導語：如何才能寫好一篇納米材料論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

純金屬鋅及其氧化物和不同納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物的紫外可見光譜。可以看出，波長為368nm處出現一個比較強的金屬鋅及其氧化物吸收峰。在525nm處出現較寬的納米Au的吸收峰[4]。納米Au的吸收峰隨Au含量的變大而不斷變強，還伴隨顯著的紅移現象[5]。可能是因為Au和金屬鋅及其氧化物之間的相互作用，致使納米Au的吸收峰產生了顯著的紅移現象，可能給金屬鋅及其氧化物材料的氣敏特性有重要作用。圖2是純金屬鋅及其氧化物和不同納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物的XRD譜圖。可以看出，譜線中存在很明顯的六方相特征衍射峰，和金屬鋅及其氧化物的晶面吻合[6]。另外，加入納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物譜線出現新的衍射峰，其峰位與立方相Au的晶面一一對應。納米Au修飾量的衍射峰隨著Au含量的變大而不斷的變強。圖3是純金屬鋅及其氧化物和納米Au修飾量在為10%時的金屬鋅及其氧化物的SEM形貌。可以看出，金屬鋅及其氧化物是由大量向外輻射分布的六棱錐納米分枝構成的復雜的花型結構。金屬鋅及其氧化物的六棱錐分枝的表面比較光滑。金屬鋅及其氧化物的表面上均勻的分布著納米Au粒子，金屬鋅及其氧化物的六棱錐分枝的表面出現了粗化的現象。這種粗化現象會導致表面缺陷的增加，對金屬鋅及其氧化物材料氣敏特性有積極作用。

2金屬鋅及其氧化物的氣敏特性

圖4是純金屬鋅及其氧化物和不同納米Au修飾量的金屬鋅及其氧化物氣敏元件，在不同溫度下對100μg/g丙酮的靈敏度圖線。可以看出，納米Au粒子可以有效地提高金屬鋅及其氧化物材料的靈敏氧化物對丙酮的選擇性非常好，可以滿足實際的丙酮氣體檢測要求。另外，材料各種氣體的響應程度隨氣體濃度的增加基本呈線性逐漸變大。

圖5為金屬鋅及其氧化物對不同氣體的響應恢復動態曲線和靈敏度。可以看出，材料對還原性氣體的靈敏度較高。另外，材料對丙酮的靈敏度比氫氣、甲醛、苯和乙醇高得多，這說明Au修飾后金屬鋅及其氧化物對丙酮的選擇性非常好，可以滿足實際的丙酮氣體檢測要求。另外，材料各種氣體的響應程度隨氣體濃度的增加基本呈線性逐漸變大。

3結論

篇2

非對稱納米粒子的特殊非均質結構決定了其獨特的理化性質，由此也為這種新型納米材料的廣泛應用奠定了基礎，尤其在生物納米技術領域。這種非對稱納米材料的獨特性質主要包括表面雙親性、催化特性和生物相容性。下面將從這幾個方面進行綜述。

1.1表面兩親性在水/油混合體系中，具有表面兩親性質的固體納米粒子可以在兩相表面形成一層結構穩定的單分子層以阻止乳化液滴的聚并。由于非對稱粒子兩面不同的結構特點，因而對其表面活性的研究也曾一度引起廣泛的研究熱潮。Binks等對比研究了均質粒子和非對稱粒子在油/水界面上的吸附性能。結果發現，非對稱粒子可使Pickering乳液的穩定性大大增高。相對于僅產生均一表面濕潤性的粒子，非對稱粒子是具有兩面不同濕潤性表面的新型粒子，并且也由此具備了典型的Pickering效應和傳統表面活性劑的兩親性質［4］。為進一步探究非對稱粒子的兩親性，Glaser等運用啞鈴狀Au-Fe3O4納米粒子在水相中乳化正己烷，并深入闡明了非對稱粒子的兩親性。實驗通過配位體交換在Au的部分修飾正十二硫醇(DDT)和十八硫醇(ODT)以增加Au部分的疏水性，從而在整體上提高了粒子的兩親性質。由于具有兩親性的非對稱粒子在界面上可通過自組裝以降低界面張力，從而增強乳濁液的穩定性，因此在乳液體系中碳氫化合物配體修飾的Au部分因其非極性而朝向正己烷相，同時，極性分子Fe3O4則浸入水相中。實驗證明，相對于相同粒徑和化學組成的均質粒子，非對稱粒子具有更好的界面活性，并且其界面活性隨著粒子兩親性的增強而增強。最近一項研究表明，不同類型固體納米粒子在穩定癸烷和水乳化液時，非對稱納米粒子表現了相對于均質粒子更強的穩定性，因此可以更有效地抑制分散相的聚并。通過觀察納米粒子對兩相液滴的乳化作用，Fan等［6］通過動力學模型從機制的角度詳細比較了非對稱納米粒子和均質納米粒子在穩定Pickering乳液時的區別。結果表明，兩相界面上粒子的密度是穩定Pickering乳液最關鍵的因素。當密度足夠大時，三相接觸角可以作為區分粒子是否有效地穩定乳化液的一種量度。當以相同的密度和接觸角時，非對稱納米粒子在穩定乳化液時表現出較均質納米粒子更加有效。在生物質精煉過程中，初產品的不相溶性和熱不穩定性大大增加了純化過程的復雜度，從而導致得率降低，因此，一種既能夠在兩相界面上穩定存在又同時具備催化性的材料應運而生。非對稱納米材料因其良好的兩親性可以有效穩定水/油乳液，當在其表面修飾催化劑時，這種材料便可以在兩相界面上進行催化反應，從而有效完成非均相的有機合成反應，提高生物質精煉的效率［7］。近年的研究表明，非對稱納米材料憑借優越的表面活性，其多種應用潛能已被開發，如表面穩定劑、增容劑以及防水紡織品等。在工業生產中，為了在反應性共混體系中增容兩種組分，通常需要使用嵌段共聚物作為增容劑，但由于大多數的嵌段共聚物不能吸附在界面上，并且在高剪切擠壓過程中容易丟失，因此很大程度上增加了共混聚合物的成本。然而，非對稱粒子因其表面雙親性質有效避免了嵌段共聚物的缺點，因此可以代替嵌段共聚物成為一種新型增容劑。經相關實驗證明，非對稱粒子在聚合物共混體系中具有更高的增容效率［8］。Synytska等［9］還巧妙地利用了非對稱粒子的雙親性將其化學性修飾到纖維表面，從而開發出新型的防水紡織品。

