第一篇：納米技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

納米技術(shù)在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

王蒙

（長春工程學(xué)院 理學(xué)院 吉林省長春市 郵編130026）

摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)在日趨成熟。納米技術(shù)在許多領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用，如應(yīng)用納米科學(xué)技術(shù)可以引發(fā)光電子、微電子、環(huán)保等諸多領(lǐng)域的革命，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的騰飛；而納米電子學(xué)、納米光電子學(xué)和納米光子學(xué)將成為21世紀(jì)信息時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)。由于納米半導(dǎo)體光電子材料蘊(yùn)藏著許多新的物理信息和可資利用的獨(dú)特功能而具有極其廣闊的發(fā)展前景。它是半導(dǎo)體光電子材料的一顆新星。它的出現(xiàn)，意味著半導(dǎo)體光電子材料向低維化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞:納米技術(shù)；光學(xué)；納米材料；光電材料；半導(dǎo)體。

引言

半導(dǎo)體光電子材料經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)成為在國民經(jīng)濟(jì)和軍事等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用、充滿生機(jī)的一類電子信息材料。在信息化時(shí)代加速了該材料的升級(jí)，使它更加異彩紛呈，引人矚目。

在20世紀(jì)90年代全球掀起的納米科技浪潮推動(dòng)下，納米半導(dǎo)體光電子材料、納米磁性材料、納米陶瓷材料和納米生物材料等納米材料應(yīng)運(yùn)而生。納米材料是指尺寸為1～100nm的各種固體材料。納米半導(dǎo)體光電子材料是納米材料家族中的重要成員，它的崛起是光電子材料發(fā)展的一次新的飛躍，成為發(fā)展新特性、新效應(yīng)、新原理和新器件的基礎(chǔ)。當(dāng)半導(dǎo)體光電子材料的尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，其物理長度與電子自由程相當(dāng)，載流子的輸運(yùn)將呈現(xiàn)量子力學(xué)特性，宏觀固定的準(zhǔn)連續(xù)能帶消失而表現(xiàn)出分裂的能級(jí)，因而傳統(tǒng)的理論和技術(shù)已不再實(shí)用。納米半導(dǎo)體光電子材料技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)，該領(lǐng)域充滿了巨大的創(chuàng)新機(jī)會(huì)和廣闊的發(fā)展前景。

1.關(guān)于納米的概述

1.1:納米的概念

納米是一種長度度量單位，1納米等于10億分之一米(1nm=10-3μm=10-9m）相當(dāng)于頭發(fā)絲直徑的10萬分之一。1.2:納米技術(shù)

納米技術(shù)是指在原子分子層次上對物質(zhì)精細(xì)的觀測識(shí)別與控制的研究與應(yīng)用，它將對于21世紀(jì)的信息科學(xué)、生命科學(xué)、分子生物學(xué)、新材料科學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展科學(xué)提供一個(gè)新的技術(shù)基礎(chǔ)，這將引起一場產(chǎn)業(yè)革命，其深遠(yuǎn)的意義堪與 世紀(jì)的工業(yè)革命相媲美，它包括的領(lǐng)域甚為寬廣。人們根據(jù)使用的目的不同而制造不同種類的材料，把納米材料與光學(xué)材料的制造有機(jī)地結(jié)合起來，制造一類新的功能納米光學(xué)材料是當(dāng)今光學(xué)領(lǐng)域里科學(xué)工作者一項(xiàng)義不容辭的責(zé)任。

1.3:納米材料

-9 納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)(10m)的超細(xì)材料。其尺寸介于分子、原子與塊狀材料之間, 通常泛指1~ 100nm范圍內(nèi)的微小固體粉末。納米材料是一種既不同于晶態(tài)也不同于非晶態(tài)的第三類固體材料, 它是以組成納米材料的結(jié)構(gòu)單元——晶粒、非晶粒、分離的超微粒子等的尺度大小來定義的。目前, 國際上將處于1~ 100nm尺度范圍內(nèi)的超微顆粒及其致密聚集體, 以及由納米微晶所構(gòu)成的材料, 統(tǒng)稱之為納米材料, 包括金屬、非金屬、有機(jī)、無機(jī)和生物等多種粉末材料。它們是由2~ 106個(gè)原子、分子或者離子構(gòu)成的相對穩(wěn)定的集 團(tuán), 其物理和化學(xué)性質(zhì)隨著包含的粒子數(shù)目與種類而變化。納米材料的顆粒尺寸是肉眼和一般顯微鏡下看不到的微小粒子, 只能用高倍電子顯微鏡進(jìn)行觀察。

1.4:納米材料的性能

實(shí)驗(yàn)與理論表明, 納米材料具有既不同于原子、分子、亦不同于宏觀物體的特列性質(zhì), 例如: 所有的金屬被細(xì)分到納米微粒時(shí), 將失去絢麗的光彩而成為對太陽光幾乎全吸收的黑體, 利用此特性可進(jìn)行高效光熱轉(zhuǎn)換, 可作為微波、紅外隱形材料、優(yōu)良的催化劑等。

無機(jī)非金屬材料的光學(xué)性質(zhì)亦隨顆粒尺寸的減小而顯著變化。例如硅片是不發(fā)光的, 但納米多孔硅卻能發(fā)光。研究表明, 鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及海龜?shù)葎?dòng)物能識(shí)別方向的奧秘在于它們的體內(nèi)含有

納米磁性微粒, 依靠磁場而定向運(yùn)動(dòng);金屬、玻璃與氧化物、半導(dǎo)體等納米顆粒構(gòu)成復(fù)合材料時(shí), 可以顯著地改變力學(xué)、電學(xué)以及光學(xué)等性質(zhì)。物質(zhì)到納米級(jí)以后, 具有常規(guī)粗晶粒材料不具備的奇異特性和反常特性, 展現(xiàn)出引人注目的應(yīng)用前景。如銅到納米級(jí)就不導(dǎo)電;絕緣的二氧化硅、晶體等, 在20nm時(shí)開始導(dǎo)電;高分子材料加入納米材料制成的刀具, 比金剛石制品還堅(jiān)硬等。由于納米材料特殊的結(jié)構(gòu)特征, 使它具有傳統(tǒng)材料所不具有的物理和化學(xué)特性。

納米材料的主要特性表現(xiàn)在一下幾方面：①表面效應(yīng):納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化：②尺寸效應(yīng):由于顆粒尺寸變小引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為尺寸效應(yīng)：③體積效應(yīng):由于納米粒子體積極小, 所包含的原子數(shù)很少。因此, 許多現(xiàn)象如與界面狀態(tài)有關(guān)的吸附、催化、擴(kuò)散、燒結(jié)等物理、化學(xué)性質(zhì)將顯著與大顆粒傳統(tǒng)材料的特性不同, 就不能用通常有無限個(gè)原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說明, 這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng);④量子效應(yīng):介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒, 將大塊材料中連續(xù)的能帶分裂成分立的能級(jí), 能級(jí)間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場能或磁能比平均的能級(jí)間距還小時(shí), 就會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體戳然不同的反常特性, 即量子效應(yīng)。

