纳米材料生产技术篇1

[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。

一、纳米的发展历史

纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，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，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；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。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，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

二、纳米技术在防腐中的应用

纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。

纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。

纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。

我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。

三、纳米材料在涂料中应用展前景预测转贴于

据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。

由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。

在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。

纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。

纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用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％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，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。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。

四、结语

由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。

参考文献：

[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.

纳米材料生产技术篇2

【关键词】纳米技术;电子技术;发展现状;未来展望

在进入21世纪以后，纳米技术已经融入到科技之中，并且受到国内外相关专家的研究与关注。纳米电子技术在发展的过程中逐渐为新技术的开发与应用带来重要影响，并且实现革命性的突破。纳米技术的范围非常广泛，并且已经涉及到各个领域之中，成为每个行业之中不可或缺的重要组成部分。就目前而言，人类对纳米技术的发展并不深入，应用的范围也不广泛，但是纳米技术已经在发展的过程中展示出强大的魅力，并且创造优良的发展前景。

一、纳米电子技术的主要优势

从涉及范围而言，纳米电子技术已经涉及到各个领域之中，并且呈现出强大的魅力。[1]目前而言，出现在市场中的纳米电子产品以其良好的性能与功能成为人们追捧的对象。在市场中，纳米材料主要包括了纳米硅材料、纳米半导体材料等。[2]其中，纳米硅材料不仅符合社会的发展要求，并且还具有其它优势：1.具有准确性、对能力的消耗低，不会因为环境的变化而发生变化;2.在产品制作的成本上具有一定程度的降低;3.技术产品的反应速度比较快，能够提高工作效率。因此，纳米技术已经成为社会发展中新型材料的运用，这中情况对于其它材料相比较占据了重要的影响力，成为纳米电子产品发展的主要动力。在随着科技的不断发展之中，纳米电子技术的发展能够为社会、为人们的生活、学习带来极大的便利。

二、纳米电子技术的发展现状

（一）对纳米电子材料的运用

现如今，市场中出现的纳米材料主要包括纳米硅藻膜、纳米硅材料以及纳米半导体材料。[3]在这些材料之中，纳米硅材料以其独特的发展趋势已经成为人们发展电子产品的主要材料，并且完全符合人们对电子技术的发展要求。硅电子材料与其它材料相比较体现的优点包括以下几点：

1.对能力的消耗比较低，具备稳定性与准确性，在产品运营中的时间比较短，不会轻易受到外界环境的影响。

2.在科技不断发展的过程之中，由于科技的保证性以及研发范围的逐渐扩大，从而使硅材料的成本价格不断下降。

3.硅材料之间的分子间距比较短，这种情况会使硅电子材料在发展的过程中反应速度得到提高，从根本上提高工作的效率。

从上述的优势可以得知，纳米硅电子材料是纳米材料的一个重要突破，硅电子材料在与其它电子技术进行比较时具有领先作用，并且占有绝对优势。在随着科技的不断发展之中，纳米电子技术也在发展中不断提高，逐渐成为人们生活中最为重要的技术之一。

（二）纳米电子技术运用在医学之中

在随着纳米电子技术的不断发展之中，越来越多的纳米电子技术逐渐运用到医学领域之中。纳米电子技术在医学中的运用，对细微部位的诊治起到重要作用，而细微部位无法通过显微镜进行诊治，纳米电子技术在医学中的应用可以对各种生化反应进行观察，并且还在一定程度上促进了众多高科技医学产品的诞生，比如伽马刀、螺旋CT等，在这些科技产品的问世下，从根本上促进我国医学朝着现代化的趋势迈进了一部。[4]

纳米技术是生物医学与电子学的主要产物，在发展的过程中具有重要的利用价值，并且它具有研究的潜力与发展的动力。生物医学电子学是生物医学与电子学的结合物，在对生物研方向起到重要的作用，并且在对微型化方向的发展中有着非常大的发展空间。这种研究一般运用到微电子器件之中，并且从根本上促进人们对微电子的研究产生创新性。

（三）对纳米电子元件的运用

纳米电子元件在问世之前，电子元件就得到了发展，并且经历了集成元件与超大规模集成元件两个阶段，在这两个基础之上，纳米电子元件得以问世。

在随着科技的不断发展之中，电子的集成规模也在不断扩大，但是电子元件的尺寸设计的越来越小，从而达到纳米的标准尺寸。比如单电子晶体管，它其中的信号代表了一个信息的具体数据，并且实现了现代电子技术朝着高集成、高速度的方向发展，从而产生高能耗的发展格局。

三、纳米电子技术的未来发展方向

（一）新型电子元器件的发展

在未来的10年到20年之间，电子元器件技术将得到飞速发展，市场对新型电子元技术的要求也越来越高。未来适应快速发展的社会以及市场，电子元器件将在遵循基本原则的基础上，进行大规模的发展与创新，从根本上适应市场的需求。[5]除此之外，单电子器件、共振隧穿电子几钱因纳米场效应晶体管等新型器件的研究也得到不断发展，在市场中获得突破性发展。与此同时，纳米电子技术的发展也逐渐朝着可持续额发展的方向不断扩大与延伸，这种大规模纳米技术的发展，在一定程度上对计算机技术的发展起到重要的作用。

