百花齐放纳米科技.doc

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1、纳米显微术等纳米生物学纳米材料纳米机械学纳米电子学百花齐放的纳米科技◆2l世纪的期盼◆纳米材料◆纳米生物学◆纳米电子学◆纳米机械与纳米制造◆纳米医学4.121世纪的期盼纳米科技的一大特征是它的交叉性、综合性。它是现代科学（量子力学、介观物理、混沌物理、分子生物学等）和现代技术（计算机技术，扫描探针显微术STM和AFM，电子束和电镜技术、激光技术和核分析技术等）结合的产物。纳米科技与其它学科的交叉又将引发一系列新的学科、技术、如纳米电子学、纳米生物学、纳米材料学、和纳米机械学等（见图4.1.1）纳米科技（NanoST）新科学：纳米生物学纳米材料学现代科学：混沌物理量子力学介观物理分子生物学

2、新技术：纳米电子学纳米机械学纳米加工现代技术：计算机技术扫描隧道显微镜STM电子束和电镜技术核分析技术图4.1.1纳米科技的发展基础纳米显微术纳生物学米纳米材料纳米机械学纳米电子学图4.1.2纳米科技的各个分支领域4.2纳米材料学“巧媳妇难为无米之炊”，有了特殊的材料才能创造出特殊的应用，人类的需求造成纳米材料学先于纳米科技其它领域获得发展。从时间上看，1984年格莱特开创了纳米材料学的先河。而纳米科技于1990年才诞生。这便是新闻媒体常常一提起纳米科技，就误认为是纳米材料，忽视了纳米科技具有众多领域（见图4.1.2）的客观原因。我们要重申如下观点：纳米科技的最高目标是在纳米尺度上直接操

3、纵原子与分子，制造具有特定功能的纳米产品；纳米材料学不过是纳米科技诸分支中的一支。我们认为，诸如纳米电子学、纳米生物学等领域将是更重要的纳米科技分支。纳米粉体材料不同，粉体的颗粒度大小不同，纳米粉体材料合成纳米固体材料的工艺不同，都会造成纳米固体材料与同类物质的结晶材料的各种性质都可能有很大的差别。纳米材料学包罗万象，是一个尚未被人们充分认识的新领域，也是世界各发达国家竞相研究与开发的重点领域。4.2.1“差之毫厘，‘謬’之千里”的纳米粉材人们发现，超微颗粒的各种性质不仅与块体材料可能有显著不同，而且对纳米尺寸表现了异乎寻常的敏感性。比如，陶瓷在通常情况下呈现脆性，而纳米陶瓷材料却有良好

4、的韧性。银到了纳米尺度就不同于通常概念中的银了，它既不导电也不导热，而且变黑了。金一旦被加工成2微米的微粒，它的熔点会从1000多度猛降到300多度，若被加工成200纳米的微粒，它的熔点会降到33度左右，即人们靠体温就能将其熔化，拿在手心里时，它不是“金粒”而是“金滴”了，真是连“真金不怕火炼”也成了老皇历！铁被加工成20-30纳米微粒时，它的磁性非常强，但尺度小到10纳米的铁的微粒就一点磁性都没有了。奇怪吗？15纳米的氧化锌微粒，它的紫外屏蔽比较好，而且有抑菌功能；30-40纳米的氧化锌微粒，非线性电导功能很好，电流变大，它的电阻变小，当电流减小了，它的电阻就升高；把80-100纳米尺

5、度的氧化锌微粒掺在橡胶中，便可增强橡胶的弹性和硫化效果；用于人体红外线吸收时，氧化锌微粒的最佳尺度为100纳米等等。中国科学院金属物理研究所研究员卢柯等人在世界上首次直接观察到晶粒尺寸为30纳米的铜在室温下能延伸了50多倍，这种超塑延展性对传统的金属材料变形机制提出了挑战，也必将对金属材料的精细加工、微机械的制造工艺产生重大影响(图4.2.1.1)。图4.2.1.1铜晶粒的超塑性延展性总之在纳米世界处处可见“差之毫厘，謬之千里”，介观世界里包含着大学问哪！4.2.2有些什么样的纳米材料？表4.2.1是纳米材料的分类表，由表可见纳米材料学所包含的学科内容及纳米材料学家目前在干些什么。图4.

6、2.2.1示意了目前划分纳米材料的四种组成形式：1)原子簇及由它形成的纳米粒子和纤维；2)多层膜；3)颗粒膜；4)纳米相材料。关于这四种形式的纳米材料，我国的研究单位、大学、公司都有专家在研制。但真正做到已将科研成果转化为大批量生产的产品，并打开了国际市场的项目还不多。2003年2月24日—3月4日上海纳米科技代表团参加了在日本千叶举办的国际纳米技术及成果展示会，会上美国Drexel大学的教授对中国专家用纳米自固化磷酸钙材料进行骨修复的技术表示了极大的兴趣，他们表示要商务合作，将此成果推广到美国去，同时希望中国不断提高材料性能，保持领先水平。图4.2.2.2是这种材料和技术的示意图。图4

7、.2.2.1四种纳米结构示意图a.纳米颗粒和一维纳米材料b.多层膜c.颗粒膜d.纳米相材料参考资料l自固化磷酸钙人工骨是目前最好的骨修复材料之一,它克服了自体骨来源有限，须承受第二次手术痛苦及供骨区并发症；异体骨存在免疫反应及潜在的病原传播危险；PMMA生物相容性差，固化过程强放热，从而灼伤周围组织，单体致病人猝死的危险；HAP陶瓷塑形难，不降解等缺陷。l自固化磷酸钙人工骨可根据要求做成各种成型固化体产品l自固化磷酸钙可载药（抗肿瘤