纳米材料的发现发展及应用

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1、目录一 纳米材料的发现1二 纳米材料的基本概念22.1纳米材料的定义22.2纳米材料的分类3三 纳米材料的发展33.1国际发展33.2国内发展4四 纳米材料的应用64.1.天然纳米材料的应用74.2.纳米磁性材料的应用74.3.纳米陶瓷材料的应用74.4.纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用84.5.纳米倾斜功能材料的应用84.6.纳米半导体材料的应用94.7.纳米催化材料的应用94.8.纳米材料在医疗上的应用104.9.纳米材料在计算机上的应用104.10.纳米碳管的应用104.11.纳米材料在涂料方面的应用11五 纳米技术发展现状、缺陷及展望115.1.纳米技术发展现状115.2.纳米技术的

2、缺陷125.3纳米技术的前景及展望12总结语13参考文献13纳米材料的发现、发展及应用摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要阐述了纳米材料的基本概念，介绍了纳米材料的发现，国内外的发展以及纳米材料各方面的性能在实际中的应用，并指出了纳米材料发展过程中的缺陷,最后展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米；纳米材料；纳米技术 一 纳米材料的发现如果组成材料的物质颗粒变小了，“小不点”会不会与“大个子”的性质很不相同呢？这便是纳米材料的发现者德国物理学家格莱特的科学思路。那是1980年的一天，格莱特到澳大利亚旅游，当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，空旷、寂寞和孤独的环境反而使他的思

3、维特别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料的研究，了解到晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响，晶粒越小，强度就越高。格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入，如果组成材料的晶体的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验，经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末，包括多种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是银白色的。至于金属以外的材料，例如无机化合物和

4、有机化合物，它们也可以带着不同的色彩，瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末时，它们的颜色便一律都是黑色的，瓷器上的釉、染料以及各种金属统统变成了一种颜色黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发生了“翻天覆地的变化。为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来当材料的颗粒尺寸变到小于光波的波长（110-7 m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1，既然超细粉末对光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。“小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿

5、贡国家实验室制备出了一种纳米金属，居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。 格莱特的发现已经正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是21世纪备受瞩目的一种高新技术产品。二 纳米材料的基本概念2.1纳米材料的定义让我们看看科学家是如何解释的：“物理上，纳米（nm），又称毫微米，如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。具体地说，1纳米等于十亿分之一米的长度，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，比如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶

6、粒尺寸一般在微米量级，1纳米的物体放到乒乓球上，就像一个乒乓球放在地球上一般；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。纳米材料全称为纳米级结构材料，是指其结构单元的尺寸介于1纳米100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且其尺度已接近光的波长，加上其具有大的比表面积的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 所以，一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有

7、区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。2.2纳米材料的分类A、按维数或结构来分，纳米材料的基本单元可以分为四类：零维纳米材料；一维纳米材料；二维纳米材料；三维纳米材料。B、按材料物性划分，纳米材料可分为：纳米半导体；纳米磁性材料；纳米非线性光学材料；纳米铁电体；纳米热电材料；纳米光电材料；纳米超导材料。C、按应用划分，纳米材料又可分为：纳米电子材料；纳米光电子材料；纳米生物医药材料；纳米敏感材料；纳米储能材料。D、按化学组分划分，纳米材料可划分为：纳米金属；纳米晶体；纳米陶瓷；纳米玻璃；纳米高分子；纳米复合材料。三 纳米材料的发展3.1国际发展1959年12月25日著名物理学家、诺贝尔获奖者

8、理查德 费曼（Richard Feynman）在美国物理学会会议上做了题为在底部还有很大空间的演讲。虽然没有使用“纳米”这个词，但他实际上介绍了纳米技术的基本概念。1974年日本教授谷口纪男（Norio Taniguchi）在一篇题为：“论纳米技术的基本概念“的科技论文中给出了新的名词纳 米（Nano）。1981年格尔德宾宁（Gerd Binnig）和海因里希罗雷尔（Heinrich Rohrer）发明了扫描隧道显微镜（STM），它使科学家第一次可以观察并操纵单个原子。1985年赖斯大学的研究人员发现了富勒烯（fullerenes）（更 为人熟知的名称是“布基球（buckyballs），由著名