除此之外，納米材料和常規(guī)材料在理化性質(zhì)方面還有許多不同的地方，如納米材料有高強(qiáng)度、高韌性；高比熱和熱膨脹系數(shù)；異常電導(dǎo)率和擴(kuò)散率等性質(zhì)。2.納米材料在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1:納米半導(dǎo)體材料與器件

硅納米結(jié)構(gòu)的尺寸小到一定范圍時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)量子限域效應(yīng)、尺寸效應(yīng)及表面效應(yīng)等許多新的效應(yīng)，從而使它呈現(xiàn)出諸多新穎性質(zhì)，其中一個(gè)典型的例子就是由量子效應(yīng)引起的硅納米結(jié)構(gòu)的高效發(fā)光。最近的研究表明硅納米結(jié)構(gòu)具有高效的可見發(fā)光，且發(fā)光波長可以通過對硅納米結(jié)構(gòu)尺寸改變進(jìn)行調(diào)節(jié)。最近，科學(xué)家已經(jīng)利用硅納米結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的這些新穎性質(zhì)和效應(yīng)，開發(fā)出了高靈敏生物和化學(xué)傳感器、高效率太陽能電池及發(fā)光二極管等器件。因此，該類納米材料展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景

2.2:半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子

半導(dǎo)體符合納米粒子由于具有量子尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)而具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)（如非線性光學(xué)響應(yīng)及室溫光致發(fā)光），光電催化特性和光電轉(zhuǎn)換特性。半導(dǎo)體納米粒子復(fù)合后的性質(zhì)并不是單個(gè)納米粒子性質(zhì)的簡單加和，而是具有更優(yōu)異的性能，可用于光電太陽能轉(zhuǎn)換，廢物處理及功能陶瓷的制備等。研究半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子，發(fā)展新型納米半導(dǎo)體復(fù)合材料是納米半導(dǎo)體領(lǐng)域研究的新熱點(diǎn)。2.2.1:半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子的制備

半導(dǎo)體復(fù)合納米粒子的復(fù)合方式有核-殼結(jié)構(gòu)、偶聯(lián)結(jié)構(gòu)（3）、固溶體和量子點(diǎn)量子阱。核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米粒子制備時(shí)有一定的加料順序，即先生成核，再在核外生成另一種半導(dǎo)體粒子對其進(jìn)行包覆。偶聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子可分別制備然后混合或一次形成，這依賴于兩種半導(dǎo)體粒子的屬性、生成速率和溶度積的差別。固溶體的制備則必須在同一體系中同時(shí)完成。

2.3: 納米光電材料的良好特性

用于光電的半導(dǎo)體材料在尺度縮小到納米尺度時(shí)會(huì)表現(xiàn)出與大尺寸材料不同的光學(xué)點(diǎn)穴性質(zhì)。這是因?yàn)楫?dāng)材料尺寸減小時(shí)會(huì)顯現(xiàn)出量子化的效果。由于半導(dǎo)體的載流子限制在一個(gè)小尺寸的勢阱中,在此條件下,導(dǎo)帶和價(jià)帶能帶過渡為分立的能級(jí)。因而有效帶隙增大,吸收光譜閾值向短波方向移動(dòng),這種效應(yīng)就稱為尺寸量子效應(yīng)。

量子尺寸效應(yīng)除了會(huì)造成光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化還會(huì)引起電學(xué)性質(zhì)的明顯改變。這是因?yàn)殡S著顆粒粒徑的減少,有效帶隙增大,光生電子具有更負(fù)的電位,相應(yīng)地具有更強(qiáng)的還原性,而光生空穴因具有更正的電位而具有更強(qiáng)的氧化性。

表面效應(yīng)是納米光電子材料的另一個(gè)重要特性。納米粒子表面原子所占的比例增大。當(dāng)表面原子數(shù)增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子決定。由于表面原子數(shù)的增多會(huì)導(dǎo)致許多缺陷，從而決定了它有更高的活性。

由此可以看出納米光電材料比普通光電材料有更高的光催化活性。3..納米光學(xué)材料的功能轉(zhuǎn)化

3.1:太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能

光解水產(chǎn)生氫氣（5，6）在CdS—ZnS體系中，不論是核-殼結(jié)構(gòu)的CdS/ZnS還是ZnxCd1-xS固溶體，加入空穴俘獲劑，連續(xù)光解，氫的產(chǎn)率遠(yuǎn)高于純CdS粒子單獨(dú)存在時(shí)的產(chǎn)率。入射波長λ>400nm時(shí)，連續(xù)光解10—12h，氫的產(chǎn)率隨ZnS含量的增大而提高，Zn:Cd=1:1時(shí)，產(chǎn)率最高。

3.2:太陽能轉(zhuǎn)換為電能

太陽能電池：太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率是四個(gè)因子的乘積：

η=Kthr×Kst×Y×f×100%(a)Kthr表征了由于半導(dǎo)體中光吸收的量子特性所引起的能量損耗，Kthr與半導(dǎo)體的禁帶寬度有關(guān)。

(b)Kst表征能量儲(chǔ)存的效率，即利用在光激發(fā)過程中產(chǎn)生的電子-空穴對的能量(≈Eg)作有用功的效率。光電太陽能電池中Kst=eφ0,cph/Eg φ0,cph—開路光電勢

(c)Y是量子產(chǎn)率等于通過電池外電路傳輸?shù)碾娮訑?shù)與在光轉(zhuǎn)換器表面的入射光量子數(shù)之比。Y=iph/eJ,在再生式電池中，iph=isp.c—電池的短路光電流。實(shí)際上，量子產(chǎn)率表征了光生電荷分離的效率。(d)f是電流-電壓特性曲線的填充因子，由于Ohm電壓降以及通過電流時(shí)光化學(xué)電池的超電壓所引起的能量損耗，對于再生式電池，4.納米光電材料的在光學(xué)領(lǐng)域的一些其他應(yīng)用 4.1: 一維納米材料

當(dāng)一維半導(dǎo)體材料的直徑與其德布羅意波長相當(dāng)時(shí)，它的導(dǎo)帶與夾帶進(jìn)一步分裂，其能隙會(huì)隨著直徑減小而變大。這樣以來量子限制效應(yīng)、非定域量子相干效應(yīng)和非線性光學(xué)都會(huì)表現(xiàn)明顯。

定向耦合器(DC)是波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次報(bào)道了一種基于納米線波導(dǎo)的定向耦合器,兩個(gè)耦合波導(dǎo)的橫截面尺寸為0.3μm ×0.3μm ,間距僅為0.3μm。由于兩個(gè)波導(dǎo)之間很強(qiáng)的耦合作用,定向耦合器的耦合長度僅為10μm ,當(dāng)耦合波導(dǎo)之間的間距減少時(shí),波導(dǎo)長度還可以進(jìn)一步縮短。由此可以制作出結(jié)構(gòu)非常緊湊的3dB 耦合器。在此基礎(chǔ)之上, 他們還制作了一種基于納米線波導(dǎo)的Bragg反射型光上/ 下路復(fù)用器，它由兩個(gè)在側(cè)壁上刻有Bragg光柵的納米線波導(dǎo)和兩個(gè)基于納米線波導(dǎo)的3dB耦合器構(gòu)成。下路波長帶寬不超過0.7nm ,下路波長時(shí)輸出端的消光比為8dB ,其下路波長可以通過改變光柵參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

