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    首页 | 创新工场 | 纳米科技的应用热点

    纳米科技的应用热点

     

                    纳米技术应用热点
                    中国科学院纳米科技中心任红轩
    
       摘要:本文对纳米技术在陶瓷领域的应用、在微电子学上的应用、在微机械上的应用、在生物工程上
    的应用、在光电领域的应用、在化工领域的应用、在医学上的应用、在分子组装方面的应用等八个方面的
    应用热点进行了论述。
       关键词:纳米、材料、器件
       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世纪最具有前途的研究领域。
        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八个方面:
        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。
    目前材料科学工作者都把发展纳米高效陶瓷作为主要的奋斗目标,在实验室已获得一些结果。从应用的角
    度发展高性能纳米陶瓷最重要的是降低纳米粉体的成本,在制备纳米粉体的工艺上除了保证纳米粉体的质
    量,做到尺寸和分布可控,无团聚,能控制颗粒的形状以外,还要求生产量大,这将为发展新型纳米陶瓷
    奠定良好的基础。近两年来,科学工作者为了扩大纳米粉体在陶瓷改性中的应用,提出了纳米添加使常规
    陶瓷综合性能得到改善的想法。在这方面许多国家进行了比较系统的工作,取得了一些具有商业价值的研
    究成果,西欧、美国、日本正在做中间生产的转化工作。例如,把纳米Al2O3粉体加入粗晶粉体中提高氧
    化铝的致密度和和耐热疲劳性能;英国把纳米氧化铝与二氧化锆进行混合在实验室已获得高韧性的陶瓷材
    料,烧结温度可降低100℃;日本正在试验用纳米氧化铝与亚微米的二氧化硅合成制成莫来石,这可能是
    一种非常好的电子封装材料,目标是提高致密度、韧性和热导性;德国Jiilich将纳米碳化硅(小于
    20%)掺入粗晶a-碳化硅粉体中,当掺和量为20%时,这种粉体制成的块体的断裂韧性提高了25%。我
    国科技工作者已成功地用多种方法制备了纳米陶瓷粉体材料,其中氧化锆、碳化硅、氧化铝、氧化铁、氧
    化硅、氮化硅都已完成了实验室的工作,制备工艺稳定,生产量大,已为规模生产提供了良好的条件。
        在微电子学上的应用
        纳米电子学在纳米科技中起主导作用,是下一代微电子学,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21世纪信息时代的核
    心。 
      纳米电子学发展的目标是:使集成电路进一步缩小,超越目前发展中遇到的极限,使功能密度和数据
    通过量率达到难以想象的水平。为了实现这个目标,需要对电子器件的概念进行革新,克服相互连接的限
    制,需要发展全新的集成电路块制作方法。在纳米尺度的电子学中,传统晶体管工作所遵循的物理规律不
    再适用了,将会出现新的物理效应。目前,人们采用纳米技术研究如何制造容量为64兆的存储器芯片。如
    何利用纳米电子学发展新颖的量子器件,如共振隧道二极管、量子阱激光器和量子干涉器件,等等。到那
    时,人类或许会进入到“量子王国”。 
      纳米电子学的另一个研究方向是;发展分子电子器件和生物分子器件,这是完全抛弃以硅半导体等为
    基础,以分子组合为基础的电子元件。如果这种电子元件研制成功,将会使电子元件发生质的飞跃,带动
    社会生产力飞速发展。 
         在微机械上的应用
      在纳米技术所允诺的成果中,微型机械总是非常引人注目。它们的吸引力是直截了当的。大的机械——飞
    机、潜艇、焊接机器人、烤面包机——毫无疑问是非常常用的。如果有人带着设计这些机械的理念去设计尺
    寸非常小的装置,又有谁知道它们能干什么呢?想象一下两种微型机械——一种和已有的机械类似,另一种
    则是全新的——它们已经得到了广泛的关注。前者是一个纳米尺度的潜艇,尺度仅有数十亿分之一米——这大
    约是数十个或者数百个原子的长度,这种机器尽管存在着争议,然而可以应用在医学方面,它可以在血液
    中穿行,寻找患病的细胞然后杀死它们。