9、未来学家多面网格球顶的发明人巴克明斯特富勒（ R. Buckminster Fuller）命名，它可以被用来制造碳纳米管，是如今使用最广泛的纳米材料之一。1986年在苏黎世的IBM没研究实验室中，卡尔文 夸特（Calvin Quate ）和克里斯托 格柏（Christoph Gerber）与德国物理学家宾尼（Binnig）协作，发明了原子力显微镜。它成为在纳米尺度成像，测量和操作的最重要的工具之一，这是纳米技术最核心的部分。1989年在加州圣何塞的IBM阿尔马登研究中心，公司的科学家唐艾格勒（Don Eigler ）和埃哈德施魏策尔（Erhard Schweizer）使用35 个氙原子拼出了I

10、BM公司的标志，进一步表明了纳米颗粒的可操作性。1991年NEC 公司的饭岛澄男（Sumio Iijima）制造出了碳纳米管。1998 年白宫的国家科学技术理事会成立了纳米技术的机构间工作组。它的任务是：赞助研讨会和研究，以界定纳米科学技术和预测其发展前景。1999年使用纳米技术的消费类产品开始出现在全球市场。2001年美国总统克林顿建立了国家纳米技术计划，协调联邦研究和开发工作，提高美国在纳米技术上的竞争力。2002 年欧盟以纳米论坛的形式，向公众普及纳米技术知识。2003年美国国会制定21世纪纳米技术研究和发展条例，为美国纳米技术计划提供了法律基础，建立项目、分配机构的责任，授权筹资水平，

11、以及启动研究以解决关键问题。2008 年12月10日国家研究委员会批评纳米技术计划的环境、健康和安全研究战略；纳米技术计划回顾后，称它对国家研究委员会的结论持有异议。2009年9月29日美国环保局陈述了新的研究策略，以更好地了解纳米材料对人体健康和环境的潜在危害。它还宣布，某些纳米材料的制造商和使用者必须告知环保局它们的使用计划。2010年1月8日在英国上议院的科学和技术委员会就纳米技术问题发表了有关纳米技术和食品问题的长篇报告，警告本国的食品工业不要隐瞒纳米技术的使用情况。2010 年3月美国参议院环境和公共工程委员会继续为修订有30年历史的有毒物质控制法收集证据。美国环保局称，这将有助于规

12、范纳米材料的商业应用。3.2国内发展我国纳米材料研究始于20世纪80年代末，“八五”期间“纳米材料科学”列人国家攀登项目。此后，国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目， 国家863计划、973计划新材料领域也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。其中，863计划纳米材料与微机电系统重大专项于2002年正式启动。2002年重大专项以市场、应用和国家重大战略需求为导向,面向和促进产业化为重点，针对国际纳米材料技术发展趋势，并结合我国国情，在有相对优势和战略必争的关键领域，如纳米信息材料及器件的集成技术、纳米生物医用材料、纳米环境材料、纳米能源材料、纳米结构材

13、料、纳米特种功能材料等进行了布局，批准实施课题63项；2003年则在纳米光电子和电子材料体系、器件构造及集成技术，生物医用器件、系统的纳米材料及相关技术，原创性的并具有产业化前景的特种纳米材料及技术，纳米电子、纳米生物医学器件研发及规模化应用所必需的加工、检测设备进行了布局，批准实施课题39项；2004年在纳米信息、生物医学材料及相关应用技术等几个方面重点支持，力争实现技术的跨越发展，使我国在纳米技术领域的国际竞争中占据有利的战略地位。通过国家攻关计划、863 计划、973计划的实施，我国在纳米技术研究方面己投人了大量的人力和物力。自2001年到2002年间，共资助项目545项，其中50万以上

14、的项目102项。在基础研究和应用研究方面，500万以上的项目26项，资助的总经费大约3.6亿元，加上社会资金对纳米材料产业化的投人，总投人约12亿元。在国家各项科技计划的支持下，我国纳米材料及纳米科学技术已经取得了比较突出的成果，例如，在纳米电子方面，成功地研制出波导型单电子器件晶体管和对电荷超敏感的库仑计；实现6纳米宽的半导体量子线台面和6纳米宽的线条金属栅，制备出间隔仅为10纳米的多种“纳米电极对”，用CMB效应进行高灵敏度传感器和硬盘磁头原理的研制工作。2001年我国开始了第一个“纳米标准”的制定工作，这是纳米产业发展加速的一个显著标志，而支撑纳米标准建立的是我国已经具备的纳米基础科学基