將SOI 納米線引入到熱光開關(guān)中,有助于器件尺寸和功耗的減小。Chu等人首次報(bào)道了基于納米線波導(dǎo)的1×1、1×2 和1×4的Mach2Zehnder干涉型熱光開關(guān)。光開關(guān)中采用的納米線波導(dǎo)的橫截面尺寸為300 nm×300nm ,這些熱光開關(guān)器件所占的面積分別為140μm ×65μm、85μm×30μm 和190μm×75μm ,消光比超過30dB ,開關(guān)功耗低于90mW ,開關(guān)響應(yīng)時(shí)間小于100μs。

4.2:納米硅薄膜

納米硅薄膜是由納米尺寸的硅微晶粒構(gòu)成的一種納米固體材料,其晶粒所占的體積約為50 % ,另外50 %則為晶粒之間的大量界面原子所占據(jù)。納米硅薄膜由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有一系列獨(dú)特性質(zhì),如電導(dǎo)率高、光熱穩(wěn)定性好、光吸收能力強(qiáng)、光學(xué)能隙寬化、光致發(fā)光等,而且還具有明顯的量子尺寸效應(yīng)。近年來,已成功地研制了納米硅異質(zhì)結(jié)二極管，并正展開納米硅薄膜（11）太陽電池的研制,展現(xiàn)了納米硅薄膜器件的廣闊前景。

紫外光電探測器方面,O.M.Nayfeh等人制作了納米Si薄膜紫外光電探測器。他們首先以電化學(xué)分解法在HF-H2O2混合液中制備了尺寸為1 nm的納米Si晶。然后開始器件的制作:在P 型襯底上生長500nm的氧化層;接著用氫氟酸緩沖液在氧化層上刻蝕出器件圖形;然后將硅片浸入納米硅晶的酒精懸濁液中,用一種類似于金屬電鍍的電化學(xué)電鍍方法,將納米Si 晶淀積到已刻蝕出的氧化層圖形中,淀積厚度約500 nm;最后,在納米Si 晶膜上淀積一層厚為4nm 的半透明Au 層,Au 層之上和襯底背面分別淀積厚300 nm 的凹，凸點(diǎn),作為器件的引出電極。器件對可見光有很好的過濾特性,而對紫外光有較好的響應(yīng)。5.納米材料在我們身邊光學(xué)領(lǐng)域中的例子——光學(xué)樹脂眼鏡

激光具有單色性、方向性、相干性及高亮度等特點(diǎn)，利用激光測距、目標(biāo)指示或瞄準(zhǔn)等在軍事及民用領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但是受激光直射的眼睛和光電設(shè)備的傳感器等可能被致傷或破壞。目前市售的激光防護(hù)鏡多為無機(jī)玻璃片，安全性較差，有些公司采用納米新材料，以全新的理念及技術(shù)制作屏蔽激光的光學(xué)樹脂鏡片，此類產(chǎn)品目前產(chǎn)量不多。這些多功能防激光特種光學(xué)樹脂鏡片具有如下技術(shù)特點(diǎn)：

1）由于是把無機(jī)納米材料均勻復(fù)合于有機(jī)樹脂鏡片中，因此鏡片質(zhì)輕、能抵御碎彈片沖擊，保護(hù)人眼不受傷害。

2）屬于介觀材料的納米粒子具有奇異的光學(xué)特性，能提高鏡片的增透能力使視覺清晰；并能多光源、多光區(qū)屏蔽激光射線。

近年來，由于地球南北極上空出現(xiàn)的臭氧層空洞越來越大，紫外線直射地面，給人的眼睛和皮膚造成傷害，尤其是在高原地區(qū)高強(qiáng)度紫外線照射使許多老年人的眼睛患上白內(nèi)障等眼科疾病。因此這些公司推出了可完全吸收波長280-400nm的紫外線，同時(shí)在可見光區(qū)具有高透過度的納米復(fù)合光學(xué)樹脂鏡片。

太陽光（相當(dāng)于T=6000K）的峰值波長約在480nm 左右，太陽輻射的大部分能量分布在可見區(qū)與紫外區(qū)?？梢姽庾钜淄高^人眼的屈光介質(zhì)造成眼底損傷，紫外線則主要是損傷人眼的晶體，因此，夏日里利用太陽鏡保護(hù)人們的眼睛是必須的。現(xiàn)在市售的太陽鏡大部分是經(jīng)染料染制而成，日久褪色，并且在可見光透率較低而影響人們的視線。這些公司推出的納米復(fù)合樹脂太陽鏡具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、瑰麗的色彩、奇異的光學(xué)特性、超凡的陽光阻隔能力。既能屏蔽紫外線，又能屏蔽部分近紅外線，兼容太陽鏡，樹脂鏡、水晶鏡的特點(diǎn)，人們配戴這種眼鏡后，視覺清晰，有種雨過天晴，塵埃落地、心曠神怡的感覺。

隨著人們生活質(zhì)量的提高，配戴變色鏡成為一種時(shí)尚，同時(shí)可以保護(hù)眼睛少受太陽光的傷害。本公司推出兩種含納米材料的光致變色樹脂鏡片：一種樹脂鏡片是在強(qiáng)烈陽光下變暗，陽光不足或回到室內(nèi)立即恢復(fù)為原色的光致變色鏡片；另一種樹脂鏡片在強(qiáng)烈陽光下變暗，回到室內(nèi)約10小時(shí)后恢復(fù)為無色的鏡片。綜上所述，納米材料與光學(xué)材料復(fù)合技術(shù)的研制成功，必將引起光學(xué)材料制造領(lǐng)域一場革命，它會(huì)賦予樹脂鏡片新的功能，造福人類。6.展望

雖然現(xiàn)在對納米技術(shù)的研究在不斷深入，但總的來說對納米技術(shù)的研究還不夠透徹，對納米技術(shù)的研究還有非常大的發(fā)展空間。現(xiàn)在人們在根據(jù)不同目的制造不同種類的材料，把納米材料同光學(xué)材料有機(jī)的結(jié)合起來，制造一類新的功能光學(xué)納米材料是當(dāng)今光學(xué)領(lǐng)域科學(xué)工作者一項(xiàng)義不容辭的責(zé)任。我們也完全有理由相信會(huì)有越來越多的新型納米光學(xué)新材料不斷問世，不斷推動(dòng)科學(xué)的進(jìn)步及社會(huì)的發(fā)展。

納米技術(shù)不僅在光學(xué)領(lǐng)域，也將會(huì)在其他如醫(yī)藥，軍事等領(lǐng)域發(fā)揮其巨大作用，為全人類帶來更好的生活。

收稿日期：2012.12.11 作者簡介：王蒙 理學(xué)院應(yīng)化1041班 1008411115

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第二篇：納米技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的創(chuàng)新

納米技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域的創(chuàng)新

摘要：納米技術(shù)即在1-100mm范圍中研究物質(zhì)反應(yīng)與結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)檢測的新型技術(shù)，納米技術(shù)是一種新型交叉學(xué)科，納米技術(shù)為生物醫(yī)學(xué)診斷、生物分子結(jié)構(gòu)的改造提供了新思路與新途徑，但是，就現(xiàn)階段來看，納米技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段，在臨床中應(yīng)用的品種還不多，該種技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域應(yīng)用中最為關(guān)鍵的問題就是講解產(chǎn)物的毒性問題，本文主要分析納米技術(shù)的含義及其在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)生物制藥領(lǐng)域創(chuàng)新

Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.05.606

【中圖分類號(hào)】R9【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】1671-8801（2014）05-0373-01

納米技術(shù)是一門新型交叉性學(xué)科，是一門與應(yīng)用開發(fā)密切相關(guān)的高新技術(shù)，納米技術(shù)已經(jīng)在生物制藥領(lǐng)域中得到了廣泛的使用，納米產(chǎn)業(yè)也是未來社會(huì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，下面就針對納米技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

1納米技術(shù)的含義

納米技術(shù)即在1-100mm范圍中研究物質(zhì)反應(yīng)與結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)檢測的新型技術(shù)，納米技術(shù)為生物制藥與生命科學(xué)的研究提供了高效的研究方式，當(dāng)物質(zhì)粒度達(dá)到納米級(jí)別之后，其化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，這就是“納米效應(yīng)”?！凹{米效應(yīng)”包括量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)與表面效應(yīng)等內(nèi)容，納米技術(shù)有著十分廣泛的影響面，能夠向不同的領(lǐng)域中滲透，并帶動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)、信息技術(shù)以及生物技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展。納米生物技術(shù)即用于研究生命現(xiàn)象的納米技術(shù)，其研究內(nèi)容包括納米尺度的生物分子功能、結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)生物過程，不僅在生物醫(yī)學(xué)中有廣泛的應(yīng)用范圍，也能夠應(yīng)用在其他的社會(huì)需求中。納米生物技術(shù)屬于國際生物學(xué)科的前言技術(shù)，為人們改造與研究生物分子功能和結(jié)構(gòu)提供了新的思維方式與手段，也能夠?yàn)槿藗兲峁┬碌募膊≡\斷方式與治療方法。

2納米技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

關(guān)于納米藥物載體的研究進(jìn)展。

納米藥物載體即使用納米顆粒作為載體，將藥物置于納米顆?；蛘呶接谄浔砻?，并結(jié)合特異性配體通過細(xì)胞表面特異性受體以及靶向分析受體結(jié)合，促進(jìn)靶向治療的方式。納米藥物載體有著特殊的性質(zhì)，可以將不同藥物在相應(yīng)的時(shí)間運(yùn)動(dòng)到患者身體的特定部位之中。此外，納米藥物載體也能夠調(diào)節(jié)好藥物的靶向給藥、釋放速度、透皮吸收、靶向給藥，有效降低用藥不良反應(yīng)。

2.1磁性納米載體。磁性納米載體是一種現(xiàn)代醫(yī)藥與納米技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，有著靶向性、生物相容性、小尺寸效應(yīng)與功能集團(tuán)的特點(diǎn)，能夠有效優(yōu)化藥物使用效果，減低藥物不良反應(yīng)，在疾病診斷工作中也有著良好的使用成效。

2.2納米粒藥物載體。納米粒藥物載體屬于納米級(jí)別的亞微粒藥物載體輸送系統(tǒng)，該種技術(shù)可以將藥物封存于納米粒之中，可以有效提升生物膜通透性、調(diào)節(jié)釋藥速度，也可以有效提升藥物利用度。

2.3納米乳藥物載體。納米乳劑微乳，是一種由水、油、助表面活性劑、表面活性劑組成的膠體分散系統(tǒng)，其粒徑為1到100nm，大小分布均勻，液體為球形，呈半透明或者透明狀，有著良好的各向同性與熱力穩(wěn)定性。從質(zhì)點(diǎn)大小進(jìn)行分析，納米乳藥物載體有著乳狀液與膠團(tuán)特性；從結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，納米乳包括油包水型、水包油型與雙連續(xù)型幾種類型。納米乳有著良好的生物利用度、穩(wěn)定性，可以有效提高難溶性藥物溶。納米乳可以自動(dòng)形成，但是需要大量的表面活性劑，因此，在該種技術(shù)中，需要采取科學(xué)有效的措施降低其毒性與表面活性劑用量。在納米乳處方中助表面活性劑、表面活性劑以及油的用量確定之后，就可以使用三角相圖法來分析最佳組成比，在確定后，就可以能夠選擇適宜的制備工藝。

2.4高分子藥物載體。高分子藥物載體是一種利用高分子藥物聚合物作為載體制作而成的藥劑，高分子藥物載體能夠控制藥物釋放速度，該種藥物載體聚合體被講解之后，藥物與載體會(huì)進(jìn)入靶細(xì)胞，在進(jìn)入靶細(xì)胞之后，表層載體就會(huì)出現(xiàn)降解的情況，此時(shí)，芯部藥物的療效就會(huì)充分的發(fā)揮出來，避免藥物釋放在其他的組織之中。這就能夠有效提升藥物的治療效果，并減少藥物對機(jī)體產(chǎn)生的毒副作用。

3納米中藥的研究進(jìn)展

納米中藥即使用納米技術(shù)制造的粒徑不足100nm的中藥原藥、中藥有效部位與中藥有效成分的復(fù)方制劑，納米中藥是中藥納米化的產(chǎn)物，將納米技術(shù)應(yīng)用在中藥制造中能夠有效提升中藥生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化與現(xiàn)代化程序，也能夠有效提升中藥的生物利用率與藥物活性，還可能降低藥物的毒副作用。

納米技術(shù)能夠有效提升藥劑的生物溶解度，將其應(yīng)用在外用散劑中可以有效提升藥物的分散性，助于藥物的附著與涂布，此外，納米技術(shù)能夠豐富中藥炮制技術(shù)，優(yōu)化中藥的使用效果，因此，納米技術(shù)對傳統(tǒng)中藥制造產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)中藥業(yè)要想實(shí)現(xiàn)發(fā)展，就需要將中醫(yī)藥理與納米技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分的考慮到中藥成分的復(fù)雜性以及中藥處方的多樣性，在生產(chǎn)過程中，也應(yīng)該限制要納米重要的范圍與制備成本。

4結(jié)束語

總而言之，納米技術(shù)是一種新型交叉學(xué)科，納米技術(shù)為生物醫(yī)學(xué)診斷、生物分子結(jié)構(gòu)的改造提供了新思路與新途徑，但是，就現(xiàn)階段來看，納米技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段，在臨床中應(yīng)用的品種還不多，該種技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域應(yīng)用中最為關(guān)鍵的問題就是講解產(chǎn)物的毒性問題，相信在研究的不斷深入之下，納米技術(shù)必將在生物制藥領(lǐng)域中發(fā)揮出更加廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

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[3]王英澤，黃奔，呂娟，梁興杰.納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀[J].生物物理學(xué)報(bào).2009（03）

[4]李向輝，王宏魁.納米技術(shù)在生物制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].畜牧與飼料科學(xué)，2011（07）

第三篇：納米技術(shù)及其應(yīng)用作業(yè)

納米技術(shù)及其應(yīng)用的結(jié)課作業(yè)

