王家荣-纳米科学技术(DOC).doc

1、电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流纳米科学技术1.纳米（nano meter，nm）：一种长度单位，一纳米等于十亿分之一米，千分之一微米。大约是三、四个原子的宽度2.纳米科学技术（nanotechnology ）：纳米科学技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。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，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。纳米科学技术被认为是世纪之交出

2、现的一项高科技。 3.纳米材料(nano material)与纳米粒子(nano particle)：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 1100nm 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的不同。 4.几种典型的纳米材料：按照材料的形态，可将其分

3、四种。 纳米颗粒型材料,纳米固体材料,纳米膜材料,纳米磁性液体材料纳米颗粒型材料：应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。被称为第四代催化剂的超微颗粒催化剂，利用甚高的比表面积与活性可以显著地提高催化效率，例如，以粒径小于 03 微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的 10 倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。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。随着社会的信息化，要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁性

4、颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20 纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达 41064107 位厘米（107108 位英寸） ，即每厘米可记录 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。超细的银粉、镍粉轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极，可以增大与液体或气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于电池的小型化。超微颗粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器。例如，超微镍颗粒所制成的微孔过滤器平均孔径可达 10 纳米，从而可用于气体同位素、混合稀有气体、有机化合物的分离和浓缩，也可用于发酵、医药和生物技术中

5、。磁性超细微粒作为药剂的载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，利于提高药效，这方面的研究国内外均在积极地进行。采用超微金颗粒制成金溶胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。如将金溶胶妊娠试剂加入孕妇尿中，电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流未妊娠呈无色，妊娠则呈显著红色，仅用 05 克金即可制备 1 万毫升的金溶胶，可测 1 万人次，其判断结果清晰可靠。有一种超微颗粒乳剂载体，极易和游散于人体内的癌细胞溶合，若用它来包裹抗癌药物，可望制成克癌“导弹“ 。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

6、电磁辐射的纤维制品或电热纤维，亦可与橡胶、塑料合成导电复合体。1991 年春的海湾战争，美国执行空袭任务的 F117A 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超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力。在火箭发射的固体燃料推进剂中添加 l重量比的超微铝或镍颗粒，每克燃料的燃烧热可增加 l 倍。此外，超细、高纯陶瓷超微颗粒是精密陶瓷必需的原料。因此超微颗粒在国防、国民经济各领域均有广泛的应用。纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于 15 纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，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

7、，如 5 纳米颗粒所构成的固体每立方厘米将含 1019 个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高 10141016 倍，从而使得纳米材料具有高韧性。通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点，但又具有脆性和难以加工等缺点，纳米陶瓷在一定的程度上却可增加韧性，改善脆性。如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级，又将恢复通常陶瓷的特性，因此可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与轧制加工，随后进行热处理，使其转变为通常陶瓷，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐蚀性。电子陶瓷发展的趋势是超薄型（厚度仅为见微米） ，为了保证均质性，组成的粒子直径应为厚度的 1左右，因此需用

8、超微颗粒为原材料。随着集成电路、微型组件与大功率半导体器件的迅速发展，对高热导率的陶瓷基片的需求量日益增长，高热导率的陶瓷材料有金刚石、碳化硅、氮化铝等，用超微氮化铝所制成的致密烧结体的导热系数为 100220 瓦（K 米） ，较通常产品高 2 555 倍。用超微颗粒制成的精细陶瓷有可能用于陶瓷绝热涡轮复合发动机，陶瓷涡轮机，耐高温、耐腐蚀轴承及滚球等。复合纳米固体材料亦是一个重要的应用领域。例如含有 20超微钻颗粒的金属陶瓷是火箭喷气口的耐高温材料；金属铝中含进少量的陶瓷超微颗粒，可制成重量轻、强度高、韧性好、耐热性强的新型结构材料。超微颗粒亦有可能作为渐变（梯度）功能材料的原材料。例如，材

