納米材料綜述

實(shí)用文檔納米材料綜述機(jī)械工程學(xué)院11級(jí)機(jī)制班劉科顯201100160224前言1，概述一納米等于十億分之一米，相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑的八萬(wàn)分之一。納米材料被譽(yù)為“21一世紀(jì)最具有前途的材料”，與信息技術(shù)和生物技術(shù)并成為21世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱之一和戰(zhàn)略制高點(diǎn)。材料的結(jié)構(gòu)決定材料的性質(zhì)，納米材料的特殊結(jié)構(gòu)決定它具有一些特異性質(zhì)，從而納米材料具有常規(guī)材料沒有的性質(zhì)，從而使納米材料得到更廣泛的應(yīng)用。納米材料在化工，工程材料，信息，生物醫(yī)學(xué)，軍事等領(lǐng)域都得到了充分的應(yīng)用?，F(xiàn)在納米技術(shù)尚在初期階段，但于社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益都產(chǎn)生的巨大的影響，在未來(lái)納米材料必定大顯身手。納米科技是研究結(jié)構(gòu)尺度在1（0.1）~100nm范圍內(nèi)材料體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，相互作用及實(shí)際應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。其基本內(nèi)涵是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過(guò)直接操作原子，分子創(chuàng)造新的物質(zhì)。納米技術(shù)在材料學(xué)，生物學(xué)，電子學(xué)，化學(xué)，物理學(xué)，測(cè)量學(xué)，力學(xué)的若干領(lǐng)域得到應(yīng)用。納米技術(shù)是許多基礎(chǔ)理論，專業(yè)工程理論與當(dāng)代高新技術(shù)的結(jié)晶。以物理學(xué)，化學(xué)的微觀理論為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代高精密檢測(cè)儀器和先進(jìn)的分析技術(shù)為手段。美國(guó)IBM首席科學(xué)家曾經(jīng)說(shuō)到：“正像微電子技術(shù)產(chǎn)生了信息革命一樣，納米技術(shù)將成為下一代信息的核心?！蔽覈?guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森也指出：“納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命，從而引發(fā)21世紀(jì)的一次新的產(chǎn)業(yè)革命?！奔{米技術(shù)具有極大的戰(zhàn)略意義，世界上許多國(guó)家都將其納入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。本文將從納米材料的現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用三方面加以主要敘述。2，定義納米材料是指特征尺寸在納米數(shù)量級(jí)（1~100nm）的極細(xì)顆粒組成的固體材料。廣義上講，納米材料指三維空間尺寸中至少有一維處于納米量級(jí)的材料。發(fā)展歷史納米材料的概念可以追溯到1959年，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼（RichardPhillipsFeynman)_在一次名為“Thereisplentyofroomatthebottom”演講中提到的。他構(gòu)想人類可以使用宏觀上的機(jī)器制造比其體積小的機(jī)器，進(jìn)而制造更小的機(jī)器，這樣一步步縮小生產(chǎn)裝置，逐步達(dá)到分子尺度，到最后人類可以按照自己的意愿來(lái)排列原子，制造產(chǎn)品。盡管當(dāng)時(shí)的科學(xué)界抱以普遍的懷疑態(tài)度，但不久之后，他的理念得以證實(shí)，1980年H·Gleiter教授在一次穿越澳大利亞的沙漠旅行時(shí)引發(fā)的構(gòu)想，他不同于當(dāng)時(shí)的常規(guī)想法，即具有完整空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的實(shí)體即晶體視為主體，而將空間點(diǎn)陣中的空位，置換原子，間隙原子，相界，位錯(cuò)和晶界視為晶體材料中的缺陷。他將“缺陷”視為主體，制造出一種晶界占有極大體積比的材料。1984年，他領(lǐng)導(dǎo)的研究組用惰性氣體凝聚法制備了具有具有清潔表面的黑色納米金屬粉末粒子，并以它為結(jié)構(gòu)單元制成了納米塊體材料。1987年美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的西格爾（Siegel)等人使用氣相冷凝法制備納米陶瓷材料TiO2，并觀察到納米材料在室溫和低溫下具有良好的韌性。1990年7月，在美國(guó)巴爾的摩召開國(guó)際第一屆納米科技學(xué)術(shù)會(huì)議，正式把納米材料科學(xué)作為材料科學(xué)的一個(gè)新的分支公布于世，表明了納米材料科學(xué)已經(jīng)成為一個(gè)比較獨(dú)立的學(xué)科。1994年在美國(guó)波士頓召開的MRS秋季會(huì)議上正式提出了納米材料工程。是納米材料的新領(lǐng)域，是納米材料研究的基礎(chǔ)上通過(guò)納米合成，納米添加發(fā)展新型的納米材料，并通過(guò)納米添加對(duì)傳統(tǒng)材料進(jìn)行改性，擴(kuò)大納米材料的應(yīng)用范圍，開始形成了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并行的局面。納米材料發(fā)展有三個(gè)階段：第一階段（1990年之前）主要是在實(shí)驗(yàn)室探索，用各種手段制造各種材料納米顆粒粉體，合成塊體，研究表征方法，探索納米材料的性能。第二階段（1990~1994年）。人們使用已經(jīng)發(fā)掘出來(lái)的納米材料的特殊物理，化學(xué)性質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)開發(fā)新的納米復(fù)合材料，一度主導(dǎo)了納米研究的方向。第三階段（1994~）。納米組裝體系。人工組裝合成納米材料的結(jié)構(gòu)材料越來(lái)越受到人們的關(guān)注，已經(jīng)成為納米研究的新熱點(diǎn)。納米材料具有極大的戰(zhàn)略價(jià)值，因此許多發(fā)達(dá)國(guó)家如德國(guó)，日本，美國(guó)，俄羅斯，英國(guó)，法國(guó)都投入大量財(cái)力進(jìn)行研究。