第一篇：納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用(論文)已排版

納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

林雪瑩

職業(yè)技術(shù)學(xué)院

暖通101班

201036630115

摘要:

納米技術(shù)與生物化學(xué)、分子生物學(xué)整合將對21世紀的生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深刻的影響。它將利用生物大分子進行物質(zhì)的組裝、分析與檢測技術(shù)的優(yōu)化、并將藥物靶向性與基因治療等研究引入微型、微觀領(lǐng)域，用納米生物技術(shù)檢測是否患有癌癥只用幾個細胞。

關(guān)鍵詞:

納米技術(shù)；納米生物學(xué)；DNA技術(shù)

最近美國《商業(yè)周刊》列出了21世紀可能取得重大突破的三個領(lǐng)域：一是生命科學(xué)和生物技術(shù)；二是從外星球獲取能源；三是納米技術(shù)。所謂納米技術(shù)(Nanotechnology)是指在小于100 nm的量度范圍內(nèi)對物質(zhì)和結(jié)構(gòu)進行制造的技術(shù)，其實就是一種用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米技術(shù)在新世紀將推動信息技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、自動化技術(shù)及能源科學(xué)的發(fā)展，將極大的影響人類的生活，衣、食、住、行、醫(yī)療等方面。本文將圍繞納米技術(shù)給21世紀的生物醫(yī)學(xué)可能帶來影響作一概述。納米生物學(xué)的研究對象

有人把在納米尺度(水平)上研究生命現(xiàn)象的生物學(xué)叫做納米生物學(xué)。納米結(jié)構(gòu)通常指尺寸在1 nm～100 nm范圍的微小結(jié)構(gòu)。1納米等于10-9m，即1m的十億分之一。我們知道，細胞具有微米(10-6m)量級的空間尺度，生物大分子具有納米量級的空間尺度。在它們之間的層次是亞細胞結(jié)構(gòu)，具有幾十到幾百納米量級的空間尺度。顯然在納米水平上研究生命現(xiàn)象的納米生物學(xué)，它的研究對象就是亞細胞結(jié)構(gòu)和生物大分子體系。由于納米微粒的尺寸一般比生物體內(nèi)的細胞、紅細胞小得多，這就為生物學(xué)研究提供了一個新的研究途徑即利用納米微粒進行細胞分離、疾病診斷，利用納米微粒制成特殊藥物或新型抗體進行局部定向治療等。納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用

2.1 測量和控制生物大分子

納米技術(shù)與掃描探針顯微鏡(Scanning probe microscopes,SPMs)相結(jié)合，便具有了觀察、制造原子水平物質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力，為生物醫(yī)學(xué)工作者提供了直接在亞細胞水平或分子水平研究生命現(xiàn)象的應(yīng)用前景。掃描探針顯微鏡是指利用掃描探針的顯微技術(shù)，常用的有掃描隧道顯微鏡(STM,它是Scanning Tunneling Microscope的簡稱)和 原子力顯微鏡(AFM,它是Atomic Force Microscope的簡稱)。STM的原理是利用電子隧道效應(yīng)測量探針和樣品間微小的距離，又將探針沿樣品表面逐點掃描，從而得到樣品表面各點高低起伏的形貌。當(dāng)探針和樣品表面間的距離非常近達到一個納米時，同時在它們之間施加適當(dāng)電壓，在它們之間會形成隧道電流，這就是電子隧道效應(yīng)。這時探針尖端便吸引材料的一個原子過來，然后將探針移至預(yù)定位置，去除電壓，使原子從探針上脫落。如此反復(fù)進行，最后便按設(shè)計要求“堆砌”出各種微型構(gòu)件。

Hafner(1999)報道了碳納米管的制備方法，整個過程如同用磚頭蓋房子一樣。隧道電流的大小和探針與表面間的距離有關(guān)，因此通過隧道電流的測量可以確定這距離的值。STM觀測的樣品要有導(dǎo)電性，用AFM就沒有這種要求。AFM的原理是用探針的針尖去“觸摸”樣品表面，將探針沿表面逐點掃描，針尖隨著樣品表面的高低起伏作上下運動。用光學(xué)方法精確測量針尖這種上下運動，就可以得到樣品表面高低起伏的圖像。用AFM還可以測量分子間作用力的大小以及不同環(huán)境中分子間作用力大小的變化。掃描探針顯微鏡又是操作生物大分子的工具。用它們可以扭轉(zhuǎn)或拉伸生物大分子，從而研究單個生物大分子的運動學(xué)特性。STM和AFM在平行于樣品表面的方向上的空間分辨率達到0.1 nm。已知樣品中原子間距離的量級是0.1 nm，所以STM和AFM的空間分辨率達到了分辨單個原子的水平。它的時間分辨率取決于要掃描的樣品范圍和像素點數(shù)目，用它們測量固定觀測點時，時間分辨率達到ns甚至ps，掃描一幅面積是10 nm×10 nm的樣品時，中等象素密度的時間分辨率約是1秒。顯而易見，利用STM、AFM等技術(shù)，好象使用“納米筆”一樣，可以操縱原子分子，在納米石版印刷術(shù)中構(gòu)造復(fù)雜的圖形和結(jié)構(gòu)。