9、料的耐高温表面为陶瓷，与冷却系统相接触的一面为导热性好的金属，其间为陶瓷与金属的复合体，使其间的成分缓慢连续地发生变化，这种材料可用于温差达 1000C的航天飞机隔热材料、核聚变反应堆的结构材料。渐变功能材料是近年来发展起来的新型材料，预期在医学生物上可制成具有生物活性的人造牙齿、人遗骨。人造器官，可制成复合的电磁功能材料、光学材料等。颗粒膜材料:颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜，通常选用两种在高温互不相溶的组元制成复合靶材，在基片上生成复合膜，当两组份的比例大致相当时。就生成迷阵状的复合膜，因此改变原始靶材中两种组份的比例可以很方便地改变颗粒膜中的颗粒大小与形态，从而控制膜的特

10、性。对金属与非金属复合膜，改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体。颗粒膜材料有诸多应用。例如作为光的传感器，金颗粒膜从可见光到红外光的范围内，光的吸收效率与波长的依赖性甚小，从而可作为红外线传感元件。铬一三氧化二铬颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，可以有效地将太阳光转变为热能；硅、磷、硼颗粒膜可以有效地将太阳能转变为电能；氧化锡颗粒膜可制成气体一湿度多功能传感器，通过改变工作温电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流度，可以用同一种膜有选择地检测多种气体。颗粒膜传感器的优点是高灵敏度、高响应速度、高精度、低能耗和小型化，通常用作传感器的股重量仅为

11、 05 微克，因此单位成本很低。超微颗粒虽有众多优点，但在工业上尚未形成较大的规模，其主要原因是价格较高，两颗粒膜的应用则不受价格因素的影响，这是超微颗粒实用化的很重要方向。纳米磁性液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动，因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采用铁氧体微颗粒制成，它的饱和磁化强度大致上低于 04 特。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体，其饱和磁化强度可比前者高 4 倍。国外磁性液体已商品化，美、日、英等国均有磁性液体公司，供应各种用途的磁性液体及其器件。磁性

12、液体的用途十分广泛。（1）旋转轴动态密封旋转轴转动部分的动态密封一直是工程界较为困难的课题。磁性液体用于旋转轴的动态密封是较为理想的一种方式。用环状的静磁场将磁性液体约束于被密封的转动部分，形成液体的“O“环，可以进行真空、加压、封水、封油等情况下的动态密封，目前已广泛用于机械、电子、仪器、宇航、化工、船舶等领域，如计算机硬盘转轴处的防尘密封，单晶炉转轴处的真空密封及 X 光机转靶部分的密封等。（2）提高扬声器输出功率为了增进扬声器中青圈的散热，可在音圈部分填充磁性液体，由于液体的导热系数比空气高 56 倍，从而使得在相同结构的情况下，使扬声器的输出功率增加 1 倍。（3）各种阻尼器件如在步进

13、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。（4）分离不同比重的非磁性金属与矿物物体在磁性液体中的浮力是随着磁性液体的磁化状态而改变的，因此可采用一梯度磁场，控制磁场的强弱就可以分离不同比重的非磁性金属与矿物。磁性液体的可能应用面十分广，如射流印刷用的磁性墨水、超声波发生器、X 射线造影剂（代替钡剂） 、磁控阀门、磁性液体研磨、磁性液体的光学与微波器件、磁性显示器、火箭和飞行器用的加速计、磁性液体发电机、定位润滑剂等。（3）各种阻尼器件如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

14、的减震器可以消除极低频率的振动。（4）分离不同比重的非磁性金属与矿物物体在磁性液体中的浮力是随着磁性液体的磁化状态而改变的，因此可采用一梯度磁场，控制磁场的强弱就可以分离不同比重的非磁性金属与矿物。磁性液体的可能应用面十分广，如射流印刷用的磁性墨水、超声波发生器、X 射线造影剂（代替钡剂） 、磁控阀门、磁性液体研磨、磁性液体的光学与微波器件、磁性显示器、火箭和飞行器用的加速计、磁性液体发电机、定位润滑剂等。 5.纳米材料的奇异特性：表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所

15、占的百分数将会显著地增加，假如原子间距为 310-4 微米，表面原子仅占一层，粗略地估算表面原子所占的百分数见下表。电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流超微颗粒表面原子百分数与颗粒直径的关系直径（10-4微米） 10 50 100 1000质子总数 30 4 103 3 104 3 106表面质子百分数 100 40 20 2由上表可见，对直径大于 01 微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于 0.1 微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至 1 克超微颗粒表面积的总和可高达 100 米 2，这时的表面效应将不容忽略。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分