1.2催化特性近些年，科學家對于催化劑分子與納米粒子的結合研究已獲得一些進展，如納米驅動器、感應器、納米泵以及自動裝置的問世。相應復合材料的性質及應用也受到廣泛關注。研究人員發現，在氧化物載體上修飾金屬所形成的復合納米材料，相較于未修飾之前的單一組分納米材料具有更強的催化活性，并且這種復合粒子的催化性能還會因發生在金屬與氧化物接觸面上的協同效應而增強。Wang等［10］用貴金屬和金屬氧化物制備出啞鈴狀的非對稱納米材料，并研究了該合成材料在氧化CO中的催化效率。結果表明，制備的Au-Fe3O4和Pt-Fe3O4非對稱粒子在氧化CO時表現了較單純的貴金屬材料(Au或Pt)更強的催化活性。類似地，在催化H2O2還原反應時，Au-Fe3O4納米粒子也表現出很好的協同效應，從而獲得增強的催化性能［11］。自1972年，由日本東京大學FujishimaA和HondaK兩位教授［45］首次報告發現TiO2單晶電極可以光催化分解水產生氫氣，從而開辟了光解制氫的研究道路。隨著材料學的發展，納米化光催化劑得以實現。由此誕生的納米TiO2粒子憑借其較高的光催化活性成為當前最有應用潛力的一種光催化劑。但因其能帶限制，只有吸收波長小于387.5nm的紫外光才能產生光生電子和空穴以誘發光催化反應，這在很大程度上限制了TiO2光催化技術的實際應用。為拓展TiO2光能利用效率，充分利用太陽光中的可見光，國內外學者圍繞TiO2改性做了大量研究［12］。由于貴金屬粒子在入射光電場作用下，其自由電子可產生集體振蕩，當入射光子頻率與貴金屬納米粒子傳導電子的整體振動頻率相匹配時，納米粒子會對光子能量產生很強的吸收作用，就會發生局域表面等離子體共振(localizedsurfaceplasmonresonance，LSPR)效應。在Seh等［13］的研究中，制備的非對稱金-TiO2納米粒子可借助金的LSPR效應有效促進TiO2光解制氫。根據實驗對比核殼結構的金-TiO2納米粒子可知，非對稱的金-TiO2納米粒子作為優良的光催化劑在等離子體增強的可見光光解制氫的應用中表現了較好的催化效率。類似地，利用TiO2的光催化性質，非對稱結構的金-TiO2納米粒子還被應用在光催化甲醇氧化生產甲醛的反應中［14］。納米粒子可以通過將環境中的自由化學能轉化成機械能從而使其獲得自身動力。作為貴金屬之一的鉑是一種良好的金屬催化劑。它可以催化過氧化氫生成水和氧氣，因此制得的鉑-金非對稱金屬納米棒在過氧化氫水溶液中通過催化反應可獲得自發動力。實驗顯示，在過氧化氫溶液中該納米棒可以30μm/s的速度進行軸向運動。在類似的實驗中，Ozin和他的同事［16］也觀察到鎳-金納米棒的旋轉運動。在對非對稱納米粒子的催化動力機制的研究中，Wang等［17］制備的修飾有過氧化氫酶的金-吡咯非對稱納米棒在H2O2溶液中也呈現出一定的運動現象。Howse等在前人的研究基礎上對非對稱粒子催化動力機制進行了深入探索，他們在聚苯乙烯微球的半面上包覆了鉑金屬材料，并利用鉑對過氧化氫的催化還原作用而使其獲得自發動力。實驗發現，在短時間內，非對稱形態的粒子呈現出定向運動，且運動速率隨著環境中底物分子濃度的升高而增大。由此構建的趨化系統也為非對稱納米粒子的實際應用提供了新的方向。之后，在Sen和Chaturvedi等的進一步研究中發現，具有催化性的非對稱粒子在紫外線照射和H2O2的環境中還表現出一定的趨光性［19，20］。基于非對稱材料獨特的結構特點和多種性質的相輔相成，這種新型復合粒子為進一步的材料創新以及應用開發都提供了良好的基礎和平臺。從近年的研究熱度和方向可見，具有催化性的非對稱納米粒子，在化學和生物領域都具有很大的應用潛力。

1.3生物相容性基于亞細胞的尺寸大小，納米粒子被廣泛應用于生物領域，如細胞標記和成像。當納米材料被應用于生物體內時，該材料或結合在細胞表面，或經吞噬作用和巨胞飲作用內化到細胞內。研究表明，在納米粒子與細胞或胞外環境之間通常會產生一些生物效應，這些生物效應的發生主要由納米粒子的物理化學性質(尺寸、形狀、表面性質)所決定，并由此產生生物相容性或其他生物效應。為了使納米材料在生物體內更好地發揮其預期作用，研究者們認為，良好的生物相容性是一個至關重要的前提條件。經大量研究發現，SiO2、羥磷灰石(HAP)［23］、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)以合適的物理化學性質修飾于材料表面時，可使材料引入官能基團從而獲得較高的生物相容性。因此，無論是對稱或非對稱納米材料，其表面如果修飾這些試劑，理論上都是可以獲得較好的生物相容性。在了解到聚丙烯酸和聚丙烯酰胺-丙烯酸在人體試驗中均表現了良好生物相容性后，Yoshida等創新性地將這兩種試劑利用化學反應制成具有兩相性的非對稱納米膠體，并在兩部分材料中分別修飾了生物素和異硫氰酸熒光素，進而可將鏈霉親和素特異性結合在材料表面。經進一步的細胞實驗表明，這種非對稱納米膠體在較寬的劑量范圍內仍保持很好的生物相容性。在最近一項研究中，非對稱納米材料Au@MnO因同時具備磁性和光學性的雙功能而成為高通量檢測的研究重點。但是MnO因自身帶有一定的細胞毒性阻礙了其在生物醫學領域的應用。為了解決這一問題，科學家們將SiO2包覆在暴露的MnO部分，通過改變非對稱材料的表面修飾，從而使這一非對稱納米材料(Au@MnO@SiO2)在之后的細胞活力實驗中表現了較好的生物相容性，并降低了細胞毒性，從而擴展了其應用范圍。

2基于非對稱納米材料的生物探針構建及其應用研究

作為多功能納米材料，非對稱納米粒子的大多數應用都得益于它可調控的非對稱結構和獨特的表面特性。隨著非對稱納米粒子制備方法的多樣化，其在各領域的應用潛能被不斷開發，尤其在生物醫學領域。由于在非對納米粒子的兩部分獨立表面上可以分別修飾配體或蛋白質等生物大分子，由此構建的多功能生物探針已被廣泛應用在醫學研究和臨床診斷上，如生物傳感器和靶向藥物運載系統等。

