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lqzjf121323木虫 (正式写手)
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纳米科技：梦想与现实
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1．1 人类对宏观世界与微观世界的探索 爱因斯坦曾经说：“未来科学的发展无非是继续向宏观世界和微观世界进军。” 如果将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描述，我们可以得到人类智力所延伸到的物质世界的范围。 在宏观方面，目前人类能够加以研究的物质世界的最大尺度是l025m，约l0亿光年，图1是人类已观测到的宇宙大致范围。 在人类研究宇宙深处和构成质子与中子和夸克这两个极端尺度之间，我们在一段尺度范围内还有很多基本规律没有搞清，有些理论没有完善，这个尺度就是纳米尺度。 1．2 纳米在长度单位中所处的位置 1纳米为10-9m，代号为nm。它在长度单位中所处的位置见表1。 “纳米”尺度的粒子早已存在。比如，中国古代的微墨粒子，出土铜镜涂层中的粒子，已在轮胎中使用了100年用作增强剂的炭黑颗粒等，疫苗（它常含有一种或数种纳米尺寸的蛋白质）也可能挤身于纳米之列。 表1 纳米在长度单位中所处的位置 单位 缩写或符号 对主单位的比 米 m分米 dm 10-1厘米 cm 1023毫米 mm 10-3丝米 mm 10-4忽米 cmm 10-5微米 μ 10-6纳米 nm 10-9埃 ? 10-10 1．3 纳米概念的提出与发展 最早提出纳米尺度上科学和技术问题的是美国著名物理学家、诺贝尔奖金获得者查理德·费曼(Richard IFeylunarl)。1959年他在一次著名的演讲中曾经这样说：“如果人类能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制备装置，我们将有许多激动人心的发现。……我们需要新型的微型化仪器来操纵微小结构并测定其性质。……那日寸，化学将变成根据人们的意愿逐个地淮确放置原子的问题。”他并预言：“当2000年人们刚顷历史的时候，他们会为直接用原子、分子来制造机器而感到惊讶。”(查理德教授于1988年去世) 100年前，爱因斯坦在其博士论文中曾根据糖在水中扩散的实验资料计算出一个糖分子的直径约为l纳米。100年后的今天，纳米尺度在科学中的重要性迅速膨胀起来。 1974年日本谷口纪南(Taniguchi)教授最早使用“纳米技术”(Nanotechology)一词描述精细机械加工。70年代后期，美国麻省理工学院德雷克斯勒提倡将纳米技术作为—门专门的科学技术对之进行研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。 纳米科技的迅速发展是在80年代末、90年代初。80年代初中期出现的纳米科技研究的重要手段一—扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM) 等微观表征和操纵技术对纳米科技的发展起了积极的促进作用。 扫描探针显微镜(SPM)的出现，标志着人类在对微观尺度的探索方面进入到—个全新的领域。作为纳米科技重要研究手段的SPM也被形象地称为纳米科技的“眼睛”和“手”： “眼睛”——可以利用扫描探针显微镜直接观察测试原子、分子的相互作用与特性； “手”——可以借助扫描探针显微镜移动原子，构造纳米结构，同时为科学家提供在纳米尺度下研究新现象、提出新理论的微小实验室。 图3是扫描隧道显微镜的工作原理和借助扫描探针显微镜，将原子一个个重新排列，构筑出“原子”字样的示意图。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩与第五届国际扫描隧道显微学会同时举办，《纳米技术》与《纳米生物学》两种国际性专业期刊相继问世。技术——纳米科技一门崭新的科学从此得到科技界的广泛关注。 1．4 什么是纳米科技 对于纳米科技，从不同角度可以有不同的提法，归纳起来有以下四种： 1) 把纳米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米精度的“加工”，人工形成纳米大小结构的技术。有人把通过超精细加工制作的微机电装置也称为纳米装置； 2) 在材料领域，把纳米级颗粒的制备技术及由此引起的材料的性能改变称为纳米技术； 3) 从原子、分子出发来构建特殊的结构，制造具有所需功能的分子装置，从而产生生产方式的变革； 4) 仿制生物体系的纳米结构，利用生物的自识别、自组织、自复制的功能制造特定的纳米产品。 基于以上提法，我们可以把纳米科技定义为：纳米科技是指在纳米尺度(1nm到100 nm之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用(主要是量子特性)，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目标是以原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性制造出具有特定功能的产品。 1．5 纳米科技的重要意义 美国《商业周刊》将纳米科技列为2l世纪可能取得重要突破的3个领域之一(其它两个为生命科学和生物技术、从外星球获得能源)； 美国政府从1999年开始，决定把纳米科技研究列为2l世纪前10年11个关键领域之一。美国总统科技助理在致国会的信中称： “纳米技术将与信息技术或壁物技术一样，对21世纪经济、国防和计会产生更大影响，可能引导下一场工业革命 (Leading to the next industrial revolution)，应把它放在科举技术的最优先地位(Top priority)。 纳米科技的陡然升温不仅仅是尺度的缩小问题，实质是由于纳米科技在推动人类社会产生巨大变革方面具有的重要意义所决定的。 纳米科技的发展，促进了人类对客观世界认知的革命。人类在宏观和微观的理论充分完善之后，在介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头。纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为哪一门传统的学科领域。而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性突破的，正是这样，纳米科技充满了原始创新的机会。因此对于还比较陌生的纳米世界中尚待解决的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望。而一旦在这一领域探索过程中形成的理论和概念在我们的生产、生活中得到广泛的应用，那么，它将极大地乍富我们的认知世界，并给人类社会带来观念上的变革。 同时纳米科技推动产品的微型化、高性能化和与环境友好化。将极大地节约资源和能源，减少人类对它们的过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的层次上为人类可持续发展提供物质和技术保证。 随着人类对客观世界认知的革命，纳米科技将引发一场新的工业革命。由于量子效应，微电子器件的极限线宽一般认为0.07微米(70纳米)。根据美国半导体工业协会预计，到2010年华导体器件的尺寸将达到0.1微米(100纳米)。正好是纳米结构器件的最大长度。小于这一尺寸，所省的芯片需要按照新的原理来设计。为了突破信息产业发展的瓶颈，必须研究纳米尺度中的理论问题和技术问题，建立适应纳米尺度的新的集成方法和技术标准。