16、不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为 210-3 微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等） ，它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾 “状态，尺寸大于 10 纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一

17、代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。（1） 特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于 l，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能

18、转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。（2） 特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于 10 纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为 1064C，当颗粒尺寸减小到10 纳米尺寸时，则降低 27，2 纳米尺寸时的熔点仅为 327C 左右；银的常规熔点为670C，而超微银颗粒的熔点可低于 100。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用 011 微米的铜、镍超微颗粒制

19、成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加 0.10.5重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从 3000降低到 12001300，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。（3） 特殊的磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为 210-2 微米的磁性氧化物颗粒。小尺寸的电话营销专家王家荣

20、整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯铁矫顽力约为 80 安米，而当颗粒尺寸减小到 210-2 微米以下时，其矫顽力可增加 1 千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于 610-3 微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。（4）特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混

21、乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬 35 倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。 宏观量子隧道效应各种元素的原子具有特定的光谱线，如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释，由无数的原子构成固体时

22、，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效

23、应，原有宏观规律已不再成立。电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如，在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在 025微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。 6、纳米材料的制备方法：纳米粒子

24、的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法6.1 物理方法6.1.1 真空冷凝法用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。6.1.2 物理粉碎法通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。6.1.3 机械球磨法采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。6.2 化学方法6.2.1 气相沉积法利用金属化合物蒸气的化学

25、反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。6.2.2 沉淀法把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。6.2.3 水热合成法高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。6.2.4 溶胶凝胶法金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和族化合物的制备。6.2.5 微乳液法两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面

26、性好，族半导体纳米粒子多用此法制备。 7、 纳米技术应用热点评述:著名的诺贝尔奖获得者 Feyneman 在 60 年代就预言：如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，纳米技术被公认为是 21 世纪最具有前途的科研领域。 纳米材料从根本上改变了材料的结构，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开辟了新途径。其应用主要体现在以下七方面： 在陶瓷领域的应用 随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。许多专家认为，如

27、能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。 在微电子学上的应用 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信息的能力，实现信息采集和处理能力的革命性突破，纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。 在生物工程上的应用 虽然分子计算机目前只是处于理想阶段，但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。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性，并且，其奇特的光学循环特性可用于储存信息，从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用，

28、它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。 在光电领域的应用 纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高 10 倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。 电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流在化工领域的应用 将纳米 TiO2 粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮

29、蔽紫外线。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。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体，可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料，用作印刷油墨，制作固体润滑剂等。 研究人员还发现，可以利用纳米碳管其独特的孔状结构，大的比表面（每克纳米碳管的表面积高达几百平方米） 、较高的机械强度做成纳米反应器，该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。 在医学上的应用 科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离，用金的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展，现在已用于临床动物实验

30、，估计不久的将来即可服务于人类。 研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗。 在分子组装方面的应用 如何合成具有特定尺寸，并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料，一直是科研工作者努力解决的问题。目前，纳米技术深入到了对单原子的操纵，通过利用软化学与主客体模板化学，超分子化学相结合的技术，正在成为组装与剪裁，实现分子手术的主要手段。 纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其重要性毋庸质疑，许多发达国家都投入了大量资金进行研究，正如

31、钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是 21 世纪的又一次产业革命。“ 林元华（清华大学）纳米材料的用途纳米材料的用途很广，主要用途有：医药 使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和 DNA 诊断出各种疾病。家电 用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、

32、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。电子计算机和电子工业 可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑” 。环境保护 环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。纺织工业 在合成纤维树脂中添加纳米 SiO2、纳米 ZnO、纳米 SiO2 复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流内衣

33、、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。机械工业 采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。(光明日报)纳米技术：21 世纪的科技新星访牛津大学纳米材料专家保尔华伦纳米技术是一门高新技术，它对 21 世纪材料科学和微行器件技术的发展具有重要影响。为了解纳米技术的发展状况，记者走访了英国牛津大学材料系纳米材料专家保尔华伦博士。 华伦说，纳米技术是当前全球都在谈论的热门话题。所谓纳米技术，是指用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。牛