2.1生物傳感由于非對稱納米粒子具有獨特的理化性質，因此可經多種修飾而獲得良好的生物傳感性能。具有精確生物傳感能力的納米探針對醫學領域的應用具有重大意義。Wu等［28］制備的非對稱金-聚苯乙烯納米粒子就同時具備了細胞特異性靶標和生物傳感功能。由于修飾在聚苯乙烯半面上的抗HER-2抗體可以與BT474人乳腺癌細胞表面的HER-2受體特異性結合來靶標細胞，同時又通過對金半面的表面增強拉曼散射圖譜來傳感目標細胞，從而提高了癌細胞檢測的靈敏度。Villalonga等［29］運用非對稱納米粒子成功設計出一種尿素傳感系統。在這種非對稱納米粒子的金表面修飾上脲酶，同時在介孔硅材料表面包覆上一種pH感應門控(pH-responsivegate)物質，當這一生物探針在環境中遇到尿素時，金部分攜帶的脲酶就會專一性分解尿素，導致環境中pH值升高，進而打開pH感應門控以實現傳感效應。在哺乳動物中樞神經系統中，多巴胺是一個非常重要的神經遞質，因而對這種神經遞質的定量檢測也引起了研究人員濃厚的興趣。目前，利用多巴胺在電極上的電化學催化氧化作用進行的檢測最為普遍。但由于電極表面會因氧化產生污物以及來自抗壞血酸聯合氧化形成的干擾都對多巴胺的檢測效率構成了一定的負面影響。最近的一項研究顯示，將非對稱金納米團簇修飾在玻璃碳電極上制得的多巴胺電化學傳感器在多項實驗中均表現了較高的催化活性從而有效降低了多巴胺檢測限。在多巴胺的電化學反應中，非對稱納米團簇作為一種氧化還原介質可有效促進團簇與玻璃碳電極間的電子轉移，以增強多巴胺的電化學催化氧化，從而提高了多巴胺的檢測靈敏度和效率［30］。類似的研究發現，為構建一個生物識別-效應系統，在非對稱金-介孔硅納米粒子的兩部分分別修飾上鏈霉親和素和辣根過氧化物酶(HRP)，當該探針特異性地結合在修飾了生物素的金電極上時，由于固定化的HRP在電化學反應中可轉化環境中H2O2從而產生電分析信號，之后由循環伏安曲線來表征這一傳感效應。多模態成像是生物醫學診療中的一項重要的傳感手段。通過標記生物熒光物質或量子點的成像探針在細胞靶標和分子檢測中已廣泛應用。得益于局部表面等離子體共振現象，貴金屬納米粒子以及包含貴金屬的復合納米顆粒具有優良的光學性質，因而可用于光學傳感［32］。Sotiriou等將Fe3O4/Ag非對稱粒子標記特異性抗體后，細胞實驗中暗場熒光測試結果表明，攝取Fe3O4/Ag粒子的Raji和Hela細胞顯示出較強的熒光信號，與未經該材料處理的Raji和Hela細胞形成強烈的反差，說明Fe3O4/Ag非對稱粒子能夠很好地應用于細胞標記和生物成像中。根據量子點的熒光性質，Selvan等制備了表面包覆SiO2的Fe3O4/CdSe非對稱二聚體，之后將聚乙二醇(PEG)修飾在復合粒子表面，PEG的親油基團暴露在表面以便于細胞膜標記。將表面改性后的復合粒子用于活體細胞膜的特定標記，激光共聚焦掃描顯微鏡結果顯示，經磁性粒子標記后小鼠乳腺癌細胞顯示出較好的熒光特性，從而證實了Fe3O4/CdSe粒子在體內成像上的應用。

2.2靶向運載非對稱復合納米粒子因其兩面性在藥物靶向輸送方面具有潛在應用價值，有的已步入臨床研究階段，因此成為當今生物醫學中熱門的研究課題之一。眾所周知，含鉑化合物是一類常用的抗癌藥物。因其對腫瘤細胞識別力差而引起較大的毒副作用，多項研究已致力于將其載帶于具有靶向功能的納米材料上。在一項研究中，磁性介孔磷酸鈣納米材料表面可經化學反應修飾上—COOH，之后，研究者將含鉑化合物、—NH2化的靶向分子葉酸和熒光標記物羅丹明B分別經化學交聯而結合在材料表面。經細胞實驗表明，該靶向運載系統在Hela細胞中表現了較高的特異性和殺傷力，從而也驗證了傳統的對稱納米材料在靶向運載功能上的應用可行性［36］。而以兩面性和多功能為主要特點的非對稱納米材料，在合適的設計下亦可作為靶向運載的工具。Sun等［37］利用Au-Fe3O4非對稱復合結構的各向異性表面特性及多功能單元，設計了具有靶向輸送含鉑藥物的新型多功能載體。以共價鍵的形式將含鉑化合物的藥物和具有靶向作用的HER-2特異性抗體分別連接到復合結構中的金顆粒和Fe3O4顆粒表面，通過對化學連接方式的設計使含鉑化合物在低pH值條件下釋放，從而可以一定程度上實現對癌細胞的選擇性殺傷。相較于單一性即傳統的對稱納米材料，非對稱的Au-Fe3O4材料本身就兼具了示蹤信息:磁性和光學性，因而無需標記其他示蹤物，從而簡化了修飾過程。此外其非對稱表面的生物修飾相對獨立，更有利于實現藥物分子的可控設計和監控。類似地，在利用非對稱金-聚苯乙烯納米粒子特異性靶標并傳感人乳腺癌細胞時，Wu等也提到可以在聚苯乙烯表面通過疏水性吸附將藥物固定在功能載體上，以達到高效治療的目的。最近，Wang等［38］基于具有典型非對稱結構的聚苯乙烯-四氧化三鐵-氧化硅三元復合體系，在聚合物和氧化硅組分表面分別修飾上不同的化學基團，并且借由功能基團的選擇性分別連接上靶向分子葉酸和化療藥物DOX，從而制備了具有靶向和pH值敏感的控釋藥物載體(圖2)。細胞實驗結果證明該載體具有良好的腫瘤細胞靶向效果。Sahoo等運用傳統的對稱納米材料，也設計出一種以葉酸為靶向載帶藥物DOX的運載系統。其設計主要是以多功能的MnFe2O4納米粒子作為載體，通過SiO2包覆形成核殼復合體，后經表面修飾和造孔劑作用使得這一載體表面具備官能基團和多孔性，葉酸分子可通過表面官能基團連接于載體上，而DOX則可載入表面多孔中。這一精良設計使得該運載系統獲得了較好的靶向運載效力。與這一DOX運載系統相比，雖然非對稱納米材料在靶向運載效力或是設計程序的復雜程度上并無明顯優勢，但是Wang等的非對稱復合材料可因連接DOX的pH感應門控而實現DOX的可控釋放。由此可見，非對稱納米粒子可以有效實現靶向基團和載帶藥物分步地附著于粒子表面，從而使得這種材料的表面生物修飾具有更好的獨立性和可控性。這種通過復合材料的兩個獨立表面及其表面基團來設計多功能納米診療系統的新思路，可以擴展到其他不同組分的非對稱復合材料體系，并可能用于其他生物醫學領域。作為靶向運載系統，非對稱納米材料還可以應用在基因治療(genetherapy)方面。基因治療是指將外源正常基因導入靶細胞，以糾正或補償缺陷基因，達到治療目的。Salem等在非對稱Au-Ni納米棒表面分別化學性修飾上靶向配體和DNA質粒從而設計出一個靶向基因運載系統。修飾在Au表面的轉鐵蛋白作為靶向物質可以有效捕捉到細胞，同時由于結合在Ni部分的質粒DNA具有編碼熒光素蛋白酶和綠色熒光蛋白的基因，因此經細胞轉染實驗后，激光共聚焦掃描顯微鏡的結果證明了靶向基因運載系統的有效性，從而為這種復合材料的進一步臨床應用提供了實驗依據。

2.3基因疫苗基因疫苗指的是DNA疫苗，即將編碼外源性抗原的基因插入到含真核表達系統的質粒上，然后將質粒直接導入人或動物體內，讓其在宿主細胞中表達抗原蛋白，誘導機體產生免疫應答。一項研究表明，修飾有外源DNA的非對稱無機納米棒可作為一種基因瞬時表達的載體，當其導入細胞內以后，外源DNA和宿主細胞染色體DNA不發生整合就可直接表達為抗原蛋白。與其他無機非病毒載體不同的是，這些納米棒可以在空間特定區域上修飾不同的功能基團，以提供精確控制的抗原［40］。因此，為進一步開發這種特殊材料的應用潛能，相關研究應首先證實這一新型疫苗載體可以在體內發生強烈的免疫反應。Salem等運用基因槍法將攜帶有模式抗原的非對稱Au-Ni納米棒導入小鼠體內，結果觀察到很強的抗體反應和CD8+T細胞反應。由于免疫刺激佐劑效應(immunostimulatoryadjuvanteffect)，修飾在納米棒Ni部分的pcDNA3可以增強結合在Au部分上抗原的免疫原性，從而有效增強了免疫應答的強度［41］。這項研究也為非對稱納米材料在接種疫苗領域的進一步應用提供了研究基礎。