（二）石墨烯的发展

所谓的石墨烯是一种质地非常坚硬但是厚度却非常薄的纳米技术。石墨烯在常温情况下能够对电子进行传递，并且比市场中常见的其它导体速度更快。在利用石墨烯的该特点后，很多国内外著名研究人员对石墨烯进行了研究与分析。众所周知，电子在与原子发生碰撞的时候，会产生能狼，而这种能量产生的方式便是导体释放能量的主要方法，但是，由于到特自身的特点，从而造成能量的损失与浪费。[6]石墨烯与其它导体不一样，它不仅具有异常的特性，并且在碰撞的时候不会产生能量的浪费。根据有关专家研究可以得知，在2022年，人们将会研究出新型的石墨烯材料与晶体管，从而为人们解决集成等问题。

（三）碳纳米管的发展

碳纳米管作为一种一维纳米材料，无论是从重量还是从形状是都非常完美。其中，碳纳米管的重量比较轻，并且形状是六角形，在这种特点下碳纳米管表现出于其它纳米材料不同的优势：具有良好的力学性能;具有良好的导电性能;具有良好的传热性能;具有良好的储氢性能。除此之外，碳纳米管在纳米技术中起到重要的作用，是场效应晶体管和单电子器件的主要材料，在一定程度上，碳纳米管技术能够实现电路集成，实现耗能低的重要发展目标。

（四）纳米生物电子的发展

所谓的纳米生物电子是多领域交叉发展后的产物，是纳米技术与生物技术相结合的完美产物。将纳米技术融入生物领域，可以对生物领域起到重要的作用，可以制作出纳米机器人、纳米生物材料等产品。在利用纳米生物电子的发展中，可以促进医学领域的发展与创新。

四、结语

综上而述，可以得知，纳米技术的发展现状是非常可观的，具有社会意义的。纳米电子技术作为一项具有潜力、应用性、高性能的科技成果，在一定程度上对人们的生活、学习起到重要的作用。如果将纳米电子技术与其它技术进行融合，那么会推动信息技术的发展，对于人类而言，不仅可以改变生存环境，并且还从根本上造福于人类。

参考文献

[1]刘长利，沈雪石，张学骜等.纳米电子技术的发展与展望[J].微纳电子技术，2011，48（10）.

[2]张鉴.纳米电子技术的发展与展望研究[J].中外企业家，2013（2）.

[3]梁丹.浅议纳米电子技术的新发展[J].电子制作，2013（18）.

[4]余巧书.纳米电子技术的发展现状与未来展望[J].电子世界，2012（12）.

纳米材料生产技术篇3

一、研究专题和期限

专题一纳米材料应用与产业化

研究目标：

围绕重大装备、电子信息和环境等产业需求，以工业化规模生产为目标，重点研究开发纳米材料及其应用的新产品、新工艺。

研究内容：

1、纳米电泳显示材料为基础的新型电子显示屏关键技术及产业化研发

研制高性能电泳显色粒子和电子墨水显示材料，重点开发电子墨水制备和显示技术的新方法，包括电泳粒子制备技术、电子墨水配方、微胶囊制备技术、电子墨水显示屏制备工艺中的涂布技术，研制8英寸以上单色显示屏。形成8英寸以上显示屏批量化生产能力，并提供相应的电子书产品。其中：对比度≥10:1；响应速度<500ms；反射率≥35％；饱和驱动电压≤15V。

2、面向信息电子领域纳米器件加工的高精度抛光材料规模化生产关键技术开发

重点突破规模化生产中纳米粒子可控合成、表面修饰、抛光液分散性、纳米粒子与化学助剂匹配性等关键技术，建立千吨级纳米抛光液生产线，形成批量化稳定生产，并为信息电子领域纳米器件加工提供配套。其中纳米抛光粒子平均粒径在20?100nm范围可控，抛光液储存稳定性优异。

3、基于纳米表面功能材料的高品质金属制品规模化生产技术开发和应用推广

重点开发组分、结构和功能一体化的纳米表面功能材料批量化生产及在基材表面均匀成膜、固化成型等关键加工技术，生产满足轨道交通、大型装饰、海洋工程及现代建筑需要的高品质金属制品。形成年产50万平方米以上、表面具有易洁、耐划伤、阻燃、防腐、抗紫外等功能的高品质金属制品生产能力，实现该产品在大型机场、轨道交通等领域的应用推广。其中，金属表面铅笔硬度≥5H；耐盐雾性（≥2000h）无水泡，锈斑；耐污染性（油性笔，石油系碳化划笔24h后用酒精去除）：无污染。