    1.微电子机械系统在通信中的应用 
    (1)纳米卫星。纳米卫星的质量通常小于0.1kg。纳米卫星是一种尺寸减小到最低限度的微型卫星,它是
    未来卫星发展的“革命性突破”。一种简单的纳米卫星可以由外表带有太阳能电池和天线、在硅基片对砌的
    专用集成微型仪器组成。 
       (2)而微光电子机械系统(MEMS)技术是目前最前沿的微机械研究领域。微光学器件主要产品有:微
    光学开关阵列、光纤连接耦合器等。 
        2、微电子机械系统在医疗和生物技术领域的应用 
       (1)基因分析和遗传诊断。微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、微器皿和微流量计的
    器件适合于操作生物细胞和生物大分子 
       (2)介入治疗。现有介入治疗仪器价格贵体积大,而且治疗时仪器进入体内,而判断和操作的医生再
    体外,很难保证操作的准确性。MEMS的微小(可进入很小的器官和组织)和智能(能自动地进行细微精确
    的操作)的特点,可大大提高介入治疗的精度, 降低风险 。 
        3、微电子机械在汽车工业和宇航中的应用 
       (1)微型惯性传感器。采用纳米技术制作的微型惯性传感器,其尺寸和价格可减少几个数量级。由于
    MEMS技术的进步,已开发出许多中类型的微加速度计,如压阻型、电容型、隧道型、热敏型等微加速度
    计。另一个大量应用于汽车的MEMS传感器是角速度计,用于车轮侧滑和打滚控制。 
       (2)惯性测量组合。美国国防部高级研究计划局(DARPA)正在开发采用光纤陀螺的MIMU与全球定
    位系统(GPS)的组合系统。GPS信号用于校正惯性漂移误差,当GPS信号被干扰后,惯性系统能自主工作。
    此项计划称它为“GPS制导包”(GPS Guidance Package,GGP)。该技术将对军用和民用飞机的环状
    激光陀螺形成挑战。 
        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,它将使单位物质
    的储存和信息处理能力提高上百万倍。
    当前纳米生物技术研究领域主要集中在以下几个方向:纳米生物材料、纳米生物器件研究和纳米生物技术
    在临床诊疗中的应用。
    1.神奇的纳米生物材料
    生物材料已是大家熟知的内容,例如:用于制衣、皮带的动物皮革是生物材料;用于镶牙和制作隐形眼睛
    的材料,尽管不是生物制品,但是被用于生物体内,也可以归于生物材料。纳米生物材料也可以分为两
    类,一种是适合于生物体内应用的纳米材料,它本身即可以是具有生物活性的,也可以不具有生物活性,
    而仅仅易于被生物体接受,而不引起不良反应。另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料,它
    们可能不再被用于生物体,而被用于其它纳米技术或微制造。
    纳米材料由于其结构的特殊性,表现出许多不同于传统材料的物理、化学性能。在医学领域中,纳米材料
    已经得到成功的应用。最引人注目的是作为药物载体,或制作人体生物医学材料,如人工肾脏、人工关节
    等。在纳米铁微粒表面覆一层聚合物后,可以固定蛋白质或酶,以控制生物反应。国外用纳米陶瓷微粒作
    载体的病毒诱导物也取得成功。由于纳米微粒比血红细胞还小许多,可以在血液中自由运行,在疾病的诊
    断和治疗中发挥独特作用。
       在纳米生物材料研究中,目前研究的热点和已有较好基础及做出实质性成果的是药物纳米载体和纳米
    颗粒基因转移技术。这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体,将药物、DNA和RNA等基因治疗分子
    包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面,同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子,如特异性配体、单克隆
    抗体等,通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合,在细胞摄取作用下进入细胞内,实现安全有效的靶向
    性药物和基因治疗。
       药物纳米载体具有高度靶向、药物控制释放、提高难溶药物的溶解率和吸收率优点,提高药物疗效和