2.4殺菌劑在臨床上，細菌感染是一項可引起較高死亡率并增加醫療成本的嚴重問題。然而隨著細菌抗藥性的發現和不斷增強，探索新型殺菌劑的開發和應用成為研究熱點。Lee等［42］的研究表明，銀納米粒子對多種革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均表現了較強的殺菌效果，因而成為一種高效的新型抗菌劑。然而，銀納米粒子較強的團聚效應、易氧化性和較高表面能等缺陷也限制了這種抗菌劑的實際應用。之后，圍繞增強銀納米殺菌劑的穩定性和殺菌力的研究進一步展開。其中，利用非對稱納米材料和銀納米粒子復合形成的抗菌劑表現了較好的殺菌效果。由Zhang等制備的Fe3O4-SiO2非對稱納米棒因其優越的生物相容性而成為殺菌劑良好的修飾材料。Fe3O4-SiO2非對稱納米棒因結合了兩個部分材料的性質而同時具備較強的磁性和溫和的表面修飾性能，因此由其與銀納米粒子結合形成的復合材料便成為一種可回收的高效殺菌劑。通過抑菌實驗發現，Ag@Fe3O4-SiO2對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的最低抑菌濃度分別為0.90μg/mL和1.35μg/mL，明顯低于單一的銀納米粒子。之后的實驗進一步證實，修飾了銀納米粒子的非對稱納米棒作為一種新型殺菌劑，具有相對較好的分散性和穩定性，更重要的是具備了更加有效且持久的殺菌力。

3展望

篇3

關鍵詞：納米材料應用

納米發展小史

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。

1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

什么是納米材料

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1、納米技術在防腐中的應用

由加拿大萬達科技（無錫）有限公司與全國涂料工業信息中心聯合舉辦的無毒高效防銹顏料及其在防腐蝕涂料中的應用研討會近日在無錫召開。

中國工程院院士、裝甲兵工程學院徐濱士教授，上海交通大學李國萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業內知名人士分別在會上作了報告，與會者共同探討了納米技術在防銹顏料中及涂料中的應用、無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用以及新型防銹涂料和防銹試驗方法發展等課題。

徐院士就當前納米技術的發展情況作了簡單介紹，他指出：納米技術的研究對人類的發展、世界的進步起著至關重要的作用，誰掌握了納米技術，誰就站在了世界的前列。我國納米技術的研究因起步較早，現基本能與世界保持同步，在某些領域甚至超過世界同行業。

作為國內表面處理這一課題的領頭人，徐院士重點談了納米技術對防銹顏料及涂料發展的促進作用。他說，此前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒防銹顏料，有的性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相比，但均因價格太高，國內尚未引進。我國防銹涂料業亟待一種無毒無害、性能優異而又價格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產品的整體水平，增強行業的國際競爭力。

中化建常州涂料化工研究院高級工程師沈海鷹代表常州涂料院，在題為《無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用》報告中，詳細介紹了復合鐵鈦醇酸防銹漆及復合鐵鈦環氧防銹漆的生產工藝、生產或使用注意事項、防銹漆技術指標及其與鐵紅、紅丹同類防銹漆主要性能的比較。

在紅丹價格一路攀升的今天，這一信息無疑給各涂料生產廠商提供了巨大的參考價值，會場氣氛十分熱烈，與會者紛紛提出各種問題。萬達科技（無錫）有限公司總工程師李家權先生就復合鐵鈦防銹顏料的防銹機理、生產工藝、載體粉的選擇、產品各項性能指標及納米材料的預處理方法等一一做了詳細介紹。

目前產品已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，為此獲得了中國專利技術博覽會金獎.復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用，并已由總裝備部作為重點項目在全軍部分裝備上全面推廣使用。

本次會議的成功召開，標志著我國防銹涂料產業新一輪的變革即將開始，它掀開了我國防銹涂料朝高品質、高技術含量、高效益及全環保型發展的嶄新一頁。其帶來的經濟效益、社會效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統防銹顏料宣戰的開始，也吹響了我國防銹涂料業向高端防銹涂料市場發起沖擊的號角。

2、納米材料在涂料中應用展前景預測

據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。預期十五期間，各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用建筑涂料裝飾則總共需建筑涂料近300萬噸，約200～300億元的市場。目前，我國建筑涂料年產量僅60多萬噸，世界現在涂料年總產量為2500萬噸，每人每年消耗4千克，為發達國家的1／10，中國人年均涂料消費只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分廣闊的發展前景。

篇4

1.1材料與試劑蘋果渣：蘋果榨汁干燥制得的干渣。試劑：甲基丙烯酸（MAA，純度99％天津市科密歐化學試劑有限公司）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA，作為交聯劑純度98％阿拉丁試劑公司）、偶氮二異丁腈（AIBN作為引發劑，上海試四赫維化工有限公司）、乙腈（色譜純）、福林酚試劑（上海荔達生物科技有限公司）、沒食子酸、無水乙醇、甲醇、無水Na2CO3。

1.2儀器與設備場發射掃描電鏡（S-4800型，日本日立公司）、數控超聲波清洗器（KO-600BD型，昆山市超聲波儀器有限公司）、紫外分光光度計（UV-1700型，日本島津）、恒溫振蕩器（SHA-C型，國華電器有限公司）、賽洛捷克MS-H-Pro數顯型磁力攪拌器、真空干燥箱（DZF-6051型，上海精宏試驗設備有限公司）、高速冷凍離心機（HC-3018R，安徽中科中佳科學儀器有限公司）。

1.3蘋果渣多酚的超聲波提取取150g蘋果渣加入到1L體積分數50％的乙醇的水溶液中，避光靜置12h后，按照0.142W/g的功率進行超聲波輔助提取，超聲波處理45min，處理溫度40℃，對處理后提取液進行超濾，超濾后的提取液待測[19]。

1.4多酚標準曲線的繪制及含量測定

1.4.1多酚標準曲線的繪制分別準確吸取質量濃度為100μg/mL的沒食子酸標準溶液0，0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.30mL于5mL容量瓶中，均以蒸餾水補至2mL，加入1mL福林酚試劑，充分振蕩后靜置3-4min，加入10％的Na2CO3溶液1mL，充分振蕩搖勻，蒸餾水定容至5mL，置于25℃恒溫水浴鍋中靜止反應2h，于波長765nm處分別測定吸光度值，以多酚質量（μg）為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制標準曲線[20]。

1.4.2多酚提取液樣品多酚含量的測定吸取蘋果渣多酚提取液10倍稀釋液于5mL容量瓶中，測定其吸光度，以標準曲線計算樣品多酚含量。

1.5甲基丙烯酸納米材料的成型篩選在60℃條件下引發劑AIBN分解為2個相同的活性自由基基團，該自由基作為初始自由基引發甲基丙烯酸（MAA）和交聯劑EDMA中雙鏈的打開，使得2種物質相互交聯成球，從而得到所需要的表面含羧基的納米微球，如圖1所示。