我國(guó)納米材料研究起步比較晚，但是國(guó)家對(duì)納米材料研究十分重視，納米材料科學(xué)已經(jīng)作為國(guó)家基礎(chǔ)性研究重大關(guān)鍵項(xiàng)目列入國(guó)家“八五”攀登計(jì)劃。此后國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家教委分別組織了八項(xiàng)重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)家863計(jì)劃、973計(jì)劃新材料領(lǐng)域也對(duì)納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進(jìn)行了立項(xiàng)研究。通過(guò)這些計(jì)劃我國(guó)在納米研究領(lǐng)域已投入大量的人力物力。已經(jīng)取得了一系列重要成果，尤其是在納米材料應(yīng)用研究，如納米技術(shù)改進(jìn)性塑料、橡膠、膠黏劑、密封劑、涂料、聚合物復(fù)合材料、陶瓷、電子封裝材料以及精細(xì)化工產(chǎn)品等方面已處于領(lǐng)先水平。納米材料的結(jié)構(gòu)與特性1，納米材料的結(jié)構(gòu)納米材料由兩種組元組成：晶體組元與界面組元。晶體組元由晶粒中的原子組成；界面組元由各晶粒之間的界面原子組成，由超微晶粒表面原子轉(zhuǎn)化而來(lái)。納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成。納米晶粒內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)與粗晶材料基本相同。納米材料突出的結(jié)構(gòu)特征是晶界原子的比例很大，當(dāng)晶粒尺寸為10nm時(shí)，一個(gè)金屬納米晶內(nèi)界面可達(dá)6×1025m2時(shí)，晶界原子達(dá)15%~50%。由于納米材料中晶界原子結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，目前很難用一種統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)來(lái)描述納米晶界的微觀結(jié)構(gòu)?？梢哉J(rèn)為納米材料中的界面存在一個(gè)結(jié)構(gòu)上的分布，它們處于無(wú)需到有序的中間狀態(tài)，有的與粗晶界面十分接近，有的則更趨于無(wú)序狀態(tài)。正是由于納米材料這種特殊的結(jié)構(gòu)，是納米材料自身具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面和界面效應(yīng)等特殊效應(yīng)。2，納米材料中的特殊效應(yīng)表面效應(yīng)指納米微粒表面原子與總原子數(shù)之比，隨粒徑變小后而急劇增大后引起性質(zhì)上的變化。納米材料的顆粒尺寸小，位于表面的原子所占的體積分?jǐn)?shù)很大，產(chǎn)生相當(dāng)大的表面能。（2）小尺寸效應(yīng)當(dāng)納米微粒的粒徑小到與其光波波長(zhǎng)或德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，納米晶體的周期性邊界條件被破壞，而導(dǎo)致其呈現(xiàn)出與相應(yīng)塊體材料顯著不同的物理性質(zhì)變化現(xiàn)象。量子尺寸效應(yīng)當(dāng)粒子尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象。宏觀量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力成為隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)是未來(lái)微電子器件的基礎(chǔ)，它確定現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。納米材料的性能1，力學(xué)性能許多納米金屬的室溫硬度比相應(yīng)粗晶高2~7倍;納米材料具有更高的強(qiáng)度,例如,6nm的納米鐵晶體的強(qiáng)度比多晶鐵提高12倍,硬度提高了2~3個(gè)數(shù)量級(jí);韌性更大,如美國(guó)Argonnel實(shí)驗(yàn)室制成的納米CsF2陶瓷晶體在室溫下可彎曲100%。室溫下的納米TiO2陶瓷晶體表現(xiàn)出很高的韌性,壓縮至原長(zhǎng)度的1/4仍不破碎。2，熱學(xué)性能一般納米金屬材料的熱容是傳統(tǒng)金屬的2倍;直徑為10nm的Fe、Au和Al熔點(diǎn)分別由其粗晶熔點(diǎn)的1540℃、1063℃和660℃降到33℃、27℃和18℃。2nm的金的顆粒熔點(diǎn)僅為330℃,比通常金的熔點(diǎn)低700℃以上,而納米銀粉的熔點(diǎn)僅為100℃;此外,納米材料的熱膨脹可調(diào),可用于具有不同熱膨脹系數(shù)的材料的連接。3，磁學(xué)性能當(dāng)晶粒尺寸減小到納米級(jí)時(shí),晶粒之間的鐵磁相,互作用開始對(duì)材料的宏觀磁性有重要影響,使得納米材料具有高磁化率和高矯頑力,低飽和磁矩和低磁耗納米磁性金屬的磁化率是普通金屬的20倍,而飽和磁矩是普通金屬的1/2。4，光學(xué)性能各種納米微粒幾乎都呈黑色,它們對(duì)可見光的反射率將顯著降低,一般低于1%。粒度越細(xì),光的吸收越強(qiáng)烈,利用這一特性,納米金屬有可能用于制作紅外線檢測(cè)元件、隱身飛機(jī)上的雷達(dá)波吸收材料。5，電學(xué)性能電導(dǎo)率低,納米固體中的量子隧道效應(yīng)使電子運(yùn)輸表現(xiàn)出反?，F(xiàn)象,例如,納米硅氫合金中的氫含量大于5%(原子分?jǐn)?shù))時(shí),電導(dǎo)率下降2個(gè)數(shù)量級(jí),并出現(xiàn)通道電阻效應(yīng)。納米材料的電導(dǎo)率隨顆粒尺寸的減小而下降。6，高擴(kuò)散性納米晶體的自擴(kuò)散速率為傳統(tǒng)晶體的1016至1019倍,是晶界擴(kuò)散的100倍。高的擴(kuò)散速率使納米材料的固態(tài)反應(yīng)可在室溫或低溫下進(jìn)行。7，表面活性隨著納米微粒粒徑減小,比表面積增大,表面原子數(shù)增多及表面原子配位不飽和性導(dǎo)致大量的懸鍵和不飽和鍵等,使得納米微粒具有高的表面活性,適于作催化劑和貯氫材料。例如,納米晶Li-MgO對(duì)甲烷向高級(jí)烴轉(zhuǎn)化的催化激活溫度比普通Li浸滲的MgO至少低200℃；又如,普通多晶Mg2Ni的吸氫只能在高溫下進(jìn)行,低溫吸氫需長(zhǎng)時(shí)間或高壓力,而納米晶Mg2Ni在200℃以下,即可吸氫,無(wú)須活化處理。分類納米材料的特性應(yīng)用力學(xué)高強(qiáng)度、高硬度、高塑性、高韌性、低密度、低彈性模量納米金屬陶瓷高性能刀具，用于高壓、真空、腐蝕等極端環(huán)境的納米陶瓷。