2.2 磁性納米粒子的應(yīng)用

德國學(xué)者報道了含有75%～80%鐵氧化物的超順磁多糖納米粒子(200～400 nm)的合成和物理化學(xué)性質(zhì)。將它與納米尺寸的SiO2相互作用，提高了顆?；w的強度，并進行了納米磁性顆粒在分子生物學(xué)中的應(yīng)用研究。試驗了具有一定比表面的葡聚糖和二氧化硅增強的納米粒子。在下列方面與工業(yè)上可獲得的人造磁珠作了比較：DNA自動提純、蛋白質(zhì)檢測、分離和提純、生物物料中逆轉(zhuǎn)錄病毒檢測、內(nèi)毒素清除和磁性細胞分離等。例如在DNA自動提純中，用濃度為25 mg/mL的葡聚糖 nanomag R和SiO2增強的納米粒子懸濁液，達到了≥300 ng/ μL的DNA型1～2 KD的非專門DNA鍵合能力。SiO2增強的葡聚糖納米粒子的應(yīng)用使背景信號大大減弱。此外，還可以將磁性納米粒子表面涂覆高分子材料后與蛋白質(zhì)結(jié)合，作為藥物載體注入到人體內(nèi)，在外加磁場2125×103/π(A/m)作用下，通過納米磁性粒子的磁性導(dǎo)向性，使其向病變部位移動，從而達到定向治療的目的。例如10～50 nm的Fe3O4的磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸約為200 nm，這種亞微米級的粒子攜帶蛋白、抗體和藥物可以用于癌癥的診斷和治療。這種局部治療效果好，副作用少。

2.3 納米脂質(zhì)體—仿生物細胞的藥物載體

脂質(zhì)體（Liposome)是一種定時定向藥物載體，屬于靶向給藥系統(tǒng)的一種新劑型。20世紀60年代，英國Bangham AD首先發(fā)現(xiàn)磷脂分散在水中構(gòu)成由脂質(zhì)雙分子層組成的內(nèi)部為水相的封閉囊泡，由雙分子磷脂類化合物懸浮在水中形成的具有類似生物膜結(jié)構(gòu)和通透性的雙分子囊泡稱為脂質(zhì)體。70年代初，Rahman YE等在生物膜研究的基礎(chǔ)上，首次將脂質(zhì)體作為酶和某些藥物的載體。納米脂質(zhì)體作為藥物載體的優(yōu)點：①由磷脂雙分子層包封水相囊泡構(gòu)成，與各種固態(tài)微球藥物載體相區(qū)別，脂質(zhì)體彈性大，生物相容性好；②對所載藥物有廣泛的適應(yīng)性，水溶性藥物載入內(nèi)水相，脂溶性藥物溶于脂膜內(nèi)，兩親性藥物可插于脂膜上，而且同一個脂質(zhì)體中可以同時包載親水和疏水性藥物；③磷脂本身是細胞膜成分，因此納米脂質(zhì)體注入體內(nèi)無毒，生物利用度高，不引起免疫反應(yīng)；④保護所載藥物，防止體液對藥物的稀釋，及被體內(nèi)酶的分解破壞。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。對脂質(zhì)體表面進行修飾，譬如將對特定細胞具有選擇性或親和性的各種配體組裝于脂質(zhì)體表面，以達到尋靶目的。以肝臟為例，納米粒子—藥物復(fù)合物可通過被動和主動兩種方式達到靶向作用：當(dāng)該復(fù)合物被Kupffer細胞捕捉吞噬，使藥物在肝臟內(nèi)聚集，然后再逐步降解釋放入血液循環(huán)，使肝臟藥物濃度增加，對其它臟器的副作用減少，此為被動靶向作用；當(dāng)納米粒子尺寸足夠小約100～150 nm且表面覆以特殊包被后，便可以逃過Kupffer細胞的吞噬，靠其連接的單克隆抗體等物質(zhì)定位于肝實質(zhì)細胞發(fā)揮作用，此為主動靶向作用。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。

納米粒作為輸送多肽與蛋白質(zhì)類藥物的載體是令人鼓舞的，這不僅是因為納米?？筛倪M多肽類藥物的藥代動力學(xué)參數(shù)，而且在一定程度上可以有效地促進肽類藥物穿透生物屏障。納米粒給藥系統(tǒng)作為多肽與蛋白質(zhì)類藥物發(fā)展的工具有著十分廣泛的應(yīng)用前景。

2.4 DNA納米技術(shù)和基因治療

DNA納米技術(shù)(DNA nanotechnology)是指以DNA的理化特性為原理設(shè)計的納米技術(shù)，主要應(yīng)用于分子的組裝。DNA復(fù)制過程中所體現(xiàn)的堿基的單純性、互補法則的恒定性和專一性、遺傳信息的多樣性以及構(gòu)象上的特殊性和拓撲靶向性，都是納米技術(shù)所需要的設(shè)計原理?，F(xiàn)在利用生物大分子已經(jīng)可以實現(xiàn)納米顆粒的自組裝。將一段單鏈的DNA片斷連接在13 nm直徑的納米金顆粒A表面，再把序列互補的另一種單鏈DNA片斷連接在納米金顆粒B表面，將A和B混合，在DNA雜交條件下，A和B將自動連接在一起。利用DNA雙鏈的互補特性，可以實現(xiàn)納米顆粒的自組裝。利用生物大分子進行自組裝，有一個顯著的優(yōu)點：可以提供高度特異性結(jié)合，這在構(gòu)造復(fù)雜體系的自組裝方面是必需的。