學(xué)院：理工學(xué)院班級(jí)：機(jī)械L126班姓名：韓東學(xué)號(hào)：12L0551192

一、簡述納米技術(shù)的兩種特性（表面效應(yīng)與小尺寸效應(yīng)），并且舉例子（至少500字）

1、表面效應(yīng)：

球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會(huì)顯著增大，說明表面原子所占的百分?jǐn)?shù)將會(huì)顯著地增加。對直徑大于 0.1微米的顆粒表面效應(yīng)可忽略不計(jì)，當(dāng)尺寸小于 0.1微米時(shí)，其表面原子百分?jǐn)?shù)激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達(dá)100平方米，這時(shí)的表面效應(yīng)將不容忽略。

超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金屬超微顆粒（直徑為 2*10^-3微米）進(jìn)行電視攝像，實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多李晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進(jìn)入了“沸騰”狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這時(shí)微顆粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識(shí)地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料。

例子：高效催化劑

2小尺寸效應(yīng)：

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時(shí)其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。

例子：電腦的cpu

二、納米技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用（至少500字）

1、超雙疏納米防污劑

超雙疏納米防污劑 型號(hào)：VK-F01 超雙疏納米防污劑 “二元協(xié)同納米界面技術(shù)”理論是引入仿生學(xué)原理。研究荷葉“出淤泥而不染”“滴水成珠、拒水防污”的表面微觀結(jié)構(gòu)，對紡織面料的纖維表面在納米尺度進(jìn)行界面修飾、聚合和改性，使其表現(xiàn)出超常的納米界面物性，并形成納米 結(jié)構(gòu)特有的四大效應(yīng)。棉、毛、麻、絲、化纖等各種材質(zhì)的紡織面料經(jīng)過納米防水防油防污劑界面技術(shù)處理，可賦于防水透氣、拒污易洗新功能。如同荷葉效果，同時(shí)仍保持原面料的質(zhì)地、手感、風(fēng)格和牢度。精紡毛織面料經(jīng)過納米防水防油防污劑界面技術(shù)處理，可解決頭疼的縮率； 處理后的棉、毛、蛋絲產(chǎn)品抗皺性能大幅提高，機(jī)可洗的實(shí)現(xiàn)解除您的洗衣愁。超雙疏技術(shù)的納米防水防油防污劑面料同時(shí)具有防油、防水、防塵、柔軟、透氣、環(huán)保、快干等功能； 納米防水防油防污劑具有防水、防油、防污、抗菌、增強(qiáng)纖維的功能。經(jīng)其整理后的織物可保持原有的手感、透氣性、色澤、穿著舒適性等特點(diǎn)，并具有一般烴類及有機(jī)硅類、整理劑所不具備的防油性。此外，含還具有用量小、功效高、耐久性強(qiáng)且符合環(huán)保要求的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了迅速的普及和推廣。納米界面超雙疏技術(shù)處理以后，由于其超雙疏特性，使織物更具快干功能。面料具有環(huán)保無污染、無毒的特性。防水最高達(dá)到6級(jí)以上，防油最高達(dá)到6級(jí)（國家毛紡檢測中心）。使用方法： 1.施涂前應(yīng)使被涂面清潔、干燥。應(yīng)清除灰塵，并用水沖洗干凈，干燥備用。如為玻璃、瓷磚、金屬表面，應(yīng)用玻璃清洗劑或洗滌劑水溶液清洗干凈。塑料表面可用洗滌劑清洗，必要時(shí)用有機(jī)溶劑（如醇類、酮類 等）清洗。2.建議使用高性能霧化良好之高品質(zhì)噴頭，噴涂距離30~40cm為宜，這樣可噴涂均勻，并節(jié)省涂料，耗量約為50-100m2/L以上。3.一般噴涂一遍即可，如要提高效能可噴兩遍，但間隔時(shí)間應(yīng)在50min以上。4.噴涂后晾干即可。在150-180℃熱處理30-50秒大大有利于提高涂層強(qiáng)度和效果。小型物品可用熱吹風(fēng)機(jī)。雖然本品無毒，但還是建議施工時(shí)穿戴好防護(hù)用品

2、在生物工程上的應(yīng)用

雖然分子計(jì)算機(jī)目前只是處于理想階段，但科學(xué)家已經(jīng)考慮應(yīng)用幾種生物分子制造計(jì)算機(jī)的組件，其中細(xì)菌視紫紅質(zhì)最具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學(xué)物理特性和很好的穩(wěn)定性，并且，其奇特的光學(xué)循環(huán)特性可用于儲(chǔ)存信息，從而起到代替當(dāng)今計(jì)算機(jī)信息處理和信息存儲(chǔ)的作用，它將使單位體積物質(zhì)的儲(chǔ)存和信息處理能力提高上百萬倍。在光電領(lǐng)域的應(yīng)用納米技術(shù)的發(fā)展，使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運(yùn)算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn)有雷達(dá)信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對地偵察。最近，麻省理工學(xué)院的研究人員把被激發(fā)的鋇原子一個(gè)一個(gè)地送入激光器中，每個(gè)原子發(fā)射一個(gè)有用的光子，其效率之高，令人驚訝。在化工領(lǐng)域的應(yīng)用將納米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中，則可以有效地遮蔽紫外線。將金屬納米粒子摻雜到化纖制品或紙張中，可以大大降低靜電作用。利用納米微粒構(gòu)成的海綿體狀的輕燒結(jié)體，可用于氣體同位素、混合稀有氣體及有機(jī)化合物等的分離和濃縮。納米微粒還可用作導(dǎo)電涂料，用作印刷油墨，制作固體潤滑劑等。研究人員還發(fā)現(xiàn)，可以利用納米碳管其獨(dú)特的孔狀結(jié)構(gòu)，大的比表面（每克納米碳管的表面積高達(dá)幾百平方米）、較高的機(jī)械強(qiáng)度做成納米反應(yīng)器，該反應(yīng)器能夠使化學(xué)反應(yīng)局限于一個(gè)很小的范圍內(nèi)進(jìn)行。

三、談?wù)勀銓{米技術(shù)或者納米材料的認(rèn)識(shí)（至少300字）

從尺寸大小來說，通常產(chǎn)生物理化學(xué)性質(zhì)顯著變化的細(xì)小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。

納米級(jí)結(jié)構(gòu)材料簡稱為納米材料，是指其結(jié)構(gòu)單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經(jīng)接近電子的相干長度，它的性質(zhì)因?yàn)閺?qiáng)相干所帶來的自組織使得性質(zhì)發(fā)生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應(yīng)，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點(diǎn)、磁性、光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等等，往往不同于該物質(zhì)在整體狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)。

納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。

第四篇：納米技術(shù)及其應(yīng)用論文

納米技術(shù)及其在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用

摘要：主要介紹了納米技術(shù)的內(nèi)涵、主要內(nèi)容及納米技術(shù)在微機(jī)械和包裝、食品

或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、醫(yī)療和診斷儀器等。MEMS使用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝。特點(diǎn)是部件很小，蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（3）納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間相互作用的試驗(yàn)，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。

（4）納米電子學(xué)包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光／電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷?！案臁笔侵疙憫?yīng)速度要快?！案洹笔侵竼蝹€(gè)器件的功耗要小。但是“更小”并非沒有限度。