熱學(xué)高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熔點(diǎn)高效光熱轉(zhuǎn)換、低溫?zé)Y(jié)光學(xué)反射率低、吸收率大、吸收光譜藍(lán)移紅外傳感器，紅外隱身技術(shù)，高效光熱、光電轉(zhuǎn)換，吸波，光通信，光存儲(chǔ)，光開關(guān)，光過(guò)濾，光致發(fā)光，非線性光學(xué)元件，光折變材料電學(xué)高電阻、量子隧道效應(yīng)、庫(kù)倫堵塞效應(yīng)納米電子元件、導(dǎo)電漿料、電極、超導(dǎo)體、量子器件、壓敏和非線性電阻磁學(xué)強(qiáng)軟磁性、高矯頑力、超順磁性、巨磁電阻效應(yīng)磁記錄、磁光記錄、磁流體、永磁材料、吸波材料、磁光元件、磁存儲(chǔ)、磁探測(cè)器、磁制冷材料化學(xué)高活性、高擴(kuò)散性、高吸附性、光催化活性催化劑、催化劑載體、抗菌、空氣凈化、汽車尾氣凈化、廢水處理、自清潔生物高滲透性、高表面積、高仿生度藥物載體、靶向給藥、藥物篩選、抗癌、人工骨、納米孔基因測(cè)序、芯片實(shí)驗(yàn)室納米材料的分類納米材料可從維數(shù)、組成相數(shù)、導(dǎo)電性能等不同角度進(jìn)行分類。由于納米材料主要特征在于其外觀尺度，從三維外觀尺度上對(duì)納米材料進(jìn)行分類是流行的分類方法。基本類型尺度、形貌與結(jié)構(gòu)特征實(shí)例零維納米材料三維尺度均為納米級(jí)，無(wú)明顯的取向性，近等軸狀原子團(tuán)簇，量子點(diǎn)，納米微粒一維納米材料單向延伸，二維尺度為納米級(jí)，第三維尺度不限納米棒，納米線，納米管，納米晶須、納米纖維、納米卷軸、納米帶單向延伸，直徑大于100nm，具有納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)纖維二維納米材料一維尺度為納米級(jí)，面裝分布納米片，納米板，納米薄膜，納米涂層，單層膜，納米多層膜。面裝分布，厚度大于100nm，具有納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)薄膜，納米結(jié)構(gòu)涂層三維納米材料包含納米結(jié)構(gòu)單元、三維尺寸均超過(guò)納米尺寸的固體納米陶瓷，納米金屬，納米孔材料，氣凝膠，納米結(jié)構(gòu)陣列由不同類型低維納米結(jié)構(gòu)單元或其與常規(guī)材料復(fù)合形成的固體納米復(fù)合材料納米材料的制備方法1，物理制備方法蒸發(fā)冷凝法在高真空蒸發(fā)室內(nèi)通入低壓惰性氣體，使樣品（如金屬或氧化物）加熱，其所生成蒸汽霧化為原子霧并與惰性原子發(fā)生碰撞而失去能量，從而凝聚形成納米尺寸的團(tuán)簇并在液氮冷阱上聚集起來(lái)，最后得到納米粉體。此法優(yōu)點(diǎn)是可在體系中裝備原位加壓裝置，使收集到的納米粉體進(jìn)行原位壓結(jié)固化。在制備過(guò)程中可通過(guò)蒸發(fā)速率、惰性氣體類型及壓力調(diào)控，來(lái)改變產(chǎn)物粒子的粒徑分布。（2）分子束外延法分子束外延是一種物理沉積單晶薄膜方法。在超高真空腔內(nèi)（真空度達(dá)1.33′10-17~1.33′10-14Pa），源材料經(jīng)高溫蒸發(fā)，產(chǎn)生分子束流，入射分子束與襯底交換能量后，經(jīng)表面吸附、遷移、成核、生長(zhǎng)成膜。生長(zhǎng)系統(tǒng)配有多種監(jiān)控設(shè)備，如反射高能電子衍射（RHEED）、俄歇電子能譜（AES）、X射線電子譜（XPS）、低能電子衍射（LEED）、二次離子質(zhì)譜（SIMS）、各類電子顯微鏡等，可對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行瞬時(shí)測(cè)量分析。對(duì)表面凹凸、起伏、原子覆蓋度、粘附系數(shù)、蒸發(fā)系數(shù)及表面擴(kuò)散距離等生長(zhǎng)細(xì)節(jié)，進(jìn)行精確監(jiān)控。由于MBE的生長(zhǎng)環(huán)境潔凈，溫度低，具有精確的原位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，晶體完整性好，組分與厚度均勻準(zhǔn)確，各層之間界面陡峭平整，超晶格具有嚴(yán)格周期性，其周期可控在原子層精度內(nèi)，已成為半導(dǎo)體超晶格和量子阱制備的核心技術(shù)。所謂超晶格，指的是在晶體生長(zhǎng)方向上對(duì)其進(jìn)行周期性的化學(xué)組分的調(diào)變。于是人造的一維周期性就強(qiáng)加于晶體上，這種附加的周期性，比晶體平面的自然寬度大1或2個(gè)量級(jí)，但比電子的德布羅意波長(zhǎng)?。▽?duì)GaAs約為25nm），這就引起亞帶的產(chǎn)生和導(dǎo)致優(yōu)異電光性能量子器件出現(xiàn)，使半導(dǎo)體器件生長(zhǎng)技術(shù)，由雜質(zhì)工程步入了納米級(jí)微觀控制能帶工程。機(jī)械球摩擦法在沒有外部供熱情況下，通過(guò)介質(zhì)和物料之間相互碰撞研磨以達(dá)到微粒的超細(xì)化。此法，除用來(lái)制備單質(zhì)金屬納米粉體外，還可通過(guò)顆粒間固相反應(yīng)直接合成化合物粉體。如金屬碳化物、金屬氮化物和金屬氧化物等復(fù)合粉體。但該法難于獲得粒徑小的粉體。1988年Shingu首先報(bào)道用機(jī)械合金化法制備晶粒小于10nm的Al－Fe合金。其方法是使欲合金化的元素粉末混合粉體，置于高能球磨機(jī)內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，在冷態(tài)下經(jīng)球的反復(fù)沖擊擠壓和破碎，使之生成彌散分布的超細(xì)粒子。其缺點(diǎn)是在球磨過(guò)程中易引入雜質(zhì)。掃描探針顯微鏡法（SPM)用SPM法進(jìn)行納米尺度的信息存儲(chǔ)可追溯到Eigler,和Schweizer的先驅(qū)性工作，他們利用STM在4K低溫下以原子級(jí)精度實(shí)現(xiàn)了單個(gè)Xe原子在Ni（110）面移動(dòng)、排列、堆積和定位，并在世界上首次用35個(gè)單個(gè)Xe原子成功地排列出IBM圖案。納米電子學(xué)要求更高的存儲(chǔ)密度，更快的寫入速度和更好的穩(wěn)定性。這更高的存儲(chǔ)密度，意味著要更小的信息存儲(chǔ)組成的高密度點(diǎn)陣。這涉及信息存儲(chǔ)原理、機(jī)制和材料的選擇和設(shè)計(jì)。利用SPM進(jìn)行高密度信息存儲(chǔ)的制備從其實(shí)現(xiàn)原理有諸多類型：如利用SPM針尖誘導(dǎo)存儲(chǔ)材料產(chǎn)生機(jī)械形變形成信息點(diǎn)。Mamin等用FAM針尖在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上加熱誘導(dǎo)局部形變寫下100nm信息點(diǎn)。Sato則利用存儲(chǔ)材料在STM針尖下引起導(dǎo)電性改變從β-NaxV2O5復(fù)合材料上寫下10nm信息點(diǎn)。