4、纳米空气净化产品和核心部件开发与产业化

重点开发高效纳米光催化材料及其负载化技术，在催化、吸附等多种材料功效协同、多种处理技术集成及高效净化装置整体优化设计基础上，开发满足不同污染源治理需要的空气净化装置，并形成批量化生产能力。重点支持民用系列化纳米空气净化装置及关键配套部件。

进度要求：*年6月30日前完成。

专题二纳米科技前沿技术研究与开发

研究目标：

结合国家发展战略和经济社会发展的需求，聚焦生物医药和电子器件等领域，研究掌握揭示物质特性的纳米科学理论与表征方法。

研究内容：

1、面向先进制造业的纳米材料与应用技术

研究应用于高效节能照明、建筑节能、新能源及环保领域的纳米材料组成和结构设计，以及可控制备的新原理、新方法；研究面向民用飞机、装备制造、新能源汽车、现代农业等产业技术能级提升的关键纳米材料应用技术。

2、生物医学应用的纳米材料与纳米技术

研究具有纳米结构的载药支架、具有生物相容性和表面修饰的组织修复与替代材料；研究心脑血管和癌症等重大疾病早期诊断、有效改善治疗药物的溶解性，提高其生物利用度与疗效，或使药物具有缓控释特性的纳米材料与技术；研究纳米技术为基础的药物新剂型。

3、纳米加工技术与器件

重点研究纳米压印等高精度、可重复的纳米成套加工工艺，以及高密度、低功耗存储器件关键技术；研究基于功能材料的纳米电子、纳米光电子器件及高灵敏度传感器；探索基于新原理、新结构的纳米器件设计与加工技术。

4、纳米测量技术及装备

重点研究高分辨率、高可靠性的纳米结构表征系统的新原理、新方法；发展具有纳米尺度分辨率的分析测量装备。

进度要求：*年6月30日前完成。

二、申请方式

1、本指南公开。凡符合课题制要求、有意承担研究任务的在*注册的法人、自然人均可以从“*科技”网站进入“在线受理科研计划项目课题可行性方案”及下载相关表格《*市科学技术委员会科研计划项目课题可行性方案（*版）》，按照要求认真如实填写[注意：在可行性方案的“趋势判断和需求分析”中要求增加“纳米尺度效应机理说明”的内容]。

2、申报单位应具备较强技术实力和基础，具备实施项目研究必备条件及匹配资金；鼓励产学研联合申请（专题一所有课题必须以企业为主体、具有产业化实施条件），多家单位联合申请时，应在申请材料中明确各自承担的工作和职责，并附上合作协议或合同。

3、课题责任人年龄不限，鼓励通过课题培养优秀的中青年学术骨干。作为课题责任人和主要科研人员，不得同期参与承担国家和地方科研项目数超过三项。

4、每一课题的申请人可以提出不超过2名的建议回避自己课题评审的同行专家名单（名单需随课题可行性方案一并提交）。

5、本专项课题申请起始日期为*年3月10日，截止日期为*年3月31日。课题申报时需提交书面可行性方案（同时提供查新关键词，有关证明、背景材料和参考文献的复印件，在可行性方案封面右上角请注明相应类别）一式4份，并通过“*科技网站”提交可行性方案和所有表格。书面材料集中受理时间为*年3月25日至3月31日，每个工作日9:30——17:00。所有书面文件请采用A4纸双面印刷，普通纸质材料作为封面，不采用胶圈、文件夹等带有突出棱边的装订方式。

6、网上填报备注：

（1）登陆“*科技”网，进入网上办事专栏；

（2）点击《科研计划项目课题可行性方案》受理并进入申报页面：

-【初次填写】转入申报指南页面，点击“专题名称”中相应的指南专题后开始申报项目（需要设置“项目名称”、“依托单位”、“登录密码”）；

-【继续填写】输入已申报的项目名称、依托单位、密码后继续该项目的填报。

纳米材料生产技术篇4

关键词：纳米材料特性应用

纳米科技是21世纪快速发展的主流科技之一，交叉性、综合性很强，在国民经济和科学技术等方面有着广阔的应用前景。纳米材料是纳米科技发展的基础，被称为“二十一世纪新材料”，在很多领域都有广泛的应用价值，成为人们目前研究的重点领域之一。纳米材料基本组成单元的尺寸在1～100纳米范围内，而且基本单元至少有一维处于纳米尺度范围，同时具有常规材料不具备的优异性能[1]。纳米材料特殊的力学、光学、电学、磁学、热学等特性，已经在当前高速发展的各个科技领域中得到了广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会影响。本文阐述了纳米材料的基本特性，介绍了纳米材料在各个领域中的应用，并展望了其未来发展趋势。

一、纳米材料的特性

1.表面效应

表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的减小而急剧增大的现象[2][3]。由于表面原子数增多，表面能高，原子配位数不全，存在严重的缺位状态，很不稳定，活性极高，极易与其他原子结合，从而产生一些新颖的效应。如利用这一特性，金属超微颗粒可以作为新一代具有高催化活性和产物选择性的催化剂。

