第一篇：探討稀土上納米粒子與細胞的相互作用機制論文大全

上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料是一種由低能量的近紅外光激發(fā)發(fā)射出高能量可見光的發(fā)光材料，大部分是鑭系元素摻雜的上轉(zhuǎn)換納米粒子。上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料有很多獨特的優(yōu)點: 毒性小、化學(xué)穩(wěn)定性高、光穩(wěn)定性好、發(fā)射和吸收帶狹窄、熒光壽命長，另外由近紅外激發(fā)發(fā)光有較深的光穿透深度、對生物樣本和生物組織幾乎無損傷、無背景熒光、耐光漂白。這些優(yōu)異的特性使上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子在生物熒光標記染料、藥物載體和以能量共振轉(zhuǎn)移為基礎(chǔ)的生物檢測等醫(yī)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。納米粒子安全高效的進入細胞是這些應(yīng)用成功實現(xiàn)的關(guān)鍵。然而，關(guān)于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子與細胞相互作用的研究尚未見報道。因此，本文對稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子與細胞相互作用的機制做了初步的研究。

上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料中發(fā)光效率最高的是稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子，其中的佼佼者是離子對Yb3 + /Er3 + 或Yb3 + /Tm3 + 摻雜的NaYF4納米粒子。據(jù)此，本文選用了兩種類型的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子進行研究。第一種是根據(jù)文獻報道合成的巰基丁二酸修飾的親水性上轉(zhuǎn)換NaYF4: Yb3 +，Er3 + 納米粒子(HMNPs)。第二種是由本課題組合成的氨基修飾的親水性上轉(zhuǎn)換NaYF4:Yb3 +，Er3 + 納米粒子(HINPs)。這兩種粒子的物理化學(xué)性質(zhì)相近，但表面電荷極性不同。HMNPs 因表面包覆巰基而帶負電，HINPs 因表面接氨基而帶正電。HMNPs 是文獻報道中比較常用的一種稀土上轉(zhuǎn)換納米粒子因此很具代表性，而帶有正電的HINPs 可以從另一個角度反映上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子與細胞的相互作用機制。實驗

1.1 試劑和儀器

高糖培養(yǎng)基(DMEM)，胎牛血清(FBS)和0.25%胰蛋白酶，Gibco;1% 雙抗，磷酸緩沖鹽溶液(PBS)，Hyclone;曲拉通X-100，Aladdin。GATAN 832.20B 透射電鏡;RF-5301 熒光分光光度計;Zetasizer Nano Seriesa ZEN4602 納米粒度電位儀;BD FACS Calibur 流式檢測儀;LeicaTCS SP8 共聚焦檢測儀;Dimension Icon，BrukerAXS 原子力顯微鏡。

1.2 細胞培養(yǎng)

MDA-MB-231 細胞在完全培養(yǎng)基(高糖基礎(chǔ)培養(yǎng)基∶ 胎牛血清∶ 雙抗= 89∶ 10∶ 1)，37 ℃，5% CO2的條件下培養(yǎng)。

1.3 流式細胞檢測

將2 mL 密度為1 × 105 個·mL-1 的細胞接種在細胞培養(yǎng)皿中培養(yǎng)10 h，然后將培養(yǎng)基吸掉，用PBS 清洗3 次，加入濃度為100 μg·mL-1 HINPs 或HMNPs 粒子的分散液，分別放在三種不同的培養(yǎng)條件下培養(yǎng): 37 ℃(常規(guī)條件)，低溫4 ℃和曲拉通X-100(Triton X-100)。

℃條件下，粒子的分散液是將納米粒子原液添加到完全培養(yǎng)基制得，用其替換原培養(yǎng)基后放在37 ℃，5% CO2的條件下接著培養(yǎng)。低溫4 ℃條件下，將粒子原液加入完全培養(yǎng)基得到分散液，用其替換原培養(yǎng)基放在低溫4 ℃的條件下繼續(xù)培養(yǎng)。曲拉通X-100 條件下，將粒子原液添加到含曲拉通X-100(體積分數(shù)為0.0033%)的完全培養(yǎng)基得到分散液，用其替換原培養(yǎng)基放在37 ℃，5%CO2的條件下繼續(xù)培養(yǎng)。

每種條件下細胞都分別繼續(xù)培養(yǎng)1，3，5 和10 h，然后將含粒子的培養(yǎng)基吸出，用PBS 清洗3次，用0.5 mL 0.25%的胰酶消化4 min，后用2 mL的完全培養(yǎng)基終止消化，將其放入離心管以1000r·min-1的速度離心5 min 得到細胞，向離心管內(nèi)加入3 mL PBS 將細胞吹打均勻后再離心5 min，最后將得到的細胞分散在500 μL 的PBS 中做流式檢測。每次至少測量10000 個細胞后再計算細胞平均熒光強度。

1.4 共聚焦成像

將2 mL 密度為2.5 × 104 個·mL-1 的細胞懸液接種在含直徑為20 mm 玻片的35 mm 的培養(yǎng)皿中培養(yǎng)，培養(yǎng)方式和培養(yǎng)條件與做流式檢測的實驗相同，不同之處在最后樣品處理的過程。細胞在含粒子的培養(yǎng)基中分別培養(yǎng)1，3，5，10 h后，用PBS 清洗3 次，最后向培養(yǎng)皿中加入1 mL 的PBS，接著進行共聚焦檢測。

1.5 原子力顯微鏡檢測(AFM)

在研究表面活性劑對上轉(zhuǎn)換納米粒子與細胞相互作用影響之前，我們先用原子力顯微鏡做了一些前期實驗來研究表面活性劑對細胞形態(tài)的影響。培養(yǎng)皿中加入2 mL 密度為3.25 × 104個·mL-1的細胞培養(yǎng)10 h。將培養(yǎng)基替換成含有0.0033% 曲拉通X-100 的完全培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)10 h。用PBS 將細胞清洗3 次，接著用3% 的甲醛溶液在4 ℃固定2 h，用PBS 清洗5 次，后依次用10%，30%，40%，60%，70%，80%，90% 和100%的乙醇處理5 min 脫水。最后樣品用原子力顯微鏡進行檢測。結(jié)果和討論

HINPs 和HMNPs 是平均粒徑為30 nm 的近似六邊形的親水性稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子，HINPs因表面氨基帶正電，HMNPs 因表面巰基帶負電。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子可以由低能量近紅外光激發(fā)發(fā)射出高能量的可見光，所以進行體內(nèi)或體外的熒光檢測時，可直接使用上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子而不需要標記熒光染料。由于沒有熒光染料釋放到體內(nèi)環(huán)境，所以用這種材料進行熒光成像和流式檢測時會獲得更準確的數(shù)據(jù)。雖然HINPs和HMNPs 的表面基團不同，但是濃度相同的HINPs 和HMNPs 溶液由激發(fā)光980 nm 激發(fā)發(fā)射的熒光強度基本相近，所以細胞熒光成像時不會因熒光強度的不同造成巨大的成像差異。HINPs 和HMNPs 在三種不同的培養(yǎng)環(huán)境中與細胞相互作用，包括37 ℃(常規(guī)條件)，低溫4 ℃和曲拉通X-100。通過使用共聚焦成像和流式檢測兩種檢測手段對細胞進行表征。

