纳米技术与纳米材料的研究发展及纳米材料结构
1505437997    点击：

纳米技术与纳米材料的研究发展

       纳米材料如今已逐渐渗透到我们的生活中，对于纳米材料，普通大众都尚没有较深入的认识和了解，然而纳米材料的应用已经不足为奇，比如纳米涂料、纳米洗护用品、纳米防水剂等等。

       纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其潜在的重要性毋庸置疑，一些发达国家都投入大量的资金进行研究工作。如美国最早成立了纳米研究中心，日本文教科部把纳米技术，列为材料科学的四大重点研究开发项目之一。在德国，以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中心，政府每年出资6500万美元支持微系统的研究。在国内，许多科研院所、高等院校也组织科研力量，开展纳米技术的研究工作，并取得了一定的研究成果，主要如下：

       定向纳米碳管阵列的合成，由中国科学院物理研究所解思深研究员等完成。他们利用化学气相法高效制备出孔径约20纳米，长度约100微米的碳纳米管。并由此制备出纳米管阵列，其面积达3毫米×3毫米，碳纳米管之间间距为100微米。

      氮化镓纳米棒的制备，由清华大学范守善教授等完成。他们首次利用碳纳米管制备出直径3~40纳米、长度达微米量级的半导体氮化镓一维纳米棒，并提出碳纳米管限制反应的概念。并与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作，在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。

       准一维纳米丝和纳米电缆，由中国科学院固体物理研究所张立德研究员等完成。他们利用碳热还原、溶胶-凝胶软化学法并结合纳米液滴外延等新技术，首次合成了碳化钽纳米丝外包绝缘体SiO2纳米电缆。

       用催化热解法制成纳米金刚石，由山东大学的钱逸泰等完成。他们用催化热解法使四氯化碳和钠反应，以此制备出了金刚石纳米粉。

　　2017年8月29日，第七届中国国际纳米科学技术会议（ChinaNANO 2017）在北京召开。这是继2005年首届中国国际纳米科学技术会议之后，第七次召开的中国国际纳米科学技术盛会。大会由国家纳米科学技术指导协调委员会主办，国家纳米科学中心承办。 

　　中国国际纳米科学技术会议已经发展成为具有较强世界影响力的、综合性品牌国际会议，两年召开一次。本次大会，共有来自全球30多个国家和地区的2000多名代表出席。大会在重点开展高水平的学术交流和思想碰撞的同时，还有来自产业界的50余家企业带来最新的实验设备和技术展示；有来自中国科学院战略先导专项（A类）“变革性纳米产业制造技术聚焦”的重大进展成果展示。 

　　大会主席白春礼在开幕式上致辞。他指出，目前，在全球经济、社会发展中，对资源、环境、能源和健康等领域的问题持续引起广泛的关注，世界许多国家已经制定了国家战略和计划，以解决这些问题。纳米科技在世界各国或地区的创新驱动发展中，正在发挥着越来越重要的作用，并呈现出多学科交叉融合深入、科学-技术-产业转化周期缩短，创新链耦合加强等新特点。中国早在上世纪80年代中期，就积极参与促进纳米科学的基础研究和应用研究。经过近30年的发展，中国科学家在纳米科技领域取得了一系列重要的科研成果，纳米科技研究的整体实力已走在世界前列。随着中国建设具有全球影响力的科技创新中心和综合性国家科学中心等一系列科技创新重大决策部署的推进和落实，中国纳米科技研究面临新的重大发展机遇。我们将高度重视战略布局，加强顶层设计，充分发挥纳米科技的创新驱动和示范引领作用，为国家的经济、社会发展做出重大贡献。本次大会，将围绕纳米科技的总体发展，聚焦18个主题，为学术界、产业界的交流与讨论及未来的合作提供一个绝佳的机会。 

       施普林格·自然集团（Springer Nature）、国家纳米科学中心和中国科学院文献情报中心联合发布了《国之大器 始于毫末-中国纳米科学与技术发展状况概览》中英文白皮书。白皮书回顾了中国纳米科研如何飞速发展成为当今的全球领导者，揭示了中国的优势和面临的挑战，并为如何进一步繁荣发展提出了建议。报告认为：中国投入进行纳米科研已有数十年时间，已经成为当今世界纳米科学与技术进步重要的贡献者，部分基础研究居国际领先水平，中国纳米科技应用研究与成果转化的成效也已初具规模。这些都与中国在纳米科技领域的持续投入密切相关。中国纳米科技研究正在向原创性突破转变，并更加关注纳米科技的产业化应用。

       总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样："纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。"

什么是纳米材料？

       那么什么是纳米材料呢？纳米级结构的材料简称为纳米材料，由于纳米材料是近几年开始被关注和应用的材料，所以也理解为纳米结构的新材料，广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超精细颗粒材料的总称。

       根据2011年10月18日欧盟委员会通过的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料，这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50％以上。

纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

纳米材料的结构

       纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或营造的一种新体系。

纳米阵列体系

       已有的研究结果对纳米阵列体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。

介孔组装体系

       纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性，以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应，也使其成为了研究热点，按照其中支撑体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类，按支撑体的状态又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。

薄膜嵌镶体系

       在薄膜嵌镶体系中，对纳米颗粒膜的主要研究是基于体系的电学特性和磁学特性而展开的。美国科学家利用自组装技术将几百只单壁纳米碳管组成晶体索“Ropes”，这种索具有金属特性，室温下电阻率小于0.0001Ω/m；将纳米三碘化铅组装到尼龙-11上，在X射线照射下具有光电导性能，利用这种性能为发展数字射线照相奠定了基础。

       纳米材料具有小尺寸效应﹑表面效应﹑量子尺寸效应﹑宏观量子隧道效应等特性，纳米微粒和纳米固体的这些基本特征导致了纳米材料在熔点﹑蒸气压﹑光学性质﹑化学反应性﹑磁性﹑超导及塑性形变等许多物理和化学方面都显示出特殊的性能。它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理﹑化学性质。