Quate利用SPM針尖誘導(dǎo)局域電荷分離在氮化硅-氧化硅-硅結(jié)構(gòu)的120μm×120μm微區(qū)內(nèi)寫下256千字節(jié)信息瑞士聯(lián)邦宣言。劉忠范等利用STM焦耳熱效應(yīng)誘導(dǎo)熱化學(xué)燒孔形成信息點(diǎn)，他們?cè)陔姾赊D(zhuǎn)移復(fù)合物TEA/TCNQ上得到大面積信息孔列陣，其最小孔徑8nm。鑒于信息最小點(diǎn)尺寸要受晶態(tài)相最小穩(wěn)定尺寸或薄膜上孔的尺寸和其沉積金屬顆粒尺寸所限制，馬立平等提出以電荷轉(zhuǎn)移為機(jī)制的具有電學(xué)雙穩(wěn)定特點(diǎn)的有機(jī)復(fù)合薄膜為信息存儲(chǔ)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了信息點(diǎn)大小為1.3nm，相鄰信息點(diǎn)間距2nm的記錄。他們還利用3-苯基，1-脲基腈（PUN）為信息存儲(chǔ)材料，在STM針尖作用下記錄區(qū)生成了具有電導(dǎo)的分子聚合鏈的局部聚合機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了記錄點(diǎn)為0.8nm2個(gè)記錄點(diǎn)間最小間隙為1.2nm相當(dāng)信息存儲(chǔ)密度為1014bit/cm2的新記錄。2，化學(xué)制備方法氣相沉淀法（CVD）在遠(yuǎn)離熱力學(xué)計(jì)算臨界反應(yīng)溫度條件下，反應(yīng)產(chǎn)物形成很高過(guò)飽和蒸氣壓，使其自動(dòng)凝聚形成大量晶核，晶核在加熱區(qū)不斷長(zhǎng)大并聚集成顆粒，隨氣流進(jìn)入低溫區(qū)，使顆粒生長(zhǎng)、聚集、晶化最后在收集室得到納米粉體。CVD法可通過(guò)選擇適當(dāng)濃度、流速、溫度和組成配比等工藝條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體組成、形貌、尺寸和晶相等的控制。此法還有以激光或等離子體為加熱手段的激光誘導(dǎo)氣相合成法和等離子體氣相合成法，由于該法加熱速度快，在高溫駐留時(shí)間短及冷卻迅速等優(yōu)點(diǎn)，故可獲得粒徑小于10nm的納米均勻粉體。作為CVD法一個(gè)例子：以Si(CH3)2Cl2、NH3為Si、C、N源，以H2為載氣，在1100～1400℃溫度下可獲得平均粒徑為30～50nm的SiC納米粉和平均粒徑小于35nm的無(wú)定型SiC—Si3N4納米混合粉體。液相沉淀法在金屬鹽溶液中加入適當(dāng)沉淀劑得到前驅(qū)體沉淀物,再將此沉淀煅燒形成納米粉體.根據(jù)沉淀方式，該法可分為直接沉淀法,共沉淀法和均勻沉淀法.為防止在沉淀過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重團(tuán)聚,往往在其制備過(guò)程中引入諸如冷凍干燥、超臨界干燥和共沸蒸餾等技術(shù)，可收到較好結(jié)果。此法操作簡(jiǎn)單，成本低但易引進(jìn)雜質(zhì)，難以獲得粒徑小的納米粉體。溶膠-凝膠法（Sol-gel）溶膠-凝膠法是指金屬的有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物經(jīng)過(guò)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)熱處理而成為氧化物或其它化合物的方法。該方法可實(shí)現(xiàn)分子水平的化學(xué)控制和介觀水平的幾何控制，從而達(dá)到性能剪裁目的。所謂溶膠是指作為起始物的醇鹽和/或金屬有機(jī)配合物，通過(guò)醇鹽和配合物的水解，生成相應(yīng)的氫氧化物或含水氧化物。然后再經(jīng)縮聚反應(yīng)形成一定尺寸且穩(wěn)定地分散于介質(zhì)中的膠體粒子分散體系。而凝膠則是縮合反應(yīng)后所形成的膠體粒子的進(jìn)一步聚集、粘結(jié)而形成3維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的略呈彈性的半固體狀物。從凝膠要變成晶態(tài)物質(zhì)，還需經(jīng)過(guò)進(jìn)一步熱處理，使大量存在于凝膠中活性基團(tuán)繼續(xù)縮合，固化并使殘存于凝膠中的水和有機(jī)溶劑及有機(jī)基團(tuán)，通過(guò)低溫?zé)崽幚矶?，然后再通過(guò)高溫?zé)Y(jié)而形成晶態(tài)物質(zhì)的過(guò)程。Sol-gel法應(yīng)用范圍十分廣泛。按材料用途涉及光學(xué)及光電子、電子、磁性材料、催化劑、陶瓷；從其材料外形則涉及塊體、纖維、薄膜及粉末。從材料形態(tài)涉及晶體、無(wú)定形材料及有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料諸多應(yīng)用。僅各種光電性能薄膜就有波導(dǎo)膜、吸收膜、著色膜、反射膜、非線性光學(xué)膜、光致/電致變色膜、光催化膜、鐵電/介電膜、電子/離子導(dǎo)電膜及高溫超導(dǎo)膜等。這歸結(jié)它工藝簡(jiǎn)單易于制成多組分、定量摻雜膜，及能有效控制膜成分和其微觀結(jié)構(gòu)等。Langmuir-Blodgett膜法，簡(jiǎn)稱L-B法其一般制備方法是把一端親水一端疏水的兩親化合物稀溶液，滴鋪在水相中，待溶劑揮發(fā)后，兩親分子就在水/氣界面上形成疏水端朝向空氣，親水端指向水中呈直立狀分散排布，因此必須借助機(jī)械方法用障板橫向擠壓，使呈直立狀分散排布兩親分子片單元、粘結(jié)、堆集成排列有序單分子膜即所謂Langmuir膜。要使Langmuir膜轉(zhuǎn)移到經(jīng)過(guò)處理的基片上，可借助傳統(tǒng)的垂直轉(zhuǎn)移沉積法，即在恒定膜壓和拉膜速度下垂直拉起可制備多層Y-型L-B膜；亦可采用水平接觸法，即把基片置于與亞相水面平行位置，緩慢下放基片，使與亞相水面上分子膜剛好接觸，則分子膜就被轉(zhuǎn)移吸附到基片上，提升再下降，如此重復(fù)操作亦可得到L-B膜。在諸多的成膜技術(shù)中L-B膜技術(shù)能將膜的有序性和膜的厚度控制在分子水平上，可得到超薄、有序、大面積無(wú)缺陷單分子膜及功能性L-B膜，這為應(yīng)用L-B膜技術(shù)組裝無(wú)機(jī)材料，制作納米器件提供了一個(gè)途徑。與其它的成膜技術(shù)如真空鍍膜技術(shù)和分子束外延生長(zhǎng)技術(shù)比較，它無(wú)需昂貴設(shè)備及超高真空系統(tǒng)，且工藝簡(jiǎn)單易行而受到人們青睞。水熱-溶劑熱法水熱法是在特殊反應(yīng)器（高壓釜）內(nèi)，以水溶液作為反應(yīng)體系，通過(guò)將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度或近臨界溫度，并在高壓環(huán)境下而進(jìn)行的無(wú)機(jī)合成的有效方法。在水熱法中，水起到液態(tài)或氣態(tài)傳遞壓力的媒介，在高壓下絕大多數(shù)反應(yīng)物均能全部或部分溶解于水，促使反應(yīng)在液相或氣相中進(jìn)行，因此可獲得純度高、晶形好、單分散、形狀及大小可控的納米粒子。