在这一尺度上制造出的计算机的运算和存储能力，将比目前微米技术下的计算机性能呈指数倍的提高，这将是对信息产业和其它相关产业的一场深刻的革命。同样，生命科技也面临着在纳米科技影响下的变革。所以，人们认为纳米科技是未来信息科技与生命科技进一步发展的共同基础。正如美国《新技术周刊》指出：纳米技术是2l世纪经济增长的一个主要的发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。 纳米科技也将促使传统产业“旧貌换新颜”。比如，纳米材料的研究，在化纤制品中加入纳米微粒，可以除味、杀菌；通过纳米技术的运用，使建筑物外墙涂料的耐洗刷性由原来的1000次提高到1000多次，老化时间也延长了两倍多。这种对传统材料进行纳米改性的技术，企业应用的投入不大，而且市场前景广阔。 纳米科技的巨大影响还在于使纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域，包括纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化学等。 但是我们也应该看到，纳米科技作为国际上刚刚兴起的一门新兴的学科领域，有许多重大的基础问题还未解决，其全面走向应用尚需时日。因此对于“纳米热”应予正确引导，防止将纳米科技的概念庸俗化。 激光衍射法测试表面改性超细TiO2 粉体粒度的分散方法研究 l 概述 超细Ti02除具有普通T102颜料所有性能外，还具有很强的屏蔽紫外线能力和优异的透明性，可应用于汽车工业、防晒化妆品、感光材料及文物保护等诸多方面。但超细T02的强极性使其不易在非极性介质中分散而在极性介质中又易于凝聚，对其进行表面处理后能使超细量Ti02干粉获得良好的分散性。但应用激光粒度仪对其粒度测试过程中的分散方法有待研究，这在国内外还未见报道。 激光粒度仪是一种快速、准确、非接触的粒子尺寸测量仪器。其原理是激光照射到待测粒子上产生光的散射，通过测定散射光能分布，并利用瑞利散射公式： 式中： N一单位体积粒子数； y—单个粒子体积； A一波长； n1一分散相(纳米粒子)的折射率； n2一分散介质折射率； Io一入射光强度。 其中散射光的强度和空间分布与被测粒子粒径的6次方成正，由此订计算出被测样品的粒度。因此，确保粉体能均匀分散在分散介质中，并使粒子不团聚，术与分散介质发生化学反应，是准确测定样品粒度的重要前提。用激光粒度分析仪测定超细无机和有机粉体时，关键在于使粉体分散在分散介质中。 此外，表征分散体系稳定性的重要指标是zeta电位。由于带电微粒吸引分散系中带相反电荷的粒子，离颗粒表面近的离子被强烈束缚着，而那些距离较远的离子形成一个松散的电子云，电子云的内外电位差叫作Zeta电位。只有Zeta电位在±30mv以外，体系才是稳定的，颗粒不容易团聚。 本文对用激光粒度仪测定经表面改性的超细Ti02粉体粒度，在不同分散介质条件下的分散方法进行了试验，研究了化学分散即加入分散添加剂以降低颗粒界面张力，都有利于超细粉体在分散介质中的分散对样品分散体系粒度及稳定性的影响。成功地确定了经表面改性的超细Ti02粉体粒度测试中的分散方法，分散体系稳定性和测试结果重现性都很好。 3 结论 在用激光粒度分析仪对经表面改性的超细二氧化钛粉体进行的粒度测试中，分散条件的选择对测试结果影响很大。 1)对无机超细粉体，特别是经表面改性后的粉体，采用激光粒度仪进行粒度测定时，需加入分散剂。 2)使用不同分散剂形成的分散体系，其zeLa电位不同，表明体系稳定性不同。 3)当用乙醇和六偏磷酸钠溶液(0.1g／mL)为混合分散介质时，能最好地分散经表面改性的超细TiO2粉末，此时的测试结果也最准确的表征了经表面改性的超细TiO2粉体的粒度。 第二本 (续上期) 2纳米科技的研究领域 由于纳米科技的多学科交叉性质，它的研究对象涉及诸多领域，它的基础研究问题急诸多领域，它的基础研究问题又往往与应用密不可分。我们可以根据纳米科技与传统学科领域的结合而细分为纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化学、纳米机械学和纳米加工等，但这种与学科紧密联系的分类方式，无法便捷地勾划纳米科技的大致轮廓，各类之间又有交叉、重叠。为了对纳米科技中有代表性的纳米材料、纳米器件、纳米检测与表征这三类功用性很强的研究领域。 2．1 纳米材料 纳米材料是纳米科技发展的重要基础。它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。 2．1．1 纳米材料的种类与特性 纳米材料主要种类有纳米颗粒与粉体、纳米碳管与维纳米材料、纳米薄膜、纳米块材。 纳米材料的尺寸被限在100nm以下，这是—个由各种限域效应引起的各种特性开始有相当大改变的尺寸范围。当材料或那些量子特性产生的机制被限制在小于某些临界长度尺寸的中间之内的时候，性能就会改变。 导致纳米材料产生奇异性能的主要限域效应有比表面效应、小尺寸效应、界向效应和量子效应。 小尺寸效应是指颗粒尺寸减小到一定限度时，在一定条件下会引起材料宏观物理、化学性质上的变化。研究证实，由于纳米材料尺寸小，电子平均自由程短，电子的局域性和相干性增强。尺寸下降，使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固定的准连续能带消失了，而表现出分裂的能级，量子尺寸效应显著，这便使纳米体系的光、电、热、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。 在上述效应的作用下，纳米材料的性能较之传统材料有较大的提高。例如： 纳米金属固体的硬度要比传统的粗晶材料硬3倍—5倍； 纳米团体铁的断裂应力比常规铁材料提成近12倍； 纳米固体铜比一般钢材料的热扩散增强近1倍； 纳米磁性金属的磁化率是普通磁性金属的20倍； 2．1．2 几种典型的纳米材料 易燃易爆的纳米金属颗粒 金属纳米颗粒灰表面上的原子十分活泼。实验发现，如果将金属铜或铝做成的纳米颗粒，遇到空气就会激烈燃烧，发地爆炸。纳米金属颗粒粉体内用于制作固体火箭的燃料、催化剂等。 高强度的纳米金属块体 各属纳米颗粒粉体制成块状金属材料，就会变得十分结实，其强度比一般的金属高1()多倍，同时又像橡胶一样富于弹性，可以称得上是材料世界中的大力士。图4是纳米金属丝的强度、韧度与一般工程材料的比较。有的纳米金属还具有超延展性，如纳米铜的延展率可达5100%。 奇妙的碳纳米管 碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几纳米到几十纳米。见图5和图6，图6是碳纳米管大规模合成的放大。碳纳米管的密度只有钢的1/6，而强度却是钢的100倍。优良弹性、抗张强度和热稳定性可用于微型机器人、抗冲击车身及抗震建筑物中。使用碳纳米管的最初产品是利用其电学性质制作加有碳米管的塑料部件这种塑料在喷涂过程中可带电，从而可更快地上漆，敷于物件上。以碳纳米管为基础的敷料还具有发光显示性能。 碳纳米管具有很低的场发射闭值电场强度和很高的场发射电流密度，能在普通高真空度下长期稳定工作，因此在场发射显示领域有广阔的应用前景。 碳纳米管附着在扫描探针显微镜的尖端，可使其横向分辨率提高10倍以上。能更清楚地观察蛋白质和其他大分子。以碳纳米管为尖端的原子力显微镜可以探侧DNA片段和鉴别化学标记物。 碳纳米管可在其中空的内部储存氢，然后逐渐释放出来，使其成为高效廉价的燃料电池。还可以存储理离子，做成寿命更长的电池。 半导体纳米管在室温下暴露于强碱、卤化物和其他气体中时，它的电阻会大大地改变，因此可望制备更好的化学传感器。 善变颜色的纳米氧化物材料 氧化物纳米颗粒最大的本领是在电场作用下或在光的照射下迅速改变颜色，这种材料可做成广告板或士兵防护激光枪的眼镜。广告板在光、电作用下，会变得更加绚丽多彩。 纳米氧化物在催化及环境保护方面也有广泛的应用前景。例如纳米二氧化肽可以广泛应用于防日晒化妆品、轿车金属色面漆、高压绝缘材料、荧光管等。日本已在高速公路两侧、隧道内侧设置了涂有二氧化肽的光催化板，以减轻汽车尾气污染。 半导体纳米材料 半导体纳米材料的最大用处是可以发出各种颜色的光，可以做成超小型的激光光源。它还可以吸收太阳光的光能，把它直接变成电能。 具有自洁性能的光催化纳米材料 光催化纳米材料具有白清洁性能，涂于镜面、建筑物外墙瓷砖，对使附着在其上的油污、微生物等分解，保持表向清洁。图7是用于污水处理的光催化纳米材料。其中(a)为连续光催化装置，(b)是经过处理与未经处理的水的对比，左侧杯水系经光催化纳米材料处理。 光催化纳米材料还可以作争先清洁剂。 纳米塑料 用纳米材料做成的塑料乌杏通塑料相比，强度、硬度明显提高，制品色泽鲜艳。见图8。 |
