纳米科技及其发展前景

纳米科技是在８０年代末、９０年代初才逐步发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，它的迅猛发展将在下世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。目前所有发达国家的政府和企业都在对纳米科技的研发进行大量的投入，试图抢占这一２１世纪科技战略制高点。关注纳米科技的进展，尽快组织和部署我国纳米科技的发展规划，对于我国新世纪的发展影响深远。 本文是白春礼院士去年１２月 １４日在中南海科技讲座上的报告全文。纳米科技的意义与发展过程 纳米科技的定义 如果将人类所研究的物质世界对象用长度单位加以描述，我们可以得到人类智…     

纳米科学与技术的发展与展望

<正> 纳米科学与技术(简称纳米科技)是80年代后期发展起来的,面向21世纪的综合交叉性学科领域,是在纳米尺度上新科学概念和新技术产生的基础。它把介观体系物理、量子力学、混沌物理等为代表的现代科学和以扫描探针显微技术、超微细加工、计算机等为代表的高技术相结合,在纳米尺度上(0.1nm到100nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互作用,以及利用原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的特性制造具有特定功能的产品,实现生产方式的飞跃。     

纳米科学技术的发展和未来

纳米科学技术是指在纳米尺度 (约在1～100纳米之间)上研究物质的特性和相互作用(包括原子、分子的操纵),以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术.这一技术使人类认识和改造物质世界的能力延伸到了原子和分子水平,是当今最重要的新兴科学技术之一,已经引起了科学界和产业界的极大关注.     

纳米Fe的低温比热

纳米微晶是由纳米量级(1～100nm)晶粒构成的多晶物质.纳米微晶是由两种组元组成,其一为晶体组元,该组元中所有原子都位于晶格内的格点上;另一部分为界面组元,其原子都位于晶粒之间的界面上.由于纳米微晶物质的界面比大尺寸晶粒物质大得多,且晶体组元又远小于大尺寸晶粒物质,这样纳米微晶就表现出不同于普通晶体的结构特点和物理性质.纳米铁的磁性和Mǒssbauer谱的测量表明,纳米Fe的饱和磁化强度远小于大块α-Fe和非晶铁的饱和磁化强度,并且纳米Fe界面组分的居里温度T_c比大块多晶Fe低,这意味着     

纳米摩擦学研究进展与存在问题

90年代国际上兴起的纳米科学技术被认为是面向21世纪的新科技,它是在0.1～100nm尺度上研究自然界现象中原子、分子行为与规律,以期在深化对客观世界认识的基础上,实现直接由人类按需要排布原子,制造出性能独特的产品.纳米科技的出现无疑是现代科学的重大突破,将深刻影响国民经济的未来发展,并由此派生出一系列的新学科。纳米摩擦学就是其中重要的分支。在纳米科技中,当前人们普遍关心和急需解决的理论与实践问题主要有:微材料特性、微观摩擦、磨损和润滑、微系统优化设计理论以及纳米级结构和制造工艺等。 现代机械科学的发展出现机电一体化、超精密化和微型化的趋势,许多高新技术装置如微电子设备、微型机器人、生物医疗器械和精密测试仪器等的摩擦副间隙常处于纳米量级。微型机械中因受到尺寸效应的影响,使表面粘着力、摩擦力和润滑膜粘滞力相对于传统机械中的体积力而言显得非常突出,微摩擦磨损和纳米薄膜润滑已成为关键问题,因此纳米摩擦学对现代机械的发展具有重要意义。     

纳米毒理学与安全性中的纳米尺寸与纳米结构效应

纳米生物效应与安全性是纳米科学中既具有基础科学意义, 又事关纳米科技应用前景的关键问题, 是纳米技术可持续发展的核心. 国际上普遍认为, 纳米技术的未来发展取决于两大主要瓶颈能否取得突破: 一是纳米尺度上的可控加工与大规模生产技术; 二是纳米安全性知识体系与评价方法. 针对后者, 欧洲和美国都提出了“没有安全数据, 就没有市场”(“No Data,No Market”)的方针. 为了保障科技和市场的优先权, “科技要领先, 产品要安全”已成为发达国家的国家战略. 为此, 在短短5 年内已经形成纳米毒理学这个新兴学科, 阐明在纳米尺度下物质的毒理学效应. 本文重点分析纳米毒理学与纳米安全性中的纳米尺寸效应、纳米结构效应这两个重要的科学问题及其研究结果, 同时简单讨论剂量-效应关系这个传统毒理学的中心法则在纳米毒理学中的变化情况, 讨论未来的相应研究内容和方向, 同时也帮助读者更为科学、理性地认识和理解物质在新的纳米尺度下所固有的生物学特性, 包括毒理学特性.     