2.1 HINPs 與細胞相互作用的探究

2.1.1 37 ℃常規(guī)條件

℃條件下，將細胞放在含有100 μg·mL-1HINPs 的完全培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間。由共聚焦圖3 可以看到，1 h 時幾乎沒有HINPs 進入細胞，大部分的顆粒粘附在細胞膜上。3 h 后，大量顆粒進入細胞，使得細胞熒光強度有了顯著提高。5 和10h 后，顆粒更加均勻地分布在細胞內(nèi)，吸附在細胞膜上的顆粒少。隨著時間的推移，細胞熒光強度整體上有增加的趨勢。通過使用流式細胞儀對細胞熒光強度做定量檢測，由圖4可知細胞的熒光強度的確隨著時間的推移而增長，3 h 內(nèi)顆粒進入細胞的速度最快，此后粒子進入細胞的數(shù)量增長緩慢且逐漸趨于平衡。另外，細胞內(nèi)有顯著的點狀熒光分布格局，可以推論HINPs 是被囊泡包裹進入細胞。

2.1.2 低溫4 ℃℃條件下 4 ℃的條件下基本沒有HINPs 進入細胞。根據(jù)文獻報道在4 ℃的培養(yǎng)條件下為細胞膜轉(zhuǎn)運物質(zhì)提供能量的途徑會受到抑制，從而阻礙胞吞和胞吐等需消耗能量的跨膜運輸方式。因此可以推論出細胞對HINPs 的攝取需要消耗能量。

2.1.3 曲拉通X-100

將細胞在含HINPs 和曲拉通X-100 的完全培養(yǎng)基的條件下培養(yǎng)，進一步探究HINPs 的轉(zhuǎn)運是否與膜蛋白有關(guān)。曲拉通X-100 作為一種非離子去污劑，可以破壞蛋白質(zhì)-脂質(zhì)以及脂質(zhì)-脂質(zhì)之間的連接，但不破壞蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的連接，使蛋白質(zhì)從細胞膜上溶解和分離。曾有研究表明當曲拉通X-100 的濃度低于0.15 mmol·L-1 時，細胞膜的通透性沒有變化且不影響細胞活性。為了證明這一點我們先做了預(yù)實驗，將細胞放在含0.0033%(0.04 mmol·L-1)曲拉通X-100 的完全培養(yǎng)基中培養(yǎng)10 h，用AFM 進行檢測。在沒有加曲拉通X-100 的空白對照組中，統(tǒng)計了50 處不同位置不同細胞剖面高度的數(shù)值，得出對照組細胞膜的平均高度差為81 nm。在曲拉通X-100 處理過的實驗組中，統(tǒng)計了50 處不同位置不同細胞剖面高度的數(shù)值，得出對照組細胞膜的平均高度差為193 nm。實驗組的高度差要遠大于對照組的高度差，說明曲拉通X-100 確實能在細胞保持活性的情況下使細胞膜產(chǎn)生孔洞。將細胞在含HINPs 與0.0033% 曲拉通X-100的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，細胞內(nèi)看不到綠色熒光與37 ℃ 條件含HINPs 培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細胞相比，在僅是添加了曲拉通X-100 的情況下就導(dǎo)致了細胞內(nèi)沒有綠色熒光的出現(xiàn)，即無納米粒子的進入。通過前面對曲拉通X-100 作用的討論可知，雖然細胞膜上出現(xiàn)一些空洞，但細胞仍然保活性、細胞膜的整體構(gòu)架完整且通透性沒有變化，由此可推論出曲拉通X-100 主要影響的是膜蛋白的活性，甚至使得膜蛋白與細胞膜分離。因此HINPs 納米粒子未能進入細胞，可以理解為由于膜蛋白的失活或缺失而導(dǎo)致納米粒子不能進入細胞。因此，膜蛋白在HINPs 的跨膜過程中有著非常重要的作用。

通過對37 ℃，4 ℃和曲拉通X-100 三種條件的實驗結(jié)果的分析可推出HINPs 進入細胞應(yīng)該先與細胞膜上的受體蛋白結(jié)合，導(dǎo)致膜凹陷，繼而形成內(nèi)吞囊泡進入細胞。這一過程也稱為消耗能量的受體介導(dǎo)的胞吞運輸方式。

2.2 HMNPs 與細胞相互作用的探究

為了從另一個角度探究上轉(zhuǎn)換納米粒子與細胞的相互作用，我們采用另一種表面帶負電的HMNPs 納米粒子做相同的實驗進行對比。HMNPs與HINPs 細胞熒光強度的變化在總體趨勢上沒有明顯的區(qū)別。在37 ℃ 條件下培養(yǎng)時，細胞攝取HMNPs 的量是最大的。在其它情況下基本沒有粒子進入細胞。HMNPs 進入細胞的過程同樣是一種消耗能量的受體介導(dǎo)的胞吞運輸方式。雖然HMNPs 與HINPs 的運輸方式相同，但是由共聚焦看到HMNPs 的細胞熒光強度要比HINPs 的細胞熒光強度弱，即HMNPs 進入細胞的量要小于HINPs 的進入量。兩種粒子各自相對熒光強度圖，計算方法是將每個時間點的實驗組與空白對照組的細胞熒光強度相減得到差值，后將每個差值除以1 h 的差值得到相對強度。這樣排除了粒子熒光發(fā)光強度不同的因素，可以直接定量得出正常條件下細胞對HMNPs 的攝取量的確遠低于對HINPs的攝入量，說明帶正電的HINPs 更容易和帶負電的細胞膜結(jié)合進入細胞。結(jié)論

表面包覆氨基而帶正電的HINPs 和包覆巰基帶負電的HMNPs 是兩種典型的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子。通過研究發(fā)現(xiàn)，37 ℃條件下這兩種納米粒子在10 h 內(nèi)進入細胞的數(shù)量呈逐漸增加的趨勢，并且呈顯著的點狀熒光分布。由此表明這些納米粒子是以囊泡包裹的方式進入細胞的。低溫4 ℃時細胞內(nèi)消耗能量的轉(zhuǎn)運方式受到抑制而此時粒子基本未進入細胞，說明細胞對這些粒子的攝取是消耗能量的過程。適量曲拉通X-100 能在細胞保持活性的狀態(tài)下使膜蛋白失活甚至脫落，此種條件下也沒有粒子進入細胞，證明膜蛋白在納米粒子的轉(zhuǎn)運中有著重要的作用。綜上所述可推斷HINPs和HMNPs 的跨膜是一種能量消耗的受體介導(dǎo)的胞吞運輸方式。另一方面，帶正電的HINPs 相較于帶負電的HMNPs 更容易與細胞膜相互作用進入細胞，表明帶正電的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子作為運輸藥物的載體會更有優(yōu)勢。由共聚焦成像和流式檢測可知HINPs 在細胞內(nèi)受激發(fā)射出很強的熒光，證明這種材料能夠成為優(yōu)異的體內(nèi)成像材料。通過對上述研究的分析，我們相信這項工作會為探究上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米粒子與細胞相互作用的機制開啟新思路，為設(shè)計安全高效的納米藥物載體和體內(nèi)成像材料提供實驗和理論依據(jù)。

