紫外线。目将纳米TiO

2

前，日本已有部分纳米TiO

的化妆品问世。

2

将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。

利用纳米技术与纳米材料，可以制成抗菌冰箱、抗菌洗衣机等。应用纳米技术的无菌餐具、无菌扑克牌、无菌纱布等产品也已面世。

传统涂料耐洗刷性差，时间不长，墙壁就可能变得斑驳另离，应用纳米技术后的涂料性能大大改善，老化时间也大大延长。

家庭装修用的玻璃、瓷砖、大理石、石膏板等材料经纳米处理后，都能呈现奇特的“双疏”性能，将来可以告别厨房“油腻”脏兮兮的状况。

5.结束语

国内外科技界已普遍认为，纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革，它不仅将促使人类认识的革命，而且将引发一场新的工业革命。

面对这场世界性的新世纪角逐，国内科学家已发出呼吁，不能再像微电子技术那样落后他国，应在国家层次上确定纳米科技发展战略，制定我国的纳米科技计划。突出重点，强化支持，并兼顾基础研究、应用研究和开发研究的协调发展。

鉴于纳米材料和纳米技术将对汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。汽车界也应对纳米技术的发展动态给予必要的关注。

纳米材料论文

应用技术大学2017—2018学年第二学期 《纳米材料与未来生活》期（末）试卷 课程代码: 学分: 2 课程序号: 班级：学号：: 我已阅读了有关的考试规定和纪律要求，愿意在考试中遵守《考场规则》，如有违反将愿接受相应的处理。 试卷共页，请先查看试卷有无缺页，然后答题。 本课程以小论文形式进行期末考核，要求如下： 一、请同学们在下列题目中按照指定题目，写成期末论文。 1、纳米材料先进制备技术 2、纳米材料与未来生物医药 3、纳米材料与未来汽车 4、纳米材料与先进催化 5、纳米材料与未来锂电 6、纳米多孔材料与超级电容器 7、纳米催化剂与燃料电池 8、纳米材料与光催化技术 二、论文写作要求： 论文题目应为授课教师指定题目，论文要层次清晰、论点清楚、论据准确；论文写作要理论联系实际，同学们应结合课堂讲授容，广泛收集与论文有关资料，含有一定案例，参考一定文献资料。 三、论文写作格式要求： 论文题目要求为宋体三号字，加粗居中； 正文部分要求为宋体小四号字，标题加粗，行间距为1.5倍行距； 论文字数要控制在2000－2500字； 论文标题书写顺序依次为一、（一）、1.。

四、论文提交注意事项： 1、论文一律以此文件为封面，写明班级、、学号等信息。 2、论文一律采用书面提交方式，在规定时间提交，逾期将不接受补交。 3、如有抄袭雷同现象，将按学校规定严肃处理。

目录 纳米材料的概念 (1) 未来汽车的概念 (1) 未来汽车的外饰 (2) 未来汽车外饰与纳米材料 (2) 未来汽车的饰 (2) 未来汽车饰与纳米材料 (3) 总结 (4)

纳米材料与未来汽车 一、纳米材料的概念 （一）、纳米材料 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。 （二）、纳米材料的补充 人们普遍认为纳米科技源自费曼于1959年的一次演讲，而“小就是与众不同”在现在几乎成了纳米科技界的一句口头禅。纳米科技近年来的发展可以说是非常迅猛，从国际上犹如雨后春笋一般冒出来的数十种纳米科技类杂志就可见一斑，其中英国物理学会率先出版Nanotechnology,美国化学学会继成功出版Nano Letters之后又推出了ACS Nano可以发现纳米科技有着魔力让人们着迷。 我国把纳米翻译为奈米。我国先后成立了国家纳米科技指导协调委员会和纳米技术专门委员会，建立了国家纳米科学中心、国家纳米技术与工程研究院（天津）、纳米技术及应用国家工程研究中心、国家纳米技术国际创新园。 纳米塑料———强度更高汽车制造中应用的塑料数量将越来越多。纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：强度高，耐热性强，比重更小。由于纳米粒子尺寸小于可见光的波长，纳米塑料可以显示出良好的透明度和较高的光泽度，这样的纳米塑料在汽车上将有广泛的用途。经过纳米技术处理的部分材料耐磨性更是黄铜的27倍。除此之外，纳米塑料除了可回收外，还有长期耐紫外线、色泽稳定、质量较轻等优点，在汽车配件中的应用领域相当广泛。在汽车外装件中，主要用于保险杆、散热器、底盘、车身外板、车轮护罩、活动车顶及其它保护胶条、挡风胶条等。在饰件中，主要用于仪表板和饰板、安全气囊材料等。 二、未来汽车的概念 （一）、未来汽车 未来汽车有别于我们家庭所使用的目前所了解的汽车，未来汽车的发展方向

