20120618- 納米技術行業(yè)分析報告-.docx

20120618-納米技術行業(yè)分析報告概覽一 、納米技術的定義2二、納米技術包含內容及分類3三、納米材料的定義4四、納米材料的分類5五、納米材料的應用范圍5六、納米材料發(fā)展現狀及前景10（一）發(fā)展現狀10（二）發(fā)展前景1220120618-納米技術行業(yè)分析報告概覽一 、納米技術的定義 納米技術(nanotechnology），也稱毫微技術，是研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用的一種技術。 1981年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，誕生了一門以0.1到100納米長度為研究分子世界，它的最終目標是直接以原子或分子來構造具有特定功能的產品。因此，納米技術其實就是一種用單個原子、分子射程物質的技術。 圖一：人類認識物質的層次納米技術是一門交叉性很強的綜合學科，研究的內容涉及現代科技的廣闊領域。納米科學與技術主要包括：納米體系物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學、納米力學等 。二、納米技術包含內容及分類（一）納米材料：當物質到納米尺度以后，大約是在0.1100納米這個范圍空間，物質的性能就會發(fā)生突變，出現特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。 （二）納米動力學：主要是微機械和微電機，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)，特種電子設備、醫(yī)療和診斷儀器等.用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝。（三）、納米生物學和納米藥物學：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互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細結構等。有了納米技術，還可用自組裝方法在細胞內放入零件或組件使構成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細粉，也大約有半數不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。 納米生物學發(fā)展到一定技術時，可以用納米材料制成具有識別能力的納米生物細胞，并可以吸收癌細胞的生物醫(yī)藥，注入人體內，可以用于定向殺癌細胞。（四）、納米電子學：包括基于量子效應的納米電子器件、納米結構的光/電性質、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷，更小，是指響應速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。三、納米材料的定義 (一)納米材料的廣義定義納米材料廣義上是三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱。由于納米尺寸的物質具有與宏觀物質所迥異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應，因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。（二)納米材料的狹義定義歐盟委員會則將納米材料定義為一種由基本顆粒組成的粉狀或團塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數量在整個材料的所有顆?？倲抵姓?0%以上。四、納米材料的分類納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。五、納米材料的應用范圍（一）天然納米材料 海龜在美國佛羅里達州的海邊產卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產卵。如此來回約需56年，為什么海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內的納米磁性材料，為它們準確無誤地導航。 生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現這些生物體內同樣存在著納米材料為它們導航。 （二）納米磁性材料 在實際中應用的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好，而且記錄密度比-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。 （三）納米陶瓷材料 傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學穩(wěn)定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。 （四）納米傳感器 納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。 （五） 納米傾斜功能材料 在航天用的氫氧發(fā)動機中，燃燒室的內表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內表面要用陶瓷制作，外表面則要用導熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結成形時，就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。 （六）納米半導體材料 將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領域發(fā)揮重要的作用。 利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。 （七）納米催化材料 納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分數較大、表面的化學鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內部不同、表面原子配位不全，導致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。 鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機物的氫化反應是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應的溫度從600 降低到室溫。 （八）醫(yī)療上的應用 血液中紅血球的大小為6 0009 000 nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。 使用納米技術能使藥品生產過程越來越精細，并在納米材料的尺度上直接利用原子、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的傳輸更為方便，用數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。使用納米技術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和DNA診斷出各種疾病。 （九）納米計算機 世界上第一臺電子計算機誕生于1945年，它是由美國的大學和陸軍部共同研制成功的，一共用了18 000個電子管，總重量30 t，占地面積約170 m，可以算得上一個龐然大物了，可是，它在1 s內只能完成5 000次運算。 經過了半個世紀，由于集成電路技術、微電子學、信息存儲技術、計算機語言和編程技術的發(fā)展，使計算機技術有了飛速的發(fā)展。今天的計算機小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬分之一，但運算速度卻遠遠超過了第一代電子計算機。 如果采用納米技術來構筑電子計算機的器件，那么這種未來的計算機將是一種“分子計算機”，其袖珍的程度又遠非今天的計算機可比，而且在節(jié)約材料和能源上也將給社會帶來十分可觀的效益。 可以從閱讀硬盤上讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產。計算機在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。 （十）納米碳管 1991年，日本電氣公司的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖所示。這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強度比鋼高出100倍，導電率比銅還要高。 在空氣中將納米碳管加熱到700 左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內形成的金屬絲也特別細，被稱為納米絲，它產生的尺寸效應是具有超導性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導體。 納米技術在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數國家，雖然已經初具基礎，但是尚在研究之中，新理論和技術的出現仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。 （十一）家電 用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用為作電冰箱、空調外殼里的抗菌除味塑料。 （十二）環(huán)境保護 環(huán)境科學領域將出現功能獨特的納米膜。這種膜能夠探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能夠對這些制劑進行過濾，從而消除污染。 （十三）紡織工業(yè) 在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復配粉體材料，經抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內衣和服裝，可用于制造抗菌內衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。 （十四）機械工業(yè) 采用納米材料技術對機械關鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設備的耐磨性、硬度和使用壽命。六、納米材料發(fā)展現狀及前景（一）發(fā)展現狀1、全球納米材料市場份額2010 年，全球納米材料區(qū)域分布中，北美和歐洲市場占據前兩位。歐洲市場上納米材料多用于醫(yī)藥領域，眾多醫(yī)藥公司分布其中。在亞洲市場，由于政府的大力支持、逐漸增強的環(huán)保意識和對特殊材料的強烈需求，使得近五年來，亞洲納米材料發(fā)展迅猛。 圖二 2010年全球納米材料市場分布2、中國研究及發(fā)展現狀（1）專利技術申請數量增加目前我國有多個跨學科的納米研究中心，有50多所大學、中科院20多個研究所、300多家企業(yè)、3000多人在從事與納米科技相關的研發(fā)，中國國家知識產權局的統(tǒng)計顯示，中國納米技術專利申請數量從2005 年的約4600 件增長到2009年的超過12000 件，躍居世界第二。同時中國的納米材料專利(包括三資企業(yè)在中國的納米專利中請)占全世界該領域專利申請總數的20%以上。（2）國家政策及經費的支持20052010 年間，中國納米科技研究經費投入超過50 億元，比上一個5 年的15 億元增長了3 倍多。中國還建立了幾所國家級納米研發(fā)基地，積極推進納米產業(yè)的發(fā)展。2012 年1 月，中國工業(yè)和信息化部發(fā)布新材料產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃（以下簡稱“規(guī)劃”），“規(guī)劃”中將納米材料列入前沿新材料領域，并明確指出，中國將加強納米技術研究，重點突破納米材料及制品的制備與應用關鍵技術，積極開發(fā)納米粉體、納米碳管、富勒烯、石墨烯等材料，積極推進納米材料在新能源、節(jié)能減排、環(huán)境治理、綠色印刷、功能涂層、電子信息和生物醫(yī)用等領域的研究應用。（3）行業(yè)大規(guī)模和高水平應用不明朗我國納米材料研究起步早，納米科技的研究力量基本形成，具有若干種發(fā)展納米材料的礦物資源和生物資源，但納米技術的整體研發(fā)和應用在國際中并不領先。目前中國的納米技術還僅限于納米材料層次上，而美國等西方國家已開始用納米材料合成器件，生產出與百姓生活密切相關的納米科技實物。另外行業(yè)大規(guī)模和高水平的應用尚不明朗，離產業(yè)化和大批量進入市場還有較大的距離，從政府科技的管理和投入、科學家的研究、工程技術應用、產業(yè)化和市場諸方面還有不少需要解決的問題。（二）發(fā)展前景1、中國市場份額將擴大隨著我國納米材料及技術的發(fā)展，以及國家各項科技計劃的支持下，納米材料及技術的應用也將越來越廣泛。2009年中國政府實行的4萬億人民幣經濟刺激計劃中，明確投入研發(fā)的已有120億。由此表明，2009年及以后幾年，納米技術在中國將快速邁進，從食品和服裝到藥品和軍事，納米技術將改變中國外向型經濟和各個生活層面，而中國也注定將占據全球市場中最大份額。2、產品多樣化，價格降低化其中高端納米產品比重增長