2.量子尺寸效应

当粒子的尺寸小到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象就是量子尺寸效应[4][5]。相邻电子能级EF为费米能级。对于大粒子或宏观物体包含无限个原子，即宏观物体的能级间距几乎为零，即能级是连续的；而对于纳米粒子而言，其包含的原子数十分有限，N值很小，于是δ就有一定的数值，即能级是分裂的，呈现为离散能级。因此，当能级间距大于热能、磁能、光子的能量等时，就要考虑量子尺寸效应，导致纳米粒子与宏观物体的特性显著不同。如在超细颗粒态下的金属导体可以成为绝缘体，谱线发生蓝移。

3.小尺寸效应

当纳米粒子的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度或磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性出现特殊变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应[6]。如在纳米尺寸下，材料熔点降低、微波吸收增强等。

4.宏观量子隧道效应

纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，也就是说微观粒子具有贯穿势垒的能力称为纳米粒子的宏观量子隧道效应[7]。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件发展的基础。

二、纳米材料的应用领域

纳米材料的基本特性使其在力、光、电、磁、热等方面呈现出常规材料不具备的一系列新颖的物理和化学特性。因此纳米材料在催化、陶瓷、化工、环境、生物和医学、军事等各个领域具有非常重大的应用价值。

1.在催化领域中的应用

纳米粒子表面原子密度大，表面活性中心多，作为催化剂对催化反应如氧化、还原、裂解等反应都有很高的活性和选择性，能加快反应速率，使难以进行的反应顺利进行。例如，使用纳米Ni粉催化火箭燃料，可以提高燃烧效率达100倍以上。

2.在环保领域中的应用

随着工业的发展和人口的快速增长，环境污染也越来越严重，而纳米光催化技术在环境保护中的应用研究日益受到重视，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，固氮反应，水净化处理，等等。纳米光催化剂光催化作用机理一般是在一定波长的光波照射下，产生光生电子―空穴对，这些电子和空穴能使空气中的氧或水中的溶解氧活化，产生活性氧及自由基等高活性基团，反应关系式如下：

3.在生物医学领域中的应用

纳米材料在生物医学中检测诊断、靶向药物输送、生物分子检测、磁共振成像增强及健康预防等许多方面都有广阔的应用前景。如利用具有独特孔状结构特性的碳纳米管能够实现药物可控释放；以光感应器做开关的纳米机器人，可以疏通脑血管中的血栓，杀死癌细胞等。在医学领域中，纳米材料最成功的应用是作为药物载体（如纳米胶囊）、生物芯片、纳米生物探针和制作人体材料，如人工肾脏、人工关节等。

4.在军事领域中的应用

纳米技术和其他所有技术一样，将在未来战争中发挥着不可估量的作用。例如：纳米机器人、纳米飞机、蚊子导弹等许多无人化设备将在侦察预警、指挥控制和精确打击等方面发挥着越来越重要的作用；纳米卫星组成的卫星监视网，可以实时观察到地球上的每一个角落，使战争变得更加透明；纳米隐身技术可以最大限度地隐藏自己，同时千方百计地寻找和发现敌人，起到武器装备隐身的目的，如用做隐形飞机涂料的纳米ZnO对雷达电磁波具有很强的吸收能力。

5.在精细化工领域中的应用

纳米材料在精细化工，如橡胶、塑料、涂料等领域也扮演着重要角色。例如，掺杂纳米SiO2可以提高橡胶的抗紫外辐射能力。而为了提高塑料的强度、韧性、致密性、防水性等，生产时通常在塑料中添加一定的纳米材料。

6.在陶瓷工业领域中的应用

陶瓷材料在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，而纳米陶瓷可以克服传统陶瓷材料的缺陷，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性，并在超高温、强腐蚀等苛刻的条件下起到其他材料不可替代的作用，应用较为广泛。

7.在其他领域中的应用

除了在上述领域中的应用外，纳米材料在诸如电子计算机和电子工业、航空航天、机械工业、纺织工业、化妆品工业等其他领域也有着广泛应用。

三、展望

“谁输掉了纳米，谁就输掉了未来”，这已经成为世界各国的共识。正如钱学森院士所预言的那样：“纳米科技将是21世纪的又一次产业革命”，由此可见纳米科技的重要性。纳米材料是整个纳米科技的基础，在各个领域得到了广泛应用。但从纳米材料的基础研究和实际应用来看，目前其研究还面临很多问题和严峻挑战。如合成方法复杂、单分散的纳米粒子或纳米线的可控制备、生长机制还不完全清楚、缺乏系统的性能研究，等等。但我们有理由相信，随着科学技术的不断进步，制备和改性技术的不断完善，纳米材料在未来将会在更多领域中得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]张立德，李爱莉，端夫编著.奇妙的纳米世界（第1版）[M].北京：化学工业出版社，2004.

[2]王大志.纳米材料结构特征[J].功能材料，1993，24（4）：303-306.

[3]张立德，牟季美编著.纳米材料学[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1994.

[4]KuboR.Electronicpropertiesofmetallicfineparticles[J].Phys.Soc.ofJap.，1962，17（6）：975-986.

