尖端科学技术材料的发展与粉体工业的关联如图l所示。对粉粒体粒度分布的测定可采用显微镜法、图像解析法、电流检知法、沉降法(光通过法X光通过法吸管法)、激光衍射散射法、光子相关法手段来获取数据。其中激光法粒度测试仪集成了激光技术、现代光电技术、电子技术、精密机械和计算机技术，具有测量速度快、动态范围大、操作简便、重复性好等优点。在激光Mie散射法中，用光电管收集微小粒子的散光，并将此光变换成脉动电压后检出。利用这一脉动电压，可求出单分散球状粒子的粒径，因此激光散射法是测定粒子的球相当径。在Fraunhofer衍射法中，衍射光的强度分布同粒子的化学成分、折射率等性质无关，而同粒子的大小，形状等几何因素有很大的关系，粒子的衍射环不受粒子移动的影响，始终与光轴为中心，被测定的光强度同粒子个数成一定的比例关系，利用这一衍射环可以测定出粒子群的粒径分布。
3  检测仪器
    按出产国别的不同可将激光法粒度测试仪粗分为国产品及进口品两种。国产品已知的颇具影响力的有珠海“欧美克”、技术含量高的济南“微纳”、四川成都的“精新”、丹东的“百特”。进口品现已在中国市场上出现身影的大致有法国的CILAS、日本的HoRIBA和导津、英国的马尔文、美国的CoULTER、德国的SYMPATEC日本、美国的BR00KHAVEN等。以上各厂家因其市场营销战略不同，所推出的型号也有区别。就其构造而言，大体上有量程、激光光源、探知器等三块。探知器又经过了圆形、半圆形、再到扇形的发展。
  二十年前是沉降法粒度仪营销市场时代，又因欧美国家对中国市场技术产品出口的限制，使得日本方面的相关产品在中国市场上交易活跃，知名度提升很快。而此时的中国相关产品还很不成熟，无法与其竞争。以后随着激光法的问市及欧美国家对中国政策上的松动，欧美产品先后进人中国市场，检测仪器的高层次的竞争也拉开了帐幕。
  英国的马尔文粒度仪采用He—Ne光源全量程米氏理论。米氏光散射理论非常复杂，数据处理量大。循环管为普通的塑料管。内置非均匀交叉排列三维扇型检测系统。分辨率极高，不存有信号盲区，相当于环形或十字星形的175个，半圆形排列的93个。可使直接检测角达到l 35度．每秒采样1000次。优点：不受环境温度影响。缺点：寿命较半导体型要短。量程：0.02—2000微米。
    美国的库尔特粒度仪采用弗郎和夫和梅氏理论。双镜头专利技术，偏振光强度差专利技术，132块检测器。循环管为硅胶管。量程0.04—2000微米。
   法国的西拉思公司粒度仪采用半导体激光管和光导纤维激光光源，量程0.04—2500微米，内置蠕动泵，更换成本很低，这对离心泵而言是致命弱点。
  德国的新帕泰克粒度仪采用氯光源，利用Fraunho企业原理，量程0.1—3500微米，内置31个传感器。干法测试是其独特技术，样品用量少，重复性好。湿法测试时，循环管及离心泵的密封圈可按所采用的溶剂要求加以更换。
    日青企业是日本一家粉体设备及粉体加工生产型的企业，进入中国市场较早。日产粒度仪采用半导体光源，光波波长为670nm，内置55个传感器，半园形设计。循环管部及离心泵抗有机溶剂腐蚀性能弱，经跟踪观察试验，它离心泵的密封圈经受不住较长时期的有机溶剂的浸润，易造成损坏。对大量比重值较大的金属粉末的测试，循环泵是否强劲有力，将直接影响到分散效果的好坏。而没有好的分散效果，那最后的测试结果也是令人担忧的。
    日本的HORIBA公司，以崭新的姿态进入中国的南北方市场，其量程为0.02—2000微米，内置12个独立的大角度检测器和一个环形检测器。He—Ne激光器为了更好地扑捉小颗粒的散射光，特别内置了钨灯，它的波长较He—Ne激光波长短，可准确地探知小颗粒信号。循环系统采用高输出离心泵，所有与液体接触的部分都是由防腐、防锈材料制成的，这中极具有前瞻性的设计理念是不多见的。
    特别值得一提的是中国产济南微纳公司的粒度仪，在同日青的仪器进行对比后，微纳仪器表现不错，重复性极佳，得到了日方代表的高度认可。其特点为：
    1)测试原理先进，全程Mie氏散射理论；
    2)分辨能力超群，0.1—300微米测量范围分为3档：0.1—40微米、0.6—120微米、1—300微米；