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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。 |
10楼2005-12-29 21:40:13
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2．1．3 全面理解内涵，纠正认识误区 纳米材料不仅仅是颗粒尺寸减小的问题。一些人理解的纳米科技，认为与微米技术相比仅仅是尺寸缩小、精度提高的问题，检验一项技术成产品仅看它是否是纳米量级。判断纳米材料，不仅仅是看是否颗粒在纳米量级，而重要的是型检测它任这一尺寸下，是否发生了与传统材料或宏观物质相比较能的改变或十分显著的提高。纳米尺度和新物性是确定纳米材料的两个必备条件。 纳米材料的颗粒尺寸也应该均匀分市。如果颗粒尺寸分布的范围很广，甚至只有少部分颗粒尺寸在纳米级，材料整体性质就不会有显著变化。 要全面理解纳米科技的内涵。纳米科技不仅仅是纳米材料的问题，同时应重视纳米器件的研发、纳米尺度的表征与检测，以及纳米基础科学的研究。要想实现纳米技术目标，尚有很多基础科举问题需要解答，如对分子自组装的理解，如何构造纳米器件，复杂纳米结构系统的运作等。只有在物理、化学、材料科学、电子工程学以及其他学科的很多方面得到充分发展的情况下，才能真正形成一项具体的纳米技术。 2．1．4 目前纳米材料的重点研究领域 1)在纳米层次上，电子和原子的相互作用受到变化的因素。 2)在纳米层次上，在不改变材料的化学性质的前提下，如何控制物质的磁性、蓄电能力和催化能力等基本特性。 3)在纳米层次上，如何把人造组件和装配系统放入细胞中，使之与生物机体兼容。这样，人们就有可能进行模拟自然的自行装配，制造出新的纳米材料。 4)鉴于纳米材料具有很大的表面积，如何使它们成为理想的催化剂和吸收剂，并在释放电能和向人体细胞施药方面发挥作用。 5)如何利用颗粒非常小、表面不会产生缺陷、具有很高的表面能量的特性，研究制造高强度的复合材料。 2．2 纳米器件 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。因此，纳米器件的研制和应用水平是进入纳米时代的重要标志。 以纳米器件制成的计算机，其计算能力可提高数百倍，而所需功率仅为目前的百万分之一；纳米光电子学可能使通信带宽增加百倍；利用纳米技术可使信息存储量成千倍提高(兆兆比特的存储器)。 目前大规模集成电路的元件，其尺寸大于固态器件电子自由程，电子输运行为具有统计平均性质。描述这些性质的特性主要是宏观物理量，基本上不涉及量子力举理论，即只考虑电子的粒子性，而不考虑波动性。随着技术的不断进步，微电子技术由40年代厘米尺寸的真空管，50年代毫米尺寸的品体管，70年代几十微米尺寸的大规模集成电路，发展到90年代微米尺寸元件的超大规模集成电路。日前已可设计出在只有几平方厘米的硅片上，大约有1亿个三极管，其主要部件的大小为0.18μm、。按此速率，到2010年元件尺寸降到100nm以下，此时，宏观统计规律不再适用，载流子的波动特性及各种量子特性将起主导作用。 集成度的提高与模具(包括掩模)尺度、光刻波长和材料(如光刻胶)本身等的限制有关。集成度愈高，解决的技术难度愈大，投资也愈多，这在经济上会遇到投资／效益比的极限。趋近极限时，元件制作遇到的主要困难有： 1)微细导线制作有困难，改用电子束刻蚀也会有生产周期太长的问题； 2)如果线宽太小，将使构成电路的绝缘层变薄，会发生电子隧穿，破坏绝缘效果，这将限制MOS器件作为开关器件的可能； 3)靠得紧紧的元件升温和散热问题。 以上这些是技术方面的困难。从原理上看，新障碍出之于载流子的波动特性和各种效应。发展出路应是利用这些特性和效应，寻找新工作原理的器件作为新一代电子技术的基础。因为这些新器件的尺寸(横向和纵向)都在纳米范围，因此可统称纳米器件，从而把以此为基础的电子学由微电子推向纳电子(Nanoelectronics)。纳电子学有两重意义，一是在现有的电子器件基础上把微电子器件尺寸推进到纳米范畴，另一是发展新原理的纳米器件。 2．3 纳米结构的表征和检测 为在纳米尺度上研究材料和器件的结构及性能，发现新现象，发展新方法，创造新技术，必须建立纳米尺度的检测与表征手段。这包括在纳米尺度上原位研究各种纳米结构的电、力、磁、光学特性，纳米空间的化学反应过程，物理传输过程，以及研究原子和分子的排列、组装月奇异物性的关系。 应十分重视纳米尺度的表征和检测工作。在当前纳米科技概念中，似乎忽视了纳米尺度的表征和检测。但是，这项工作是纳米科技研究和发展、理论和实验的重型基础。纳米尺度是如此之小，石不见，模不到。没有重要的工具和系统的表征、检测，纳米科技研究只能是一句空话，伪纳米产品也会乘虚而入。 崛起的纳米科学 纳米科学(NanoSecience)是指人们研究纳米尺度，即100 nm到0.1nm范围之内的物质所具有的特异现象和特异功能的科学，而纳米技术是在此基础之上制造新材料、研究新工艺的方法和手段。纳米科学技术不是某一举科的延伸，也不是某一工艺革新的产物，而是基础理论学科与当代高新技术的结晶。它以物理、化学的微观研究理论为基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手段，是一个内容广阔的崭新的高科技多华科群。按照目前的研究领域纳米科学大致可以分为纳米物理学、纳米电子学、纳米光子学、纳米材料学、纳米医学、纳米生物学、纳米生物电子学、纳米制造学、纳米光学、纳米动力学、纳米化学、纳米光电子举、纳米摩擦学、纳米机械学、纳米磁学、纳米计量学、纳米地质天文学、纳米测量学、纳米显微学、飞秒纳米光子学、纳米信息学、纳米微电子学、分子电子学、介观物理学和纳米药物学等，是一门基础研究与应用探索相融合的新兴科学技术。而其中的每一门又都是跨学科的边缘科学。 纳米技术作为一门新兴的综合性边缘学科，将为21世纪的信息科学、生命科学、分子生物牧、生态科学和材料学的发展提供一个全新的技术界面。应用纳米科学技术可以引发环保、微电子、光屯子、工业、医学、生物、军事、能源等诸多领域的革命，并导致自然物质、社会组织、人类生活入式的变革。纳米材料涵盖了新科学、新技术、现代科学与技术的丰富内容。回顾科技的发展历史可见，每一顶至大技术的出现都推动着社会经济的腾飞。蒸汽机的出现使得人们告别了手上作坊而进入蒸汽时代，爆发了第一次工业革命。电的发明使整个世界亮起来， 又爆发了第二次工业革命。晶体管的发明导致了电脑和网络的出现，使人类进入了信息时代，把整个世界坐成了“地球村”。纳米科技的出现又彻底改变人们的生存方式和整个世界。在21世纪，纳米科学技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大影响。因此，近年来世界各国包括我国均把纳术科技列为重要的开发领域。这里仅概述纳米科学的现状的发展。 