3．納米技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用

3．1納米技術(shù)在微機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)應(yīng)用途徑的不斷拓寬，微機(jī)械的開發(fā)在全世界方興未艾。例如，進(jìn)入人體的醫(yī)療機(jī)械和管道自動(dòng)檢測裝置所需的微型齒輪、電機(jī)、傳感器和控制電路等。制造這些具有特定功能的納米產(chǎn)品，其技術(shù)路線可分為兩種：一是通過微加工和固態(tài)技術(shù)，不斷將產(chǎn)品微型化；二是以原子、分子為基本單元，根據(jù)人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝，從而構(gòu)筑成具有特定功能的產(chǎn)品。3．1．1采用微加工技術(shù)制造納米機(jī)械

（1）微細(xì)加工。日本發(fā)那科公司開發(fā)的能進(jìn)行車、銑、磨和電火花加工的多功能微型精密加工車床（FANUCROBO nano Ui 型），可實(shí)現(xiàn)5軸控制，數(shù)控系統(tǒng)最小設(shè)定單位是1nm（10－3μm）。該機(jī)床設(shè)有編碼器半閉環(huán)控制，還有激光全息式直線移動(dòng)的全閉環(huán)控制。編碼器與電機(jī)直聯(lián)，具有每周6 400萬個(gè)脈沖的分辨率，每個(gè)脈沖相當(dāng)于坐標(biāo)軸移動(dòng)0．2 nm，編碼器反饋單位為1／3 nm，故跟蹤誤差在±1／3 nm以內(nèi)。直線分辨率為1 nm，跟蹤誤差在±3 nm以內(nèi)。CNC裝置采用FANUC－16i，實(shí)現(xiàn)AInano輪廓控制。并用FANUCSERVOMOTORαi伺服電機(jī)裝上高分辨率檢測裝置及αi系列伺服放大器，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)加工。

（2）微型機(jī)器人。在工業(yè)制造領(lǐng)域，微型機(jī)器人可以適應(yīng)精密微細(xì)操作，尤其在電子元器件的制造方面。美國邁特公司的研究人員最近設(shè)計(jì)出一種用于組裝納米制造系統(tǒng)的微型機(jī)器人，這種機(jī)器人的長度約為5mm。研究人員稱，假設(shè)能利用納米制造技術(shù)使這種機(jī)器人的體積不斷縮小，其最終的體積不會(huì)超過灰塵的微粒。日本三菱公司也開發(fā)了一種微型工業(yè)機(jī)器人，該機(jī)器人采用了5節(jié)閉式連桿機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)手臂的輕量化與高剛性，其動(dòng)作速度及精度完全可以趕上專用機(jī)器人。往復(fù)上下方向25 mm，水平方向100 mm的拾取動(dòng)作，所需時(shí)間縮短到0．28 s。另外，通過采用閉式連桿機(jī)構(gòu)與高剛性減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)了比以往機(jī)器人高10％的位置重復(fù)精度（±5 nm），可適用于精密微細(xì)操作。我國在微型機(jī)器人的研制方面也取得了可喜的成績。據(jù)媒體報(bào)道，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的機(jī)器人，其操作精度達(dá)到了納米級(jí)，可以應(yīng)用于分子生物學(xué)基因操作，能夠?qū)?xì)胞和染色體進(jìn)行“手術(shù)”，并能在微電子、精密加工等精度要求較高的領(lǐng)域一顯身手。（3）微型電機(jī)。美國俄亥俄州克利夫西

卡塞大學(xué)已建立了一所納米級(jí)微型電機(jī)實(shí)驗(yàn)室，專門研究納米技術(shù)及其超微機(jī)電系統(tǒng)。美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的微型電動(dòng)機(jī)，小到只能在顯微鏡下才能看得見。德國汽車零件制造商博士公司正在研制納米技術(shù)傳感器，這種傳感器將為人們提供關(guān)于汽車上每個(gè)零部件在三維空間中運(yùn)動(dòng)的精確信息。當(dāng)微型傳感器探測到速度驟減時(shí)，就會(huì)自動(dòng)釋放安全氣囊。3．1．2采用自組裝技術(shù)制造納米機(jī)械

（1）生物器件。以分子自組裝為基礎(chǔ)制造的生物分子器件是一種完全拋棄以硅半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的電子器件。將一種蛋白質(zhì)選作生物芯片，利用蛋白質(zhì)可制成各種生物分子器件，如開關(guān)器件、邏輯電路、存儲(chǔ)器、傳感器以及蛋白質(zhì)集成電路等。美國密歇根韋思大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物分子信息小組，利用細(xì)菌視紫紅質(zhì)（簡稱BR蛋白質(zhì)）和發(fā)光染料分子研制具有電子功能的蛋白質(zhì)分子集成膜，這是一種可使分子周圍的勢場得到控制的新型邏輯元件。美國錫拉丘茲大學(xué)也利用BR蛋白質(zhì)研制模擬人腦聯(lián)想能力的中心網(wǎng)絡(luò)和聯(lián)想式存儲(chǔ)裝置。

（2）納米分子電動(dòng)機(jī)。美國IBM公司瑞士蘇黎士實(shí)驗(yàn)室與瑞士巴塞爾大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)DNA能夠被用來彎曲直徑不及頭發(fā)絲的五十分之一的硅原子構(gòu)成的“懸臂”。上下彎曲，頂端則粘有單股DNA鏈。DNA自然形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，雙鏈被分開后，它們會(huì)力圖重新組合。當(dāng)研究人員將帶有單股DNA鏈的“懸臂”置于含有與之對應(yīng)的單股DNA鏈的溶液中，這兩個(gè)鏈就會(huì)自動(dòng)配對結(jié)合在一起，小“懸臂”在這種力的作用下開始彎曲。研究人員利用這種生物力學(xué)技術(shù)制造帶有納米級(jí)閥門的微型膠囊（納米分子電動(dòng)機(jī)）。通過控制這種驅(qū)動(dòng)力來控制閥門的開合，可以將精確劑量的藥物傳送到身體的需要部位來達(dá)到治療的目的。3．2納米技術(shù)在包裝機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

采用納米材科技術(shù)對包裝機(jī)關(guān)鍵零部件（如軸承、齒輪、彈簧等）進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高設(shè)備的耐磨性、硬度和壽命。碳納米管還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較高的熱導(dǎo)率。由于具有非常大的長度—直徑比，可以制造出任何復(fù)雜形狀的零件，是復(fù)合材料理想的增強(qiáng)纖維。目前，用價(jià)格低廉的納米塑料制成的齒輪、陶瓷軸承、納米陶瓷蚊輥、電雕輥等印刷包裝機(jī)械零件已 走進(jìn)企業(yè)，開始代替金屬材料?，F(xiàn)代膠印機(jī)上應(yīng)用著很多傳感器．如控制飛達(dá)紙堆的自動(dòng)升降、氣泵供氣時(shí)間檢測、合壓時(shí)間檢測、空張檢測、墨量控制等。納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強(qiáng)度及較強(qiáng)的韌性可用于制造刀具、包裝和食品機(jī)械的密封環(huán)、軸承等以提高其耐磨性和耐蝕性，也可用于制作輸送機(jī)械和沸騰干燥床關(guān)健部件的表面涂層。3．3納米技術(shù)在食品機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