分子手术——纳米生物学的新领域

本文扼要地介绍了纳米生物学这一纳米科技与生物学的交叉科学。重点综述了分子手术这一21世纪的外科手术的发展历程和研究进展,并对分子手术及其应用前景做了展望。     

关于纳米地质和纳米天文

纳米物质或毫微物质(1纳米=10~(-9)米),是自然界物质结构的一个层次,它们处在微观粒子和宏观物体交界的过渡区域,具有许多既不同于微观粒子、又不同于宏观物体的特性。纳米科学技术的发展,启发我们思考纳米地质和纳米天文问题。     

激光检测摩擦力显微镜的研制

纳米摩擦学已经成为摩擦学最活跃的研究领域之一。摩擦力显微镜(Friction force microscope,简称FFM)是最近几年在原子力显微镜(Atomic force microscope,简称AFM)基础上发展起来的一种具有很高分辨率的、用于研究物质表面微观摩擦性质的探测工具。由于以往在微观尺度上对摩擦现象的研究缺乏有效手段,因此,FFM自问世以来便受到广泛重视并在纳米摩擦学领域得到应用。目前纳米摩擦学研究领域的最新成果大都由AFM和FFM得到,如微摩擦力与表面轮廓斜率的对应关系、微摩擦力的周期性、微磨损的特性等。但AFM和FFM在纳米摩擦学领域的应用研究本身还有待于深入发展。虽然国内一些单位已开展对微观摩擦学的研究和扫描探针系列显微镜的研制工作,但尚未有用FFM从事纳米摩擦磨损研究的报道。清华大学摩擦学国家重点实验室与中国科学院化学研究所于1995年5月成功地研制出国内首台FFM。本文报道了我们在仪器研制方面所作的工作。     

让我们走进纳米的精彩世界

自20世纪80年代末开始,一门新兴技术——纳米技术开始诞生并迅速崛起,现已形成了纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等多种新学科。著名科学家钱学森曾预言:"纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点,会是一次技术革命,从而将是21     

纳米伦理: 研究现状、问题与挑战

20 世纪90 年代以来, 伴随着纳米科学与技术的蓬勃发展, 有关纳米技术的社会和伦理问题的研究悄然兴起并逐渐成为一门跨学科的研究领域. 本文主要从纳米伦理研究的兴起、纳米伦理研究的主要内容、以及纳米伦理研究所面临的挑战与应对等三个方面评述纳米伦理研究的现状、存在的问题以及未来发展的方向.     

纳米聚苯乙烯胶乳颗粒的特殊成膜性质

应用多种实验手段对平均粒径29 nm的聚苯乙烯纳米胶乳颗粒成膜过程进行了研究. 样品经不同温度热处理1 h后, 原子力显微镜扫描发现聚苯乙烯颗粒的变形温度约为90℃, 平坦化温度约为 100℃. 90℃以下处理时, DSC扫描在Tg附近有一放热峰, 100℃以上热处理后消失. 固体核磁共振结果也发现在90- 100℃热处理后, 芳香碳和脂肪碳的自旋-晶格弛豫时间发生明显转变. 其密度也在该区间发生突变. 说明纳米尺寸的聚苯乙烯颗粒的凝聚态特征与大粒径(＞1 (m)胶乳或本体聚苯乙烯不同, 从而导致聚合物颗粒在较低温度下即可发生变形和相邻颗粒间的融合.     

序言

纳米科技在全世界都受到广泛重视,是提升国家未来核心竞争力和抢占未来制高点的重要领域之一.然而科学技术从来都是把双刃剑.纳米科技的发展也存在着一定的风险和不确定性,处理不好可能会带来一     

纳米固体镍钛的居里温度

纳米固体是一种全新结构的固体材料.由于它的特殊结构和性能,引起了科技界和工业界的重视,开展了广泛的研究.我们这里所指的纳米固体是由超细颗粒(通常为1～100 nm)在保持较清洁的表面原位加压成型的块体材料.由于所组成的是超细颗粒,且具有很高的界面体积从而使材料的物理性能有很大改变甚至完全与常规材料不同.本文介绍采用TG方法测得的纳米固体镍钛的居里温度及其变化.     