纳米科举技术正式“外宗立派”是在1990年。这一年，美国成功地举行广第一届纳米科技大会，并且正式创办了《纳米技术》杂志。虽然纳米科学技术出现的时间不长，但是它带来的冲击是明显的，越来越多的科举家相信，这门新兴的学科将带来一轮新的革命，人们将会迈入一个奇妙的世界。 l 纳米科学概述 1．1 纳米电子学 纳米电子学是微电子技术向纵深发展的直接结果。现代集成电路的生产使用的是一种叫做平面处理的工艺过程。由于这种方法需要在涂有光刻胶的基片上进行曝光，所以这种方法的分辨率受到可见光波氏的限制。分辨率越高，集成器件的密度越大，集成电路的功能也就越强。目前，最好的光刻机已接近最高分辨率，也就是大约O.12μm。因此，如果在制作工艺上没有重大的突破，集成电路即将走向历史的终点。纳米电子学就是在这一背景下诞生。 纳米电子举的主题有两个，一是开发具有纳米量级分辨率的工艺以取代现有集成电路生产工艺，二是研究纳米器件的运行规律。因为在纳米尺度上，经典电子器件运行的理论基础已经不再适用，必须考虑量子效应的影响，建立新的理论，为新一代计算机的实现打下基础。 包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光／电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。如现有的硅和砷化镓器件的响应速度最高只能达到10-12s，功耗最低只能降至1μW。而量子器件在响应速度和功耗方面可以比这个数据优化l 000倍—10 000倍。由于器件尺寸为纳米级，集成度大幅度提高，同时还具有器件结构简单、可靠性强、成本低等诸多优点。因此，纳米电子学的发展，可能会在电子领域中引起一次新的电子技术革命，从而把电子上业技术推问更高的发展阶段。 迄今为止，作为电子器件只利用了电子波粒二象性的粒子性，其次，各种传统电子元器件部是通过控制电子数量来实现信息处理的。随着集成度的提高，功耗、速度成为严重的问题。现有的肢和砷化嫁器件无论怎样改进，其响应速度最高只能达到10-12s，功耗最低只能降到1μW。 利用电子的量子效应原理制作的器件称为量子器件或纳米器件，也叫单电子器件晶体管。在量子器件中，只要控制一个电子的行为即可完成特定的功能，即量子器件不单纯通过控制电子数目的多少，主要是通过控制波动的相位来实现某种功能的。因此，量子器件具有更高的响应速度和更低的功能，从根本上解决日益严重的功耗问题。 要实现量子效应，在工艺上要实施制作厚度和宽度都只有几纳米到几十纳米的微小导电区域(称为势阱)。这样，当电子被关闭在此纳米导电区域中时，才有可能产生量子效应。这也是制作量子器件的关键所在。 如果制作苦干纳米级导电区域之间形成薄薄的势垒区，由于屯子的波动件质，可以从某势阱芽越势垒进入另一势阱，这就是量子隧道效应。 势阱中形成电子能级，当电子受激励时，将从低能级跃迁到高能级，而当电子从高能级向低能级弛豫时，会发射一定颜色的光。这样一些量子效应在纳米技术中将得到有效的应用。制作量子势阱的方法有分子束外延(MBE)、原子层外延(ALE)、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)和金属有机化学汽相淀积(MOCVD)等方法。 所以，纳米技术是指在0.1nm，—100 nm尺度空间内，研究电子、原子和分子运动规律和特性的高新技术学科，它的最终目标是人类按照白己的意志直接操纵单个原子，制造具有特定功能的产品，它包括纳米电子学、纳米物理学、纳米材料学、纳米机械学、纳米制造学、纳米生物学、纳米显微学和纳米计量学等。它是现代物理举与先进工程技术相结合的基础上诞生的，是一门基础研究与应用探索紧密联系的新则科学技术。 1．2 纳米物理学 纳米物理学是深入揭示物质在纳米空间的物理过程和物质表征的新型科学。它已以纳米固体为研究对象，对其结构的奇异性、光学性质、特殊的导电机理等重要物理问题进行研究，以开发物质的潜在信息和结构潜力，并将对电子技术产生重大影响。 纳米材料具有许多奇异性能，已广为人知。只要控制材料结构颗粒的大小，就能制造出强度、颜色和可塑性都能满足要求的纳米相材料来，它具有很大的商业价值。据英刊报道，目前已制成一种尺寸只有4nm的复杂分子，它具有“开”和“关”的特性，可由激光驱动。它的开关时间很短，因此为光计算机的研制提供了物质与技术基础，超细颗粒铁表面覆盖一层5nm到20nm厚的聚合物，可以固定大量蛋白质或酶，在控制生物反应和酶工程中将起重要作用。 1．3 制造微型装置的纳米机械学 现在工程师们已用极小的部件组装成了一辆只有米粒大小、能够运转的汽车，直径只有1nm—2nm的静电发动机，体积只有普通机床的1／10000，能够转动的车床，只有黄蜂大小且能升空的直升机，肉眼几乎看不见的发动机等。纳米机械学的发展可以在硅片上刻写仅几个纳米宽的线条，表明信息存储密度可提高几个数量级。 1．4 探索纳米科技的有力工具——纳米显微学 IBM公司苏黎世研究所的Bining G和Bohrer H于1981年发明的扫描隧道显微镜(SIM)，可以实时测量物体表面的空间三维图象。其测量分辨率在平行和垂直于表面方向分别为0.1nm和0.01nm。这就可以实现人类长期以来所追求的直接观察原子真面目的原型。利用SIM还可以刻划纳米级微细线条，移动原子。因此，它已成为研究纳米科学技术的有力工具。 1 .5 纳米生物学中最具有诱惑力的纳米机器人 第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，它可进入人体的血管里，清除心脏动脉脂肪淀积物，杀灭病毒和癌细胞。第二代纳米机器人是直接由原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机的装置，它可能在1秒钟内完成数十亿次操作。 1．6 纳米医学和生物学 从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1nm—100 nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。 纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。日前已得到较好应用的实例有：利用纳米Siq微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。 正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断、药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且．可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。 纳米生物材料也可以分为两类。一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。 1．7 纳米光学 纳米光学是纳米科学和纳米技术的新方向，它使用的光限定在尺寸(为波长)或体积内。它应用激光与原子、分子、团簇和纳米结构的线性或非线性、经典或量子相互作用的新的改型的已知效应。这一领域的实际发展以激光和可将光局限在极小尺寸的亚微米结构(纳米孔、纳米缝、 纳米针等)的纳米技术为基础。 纳米光学具有以下基本特点。 1)为了以纳米空间分辨率研究物质的结构，激光能够非常强烈地局域化，但能保持光学特征的光谱选择性。 2)与自由空间情况相LL，纳米结构处的物质(原子、分子等)对局域化光的响应有显著变化。 1．8 纳米生物学 纳米生物学是以纳米尺度研究细胞内部各种细胞的结构和功能、研究细胞内部、细胞内外之间以及整个牛物体的物质、能量和信息文换。纳米牛物学的研究集中在下列方面。 