1.5.1引發劑偶氮二異丁腈對納米材料成型向裝有20mL乙腈溶液的4支試管中加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯2.5mmol，甲基丙烯酸2.5mmol，再分別加入引發劑偶氮二異丁腈0.25mmol、0.5mmol、1mmol和1.5mmol，充分溶解混勻后，超聲脫氣10min，再向每個試管中通入氬氣5min以除凈空氣。

1.5.2甲基丙烯酸對納米材料成型向裝有20mL乙腈溶液的試管中加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯2.5mmol，引發劑偶氮二異丁腈1mmol，再分別加入甲基丙烯酸0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，充分溶解混勻后，超聲脫氣10min，再向每個試管中通入氬氣5min以除凈空氣。

1.5.3交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯對納米材料成型向裝有20mL乙腈溶液的試管中加入甲基丙烯酸2.5mmol，引發劑偶氮二異丁腈1mmol，再分別加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，充分溶解混勻后，超聲脫氣10min，再向每個試管中通入氬氣5min以除凈空氣。

1.5.4溶劑乙腈對納米材料成型向4個試管中分別固定加入1mmol引發劑偶氮二異丁腈，2.5mmol甲基丙烯酸，2.5mmol交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯，再向4個試管中分別加入10mL、20mL、40mL、60mL乙腈溶液，充分溶解混勻后，超聲脫氣10min，再向每個試管中通入氬氣5min以除凈空氣。將1.5.1-1.5.4中除凈空氣后的試管在60℃恒溫水浴中振蕩12h，反應后離心，所得納米材料用甲醇清洗3次，每次3h以除去未反應完全的物質，清洗后的材料在60℃真空條件下干燥，干燥后的材料進行場發射掃描電鏡觀察試驗與蘋果渣多酚提取液中多酚吸附分離試驗。

1.6多酚吸附量稱取各條件制備的納米材料10mg于100mL離心管中，加入10mL稀釋10倍的蘋果渣多酚提取液，在恒溫搖床上搖3h，11000r/min離心后取上清液1mL測定吸光度，同時以未加納米材料的10mL多酚提取液做為空白對照，采用標準曲線法測定其多酚含量，按下式計算多酚吸附量。

1.7甲基丙烯酸納米材料對多酚的解吸試驗選取分離效果最好的甲基丙烯酸納米材料進行蘋果渣提取液中多酚吸附分離試驗，步驟如1.6節。吸附多酚物質后的甲基丙烯酸納米材料分別用4％NaOH溶液、1mol/LNaCl溶液、70％乙醇溶液進行解吸試驗。

2結果與分析

2.1標準曲線的繪制以多酚質量為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制多酚標準曲線如圖2所示。由圖2可知，多酚質量與吸光度呈正相關，曲線擬合度較好，回歸方程為y=0.0219x+0.007，相關系數R2=0.9976，說明多酚質量與吸光度具有良好的線性關系。

2.2制備條件對甲基丙烯酸納米材料成型的影響

2.2.1引發劑偶氮二異丁腈在甲基丙烯酸2.5mmol，乙二醇二甲基丙烯酸酯2.5mmol，乙腈20mL的體系條件下，分別添加偶氮二異丁腈0.25mmol、0.5mmol、1mmol和1.5mmol，對不同引發劑用量下制得的納米材料進行場發射掃描電鏡拍照，如圖3所示。4種不同引發劑用量下制備的納米材料進行蘋果渣多酚提取液中多酚吸附分離試驗結果如圖4所示。引發劑AIBN分解溫度為60℃，在制備過程中隨著AIBN用量增加，引發劑所提供的初始自由基濃度增加，加快了自由基聚合的速度。由圖3分析可知，偶氮二異丁腈的添加量對納米材料的外貌尺寸影響不顯著，當添加量為0.25mmol~1.5mmol時，納米材料的分散性都較好。這可能是由于引發劑用量在0.25mmol~1.5mmol時，引發劑過飽和，導致聚合反應也處于飽和狀態，所以制得的納米材料分散性均較好。由圖4可知，不同引發劑用量下制備的納米材料對蘋果渣多酚提取液中多酚吸附分離有一定影響，當偶氮二異丁腈添加量為1mmol時，納米材料對多酚的吸附量最大，吸附質量比達到2.51mg/g。

2.2.2甲基丙烯酸在乙二醇二甲基丙烯酸酯2.5mmol，偶氮二異丁腈1mmol，乙腈20mL的體系條件下，分別添加甲基丙烯酸0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，對不同甲基丙烯酸用量下制得的納米材料進行場發射掃描電鏡拍照，如圖5所示。4種不同甲基丙烯酸用量下制備的納米材料進行蘋果渣多酚提取液中多酚吸附分離試驗結果如圖6所示。甲基丙烯酸作為材料合成主體，隨著甲基丙烯酸用量的增加，活性自由基的受體增多，聚合反應鏈變長，甲基丙烯酸材料的尺寸增加。由圖5可知，甲基丙烯酸添加量在0.5～2.5mmo期間，制得的納米材料由成型差、粘連嚴重，逐漸形成分散性較好的球形；當添加量到3.5mmol時，納米材料成型又變得較差，相互間粘連嚴重。這可能是因為甲基丙烯酸添加量少時，聚合反應不完全；甲基丙烯酸添加量超過2.5mmol時，反而使反應鏈過長，尺寸變大且粘連。通過對比發現，當甲基丙烯酸添加量為2.5mmol時，納米材料成型最好。由圖6可知，隨著甲基丙烯酸添加量的增加，納米材料的多酚分離量呈現先增加后減少的趨勢，當甲基丙烯酸添加量為2.5mmol時，納米材料對多酚的吸附量最大，吸附質量比達到2.18mg/g。可能原因是甲基丙烯酸添加量為2.5mmol時，納米材料呈規則圓形，且分散性較好，具有較大的比表面積，有利于納米材料表面的羧基與多酚的羥基結合。當添加量為3.5mmol時，雖然納米材料具有更多的羧基基團，但是由于在此條件下材料成型較差且相互粘連，所以影響了材料的分離性能，反而導致分離多酚能力下降。

2.2.3交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯在甲基丙烯酸2.5mmol，偶氮二異丁腈1mmol，乙腈20mL的體系條件下，分別添加交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，對不同交聯劑用量下制得的納米材料進行場發射掃描電鏡拍照，如圖7所示。4種不同交聯劑下制備的納米材料進行蘋果渣多酚提取液中多酚吸附試驗如圖8所示。交聯劑用量決定了材料的交聯密度，一般交聯劑的用量越大，材料的剛性越好，越有利于才球形材料的制備。由圖7可知，4種不同交聯劑用量制得的材料都具有較好的形貌，都成規則圓形，且分散性良好。隨著交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯添加量的增加納米材料的尺寸先減小后增大，當乙二醇二甲基丙烯酸酯添加量為1.5和2.5mmol時納米材料尺寸較小。由圖8可知，隨著乙二醇二甲基丙烯酸酯添加量的增加，制得的納米材料吸附多酚的量先增加再減小，這可能與納米材料的大小有關，當交聯劑用量為0.5和3.5mmol時，納米材料尺寸較大，相對比表面積較小，與多酚中的羥基接觸的概率較小；當交聯劑用量為1.5和3.5mmol時，制得的納米材料尺寸較小，比表面積較大，吸附量相對較高。比較而言，當交聯劑添加量為2.5mmol時，制得的納米材料吸附多酚量最大，吸附質量比可達2.37mg/g。