美國波士頓大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程所Bukanov等研制的PD環(huán)(PDloop)(在雙鏈線性DNA中復(fù)合嵌入一段寡義核苷酸序列)比PCR擴增技術(shù)具有更大的優(yōu)越性；其引物無須保存于原封不動的生物活性狀態(tài)，其產(chǎn)物具有高度序列特異性，不像PCR產(chǎn)物那樣可能發(fā)生錯配現(xiàn)象。PD環(huán)的誕生為線性DNA寡義核苷酸雜交技術(shù)開辟了一條嶄新的道路，使從復(fù)雜DNA混合物中選擇分離出特殊DNA片段成為可能，并可能應(yīng)用于DNA納米技術(shù)中。

基因治療是治療學(xué)的巨大進步，質(zhì)粒DNA插入目的細胞后，可修復(fù)遺傳錯誤或可產(chǎn)生治療因子(如多肽、蛋白質(zhì)、抗原等)。利用納米技術(shù)，可使DNA通過主動靶向作用定位于細胞；將質(zhì)粒DNA濃縮至50～200 nm大小且?guī)县撾姾?，有助于其對細胞核的有效入侵；而最后質(zhì)粒DNA插入細胞核DNA的準確位點則取決于納米粒子的大小和結(jié)構(gòu)。此時的納米粒子是DNA本身所組成，但有關(guān)它的物理化學(xué)特性尚有待進一步研究。

2.5 納米細胞分離技術(shù)

20世紀80年代初，人們開始利用納米微粒進行細胞分離，建立了用納米SiO2微粒實現(xiàn)細胞分離的新技術(shù)。其基本原理和過程是：先制備SiO2納米微粒，尺寸大小控制在15～20 nm,結(jié)構(gòu)一般為非晶態(tài)，再將其表面包覆單分子層。包覆層的選擇主要依據(jù)所要分離的細胞種類而定，一般選擇與所要分離細胞有親和作用的物質(zhì)作為附著層。這種SiO2納米粒子包覆后所形成復(fù)合體的尺寸約為30 nm。第二步是制取含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液，適當(dāng)控制膠體溶液濃度。第三步是將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，再通過離心技術(shù)，利用密度梯度原理，使所需要的細胞很快分離出來。此方法的優(yōu)點是：①易形成密度梯度；②易實現(xiàn)納米SiO2粒子與細胞的分離。這是因為納米SiO2微粒是屬于無機玻璃的范疇，性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應(yīng)，既不會沾污生物細胞，也容易把它們分開。發(fā)展趨勢

跨入21世紀后的未來二三十年，數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)研究的進展將擴大納米技術(shù)的應(yīng)用范圍，使納米技術(shù)與物醫(yī)學(xué)的聯(lián)系更加緊密，其發(fā)展趨勢是：①生體相容性好的鈦合金等物質(zhì)將逐步開發(fā)，并進入臨床試驗階段；②納米技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合，將有助于揭示生物大分子各級結(jié)構(gòu)與功能的破譯；③納米生物技術(shù)將使藥物的生產(chǎn)實現(xiàn)低成本、高效率、自動化、大規(guī)模，而藥物的作用將實現(xiàn)器官靶向化； ④納米生物技術(shù)應(yīng)用于分子之間的相互作用、分子復(fù)合物和分子組裝的研究將在病毒結(jié)構(gòu)、細胞器結(jié)構(gòu)細節(jié)和自身裝配機制上取得進展；⑤納米生物技術(shù)將使生物活性分子診斷、檢測技術(shù)向微型、微觀、微量、微創(chuàng)或無創(chuàng)、快速、實時、遙距、動態(tài)、功能性和智能化的方向發(fā)展。

有人預(yù)測，二三十年后，醫(yī)生使用納米技術(shù)只需檢測幾個細胞就能判斷出病人是否患上癌癥或判斷胎兒是否有遺傳缺陷。婦女懷孕8個星期左右，在血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細胞，用納米微粒很容易將這些胎兒細胞分離出來進行診斷。在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排異反應(yīng)。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病?！緟⒖嘉墨I】

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外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊，1999

第二篇：納米技術(shù)及其應(yīng)用論文

納米技術(shù)及其在機械工業(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)在微機械和包裝、食品

或總稱為微型電動機械系統(tǒng)（MEMS），用于有傳動機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)計和制造的新工藝。特點是部件很小，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機，用于超快速離心機或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測準原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價值和經(jīng)濟價值。

（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，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，DNA的精細結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細胞內(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。“更冷”是指單個器件的功耗要小。但是“更小”并非沒有限度。