15、础研究、应用研究和产业化的实力。2004年5月20日，中国实验室国家认可委员会纳米技术委员成立，又使我国纳米科技发展走上规范化管理的道路。目前，中国的纳米材料专利(包括三资企业在中国的纳米专利中请)占全世界该领域专利申请总数的20%以上，但我国专利质量和国外相比有一定的差距，尤其是纳米技术在电子信息与生物这些技术含量高的领域严重不足。10年来，我国研究人员在国内外学术刊物上共发表有关纳米材料和纳米结构的论文2400篇，其中发表在自然和科学等世界顶级学术杂志上的论文共6篇，影响因子在6以上的学术论文近20篇，影响因子在3以上的31篇，被SCI和EI收录的文章占整个发表论文的59%。根据2003年

16、APEC统计，我国近几年在ICA上发表的论文仅次于美国和日本，超过德国,位于第三位。如果把2001年和2004年初的论文包括在内，中国超过日本，位于第二位，占全世界发表论文总数的15.2%。经过几年来国家的政策引导、各部门的配合、科学界和企业界的努力，我国不但发展了纳米的基础研究，部分纳米技术已开始迈人产业化的阶段。据统计，我国有300多家公司在从事纳米材料和技术的研究及产业化，在纳米复合材料改造传统材料和产品方面，部分成果已经实现产业化，国家纳米技术产业化基地于2000年12月在天津经济技术开发区落成，促进了我国纳米产业化的迅速发展；上海在涂料、光催化材料、生物材料、电子材料和测试仪器、传统

17、工业领域纳米应用等方面的产业化也取得突破，累计新增产值5亿元；“十五期间”北京队纳米产业化专项将投入2亿元。四 纳米材料的应用纳米材料具有常规材料所不具备的物理特性，即具有高度的弥散性和大界面，使纳米材料具有高扩散率，蠕变和超塑性。为原子提供了短程扩散途径，使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、从而其化学活性增大。因此纳米材料的力、热、声、光、电磁等性质不同于该物质在粗精状态时所表现出的性质（如下表）。纳米材料的高强度、高扩散性、高塑性、低密度、高电阻、高比热、强软磁性等特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、热交换材料、敏感元件、润滑剂等领域。

18、表：纳米材料的物理性质及用途性能用途力学性能超硬、高强、高韧、超塑性材料，特别是陶瓷增韧和高韧高硬涂层光学性能光学纤维、光反射材料、吸波隐身材料、光过滤材料、光存贮、光开关、光导电体发光材料、光学非线性元件、红外线传感器、光折变材料磁性磁流体、磁记录、永磁材料、磁存储器、磁光元件、磁探测器、磁制冷材料、吸波材料、细胞分离、智能药物电学性能导电浆料、电极、超导体、量子器件、压敏电阻、非线性电阻、静电屏蔽催化性能催化剂热学性能耐热材料、热变换材料、低温烧结材料敏感特性湿敏、温敏、气敏等传感器、热释电材料其他医学（细胞分离，细胞染色，医疗诊断，消毒杀菌，药物载体）、能源（电池材料，贮氢材料）、环保（

19、污水处理，废物料处理，空气消毒）、助燃剂、阻燃剂、抛光液、印刷油墨、润滑剂4.1.天然纳米材料的应用 海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需56年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。 与此同时，生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。 4.2.纳米磁性材料的应用近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化

20、。高密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性， 用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体（磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成）的防尘密封。纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料

21、的比表面积比常规粗粉大3-4 个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。4.3.纳米陶瓷材料的应用纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料。它具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。其晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。英国著名材料专家Gleiter 指出，如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成，则能够在低温下变为延展性的，能够发生100%的塑性形变。并且发现，纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在180经受弯曲