2.2.4溶劑乙腈在甲基丙烯酸2.5mmol，偶氮二異丁腈1mmol，乙二醇二甲基丙烯酸酯2.5mmol的體系條件下，分別添加交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯0.5mmol、1.5mmol、2.5mmol、3.5mmol，對不同溶劑乙腈用量下制得的納米材料進行場發射掃描電鏡拍照，如圖9所示。4種不同乙腈用量下制備的納米材料進行蘋果渣多酚提取液中多酚吸附試驗如圖10所示。隨著溶劑用量的增加，反應體系中的各制備物質濃度降低，粘度降低，形成的聚合物核之間相互碰撞的幾率降低，導致納米材料顆粒之間發生相互粘連的情況降低。由圖9可知，當乙腈添加量為10mL時，體系不能提供充分的溶劑進行反應，導致自由基聚合不完全；當乙腈添加量為20mL時，制得的納米材料能夠形成分散性較好的球形材料；當乙腈添加量為40和60mL時，制得的納米材料成型則較差。因此，確定乙腈溶液用量20mL作為納米材料較佳溶劑用量。由圖10可知，隨著乙腈用量的增加，制得的納米材料吸附多酚的量先增加后減少，這是由于當乙腈用量為20mL時，制得的納米材料尺寸小且粒徑分布均勻；乙腈用量為40和60mL時材料成型太差，所以分離效果不好。因此，乙腈用量為20mL時制得的納米材料吸附多酚量最大，吸附質量比達到1.91mg/g。

2.3甲基丙烯酸納米材料吸附多酚的解吸試驗在甲基丙烯酸2.5mmol、乙二醇二甲基丙烯酸酯2.5mmol、偶氮二異丁腈1mmol、乙腈20mL的最佳條件下制備納米材料，制備的納米材料對蘋果渣多酚提取液中多酚的最大吸附量為33.42mg。選取4％NaOH溶液、1mol/LNaCl溶液、70％乙醇溶液作為解吸液，對納米材料吸附的多酚物質進行解吸試驗，三者多酚解吸率分別為：61.13％、8.22％、18.55％,可能原因是堿性溶液中的氫氧根離子有助于破壞酚羥基與羧基的相互作用力，使得多酚容易從納米材料上解吸下來。

3結束語

篇5

1991年，我國召開納米科技發展戰略研討會，制定了發展戰略對策。十多年來，我國納米材料和納米結構研究取得了引人注目的成就。我國納米材料領域的工作者們也以孜孜不倦的探索，推動著納米材料這門學科不斷地前進。這其中，就有一位年輕的學者――劉飛博士。

科研，瞄準前沿

一位年僅三十幾歲的學者、一連串前沿成果，劉飛博士稱得起“年輕有為”。然而，與大多數年輕人不同，劉飛博士一心一意地埋首于納米材料領域的研究工作，不沾浮躁之風。在這條道路上，他潛心向前，以“學習”的態度行于斯、研于斯，在一維納米材料的制備、表征與物性研究的領域上取得了一系列成績：

首先，在微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)設備中，劉飛使用α―Fe2O3(0001)為基底，以N2和H2為反應氣源，首次制備出垂直于基底生長的Fe3O4納米金字塔陣列。這種新型Fm04納米材料的陣列很可能在垂直方向上的高密度信息存儲中有著潛在的應用，其結果發表在高水平學術雜志AdvMater上。

其次，在單溫管式爐設備中，劉飛使用熱蒸發冷凝沉積技術在較低的生長溫度(

與此同時，劉飛利用真空下高溫碳熱還原法，首次制備出了大面積垂直于si基底生長的單晶的Boron納米線和納米管。掃描電子顯微技術(SEM)研究表明所制備出的硼納米線的長度為5um，平均直徑為30nm。透射電子顯微鏡技術(TEM)和元素維度分布譜技術(ElementMapping)的研究結果都證明所獲得的硼納米材料具有完美的單晶四方結構，它們的生長方向為[001]。電子能量損失譜技術(EELS)研究結果也表明納米線中硼元素的同時使用開爾文探針技術(KelvlnProbe)首次測試出Boron納米材料的功函數為4.4eV。并利用改裝后的SEM系統中的在位物性測試技術對單根硼納米線的電導率和場發射特性進行了一系列系統的研究。研究結果表明：單根硼納米線的電導率為1-8×10-3(n?cm)-1，其開啟電場為5.1v／μm，閾值電場為115V／μm；在保持場發射電流為1.05μA的一小時穩定性測試中，單根硼納米線的電流波動性低于22％并且當電場強度提高到59～74V／μm，單根硼納米線的場發射電流密度更是達到了2X105-4×105A／cm2，這完全可以滿足場發射領域的需要。由于Boron一維納米材料具有高熔點(2300℃)、高電導率，并且具有獨特的“三芯鍵”結構以及優良的物理和化學特性，所以這種新型納米材料的發現以及進一步研究很有可能為納米科學和技術的發展開創了一個嶄新的領域。相關科研成果分別發表在知名科學雜志AdvancedMaterla／sc和Uitramzcroscopy上，并由世界上著名的德國的“Nanowerk”網站和國內知名的“科學網”網站分別進行了“Spotlight”報導和專題報導。

除此以外，劉飛使用化學氣相沉積技術實現了對不同形貌AIN納米結構(納米棒，納米錐和納米火山口)垂直陣列的可控生長。為了研究其納米結構場發射特性的影響因素，劉飛對比了不同形貌氮化鋁陣列的場發射特性。實驗結果表明，氮化鋁火山口陣列具有最好的場發射特性表現，其閾值電場為7.2V／μm，場發射電流的穩定性測試表明其電流波動小于4％。同時，所有三種氮化鋁納米結構陣列都具有和其他很多具有優良冷陰極納米材料相比擬的場發射特性，這表明其在未來的場發射領域具有很大的應用前景，結果已發表在ChinesePhysicsB等雜志上。

未來，戰機握在手中

學習和實踐中，劉飛不僅積累了豐富的經驗，也形成了一套獨特的科研方法和理念，解決了很多工程實際應用的問題，贏得了良好的經濟效益和社會聲譽，并獲得一項國家專利。他是成功的，當然，成功之人自有成功之道。

1995年9月，劉飛邁入吉林大學的校門，考進材料科學與工程專業，四年的本科學習，劉飛以他的聰明和勤奮贏得了老師和同學們的一致認可，連續三年獲得“人民獎學金”，并于1999年獲“系優秀學生”稱號。同年，他以優異的成績畢業，卻并不滿足于自己當時的所學，或許是源于心底的那一份母校情結，劉飛選擇留在吉林大學進行碩士研究，在材料科學學院攻讀材料物理與化學專業。碩士學習期間，劉飛在于文學教授的指導下進行了磁控濺射生長巨磁阻多層膜的研究工作，并于2002年7月完成碩士論文《Cu／Fe多層膜的表面、界面微結構研究》，獲得工學碩士學位，其論文獲得學校研究生論文比賽優勝獎，這位年輕的碩士研究生充分展露了他在科研領域的才華。