3．納米技術(shù)在機械工業(yè)中的應(yīng)用

3．1納米技術(shù)在微機械領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)應(yīng)用途徑的不斷拓寬，微機械的開發(fā)在全世界方興未艾。例如，進入人體的醫(yī)療機械和管道自動檢測裝置所需的微型齒輪、電機、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)人們的意愿進行設(shè)計和組裝，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)制造納米機械

（1）微細加工。日本發(fā)那科公司開發(fā)的能進行車、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）。該機床設(shè)有編碼器半閉環(huán)控制，還有激光全息式直線移動的全閉環(huán)控制。編碼器與電機直聯(lián)，具有每周6 400萬個脈沖的分辨率，每個脈沖相當(dāng)于坐標(biāo)軸移動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，實現(xiàn)AInano輪廓控制。并用FANUCSERVOMOTORαi伺服電機裝上高分辨率檢測裝置及αi系列伺服放大器，實現(xiàn)了微細加工。

（2）微型機器人。在工業(yè)制造領(lǐng)域，微型機器人可以適應(yīng)精密微細操作，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)計出一種用于組裝納米制造系統(tǒng)的微型機器人，這種機器人的長度約為5mm。研究人員稱，假設(shè)能利用納米制造技術(shù)使這種機器人的體積不斷縮小，其最終的體積不會超過灰塵的微粒。日本三菱公司也開發(fā)了一種微型工業(yè)機器人，該機器人采用了5節(jié)閉式連桿機構(gòu)，以實現(xiàn)手臂的輕量化與高剛性，其動作速度及精度完全可以趕上專用機器人。往復(fù)上下方向25 mm，水平方向100 mm的拾取動作，所需時間縮短到0．28 s。另外，通過采用閉式連桿機構(gòu)與高剛性減速機，實現(xiàn)了比以往機器人高10％的位置重復(fù)精度（±5 nm），可適用于精密微細操作。我國在微型機器人的研制方面也取得了可喜的成績。據(jù)媒體報道，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的機器人，其操作精度達到了納米級，可以應(yīng)用于分子生物學(xué)基因操作，能夠?qū)毎腿旧w進行“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。美國俄亥俄州克利夫西

卡塞大學(xué)已建立了一所納米級微型電機實驗室，專門研究納米技術(shù)及其超微機電系統(tǒng)。美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的微型電動機，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)于汽車上每個零部件在三維空間中運動的精確信息。當(dāng)微型傳感器探測到速度驟減時，就會自動釋放安全氣囊。3．1．2采用自組裝技術(shù)制造納米機械

（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)想式存儲裝置。

（2）納米分子電動機。美國IBM公司瑞士蘇黎士實驗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，這兩個鏈就會自動配對結(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)制造帶有納米級閥門的微型膠囊（納米分子電動機）。通過控制這種驅(qū)動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到治療的目的。3．2納米技術(shù)在包裝機械領(lǐng)域中的應(yīng)用

采用納米材科技術(shù)對包裝機關(guān)鍵零部件（如軸承、齒輪、彈簧等）進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械強度和較高的熱導(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)合材料理想的增強纖維。目前，用價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械零件已 走進企業(yè)，開始代替金屬材料?，F(xiàn)代膠印機上應(yīng)用著很多傳感器．如控制飛達紙堆的自動升降、氣泵供氣時間檢測、合壓時間檢測、空張檢測、墨量控制等。納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強度及較強的韌性可用于制造刀具、包裝和食品機械的密封環(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制成的微米級厚的多層干涉膜，透光性好而反射紅外線能力強，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光催化降解有機物水處理技術(shù)無二次污染，除凈度高，其優(yōu)點是：①具有很大的比表面積，可將有機物最大限度地吸附在其表面；②具有更強的紫外線吸收能力，因而具有更強的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機物分解掉。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)備又提供了一個廣闊的發(fā)展空間。橡膠和塑料是包裝和食品機械應(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度、耐磨性和抗老化性，制品為黑色，不適宜用在食品機械上。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、價格低，但性能遜于工程塑料，而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價格高，限制了它在包裝和食品機械上的大范圍應(yīng)用。用納米材料對普通塑料聚丙烯進行改性，達到工程塑料尼龍－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)在機械行業(yè)中的發(fā)展前景

（1）機械及汽車工業(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世紀新的工業(yè)革命。美國商業(yè)通訊公司研究報告稱，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，我國機械包裝工業(yè)的一些先進設(shè)備、先進技術(shù)，大多是依靠進口。納米技術(shù)的出現(xiàn)，將對我國機械包裝行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新帶來新的發(fā)展機遇。相信在不遠的將來，納米技術(shù)將廣泛應(yīng)用于機械工業(yè)的各個領(lǐng)域，它給機械業(yè)帶來的變化將是巨大的。參考文獻

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最新發(fā)展動向［J］．新材料產(chǎn)業(yè)，2001（4）3唐蘇亞．納米技術(shù)在微機械領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］．微電機，2002 4萬乃建．21世紀數(shù)控技術(shù)新面貌［J］．機械制造，2001（20）