但水熱法只適用于對(duì)水不敏感的一些材料的制備，因此必須以有機(jī)溶劑代替水，在新的溶劑體系中設(shè)計(jì)新的合成路線以擴(kuò)大水熱法應(yīng)用范圍。一系列高溫高壓水熱法的開拓，已成為多數(shù)無(wú)機(jī)功能材料、特殊組成和結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)化合物以及特殊凝聚態(tài)材料合成的重要途徑。噴霧熱解法此法是將金屬鹽溶液以噴霧狀噴入高溫氣氛中，此時(shí)立即引起溶劑的蒸發(fā)和金屬鹽的分解，隨即因過(guò)飽和而以固相析出，從而直接得到納米粉體。另有一種稱為噴霧水解法，即將醇鹽溶液噴入高溫氣氛中制成溶膠，再與水蒸氣反應(yīng)，發(fā)生水解形成單分散顆粒。化合物經(jīng)煅燒即可獲得氧化物納米粉體。此法要求高溫及真空條件，但可獲得粒徑小分散性好的粉體。模板合成法或化學(xué)環(huán)境限制法目前不少納米材料的制備采用表面鍵合、有機(jī)基團(tuán)、聚合物、多孔玻璃、沸石、磷脂囊、微生物以及反轉(zhuǎn)膠束和無(wú)機(jī)超分子受體，利用它們所形成的特殊化學(xué)環(huán)境一維的線管、2維的表面薄膜和3維的空間網(wǎng)絡(luò)以及形狀各異的孔洞腔體并以非共價(jià)的氫鍵、配位鍵、靜電力和分子間力等來(lái)誘導(dǎo)、聚凝被合成的客體分子，從而達(dá)到合成目的。Herron等利用分子篩Na-Y，經(jīng)離子交換將Cd2+離子引上沸石，然后通入H2S氣體使其在沸石的孔洞中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成CdS納米微粒子。Meldrum利用超分子蛋白結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)鐵蛋白，在本體鐵蛋白的氧化鐵中心形成反應(yīng)中心，與H2S作用形成納米FeS粒子。Burkett等利用人工合成的類脂所形成的空管自組織體，獲得了Au顆粒的螺線狀排列體。因這種類脂空管具有螺旋結(jié)構(gòu)，其上的特定功能團(tuán)具有還原Au（II）的能力，構(gòu)成Au的成核位置，從而導(dǎo)致了Au顆粒在類脂管表面形成螺線狀排列。Attard等報(bào)道了預(yù)組織液晶模板合成中孔二氧化硅。他們利用非離子表面活性液晶作為穩(wěn)定預(yù)組織模板，將硅酸四甲酯加入到酸性C12H25(OC2H4)8OH六角液晶相中，然后經(jīng)水解、加熱除去有機(jī)模板，即得六角液晶狀中孔二氧化硅。Braun等把表面鍵合的寡聚核苷酸和DNA分子雜化連接到2個(gè)金電極間，DNA分子作為模板生長(zhǎng)出長(zhǎng)12μm直徑100nm的Ag納米線。利用微乳液中微小水池這一微環(huán)境作為各種化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器，亦可制備納米微粒。所謂微乳液通常是由表面活性劑、助劑（醇類）、油（碳?xì)浠衔铮┖退ɑ螂娊赓|(zhì)水溶液）所組成的透明的各向同性熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液中微小水池為表面活性劑和助劑組成單分子層界面所包圍。水池彼此分離，其大小可控制在幾十至幾百埃之間，借此形成的微環(huán)境，可提供化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器。微乳顆粒不斷地做布朗運(yùn)動(dòng)，且其內(nèi)容物可彼此穿越，這使得有可能利用微乳液進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。納米顆粒的制備是使兩種反應(yīng)物，分別溶于組分完全相同的兩份微乳液中，然后混合通過(guò)水池進(jìn)行物質(zhì)交換并反應(yīng)。在微孔顆粒界面，反應(yīng)產(chǎn)物生長(zhǎng)將受到限制，將微乳顆?？刂圃趲资畟€(gè)?，則反應(yīng)產(chǎn)物以納米微粒形式分散在不同微乳液水池中穩(wěn)定存在，再經(jīng)分離、洗滌、干燥即可得納米顆粒的固體樣品。納米材料的應(yīng)用納米材料發(fā)展的開始理論研究就和應(yīng)用緊密連接，現(xiàn)在納米材料在各領(lǐng)域得到了極大的推廣和應(yīng)用。1，工程材料的強(qiáng)化與改性納米陶瓷的增韌納米陶瓷是指在顯微結(jié)構(gòu)中物相結(jié)構(gòu)具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料。納米材料因?yàn)榱叫　⑷埸c(diǎn)低及相變溫度低等特點(diǎn)，添加納米顆粒使常規(guī)陶瓷綜合性能得到改善。納米陶瓷具有優(yōu)良的高溫和室溫力學(xué)性能，抗彎強(qiáng)度，斷裂韌度均有顯著提高。故在低溫低壓下就可以作為原料制備質(zhì)地致密、性能優(yōu)異的納米陶瓷，它具有堅(jiān)硬、耐磨、耐高溫和耐腐蝕的性能。為發(fā)展新型納米陶瓷奠定基礎(chǔ)納米陶瓷的體積效應(yīng)使得通常在高溫?zé)Y(jié)的材料在較低溫度下就可以獲得高密度燒結(jié)體。此外由于納米材料微粒粒徑小、比表面大，具有燒結(jié)溫度低、流動(dòng)性好、擴(kuò)散速率高及燒結(jié)收縮大等特性，使得又可以將其作為燒結(jié)過(guò)程中的活化劑使用，可降低燒結(jié)溫度、縮短燒結(jié)時(shí)間和加快致密化速度，從而加速燒結(jié)過(guò)程。納米熒光技術(shù)在生命與信息科學(xué)研究中，大多數(shù)特異性的生物芯片都要使用標(biāo)記物。目前使用最多的是發(fā)光標(biāo)記物，其中納米發(fā)光標(biāo)記物具有更高的量子產(chǎn)率，更長(zhǎng)的發(fā)光壽命，而且性能穩(wěn)定。新型焊接材料很多陶瓷部件在高溫下使用，目前所使用的陶瓷焊接技術(shù)無(wú)法保證其高溫強(qiáng)度。若利用納米陶瓷的低溫?zé)Y(jié)及快速擴(kuò)散的特點(diǎn)，可將陶瓷的兩部分很好的連接到一起。若選擇的納米陶瓷與所焊接部件成分形同或相近，則可有效保證高溫強(qiáng)度。納米潤(rùn)滑材料用納米金屬銅粉加入潤(rùn)滑油中，可制得具有修復(fù)作用的潤(rùn)滑油。材料的改性納米改性塑料科研人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微粒達(dá)到納米量級(jí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種新奇現(xiàn)象，它的周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁、熱力學(xué)等性能呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)材料的極大差異。