纳米技术在材料中的创新应用

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1、纳米技术在材料中的创新应用——纳米尺度下的奇迹编辑部记者张航整理诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：“如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。”他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料是在纳米量级范围内调控物质结构研制而成的新材料。纳米技术是指在纳米尺度范围内，通过操纵原子、分子、原子团和分子团，使其重新排列组合成新物质的技术。下面是纳米技术在材料领域的部分最新动态和研究成果：1.DNA自组装构建纳米结构及其性质研究中美科学家合作，利用DNA自组装技术，制备得到

2、了一系列由金纳米粒子和量子点组成的离散纳米结构，并通过调节离散纳米结构中的金纳米粒子的大小、金纳米粒子与量子点之间的间距和金纳米粒子与量子点的比例，利用稳态荧光光谱和时间分辨光谱技术系统研究了金纳米粒子对量子点荧光强度的影响规律。图1.DNA自组装构建金纳米粒子-量子点离散纳米结构示意图图2.典型的金纳米粒子-量子点离散结构TEM照片2.合成“俄罗斯套娃”型金属富勒烯“俄罗斯套娃”型内嵌富勒烯Sc4C2@C80近日，中国科学家合成了一个新型的类似俄罗斯套娃的内嵌富勒烯Sc4C2@C80。金属富勒烯是将金属原子嵌入富勒烯碳笼而形成的一类具有新奇结构以及特殊光

3、电特性的分子。该分子的电子结构为（C2）6-@（Sc4）12+@C806-，各球壳层间的电子转移使分子形成高度稳定的闭壳层结构，分子内部结构呈正负相间的多层球面使其类似于一个分子电容器。这种结构金属富勒烯的发现，不但丰富了金属富勒烯的种类，在结构化学方面具有重要意义，同时该分子本身在单分子器件、纳米器件以及高温超导等方面也具有潜在价值。1.壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱中美科学家合作，在电化学控制条件下获得了多种分子或离子吸附在铂、金等单晶电极上的表面拉曼光谱，该新技术尚属首次。“壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱”新技术，相当于在金属

4、或其他材料（例如半导体硅表面甚至橘子皮）面上铺撒一层“聪明的灰尘”，即用化学惰性材料超薄壳层（约2至4个纳米厚度）所隔绝的金纳米粒子，利用这些纳米粒子能使各种材料表面的拉曼光谱得到增强。实验证明拉曼光谱方法可以应用于检测各类材料的最表层化学组分和任何形貌的基底，将在材料科学和生命科学中得到运用。2.中空结构纳米颗粒制备获突破“夹心二氧化硅”纳米颗粒制备流程近日，中国科学家在具有中空介孔结构的“夹心二氧化硅”纳米颗粒的制备方面取得了重要突破。本研究中他们设计了具有“三明治”结构的有机无机杂化二氧化硅纳米材料，通过自主研发的可控制备生长技术，经过一步法成功合成

5、出一系列尺寸和结构可控的“三明治”复合颗粒，进一步采用刻蚀剂刻蚀掉中间层，得到具有中空结构，有可移动内核和外壳的夹心二氧化硅纳米颗粒（SilicaNanorattle）。具有中空结构的纳米材料，由于其具备空腔、质轻等特殊性能，在器件制备、催化反应、存储材料、生物医用材料等方面具有独特的优势。5.刚柔结合出奇“材”——科学家巧用沾笔纳米光刻技术获得生物超材料沾笔纳米光刻工艺示意图沾笔纳米光刻是一种用锋利的笔状工具和“墨水”在固体物质表面上勾画纳米级图形的技术。德国科学家勒恩荷特将沾笔纳米光刻经过改进，让它成为一种让柔性材料（作为墨水）与坚硬材料结合而形成新材

6、料的工艺。将柔性材料与硬性材料结合，从本质上讲可以说是获得了全新的一类物质，事实上它们就是学术界所称的生物超材料（biometamaterial），它们并不存在于自然界中。这类材料的行为如同生物传感器，通过将敏感生物元素和物理器件结合起来，能现场检测生物制剂的存在与否。该新材料，不仅能用于医学诊断，而且可用于材料的任何领域，从人体组织工程到药物开发以及计算机芯片制造。6.调控PH值可制造出不同形状和颜色的纳米材料我国科学家最近发现，银纳米粒子的形状、颜色和光学性质都可以通过一种简易、廉价、省时的方法进行控制。只要调节纳米粒子的沉浸溶液的PH值，银纳米棱柱（

7、nanoprisms）就可以变成纳米圆盘（nanodiscs），同时提高粒子的光散射特性。控制纳米材料形状和颜色可用于增强SERS效应，SERS已经被用于材料分析和放大电子通讯信号。在生物传感应用方面，如蛋白质和DNA探测；在化学传感应用方面，如小化学分子探测。图片说明：不同PH值时的纳米棱柱形状。A图为初始状态，B图PH值4.0，C图PH值2.2。7．高乙烯基聚丁二烯橡胶中国科学家通过集成有序纳米孔材料合成和纳米材料表面微纳加工两种先进技术，提出了一种在有序的多孔阳极氧化铝基片上获得所需图案的低成本方法。他们在正常的光刻加工步骤完成后，利用化学刻蚀方法代

8、替通常采用的干法刻蚀工艺，从而快速地将所需的微观图案转移到多孔阳极