    降低毒副作用。纳米颗粒作为基因载体具有一些显著的优点:纳米颗粒能包裹、浓缩、保护核苷酸,使其
    免遭核酸酶的降解;比表面积大,具有生物亲和性,易于在其表面耦联特异性的靶向分子,实现基因治疗
    的特异性;在循环系统中的循环时间较普通颗粒明显延长,在一定时间内不会象普通颗粒那样迅速地被吞
    噬细胞清除;让核苷酸缓慢释放,有效地延长作用时间,并维持有效的产物浓度,提高转染效率和转染产
    物的生物利用度;代谢产物少,副作用小,无免疫排斥反应等。
       在非金属无机材料中,磁性纳米材料最为引人注目,已成为目前新兴生物材料领域的研究热点。特别
    是磁性纳米颗粒表现出良好的表面效应,比表面激增,官能团密度和选择吸附能力变大,携带药物或基因
    的百分数量增加。在物理和生物学意义上,顺磁性或超顺磁性的纳米铁氧体纳米颗粒在外加磁场的作用
    下,温度上升至40-45℃,可达到杀死肿瘤的目的。
       生物降解性是药物载体或基因载体的重要特征之一,通过降解,载体与药物/基因片段定向进入靶细
    胞之后,表层的载体被生物降解,芯部的药物释放出来发挥疗效,避免了药物在其他组织中释放。可降解
    性高分子纳米药物和基因载体已成为目前恶性肿瘤诊断与治疗研究中主流,研究和发明中超过60%的药物
    或基因片段采用可降解性高分子生物材料作为载体,如聚丙交脂( P LA)、聚已交脂(PGA)、聚己内
    脂(PCL)、PMMA、聚苯乙烯(PS)、纤维素、纤维素-聚乙烯、聚羟基丙酸脂、明胶以及它们之间的
    共聚物。这类材料最突出的特点是生物降解性和生物相容性。通过成分控制和结构设计,生物降解的速率
    可以控制,部分聚丙交脂、聚已交脂、聚己内脂、明胶及它们共聚物可降解成细胞正常代谢物质——水和二
    氧化碳。
    生物性高分子物质,如蛋白质、磷脂、糖蛋白、脂质体、胶原蛋白等,利用它们的亲和力与基因片段和药
    物结合形成生物性高分子纳米颗粒,再结合上含有 RGD定向识别器,靶向性与目标细胞表面的整合子( 
    integrins)结合后将药物送进肿瘤细胞,达到杀死肿瘤细胞或使肿瘤细胞发生基因转染的目的。
    药物纳米载体(纳米微粒药物输送)技术是纳米生物技术的重要发展方向之一,将给恶性肿瘤、糖尿病和
    老年性痴呆等疾病的治疗带来变革。
    2.纳米生物器件研究
    (1)生物芯片技术
      生物芯片是不同于半导体电子芯片的另一类芯片。半导体电子芯片是集成具有特定电子学功能的微单
    元,所形成的电子集成电路;而生物芯片则是在很小几何尺度的表面积上,装配一种或集成多种生物活
    性,仅用微量生理或生物采样,即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性,以及它
    们之间的相互作用,获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片(生物分
    子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等几类,都有集成、并行和快速检测的优点,已成为二十一世纪生物医
    学工程的前沿科技。
    (2)给肿瘤贴标签的纳米生物传感器
    将荧光素(荧光蛋白)结合靶向因子,通过与肿瘤表面的靶标识别器结合后,在体外用测试仪器显影可确
    定肿瘤的大小尺寸和体位。另一个重要的方法是将纳米磁性颗粒与靶向性因子结合,与肿瘤表面的靶标识
    别器结合后,在体外用仪器测定磁性颗粒在体内的分布和位置,确定肿瘤的大小尺寸和体位。
    美国科学家研制出一种纳米探针,它是一支直径50纳米,外面包银的光纤,并可传导一束氦—镉激光。它
    的尖部贴有可识别和结合 BPT的单克隆抗体。325纳米波长的激光将激发抗体和 BPT所形成的分子复合物
    产生荧光。此荧光进入探针光纤后,由光探测器接收。 Tuan Vo-Dinh和他的同事认为,此高选择和高
    灵敏的纳米传感器能用于探测很多细胞化学物质,可以监控活细胞的蛋白质和其它所感兴趣的生物化学物
    质。
    (3)在细胞内发放药物的“分子马达”
       医学的发展,离不开医疗器械的现代化。建立在纳米尺度上的医疗器械,将会开创纳米医学的新世
    界。目前,研究较多的是分子马达( m olecular motor)。所谓分子马达即分子机械,是指分子水平