第二篇：納米材料與技術(shù)論文

石墨烯在橡膠中的應(yīng)用

摘要：石墨烯具有較強的力學(xué)性能和導(dǎo)電/導(dǎo)熱性質(zhì)，為發(fā)展多功能聚合物納米材料提供了新的方向。本文簡單介紹了石墨烯的制備及其功能化,并重點介紹了石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料的3種主要制備方法，同時分析了石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料的發(fā)展前景和存在問題.關(guān)鍵詞：石墨烯 納米復(fù)合材料 制備引言

橡膠在室溫下具有獨特的高彈性，其作為一種重要的戰(zhàn)略性物資，泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟"高新技術(shù)和國防軍工等領(lǐng)域。然而，未補強的橡膠存在強度低，模量低，耐磨差，抗疲勞差等缺陷。因此絕大數(shù)橡膠都需要補強，同時隨著橡膠制品的多元化，在滿足最基本的物理機械性能強度的同時，需要具有功能性的納米填料/橡膠復(fù)合材料。石墨烯是一種有著優(yōu)異性能的二維納米填料，將石墨烯與聚合物復(fù)合是發(fā)揮其性能的重要途徑，石墨烯/橡膠納米復(fù)合材料對橡膠的力學(xué)機械性能、電學(xué)性能、導(dǎo)熱性能和氣體阻隔性能等都有很大提升，因此得到了廣泛關(guān)注。石墨烯的制備及其衍生物的功能化 2.1 石墨烯的制備

本文重點介紹利用氧化石墨烯（GO）的還原來制備石墨烯，該方法制備的石墨烯不能完全消除含氧官能團，還存在結(jié)構(gòu)缺陷和導(dǎo)電性差等缺點，但是相比于其他方法，其宏量和廉價制備的特點更為突出。2.2 氧化石墨烯的還原

目前，氧化石墨烯的還原一般分為熱還原與化學(xué)還原兩種方法。熱還原是指 GO在高溫下脫除表面的含氧基團并釋放大量氣體，從而還 原并剝離GO.化學(xué)還原法是指利用具有還原性的物質(zhì)對GO進行脫氧還原。2.3 石墨烯的功能化

對于氧化石墨烯還原之后的石墨烯，可以用非共價鍵改性，通過工業(yè)用燃料，熒光增白劑，表面活性劑高效穩(wěn)定石墨烯。

2.4 橡膠/石墨烯復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，性能的檢測

利用紅外光譜儀測定復(fù)合物的紅外光譜圖;用X射線衍射儀（XRD)測定復(fù)合物的衍射譜圖;用發(fā)射掃描電鏡(SEM)分析復(fù)合物的形貌；用電子萬能試驗機測試式樣力學(xué)性能。3 橡膠/石墨烯橡膠納米復(fù)合物的制備方法

目前制備石墨烯/橡膠復(fù)合材料的制備方法主要有三種，即膠乳共混法，溶液共混法，機械混煉法。3.1 膠乳共混法 利用超聲輻照膠乳和原位還原法(ULMR)制備石墨烯均勻分散的石墨烯/NB復(fù)合材料的方法，解決了石墨烯在橡膠基體中的分散和剝離問題，橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能大幅度提高[1].通過膠乳混合-靜態(tài)熱壓和硫化方法制備了具有石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的石墨烯/NR納米復(fù)合材料[2].黃光速等通過膠乳法分別制備了石墨烯/NR和石墨烯/丁苯橡膠(SBR)復(fù)合材料，并研究了材料的硫化機理[3].Kim等[4]通過膠乳法制備了石墨烯/SBR復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)橡膠材料的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性能得到了顯著提升.Schopp等[5]通過膠乳法制備了常規(guī)和新型碳系填料(炭黑,碳納米管,石墨烯)填充的SBR復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)不同填料類型、填充量、填料分散方法對復(fù)合材料性能的有影響，其中，石墨烯對SBR復(fù)合材料的力學(xué)性能、電性能以及氣體阻隔性能的提高最為顯著.3.2 溶液共混法

Lian等[6]通過溶液共混法制備了石墨烯/丁基橡膠(IR)復(fù)合材料,橡膠機械性能得到顯著的提升.Sadasiviuni等[7]用馬來酸酐接枝丁基橡膠(MA-g-HR)，通過溶液法制備得到了石墨烯/MA-g-HR納米復(fù)合材料.Bai等[8]利用超聲將氧化石墨烯分散到二甲基甲酰胺，將丁腈橡膠(NBR)溶于四氫呋喃，然后將氧化石墨烯分散液加到橡膠溶液中，再經(jīng)超聲、分散、干燥、雙輥混煉和熱壓硫化得到了氧化石墨烯/NBR復(fù)合材料.3.3 機械混煉法

Mahmoud等[9]最早通過機械混煉法制備了石墨烯/NBR復(fù)合材料，并研究了石墨烯對材料的循環(huán)疲勞的影響.Al-solamy等[10]先利用雙輥開煉機對復(fù)合橡膠進行機械混煉，然后將復(fù)合橡膠模壓成面積為1cm2、高1cm的圓柱體，最后熱壓、硫化得到石墨烯/NBR復(fù)合材料,并研究了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，提出了導(dǎo)電橡膠納米復(fù)合材料壓阻效應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)模型.Das等通過機械共混法分別制備了石墨烯、膨脹石墨(EG)、CNTs、EG/CNTs雜化填充SBR納米復(fù)合材料，并對4種復(fù)合材料的電性能和力學(xué)性能做了對比.Dao等[11]通過鋁三仲丁醇在DMF水溶液中處理石墨烯制備出氧化鋁涂覆氧化石墨烯納米片復(fù)合填料.3.4 其他方法。

Castro等[12]采用氣相沉積法在聚苯胺/乙丙橡膠復(fù)合導(dǎo)電橡膠中趁機石墨烯的方法制備了新型有機電導(dǎo)材料；Cheng等[13]以金屬鎳泡沫為模版，通過CVD法制備了三維石墨烯泡沫，再將二甲基硅橡膠澆筑到石墨烯泡沫中制備石墨烯/合成橡膠復(fù)合材料；Zhan等[14]報道了將化學(xué)還原的石墨烯自組裝到NR膠乳粒子表面，在不經(jīng)過開練配合的情況下直接靜態(tài)熱壓硫化，制備了具有石墨烯“隔離”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的NR復(fù)合材料（NRLGES）；Wang等[15]在玻璃基板上通過層-層的靜電組裝制備了聚乙烯亞胺/羧基丁腈橡膠多層膜材料.4結(jié)論與展望

石墨烯具有優(yōu)異的物理和電特性，作為橡膠納米填料，具有非常高的增強效率和效果，同好似還可以賦予橡膠材料其他特性如導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，改善其機械性能和氣體阻隔性能等，對橡膠制品的高性能化和功能化具有特別的意義。