第三篇：納米技術(shù)與應(yīng)用論文

納米技術(shù)與應(yīng)用

Nano technology and application 學(xué)號：2012093207 金月

Student number: 2012093207 Jinyue

摘要：納米技術(shù)是20世紀80年代末期誕生并迅速崛起的新技術(shù),它的基本涵義是在納米尺寸范圍內(nèi)認識和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子,創(chuàng)造新物質(zhì)。納米(nm)是一個長度單位,納米體系(通常界定為1～100nm的范圍)就在其中。這一體系既不完全適合于描述宏觀領(lǐng)域的牛頓經(jīng)典力學(xué)規(guī)律,又不完全適合于描述微觀領(lǐng)域的量子力學(xué)規(guī)律,它表現(xiàn)出了許多獨特的性能,需要用全新的理論、方法和表征手段在納米尺寸范圍內(nèi)認識和改造自然,這就是納米科技。納米科技主要包括:納米物理、納米化學(xué)、納米材料、納米生物納米電子等分支學(xué)科,它們之間既相互獨立,又相互聯(lián)系。目前,各個分支領(lǐng)域都取得了令人矚目的成果,納米科技正處于重大突破的前期。關(guān)鍵詞：新技術(shù) 納米科技應(yīng)用

Abstract: nanotechnology is born in the late 1980 s and rapid rise of the new technology, its basic meaning is within the scope of nano-sized understanding and reforming nature, through direct manipulation and arrangement of atoms, molecules, create new material.Nanometers(nm)is a unit length, nanometer system(usually defined as the range of 1 ~ 100 nm)among them.This system is not completely suitable for describe the macroscopic field of Newton's law of classical mechanics, and not entirely suited to describe the microscopic quantum mechanics in the field of law, it shows many unique properties, need to use new theories, methods and characterization methods in the nanometer size within the scope of understanding and reforming nature, this is the nano science and technology.Nano science and technology mainly includes: physics, chemistry, nano material, nano biological nanometer electronic branch, between them, is mutually independent and contact each other.At present, have made remarkable achievements in various subfields, nano science and technology is a major breakthrough in the early.Key words: new technology nanotechnology applications

中國是世界上少數(shù)幾個最先開展納米科技研究的國家之一。20世紀80年代中期，中國開始資助納米材料研究和納米技術(shù)儀器裝備研制，目前中國的納米科技基礎(chǔ)研究已在國際上占有一席之地。1982年發(fā)明的掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope，STM）和1986年發(fā)明的原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)是納米測量表征上的一個里程碑，標(biāo)志著納米科技從概念階段，進入到實質(zhì)性研究階段納米技術(shù)是一門交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等。這七個相對獨立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度的檢測與表征這三個研究領(lǐng)域。納米材料的制備和研究是整個納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。

納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學(xué)家理查德·費曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當(dāng)時在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個新的想法。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。范曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進行組裝，以達到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個原子一個原子的制造物品的可能性?！?1990年，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對單個的原子進行了重排，納米技術(shù)取得一項關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了IBM三個字母。這證明范曼是正確的，二個字母加起來還沒有3個納米長。不久，科學(xué)家不僅能夠操縱單個的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術(shù)，科學(xué)家們學(xué)會了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計算機硬盤讀寫頭使用的就是這項技術(shù)。納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi)，通過對物質(zhì)反應(yīng)、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實現(xiàn)創(chuàng)造新的材料、器件和充分利用它們的特殊的性能，并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運動的新現(xiàn)象和新規(guī)律。由于納米正好處于原子、分子為代表的微觀世界和以人類活動空間為代表的宏觀世界的中間地帶，被稱為納米世界，也是物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及信息科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)地。納米材料中包含了若干個原子、分子，使得人們可以在原子層面上進行材料和器件的設(shè)計和制備。幾十個原子、分子或成千個原子、分子“組合”在一起時，表現(xiàn)出既不同于單個原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，這種“組合”被稱為“超分子”或“人工分子”?！俺肿印钡男再|(zhì)，如它的熔點、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。當(dāng)“超分子”繼續(xù)長大或以通常的方式聚集成大塊材料時，奇特的性質(zhì)又會失去。通俗來說，納米材料一方面可以被當(dāng)作一種“超分子”，充分地展現(xiàn)出量子效應(yīng)；而另一方面它也可以被當(dāng)作一種非常小的“宏觀物質(zhì)”，以至于表現(xiàn)出前所未有的特性。同時，許多化學(xué)和生物反應(yīng)的過程也發(fā)生在納米尺度的層面上，因此探測納米尺度內(nèi)物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的變化，將加深對生命科學(xué)的理解。對由數(shù)量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規(guī)律的認識和如何操縱或組合他們，是當(dāng)今納米科學(xué)技術(shù)的主要問題之一。當(dāng)前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備、微電子和計算機技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)等方面。納米科技發(fā)展中，納米材料是它的前導(dǎo)，因為納米材料集中體現(xiàn)了小尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高集成度和強相互作用以及高比表面積等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點，其中最應(yīng)該指出的是納米材料是將量子力學(xué)效應(yīng)工程化或技術(shù)化的最好場合之一，可能會產(chǎn)生全新的物理、化學(xué)現(xiàn)象。