1)遗传物质DNA的研究 这方面的研究在形貌观察、特性研究和基因改造二个方面有不少进展。 2)脑功能的研究工作目标是弄清人类记忆、思维、语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理。 3)仿生学研究 这也是纳米生物学的热门研究内容，近年：取得不少成果，是纳米技术中有希望获得突破件巨大成果的部分。 世界上最小的马达是一种牛物马达——鞭毛马达。它是细菌的运动器官，能象螺旋桨那样旋转驱动鞭毛旋转。该马达通常由10种以上的蛋白质群体组成，共构造如人造马达，由相当的定子、转子、轴承、万向接头组成。它的直径只有30nm，转速可以高达15000 r／min，可在1μs 内进行右转或左转的相互切换。利用外部电场可实现加速或减速，转动的动力源，是细菌内支撑马达的薄膜内外的氢氧离子浓度差。实验证明，细菌体内外的电位差也可．驱动鞭毛马达。现在人们正在探索设计一种能用电位差驱动的人造鞭毛马达驱动器。 日本三菱公司已开发出一种能模拟人眼处理视觉形象功能的视网膜芯片。该芯片以坤化镓半导体作为基片，每个芯片内含4096个传感元，可望进一步用于机器人。 有人提出制作类似环和杆那样的分子机械，把它们装配起来构成计算机的线路单元。单元尺寸仅1nm，可组装成超小计算机，仅有数微米大小，就能达到现在常用计算机的同等性能 4)纳米结构自组装的研究 复杂微型机电系统制造中，很大的难题是系统中各部件的组装。系统愈先进、愈复杂，组装的问题也愈难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构。他们的生成组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理，人类村自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。 纳米结构自组装技术的发展，将会使纳米机械、纳米机电系统和纳米生物学产生突破性的飞跃。 1．9 纳米光电子学 光电子技术正向光电子集成，进而将向纳米光电子集成方向发展。纳米光电子学是纳米半导体材料的基础上发展起来的，是纳米电子学发展的入向。纳米光屯子举是研究纳米结构中电子与光子的相互作用及其器件的一门高技术学科。光电子技术与纳米电子技术相结合而产生纳米光电子技术。上导体硅不能发光，但采用纳米技术后，它能发出耀眼的蓝光，这山就开拓出了一门崭新的学科——纳米光电子学。 在纳米科技时代，纳米电子学和纳米光电子学是纳米科技发展的重点。人们正注视着纳米电子学和纳米光电子学领域的新进展。 2 结论 在以上介绍的纳米科学中，纳米电子学、纳米光电子学和纳米光电子是纳米技术的重要组成部分，是传统微电子学、光电子发展的必然结果，足纳米技术发展的主要动力。纳米电子学在传统的间体电子学基础上，借助最新的物理论和最先进的工艺手段，按照全新的概念构造电子器件与系统、纳米电子学在更深层次上开发物质潜在的信息和结构的能力，使单位体积物质储存和处理信息的能力提高100万倍以上。实现信息采集和处理能力的革命性突破。纳米电子学与光电子学、光子学、生物学、机械学、工艺学等学科结合，可以削成光电子 |
2楼2005-12-29 21:35:16
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器件、分子器件、光子器件、微电子机械系统(MEM5)微纳米电子机械系统(MNEM5)、微光电机械系统(M()EMS)微型机器人、纳米卫星等，将对人类的生产和生活方式产革命性的影响。纳米电子学，纳米光电子学和纳米光子学将成为21世纪信息时代的关键技术。 纳米科学、工程与技术进展简介 l 纳米科学、工程与技术 1996年—1998年，美国Roco、Siegel、Coch等8人考察了全世界纳米科学技术的研究状态后，在美国政府纳米网站上发表了4份报告。从而促进了全世界纳米科学技术研究热潮。2002年，美国科学技术委员会纳米科学工程与技术分会主席Roco总结了国家纳米技术创新计划执行情况，并对今后的纳米科学工程技术的发展进行厂展望。其中最引人注目的提法是“纳米科学与技术”转变为“纳米科学、工程与技术”，将纳米工程与科学技术并列，体现了美国对纳米工程的重视。 2纳米材料的定义 任何至少含有一维小于100nm或出小于100nm的基本单元(Building Blocks)组成的材料称作纳米材料。近年来，纳米材料的基本单位的尺寸。有大幅降低的趋势，例如在Coeh 2002年主编的《纳米材料》中，基本单元的典型尺寸小于50nm，而citcr在2000认为纳米材料基本单元的典型尺寸应在1nm—10 nm之间。 纳米材料亦可定义为具有纳米结构的材料。纳米结构(Nanostructure)是一种显微组织结构。纳米结构的基本特性是由量子效应所决定的。 3 纳米材料的基本效应 尺寸效应足纳米材料的最基本效应，纳米材料的许多性能都与尺寸相关。尺寸效应的基础是量子效应和表面(或界面)效应。 3．1 量子效应 所谓量子效应是屯子的能量被量子化，电子的运动受到约束。随着金属尺寸的减小，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低木被占据分子轨道，能隙变宽的现象均称为量子效应。出现量子效应的判据足Eg＞KBT，其中Eg为能隙，KBT为热起伏能。对于金属纳米材料，由于费米面附近的能隙很小，只有当其颗粒或晶粒非常小时(约几纳米)才会产生明显的量子效应。对于半导体材料，出现量子效应的尺寸要比金属粒子的尺寸大得多。 3．2 界面效应 纳米晶体材料中含有大量晶界。例如，对于尺寸为5nm的晶粒，大约有50％的原子处于晶粒最表面的一层平面(原子平面)和第二层平面；对于晶粒为10nrn，品界宽为1.0nm的材料，大约有25％的原子位于晶界；对于尺寸为20nm的品晶粒，大约有10％的原子位于晶界。由于大量原子存在于晶界和局部的原子结构不同于大块晶体材料，必将使面的自由能增加，同时使材料的宏观性能如机械变形发生变化。 4 纳米材料的电子结构 2001年，G1eiter等人指出，通过外加电场和控制纳米结构及成分，可改变纳米固体的电子结构(即载荷子的密度)及相关的性能。当两种具有不同成分和结构的纳米晶粒组成复合纳米材料时，由于各组元具有不同的化学位，可在晶界引发空间电荷(SPaceChargc)，或在外加电场作用下引发空间电荷，在晶界形成空间电荷区。由于晶界的空间电荷区局部偏离电中性；因此，当晶界占据相当大的体积分数时，将导致局部物理性能发生变化，从而影响材料的整体性能。特别是当晶粒在几个nm的数量级时，这种性能变化将更加明显。因此，纳米材料为人们提供了可调控其电子结构和相关性能的途径。 通过调节电压，可在单质的Cu、Ag、Au等金属的界面电荷区注入和移走18％的导电电子。对于半导体材料，在空间电荷区载流子的密度在1022—l025炉范围内变化，变化范围为3个数量级。因此，利用外加电场的变化可调节纳米材料的电子结构。 关于1990年以后纳米材料和科技的发展可参考美国国家技术委员会纳米科学技术分会主席Roco MC 2002年在美国NSF讨论会上发表的以下观点。 1) 1990年—2001年为第一发展阶段，其标志是在镀层、纳米粒子和块体纳米结构材料中的被动的纳米结构。 2)2001年—2005年为第二发展阶段，其标志是主动的(Active)纳米结构，如晶体管、传动操作机沟、自适应结构等。 3)2005年—2010年为第三发展阶段，即三维纳米系统，这种三维纳米系统具有非均质的纳米构件，可用多种技术进行人工组装。 4)2010年后为第四阶段，分子纳米系统阶段。 以上提法主要从工业和商业角度考虑。随着科学和技术的进步，上述各阶段的许多日标在实验室已提前实现。例如，原预言2005年出现的单电子晶体管，旱已在许多实验室研制成功，其工作温度可接近室温，DNA的组装、生物芯片都已进入实用阶段。 