納米SiC、Si3N4在較寬的波長范圍內(nèi)對紅外線有較強(qiáng)的吸收作用，可用作紅外吸波和透波材料，做成功能性薄膜或纖維。納米Si3N4非晶塊具有從黃光到近紅外光的選擇性吸收，也可用于特殊窗口材料，以納米SiO2做成的光纖對600 nm以上波長光的傳輸損耗小于10 dB／km，以納米SiO2和納米TiO2制成的微米級(jí)厚的多層干涉膜，透光性好而反射紅外線能力強(qiáng)，與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝啾?，可?jié)省15％的電能。經(jīng)研究證明，將30～40 nm的TiO2分散到樹脂中制成薄膜，成為對400 nm波長以下的光有強(qiáng)烈吸收能力的紫外線吸收材料，可作為食品殺菌袋和保鮮袋最佳原料。納米SiO2光催化降解有機(jī)物水處理技術(shù)無二次污染，除凈度高，其優(yōu)點(diǎn)是：①具有很大的比表面積，可將有機(jī)物最大限度地吸附在其表面；②具有更強(qiáng)的紫外線吸收能力，因而具有更強(qiáng)的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機(jī)物分解掉。這為污水處理量較大的食品企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持。介孔固體和介孔復(fù)合體是近年來納米材料科學(xué)領(lǐng)域較引人注目的研究對象，由于這種材料較高的孔隙率（孔洞尺寸為2～50 nm）和較高的比表面，因而在吸附、過濾和催化等方面有良好的應(yīng)用前景。對純凈水、軟飲料等膜過濾和殺菌設(shè)備又提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。橡膠和塑料是包裝和食品機(jī)械應(yīng)用較多的原材料。但通常的橡膠是靠加入炭黑來提高其強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，制品為黑色，不適宜用在食品機(jī)械上。納米材料的問世使這一問題迎刃而解。新的納米改性橡膠各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用壽命長達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。普通塑料產(chǎn)量大、應(yīng)用廣、價(jià)格低，但性能遜于工程塑料，而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價(jià)格高，限制了它在包裝和食品機(jī)械上的大范圍應(yīng)用。用納米材料對普通塑料聚丙烯進(jìn)行改性，達(dá)到工程塑料尼龍－6的性能指標(biāo)，且工藝性能好、成本低，可大量采用。

4．納米技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的發(fā)展前景

（1）機(jī)械及汽車工業(yè)的滑配原件如：軸承、滑軌上應(yīng)用納米陶瓷鍍膜能產(chǎn)生超底的磨擦界面，大大減低磨損并能提高負(fù)載。（2）塑膠流道的低粘應(yīng)用：例如T型模、拉絲模、套筒和熱膠道，可有效減少積料碳化的產(chǎn)生幾率。（3）射出成型時(shí)發(fā)生的粘模、包封短射、鏡面霧化及拖痕均具有革命性的改善，尤其是在滑塊及頂針上所展現(xiàn)的干式潤滑，更是任何金屬所無法表現(xiàn)的優(yōu)異性。（4）IC封裝膠、橡膠及發(fā)泡塑料由于具有極高的粘著性，因此必須借助大量脫模劑來幫助脫模，納米陶瓷的荷葉效應(yīng)可減少脫模劑的使用及模具清理時(shí)間。

（5）納米陶瓷的低摩擦、低沾粘特性使塑膠在模具內(nèi)的流動(dòng)大幅提升，特別是高精度模具例如薄光板、塑膠鏡片、汽車聚光燈罩等模具應(yīng)用后對產(chǎn)品的不良率上均有明顯的改善。

5．結(jié)語

綜上所述，納米技術(shù)是近十多年來逐步發(fā)展起來的一門前沿性與綜合性交叉的新學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的迅猛發(fā)展將引發(fā)21世紀(jì)新的工業(yè)革命。美國商業(yè)通訊公司研究報(bào)告稱，未五年，用于橡膠產(chǎn)品和油墨生產(chǎn)的碳黑填充料將繼續(xù)高居納米材料需求榜首。今后幾年，全球納米材料的需求將以2．7％年增長速度增長，到2010年將達(dá)到1 030萬t，所以納米包裝具有較大的市場發(fā)展?jié)摿?。過去，我國機(jī)械包裝工業(yè)的一些先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)技術(shù)，大多是依靠進(jìn)口。納米技術(shù)的出現(xiàn)，將對我國機(jī)械包裝行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新帶來新的發(fā)展機(jī)遇。相信在不遠(yuǎn)的將來，納米技術(shù)將廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，它給機(jī)械業(yè)帶來的變化將是巨大的。參考文獻(xiàn)

1向春禮．納米科技及其發(fā)展前景［J］．新材料產(chǎn)業(yè)，2001（4）2王新林．金屬功能材料的幾個(gè)最新發(fā)展動(dòng)向［J］．新材料產(chǎn)業(yè)，2001（4）3唐蘇亞．納米技術(shù)在微機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］．微電機(jī)，2002 4萬乃建．21世紀(jì)數(shù)控技術(shù)新面貌［J］．機(jī)械制造，2001（20）

第五篇：納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用淺談

納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用淺談

陳勇 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第五建筑安裝工程公司 832000

摘要：作為一項(xiàng)重大的科技突破,納米枝術(shù)的研發(fā)已經(jīng)應(yīng)用到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域之中,在機(jī)械工程中,應(yīng)用納米技術(shù)已經(jīng)成為了核心,其外在的表現(xiàn)存在于各個(gè)方面，本文從實(shí)際出發(fā)來對納米技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械工程進(jìn)行了展現(xiàn)，同時(shí)也就得出了應(yīng)用了納米技術(shù)的機(jī)械工程相對于傳統(tǒng)的機(jī)械工程來說的改變。下面，筆者就對納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān) 鍵 詞：納米技術(shù)；納米材料；機(jī)械工程

前言：納米和技術(shù)就是借用單一的分子、原子制造物質(zhì)的一種科學(xué)技術(shù)，納米科學(xué)技術(shù)將很多現(xiàn)代的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)作為基礎(chǔ)，并加以改進(jìn)和升華，成為了現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)組合后的重要產(chǎn)物之一，其中，現(xiàn)代科學(xué)主要包括分子物理學(xué)、介觀物理、量子力學(xué)和混沌物理，現(xiàn)代技術(shù)主要包括核分析技術(shù)、掃描隧道顯微鏡技術(shù)、微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)，納米技術(shù)是一系列的全新科學(xué)革命。納米技術(shù)應(yīng)用廣泛，其中在機(jī)械工程中的作用是不可估量的，各國家都開始對這方面的研究，納米技術(shù)在機(jī)械工程方面的應(yīng)用有以下幾方面:

一、納米材料運(yùn)用

合肥大學(xué)研制成功了納米新型陶瓷刀具，這標(biāo)志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項(xiàng)研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細(xì)化品粒。因?yàn)閷τ谄妨５募?xì)化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時(shí)，這種納米技術(shù)的應(yīng)用也大大優(yōu)化了其力學(xué)性能，納米材料加入到傳統(tǒng)的金屬陶瓷中對其力學(xué)性能來說是個(gè)很大的提供，刀具的壽命也提高到 2 倍以上。