石墨烯/橡膠復(fù)合材料的制備方法的核心問題是在集體中均勻有效的分散與分布石墨烯填料。目前常用的復(fù)合方法有：膠乳共混、溶液共混和機械混煉，一般采用溶液共混和膠乳共混制備的復(fù)合材料中石墨烯分散均勻，因此復(fù)合材料具有更優(yōu)異的性能。GO表面的含氧基團能有效增強與極性橡膠的界面作用；還原石墨烯比表面積大且存在“褶皺”結(jié)構(gòu)，因此其與大多數(shù)非極性橡膠如NR，SBR等有較強的界面結(jié)合。通過石墨烯的表面修飾可以進一步提高街面作用和石墨烯分散，從而提高復(fù)合材料性能，總的來說，石墨烯可以有效的增加各種橡膠基材的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，機械強度和氣體阻隔性。

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第三篇：納米材料與納米技術(shù)論文

納米材料與納米技術(shù)

學(xué)院：自動化學(xué)院

專業(yè)年級： 2015級物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)生姓名：梁建業(yè) 學(xué)號：3115001473

4班 摘要：納米技術(shù)是當今世界最有前途的決定性技術(shù)。文章簡要了解納米材料和納米技術(shù)，介紹它的一些相關(guān)的應(yīng)用及其在國內(nèi)外的現(xiàn)狀，并嘗試預(yù)測它的發(fā)展趨勢。與此同時，也共同探討下其存在的問題。首先，讓我們來簡單地了解下納米材料和納米技術(shù)吧！一． 什么是納米材料？

納米是一個長度單位，1nm=10ˉ9m。納米材料是指在結(jié)構(gòu)上具有納米尺度調(diào)制特征的材料，納米尺度一般是指1~100nm。當一種材料的結(jié)構(gòu)進入納米尺度特征范圍時，其某個或某些性能會發(fā)生明顯的變化。納米尺度和性能的特異變化是納米材料必須同時具備的兩個基本特征。

按材質(zhì)，納米材料可分為納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復(fù)合材料。其中納米非金屬材料又可細分為納米陶瓷材料、納米氧化物材料和其他非金屬納米材料。

按納米尺度在空間的表達特征，納米材料可分為零維納米材料即納米顆粒材料、一維納米材料（如納米線、棒、絲、管和纖維等）、二維納米材料（如納米膜、納米盤和超晶格等）、納米結(jié)構(gòu)材料即納米空間材料（如介孔材料。

按形態(tài)，納米材料可分為納米顆粒材料、納米固體材料（也稱納米塊體材料）、納米膜材料以及納米液體材料（如磁性液體納米材料和納米溶膠等）。

按功能，納米材料可分為納米生物材料、納米磁性材料、納米藥物材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料以及納米環(huán)保材料等）。

二．什么是納米技術(shù)？

納米技術(shù)（nanotechnology）是指在0.1~100nm空間尺度上操縱原子和分子，對材料進行加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品或?qū)ξ镔|(zhì)及其結(jié)構(gòu)進行研究的一門綜合性的高新技術(shù)學(xué)科。其實通俗的講就是“use little things to finish the big work”。我們在分子原子這樣的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技產(chǎn)品，他們往往具有相比于一般材料更優(yōu)良的性能，具有很高的實用價值和研究價值。而將納米應(yīng)用到測量等方面，又可以達到高精度的效果，比如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子顯微鏡(AFM)的發(fā)明等。另外還有：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計量學(xué)等方面的應(yīng)用。

三． 納米技術(shù)的特異性質(zhì)及其相關(guān)的應(yīng)用。

1.納米技術(shù)的具有的個性效應(yīng)。

小尺寸效應(yīng)是指：隨著顆粒尺寸的不斷減小，當進入納米量級的時候，顆粒的光、聲、電磁和熱力學(xué)等物理性質(zhì)將發(fā)生根本性變化的一類現(xiàn)象。比如磁性的納米顆粒的矯頑力異常之高，而且其有很多應(yīng)用，磁性車票、磁性鑰匙、磁性信用卡等都是應(yīng)用這一性質(zhì)；又如納米二氧化鈦陶瓷一改傳統(tǒng)陶瓷在室溫下可彎曲，塑性形變可達到100%，這就克服了傳統(tǒng)陶瓷性非常脆的弱點。

量子尺寸效應(yīng)是指：隨著顆粒的尺寸進入納米量級，電子能級也隨之從連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的，也就是量子化的了，而且能級間距也發(fā)生了分裂。這時納米微粒的磁、光、聲、熱、電等性能有了根本性的轉(zhuǎn)變，例如實驗結(jié)果表明，納米銀是絕緣體。表面效應(yīng)是指：伴隨著顆粒尺寸的不斷減小，顆?？偟谋砻娣e大幅度變大，表面原子數(shù)急劇上升，與此同時，納米材料的表面能也急劇變大，這種現(xiàn)象稱之為表面效應(yīng)。由于表面原子活化能大，所以它們具有非常高的活性，很不穩(wěn)定，就更容易與其他物質(zhì)結(jié)合。我們熟悉的現(xiàn)象：納米金屬微粒在空氣中就能夠燃燒。

宏觀量子隧道效應(yīng)是指：一些宏觀量，例如量子相干器件中的磁通量、納米顆粒的電導(dǎo)率、超微顆粒的磁化強度等也具有隧道效應(yīng)的現(xiàn)象。

2.納米技術(shù)的特殊性質(zhì)。

（一）力學(xué)性質(zhì)

高韌、高硬、高強是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納米材料中位錯滑移和增殖不會發(fā)生，這就是納米晶強化效應(yīng)。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年歷史，由于金屬陶瓷的混合燒結(jié)和晶粒粗大的原因其力學(xué)強度一直難以有大的提高。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。

（二）磁學(xué)性質(zhì)

當代計算機硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應(yīng)法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應(yīng)為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應(yīng)高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。目前巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復(fù)合納米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低3個數(shù)量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數(shù)量級，從而在光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。

（三）電學(xué)性質(zhì)

由于晶界面上原子體積分數(shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。并根據(jù)低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進展，已經(jīng)成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

（四）熱學(xué)性質(zhì)

納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲熱材料、納米復(fù)合材料的機械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有強烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能。

（五）光學(xué)性質(zhì)

納米粒子的粒徑遠小于光波波長。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應(yīng)和光過濾中應(yīng)用廣泛。由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測器材料。

（六）生物醫(yī)藥材料應(yīng)用

納米粒子比紅血細胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運動，如果利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對人體進行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運更加方便。

納米材料和納米技術(shù)的現(xiàn)狀： 一．國內(nèi)的研究現(xiàn)狀：

與國外相比,由于我們自身的某些特殊原因,國內(nèi)對納米材料的研究起步晚,確切的應(yīng)該是20世紀80年代,到現(xiàn)在僅僅三十來年的時間,但在納米材料其特異性能的誘惑下，在以中科院為龍頭的引導(dǎo)下，我國對納米材料的研究一直保持高速發(fā)展，并取得很多重大成果，使我國對納米材料的研究在總體水平上達到國際先進水平，當然這些成就的取得得益于國家對納米高端技術(shù)的高度重視，近年來納米材料已經(jīng)成為社會熱點話題，納米材料的應(yīng)用研究正如火如荼地進行，我國已經(jīng)進入了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重的新局面。由于我國納米材料研究方面已經(jīng)取得的驕人成果，使我們的研究情況在國際上都占有一定的地位。目前，我國納米材料研究資助項目，主要以金屬和無機非金屬材料主，占80%左右，高分子和化學(xué)合成材料是另一個重要方向，都有所突破。而納米結(jié)構(gòu)材料研究集中在納米晶、納米粉、納米薄膜、納米材料、納米材料改性、增強增韌、納米結(jié)構(gòu)和納米特性研究;納米功能材料的重點領(lǐng)域為納米信息材料、納米環(huán)境材料、納米傳感材料、熱電光磁環(huán)境下的特性研究。信息領(lǐng)域包括納米信息材料、納米電子學(xué)、納米器件等，是材料、物理、信息相互交叉、促進的領(lǐng)域。生命領(lǐng)域主要集中資助生物材料及應(yīng)用，如生物納米傳感、檢測等。礦物和巖土介質(zhì)中納米顆粒的分布和形成機理及應(yīng)用研究則是地球科學(xué)的主要內(nèi)容。