    3)测试操作简便快捷，输出数据丰富直观；
    4)样品制备高效、操作简单、清洗方便，并避免重散射的发生；
    5)测试标准权威，采用国家级粒度标准GBW(E)120000进行校准。
    测试举例：药品青霉素湿法测粒度应以高标号汽油做溶媒，司班85做分散剂方可测试。分散剂的选择非常重要。粉体试样自身多带有电荷，同液体相互作用易发生团聚现象。分散剂的作用就是将粒子中和，从而使其呈现单一粒子状态，如我们经常使用的界面活性剂对亲油性粒子的分散作用就非常明显。分散剂不可过量添加，否则会事得其反产生凝聚。正确选择分散剂也是同等重要的问题，通常投入浓度控制在0.01％—0.12wT％。循环系统的清洁，则要用无水乙醇。而盐酸巴比妥，溶媒要采用乙醚，等等，不一一而举。
3  结语
    中国粒度仪市场年需求量在数百台。且呈逐渐递增势头。国产粒度仪厂家现粗略统计有七、八家。在中国登陆的进口品有十家左右。欲购买者应积极参加相关技术交流。及时掌握国内外发展动态。在购前应做大量的测试比对工作。
    1)国产粒度仪的性能与进口品间的差距在缩小，甚至在某些打面还领先于进口品，如珠海的欧美克，山东的微纳。
    2)日产粒度仪就有四、五公司生产。日本的HORlBA公司产品在日产品中占领先的角色，尽管进人中国市场晚，但其市场占有率呈扩大势头。
3)欧美产品的老大地位，在短时间内尚不会被改变，英国的马尔文粒度仪更是独占鳌头。
后硅器时代——纳米科学技术进展
5  纳米技术与国家安全
    在新的世纪，各国先后制定了“国家关键技术”，都把“纳米技术”安排在优先发展之列。纳米技术的潜在影响非常引人注目，正如美国负责科学与技术的总统助理N·Lane所说：“如果问我哪个科学与工程领域最有可能产生明天的突破，那我会指出纳米尺度科学与工程”。2000年美国对纳米技术的投入资金比上年度增加一倍，达到约5亿美元，作为第一优先发展项目；2002年投入纳米技术的经费又增加了8％；而2003年已达到6.7亿美元。
在武器领域引入纳米技术，将使武器系统进入一个崭新的灵巧而高效的时代，这对国家安全具有重大意义。
5．1  纳米技术的武器应用前景
纳米技术当前应发展微机电系统(MEMS)。若MEM5是某种军(民)用系统，则纳米传感器是关键技术，而纳米半导体薄膜是纳米传感器的必不可缺的相关材料，即纳米材料—传感器—武器系统形成有机的纳米技术体系。
  导航与制导系统今后导航、制导系统发展的超势将是以惯性技术为基础的智能化控制系统。导航定位是通过测量位置、速度或加速度求得运动物体的轨迹，加以控制。可是在运动物体(飞行器或车辆)内部能够测量的物理量只有加速度一项。惯性导航就是通过测量运动物体自身的加速度，再经过一次和二次积分而获得速度与位置，从中起导航(制导)与定位作用。
    惯性系统在工作中既不向外界发射，也不接收来自外界的任何电磁波信号，是真正自主的系统。现代战争对武器系统的生存性、隐蔽性和机动性提出很高的要求，惯性系统的自主性为军事应用提供了极为可贵的优点。
    当前，采用新原理全固态化是惯性传感器发展的主要趋势。北京理工大学已经尝试以纳米半导体薄膜为核心，发挥微电子技术的已有成就，研制压电加速度传感器和阵列式场发射压力传感器。这里特别指出，制备纳米硅(nc—Si：H)薄膜或纳米锌(nc—Zno)薄膜是完成制导、导航和控制系统的关键技术之一和特殊基础。
    纳米隐身材料  近年来关于纳米材料具有高的电磁波吸收系数的报导引起军界研究人员的极大兴趣，提出以纳米材料作为新一代隐身材料的设想和探索。这里以北京理工大学的已有实验结果为例作一说明。
    利用等离子增强化学气相淀积(PECVD)技术制备的纳米硅(nc—Si：H)薄膜在可见光和红外波段具有比其他材料(如非晶硅、微晶硅)高得多的吸收系数，甚至高出30倍。
利用普通化学方法制备的。—A120；超微粉(20nm—40nm)有吸收紫外线的功能，已用于延长日光灯的寿命。