根據(jù)納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，把不同材料在納米尺度下進(jìn)行合成與組合，可以形成各種各樣的納米復(fù)合材料，例如納米功能塑料。一般塑料常用的種類有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PA（聚酰胺）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）等幾十種，為滿足一些行業(yè)的特殊需求，用納米技術(shù)改變傳統(tǒng)塑料的特性，呈現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能，強(qiáng)度高，耐熱性強(qiáng)，重量更輕。隨著汽車應(yīng)用塑料數(shù)量越來(lái)越多，納米塑料很可能會(huì)普遍應(yīng)用在汽車上。這些納米功能塑料最引起汽車業(yè)內(nèi)人士注意的有阻燃塑料、增強(qiáng)塑料、抗紫外線老化塑料、抗菌塑料等。增強(qiáng)塑料是在塑料中填充經(jīng)表面處理的納米級(jí)無(wú)機(jī)材料蒙脫土、CaCO3、SiO2等，這些材料對(duì)聚丙烯的分子結(jié)晶有明顯的聚斂作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉強(qiáng)度，抗沖擊韌性和彈性模量上升，使塑料的物理性能得到明顯改善。增強(qiáng)增韌塑料可以代替金屬材料，由于它們比重小，重量輕，因此廣泛用于汽車上可以大幅度減輕汽車重量，達(dá)到節(jié)省燃料的目的。這些用納米技術(shù)改性的增強(qiáng)增韌塑料，可以用于汽車上的保險(xiǎn)杠、座椅、翼子板、頂蓬蓋、車門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李艙蓋等，某至還可用于變速器箱體，齒輪傳動(dòng)裝置等一些重要部件。納米改性橡膠橡膠及其制品大部分都是黑色的，因?yàn)槠渲屑尤胍欢康奶亢?，炭黑是橡膠的主要補(bǔ)強(qiáng)劑和抗老化劑，炭黑是納米級(jí)材料，隨其粒度的減小比表面的增大，其補(bǔ)強(qiáng)性與抗老化性誰(shuí)知增強(qiáng)。2，光電信息領(lǐng)域的應(yīng)用（1）在光電領(lǐng)域的應(yīng)用在光電信息傳輸、儲(chǔ)存、處理、運(yùn)算和顯示的方面，納米技術(shù)使光學(xué)器件的性能大大提高。將納米技術(shù)運(yùn)用到現(xiàn)有的雷達(dá)信息處理上，可是其能力提高到10倍至幾百倍。今年5月，位于美國(guó)紐約的IBM研究中心在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了其最新研究成果：在納米管的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中探測(cè)到了光。這就是說(shuō)，使碳納米管發(fā)光的理想將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。隨著納米領(lǐng)域新技術(shù)的層出不窮，納米技術(shù)在“光電產(chǎn)品”的應(yīng)用將有可能更快到來(lái)。

事實(shí)上，目前各國(guó)的科研機(jī)構(gòu)都在加快納米技術(shù)的研究腳步，以IBM研究中心為例，該機(jī)構(gòu)在過(guò)去的20余年里一直致力于這一領(lǐng)域的研究。近幾年來(lái)，研究中心的科學(xué)家已經(jīng)取得了一系列重大的突破，尤其是在使用碳納米管制造微小光電子器件方面。碳納米管有著不可思議的強(qiáng)度與韌性，重量卻極輕，導(dǎo)電性極強(qiáng)，兼有金屬和半導(dǎo)體的性能；把納米管組合起來(lái)，比同體積的鋼強(qiáng)度高100倍，重量卻只有1/6。

令人驚奇的是，最近美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)和巴西科學(xué)用精密的電子顯微鏡測(cè)量納米管在電流中出現(xiàn)的擺動(dòng)頻率時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以測(cè)出納米管上極小微粒引起的變化，從而發(fā)明了能稱量?jī)|億分之二百克的單個(gè)病毒的“納米秤”。這種世界上最小的秤，為科學(xué)家區(qū)分病毒種類，發(fā)現(xiàn)新病毒作出了貢獻(xiàn)。

在電子工業(yè)上、用碳納米管生產(chǎn)的晶體管，體積只有半導(dǎo)體的1/10，用碳基分子電子裝置取代電腦芯片，將引發(fā)計(jì)算機(jī)的新的革命。

碳納米管是“納米世界”中的重要一員，包括碳納米管、碳納米纖維在內(nèi)的碳納米材料一直是這些年來(lái)國(guó)際科學(xué)的前沿領(lǐng)域之一。碳納米管又稱為“巴基管”，是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的電子管狀分子，僅有人頭發(fā)的五萬(wàn)分之一粗細(xì)，由日本科學(xué)家于1991年發(fā)現(xiàn)。碳納米管本身所擁有的潛在優(yōu)越性，決定了它無(wú)論是在物理、化學(xué)還是材料科學(xué)領(lǐng)域都將有重大的發(fā)展前景。

（2）在靜電屏蔽方面的應(yīng)用納米氧化物粒子具有半導(dǎo)體效應(yīng)，在常溫下起導(dǎo)電性比常規(guī)氧化物高。具有良好的靜電屏蔽作用化纖衣服和化纖地毯由于靜電效應(yīng)，容易吸附灰塵，危害人體健康。在其中加入金屬納米微粒，就會(huì)使靜電效應(yīng)大大降低。在信息科技領(lǐng)域的應(yīng)用磁性納米微粒由于尺寸小，具有但磁疇結(jié)構(gòu)、矯頑力很高的特性，用它制造磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量，還可制成磁性信用卡、磁性鑰匙、磁性車票等。聚磁電阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理現(xiàn)象，磁阻效應(yīng)的一種，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層（幾個(gè)納米厚）結(jié)構(gòu)中觀察到。這種結(jié)構(gòu)物質(zhì)的電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關(guān)，兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值，明顯大于磁化方向相同時(shí)的電阻值，電阻在很弱的外加磁場(chǎng)下具有很大的變化量。巨磁阻效應(yīng)被成功地運(yùn)用在硬盤生產(chǎn)上，具有重要的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。阿爾貝·費(fèi)爾和彼得·格林貝格爾所發(fā)現(xiàn)的巨磁阻效應(yīng)造就了計(jì)算機(jī)硬盤存儲(chǔ)密度提高50倍的奇跡。