現(xiàn)在可以用物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法制備出只包含幾百個或兒千個原子、分子的 “顆?！?。這些“顆?！钡某叽缰挥袔讉€納米，它們很容易與外界的氣體、流體甚至固體的原子發(fā)生反應(yīng)，也就是說十分活潑。實驗上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個納米的顆粒，一遇到空氣就會燃燒，發(fā)生爆炸。有人認為用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會有更大的推力。另外，用納米金屬顆粒粉體做催化劑，可加快化學(xué)反應(yīng)過程，大大地提高化工合成的產(chǎn)率。

如果把金屬納米材料顆粒粉體制成塊狀金屬材料，它會變得十分結(jié)實，強度比普通金屬高十幾倍，同時又可以像橡膠一樣富于彈性。人們幻想有一天會使用這樣的納米鋼材或納米鋁材制造出汽車、飛機或輪船，使它們的重量減少到原來的1/10。不僅如此，汽車或飛機的發(fā)動機由具有塑性的納米陶瓷材料制成，可在更高的溫度下運作，汽車跑得更快，飛機飛得更高。

對于納米技術(shù)研發(fā)，歐洲對美國當(dāng)仁不讓。納米技術(shù)是歐盟前兩個計劃的重點，在第六個框架計劃中，納米技術(shù)又是一個最優(yōu)先領(lǐng)域，研發(fā)經(jīng)費為13億歐元。納米技術(shù)也處在歐盟另兩個優(yōu)先領(lǐng)域生命科學(xué)和信息社會技術(shù)的核心地位。歐洲納米商業(yè)聯(lián)合會稱，如果把歐盟成員國的投資計算在內(nèi)，歐洲2002年的納米技術(shù)的投資應(yīng)是美國的兩倍。歐盟有86個國內(nèi)和國際研究網(wǎng)絡(luò)致力于納米技術(shù)的研究，參加網(wǎng)絡(luò)的有2000多個，其中有許多機構(gòu)得到了國家的資助。德國、法國和英國等都有完備的納米技術(shù)研究計劃。

通信技術(shù)是現(xiàn)代信息社會的重要技術(shù)支撐，在人們的社會生活中發(fā)揮著重要的、不可替代的作用。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從材料、器件、信息傳輸、信息處理、信息顯示、終端通信產(chǎn)品等多個方面為未來通。通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展展示了全新的技術(shù)，正引領(lǐng)未來通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是納米科技對未來的電子信息技術(shù)將產(chǎn)生十分重要的促進作用。納米材料為光纜提供了新的技術(shù)，近來，一些廠商已開發(fā)出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護套用聚乙烯（PE）及光纖護套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對光纜的抗機械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長光纜的使用壽命，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

采用納米科技制造技術(shù)制備的量子點激光器能夠用于量子加密技術(shù)。目前，許多金融機構(gòu)、政府部門和一些國防項目承包商都采用了量子加密技術(shù)。量子保密通信通過了信息傳輸過程中的安全性，在未來10年會有比較大的發(fā)展。利用納米制造技術(shù)制造的光子晶體光纖能用于未來全新光孤子光通信系統(tǒng) 參考文獻：

趙玉芳，楊伯君，張茹，納米技術(shù)在光通信中的應(yīng)用[J].光通信技術(shù)，2007，2，55-56.;周治平、郜定山、汪毅等，硅基集成電子器件的新進展[J].激光與光電子學(xué)進展，2007，2（44）,31-38 周治平、郜定山、汪毅等，硅基集成電子器件的新進展[J].激光與光電子學(xué)進展，2007，2（44）,31-38 曾祥基.新科技革命的特點與經(jīng)濟全球化趨勢[J].成都大學(xué)學(xué)報,2000(3)周兆英，王中林，林立偉．微系統(tǒng)和納米技術(shù)．科學(xué)出版社，2007

第四篇：納米技術(shù)論文

納米“武裝”的交通環(huán)境

交通運輸學(xué)院

肖昊瑋

Cover letter 當(dāng)新興的納米技術(shù)碰到棘手的交通環(huán)保問題，會擦出怎樣不同的火花，會激發(fā)出什么獨具創(chuàng)意的解決靈感？本文將為您一一呈現(xiàn)。摘要

目前環(huán)境問題是全球熱點，交通污染問題也引起了越來越多的關(guān)注，為了交通在服務(wù)人們出行的同時，更好的保護好我們的環(huán)境，人們已做出很多方面的努力與探索。而隨著納米技術(shù)的興起，人們開始考慮將納米技術(shù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域，來改善目前的交通環(huán)境問題。本文通過對納米技術(shù)的理論性分析，即通過納米技術(shù)應(yīng)用前后的參數(shù)分析，進而論述其運用在交通領(lǐng)域上的可行性，以及對現(xiàn)有的應(yīng)用于交通廢氣處理、噪音處理及污水處理等方面的納米技術(shù)進行研究與探討，來闡明納米技術(shù)的的確確在交通環(huán)保方面具有其特有的優(yōu)勢，納米環(huán)保值得推而廣之，讓交通更好的服務(wù)我們的生活。背景與意義