5 解决自组装和制备模版随机性的技术方向为电表学术论 论我国纳米技术发展的知识产权保护 充满生机的21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。这场技术革命，在很大程度上可以说是一场宏观到微观的革命。高科技产业如航空航天、信息技术、生物技术和新能源都面临着新的挑战。如果没有与传统宏观技术根本不同的新技术、新材料，众多高科技产业就无法登上新的台阶。纳米技术在各个领域的逐步切入，给这些产业的发展带来了新的机遇，在促使其他产业变革的同时纳米技术也正迅速形成自己的产业。科学家普遍认为，纳米技术将成为21世纪经济发展的发动机。据美国全国科学基金会预测，未来10年，全球纳米技术市场规模将达到约10000亿美元。而根据德国科技部的预期，到2010年，纳米技术市场的交贸额将达到14000亿美元，纳米技术对社会发展、经济繁荣、国家安全和人类生活质量的提高所产生的影响将是无法估量的，而且也已成为影响各国经济发展和国家实力的重要因素。 为了在新一轮的竞争中争夺科技战略制高点，美国、日本以及一些欧洲发达国家政府不惜重金投入，纷纷对纳米技术的研究发展给予了极大的支持，向时还制定了名目繁多、卓有成效的商标、专利战略等知识产权战略，促进纳米技术的发展。 作为一种全新的技术，全世界纳米技术的研究开发几乎同时起步，我国科研单位和企业从一开始就不得不直接面对来自国际市场的竞争和挑战。随着我国加入WTO以及经济全球化和贸易自由化进程的加快，关税答国家间的贸易垒率被逐渐打破，世界经济的竞争已经渐渐从资金、资源和劳动力等有形资产的竞争向知识产权的竞争转化。 我国是发展小国家，资金实力和研发设施等硬件条件与美、日、欧发达国家相比差距悬殊c但纳米技术作为2l世纪的至大技术，各国纳米技术发展水平的差距将有可能根本性地改变世界各国力量对比格局。我们必须抓紧这一难得的机遇，在加大纳米技术开发力度的问时，用知识卢校制度为纳米技术的发展保留护航，在新一轮的国际经济竞争中抢人战略制高点。 纳米企业具有明显的国际化特点，在企业的技术开发、生产、销售、国内外投资与合作等各个环节，均会与国际相关机构发生广泛的接触和交流合作，知识作为二种资产，在纳米企业中其作用远远超过劳动力、货巾、资产、原材料和能源等传统的生产要素。综观国内的纳米企业，起尔较晚，大多为生产纳米粉体材料的中小企业，资金来源主要足民间资本投入，实力薄弱。企业发展初期争取国际市场靠的是产品质量和成本优势，不注重也没有能力进行知识产权管理。 面对国外同类企业愈演愈烈的知识产权攻势，要使企业在激烈的市场竞争中处于优势地位，增强企业持续发展的能力，当务之急是构建企业知识产权战略。 1 建立知识产权管理制度，将知识产权作为企业各项工作的首要任务。建立知识产权管理部门，专门负责公司的知识产权事务管理。高度重视各种与知识产权相关的工作 1．1 专利管理 企业应将专利管理工作贯穿到产品管理的全过程，专利管理的内容，包括专利调皮、专利申请、专利维护、专利保护、年利运用等方面。 1)专利查新 在技术开发和立项前进行充分的专利查新，保证企业所开发的技术符合专利创新性、先进性和实用性的要求，以免企业投入大景研发费用和人力所开发出的技术和产品不具有可专利性而造成的损失。 2)申请专利 对于企业拥有的技术，应根据具体情况决定是否中请专利；是申请同国内专利还是国际专利；是在技术完全成熟的情况下中请专利，还是在研发过程就申请专利；是中请发明专利，还是申请实用新型专利等。 3)专利侵权调查 专利侵权调音的内容，包括企业实施的技术是否侵犯他人的知识产权、企业自身的知识产权是否被侵犯。 4)专利运用 专利运用的好坏是评价整个专利管理水平最需要的一个环节。企业可以通过专利技术的实施、专利转让、专利许可、专利入股等形式，利用企业拥有的专利产生最大的效益，获取利润。反之，如果企业拥有专利而不能有效利用，不但损失了大量的前期研发费用，还会因为高昂的专利维护费用给企业造成额外的负担。 1．2 技术开发和贸易过程中的知识产权协议、商业谈判过程中有关技术和知识产权方面的管理 企业应高度重视与国内外合作伙伴交流过程中的知识产权保护，及时签定知识产权协议和保密协议，确保自身的合法权益。 商业谈判和商务合作过程由于涉及到大量与企业知识产权相关的信息，如果不注意保护，容易造成企业知识产权的流失。目前国内纳米企业普遍规模较小，缺乏国际商务运作经验，在与国内外客商合作交流的过程中，对涉及到技术文件传递、产品售前售后服务、厂房和实验场所参观等工作，应提前与合作对方签定有效的相互保密协议。由于各国法律规定有较大差异，加之部分普通法系国家的法律体系与我国法律体系有很大的差别，企业与国外公司合作时，应提前向专业法律人士咨询，充分了解对方国家相关的法律规定，在可能的条件下，要求对方按照我国的法律规定或双方认—的国际惯例签定保密协议。 1．3 世界范围内的商标申请及管理 企业名称、标记和商标是企业的一份重要的无形资产，是企业良好业绩和声誉的结晶。由于商标注册费用低于专利申请费用，企业根据商业发展战略进行全球性注册，以寻求行为的法律保护。在企业合资的过程中，企业名称、你记和商标等无形资产都可视为一份重要的资产投入。 企业要建立商标管理机构，制定利3完善商标管理制度，努力做好品牌战略日标的制定和实施、商标设计和注册、商你的使用和管理、商标内我保护和法律保护、聘请商标法律顾问或商标代理人等。只有这样，才能使商标工作落到实处，为培育和创立驰名商标打下坚实基础。 1)对特点鲜明、个性强烈的商标要及时注册，同时还应实行防御商标、联合商标和立体商标的战晚尽可能地扩大商标权的保护范围。 2)应加强对商标的宣传，积极创立驰名商标。驰名商标是企业比最重要的无形资产，其价值甚至超过有形资产。广告宣传是创立驰名商标非常重要的环节。企业应根据市场开发的需要，有针对性地选择不同国家和不同区域的媒体开展宣传工作。 3)应高度重视产品质量，加强企业内部商标管理。成功的商标代表可靠的质量、优良的服务、先进的技术等信息。所以，提高商标信誉是维护和建立企业形象的关键，这一关键的核心内容首先是保证和提高商品的质量。因此，企业必须树立良好的质量意识，坚持质量标准，严格质量监督，创立和保护商标的永久信誉。 1．4 加强雇佣劳动过程中有关保密和不正当竞争等的知识产权管理，建立员工发明奖励制度 技术秘密是南新技术企业生存和发展的根本，特别是国内很多纳米企业发展之初，没有来得及申请专利，企业关键技术主要以技术秘密(KnoW—How)的形式进行保护。对纳米材料生产企业来讲，关键技术往往由一组配方和配套工艺流程构成，而这些关键技术又往往被控制存个别主要技术人员手中。由于目前大多数纳米企业成育时间短，企业规模小，员工的稳定度往往不高，员工流动性强，企业的关键技术很容易被原有员工带走，并随之与企业展开正面竞争，从而对企业的生存和发展造成巨大威胁。因此，企业应高度重视保密工作，与员工签订知识产权保密协议，对有突出贡献的员工给予奖励，营造良好的企业文化。这样，对内可增烛员工归属感，对外则可使企业树立良好的商业形象，有效预防技术秘密的流失。 1．5 开展知识产权的宣传和培训工作 企业应将知识产权的宣传和培训成一项常规工作来抓，加强企业全员的知识产权意识，保障企业经营运作各个环节的知识产权管理能有效进行。 2积极申请专利 外国企业和个人对知识产权保护非常重视，很多美国和日本的纳米企业已都只停留在应用基础研究阶段，而是申请大量专利，抢占战略制高点。例如，全球最大的碳纳米管制造商美国UyPcnCdtalystlnc拥有碳纳米管产品、生产技术和应用方面美国及国际专利共358项以垄断了自1982年以来美国、日本的碳纳米管市场；成立于2001年的全球最大的单壁碳纳米管生产企业Ca onNanotechn010gieslnc美国Rice大学合作，在美国政府的资助下共拥有单壁碳纳米管生产及应用技术相关美国及国际专利90项以上，几乎覆盖了瞻前已知的大部分单壁碳纳米管的应用领域。