34、津大学材料系目前研究的纳米技术项目有 40 多个，其中主要的有超细薄膜、碳纳米管、纳米陶瓷、金属纳米晶体和量子点线等。 据华伦介绍，超细薄膜的厚度通常只有 1 纳米5 纳米，甚至会做成 1 个分子或 1 个原子的厚度。超细薄膜可以是有机物也可以是无机物，具有广泛的用途。如沉淀在半导体上的纳米单层，可用来制造太阳能电池，对开发新型清洁能源有重要意义；将几层薄膜沉淀在不同材料上，可形成具有特殊磁特性的多层薄膜，是制造高密度磁盘的基本材料。碳纳米管是由碳 60 分子经加工形成的一种直径只有几纳米的微型管，是纳米材料研究的重点之一。与其它材料相比，碳纳米管具有特殊的机械、电子和化学性能，可制成具有导体

35、、半导体或绝缘体特性的高强度纤维，在传感器、锂离子电池、场发射显示、增强复合材料等领域有广泛应用前景，因而受到工业界的普遍重视。目前，碳纳米管虽仍处于研究阶段，但许多研究成果已显示出良好的应用前景。陶瓷材料在通常情况下具有坚硬、易碎的特点，但由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性，有的可大幅度弯曲而不断裂，表现出金属般的柔韧性和可加工性。 华伦说，纳米技术在现代科技和工业领域有着广泛的应用前景。比如，在信息技术领域，据估计，再有 10 年左右的时间，现在普遍使用的数据处理和存储技术将达到最终极限。为获得更强大的信息处理能力，人们正在开发 DNA 计算机和量子计算机，而制造这两种计算

36、机都需要有控制单个分子和原子的技术能力。 华伦说，传感器是纳米技术应用的一个重要领域。随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。比如，将微型传感器装在包装箱内，可通过全球定位系统，可对贵重物品的运输过程实施跟踪监督；将微型传感器装在汽车轮胎中，可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司机轮胎何时需要更换或充气；还有些可承受恶劣环境的微型传感器可放在发动机汽缸内，对发动机的工作性能进行监视。在食品工业领域，这种微型传感器可用来监测食物是否变质，比如把它安装在酒瓶盖上就可判断酒的状况等。 在医药技术领域，纳米技术也有着广泛的应用前景。如用纳米技术制造的微型机器人，可

37、让它安全地进入人体内对健康状况进行检测，必要时还可用它直接进行治疗；用纳米技术制造的“芯片实验室”可对血液和病毒进行检测，几分钟即可获得检测结果；科学家还可以用纳米材料开发出一种新型药物输送系统，这种输送系统是由一种内含药物的纳米球组成的，这种纳米球外面有一种保护性涂层，可在血液中循环而不会受到人体免疫系统的攻击，如果使其具备识别癌细胞的能力，它就可直接将药物送到癌变部位，而不会对健康组织造成损害。 电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流除此之外，纳米技术在工业制造、国防建设、环境监测、光学器件和平面显示系统等领域也有广泛的用途，对 21 世纪的科技发展具

38、有重要作用。 为了让我对纳米技术有一个较全面的印象，华伦博士带我参观了纳米材料实验室。由于纳米材料的结构很小，在自然光下肉眼无法看到，所以需要借助显微镜来观察和操作。走进实验室，首先看到的是一台被称作“纳米刀”的仪器。参观时，研究人员正在用它在一个电子器件材料表面上切削亚微米方型小孔，以便对该器件的材料构成进行分析。在另一个室验室摆放着多台透射电子显微镜，一位研究人员正在用它研究磁性薄膜的内部结构。接下来参观的是一台原子探针场离子显微镜，利用这台仪器，可通过移动一个个原子并形成三维图像，对材料结构进行分析。在另一个实验室，研究人员正在用一台扫描探针显微镜在一个平面上观察和操作单个原子，并直接测

39、量原子间的作用力。特别值得一提的是，牛津大学不仅科研基础雄厚，在仪器制造上也有很强的实力。这里的许多仪器，都是他们自己研制的，有些处于世界领先水平。 近年来，为实现纳米技术的产业化，牛津大学在加强基础研究的同时，还十分重视科研成果的转化工作。今年 6 月，他们新建了一个以材料科学为主的科学园。在科学园内，科研人员与企业界密切合作，一方面对大学的科研成果进行开发，另一方面根据企业和市场需要研发新的项目。目前，这里的研究涉及生物医学、包装、电信、发电、航空航天、汽车、计算机等许多领域，其中有些项目很有发展潜力。如材料系成立的一家公司，现在正从事纳粒子发光剂的商品化研究，这种纳粒子发光剂主要用于平面