[5]LiJB，Wangparisonbetweenquantumconfinementeffectsofquantumwiresanddots[J].Chem.Matter.，2004，16（21）：4012-4015.

[6]张立德，牟季美编著.纳米材料和纳米结构（第1版）[M].北京：科学出版社，2001.

纳米材料生产技术篇5

关键词：纳米技术及其相关产业；概念界定；体系辨识。

当前，“发展纳米技术及其相关产业”这一口号，已被提升到实现中国梦苏州篇章、苏州实施创新引领战略进而华丽转身的重大战略高度，那么什么是纳米技术及其相关产业，搞清楚这一问题，则无论对于苏州的决策者、研究者还是实践者来讲，都具有重要的建设性意义。

去年，我们在执行一项有关促进苏州市纳米技术及其相关产业发展的重大软科学课题时，首当其冲地遭遇到这一问题。通过文献检索与分析，我们发现，由于纳米技术及其相关产业纷繁复杂，纳米科学技术界尚未对该一问题形成共识；同时，社会科学理论界卷入纳米领域研究较少，可资借鉴的成果太少。然而，这一问题的解决将直接影响到我们研究项目的进一步履行，为此，我们设立了一个研究子课题，本文即是该子课题研究成果，在此抛砖引玉，期望不仅对苏州市，也对国内其他正在促进纳米技术及其相关产业发展的地区起到启迪作用。

一、什么是纳米技术及其相关产业

要搞清楚纳米技术及其相关产业首先要理解纳米与纳米尺度范围，以及纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义，本节我们将据此入手，进而界定纳米技术及其相关产业的概念。

1.纳米与纳米尺度范围

纳米（Nanometer，缩写nm）是计量学中的长度单位。1纳米（nm）等于10-3微米（mm），等于10-6毫米（mm），等于10-9米。1—100纳米（nm）被纳米学界公认确定为纳米尺度。通过不同物体相对尺度大小比较（见图1）及纳米尺度范围内常见球形物体大小比较（见图2），可以加深对于纳米及纳米尺度范围概念的理解。

2.纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义

科学家发现，当物质小到1～100纳米时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，物质的很多性能将发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，又不同于单个孤立原子的奇异现象（白春礼，2001）。即在原子、分子及纳米尺度上，物质表现出极其新颖的物理、化学和生物学特性，该特性能被人类学习、掌握、控制和利用，从而使得人类社会现存的一切发生翻天覆地的变化。

3.国外科学家如何理解与解释纳米技术

看一看国外科学家如何理解与解释纳米技术或许对我们会有很大帮助，以下是国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释（转引自彭练矛，2011）：

“Thetermnanotechnologymeansdifferentthingstodifferentpeople.Itusedtocoveranythingfrommakingmicroelectromechanicalsystems（MEMS）tocreatingdesignerproteins.”

“Whateverwecallit，itshouldletus

——Getessentiallyeveryatomintherightplace.

——Makealmostanystructureconsistentwiththelawsofphysicsandchemistrythatwecanspecifyinatomicdetails.

——Havemanufacturingcostsnotgreatlyexceedingthecostoftherequiredrawmaterialsandenergy.”

这两段英文的中文翻译如下：纳米技术术语意味着对于不同对象人群的不同事情。它通常涵盖从制造微电子机械系统到创造人造蛋白质的所有事情。然而，不管我们如何称呼，纳米技术的实质应该包括：每一个原子应被安排在合适的位置，任何相应建构应符合原子水平上的物理和化学原理，原材料和能源等相应制造成本应不是太贵。

从以上国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释中我们可以发现，纳米技术（nanotechnology）在国外是一个约定俗成的术语，是对纳米领域新生事物科学研究、技术研发和工程应用的统称，纳米技术尚是一个发展中的概念，目前还没有被严格界定。

4.纳米技术概念

经过上面的铺垫，现在我们可以来探讨界定纳米技术概念。对于什么是纳米技术，麻省理工学院（MIT）的德累克斯勒（Drexler）教授曾作出过一个解释：

“在分子水平上，通过操纵原子来控制物质结构，利用单个原子组建分子系统，据此制备不同类型的纳米器件”（Drexler，1990）。

而在中文语境中，谈到技术往往还牵连到科学与工程，对此，白春礼院士也有一个解释：

“纳米科技是20世纪80年代末、90年代初才发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术”（白春礼，2001）。

白院士所指的纳米科技既包括纳米科学又涵盖纳米技术。实际上，中文语境中的纳米科技常常是纳米科学研究、技术研发和工程应用的统称。指在纳米尺度上研究物质和体系的现象、规律及其相互作用，重新认识自然界，发现新现象和新知识，并通过直接操控原子、分子结构的技术来创造对人类有用的新的物质和产品。