二．國外的研究現(xiàn)狀：

科學(xué)家很早就預(yù)言納米技術(shù)將在21世紀科技舞臺上扮演重要的角色。日本通產(chǎn)省政府與1990年做出資助兩項十年計劃的重要決定，分別是量子裝置計劃和關(guān)于原子技術(shù)的計劃，因此日本也就成為了世界上大規(guī)模大投入研究納米技術(shù)的先導(dǎo)國。日本的公司和研究所主要集中研究材料的加工和制造，包括先進的醫(yī)療診斷器械和微電子應(yīng)用方面。納米技術(shù)廣泛而細致，包括如納米顆粒的合成、加工，以及具有納米結(jié)構(gòu)的材料的制造等。目前，從總體實力上客觀評價，在納米材料合成和組裝研究方面美國處于領(lǐng)先地位，歐洲和日本緊隨其后；在生物方法以及其實際應(yīng)用方面，美國和歐洲又要強一點，日本稍遜一點點；納米分散和涂層方面美國與歐洲相近，日本的研究較晚一些，但日本在納米裝置領(lǐng)域和固體材料方面相當強悍，比美國、歐洲都先進。發(fā)展趨勢

一．納米材料的發(fā)展趨勢

(1)納米尺度。通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元,制備更輕更強的材料,并具有壽命長、維修費用低等特點;以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的生物材料和仿生材料;由于納米技術(shù)能使物質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生根本的改變,如納米陶瓷硬如鋼鐵,而納米鋼卻能像橡膠那樣富有彈性等。所以,納米技術(shù)被認為是21世紀材料技術(shù)的發(fā)展方向。(2)航天和航空。這方面的研究主要包括:研制低能耗、抗輻射、高性能計算機;微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設(shè)備;抗熱脹、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料。(3)國家安全。通過納米電子器件在信息控制中的應(yīng)用,使軍隊在預(yù)警、導(dǎo)彈攔截等領(lǐng)域快速反應(yīng);用納米機械設(shè)備控制,國家核防衛(wèi)系統(tǒng)的性能將大大提高;通過納米材料的應(yīng)用,可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性有很大提高,可用于艦船、潛艇和戰(zhàn)斗機等。二．納米技術(shù)的發(fā)展趨勢(1)微電子和計算機。納米結(jié)構(gòu)的微處理器的效率將提高100萬倍,并實現(xiàn)兆兆比特的存儲器(提高1000倍);研制集成納米傳感器系統(tǒng)。(2)環(huán)境和能源。發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù),減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境;制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體,用以消除水和空氣中的污染;成倍提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

(3)醫(yī)學(xué)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更方便,將來用納米結(jié)構(gòu)“組裝”一種尋找病毒的藥物進入人體后,可對艾滋病、癌癥、病毒性感冒等進行治療;在人工器官外涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排斥反應(yīng);研究與人體友好的人工組織、器官復(fù)明和復(fù)聰器件等。

(4)生物。在納米尺度上按照預(yù)定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖核酸等,在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能,生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料;動植物的基因改善和治療,測定DNA的基因芯片等。存在的問題： 一．社會危害

納米材料（包含有納米顆粒的材料）本身的存在并不是一種危害。只有它的一些方面具有危害性，特別是他們的移動性和增強的反應(yīng)性。只有某些納米粒子的某些方面對生物或環(huán)境有害，我們才面臨一個真的危害。二．健康問題

納米顆粒進入人體有四種途徑：吸入，吞咽，從皮膚吸收或在醫(yī)療過程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進入人體，它們具有高度的可移動性。在一些個例中，它們甚至能穿越血腦屏障。

納米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個大課題。基本上，納米顆粒的行為取決于它們的大小，形狀和同周圍組織的相互作用活動性。它們可能引起噬菌細胞（吞咽并消滅外來物質(zhì)的細胞）的“過載”，從而引發(fā)防御性的發(fā)燒和降低機體免疫力。它們可能因為無法降解或降解緩慢，而在器官里集聚。還有一個顧慮是它們同人體中一些生物過程發(fā)生反應(yīng)的潛在危險。由于極大的表面積，暴露在組織和液體中的納米粒子會立即吸附他們遇到的大分子。這樣會影響到例如酶和其他蛋白的調(diào)整機制。三．環(huán)境問題

主要擔(dān)心納米顆?？赡軙斐晌粗奈：?。四．社會風(fēng)險

納米技術(shù)的使用也存在社會學(xué)風(fēng)險。在儀器的層面，也包括在軍事領(lǐng)域使用納米技術(shù)的可能性。（例如，在MIT士兵納米技術(shù)研究所[1]研究的裝備士兵的植入體或其他手段，同時還有通過納米探測器增強的監(jiān)視手段。

盡管到目前為止，納米材料與納米技術(shù)仍然是個飽受爭議的話題，對人類的危害還是個未知數(shù)，但隨著科技的發(fā)展,我相信這些問題都將會被妥善解決。納米的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣?將會產(chǎn)生革命性的變革。預(yù)計不久的將來,納米科技將深入到各行各業(yè)乃至千家萬戶,并將成為今后二三十年科技發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。

[參考文獻] [1]白春禮.納米科技及其發(fā)展前景[J].中國工程咨詢, 2000,(4):38-41.[2]夏秦海.納米技術(shù)與環(huán)境保護[J].環(huán)境保護,2001,(3): 44.[3]張立德.納米材料研究的進展與我國的對策[J].科技導(dǎo) 報,2000,(10):33-34 [4]百度百科

第四篇：“納米材料與納米技術(shù)”課程論文

課程名稱：納米材料與納米技術(shù)

論文題目：納米材料與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

學(xué)院：材料與能源學(xué)院

姓名：夏國東

學(xué)好：3110006707

納米材料與技術(shù)的反轉(zhuǎn)現(xiàn)狀與趨勢

21世紀前20年，是發(fā)展納米技術(shù)的關(guān)鍵時期。由于納米材料特殊的性能，將納米科技和納米材料應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域都能帶來產(chǎn)品性能上的改變，或在性能上有較大程度的提高。利用納米科技對傳統(tǒng)工業(yè)，特別是重工業(yè)進行改造，將會帶來新的機遇，其中存在很大的拓展空間，這已是國外大企業(yè)的技術(shù)秘密。英特爾、IBM、SONY、夏普、東芝、豐田、三菱、日立、富士等具有國際影響的大型企業(yè)集團紛紛投入巨資開發(fā)自己的納米技術(shù)，并到得了令世人矚目的研究成果。納米技術(shù)在經(jīng)歷了從無到有的發(fā)展之后，已經(jīng)初步形成了規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)。歐盟、日本、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、中國、韓國、以色列、新西蘭等國在納米材料領(lǐng)域的投資較大。日本國會提出要把發(fā)展納米技術(shù)作為今后數(shù)十年日本的立國之本，政府機構(gòu)和大公司是其研究資金的主要來源，中小企業(yè)的作用很小。