    (纳米尺度)的一种复合体,能够作为机械部件的最小实体。天然的分子马达,如:驱动蛋白、RNA聚合
    酶、肌球蛋白等,在生物体内参与了胞质运输、DNA复制、细胞分裂、肌肉收缩等一系列重要生命活动。
    它的驱动方式是通过外部刺激(如采用化学、电化学、光化学等方法改变环境)使分子结构、构型或构像
    发生较大变化,并且必须保证这种变化是可控和可调制的,而不是无规的,从而使体系在理论上具有对外
    机械做功的可能性。
       3.纳米生物技术在临床诊疗中的应用
       纳米生物技术在医学临床的应用在可预见的将来会非常广泛。过去10年中,利用纳米技术进行恶性肿
    瘤早期诊断与治疗的探索研究在西方发达国家全面展开,美、日、德等发达国家斥巨资投入该项研究,旨
    在于15年内征服一部分恶性肿瘤。
    近年来纳米技术在恶性肿瘤早期诊断与治疗应用方面最成功的是铁氧体纳米材料及相关技术。但在充分安
    全、有效进入临床应用前仍有诸如更可靠的纳米载体、更准确的靶向物质、更有效的治疗药物、更灵敏,
    操作性更方便的传感器、以及体内载体作用机制的动态测试与分析方法等重大问题尚待研究解决。
    总的来说,国际上纳米生物技术的研究范围涉及纳米生物材料、药物和转基因纳米载体、纳米生物相容性
    人工器官、纳米生物传感器和成像技术、利用扫描探针显微镜分析蛋白质和 DNA的结构与功能等重要领
    域,以疾病的早期诊断和提高疗效为目标。在纳米生物材料,尤其是在药物纳米载体方面的研究已取得一
    些积极的进展,在恶性肿瘤诊疗纳米生物技术方面也取得了实验阶段的进展,其它方面的研究尚处于探索
    阶段。
        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。
       纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性,如光学非线性、光吸收、光反
    射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系。研究表明,利用纳米微粒的特殊
    的光学特性制备成各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。目前关于这方面研究还处在
    实验室阶段,有的已经得到推广应用。
    纳米微粒用于红外反射材料上主要制成薄膜和多层膜来使用。纳米微粒的膜材料在灯泡工业上有很好的应
    用前景。20世纪80年代以来,人们用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成了多层干涉膜,总厚度为微米级,衬
    在有灯丝的灯泡罩的内壁,结果不但透光率好,而且有很强的红外线反射能力。有人估计这种灯泡亮度与
    传统的卤素灯相同时,可节省约15%的电。
    纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象。纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带
    有宽化现象。纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性。通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒
    分散到树脂中制成膜,这种膜对紫外有吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组
    分。 
       目前,用纳米微粒与树脂结合用于紫外吸收的例子是很多的。例如,防晒油、化妆品中普遍加入纳米
    微粒。我们知道,大气中的紫外线主要是在300-400nm波段,太阳光对人体有伤害的紫外线也是在此波
    段。防晒油和化妆品中就是要选择对这个波段有强吸收的纳米微粒。最近研究表明,纳米TiO2、纳米
    ZnO、纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米云母、趋式化铁都有在这个波段吸收紫外光的特征。
    红外吸收材料在日常生活和国防上都有重要的应用前景。一些经济比较发达的国家已经开始用具有红外吸
    收功能的纤维制成军服供部队使用,这种纤维对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用。