综上所述，可见所谓纳米技术是指涉及到纳米科学研究、材料发展和制备、器件制造以及产品开发生产之所有技术的总和。

5.纳米技术相关产业概念

知道了什么是纳米技术以后就较易分辨纳米技术相关产业。过去的二、三十年，纳米科学技术的进步，尤其是纳米技术的应用已经和正在对人类社会的经济发展、社会进步和国防安全产生重大影响。然而，这仅仅是开始，纳米科学研究、技术发展和工程应用已经和正在引发一场新的工业革命，证据表明，纳米技术在材料、信息、能源、环境、生命、生物、军事、制造、纺织、染料、涂料、食品等产业领域都具有广泛而重要的应用。而一旦这些产业领域中纳米技术应用产品批量化、商品化和规模化，则自然形成一个个纳米技术相关产业。

二、纳米技术体系范畴

界定了纳米技术及其相关产业概念后，本节与下节我们可以转而讨论纳米技术体系范畴以及纳米技术相关产业体系范畴。

技术来源于科学，是理论知识应用于实践、解决实际问题的方法和手段，因此谈到纳米技术不能不涉及到纳米科学。尽管目前学术界对于纳米科学的内涵和分类尚存在着不同的认识和提法，但对于这一新兴领域多学科交叉特性的认识是一致的。一般而言，纳米科学可以包括纳米材料物理学、纳米材料化学、纳米材料学、纳米测量学、纳米电子学、纳米机械学和纳米生物医学等，由此也产生了按照这一体系分类的纳米技术。

然而，白春礼院士（2001）认为这种与传统学科紧密联系的分类方式无法简单便捷地勾勒出纳米科技的大致轮廓，而且各类别之间又有交叉和重叠。因此，他建议将纳米科学研究分为“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大领域，“其中纳米材料是纳米科技的基础；纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志；纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础”（白春礼，2003）。据此，纳米技术体系又可主要由上述三大范畴来表达。

我们认为上述与传统学科紧密联系的分类及三个大类的简单分类都有各自的道理和应用价值，前一个分类便于整合发展纳米学科知识和实施教育培训，而后一个分类则更多地聚焦到纳米科学技术当前关键发展领域，重点特出、应用性强。若与纳米技术相关产业相联系，则我们更倾向于并将更多地采纳和应用后一个分类。

无独有偶，日本专利局《专利申请技术动向调查报告》中提供了一个与应用实际联系密切的纳米技术分类（见图3，该图由DRM咨询公司补充修改而完成），该分类基本遵循上述三个大类分类范畴，并采用图式标识了各主要应用领域中的发展状况，恰好为三大类纳米技术分类体系作了一个生动的注解，虽然尚未达到完整完善的程度，但已有很大的参考价值。

沿着三大类纳米技术分类思路继续往下走，可以得到图4所示纳米技术分类体系。其中一级状态子目录包括“纳米检测和表征技术”、“纳米材料制备技术”和“纳米器件制造技术”。而每个一级目录又可进一步产生二级目录，如纳米检测和表征技术可分为“扫描探针显微技术”和“原子级和超精密加工技术”；纳米材料制备技术可分为“化学制备技术”、“物理制备技术”和“综合制备技术”；纳米器件制造技术可分为“LIGA制造技术”、“超精密机械加工技术”、“特种加工技术”、“注塑成形加工技术”和“机械组装技术”等。需要说明的是，这一分类只是大体上勾勒了纳米技术发展现状，提供了一个整体认识把握的粗略框架。现实纳米世界中的实际情况则更为纷繁复杂，不仅存在着旁支末叶，也可以进一步细分和再细分。

三、纳米技术相关产业体系范畴

应用上述“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大范畴的纳米技术分类思想，可以推导出纳米技术相关产业体系范畴，如图5所示：

如图5所示，首先，纳米技术相关产业可以被界定为纳米材料产业、纳米器件产业和纳米检测仪器设备产业，其中纳米材料是纳米技术相关产业得以生存发展的原始基础，没有纳米材料则一切无从谈起；纳米器件系纳米材料进一步加工组合后的产物，是延伸发展各种纳米技术应用产品的基础；而纳米检测仪器和设备则是发展纳米材料、器件及其延伸产品的必不可少的硬件手段，缺乏这些手段，事情就无法进行。

上述三者一方面构成了纳米技术相关产业生存发展的基础，另一方面，正是基于这种基础性和不可替代性，它们各自能够发展成三个供需旺盛的分支产业，并在每个分支产业下面各自生成若干数量不等的子产业。

此外，鉴于纳米材料和纳米器件能够被应用到各个新兴和传统产业领域，创造出各种各样新颖独特、质量上乘、性能优异的新产品，因此，在上述三个分支产业以外，又可辨识出纳米材料应用和纳米器件应用两个分支产业。当然，这两个分支产业下面更能各自生成若干数量不等的子产业。

若从事情发生的先后次序来看，纳米科学技术研究发展的需要首先造就了纳米检测仪器设备产业和纳米材料产业。结合纳米检测手段和纳米材料的研究创造了纳米器件，纳米器件（如纳米传感器）的推广应用催生了纳米器件产业。接着，纳米材料和器件在各个领域的广泛应用开发出许多新颖产品和更新换代产品，从而发展出形形的纳米产品产业，并进一步促进纳米材料、器件和检测仪器设备产业的发展。这就是纳米技术相关产业相伴共生、互促共长的内在逻辑。