纳米技术的应用与前景展望

纳米技术的应用与前景展望 【摘要】纳米技术是二十一世纪最具潜力的学科分支，有可能成为下一世纪前二十年的主导技术。本文概述了纳米技术在陶瓷、电器、医学等方面的应用，并对纳米技术的发展进行了展望。 【关键词】纳米技术；应用；发展前景 0.引言 纳米技术是上世纪末出现的高技术，有科学家预言，在21世纪纳米材料将是“最有前途的材料”，纳米技术甚至会超过计算机和基因学，成为“决定性技术”.1990年，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开，《纳米技术》与《纳米生物学》这两种国际性专业期刊也相继问世.从此一个崭新的科学技术领域—纳米科技开始得到科技界的广泛关注。[1] 1.纳米技术 1.1纳米技术的发展现状 二十世纪90年代以后，纳米技术飞速发展。自首届国际纳米科学技术会议召开以后，世界各国的纳米技术研究风起云涌，各种形式的研究机构像雨后春笋遍布世界各地，纳米技术研究所涉及的科学领域及应用范围在不断扩大，各个领域都取得了可喜的进展，纳米技术研究获得了空前的快速发展。纳米材料是纳米技术的重要组成部分，在纳米材料领域，人们研究出了纳米金属、合金、陶瓷和有机高分子等复合型材料并在实际中应用，取得了明显的效果。[2] 1.2发展纳米技术的重要性 纳米技术的研究开发可能在精密机械工程、材料科学、微电子技术、计算机技术、光学、化工、生物和生命技术以及生态农业等方面产生新的突破。世界各国都给予极大的重视，美国国家关键技术委员会将纳米技术列为政府重点支持的22项关键技术之一，制定了投资2亿美元进行大规模开发纳米技术的10年计划。英国成立了纳米技术战略委员会，国家纳米技术计划已开始实施。科学家们认为，纳米技术的深远意义可与18世纪的工业革命相媲美，它的重要性非常大，表现在技术和科学方面，主要有以下几点： （1）纳米技术是一项交叉领域学科，对它的基础研究和应用研究是能否拥有国际竞争力的先决条件。 （2）由于它的交叉学科性能，决定了它不仅应用于一种技术领域，它为许多学科的发展奠定基础并起到推动的作用。

纳米材料的研究进展及其应用全解

纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院

1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。

纳米光电子技术的发展及应用

纳米光电子技术的发展及应用 摘要:纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。 关键词：纳米技术纳米光电子技术纳米光电子器件应用 一、前言 纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2 纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳

米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构 二、纳米技术及其发展史 1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面 1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。 2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等. 3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分