生物矿化法制备多孔壳聚糖-聚丙烯酸-磷酸钙复合纳米微粒

介绍了两种在壳聚糖-聚丙烯酸纳米微粒(CS-PAA NPs)表面进行生物矿化制备聚合 物-磷酸钙复合纳米微粒(CS-PAA-CaP NPs)的方法: 氨水滴加法和尿素热分解法. 氨水滴加法得到的复合纳米微粒形状不规则; 尿素的热分解使磷酸钙在CS-PAA粒子表面矿化, 获得形貌规则的复合纳米微粒. 通过动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)和X-射线衍射(XRD)对由尿素热分解法得到的复合纳米微粒进行了表征. 实验结果表明, 尿素热分解矿化方法可以避免CS-PAA粒子在碱性环境中沉淀, 得到具有多孔结构的复合纳米粒子, 粒径约为400~600 nm; 此复合粒子中无机成分约占23%, 其无机成分主要以磷酸氢钙(CaHPO₄)晶体的形式存在. 该复合粒子的多孔结构有望在药物传输以及其他生物医用材料领域有广泛的应用.     

封面说明

<正>一维纳米材料纳米线在纳米器件制备领域有着巨大的潜力,其化学、电学等特性得到学者们的大量研究,但是纳米线的拉伸动态特性受制于检测手段的不完善,并未得到充分的研究.原子链是一种比纳米线尺寸更小的一维纳米结构材料,表现出很多特异的物理特性,同样在纳米器件和原子器件制备领域有着巨大的潜力,通常采用拉伸纳米线的方法制备.借助微电子机械系统(MEMS)技术     

金属配合物甘氨酸铜(Ⅱ)纳米棒的室温固相合成

以醋酸铜和甘氨酸为原料, 利用一步室温固相化学反应合成了分布均匀、粒径为20~30 nm的金属配合物trans-[Cu(glyo)₂·(H₂O)]球形纳米粒子. 在上述反应基础上, 通过在体系中添加适当表面活性剂PEG400作软模板, 成功地制备了直径为100~150 nm, 长度达几个微米的trans-[Cu(glyo)₂]纳米棒. 所得产物通过X射线衍射(XRD)、元素分析、热重(TG)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)进行了表征, 并对其形成机理进行了探讨.     

纳米硅薄膜的压阻效应

固体纳米材料已被认为是当前极有发展前景的一种人工功能材料.许多先进国家皆已把它列为21世纪重大课题而给予重视.我们使用了常规的PECVD薄膜沉积技术已成功地制备出具有纳米相结构的硅薄膜(nc-Si:H).由于纳米硅膜是由占体积百分比X_c≈50%的细微晶粒(d=3～5nm)及X_I≈50%的晶粒界面所组成,已发现大量界面组织的存在对nc-Si:H膜的结构和物性产生重要的作用.业已观测到,nc-Si:H膜中的界面是由细微晶粒的无规排列     

纳米相铁电钛酸铅超微粉的相变

随着光电子学的发展,纳米材料正起着越来越重要的作用.近来的理论研究表明,纳米尺寸的半导体微晶具有较高的三阶非线性极化率和快速响应速度.因此,纳米材料的研究十分活跃.但由于多元化学组成和很高的结晶温度,采用普通的工艺以及气相冷凝的方法难于得到纳米尺寸的铁电粒子.然而,体材料中纳米相的研究可以追溯到50年代,Kanzig在纯净的BaTiO_3中观察到了环境温度高于Curie温度时存在着尺寸为10～100nm的极性微区.这种极性微区现在称为Kanzig微区.后来,扩散相变的研究、微畴-宏畴转变的研究等都采用了这一概念.     

非晶态SiO2中纳米ZnS的量子尺寸效应与非线性光学效应

纳米材料是低维材料的一种,是目前材料科学研究的热点和前沿.纳米复合材料因具有很强的非线性光学效应而引起人们的兴趣.1983年Jain和Lind首先发现掺有Cd(SSe)的玻璃具有较高的三阶非线性极化率和高的响应速率,Cd(SSe)的尺寸被估计为10～100nm.这揭开了半导体掺杂纳米复合材料的研究序幕.多年来有许多人从事这方面的研究工作,日本的Nogami等研究了CdS,PbS,CuCl,CdTe等分散在SiO_2玻璃中的复合材料的量子尺寸效应和吸收光谱.西安交通大学电子材料研究所在这方面作了大量的研究工作,制备了一系列化合物牛导体微晶与多孔SiO_2玻璃的复合材料,并且研究了复合材料的结构与特性。