  Fc5山超微粉(5nm—20nm)也是用普通化学方法制备的，通过技术处理后，具有使入射光发散的作用。上述几个有限例子说明，不同纳米材料在不问波段具有隐身的功能。在毫米波和厘米波的隐身纳米材料也在探索中。
    纳米隐身材料可能在如下四个方面取得进展：
    (1)寻找高效纳米吸波材料；
    (2)直接形成薄膜材料；
    (3)配制成涂料形式，可以简便涂刷；
    (4)复合膜制备，以适应宽波段隐身的要求。
    新概念太阳能光电转换器件  一种新原理纳米Ti02薄膜能源器件被提出来，并已研制成功。这种新型太阳能光电转换器件不同于传统的太阳能器件，即使在阴雨天也能工作。这对部队处于边远地区、山区、恶劣环境和夜间行军等情况下提供电力的意义之重大是十分明显的。
   军用机器人  今后战场上使用的专用机器人已研制成功。各种传感器将构成机器人的感觉器官，其中包括光电、压力、湿度、温度、气体等敏感器件。这里举一个例子，作为“人”触感是十分重要的。我们设想将纳米半导体薄膜生长在某种塑料薄膜上(由于纳米半导体薄膜是在较低的温度下生长的，因此可能性是存在的)，制成压力传
感器阵列，并成为机器人的皮肤。这样的机器人将具有十分灵敏的触感，可以有效完成某种军事行动。
   红外探测窗口技术  某些无机非金属材料，具有很好的红外透过率，而且耐高温，因此可作为红外窗口材料应用，但是红外透过率与材料的晶界或微缺陷等有关，当颗粒尺寸与红外波长相当时，会产生较强的反射，影响了红外透过率，因此，发展既耐高温，又有高红外透过的窗口材料很重要。纳米颗粒经过适当的成形烧结技术，有可能得到极细晶粒尺寸的纳米晶陶瓷材料，具有耐高温、耐磨、高透过率、易密封、有一定韧性的特点，可作为新一代红外窗口材料，也有可能发展新的高效的红外接收材料。
5．2  微型武器的构想
    化学战剂传感器  目前战场上是使用以分立器件制造的有害化学战剂传感器，既重又贵。纳米技术将

使传感器只有纽扣大小，在特定的微机系统上，装置能探测对战士有害作用阈值以下化学剂量的传感器和计算机芯片组成质谱仪，用来在化学战环境小探测有害化学战剂。
    MEMS表面  构想制备可调动态特性的材料作为武器的蒙皮，可以主动控制空气功力表面，能起致编和承受来袭炮弹的能力等。例如灵巧的潜艇蒙皮，可以立刻确定当时的速度，并反馈给中央计算机，进行调整，使噪声降至最小。
    敌我识别系统  美国在沙漠风暴行动中提出一个长期存在的问题：在战斗处于白热化过程中，难于区分敌我。目前所采用的手段是反射带、有源信标和应答器。这类系统的信号容易被对方侦听或截获。装备MEMS表面蒙皮，能以较低的功率自动对询问信号作出回答。
    战场分布式传感器网络  无人驾驶电机将微机电系统散布在战场的关键地域，同时确定其位置，作战指挥官通过询问，得知敌方目标的方位和特征。每个控测器可以不同的传感器组合：热传感器、声传感器、光传感器、化学传感器、核传感器、射频传感器、振动传感器和磁传感器等。传感器网络外形可做成像青草，所以也称“间谍草”。
    微机器人电子失能系统  每个微机器人由6个分系统组成：传感器系统、信息处理、自主导航、杀伤机制、通信系统和电源系统。当微机器人接近目标时，它能“感觉”敌方电子系统的位置，进而渗入该系统，使之丧失功能。
    昆虫平台  利用昆虫作为平台，把微机器人植入昆虫的神经系统，控制昆虫飞向敌方收集情报，使目标丧失功能和杀伤敌人。将来可能出现“蚂蚁兵”、“蚂蚁部队”、“蚂蚁将军”服役的情形。
    纳米技术不仅对关系到国家安全的武器系统有着重要意义，更重要的是对人民健康、财富和生活质量的影响，至少与20世纪中期发展起来的微电子学、医疗成像、计算机和人造聚合物等的综合影响同样重要。
6  纳米技术发展方向的讨论
    纳米技术是很小很精细的技术，但它将对国家经济发展、国防实力、人民生活和人们思维产生深刻的影响。
    回顾科学技术发展史，我们知道，在热学的基础上，蒸汽机的发明，导致第一次工业革命，人类从手工劳动中解放出来；在电磁学的基础上，各种电器的发明，引发了第二次工业革命，人类进入电气化时代；在现代物理学的基础上，晶体管和集成电路的发明，引导了第三次工业革命，人类社会迈入信息化时代；当今，在现代物理学和高技术相结合的基础上，纳米技术的出现，可能引导一次新的工业革命。所以，纳米技术受到广泛的关心是理所当然的事。纳米技术的发展方向可以归纳如下：