單以讀出磁頭為例，1994年，IBM公司研制成功了巨磁阻效應(yīng)的讀出磁頭，將磁盤記錄密度提高了17倍。1995年，宣布制成每平方英寸3Gb硬盤面密度所用的讀出頭，創(chuàng)下了世界記錄。硬盤的容量從4GB提升到了600GB或更高。納米稀土永磁材料由于納米材料的磁化過(guò)程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進(jìn)行，即使不磁化也是永久性磁體，可以用作用永磁性材料。納米磁流體材料磁流體，又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動(dòng)性又具有固體磁性材料的磁性。是由直徑為納米量級(jí)（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液(也叫媒體)以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀液體。該流體在靜態(tài)時(shí)無(wú)磁性吸引力，當(dāng)外加磁場(chǎng)作用時(shí)，才表現(xiàn)出磁性，正因如此，它才在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，在理論上具有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值。用納米金屬及合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于各種苛刻條件的磁性流體密封、減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示、磁流體選礦等領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用微電子器件當(dāng)電子器件進(jìn)入納米級(jí)尺寸時(shí)，量子效應(yīng)就十分明顯，納米材料應(yīng)用到電子器件上時(shí)就會(huì)產(chǎn)生普通元件所沒有的效果。在信息領(lǐng)域，20世紀(jì)的微電子材料要轉(zhuǎn)化為21世紀(jì)的納米電子材料，這方面的研究將會(huì)是重點(diǎn)。傳感器方面納米粒子的比表面積高，活性高，時(shí)期在傳感器方面成為最具前景的材料。20世紀(jì)80年代初，日本已研制出SnO2納米薄膜傳感器。電器領(lǐng)域納米材料的應(yīng)用可以使許多產(chǎn)品改頭換面，比如可以改變傳統(tǒng)的靜電屏蔽材料只能使用單一的黑色，這樣像彩電就可以使用不同的外包裝材料。汽車制造業(yè)中，車身若采用納米復(fù)合材料，則車身的抗沖擊強(qiáng)度和安全系數(shù)比不同鋼板車高出幾倍。3，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用（1）納米生物學(xué)納米生物學(xué)的產(chǎn)生是與SPM的發(fā)明和在生命科學(xué)中的應(yīng)用分不開的。生命過(guò)程是已知的物理、化學(xué)過(guò)程中最復(fù)雜的事情。不同于宏觀生物學(xué)，納米生物學(xué)是從微觀的角度來(lái)觀察生命現(xiàn)象、并以對(duì)分子的操縱和改性為目標(biāo)的。納米生物學(xué)發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)就已經(jīng)取得了可喜的成績(jī)。生物科學(xué)家在納米生物學(xué)領(lǐng)域提出了許多富有挑戰(zhàn)性的新觀念。生物器件的特點(diǎn)是像遺傳基因分子那樣具有自我復(fù)制功能。這樣一來(lái)，可以利用納米加工技術(shù)，按照分子設(shè)計(jì)的方法合成、復(fù)制成各種用途的生命零件，例如具有生物智能、運(yùn)算速度更快的生物計(jì)算機(jī)；利用生物零件可以組裝具有特定功能的納米生物機(jī)器人；生物零件與無(wú)機(jī)材料或晶體材料結(jié)合可以制成具有生命功能的納米電路等。合成生物學(xué)的興起，對(duì)細(xì)胞內(nèi)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與信號(hào)傳導(dǎo)的人工設(shè)計(jì)與合成，導(dǎo)致了在體納米生物技術(shù)的發(fā)展。我們知道人體中紅血球的重要功能之一是向身體的各個(gè)部分輸送氧分子，因?yàn)槿绻眢w的某些部分缺氧，那部分就會(huì)感到疲勞。例如大腸桿菌等細(xì)菌的移動(dòng)靠的是一種稱為鞭毛馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。微生物的鞭毛馬達(dá)雖然只有30至50納米，但它的效率卻極高。這種效率相當(dāng)于只需百分之一馬力就可以使體重60公斤的人像騎摩托車一樣飛速前進(jìn)。生物導(dǎo)彈生物導(dǎo)彈”是免疫導(dǎo)向藥物的形象稱呼，它由單克隆抗體與藥物、酶或放射性同位素配合而成。單克隆抗體而能自動(dòng)導(dǎo)向，在生物體內(nèi)與特定目標(biāo)細(xì)胞或組織結(jié)合，并由其攜帶的藥物產(chǎn)生治療作用。單克隆抗體具有高度專一性，能夠識(shí)別細(xì)胞表面抗原、各種受體、各種體液成分及細(xì)胞內(nèi)和組織內(nèi)的各種成分，能精確地瞄準(zhǔn)和捕獲靶細(xì)胞，特異性地與靶目標(biāo)發(fā)生反應(yīng)，因而有“生物導(dǎo)彈”之稱。它正越來(lái)越廣泛地在人類疑難疾病的診斷中，發(fā)揮其他常規(guī)藥物無(wú)法達(dá)到的獨(dú)特和卓越效能。納米醫(yī)用機(jī)器人納米機(jī)器人”的研制屬于分子仿生學(xué)的范疇，它根據(jù)分子水平的生物學(xué)原理為設(shè)計(jì)原型，設(shè)計(jì)制造可對(duì)納米空間進(jìn)行操作的“功能分子器件”。納米生物學(xué)的近期設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。合成生物學(xué)對(duì)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)與基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)重新設(shè)計(jì)，開發(fā)“在體”（invivo）或“濕”的生物計(jì)算機(jī)或細(xì)胞機(jī)器人，從而產(chǎn)生了另種方式的納米機(jī)器人技術(shù)。納米生物學(xué)的設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱納米機(jī)器人。涉及的內(nèi)容可歸納為以下三個(gè)方面：①在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的聯(lián)系。