中國在上世紀80年代，將納米材料科學(xué)列入國家“863計劃”、和國家自然基金項目，投資上億元用于有關(guān)納米材料和技術(shù)的研究項目。但我國的納米技術(shù)水平與歐美等國的差距很大。目前我國有50 多個大學(xué)20多家研究機構(gòu)和300多所企業(yè)從事納米研究，已經(jīng)建立了10多條納米技術(shù)生產(chǎn)線，以納米技術(shù)注冊的公司100多個，主要生產(chǎn)超細納米粉末、生物化學(xué)納米粉末等初級產(chǎn)品。

目前納米材料與技術(shù)在各方面的應(yīng)用越來越廣泛，小到日常使用的刀具，大到航空航天，都遍布納米材料的身影。

1、納米技術(shù)在建筑涂料中的應(yīng)用

涂料是建筑物的內(nèi)衣（內(nèi)墻涂料）和外衣（外墻涂料），國內(nèi)傳統(tǒng)的涂料普遍存在懸浮穩(wěn)定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光潔度不高等缺陷。納米復(fù)合涂料就是將納米粉體用于涂料中所得到的一類具有耐老化、抗輻射、剝離強度高或具有某些特殊功能的涂料。在建材（特別是建筑涂料）方面的應(yīng)用已經(jīng)顯示出了它的獨特魅力。

2、納米技術(shù)在混凝土材料中的應(yīng)用

隨著社會工業(yè)化的深入發(fā)展和我國基礎(chǔ)建設(shè)的廣泛開展，水泥混凝土作為一種傳統(tǒng)的建材，其產(chǎn)量和用量都在不斷地增加，高性能混凝土已成為水泥基復(fù)合材料領(lǐng)域中的研究熱點。同時，許多特殊領(lǐng)域要求水泥混凝土具有一定的功能性，如希望其具有吸聲、防凍、高強且高韌性等功能。納米材料由于具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面及界面效應(yīng)等優(yōu)異特性，因而能夠在結(jié)構(gòu)或功能上賦予其所添加體系許多不同于傳統(tǒng)材料的性能。利用納米技術(shù)開發(fā)新型的混凝土可大幅度提高混凝土的強度、施工性能和耐久性能。

3、納米技術(shù)在陶瓷材料中的應(yīng)用

二十世紀90年代初，日本Nihara首次報道了以納米尺寸SiC顆粒為第二相的納米復(fù)相陶瓷具有很高的力學(xué)性能，并具有很多獨特的性能。含有20%納米鈷粉的金屬陶瓷是火箭噴氣口的耐高溫材料。氧化物納米材料在這方面都優(yōu)于同質(zhì)傳統(tǒng)陶瓷材料，在陶瓷基中添加其他納米微粒的效果也正在研究。利用納米粒子特殊的光電磁特性制成太陽能陶瓷、遠紅外陶瓷等，用于建筑物飾面，可開發(fā)太陽能，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，促進人們身體健康。納米技術(shù)在陶瓷上的應(yīng)用潛力不可估量。

4、在國防科技上的應(yīng)用

納米技術(shù)將對國防軍事領(lǐng)域帶來革命性的影響。例如：納米電子器件將用于虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)和戰(zhàn)場上的實時聯(lián)系；對化學(xué)、生物、核武器的納米探測系統(tǒng)；新型納米材料可以提高常規(guī)武器的打擊與防護能力；由納米微機械系統(tǒng)制造的小型機器人可以完成特殊的偵察和打擊任務(wù)；納米衛(wèi)星可用一枚小型運載火箭發(fā)射千百顆，按不同軌道組成衛(wèi)星網(wǎng)，監(jiān)視地球上的每一個角落，使戰(zhàn)場更加透明。而納米材料在隱身技術(shù)上的應(yīng)用尤其引人注目。在雷達隱身技術(shù)中，超高頻段電磁波吸波材料的制備是關(guān)鍵。納米材料正被作為新一代隱身材料加以研制。

5、納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué)

從蛋白質(zhì)、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結(jié)構(gòu)也是生命現(xiàn)象中基本的東西。細胞中的細胞器和其它的結(jié)構(gòu)單元都是執(zhí)行某種功能的“納米機械”，細胞就象一個個“納米車間”，植物中的光合作用等都是“納米工廠”的典型例子。納米微粒的尺寸常常比生物體內(nèi)的細胞、紅血球還要小，這就為醫(yī)學(xué)研究提供了新的契機。

經(jīng)過幾十年對納米技術(shù)的研究探索，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠在實驗室操縱單個原子，納米技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展。納米技術(shù)的應(yīng)用研究正在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤4大領(lǐng)域高速發(fā)展?？梢灶A(yù)測：不久的將來納米金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管、平面顯示用發(fā)光納米粒子與納米復(fù)合物、納米光子晶體將應(yīng)運而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學(xué)組裝計算機將投入應(yīng)用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學(xué)傳感器等將被研究制造出來。

新產(chǎn)物的出現(xiàn)總是伴隨著優(yōu)點與缺點，納米材料的發(fā)展也不是一帆風(fēng)順的，隨著人們對納米材料的認識不斷加深，一些存在的問題也不斷被發(fā)掘出來。

1、職業(yè)暴露人群，包括納米技術(shù)的研發(fā)人員和工人的健康安全問題。根據(jù)現(xiàn)有的毒理學(xué)研究，納米粉塵和顆粒有可能通過呼吸和皮膚接觸進入人體。這就給長期暴露在納米材料氛圍中的一線工人和研發(fā)人員的健康帶來潛在威脅。此外，納米材料還有一個特點就是易燃易爆。萬一因為操作不當?shù)葞砘馂?zāi)或者爆炸，后果不堪設(shè)想。因此，如何切實保護在納米材料生產(chǎn)場所中暴露人員的健康，以及實驗室和工作場所納米材料的管理、納米材料運輸過程中的安全措施以及一旦發(fā)生危險的危機處理問題等應(yīng)該成為勞動保護法和工業(yè)環(huán)境法研究和關(guān)注的對象。

2、消費者的權(quán)益問題。隨著納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化程度的提高，目前，在化妝品和食品中納米技術(shù)的應(yīng)用越來越多。市場上的化妝品和體育用品有許多是納米材料產(chǎn)品，比如說防曬霜和口紅。食品包裝中的聚合物基納米復(fù)合材料(PNMC)的應(yīng)用、作為食品機械的潤滑劑、納米磁致冷工質(zhì)和食品機械原材料中橡膠和塑料的改性等等都用到納米材料。毫無疑問這些材料具有獨特的優(yōu)點。但是在安全上也具有不確定性。但目前進行標識的納米材料還微乎其微。從知情同意的倫理原則出發(fā)，消費者和相關(guān)人員有權(quán)知道自己所接觸的材料的內(nèi)容及其風(fēng)險程度。