在现实生活中，纳米材料产业和纳米检测仪器设备产业已经形成一定规模，发展相对成熟。处于纳米技术高端的纳米器件产业（电子/光电子器件、量子器件、以及微/纳机电系统）目前尚处在发展成长过程中，这是纳米大国共同关注、竞相角逐的领域，也是进一步发展的方向，其中属于MEMS/NEMS范畴的微纳传感器分支产业已经初具规模。同时，纳米材料和器件的应用已经渗透进入许多不同的经济和社会领域，例如，电子和信息、生物与医药、环境保护等，从而增殖衍生出发展状况各异、纷繁复杂的纳米技术产品和产业。

当然，换一个角度，如果忽略纳米技术居中扮演的角色，这一复杂逻辑体系中各个分支仍可分属于自己的母体产业，例如，纳米材料产业可归属于材料产业，纳米检测仪器设备产业可归属于仪器设备产业等等，由此也揭示了纳米技术相关产业所具有的双重产业属性。

四、结语

以上我们通过运用相关文献资料，进行抽丝剥茧式的逻辑分析，界定了纳米技术及其相关产业的概念，进而揭示了纳米技术及其纳米技术相关产业的体系范畴，从而为从社会科学角度研究促进纳米技术及其相关产业发展（譬如制定技术/产业发展路线图）奠定了有关客体对象的认知基础。

当前，纳米技术与信息技术和生物技术一起并列为世界三大高技术前沿热点领域，而纳米技术又在促进信息技术和生物技术发展中扮演了重要角色，正在悄然引发着新一轮工业革命，成为国际高科技及其产业竞争的制高点。期待我们这一抛砖引玉的工作能为苏州/中国抢占这一制高点作出些微贡献。

参考文献

赵康等。《苏州市纳米技术及其相关产业发展战略研究总论》，古吴轩出版社，2012。

杨辉。《纳米科学技术概论》（未发表PPT课件），2010。

白春礼。纳米科技及其发展前景。《科学通报》，2001/2。

白春礼。全面理解纳米科技内涵，促进纳米科技在我国的健康发展。《微纳电子技术》，2003/1。

彭练矛。《纳米科技和纳米电子学》（未发表PPT课件），2011。

基金项目：苏州市2012年度重大软科学课题，项目编号：SR201201。

作者简介：赵康（1950–），男，江苏苏州人，博士，教授，博导，主要研究方向为公共管理、咨询学、专业社会学。顾茜茜与陈加丰均为赵的博士研究生，赵迪凡为项目研究助理。

WhatIsNanotechnologyandItsRelatedIndustries

——ConceptDefinationandSystemIdentification

ZHAOKangGUXixiCHENJiafengZHAODifan

（SchoolofPoliticsandPublicAdminstration，SoochowUniversity，Suzhou215021，China）

纳米材料生产技术篇6

【关键词】纳米纤维；纳米塑料；纳米技术发展

1引言

目前，我们主要朝着两个方向来发展纳米技术，他们分别是开发新材料，如巴基球以及纳米管等等，和运用新科技来减少现在正在使用的材料，例如金属氧化物的用量等等。一些含有氟聚合物和特种复合材料中已经慢慢运用到了碳纳米管，除此以外，钛白粉和粘土以及SiO2等之中也运用到了纳米技术。纳米氧化物和材料、纳米粘土以及碳纳米管市场都是纳米材料市场的组成部分。德固萨公司是一家以生产先进的纳米氧化铈、氧化铟以及氧化锌为名的公司，它在2004年到2008年之间投资在纳米研究领域有2500万美元。密歇根大学目前正在跟比较前沿的巴斯夫公司合作，研究开发纳米立方体。这种立方体在中压时可以吸附氢气，在释放压力时又可以放出氢气，它是由含有苯和本基因有机体以及氧化锌分子组合而成的多孔结构。其实，目前已经有多家公司开始从事聚合物纳米技术的研究，并且还出产了许多商业化产品。

2化工中如何运用纳米技术

2.1开发运用碳纳米管

运用碳纳米管，我们可以制成储气能力极强的储氢材料，然后将它运用于燃料电池等领域。除此外，碳纳米管还可以制成具备高强度的碳Z-T-维材料以及将它作为增强填料形成各种复合材料。如果再大气中制取因，则可以大大地降低费用，这是日本丰桥（Toyohashi）技术科学大学与Futaba公司以及Tokai碳素公司联合开发研究出来的新方法。如果用200-300A的20V直流电在两个石墨电极之间，便会产生电弧，在这种情况下，阳极是不断地消耗的，在4000-10000K下快速蒸发时候，电弧喷射便产生了。如果将电弧喷射快速急冷，让它到冷却板上，我们就可以得到纳米碳颗粒了，这种产物越有30%纳米管[3]和约70%碳颗粒凝聚体。碳纳米管可以用于生产高性能塑料的蓄电池、燃料电池电极材料以及电子元件和增强材料，目前，世界上拥有着最大规模的碳纳米管生产装置的公司就是日本三井化学公司，它的生产能力为120t/d。美国西南纳米技术公司和大陆菲利普斯合作，它们的目标市场之一是应用于塑料参混物，现在正在不断加快低成本碳纳米管的商业化步伐。美国公司zeyo第一次提出了大大提高材料的导电和力学性能，可用于改性聚氨酯的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管添加剂产品。我国的碳纳米管技术也是列于世界前位的，目前我国清华南风纳米粉体技术产业化啊工程中心的碳纳米管批量生产技术在国际上是最高的。