納米，這個曾經(jīng)轟動一時的新興詞匯，這個曾經(jīng)讓世人感到好奇的計量單位，現(xiàn)如今正在以其特有的科學(xué)魅力，一步步地改變著我們的世界。當(dāng)下正是科技水平飛速發(fā)展、日新月異的時代，隨之而來的交通環(huán)境問題是亟待解決的，交通工具為我們出行提供便利的同時帶來的尾氣成為了清新空氣的“最大殺手”，其此起彼伏的鳴笛

聲帶來的噪音污染也讓我們的耳朵備受煎熬，輪渡在客運貨運方面做出諸多貢獻的同時，也帶來了水污染這樣令人頭疼的問題。隨著納米技術(shù)的悄然崛起，納米環(huán)保也會迅速來臨?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)的日臻完善和成熟，將納米技術(shù)愈發(fā)廣泛地應(yīng)用于交通領(lǐng)域，會對我們的交通生活的改善作用日益凸顯出來。而且，納米技術(shù)拓展了人類利用資源和保護環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。理論基礎(chǔ)

空氣凈化方面：目前大部分交通工具（如汽車、火車、飛機等）仍以化石燃料為主要能量來源，然而化石燃料卻存在明顯的污染特質(zhì)——不易充分燃燒，從容造成空氣的污染以及能源的浪費。環(huán)境保護和能源高效利用是可持續(xù)發(fā)展的主旋律，就燃油來說，尋找提高燃油燃燒效率和降低廢氣排放的途徑便成了當(dāng)務(wù)之急。而一般的化學(xué)清洗類添加劑（清凈劑）加入燃油中的主要作用是防止化油器或噴嘴附著沉積物（膠質(zhì)），對除去已沉積在燃燒室和油路中的沉積物也有一定作用，但其作用僅僅是維持了發(fā)動機的正常工作點，沒有從根本上解決燃燒、排放和積碳的問題。這類添加劑降低尾氣排放的效果并明顯。要提高燃油燃燒的效率，必須提高燃油的霧化程度，也就是增大其比表面積。而納米燃油添加劑正是通過這樣的過程讓燃油二次霧化，上萬倍地提高了燃油的物理活性。有資料表明，運用納米技術(shù)還可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％。在燃煤中加入的納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產(chǎn)生。納米級催化劑用于汽車尾氣催化，有極強的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產(chǎn)生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進行尾氣凈化處理。另外我們知道，氫能是新的清潔能源，但儲存等方面的問題制約著氫能的開發(fā)利用，已有的稀土由于儲氫量少，應(yīng)用受到很大的限制。如能研制成功一種合成的高質(zhì)量碳納米材料，則能儲存和凝聚大量的氫氣，并可以做成燃料電池驅(qū)動汽車，可有效避免因機動車尾氣排放所造成的大氣污染。

噪音控制方面：經(jīng)檢測，飛機、車輛、船舶等主機工作時的噪聲可達到上百分貝，容易對人造成干擾和危害。當(dāng)機器設(shè)備等被納米技術(shù)微型化以后，其互相撞擊、摩擦產(chǎn)生的交變機械作用力將大為減少，噪聲污染便被得到有效控制。

污水純凈化方面：水運交通是客貨運的主力軍，而航道是水運交通體系中最為重要的一環(huán)，其暢通與否直接關(guān)系到水運是否順利進行?？赡壳昂舆\航道均或多或少遭受到了污染，其污染物大部分是生活垃圾，有的河段中還遭受到農(nóng)藥等化學(xué)制劑的污染，而海航航道則會時常由于原油泄漏而造成大面積水域污染。這些污水問題的處理就顯得迫在眉睫。新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力，它是普通凈水劑的10～20倍，可將污水中的懸浮物和鐵銹、異味等污染物除去，通過納米孔徑的過濾裝置，還能把水中的細菌、病毒去除。因細茵、病毒的直徑比納米大而被過濾掉，可水分子以及比水分子還要小的礦物質(zhì)元素卻被保留下來，經(jīng)過納米凈化后的水體清澈，沒有異味，成為高質(zhì)量的純凈水，甚至完全可以飲用。

應(yīng)用舉例

空氣凈化方面：目前研制出來并已應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域的EPS納米節(jié)能燃料裝置，就是利用的納米技術(shù)將汽油分子分割成納米為單位的質(zhì)子保證充分燃燒，這樣應(yīng)用的結(jié)果是，氣體燃燒完全有助于動力提升，節(jié)約能源。

噪音控制方面：目前研制開發(fā)出來的納米技術(shù)潤滑劑，既能在物體表面形成半永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤滑作用，得以大大降低機器設(shè)備運轉(zhuǎn)時的噪聲，又能延長它的使用壽命。另外，近年來有關(guān)工頻電磁場對人體健康的影響問題已眾所周知，可現(xiàn)在我們再也不用為防電磁輻射而擔(dān)憂。在強烈輻射區(qū)工作并需要電磁屏蔽時，可以在墻內(nèi)加入納米材料層，或者涂上納米涂料，能大大提高遮擋電磁波輻射性能。

污水純凈化方面：納米二氧化鈦就是目前運用最為廣泛的一種污水處理制劑，其催化、降解、吸附的能力都十分突出，還具有極強的殺菌作用和絮凝能力，能有效地保障河運航道無垃圾、泥沙堵塞的情況發(fā)生，以及保證海運航道的原油污染得到最快最及時的處理，從而是水路運輸更加安全環(huán)保。結(jié)論