3、環(huán)境保護問題。研究證明，不僅在納米技術(shù)的工作場所的環(huán)境問題關(guān)系到相關(guān)人員的健康，而且廢棄的納米材料進入空氣、土壤、水體等環(huán)境后，可以產(chǎn)生一系列環(huán)境過程，最終對人和整個生物鏈產(chǎn)生負面影響。由于納米材料具有強烈的吸附能力。在擴散、遷移過程中，還能吸附大氣、土壤中存在的一些常見化學(xué)污染物如多環(huán)芳烴、農(nóng)藥、重金屬離子等。因此，環(huán)境法應(yīng)該研究納米材料的環(huán)境問題，尤其必須加強廢棄納米材料的管理。

4、隱私權(quán)的保護問題。隨著納米器件的微型化，納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)、社會治安和國防方面具有廣泛的作用，但同時也構(gòu)成對個人隱私的威脅。比如，通過將納米設(shè)備嵌入對象物(身體或者物件)中，可以監(jiān)視和跟蹤目標，搜集個人信息和行為習(xí)慣。而可以儲存一個人的全部基因和疾病信息的納米芯片有可能成為被利用的工具，在勞資關(guān)系方面，成為企業(yè)用人歧視的理由或者成為保險公司限制患者自由的砝碼。面對高新技術(shù)的應(yīng)用如何保護個人的隱私權(quán)，是擺在我們法律工作者面前的一個重要問題

在技術(shù)和經(jīng)濟全球化的今天，納米技術(shù)的許多前沿問題亦如能源問題、環(huán)境問題以及生物技術(shù)的問題一樣，不是基于一個國家的力量所能解決的。一旦國家之間與納米技術(shù)相關(guān)的法律框架存在不同，就不可避免地會導(dǎo)致國際間合作研究的障礙，以及全球納米技術(shù)風(fēng)險與利益分配不公等問題，因此，有必要在一定的國際法體系下就納米技術(shù)發(fā)展中的某些基本的標準、原理達成一致意見，實現(xiàn)各國相關(guān)法律體系的協(xié)調(diào)。在此基礎(chǔ)上，制定全球性的指導(dǎo)納米技術(shù)發(fā)展的基本原則框架，促進成員國和公眾對于納米技術(shù)的關(guān)注，真正推動納米技術(shù)風(fēng)險的“善治”。而如果沒有一個全球治理的框架協(xié)議，將導(dǎo)致納米技術(shù)發(fā)展中的惡意競爭，從而最終阻礙納米技術(shù)的健康發(fā)展。

納米材料作為一種新型高科技材料，毫無疑問會引起一系列強烈的變革，中國對與納米材料的研究與重視程度仍然落后于西方國家，在未來，如何在納米材料領(lǐng)域更進一步不單是前人的責(zé)任更是我們大學(xué)生的責(zé)任，只有不斷的自強不息，才能讓祖國在未來高科技時代中不落于人后！

關(guān) 鍵 詞：納米材料，納米科技，進展，應(yīng)用，前景，問題

摘 要： 納米材料是21世紀的新型發(fā)展領(lǐng)域，在各個方面都有重大的應(yīng)用，帶來很多技術(shù)改革和創(chuàng)新，但是也存在一些不用忽視的問題，未來的發(fā)展需要靠我們的努力。

參考文獻：國家新材料行業(yè)生產(chǎn)力促進中心、國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會和北京麥肯資訊有限公司聯(lián)合編輯出版的《中國新材料發(fā)展報告》

倪星元 姚蘭芳 沈軍 周斌 編著 《納米材料制備技術(shù)》 化學(xué)工業(yè)出版社 張立德，牟季美，納米材料和納米結(jié)構(gòu)，科學(xué)出版社，2001

第五篇：材料合成與制備論文(納米材料)

碩研10級20班

材料工程

2010012014

夏春亮

納米材料的制備方法

納米制備技術(shù)是80年代末剛剛誕生并正在崛起的新技術(shù)，其基本涵義是：納米尺寸范圍(10-9～10-7m)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)。由于納米材料具有奇特的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)性能等，目前正受到世界各國科學(xué)家的高度重視。

一、氣相法制備納米微粒

1.濺射法

此方法的原理為：用兩塊金屬板分別作為陰極和陽極，陰極為蒸發(fā)用材料，在兩電極間充入Ar(40～250Pa)，兩極間施加的電壓范圍為0.3～1.5kV。由于兩極間的輝光放電使Ar粒子形成，在電場作用下Ar離子沖擊陽極靶材表面，使靶材原子從其表面蒸發(fā)出來形成超微粒子，并在附著面上沉積下來。離子的大小及尺寸分布主要取決于兩極間的電壓、電流、氣體壓力。靶材的表面積愈大，原子的蒸發(fā)速度愈高，超微粒的獲得量愈大。

濺射法制備納米微粒材料的優(yōu)點是：1)可以制備多種納米金屬，包括高熔點和低熔點金屬。常規(guī)的熱蒸發(fā)法只能適用于低熔點金屬；2)能制備出多組元的化合物納米微粒，如A lS2，Tl48，Cu91，Mn9，ZrO2等；通過加大被濺射陰極表面可加大納米微粒的獲得量。采用磁控濺射與液氮冷凝方法可在表面沉積有方案膜的電鏡載網(wǎng)上支撐制備納米銅顆粒。

2.混合等離子法 碩研10級20班

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夏春亮

此方法是采用RF(射頻)等離子與DC直流等離子組合的混合方式來獲得超微粒子。該制備方法有以下幾個特點：

1)產(chǎn)生RF等離子時沒有采用電極，不會有電極物質(zhì)(熔化或蒸發(fā))混入等離子體而導(dǎo)致等離子體中含有雜質(zhì)，故超微粒的純度較高；

2)等離子體所處的空間大，氣體流速比DC直流等離子體慢，致使反應(yīng)物質(zhì)在等離子空間停留時間長，物質(zhì)可以充分加熱和反應(yīng)；

3)可使用非惰性氣體制備化合物超微粒子，使產(chǎn)品多樣化。混合等離子蒸發(fā)法制取超微粒子有3種方法： 1)等離子蒸發(fā)法

使大顆粒金屬和氣體流入等離子室，生成超微粒子； 2)反應(yīng)性等離子氣體蒸發(fā)法

使大顆粒金屬和氣體流入等離子室，同時通入反應(yīng)氣體，生成化合物超微粒子；

3)等離子VCD法

使化合物隨載氣流入等離子室，同時通入反應(yīng)氣體，生成化合物超微粒子。

例如，將原料Si3N4以4g/min的速度流入等離子室，通入H2進行熱分解，再通入反應(yīng)性氣體NH3，經(jīng)反應(yīng)生成Si 3N4超微粒子。

3.激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法(LVCD)LVCD法具有清潔表面，離子大小可精確控制、無粘結(jié)、粒度分布均勻等優(yōu)點，并容易制備出幾納米至幾十納米的非晶及晶態(tài)納米微粒。碩研10級20班