他们依靠其雄厚的资金和技术实力，实行垄断策略，大范围申请本国和国际专利，从纳米原材料的生产到应用，几乎无所不及。其目的不仅仅是为了转让技术，还为了获得些垄断迫使用或销售其产品的权利，夺取本领域的霸主地位。 比较而言，国内企业对知识产权的重视程度往往较弱。根据国家知识产权局专利数据降的检索结果，截止日前，已经公布外的：专利小，涉及纳米技术领域的专利共4016项，其中国内而等院校以及研究院所申请的专利共1444条，占36％，企业申请的专利父335条，不足10％。以碳纳米管为例，共检索到相关专利219项，其小由因内企业申请的专利仅有1项，其他分别是韩国共申请28项，日本共申请20项，美国共申请7项，剩余部分主要是国内大学和研究院所申请的专利。 可见目前国内纳米技术相关年利主要集中在一些高等院校和研究院所，而且国外相关企业和研究单位向我国申请的专利数近年迅速递增。反观国内纳米企业由于技术和资金等各方向的限制，拥有纳米技术专利的企业很少。 值得注意的是、纳米技术发展仍处于早期研究开发阶段，从以上统计数据可以看出，与其他高新技术不同的是，国外的企业还没有来得及大面积地在我国申请纳米技术和纳米材料相关专利。在这种情况下，我们国内纳米企业上述尽可能多、尽可能快地申请专利，特别足一些从基础专利，抢占本领域的竞争优势地位。 此外，企业还可通过年利许可、专利转让等多种灵活的合作方式充分利用国内研究单位已有的专利技术，缩短研究开发的周期，从而以较低的成本形成企业内土知识产权。 3．应用多种知识产权保护及发展战略相结合的策略，避免由于高昂的专利申请费用和研发费用阻碍企业发展 由于专利具有很强的地域性，如果一项发明只在中国申请专利，那么该发明在其他国家则不受法律保护，人们可以无偿使用，也就是将自己的发明无偿地“奉献”给了世界 |
3楼2005-12-29 21:36:30
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各地。在世界经济一体化日益深化的情况下，要保护自身的知识产权不受侵犯，就必须要拥有国际专利。目前在国内申请l项专利，约需花费3000元左右人民币；但若申请国际专利，l项专利在国外30多个国家申请下来，需花费6万美元，其中主要的花费是在一些发达国家。如在日本申请1项专利须缴纳2万美元，美国1.7万美元，欧盟(不包括英国)2万美元。而且，在向每个国家申请专利之前，必须向国际专利条约组织(PCT)提出申请，待该组织向所有成员国发出通知，才能获得专利申请的优先权。此项服务收费也不低，每申请1项专利需收费1.2万人民币。 国内纳米企业的大多数项目的发展仍处于中试或研发阶段，离产业化还有相当一段时间，企业普遍未能赢利，而且大多数企业资金来源主要为民间资本，实力有限。在这种情况下，首要考虑的问题只能是生存问题，不少企业没有长期的规划，只能边走边看，走一步算一步，难以也不可能负掘高昂的专利申请费用。因此，企业必须学会应用多种知识产权保护及发展战略相结合的策略，才能在日益激烈的国际竞争中夺取优势地位。 3．1 专利和专有技术相结合 对自己开发的专有技术，采取专利和技术秘密相结合保护的原则。对那些易被仿造和绕过权利要求的技术，以及隐含在设备内部，难以发现侵权行为的技术，可考虑采用技术秘密的形式进行保护。 3．2 巧用专利优先权 优先权是《保护工业产权巴黎公约》规定的一种权力，即在申请专利时，各缔约同要互相承认对方国家国民的优先权。当申请人在一个缔约国提出申请专利时，申请人有权要求将第一次提出申请的日期作为后来再就同一主题申请专利的日期。 根据PCT(专利合作条约Patent Co，Pcmti，nTrcatY)的规定，申请人只要在12个月优先权期满之前，用一种语言，花费相对来说较少的钱，提交一份国际申请，就能在100多个PCT成员因取得申请日，从而可将作出最终希望申请哪些国家专利的决定的时间最长延长至白优先权日起30个月的时间。PCT申请还可使申请人在国际中请阶段就收到国际检索报告和国际初步审查报告，对其发明创造的专利性、授权可能性有进一步的了解。同时，市场、技术发展情况也可能史清晰了，申请人可以有的放矢地选择和决定是否进入其它国家申请，处决策失误的可能性大大降低。 另外，对一些缔约园(含中国)的个人申请人可享受国际局费用75％的减免。这样，一份国际专利申请大约只需花费1万元左右就可以获得30个月缓冲期。企业可以在内获得优先权U起30个月内，决定是否进入具体国家的专利申请，大大节约了专利申请和审查费用，同时也使企业的知识产权保护获得了有力的法律保障。 3．3 及时公开技术 对一些对企业自身没打商业价值，同时自已准备申请专利保护的专有技术，为了防止竞争对于在该领域的垄断，企业可以通过在国内外相关刊物上发表文章或通过其他相关途径及时公开该技术，从而达到促进下游产品应用，提高本企业产品市场销售员的口的。 3．4 结成技术联盟 纳米技术研究开发成本高昂，以纳米材料检测的必要设备透射电镜为例，不但其本身购置费用局，达几十到上百万元，而且维护费用也非常惊人，一般企业没有能力购货这种贵重仪器设备。纳米企业应广泛联合各种社会资源，加强产、学、研结合，充分利用其他企业和研究单他的知识资源，进而互相利用对入的技术资源，必然成为纳米企业取得经营优势的一种可行方案。 实证研究表明，企业显然对于接近市场的活动，如财务、市场等方面的合作愿望比较低，似在研究和开发方面，有近1／3的企业有强烈的合作愿望，因此企业对于自己拥有的知识资源，可采取交叉许可、技术互换、共享资源等方式进行合作，从而形成新的技术资源，获得新的、在独自经营和开发的情况下不可能获得的知识产权。 如上所述，国内纳米企业规模小，资金实力不足，相比较而言，在竞争日益激烈的今天，战略联盟比单独研究、完全依赖自身资源进行经营的公司往往具有更强大的竞争优势。知识联盟对于知识产权战略的实施有重要意义。 3．5 标准战略与知识产权战略紧密结台 技术标准是另外一种市场保护的形式。越来越多的跨国企业使用技术标准的手段来占领市场。一旦企业掌握的专利等知识产权上升为行业标准、国家标准，乃至国际标准，它就占据了绝对的竞争优势。 由于纳米材料是一种全新的材料，大部分领域至今还没有统一的行业标准、国家标准和国际标准，企业生产往往没有规范可循。由于各个企业生产工艺和产品标准不一，消费者在选购相关产品时缺乏可借鉴的技术参数，市场秩序混乱。纳米企业在发展初期就应将标准战略作为企业知识产权保护的一种重要的手段，积极争取参与制定行业标准或更高一级的国家标准和国际标准，掌握竞争的主动权。 总之，纳米企业应高度重视知识产权保护，将其作为企业的“生命线”，并制定相应的发展策略和实施方案，以市场收益为中心确定采用何种知识产权保护方法，形成自主的知识产权，使企业能够立足中国市场、参与国际市场竞争，不断扩大市场份额。 发达国家纳米科技研究水平和部署情况 3．1 发达国家纳米科技水平 美国：在纳米结构组装体系、高比表面纳米颗粒制备与合成、纳米生物学等方面处于领先水平； 欧共体；在纳米器件、纳米仪器、超精度工程、陶瓷和其它结构材料方面处于领先地位； 德国：在分子电子学技术、纳米材料、纳米测量技术、超薄膜的研发方面有很强的优势； 日本：在纳米器件和复合纳米结构方面有较强的实力。 3．2 发达国家对纳米科技的部署 为争夺在纳米技术领域的领先地位，发达国家纷纷实施纳米科技研发计划，主要战略是： 1)以未来经济发展和国家安全的需求为目标，推动纳米科技领域的基础研究、应用研究和开发研究； 2)组织多学科研究人员共同创新，使基础研究、应用研究和开发研究协调发展，并重视它们之间的内在衔接； 3)重视利用纳米技术和纳米材料改造传统产业和产品，提高技术含量和生产能力； 4)确保人力、财力、物力，加大投资力度。 