22、而不产生裂纹。4.4.纳米颗粒在电化学生物传感器中的应用生物传感器是用固定化的生物活性成分为敏感元件与适当的能量转换器件结合而成的传感装置，用以测定一种或几种分析物的含量。生物传感器是多学科交叉的产物，是一种全新的检测技术，在生命科学、临床诊断、环境监控以及过程控制等各种领域都有所应用。在生物传感器的研制中，人们尝试用多种新方法来固定酶，以期达到实用的要求。纳米颗粒比表面积大、吸附能力强，可以很牢固地吸附酶等生物大分子，增加酶的吸附量和稳定性，且蛋白质等物质吸附在纳米金属颗粒的表面上仍能保持生物活性。所以，纳米颗粒一般用作固定载体。憎水银- 金纳米颗粒可以显著提高GOD酶电极的响应灵敏度，金属

23、纳米颗粒本身就具有催化活性，所以，在GOD 酶反应中纳米颗粒迅速地从被还原的GOD(FADH2)获取电子而使GOD 重新具有氧化性，这样就加速了酶的再生速度。而且它有不同于块体材料的特性，可使大量GOD 牢固吸附在纳米颗粒表面，在一定程度上钝化了酶的构型，使其不易发生进一步的变化而失活，增加了酶的稳定性和催化活性。纳米金可与巯基结合，形成牢固的共价键，增加了其固化GOD 的稳定性而不影响其活性；纳米颗粒增加了三维电极的有效固定面积，可以结合更多的GOD，使得检测下限延长；同时纳米金的存在加快了GOD活性中心FDA/FDAH2 与金电极表面的氧化还原反应，因此制成了高灵敏度的生物传感器。并且经研

24、究分析， 在纳米铜修饰的金电极上以邻胺基苯酚聚合物固载GOD 制成的电极，纳米铜加入后对葡萄糖的检出线低2倍，最大响应电流高3 倍，灵敏度提高了2.5 倍。2 纳米材料在涂料方面的应用利用其独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解作用。4.5.纳米倾斜功能材料的应用 在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作，但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子

25、。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 4.6.纳米半导体材料的应用 将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。 利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成

26、无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。 4.7.纳米催化材料的应用 在许多化学化工领域中催化剂起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间，提高反应效率和反应速度。但是，大多数的传统催化剂催化效率低，制备过程并不严谨。所以它的生产使得原料在很大程度上的浪费，而且对环境也造成污染。所以，在催化剂上，纳米材料有极强的优势，纳米材料的比表面积大，表面活性中心多，这为做催化剂提供了必要条件。同时纳米材料的表面效应和体积效应决定了它具有良好的催化活性和催化反应选择性，它可大大提高反应效率，控制反应速度，对比一般的催化剂，用纳米微粒作催化剂的话，可以将反应速度

27、提高1015 倍。目前在高分子聚合物氧化、还原及合成反应中可直接用纳米态铂黑、银、氧化铝、氧化铁等做催化剂，利用纳米镍作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率可提高100倍。而且，纳米材料催化剂的催化反应选择性还表现出特异性，如用硅载体纳米镍催化剂对丙醛的氧化反应研究表明，镍粒径在5nm以下时，反应选择性发生急剧变化醛分解得到控制，生成乙醇的选择性迅猛上升。在有机物制备方面，纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别

28、迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。还有光催化反应等等，用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。4.8.纳米材料在医疗上的应用 血液中红血球的大小为60009000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。 4.9.纳米材料在计算机上的应用 世界上第一台电子计算机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军

29、部共同研制成功的，一共用了18 000个电子管，总重量30 t，占地面积约170 m2。可是，它在1 s内只能完成5 000次运算。经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的发展，使计算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算机。4.10.纳米碳管的应用 1991年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，这种由碳原子

30、组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。在空气中将纳米碳管加热到700 左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，金属便进入纳米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。4.11.纳米材料在涂料方面的应用纳米涂料利用其独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用，对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99

31、以上，有长期的防霉防藻效果；纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，在卫生用品上的应用可起到杀菌保洁作用，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装；纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000 次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强，使用寿命达15 年以上。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。五 纳米技术发展现状、缺陷及展望5.1.纳米技术发展现状现在纳米材料研究的基本