纳米技术在生活中的应用

纳米技术在生活中的应用 论文摘要：本文介绍了纳米技术、纳米材料的基本概念、原理、特征和各种纳米材料在涂料领域的应用；阐述了纳米材料在应用中所存在的技术问题，以及纳米技术在涂料领域的发展前景。 论文关键词：纳米技术纳米材料涂料 1纳米简介 所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。 纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。 纳米是一个微小的长度单位，1纳米等于10亿分之一米。根头发丝有7万到8万纳米。纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在0。10 到100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。碳纳米管自从1991年被发现以来，就一直被誉为未来的材料。碳纳米管在强度上大约比钢强100倍，其传热性能优于所有已知的其它材料。碳纳米管具有良好的导电性，在常温下导电时，几乎不产生电阻。纳米陶瓷材料在1600摄氏度高温下能像橡皮泥那样柔软，在室温下也能自由弯曲。从1998年世界上第一只纳米晶体管制成，到1999年100纳米芯片问世，使20世纪最后10年世界上出现的“纳米热”进一步升温。 我国在纳米技术领域占有一度之地，处于国际先进行列。已成功制备出包括金属、合金、氧经化物、氢化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料，合成出多种同轴纳米电缆，掌握了制备纯净碳纳米管技术，能大批量制备长度为2至3毫米的超长纳米管。合成的最细的碳纳米管的直径只有0.33纳米，这不但打破了我国科学家自已不久前创造的直径只为0.5纳米的世界纪录，而且突破了日本科学家1992年所提出的0.4纳米的理论极限值 纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大。纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性，纳米功能涂层材料的设计和应用，将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产，象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。一张纳米光盘上能存几百部，

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理

中药制剂纳米技术研究进展

中药制剂纳米技术研究进展 中药学：张生杰 104753091411 摘要:纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于100nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂，具有增加药物对血脑屏障或生物膜的穿透性等特点。本文详细介绍了纳米中药的定义、特点，同时介绍了纳米中药制剂技术方面的进展。指出了纳米中药制剂存在的问题，并作了展望。 关键词:纳米技术；中药制剂；中药现代化 1.前言 纳米即十亿分之一米，相当于10个氢原子排成直线的长度。纳米技术(nanotechnology)是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化，以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体。纳米技术作为高新技术，可广泛应用于材料学、电子学、生物学、医药学、显微学等多个领域，并起着重要的作用。1998年，徐辉碧教授等[2]率先提出了“纳米中药”的概念，进行了卓有成效的探索。纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于lOOnm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。因纳米材料和纳米产品在性质上的奇特性和优越性，将增加药物吸收度，建立新的药物控释系统，改善药物的输送，替代病毒载体，催化药物化学反应和辅助设计药物等研究引入了微型、微观领域，为寻找和开发医药材料、合成理想药物提供了强有力的技术保证。运用纳米技术的药物克服了传统药 物许多缺陷以及无法解决的问题。将纳米技术应用于中药领域是中药现代化发展的重要方向之一。 中药作用的物质基础来自于中药中的活性成分，这些化学成分可能是某单一化合物(即有效成份)，也有可能是所提取的某一有效部位或有效部位群，有些中药甚至以全药入药。对于从中药中提取的单一有效成份如紫杉醇、喜树碱等而言，其纳米化制备类似于合成药，因而其研究在技术上相对较易实现。纳米载药系统在这方面的应用已有一些报道，目前这类药物已有多种制剂进入临床研究阶段。从目前的情况来看，可以大量获得单一有效成份的中药并不多，这就意味着纳米载药系统在这一层次上的应用受到一定限制。中药有效部位为主要活性成份的制剂占有相当比例，这一方面体现了中药多成份、多靶点的特点，同时具有原料较有效成份容易获得，成本相对低廉的特点。因此，以有效部位作为纳米载药系统在中药研究中的切入点无疑具有更现实的意义。对于中药有效部位，由于其组成的多样性其纳米化制备是较复杂的，要研究的问题还很多。利用其结构或性质相近的特点选择适当的辅料和工艺，使其多组分同时实现纳米化，可能是解决问题的途径之一。对于中药(植物、动物和矿物)的全药，由于组成复杂且性质差异较大，实现纳米化的方法除超细粉碎以外有待进一步开发。总之纳米技术应用于中药制剂还处于起步阶段，但前景是很好的。 2．纳米中药的制备 2.1超细粉碎 粉碎是中药材加工最常用的方法之一。随着科学技术的进步，新的粉碎机械不断涌现，粉碎所能达到的粒度越来越小，使中药粉末的粒度由细粉的尺度10μm-1000μm进入到超细粉的尺度0.1μm-10μm。经过超细粉碎的中药材，最直接的效应就是由于表面积增大而导致的药物吸收增加，相应地生物利用度得到提高，服用剂量减小，资源的利用率提高。 但是，超细粉碎在中药研究中的应用还存在一些问题，首先，中药材的超细粉碎虽然