40、显示系统，他比传统发光剂性能先进，有很好的应用前景。 据研究，到 2010 年，纳米技术将成为仅次于芯片制造的世界第二大产业，拥有数百亿英镑的市场份额。为此，今年 7 月，英国贸工部在新发表的科技与创新白皮书中，已将纳米技术列为 21 世纪科技发展的重点，加速该领域的发展。正如科学家所预测：纳米技术这一新兴的高科技领域，将成为 21 世纪一颗新的科技明星。 （摘自 2000 年 12 月 20 日科技日报 ，作者：郑晓春）纳米神奇的未来世界解思深 大公报 2000-12-24被囚禁的电子和未来的电子学器件把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内或者在一根非常细的短金属线内线的宽度只有几个纳米会

41、发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制原来可以在费米动量以下连续地具有任意动量的电子状态变成只能具有某些动量值也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的最直接的结果表现在当在金属颗粒的两端加上电压电压合适时金属颗粒导电而电压不合适时金属颗粒不导电。这样一来原本在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内就不再成立了。还有一种奇怪的现象当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时金属颗粒具有了负电性它的库仑力足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内切断了电流的连续性这使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小一旦实现把它们集成起来做成计

42、算机芯片计算机的容量和计算速度不知要提高多少倍。然而事情可不是像人们所设想的那么简单。起码有两个方面的问题向当前的科学技术提出了挑战。实际上被囚禁的电子可不是那么老实按照量子力学的规律有时它可以穿过监狱的墙壁逃逸出来一方面在新一代芯片中似乎不用联机而相关联在一起当然需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路。另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根结底在这一世界中电子应电话营销专家王家荣 整理 电话营销培训 XinXin100.COM 欢迎交流被看成是波而不是一个粒子。所以尽管单电子器件已经在实验室里得以实现但是真是要用在工业上还需要假以时日。囚禁冷却的原子和原子激光不像电子原子在室温下都有强烈的

43、扩散运动打开一瓶香水整个房间会闻到香味。因此要囚禁原子首先要把它们的温度冷却到绝对零度附近一般要求到十万分之一至百万分之一开尔文。这时原子的热运动十分弱在三个方向上用激光照射被冷却的原子原子将停留在激光电场波动的谷内。实验上已经可将成千上万个原子囚禁在一个很小的范围内。有趣的是所有的原子还具有同样的动量。如果将它们发射出来这一束原子具有与激光一样的性质即空间和时间的相干性。人们正在思考如何利用这束原子激光 。初步认为在通信和物质探索上会有重要的应用。纳米加工技术和小鸟卫星为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究成果首先要能按照人们的意愿在纳米尺寸的世界上自由地剪裁安排材料这一技术被称为纳米加工技术

44、。实际上一方面纳米加工技术是纳米科学的重要基础另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说在一粗细为几纳米的孔或线里原子的扩散就和宏观世界里的扩散大不一样。一般而言原子运动的自由程为几个微米在此长度上原子发生碰撞进行热扩散器壁的作用可忽略不计。可在纳米孔或线内原子的扩散主要靠与孔壁的碰撞来完成的。再举一个例子一般认为物体之间相互运动时的摩擦力主要来源于物体表面的不平整性即物体表面越光滑它们之间的摩擦力就越小。在纳米世界里材料表面很小相互之间距离很近以至于使两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此在纳米世界内所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。

45、纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起它既具有芯片的功能又可以探测到电磁波光波包括可见光红外线紫外线等信号同时还能完成计算机的命令。如果将这一集成器件安装在卫星上可以使卫星的重量大大地减小。当前人们已经在考虑用小鸟卫星部分地代替现有的卫星系统。如果在卫星上用纳米集成器件小鸟卫星将更小, 更容易发射成本也更便宜。纳米材料研究的新进展及在 21 世纪的战略地位在充满生机的 21 世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越

46、来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来 10 年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料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，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方某时 400G 的磁性纳米棒阵列的量子磁盘、成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器、价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件、用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命” 。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。