2.2纳米催化剂

根据商务通讯公司的报道，在全球，纳米催化剂的市场资金将会越来越多，应用领域也将会越来越大，其包含有炼油和石化行业、化学和医药领域、食品加工和环保领域等等。纳米的催化性能以及吸附能得到了不断增强，这是由于纳米的表面积不断增大以及纳米微粒粒径不断减小的后果，除此之外，正是由于这些独特的效应，使得一些原来不能反应的能够进行反应了，而且也使得能反应的反应效率得到提高，有效地控制了反应效率。瑞士技术研究院开发了一种可应用于环氧化反应，并且低费用、高效的纳米颗粒二氧化钛，这就是二氧化硅催化剂。与穿透的环氧化催化剂相比，此种基于相同的材料但产生副产物很少的催化剂能够大大地提高转化率。所谓的环氧化物，就是生产表面活性剂、许多聚合物以及医药的关键中间体。

2.3纳米复合材料

由于纳米粒子具备着量子尺寸效应、表面界面效应以及小尺寸效应，这些效应和聚合物耐腐蚀却容易加工以及密度小的特点结合以后，就使得他们能够成为和常规不同的复合材料。它们分别包括了有纳米塑料、轮胎纳米聚合物、纳米功能性纤维等。因为聚合物纳米复合材料的快速崛起，所以传统的塑料产业也出现了新的力量，聚合物复合材料提高了传统材料的性能，体现了更加优异的综合性能。除此之外，纳米聚合物在轮胎中的运用能够起到节省能源的作用。意大利Nova—mont公司与别的公司合作，开发出能够大大减少轮胎滚动阻力的淀粉聚合物。最后，纳米技术的进步还使得功能性聚酯等纤维应用了纳米材料，得到进步。一些含有纳米材料的功能性纤维陆续出现，其中能够防辐射、变色、抗菌等等功能引起了人们的关注。

2.4纳米材料在石油工业的应用展望

纳米材料在油田开发和石油化工方面都得到了应用。为了能够解决好低参透油田的注水开采的最终采收率低和开采速度慢的问题，我国在实际注入过程中采用了新型降压注水剂纳米聚硅材料。实际证明，这种材料能够提高低渗透压注水井的吸水功能。除此之外，又因为纳米表面积很大而且表面活性中心也多，所以它也是一种很好的催化材料。如果把一般的铂、镍、铁等金属催化剂制成纳米微粒的话，纳米它就可以大大地改善催化效果。

2.5纳米材料

俄罗斯科学家曾经将纳米合金粉末和纳米铜粉末加到油中，可是使得油的使用寿命延长，而且性能得到十倍以上的提高，降低磨损率。目前，油田现场的油气井在完井时套管的管扣剂普遍采用的是黄油或是丝扣油，但是这种油经常会出现咬扣的现象，除此之外，这两种油的减摩效果也不是很理想，所以卸扣和上扣的劳动强度也得到增强。针对套管和油管目前正在使用的丝扣油具有的缺点，根据纳米材料低弹性模量以及硬度大的特点，和纳米粒子抗磨特征，为了能够达到减小上卸扣的困难以及避免咬扣或是粘扣的目标，提出了把纳米粒子加入在先有丝扣油中作为添加剂的建议。

2.6存在的问题与发展方向

尽管纳米材料有着非常好的发展前景，但是我们也要认识到许多方面到目前为止也是美好的想象或者还处于试验阶段，必须还要解决离实际应用之路上的很多问题。

首先，虽然功能性纳米材料的成本算是比较低的，但是目前我们制备工艺还大多处于实验室阶段，所以纳米技术发展存在的一个关键问题是工业化设备问题。其次，其材料形式也是作为催化剂的纳米材料的一个很重要的问题。如果直接用颗粒存于反映体系之中，那我们就必须考虑它的回收难易性和活性再生难以及抗污染性等问题。还有就是在目前的水平中，纳米二氧化钛灯光催化剂的催化效率还处于比较低的水平，因为它仅仅只能利用波长低于400nm的太阳光。最后，纳米粒子在基础油中必须均匀、稳定地分散，这是它作为油添加剂被应用的前提。我们相信这些难题将会随着纳米技术的不断发张都会慢慢得到解决，纳米材料也会在应用中显示它的无比优越性。