②在納米尺度上獲得生命信息，例如，利用掃描隧道顯微鏡獲取細(xì)胞膜和細(xì)胞表面的結(jié)構(gòu)信息等。③納米機(jī)器人的研制。納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療。還可以用來(lái)進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作、作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的ＤＮＡ安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行。第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。在醫(yī)療工業(yè)中的應(yīng)用將納米顆粒壓成薄片制成過(guò)濾器，其過(guò)濾孔徑為納米級(jí)，在醫(yī)療工業(yè)中可用于血清消毒。納米材料具有良好的吸附性，可用于制作生物吸附和選擇分離材料?？梢詫⒅兴幉闹瞥梢子诳诜哪z囊，或制成中藥膏直接貼于患處，納米粒子經(jīng)皮膚直接被吸收。在制藥方面，納米技術(shù)使其越來(lái)越精細(xì)，甚至可以再納米尺度上直接排列原子，分子來(lái)制成具有特定功能的藥品。4，能源領(lǐng)域的應(yīng)用解決能源問題納米半導(dǎo)體材料在納米半導(dǎo)體材料上附帶貴金屬、金屬氧化物或在半導(dǎo)體表面修飾染料、導(dǎo)電高聚物等可使光分解水的效率大大提升，將對(duì)光化學(xué)的太陽(yáng)能存儲(chǔ)起到巨大的推動(dòng)作用。作為儲(chǔ)氫材料納米碳管是非常細(xì)的中控管狀納米材料，它能吸附大量的氫氣，可以制成大量的“納米鋼瓶”。在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用納米TO2它能吸收太陽(yáng)中的紫外線而產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)活性，可以光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有凈度高，無(wú)二次污染、適用性廣泛的特點(diǎn)。污水治理利用納米材料TiO2表面的超親水性與超親由性的特點(diǎn)，在玻璃表面涂覆TiO2可制成自清潔外墻的玻璃，具有防污、防霧、易洗、易干、自清潔等功能。大氣污染治理納米鈦酸鈷是一種非常好的石油脫硫催化劑。在煤燃燒時(shí)加入一種納米級(jí)助燒催化劑，不僅可以使煤燃燒的充分還可以減少產(chǎn)生的廢氣。城市固體垃圾處理一方面可以制成橡膠制品、塑料制品、廢印刷電路板等制成超微粉末，除去其中異物，成為再生原料回收；另一方面，可以使用納米TiO2加速城市垃圾的降解，緩解城市垃圾對(duì)城市造成的壓力。5，軍事領(lǐng)域的應(yīng)用納米材料作為一種新興的材料，它在以高科技為主的軍事上有巨大的應(yīng)用前景。納米碳管防彈衣、微型機(jī)器人、納米衛(wèi)星、微型飛機(jī)、間諜草、隱形材料等,6，石化領(lǐng)域的應(yīng)用加入納米材料可以使傳統(tǒng)涂料產(chǎn)生更強(qiáng)的防護(hù)力，實(shí)現(xiàn)防紫外線輻射、耐大氣侵害和抗降解、變色等。在催化劑中，由于納米材料的表面活性高，可以使放映的速率大大提高。7，納米材料在紡織品上的應(yīng)用納米材料在紡織上的應(yīng)用方式主要可分為兩大類，一是通過(guò)纖維改性功能化來(lái)實(shí)現(xiàn)，二是通過(guò)后整理技術(shù)對(duì)織物進(jìn)行功能化整理。纖維改性功能化這主要是利用化纖改性技術(shù)，將納米材料作為添加劑來(lái)對(duì)纖維實(shí)現(xiàn)改性，制備功能化纖維/納米材料復(fù)合纖維。如濕法紡絲中的溶液共混，就是在將高聚物經(jīng)適當(dāng)?shù)娜軇┤芙夂?，將納米粒子加入其中，充分?jǐn)嚢杈鶆颍缓筮M(jìn)行紡絲加工，而融紡則是將納米微粒加入到熔融的聚合物中，制備功能化纖維，此種方法就是利用了納米微粒的熱穩(wěn)定性，但要求其對(duì)于聚合物有良好的分散性及相容性。后整理法除了直接將納米粒子加入到纖維中去，后整理也是一類主要的納米微粒與紡織品相結(jié)合的方法，尤其是對(duì)于天然纖維而言。這種方法主要是指涂層法和浸漬法，涂層技術(shù)是后整理中常用的一種技術(shù)，它是將納米微粒加入到涂層劑中去，然后將其在織物表面進(jìn)行精細(xì)涂層，經(jīng)烘干和一些必要的處理，在織物表面形成。8，其他方面納米材料在生活中，文物保護(hù)中都有應(yīng)用。由于納米材料的特異性能，使其受到廣泛推崇。前景我國(guó)納米技術(shù)研究領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，向北大學(xué)子描述“納米技術(shù)在未來(lái)5-10年將面臨巨大發(fā)展，估計(jì)到2015年納米技術(shù)和產(chǎn)品的市場(chǎng)總額每年約1.5萬(wàn)億美元。”毋庸置疑，在過(guò)去的一年里納米科學(xué)，無(wú)論在基礎(chǔ)研究還是在應(yīng)用研究方面都取得了突破性進(jìn)展。美國(guó)利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm、縱橫比高達(dá)106、電路的納米線結(jié)密度高達(dá)1011/cm2的鉑納米線；法國(guó)利用粉末冶金制成具有完美彈塑性的純納米晶體銅；中國(guó)用微波等離子體輔助化學(xué)沉積法在鐵針尖端合成一種新納米結(jié)構(gòu)——管狀石墨錐；日本用單層碳納米管與有機(jī)熔鹽制成高度導(dǎo)電的聚合物納米管復(fù)合材料等等，鑄就了納米科技的光環(huán)。研究表明，被稱為納米管的圓柱形碳分子是已知的最強(qiáng)韌的材料，目前科學(xué)家們已經(jīng)紡出了幾乎由百分之百的納米管組成的線，韌度比任何天然或其他人造纖維都高。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這種線有望織成防彈衣，或者繞成比鋼強(qiáng)許多倍的電纜。研究人員還發(fā)現(xiàn)納米管既可以作為像銅那樣的導(dǎo)體，也可以作為像硅那樣的半導(dǎo)體。多年來(lái)，納米材料的制作或生產(chǎn)面臨的一大難題，就是各種納米結(jié)構(gòu)混雜在一起無(wú)法分開，這大大地限制了納米材料的有效利用。德國(guó)科學(xué)家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導(dǎo)體單壁碳納米管成功分離。法國(guó)科學(xué)家用超高真空掠入射小角X射線散射裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中的形狀、尺寸、生長(zhǎng)模式和排序的原位、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。中國(guó)科學(xué)家用高分子