二、微型納米軸承

當(dāng)前形勢下，納米技術(shù)不僅僅是一門單一的新型技術(shù)或者學(xué)科，他被廣泛應(yīng)用到各類學(xué)科之中，其中機(jī)械工程進(jìn)行納米技術(shù)的應(yīng)用，已經(jīng)對機(jī)械工程學(xué)科技術(shù)的變革產(chǎn)生了不可估量的重要作用。納米技術(shù)在機(jī)械方面乃至微觀機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用，成為了我們這個(gè)世紀(jì)的研究核心，在機(jī)械工程方面，納米技術(shù)主要應(yīng)用于微型軸承上面，傳統(tǒng)的軸承，體積較大，摩擦力僅僅能靠潤滑來進(jìn)行，但仍不可避免納米軸承主要包括以下兩個(gè)特點(diǎn)：

1、微型：，微型納米軸承的僅僅為一根頭發(fā)直徑的萬分之一，其應(yīng)用到機(jī)電系統(tǒng)微型的軸承是只有 1nm，為微型機(jī)械的千分之一大小。

2、摩擦力極小。如果軸承體積很小，那么，套在一起，管子之間摩擦力就會(huì)將微型軸承的弱點(diǎn)暴露出來，其產(chǎn)生的摩擦力很大的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致微型軸承無法使用。通常納米軸承與這種微型機(jī)械軸承相比較，摩擦力僅僅是其最小值千分之一。

三、納米技術(shù)馬達(dá)

新一代的納米技術(shù)馬達(dá)是油美國一家公司生產(chǎn)，這種微型馬達(dá)的體積只有一般電磁馬達(dá)體積的二十分之一，它的長度比火柴桿還要短很多，但是竟然能夠負(fù)荷4千克的重量，它的壽命可以達(dá)到100多萬次。這種馬達(dá)主要通過運(yùn)用納米技術(shù)制造智能材料來取代傳統(tǒng)的銅線圈以及磁鐵，所以它比傳統(tǒng)馬達(dá)重量更輕、噪音更低，可以說是世界上最輕便、最靜音的馬達(dá)，同時(shí)成本也比傳統(tǒng)馬達(dá)更加低。當(dāng)前這種微信馬達(dá)在機(jī)械中運(yùn)用的并不多，主要用于汽車電動(dòng)車窗。

四、納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用

通常情況下，靜態(tài)密封都是采用金屬、塑料或者橡膠等材料制作而成。在旋轉(zhuǎn)條件加，動(dòng)態(tài)密封一直沒有對其問題進(jìn)行解決，動(dòng)態(tài)密封不能在高真空、高速的條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)的密封。此外磁性液體也對新型潤滑劑的制造起了促進(jìn)作用，由此可見，在機(jī)械工程中應(yīng)用納米技術(shù)對機(jī)械工程的不斷發(fā)展有著深刻的影響。

1、磁性液體的尺寸效應(yīng)：納米技術(shù)領(lǐng)域中，其最顯著的效果是將軸承的傳統(tǒng)尺寸單位縮小，將毫米轉(zhuǎn)化為納米，將納米技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械工程中，可降低機(jī)械體積，促使微型機(jī)械的形成和產(chǎn)生。這種產(chǎn)生是指可以進(jìn)行成批制作的微傳感器、微能源、微驅(qū)動(dòng)、集合微結(jié)構(gòu)、信號(hào)等等處置裝置為一體的微型機(jī)電系統(tǒng)，此系統(tǒng)大部分將納米技術(shù)成果進(jìn)行了運(yùn)用，是整個(gè)納米技術(shù)的重要組成部分。

2、磁性液體在選擇軸重應(yīng)用材料的多元化：納米技術(shù)使原材料更加微小的形態(tài)，其功能更加強(qiáng)大，不僅僅能對傳統(tǒng)材料進(jìn)行改良，同樣能夠使新材料源源不斷的產(chǎn)生。磁性液體密封技術(shù)便是證明，利用磁性液體可以被磁場控制的特性，將納米單位的液體置于磁場之內(nèi)，從而達(dá)到密封的效果。同時(shí)在材料運(yùn)用中可將微量的元素融入到基礎(chǔ)材料中，達(dá)到更好的效果。納米復(fù)合氧化鋯是成功應(yīng)用在工業(yè)上的納米材料，這種材料提高了材料的耐高溫性能和導(dǎo)氧及儲(chǔ)氧功能，因此廣泛運(yùn)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中。

3、納米材料摩擦性能：納米技術(shù)最顯著的特性就是其擦性能，在機(jī)械中，各種軸承等都存在著摩擦，但是納米材料的出現(xiàn)，使得各類機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸便小，同時(shí)對于過小的零件，摩擦力便顯的尤為重要，摩擦力如果相對較大，則零件便會(huì)造成磨損。但是納米技術(shù)也同樣克服了這一問題，現(xiàn)已出現(xiàn)納米材料幾乎無摩擦的狀態(tài)。美國科學(xué)家研制的這種微型納米軸承可在運(yùn)動(dòng)是無磨損和撕裂，達(dá)到了理想的效果。

4、納米技術(shù)節(jié)能效果：納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“小材大用”，帶來的又一優(yōu)勢便是節(jié)能和環(huán)保。在納米技術(shù)的應(yīng)用中，產(chǎn)生了很多新型材料，它們減少了很多不必要的消耗，使得傳統(tǒng)的機(jī)械工程中需要的大量材料迅速降低，對于原材料的節(jié)約起到了驚人的效果。德國不萊梅應(yīng)用物理所已研制成功并且申請了一項(xiàng)專利，即用納米 Ag代替微米 Ag 制成導(dǎo)電膠，可節(jié)省 Ag 粉 50%，用這種導(dǎo)電膠焊接金屬和陶瓷，涂層不需太厚，而且涂層表面平整，效果理想。納米材料在機(jī)械工程中改變甚至顛覆了傳統(tǒng)模式的運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示了其強(qiáng)大的科技含量，但是在其運(yùn)用中，我們?nèi)杂泻芏喾矫尕酱鉀Q：如何準(zhǔn)確表征納米材料的各種精細(xì)結(jié)構(gòu)；怎樣從結(jié)構(gòu)上分析、解釋納米材料的新特性；能否利用某種標(biāo)準(zhǔn)來預(yù)測微區(qū)尺寸減少到多大時(shí)，材料表現(xiàn)出特殊的性能等等。對于這些問題，我們?nèi)孕枭钊胙芯浚员慵{米技術(shù)更好地服務(wù)于機(jī)械工程領(lǐng)域。

五、納米技術(shù)發(fā)展前景 汽車工業(yè)以及機(jī)械潤滑配件的應(yīng)用；塑膠流道低粘的應(yīng)用；射出成型時(shí)發(fā)生粘膜、包封短射、鏡面霧化；橡膠IC封裝膠和發(fā)泡塑料；納米陶瓷的低沾粘、低摩擦特性在塑膠膜具等等各個(gè)方面的應(yīng)用都極其的廣泛。

結(jié)語：以上簡單闡述了納米技術(shù)在微型納米軸承、納米技術(shù)馬達(dá)及納米磁性液體餓的那個(gè)三個(gè)方面在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，說明了納米技術(shù)的重要性及發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)：

[1]佟鵬，高建強(qiáng)，王兵樹，曹文亮.納米技術(shù)的研究與應(yīng)用.能源研究與信息，2012，（3）

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