    纳米添加的纤维还有一个特性,就是对人体红外线有强吸收作用,这就可以增加保暖作用,减轻衣服的重
    量。有人估计用添加红外吸收纳米粉的纤维做成的衣服,其重量可以减轻30%。
        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。
        国外已将纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中,使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大
    大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料,使之具有亲水性,将它添加到密封胶中很快
    形成一种硅石结构,即纳米SiO2形成网络结构掏胶体流动,固体速度加快,提高粘接效果,由于颗粒尺寸
    小,更增加了胶的密封性。 
        在各类涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高,涂料的质量和档次自然升
    级。因纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料(即抗老化),加之其极微小颗粒的比表面积大,能在涂料干燥
    时很快形成网络结构,同时增加涂料的强度和光洁度。 
        纳米Al2O3粒子加入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性。纳米SiO2可以作为抗紫外辐射、红外反
    射、高介电绝缘橡胶的填料。添加纳米SiO2的橡胶,弹性、耐磨性都会明显优于常规的白炭黑作填料的橡
    胶。 
        纳米SiO2对塑料不仅起补强作用,而且具有许多新的特性。利用它透光、粒度小,可使塑料变得更致
    密,可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高。 
        以纳米SiO2和纳米TiO2经适当配比而成的复合粉体作为纤维的添加剂,可制得满足国防工业要求的
    抗紫外线辐射的功能纤维。用SiO2+ TiO2+ Al2O3+ZnO四合一粉体对人造纤维进行改性的研究正在进
    行中。 
        在有机玻璃生产时加入表机经修饰的纳米SiO2可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的;在有
    机玻璃中添加纳米Al2O3既不影响透明度又提高了高温冲击韧性。 
        在固体废物处理中可将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末以除去其中的异物,成为
    再生原料回收。在日本还将废橡胶轮胎制成粉末用于铺设运动场、道路、用作新干线的路基。
    纳米技术是近十年来蓬勃兴起的新科技,是一门崭新的、面向21世纪的科学技术,已渗透于精细化工的方
    方面面,逐步形成纳米精细化工学,可以预言,随着纳米科学技术的飞速发展,会有越来越多的新型纳米
    材料在精细化工方面得到广泛的应用,精细化工学也会发生巨大的变革。
    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,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。
       在现代医学领域,纳米技术已在众多的领域显示了其独到的优势,如: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复损伤组织。在人工器官移植领域,只要在器官外面涂上纳米
    粒子,就可以预防器官移植的排异反应。在医学检验领域,使用纳米技术的新型诊断仪,只需检测少量的
    血液,就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。在抗癌的治疗方面,德国一家医院的研究人员将一
    些极其细小的氧化铁纳米颗粒,注入患者的癌瘤里,然后将患者置于可变的磁场中,使患者癌瘤里的氧化
    铁纳米颗粒升温到45~47摄氏度,这温度足以烧毁癌细胞,而周围健康组织不会受到伤害。同时,配合使
    用纳米药物来阻断肿瘤血管生成,饿死癌细胞。我国已成功研制出纳米级新一代抗菌药物。