被稱之為21世紀前沿科學(xué)的納米技術(shù)在交通環(huán)境保護領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，甚至?xí)淖內(nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)環(huán)保觀念，利用納米技術(shù)解決交通污染問題將成為未來交通環(huán)境保護發(fā)展的必然趨勢。雖然本文

講述的都是納米技術(shù)對交通環(huán)境改善方面一些小應(yīng)用，但納米技術(shù)做出的貢獻，其影響可是極其深遠的。相信被納米“武裝”了的交通環(huán)境會變得越來越美，而未來納米技術(shù)對我們生活的貢獻也必將是無止境的。參考文獻

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第五篇：納米技術(shù)論文

納米材料的應(yīng)用及未來小望

（北京交通大學(xué) 軟件學(xué)院 軟件工程 15301111 張子開）由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。8.1陶瓷增韌

陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。8.2磁性材料方面的應(yīng)用

磁性金屬和合金一般都有磁電阻現(xiàn)象，所謂磁電阻是指在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，人們把這種現(xiàn)象稱為磁電阻。所謂巨磁阻就是指在一定的磁場下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值約高10余倍。巨磁電阻效應(yīng)是近10年來發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象。磁性液體的主要特點是在磁場作用下可以被磁化，可以在磁場作用下運動，但同時它又是液體，具有液體的流動性。在靜磁場作用下，磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團鏈簇，從而使得液體變?yōu)楦飨虍愋缘慕橘|(zhì)。當(dāng)光波、聲波在其中傳播時（如同在各向異性的晶體中傳播一樣），會產(chǎn)生光的法拉第旋轉(zhuǎn)、雙折射效應(yīng)、二向色性以及超聲波傳播速度與衰減的各向異性。此外，磁性液體在靜磁場作用下，介電性質(zhì)亦會呈現(xiàn)各向異性。這些有別于通常液體的奇異性質(zhì)，為若干新穎的磁性器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。納米微晶軟磁材料目前沿著高頻、多功能方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈榧败洿挪牧蠎?yīng)用的各方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻高壓器、可飽和電抗器、互感器、磁屏蔽、磁頭、磁開關(guān)、傳感器等，它將成為鐵氧體的有力競爭者。新近發(fā)現(xiàn)的納米微晶軟磁材料在高頻場中具有巨磁阻抗效應(yīng)，又為它作為磁敏感元件的應(yīng)用增添了多彩的一筆。研制納米復(fù)合稀土永磁材料，通常軟磁材料的飽和磁化強度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又遠高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范圍內(nèi)進行復(fù)合，就有可能獲得兼?zhèn)涓唢柡痛呕瘡姸?、高矯頑力的新型永磁材料。微磁學(xué)理論表明，稀土永磁相的晶粒尺寸只有低于20 nm時，通過交換糯合才有可能增大剩磁值。

8.3納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進行的反應(yīng)也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～18倍。

8.4在漿料方面的應(yīng)用 納米材料用作導(dǎo)電漿料，導(dǎo)電漿料是電子工業(yè)的原材料，由于納米材料可使塊體材料的熔點大大降低，因此用超銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以在低溫下燒結(jié)，此時基片可以不用耐高溫陶瓷，甚至可采用塑料等低溫材料。8.5在精細化工方面的應(yīng)用

精細化工是一個巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。

9納米材料的應(yīng)用前景

納米材料的應(yīng)用前景是十分廣闊的，如：納米電子器件，醫(yī)學(xué)和健康，航天、航空和空間探索，環(huán)境、資源和能量，生物技術(shù)等。我們知道基因DNA具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑約為幾十納米。用合成的晶粒尺寸僅為幾納米的發(fā)光半導(dǎo)體晶粒，選擇性的吸附或作用在不同的堿基對上，可以“照亮”DNA的結(jié)構(gòu)，有點像黑暗中掛滿了燈籠的寶塔，借助與發(fā)光的“燈籠”，我們不僅可以識別燈塔的外型，還可識別燈塔的結(jié)構(gòu)。簡而言之，這些納米晶粒，在DNA分子上貼上了標(biāo)簽。目前，我們應(yīng)當(dāng)避免納米的庸俗化。盡管有科學(xué)工作者一直在研究納米材料的應(yīng)用問題，但很多技術(shù)仍難以直接造福于人類?，F(xiàn)階段納米材料的應(yīng)用主要集中在納米粉體方面，屬于納米材料的起步階段，應(yīng)該指出這不過是納米材料應(yīng)用的初級階段，可以說這并不是納米材料的核心，更不能將“納米粉體的應(yīng)用”等同與納米材料。

10小結(jié)

納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21世紀是納米技術(shù)的時代，國家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“21世紀最重要、最前沿的科學(xué)”。納米材料的應(yīng)用涉及到各個領(lǐng)域，在機械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護等重大問題。21世紀初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，設(shè)計出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學(xué)技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀經(jīng)濟新增長點的基礎(chǔ)。

參考文獻及資料

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