2002年9月，劉飛考入中國科學院物理研究所納米物理與器件實驗室，師從于高鴻鈞研究員，攻讀凝聚態物理博士學位，2005年9月獲得理學博士學位，并于2004年獲得“所長優秀獎學金”、2006年獲得中國真空學會優秀博士論文獎學金。

在科學的道路上沒有捷徑，正因為艱難才去登攀，而站得更高才能看得更遠，年輕的劉飛博士沒有止步于一點點的成績，在科學之路上，他選擇一路向前。自2005年9月，劉飛博士在中山大學理工學院的顯示材料與技術國家重點實驗室參加工作以來，包括在中國科學院物理研究所攻讀博士期間，他主持國家自然基金委――廣東省聯合基金重點基金一項、國家自然科學基金青年基金一項、教育部博士點新教師基金一項，并且參與了多項國家“973”和“863”項目，共發表了學術論文(SCI、EI和ISTP收錄)二十余篇。

自此，在外人看來，他的人生似乎已經進入康莊大道了，然而，“人生也有涯，而知也無涯”，國際上風起云涌的科技發展愈來愈強烈地吸引著他的目光，視線的開闊，令他在學術上有了大幅的前進。目前，還有國家自然科學基金青年基金項目等4項國家和地方自然科學基金項目研究，在他的主持下緊鑼密鼓地展開著。

篇6

論文摘要:充滿生機的二十一世紀，以知識經濟為主旋律和推動力正引發一場新的工業革命，節省資源、合理利用能源、凈化生存環境是這場工業革命的核心，納米技術在生產方式和工作方式的變革中正發揮重要作用，它對化工行業產生的影響是無法估量的。這里主要介紹納米材料在化工領域中的幾種應用。

納米材料（又稱超細微粒、超細粉末）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統，其結構既不同于體塊材料，也不同于單個的原子。其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等，擁有一系列新穎的物理和化學特性，在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。

納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征，引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產領域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。

一、納米材料的特殊性質

（一）力學性質

高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。

（二）磁學性質

當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。

（三）電學性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。

（四）熱學性質

納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。

二、納米材料在化工行業中的應用

（一）在催化方面的應用

催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。

（二）在涂料方面的應用

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。（三）在精細化工方面的應用

精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。

納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代，為此，國家科委、中科院將納米技術定位為“21世紀最重要、最前沿的科學”。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。

參考文獻:

[1]張立德，牟季美，納米材料和納米結構，科學出版社，2001.

[2]嚴東生，馮端，材料新星?納米材料科學,湖南科學技術出版社，1998年.

篇7

[論文摘要]科技的發展，使我們對物質的結構研究的越來越透徹。納米技術便由此產生了，主要對納米材料和納米涂料的應用加以闡述。

一、納米的發展歷史

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

二、納米技術在防腐中的應用

納米涂料必須滿足兩個條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因為納米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對流變性的影響，如納米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流掛；第二、耐候性的改善。利用納米粒子對紫外線的吸收性，如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車面漆等；第三、力學性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強大的界面結合力，可提高涂層的強度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。

納米技術的應用為涂料工業的發展開辟了一條新途徑，目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團聚，納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過簡單的混配得到。同時納米粒子種類很多，性能各異，不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達到所期望的性能和功能，需要經過大量的實驗研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。

納米涂料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料，性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國防銹涂料業也蓬勃發展，也可以生產納米漆。

我國自主生產的產品目前已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用。

三、納米材料在涂料中應用展前景預測據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛生型涂料，適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，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，抗紫外線能力極強。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍涂料，除具備納米型涂料各種優良性之外，可在10℃到25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規定，使建筑行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量。

四、結語

由于目前應用納米材料對涂料進行改性尚處在初級階段，技術、工藝還不太成熟，需要探索和改進。但涂料的各種性能得到某些改進的試驗結果足以證明，納米改性涂料的市場前景是非常好的。

參考文獻：

[1]橋本和仁等［J］.現代化工.1996(8):25～28.

篇8

想要考研的你，提及納米科學與技術專業，是否會列出“神秘”“高薪”“高就業率”“高科技”這一系列關鍵詞呢？

真正的“高富帥”專業

如果一定要用一個詞來形容納米專業，那就是“高富帥”。

說它“高”，是因為它的的確確是高科技的產物。1納米是1米的十億分之一，20納米也僅相當于1根頭發絲的三千分之一。也正是這么小的尺寸，才能夠用來做材料。不僅如此，納米材料還都帶著“特異功能”，具有奇異的化學物理特性。納米雖小，用途卻大，小尺寸成就大空間，真是高不可測。而研究生階段需要學的課程也很“高”：納米材料的結構、尺寸和形貌的表征技術、納米粉體材料的制備與表面修飾、一維納米材料的制備、納米復合材料的制備、納米結構材料的制備、納米材料的物理特性與應用、納米電子器件的基本原理和微加工技術、納米材料與納米技術的最新進展和發展趨勢等都是該專業的主干課。是研究生的必修課，而新專業的科研空間更加廣闊，所以發SCI的概率大大增加。想要寫好論文，你就要了解納米材料與技術的最新學科發展動向、理論前沿、應用前景等。而如果你打算游學海外，就更要在研究生階段狂抓英語了。這一專業的專業英語詞匯非常龐雜，有醫學、化學、物理、材料學等諸多領域，需要系統地學習。筆者碩士一年級的時候大家每周都會用英報告，這樣能有效提高英文水平，即使不打算出國，閱讀國外文獻也會非常流暢，開闊視野。納米專業確實很“高”，但當你真正鉆研進去，就會發現它的樂趣。

說它“富”，一點也不夸張。納米技術、信息技術及生物技術被譽為本世紀社會經濟發展的三大支柱。納米從20世紀80年代末，90年代初開始起步，經歷二十多年的發展，現在已經成為突飛猛進的前沿、交叉性新型學科。納米技術作為朝陽產業，將在生物醫學、航空航天、能源和環境等領域“大顯身手”。美國國家科學基金會的納米技術高級顧問米哈伊爾·羅科甚至預言：“由于納米技術的出現，在今后30年中，人類文明所經歷的變化將會比過去的整個20世紀都要多得多。”如此看來，納米技術必將創造巨大的經濟價值，同時也能為該專業的同學提供良好的職業發展平臺。

說它“帥”，是因為它有獨到魅力，吸引青年學子投其懷抱。其實，大部分工科生的研院生活都是相同的，讀文獻、做實驗、組會、聽報告，這些幾乎就是我們讀研生活的全部。想學好納米專業，你首先要做個雜家。在研究生階段，你要掌握數學、物理、化學等方面的基本理論和基本知識，學習環境納米材料的綠色制備及其規模化，面向環境檢測的納米結構與器件的構筑原理、方法，并且了解納米材料與納米結構性能與機理。而做到這些還遠遠不夠，因為理工科專業的直接目標在于應用，因此還需要學習納米材料在污染治理中的應用原理、技術與裝置研發、納米材料的環境效應與安全性評估、納米材料在節能和清潔能源中的應用等，掌握材料學的工藝裝備、測試手段與評價技術，具備相應的科研能力，具有從事科學研究和解決工程中局部問題的能力。運用納米技術解決這些問題和一般的常規思路有著很大的不同，有著前路未知的期盼和發現時的狂喜，為此我們都成為典型的“技術宅”，大部分時間會宅在實驗室里，在外人看來，可能是只顧科研無心生活的“苦行僧”，而只有我們才能體會到納米的“帥”及給我們生活所帶來的樂趣。