6．1  信息技术
    各种信息如电、光、磁、声、热、温度、气味、生物、辐射、振动、压力、加速度等，需要各不相同的传感器才能实现对信息的获取，所以，纳米传感器的研究成为信息时代十分重要的课题。信息星的增大，信息存储成为信息技术的重要环节。存储器的存储容量扩充到几该位，即存储器的存储能力提高1000倍，可以把国家图书馆的全部书刊资料的信息存储在一块水果糖大小的存储器内，将来还可能实现单位体积cm2的存储能力提高到102位；产生高清晰、低功耗、快响应的平板显示；提供高速传输网络和高灵敏度的信息系统。
6．2  自下而上
    通过“自下而上”(bottom—uP)的生产途径，把原子或分子组装起来，形成具有特定功能的产品，所需材料少，对环境污染小。
6．3  材料改性
    开发强度为钢的10—100倍，密度只有钢的几分之一的材料，制造重量更轻，燃料效率更高的车辆、舰艇、飞机和航空器。
6．4  纳米器件
    纳米级晶体管、传感器、存储芯片的效率和计算机的速度提高几百万倍，使当今的奔腾IV望尘莫及。
6．5  纳米医学
    借助纳米技术制造纳米级探测器，当癌肿瘤只有几个细胞大小时，就能探测到它的存在，并进行即时治疗。
6．6  清新环境
    从水和空气中清除最细微的污染物，为人类营造更清洁的环境，提供更清洁的饮用水。
6．7  清洁能源
    利用纳米技术，使太阳能电池的效率提高一倍，实现人类广泛利用无污染的太阳能源的长期愿望。
6．8  微型武器
    发展微机电系统(MEMS)技术和纳机电系统(NEMS)技术，制造各种微型武器，关注国家安全。
7  结语
    开发物质的潜在信息；控制单个电子；操纵单个原子；纳米机器人；纳米信息系统；纳米卫星与飞船；间谍草；蚂蚁兵；昆虫将军和昆虫部队等等都是值得引起重视的方向。
    利用纳米技术改造和升级传统产业比的尝试也在实实在在展开，这将是纳米技术走向实用化的一个重大步骤。
    纳米技术是科学技术建设者的最后边疆，人类社会将进入后硅器时代，无论如何来估计纳米技术的重要性都是不会为过的，其深刻的内涵将被逐步认识。
原子力显微镜对几种纳米材料的结构表征研究
引言
    1982年，Gerd Binning及其合作者在IBM公司苏黎世实验室共同研制成功了第一台扫描隧道显微镜，其发明人Binning因此获得1986年的诺贝尔物理奖。扫描隧道显微镜的工作原理是：当探针与样品表面间距小到纳米级时，按照近代量子力学的观点，由于探针尖端的原子和样品表面的原子有波动性，两者的波函数相互叠加，故在两者间会产生电流，该电流称为隧道电流，且该隧道电流在纳米级的距离下随距离的变化非常显著。STM就是通过检测隧道电流来反映样品表面形貌和结构的。
STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构；对于非导电的物质则要求样品覆盖一层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性难以保证，且导电薄膜会掩盖样品表面的许多细节，因而使得STM的应用受到限制。为了克服STM的不足，Binning、QMate和Gerber于1986年研制出了原子力显微镜。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力)来获得物质表面的形貌信息，因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，其应用领域更为广阔。AFM得到的是对应于样品表面总电子密度的形貌，可以补充5TM观测的样品信息，且分辨率亦可达原子级水平，其横向分辨率可达0.1nm，纵向分辨率可达0.01nm。STM和AFM及其它一些相关产品统称为扫描探针显微镜。