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目前LVCD法已制備出多種單質(zhì)、化合物和復(fù)合材料超細粉末，并且已進入規(guī)模生產(chǎn)階段，美國的MIT于1986年已建成年產(chǎn)幾十噸的裝置。激光制備超細微粒的工作原理是利用反應(yīng)氣體分子對特定波長激光束的吸收，引起反應(yīng)氣體分子激光光解、激光熱解、激光光敏化和激光誘導(dǎo)化學(xué)合成反應(yīng)，在一定工藝條件下，獲得超細粒子空間成核和長大。例如，用連續(xù)輸出CO2激光(10.6um)輻照硅烷氣體分子(SiH4)時，硅烷分子很容易發(fā)生熱解反應(yīng)：SiH4→Si(g)+ 2H2↑，熱解生成的氣相Si(g)在一定工藝條件下開始成核長大，形成納米微粒。

激光制備納米粒子的裝置一般有2種類型：正交裝置和平行裝置。其中正交裝置使用方便，易于控制，工程實用價值大，激光束與反應(yīng)氣體流向正交。激光束照在反應(yīng)氣體上形成反應(yīng)焰，經(jīng)反應(yīng)在火焰中形成微粒，由氬氣攜帶進入上方微粒捕捉裝置。

4.化學(xué)蒸發(fā)凝聚法(CVC)這種方法主要是利用高純惰性氣體作為載氣，攜帶有機高分子原料，通過有機高分子熱解獲得納米陶瓷粉體。例如，六甲基二硅烷進入鉬絲爐(溫度為1100～1400℃，壓力為100～ 1000Pa)熱解形成團簇，并進一步凝聚成納米級微粒，最后附著在充滿液氮的轉(zhuǎn)動的襯底上，經(jīng)刮刀下進行納米粉收集。此法具有產(chǎn)量大、顆粒尺寸細小、分布窄等優(yōu)點。

5.爆炸絲法

基本原理是：先將金屬絲固定在一個充滿惰性氣體(5MPa)的反應(yīng)室中，絲的兩端卡頭為2個電極，它們與一個大電容相聯(lián)結(jié)形成回路，碩研10級20班

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加15kV的高壓，金屬絲在500～800kA下進行加熱，熔斷后在電流停止的一瞬間，卡頭上的高壓在熔斷處放電，使熔斷的金屬在放電的過程中進一步加熱變成蒸氣，在惰性氣體碰撞下形成納米粒子沉降在容器的底部，金屬絲可以通過一個供絲系統(tǒng)自動進入兩卡頭之間，從而使上述過程重復(fù)進行。這種方法適用于制備納米金屬和合金粉體。

6.其他方法

近年來，由于納米材料規(guī)?；a(chǎn)以及防止納米粉團聚的要求越來越迫切，相繼出現(xiàn)了一些新的制備技術(shù)。例如，氣相燃燒合成技術(shù)就是其中的一種，其基本原理是：將金屬氯化物(MCl)鹽溶液噴入Na蒸氣室燃燒，在火焰中生成NaCl包敷的納米金屬微粒，由于NaCl的包敷使得金屬納離子不團聚。另一種技術(shù)是超聲等離子體沉積法，其基本原理是：將氣體反應(yīng)劑噴入高溫等離子體，該等離子體通過噴嘴后膨脹，生成納米粒子，這種方法適合于大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)納米粉。

二、液相法制備納米微粒

1.沉淀法

包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液，當加入沉淀劑(如OH-，CrO2-，CO32-等)后，或于一定溫度下使溶液發(fā)生水解，形成的不溶性氫氧化物和鹽類從溶液中析出，將溶液中原有的陰離子洗去，經(jīng)分解即得所需的氧化物粉料。

2.噴霧法

噴霧法是將溶液通過各種物理手段進行霧化獲得超微粒子的化學(xué)和物理相結(jié)合的一種方法。其基本過程包括溶液的制備、噴霧、干碩研10級20班

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燥、收集和熱處理，其特點是顆粒分布比較均勻，但顆粒尺寸為亞微米級到微米級，尺寸范圍取決于制備的工藝和噴霧方法。根據(jù)霧化和凝聚過程，噴霧法可分為3種：

1)噴霧干燥法 將金屬鹽溶液或氫氧化物溶膠送入霧化器，由噴嘴高速噴入干燥室獲得金屬鹽或氧化物的微粒，收集，燒成所需成分的超微粒子；

2)霧化水解法 將一種鹽的超微粒子，由惰性氣體載入含有金屬醇鹽的蒸氣室，金屬醇鹽的蒸氣附著在超微粒的表面，與水蒸氣反應(yīng)分解后形成氫氧化物微粒，經(jīng)焙燒可獲得氧化物超細微粒。這種方法獲得的微粒純度高，分布窄，尺寸可控，具體尺寸大小主要取決于鹽的微粒大小；

3)霧化焙燒法 將金屬鹽溶液由壓縮空氣經(jīng)窄小的噴嘴噴出霧化成小液滴，霧化溫度較高，使金屬鹽小液滴熱解形成超微粒子。

3.凝膠-溶膠法

此法的基本原理是將金屬醇鹽或無機鹽水解，溶質(zhì)聚合凝膠后，再將凝膠干燥，煅燒，最后得到無機材料。本法包括以下幾個過程：

1)溶膠的制備 有兩種制備方法： 一是先將部分或全部組分用適當沉淀劑先沉淀出來，經(jīng)凝聚，使原來團聚的沉淀顆粒分散成原始顆粒。這種原始顆粒的大小一般在溶膠體系中膠核的大小范圍內(nèi)，因而可值得溶膠；二是由同樣的鹽溶液，通過對沉淀過程的仔細控制，使首先形成的顆粒不致團聚為大顆粒沉淀，從而直接得到溶膠。

2)溶膠凝膠轉(zhuǎn)化 溶膠中含有大量的水，凝膠過程中，使體系失碩研10級20班

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去流動性，形成一種開放的骨架結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)凝膠作用的途徑一是化學(xué)法，即通過控制溶膠中的電解質(zhì)濃度來實現(xiàn)凝膠化；二是物理法，即迫使膠粒間相互靠近，克服斥力，實現(xiàn)凝膠化。

3)凝膠干燥 在一定條件下，使溶劑蒸發(fā)，得到粉料，干燥過程中凝膠結(jié)構(gòu)變化很大。該方法化學(xué)均勻性好，純度高，顆粒細，可容納不溶性組分或不沉淀組分，烘干后容易形成硬團聚現(xiàn)象，在氧化物中多數(shù)是橋氧鍵的形成，球形凝膠顆粒自身的燒結(jié)溫度低，但凝膠顆粒之間的燒結(jié)性差，塊狀材料燒結(jié)性能不好，干燥時收縮大。

4.濕化學(xué)法

濕化學(xué)法制備納米粉末是目前公認的具有發(fā)展前途的制粉方法，也是實驗室常用的手段。濕化學(xué)法的實驗流程如下：

確定納米粉材料→制成含該材料粒子的溶液→用該材料的E-pH圖確定沉淀的pH范圍→將分散劑NH4Cl溶入去離子水中，并用氨水、鹽酸調(diào)節(jié)水溶液至沉淀的pH 值→含該材料離子的水溶液在具有恒定的pH 的沉淀液中霧化→凝膠→水洗，過濾，乙醇脫水→煅燒、研磨→納米粉。