纳米科技论文

纳米科技的发展及应用 摘要：纳米科技是近期发展起来的新兴科学领域,它正在化学、物理学、生物学和电子工程学的交叉领域形成,而且不断有新的发现和突破。本文论述了国内外纳米科技研究现状，阐释了纳米科技发展的过程，同时阐述了纳米科技在工业、医学、通信等方面的实际应用。关键词：纳米科技；纳米材料；纳米通信 1 引言 纳米技术是20世纪80年代末期诞生并迅速崛起的新技术,它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子,创造新物质。纳米(nm)是一个长度单位,纳米体系(通常界定为1～100nm的范围)就在其中。这一体系既不完全适合于描述宏观领域的牛顿经典力学规律,又不完全适合于描述微观领域的量子力学规律,它表现出了许多独特的性能,需要用全新的理论、方法和表征手段在纳米尺寸范围内认识和改造自然,这就是纳米科技。 纳米科技主要包括:纳米物理、纳米化学、纳米材料、纳米生物纳米电子等分支学科,它们之间既相互独立,又相互联系。目前,各个分支领域都取得了令人瞩目的成果,纳米科技正处于重大突破的前期。 2 中国纳米科技的研究现状 中国是世界上少数几个最先开展纳米科技研究的国家之一。20世纪80年代中期，中国开始资助纳米材料研究和纳米技术仪器装备研制，目前中国的纳米科技基础研究已在国际上占有一席之地。1982年发明的扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）

和1986年发明的原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)是纳米测量表征上的一个里程碑，标志着纳米科技从概念阶段，进入到实质性研究阶段。 2.1.1 纳米科技研究方面的支持情况 中国对纳米科技研究的支持，始于20世纪80年代中期。1987年，中科院化学所计算机控制的STM研制项目获中科院院长基金的资助。自1990年以后，国家科委“攀登计划”资助了纳米科学研究。1999年，国家科委开始在“973计划”中单独设立“纳米材料和纳米结构”研究项目。“863计划”在1990—2002年间，支持了将近1000个纳米方面的课题。在1991—2000年间，国家自然科学基金委员会共资助纳米科技研究9000多万元。 2.1.2纳米科技的研究状况 中科院物理所的解思深于1996年在国际上首次发明了控制多层碳管直径和取向的模板生长方法，制备出离散分布、高密度和高强度的定向碳管；1998年合成了世界上最长的纳米碳管；2000年,又对管径仅为0.5nm的极小直径纳米碳管的力学、热学光学和导电性质进行了系统研究。此系列工作在1998年、2000年分别被评为国内十大基础研究进展。 清华大学范首善课题组在国际上首次利用碳纳米管限制反应形成直径为3nm—40nm、长度达微米级的发蓝光的氮化镓一维纳米棒，在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。该成果被评为1998年中国十大科技进展新闻。中科院金属所的研究小组，在世界上首次发现纳米金属材料具备室温下的超塑延展性——纳米铜在室温下冷轧可延伸50多倍。中科院金属所成会明研究组利用等离子蒸发技术成功地制备单壁碳纳米管材料并获得优异的储氢性能，质量储氢容量可达4%。 3 世界各国纳米研究状况