自STM和AFM发明以来，在机械学、材料学、电子学以及原子、分子操纵和表面科学等领域的研究中得到了广泛的应用。本文采用国产的本原C5PM3000扫描探针显微镜对几种材料进行了表面表征分析工作，其工作环境为：环境温度为20—250C，湿度为40—50％。
结语
    AFM正在迅速地被应用于科学研究的许多领域，如生命科学，半导体科学等，并且取得了许多重大的科研成果。我国目前也越来越多地将AFM等强有力的科研工具用了更多的研究领域。AFM在现代材料结构表征研究的独特优势将进一步显现。
热处理温度对TiO2结构及其光学性能的影响
引言
    1972年日本学者Fujishima和Honda在Na—ture杂志发表论文，发现Ti02单结晶电极在受到光的照射后能够产生光氧化反应和光还原反应，并将水分解成氢和氧，此后，全世界对Ti02的光催化性能进行了持续的研究，由最初研究从水中提取氢扩展为研究其氧化分解性能。因其借助光照来促进氧化分解反应，在日本具有光催化性的Ti02被称为“光触媒”。
    在经历了涂层光敏化和纳米透明化的研究后，日本在Ti02实用化方面取得了一定的成果。日本ToT0公司开发出具有白清洁和抗茵性能的建筑卫生陶瓷；风神汽车公司将们02光触媒用在03款NISSAN新蓝鸟轿车汽车内饰上(抗菌防护罩)。2004年SARS期间台湾总统府选用Tio2光触媒(即Ti02溶胶)喷涂处理。国内近年对s01—gel法制备具冉光催化性能的Ti02进行了较多的研究，但在实用化方面和国外尚存在一定距离。本文采用日本制备的光触媒Tio2溶胶，研究了热处理温度对晶型、粒径、微观结构的影响，并测试了其光催化性能。
结语
    1)试验中所用的Ti02溶胶在水中分散时，10nm左右大小的溶胶粒子会产生一定程度的聚集，宏观上表现出50nm左右的粒径。溶胶本身即具备光催化效果，无须燃烧成粉体。
    2)由于纳米粒子的细化，Tio2存在一定程度上的品格畸变，反应在XRD上呈现结晶峰宽化的现象；随着热处理温度的升高，Tio2晶体的晶格畸变减弱，结晶状况趋于完善。热处理过程中晶粒颗粒变大，同时比表面积降低，所以颗粒间团聚的现象增加。
    3)相对于Ti02体相材料而言，不同温度下热处理的Ti02薄膜对紫外线的吸收边出现了明显的“蓝移”现象；且随着热处理温度的升高，Ti02薄膜的紫外吸收边出现了明显的“温升红移”现象。
分叉纳米碳管与直纳米碳管拉伸力学特性的分子动力学研究
引言
    纳米碳管具有高的强度、弹性模量和尚韧性，因此，自从1991年被发现以米，就受到研究者们的普遍关注。由于碳纳米管的尺寸很小，采用STM等试验手段精确测量其力学显得十分则难，故借助分子动力学(MD)的模拟来研究纳米碳管的力学行为具有重要意义。目前，关于纳米碳管力学特性的分子动力学研究已开展厂很多。如Yao等利用分子动力学方法获得了纳米碳管的杨氏模量，沈海军等利用分子动力学方法计算了纳米碳管从管内镶嵌厂多个碳富勒烯分子的纳米碳管，即nanotube—peapod的拉伸力学特性等。然而，这些工作基本上都是针对直的单壁或多壁纳米碳管展开的。事实上，纳米碳管生长过程是极其复杂的，研究者们在制备纳米碳管时，产物中除了直纳米碳管与杂质外，还极有可能包含一些其它结构形式的碳管，如分叉碳管、竹节型碳管拐弯的碳管、纳米碳角等。研究表明，出现上述各种各样的纳米碳管的原因在于纳米碳管的六边形网格中引入了若干数量的五边形／——七边形碳原子环缺陷，这些缺陷常常位于“Y”型、竹节型等纳米碳管中粗管与细管的“过渡”区域。这些五边形／—七边形缺陷不仅改变形纳米碳管的几何形态，也给纳米碳管的力学性能带来了微妙的变化，鉴于上述情况，本文采用基于Bren—ner REA0(Reactive EmpiricalBond order)  势的分子动力华方法来模拟、研究分叉纳米碳管与直纳米碳管的拉伸力学特性。
       结语
    采用分子动力学方法，对分叉与直纳米碳管的拉仲进行了模拟。模拟表明，分叉纳米碳管中粗细碳管过渡区附近的“应力集中”是导致其发少局部拉伸屈服与断裂的主要诱因；和直的无缺陷纳米碳管相比，分叉纳米碳管只有较差的抗拉强度与韧性，但分叉纳米碳管的弹性模量和直纳米碳管的并没有明显差别，