3.2.1 美国的部署 美国早在1991年就制定了研究计划，把纳米科技列入“国家关键技术” 和“2005年的战略技术”。2000年2月，政府启动国家纳米科技计划，在200l财政年度中政府将投人4.22亿美元，2002财政年度拨款增加50％以上。 其计划实施的根据： 1)纳米科技的科研和工业化的应用将进一步促进美国经济的发展； 2)为美国培养新世纪的技术人才； 3)增强美国国际科技竞争力； 4)节约能源，保证美国未来的可持续发展； 5)纳米技术是开发未来微型武器的技术基础，是国防工业的未来。 参与这项计划的机构有国家科学基金会(NSF)、国防部(DOD)、能源部(DOE)、国立卫生研究院(NIH)、国家航空航天局(NASA)、商务部(DOC)和国家技术标准研究所(NIST)。 前美国总统克林顿在2000年1月有这样一番话：“纳米技术能在原子和分子水平上操纵物质。想一下这样的可能性：强度为钢10倍的材料而重量只有钢的一小部分；可以把国会图书馆的所有信息压缩进一个只有一块方糖大小的器件中；能检测出只有几个细胞大小的肿瘤。有些目标可能在20年后才能实现，但这正是联邦政府应该承担的重要责任。” 可见美国政府对纳米科技的熟知和重视。 3．2．2 其他发达国家的部署 日本：从1991年开始实施为期10年、耗资2.25亿美元的纳米技术研究计划。除继续推动这项计划外，每年投资2亿美元推动新的国家计划和新的研究中心的建设。经济产业省的“纳米材料计划” 已有钢铁、有色金属和化学等60家企业参加。80家大企业中，有大约40％的企业设置了专门机构。欧盟：制定了《欧洲联合幻影计划(19N—19D)》和《微电子先进研究计划(19D—20帕)》等。 德国：拟建立或改组6个政府与企业联合的纳米研发中心，并启动国家级纳米研究计划。 法国：投资8亿法郎建立一个占地8公顷、建筑面积为6万平方米、拥有3500人的微米与纳米技术发明中心，配备最先进的仪器设备和超净实验室，成立微米纳米技术之家，专门负责申请专利和帮助研究人员建立创新企业。 4 我国纳米科技的发展情况 4．1 我国在纳米科技领域的经费投入状况 国家科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等部门都设立了相关的重点、重大以及“攀登计划”项目，1999年科技部又启动了《国家重点基础研究发展规划》项目。对纳米科技领域10年间累计投入的总经费大约相当于4000万美元，但仍不足美国2001年用于纳米科研投入的1／10。 4．2 我国纳米科技在国际上的地位 根据德国科技部1995年对各国纳米技术领先程度的分析，我国在纳米材料方面与法国同列第5等级，前4个等级为日本、德国、美国和北欧国家。 2001年APEC组织在对1991年—2001年世界纳米科学研究的报告中，中国已上升至第3位。发表的SCI科学论文，美国占41.6％， 日本占15.2％．中国占11.2％，德国占13.5％，显示了我国的实力。图9是该组织对12个纳米科技相对领先国家SCI纳米科技论文的统计情况，中国列第3位。 4．3 我国纳米技术研究力量集中的领域和机构 研究力量集中的领域主要是纳米材料的合成制备、扫描探针显微学、分子电子学等。 研究队伍集中的机构主要是中国科学院有关研究所，北京大学、清华大学、中国科技大学、南京大学、复旦大学等国内知名高校。为集中本系统内纳米科技的主要力量，中国科学院和北京大学还分别成立了各自的纳米科技研究中心。 4．4 我国纳米科技研究存在的主要问题 1)重要的原始创新、应用开发和工程化不足； 2)研究群体相对分散，缺乏整体布局； 3)信息交流少，多学科交叉融合程度不够； 4)实验设施落后，研究基础薄弱； 5)经费投入不足。 5 纳米科技前景展望 5．1 纳米技术对未来科学发展的影响 5．1．1 材料和制备 未来的纳米材料及制备将具有以下特点： 1)材料更轻、强度更高，可设计性更好； 2)材料及其制品使用寿命长，维修费用低； 3)以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料问世； 4)生物材料和仿生材料得到开发和应用； 5)材料破坏过程中纳米级损伤的诊断和修复。 5．1．2 微电子和计算机技术 纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍，并实现兆兆比特的存储器(提高1000倍)；研究集成纳米传感器系统。 计算能力的提高，使得人们可以从理论上对纳米结构材料的性质和设计进行模拟。比如NASA曾对基于碳纳米管的齿轮进行了分子力学的模拟。该齿轮是以直径为2m的碳纳米管为轴，以键连于其上的苯分子作为齿而构成的。这个结构简单的齿轮可以通过合成的方法而得到。通过模拟可以研究碳纳米管齿轮阶性质和设计空间。 5．1．3 环境和能源 纳米技术在发展绿色能源和环境处理技术方面发挥重大作用，对于减少污染和恢复被破坏的环境具有重要的意义。它可以去除水和空气中极小颗粒的污染物质(分别为＜200nm及<20nm)。 孔径l nm的纳孔材料可作为催化剂的载体。有序纳孔材料和纳米膜材料(孔径10nm—100 nm)可用来消除水和空气中的污染。 在能源领域，纳米技术将会对能量功效、能量存储以及能量生产等方面产生显著影响。利用纳米合成和组装方法，可开发出更加节能的照明技术；制造出强度更大的轻质材料，以提高运输率，节省能耗；使用低耗能的化学过程来破坏有毒物质，从而保护环境；利用纳米技术还可大大降低太阳能电池的制造成本。 5．1．4 医学和健康 纳米技术将对未来医学和人的健康产生以下影响。 1)纳米级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人人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子，可预防移植后的排斥反应。 2)研发用药的新方法和药物“导弹”技术。把药物制成纳米颗粒或者把药物放入磁性纳米颗粒的内部，这些颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动，如果在人体外部加以导向，使药物集中到患病的组织中，那么药物治疗的效果大大地提高。 3)制备耐用、与人体友好的人工组织和器官复明和复聪器件。 4)疾病早期诊断的纳米传感器系统。如纳米氧化铁造影剂，可以帮助肝癌的诊断和治疗。氧化铁在纳米级时，磁性消失，当遇到外界磁场时，它又具有超强的顺磁性。这种性能意味着它能集中外部磁场的强度。科学家利用这一特点，制造出纳米氧化铁造影剂，用来改善磁共振成像。并且通过静脉注射纳米氧化铁造影剂后，氧化铁颗粒被血液带到身体各部i只是在肝脏和脾脏被网状内皮细胞吸收，肝脏内的网状内细胞是由巨噬细胞构成，它可以吞噬氧化铁颗粒。而恶性肿瘤细胞仅含有极少量的巨噬细胞，没有大量吸收氧化铁的作用。氧化铁造影剂就是利用正常细胞和恶性细胞之间的这种功能差别，对肝癌进行诊断和治疗。 5．1．5 生物技术 纳米技术将使生物技术发生革命性变革。 1)纳米尺度上，按照预定的对称性和排列投影，制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等； 2)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，打破生命物质与非生命物质的界限； 3)制备生物仿生化学药品和生物可降解材料。 5．1．6 航天和航空 1)增加航天器的有效载荷，成指数倍地降低耗能指标； 2)制造低能耗、抗辐照、高性能计算机； 3)制造微型航天器用纳米集成的测试、控制和电子设备； 4)制作抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料； 5)航天器采用纳米材料后，发射费用可以从目前的每磅10000美元降至200 |
4楼2005-12-29 21:37:06