32、特征是以实际应用为导向，纳米材料与相关科学的交叉融合为手段，重点解决纳米材料应用的关键技术问题。纳米材料属于上游产品，一方面用于传统产品的升级，另一方面用于纳米科技新产品的开发，而要在下游产品中体现纳米材料的优越性能就必须以纳米制造技术作为支撑。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新年科技基本计划的研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从2001年的4.97亿美元增加到2010年的22.65亿美元。5.2.纳米技术的缺陷任何事物都有两面性，

33、纳米技术也不例外。纳米技术在给人类带来种种好处的同时，也存在纳米材料的安全性问题。这也成为当今世界各国研究学者关注的热点，许多国家包括中国、美国 和欧盟等，都投入了大量的人力、物力和财力，试图在纳米技术得到普遍应用以前解决其潜在的问题，以使其在将来更好地服务于人类。其问题主要表现在（1）要达到精确的调节和控制粉末组成和化学剂量比以及粒子的粒度和形态等方面都还有相当大的困难。（2）要制造成分准确、粒度均匀、表面功能团稳定的高质量微粒还有一定困难，其收集与存放也存在问题。（3）纳米中药因其表面效应和量子效应显著增加，使得药物的有效成分获得了高能级的氧化和还原潜力，往往引起许多性质的变化。这种变化究

34、竟会对药物性质产生什么样的影响，目前还不清楚。（4）纳米机器人一旦在人体内失控，能够快速复制的纳米机器人在体内扩散的速度可能比癌细胞还快，它是否会对人体正常的组织造成不利影响，目前还没有确切的研究结果。5.3纳米技术的前景及展望纳米科学是一门新兴的科学，正处于不断发展完善之中。纳米材料的制备和应用、微米/ 纳米器件的制造是目前研究的热点，但很多研究仍处于定性探索阶段。当前亟待解决的问题主要有：(1) 如何准确表征纳米材料的各种精细结构。(2) 如何从结构上分析、解释纳米材料所具有的新特性。(3) 能否利用某种判据来预测微区尺寸减少到多大时，材料表现出特殊的性能。在此基础上，逐步实现对纳米粒子的

35、形态、尺寸、分布的控制，最终向实现根据材料的性能要求，设计、合成目标纳米复合材料和设计组装具有特殊功能的微系统的方向发展，并开发其广阔的应用领域。据统计，全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元。我国虽然没有具体统计，但是以纳米技术基础的企业已有100 家，7 条纳米材料的生产线已投入生产或正在开发之中。预测表明，到2010年，全球纳米技术创造的年产值将达到14 400亿美元，相当于目前法国一年的GDP。蒸汽机的发明，引发了第一次工业革命；电的发明引发了第二次工业革命，使人类从机械时代进入了微电子时代；纳米技术，将引 发一场新的技术革命，彻底改变人类的整个生存状态、 生产方式。科学家预计，纳米

36、技术在今后二三十年内将从根本上改变人类的处境。总结语纳米科学是一门基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米米材料学和纳米生物学等。21 世纪将是纳米技术的时代，为此国家科委、中科院将纳米技术定位为“21 世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学等领域都有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决许多问题，特别是能源、人类健康和环保等重大问题。21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含

37、量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等领域会得到日益广泛的应用。参考文献【1】翟华嶂， 李建保 ，黄勇. 清华大学.纳米科技的进展、应用及产业化 现状【2】张立德， 牟季美 . 纳米材料和纳米结构 .传感技术学报 . 第22 卷 第 1 期2009 年1 月【3】颜德田. 南京林业大学,

38、 江苏南京210037. 纳米技术在木材工业中的 应用与发展前景【4】 徐志军,初瑞清,纳米材料与纳米技术.化学工业出版社【5】 陈敬中,刘剑洪.纳米材料科学导论.高等教育出版社【6】 文玉华.纳米材料的研究进展J.力学进展，2001，(1):47-61【7】 徐云龙，赵崇军，钱秀珍.纳米材料学概论.华东理工大学出版社【8】 高濂，孙静，刘阳桥纳米粉体的分散及表面改性M 化学工业出版社【9】 Ton W, Krishnaraj R,Desai TA,Evaluation of nanostructured composite collagen chitosan motrices for tissue engineering.Tissue Engineering,2001,7(2):203-210