纳米技术论文

浅谈纳米技术特性及材料的应用 学院专业班级学号姓名所选课程 机电工程学院材料成型及控制工程一班0903040116 肖品周六一二节 通过这门课的学习我了解到了一些纳米技术是在10到100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。 随着国际科学研究的发展，人们发现当物质达到纳米尺度以后，大约在1～100纳米这个范围空间。物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能的物质构成的材料，即为纳米材料。 现如今科学界普遍认为：纳米技术，信息技术与生物技术，是21世纪最有影响力的三大关键技术，不仅对人类社会的进步起到了重要的作用，而且对与促进各国经济、文化的发展起到了关键性的作用。有专家曾经预言，21世纪是纳米的时代，在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术” 近年来，纳米技术已在医药、生物、环境保护和化工等方面得到了应用，并显示出它的独特魅力。 一、医学方面的应用： 目前，国际医学行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医学就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法，随着健康科学的发展，人们对药物的要求越来越高。控制药物释放减少副作用，提高药效，发展药物定向治疗，必须凭借纳米技术。纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，尤其是以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称为"定向导弹"。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滚动，因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药，避免身体健康部位受损，可以大大减小药物的毒副作用，因而深受人们的欢迎。 二、在土木工程中的应用 （1）纳米科技在混凝土中的应用。随着经济全球化的进一步发展以及我国经济建设的全面开展，混凝土作为建筑中应用量最大、使用范围最广的建筑材料，其产量和用量都在不断的增加。纳米科技的不断发展，为传统混凝土的改造提供

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

浅谈纳米技术的研究与应用

浅谈纳米技术的研究与应用 1.引言 当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。 如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。 今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。 我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。” 英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。” 近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。 海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。 1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。” 1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不

纳米技术医学运用前景

纳米技术医学运用前景 一、在诊断技术方面的应用 扫描探针显微镜,其探针可以沿样品表面逐点扫描,针尖能随样品的高低起伏作上下运动,用光学方法测量针尖的运动,就可以得到分子的图像。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结 构改变,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具———光学相干层析术(OCT)已研制成功,OCT的分辨率可达纳米级,较CT 和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀 死活细胞。通过应用纳米技术,在DNA检测时,可免去传统的PCR扩增 步骤,快速、准确。美国NASAAmesCen-terforNanotechnology与中南 大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作,将碳纳米管用于基因芯片, 可以在单位面积上连接更多的更高,样本需要量低于1000个NDA分子(传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子);需要的样品量更少,可以免去传统的PCR扩增步骤;结果可靠,重复性好;操作简单,易实现 检测自动化。其基本原理是：连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交 捕获特异性的靶DNA或RNA,靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极,电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。国外在80年代末开始着手研究超顺磁性氧化铁超微颗粒的研究,90年代把这种造影剂应用于临床。 其技术要点是：制备出高顺磁性氧化铁纳米颗粒,在其表面耦连肝癌 组织靶向性物质(如肝肿瘤特异性单克隆抗体、肝肿瘤细胞表面特异性受体的配体)制成特异性的MRI造影剂。我国科学家也成功开发了应用超顺磁氧化铁脂质体纳米粒进行肝癌诊断的技术,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤,还能发现更小的肝转移癌病灶。目前不加造影剂的磁共振检查能发现直径1.0cm的肝癌病灶,因此该成果大大提升了肝癌早期诊断的敏感性。国家863资助课题“纳米复合包裹生物微系统制备、超 声造影和控制释药”,研制了纳米包膜微米微泡超声造影剂与包裹药物和气体的微球,造影后对比效果明显增强,有利于疾病的早期诊断和鉴

纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题

纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题 21世纪，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是科学技术发展的主流。人们普遍认为，纳米技术是信息和生命科学技术能够进一步发展的共同基础。纳米技术所带动的技术革命及其对人类的影响，远远超过电子技术。 纳米生物技术是国际生物技术领域的前沿和热点问题，在医药卫生领域有着广泛的应用和明确的产业化前景，特别是纳米药物载体、纳米生物传感器和成像技术以及微型智能化医疗器械等，将在疾病的诊断、治疗和卫生保健方面发挥重要作用。 目前，国际上纳米生物技术在医药领域的研究已取得一定的进展。美国、日本、德国等国家均已将纳米生物技术作为21世纪的科研优先项目予以重点发展。 纳米技术：于细微之处显神奇 纳米技术是在纳米尺度内，通过对物质反应、传输和转变的控制来实现创造新的材料、器件和充分利用它们的特殊的性能，并且探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。由于纳米正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。几十个原子、分子或成千个原子、分子"组合"在一起时，表现出既不同于单个原子、分子的性质，也不同于大块物体的性质，这种"组合"被称为"超分子"或"人工分子"。"超分子" ·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、

的性质，如它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和颜色及水溶性都有重大变化。当"超分子"继续长大或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。通俗来说，纳米材料一方面可以被当作一种"超分子"，充分地展现出量子效应；而另一方面它也可以被当作一种非常小的"宏观物质"，以至于表现出特性。同时，许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将加深对生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合他们，是当今纳米科学技术的主要问题之一。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农业等方面。 在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效·石墨烯·分子筛·碳纳米管·黑磷·类石墨烯·纳米材料 江苏先丰纳米材料科技有限公司是国际上提供石墨烯产品很早的公司之一，现专注于石墨烯、

纳米材料论文：纳米材料的应用分析

纳米材料论文： 纳米材料的应用分析 摘要: 充满生机的二十一世纪,以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命,节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心,纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用,它对化工行业产生的影响是无法估量的。主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。 关键词: 纳米材料;化工领域;应用 纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 1 纳米材料的特殊性质 力学性质。高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳 迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。 磁学性质。当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。 电学性质。由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。 热学性质。纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。 2 纳米材料在工程上的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如Si C,BC等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低 烧结温度,缩短烧结时间。由于纳米粒子的尺寸效应和表面效应,使得纳米复相材料的熔点和相转变温度下降,在较低的温度下即可得到烧结性能良好的复相材料。由纳米颗粒构成的纳米陶瓷在低温下出现良好的延展性。纳米Ti O2陶瓷在室温下具有良好的韧性,在180°C下经受弯曲而不产生裂纹。纳米复合陶瓷具有良好的室温和高温力学性能,在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面具有广泛的应用,在许多超高温、强腐蚀等许多苛刻的环境下起着其它材料无法取代的作用。随着陶瓷多层结构在微电子器件的包封、电容器、传感器等方面的应用,利用纳米材料的优异性能来制作高性能电子陶瓷材料也成为一大热点。有人预计纳米陶瓷很可能发展成为跨世纪新材料,使陶瓷材料的研究出现一个新的飞跃。纳米颗粒添加到玻璃中,可以明显改善玻璃的脆性。无机纳米颗粒具有很好的流动性,可以用来制备在某些特殊场合下使用的固体润滑剂。 3 纳米材料在在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,

纳米材料国内外研究进展

纳米材料国内外研究进展 一、前言 从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)[1]。自20世纪80年代初, 德国科学家 Gleiter[2]提出“纳米晶体材料”的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1～100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒)，一维材料(直径为纳米量级的纤维)，二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)[3]。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域。 二、国内外研究现状 1984年德国科学家Gleiter首先制成了金属纳米材料, 同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议, 使纳米材料成为世界性的热点之一；1990年在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议, 标志着纳米科技的正式诞生；l994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议,表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。近年来，世界各国先后对纳米材料给予了极大的关注，对纳米材料的结构与性能、制备技术以及应用前景进行了广泛而深入的研究，并纷纷将其列人近期高科技开发项目。2004年度纳米科技研发预算近8.5亿美元，2005年预算已达到10亿美元，而且在美国该年度预算的优先选择领域中，纳米名列第二位。现在美国对纳米技术的投资约占世界总量的二分之一[4]。 自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料, 至今已有 30多年的历史, 但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在 80年代中期以后。因此 ,从其研究的内涵和特点来看大致可划分为三个阶段[5]。 第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索，用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜)，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复