       纳米技术在中国传统中医药方面同样大显身手,即将发挥不可忽视的作用。首先,由于纳米技术对物
    质超微粒化的作用,纳米级粒子将使中药在人体内的传输更方便,可提高中药在体内的生物利用度,增强
    中药的临床疗效,给中医临床带来突破性的进展。其次,由于纳米中药的开发应用,可将不易被人体吸收
    的中药制成纳米粉,提高药物的生物利用度,把纳米药物做成膏药贴在患处,可通过皮肤直接吸收而无须
    注射,这将使中医外治法发生重大变革,使中医外用传统剂型迈上一个新的台阶。再者,纳米技术在中药
    加工方面的应用,能在保持中药原药成分的基础上,使药物有效成分充分析出,形成独具特色的纳米中药
    材料。
      可以预测,21世纪的中医药研究同其他领域一样,是纳米科技的时代,纳米中医药的发展,必将成为
    新时代中医药研究领域的新时尚,是中医药跨入现代化的又一转折点。 
        在分子组装方面的应用
        组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法,把原子、分子或者分子聚集体进行组装,形成有
    功能的结构单元。组装技术包括分子有序组装技术、扫描探针原子、分子搬迁技术以及生物组装技术。分
    子有序组装是通过分子之间的物理(LB技术、分子外延等)或化学(自组装技术等)相互作用,形成有序
    的二维或三维分子体系。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。近年来,分子有序组装技术及其
    应用研究方面取得的最新进展主要是LB膜研究及有关特性的发现。生物大分子走向识别组装。蛋白质、核
    酸等生物活性大分子的组装要求高密度定取向,这对于制备高性能生物敏感膜、发展生物分子器件,以及
    研究生物大分子之间相互作用是十分重要的。在进行LgG生物大分子的组装过程中,首次利用抗体活性片
    断的识别功能进行活性生物大分子的组装。这一重要的进展使得生物分子的定向组装产生了新的突破。除
    以上几种组装外,在长链聚合物分子上的有序组装、桥连自组装技术、有序分子薄膜的应用研究等技术也
    有进展。
       采用纳米加工技术还可以对材料进行原子量级加工,使加工技术进入一个更加微细的深度。目前的研
    究对象主要集中在纳米阵列体系;纳米嵌镶体系;介孔与纳米颗粒复合体系和纳米颗粒膜。目的是根据需
    要设计新的材料体系,探索或改善材料的性能,目标是为纳米器件的制作进行前期准备,如高亮度固体电
    子显示屏,纳米晶二极管,真空紫外到近红外特别是蓝、绿、红光控制的光致发电和电子发光管等都可以
    用纳米晶作为主要的材料,国际上把这种材料称为“量子”纳米晶,目前在实验室中已设计出的纳米器件有
    Si-SiO2的发光二极管,Si掺Ni的纳米颗粒发光二极管,用不同纳米尺度的CdSe做成红、绿、蓝光可调
    谐的二极管等。介孔与纳米组装体系和颗粒膜也是当前纳米组装体系重要研究对象,主要设计思想是利用
    小颗粒的量子尺寸效应和渗流效应,根据需要对材料整体性能进行剪裁、调整和控制达到常规不具备的奇
    特性质,这方面的研究将成为世纪之交乃至下一个世纪引人注目的前沿领域。纳米阵列体系的研究目前主
    要集中在金属纳米颗粒或半导体纳米颗粒在一个绝缘的衬底上整齐排列的二维体系。 
      纳米颗粒与介孔固体组装体系近年来出现了新的研究热潮。人们设计了多种介孔复合体系,不断探索
    其光、电及敏感活性等重要性质。这种体系一个重要特点是既有纳米小颗粒本身的性质,同时通过纳米颗
    粒与基体的界面隅合,又会产生一些新的效应。整个体系的特性与基体的孔洞尺寸,比表面以及小颗粒的
    体积百分比数有密切的关系。可以通过基体的孔洞将小颗粒相互隔离,使整个体系表现为纳米颗粒的特
    性;也可以通过空隙的连通,利用渗流效应使体系的整体性质表现为三维块体的性质。这样可以根据人们
    的需要组装多种多样的介孔复合体。目前,这种体系按支撑体的种类可划分为:无机介孔和高分子介孔复
    合体两大类。小颗粒可以是:金属、半导体、氧化物、氮化物、碳化物。按支撑体的状态也可分为有序和
    无序介孔复合体。
        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。”
    

     

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