想要學好納米專業，團結協作的能力必不可缺。其學習都是以課題組和實驗室為單位，很多作業和項目都是大家集體完成，比如開發一種新型的納米材料，大家都有不同的分工，這就需要我們能緊密地合作與溝通，分擔辛苦分享成功。

同時，我們還需要有極強的表達能力和動手實踐的能力。我們學校經常舉辦學術沙龍，需要大家上臺演講，不僅本專業的導師在場，其他專業的學生和老師也會來聽，并從不同角度提出意見，所以我們要足夠有氣場才能HOLD住場面。而實踐方面，我們都有做老師科研助理的機會，同時開展自己的課題研究，不僅要寫得好論文，還要做好實驗。想讀納米專業，要做的功課非常多，你只有都嘗試了，才能體會到這個專業的巨大魅力，才會在科技的海洋里盡情遨游。

就業面窄是誤區

對于納米科學與技術專業，很多人對它的認識存在誤區。很多人認為，納米作為高精尖技術與日常生活相距太遠，所以想當然地認為其就業難。

其實，納米真實地存在于我們的日常生活中，而隨著科技的發展，未來有一天我們的衣食住行都將離不開納米技術。所以如果你能有幸就讀該專業研究生，并在學術上有所造詣，愿意將所學學以致用，那么你的就業前景無限光明！

那么納米技術到底是怎樣和實際生活聯系起來的呢，而我們工科生，又將以何種方式參與這種科技改變人們生活的進程呢？

衣：在紡織和化纖制品中添納米微粒，可以除味殺菌。化纖布結實耐磨，但會產生靜電現象，加入少量金屬納米微粒就可消除靜電，穿起來非常舒適。

食：利用納米材料，冰箱的抗菌能力大大增強。納米材料做的無菌餐具、無菌食品包裝用品已經進入市場。利用納米粉末，可以使廢水有效凈化，完全達到飲用標準，納米食品色香味俱全，還對健康大有裨益。

住：對于我們這代人而言，居家做家務、清理房間是一大愁事，納米技術的應用可以省下我們很多力氣。通過納米技術，墻面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，完全不需要擦洗。含有納米微粒的建筑材料，還可以吸收對人體有害的紫外線。既省時省力又對身體好。

行：在出行方面，納米材料可以提高和改進交通工具的性能指標。納米陶瓷有望成為汽車、輪船、飛機等發動機部件的理想材料，可以大大提高發動機效率、工作壽命和可靠性。納米球添加劑可以在機車發動機加入，起到節省燃油、修復磨損表面、增強機車動力、降低噪音、減少污染物排放、保護環境的作用。納米衛星可以隨時向駕駛人員提供交通信息，幫助其安全駕駛。

而這些，只是納米科技應用在生活中的很小一部分，納米技術興起晚，發展態勢迅猛，更多的核心技術需要我們這一代去發掘，以期使之更好地為民生服務。可見納米技術在日常生活中無處不在，各行各業都需要擁有高技術高學歷的納米技術專業人才，所以就業前景廣闊。

具體的就業方向，男生、女生之間相差很大。納米專業的大部分女碩士，特別是女博士一般選擇到大學或科研院所做研究。研究領域涵蓋納米材料、黏合劑、涂料、電鍍、陶瓷等相關領域，從事相關產品開發、生產和檢測等方面。大部分男生會去納米材料行業企業或傳統材料相關企業供職。可以從事納米材料表征、石墨烯及碳納米材料研發、納米材料改性、納米材料合成、無機納米材料制備以及交叉學科納米材料應用的相關工作。

跨專業報考受青睞

納米科學與技術是一個技術性很強的專業，不過并不限制跨專業報考，納米科學與技術專業不僅不是個排外的“高富帥”，反而非常歡迎跨專業的學生融入其中，共同搭建納米專業的大舞臺。納米科學與技術專業在工科或理科門類招生，不同學校有所不同，但都非常歡迎與之類似的材料專業同學報考，因為都涉及材料學的基礎知識，所以學起來會得心應手。同時，理工科專業背景如物理、化學甚至數學這類基礎學科出身的學生，也很受該專業歡迎。

在報考納米科學與技術專業的學生中，也有一部分醫學生。未來納米技術應用于醫學領域是大勢所趨。利用納米技術制成的微型藥物輸送器，可將適當劑量的藥物，通過體外電磁信號的引導準確送達病灶部位，有效地起到治療作用，同時可以減輕藥物的不良的反應。用納米制造成的微型機器人，它的體積可是小于紅細胞的，你能想象到嗎？通過它向病人血管中注射，能疏通腦血管的血栓，清除心臟動脈的脂肪和沉淀物，還可“嚼碎”泌尿系統的結石等。而隨著納米技術的發展，它與醫學還會有更多的交叉。

院校介紹

對納米科學與技術這種新興學科來說，每個學校都有自己的特色和側重，所以這里重點介紹一下。而通過這些不同院校的專業方向設置，我們也可以多角度地了解這一專業。

國家納米科學中心

國家納米科學中心是中國科學院與教育部共同建設并具有獨立事業法人資格的全額撥款直屬事業單位，自2005年開始招收研究生。現有博士學科專業點3個：凝聚態物理、物理化學和材料學；碩士學科專業點3個：生物物理、生物工程和材料工程。鑒于納米科學與技術學科的前沿交叉特性，在招生階段，現將該學科掛靠在物理學、化學、材料科學與工程和生物學4個一級學科下，并相應產生4個專業代碼。涉及納米科技系列進展、納米檢測系列講、文獻信息利用、人文系列講座、納米功能材料等課程。

國家納米科學中心2013年在7個專業招收碩士研究生35人，專業包括納米科學與技術、凝聚態物理、物理化學、材料學、生物物理學、材料工程和生物工程，研究方向涵蓋高分子納米功能材料、生物納米結構、納米醫學、納米復合材料、納米電子學等幾十個方向，方向非常細化，具有材料、半導體、物理、化學、微電子、生物、醫藥等專業背景的學生都可以報考。相信有志于納米專業的學生，一定會在這里找到適合自己的研究方向。

國家納米中心是比較典型的科研所，其吸引考生的除了實力，很重要的一點就是待遇優厚。該中心不需學生繳納學費，如遇國家政策調整還會有高額的獎學金返還制度，碩士研究生根據不同年級，每個月可以拿到1300～2500元的獎學金，博士會拿到3100～4500元的獎學金。此外，還會有其他生活補助等。研究生公寓已經完全賓館化管理，非常舒適。在國家納米中心深造，沒有經濟上的后顧之憂，這樣你才可以將全部精力投入到學習中去。

大連理工大學

大連理工大學的工程力學系開設生物與納米力學專業，已然在行業內一枝獨秀。該學科依托于工程力學系和工業裝備結構分析國家重點實驗室，軟硬件條件優越，擁有先進的實驗設備和儀器。學生有充足的動手實踐機會，能在宏觀、微觀等不同層次上，進行跨學科的數值模擬和力學實驗。同時，也有國家自然科學基金、重點基金、“863”“973”等眾多項目和基金支持。

該專業現在有生物器官生物力學模型及新材料應用研究、分子模擬和計算機輔助藥物分子設計、微納米與多尺度力學研究、生物材料的力學行為及其多功能化4個研究方向，涉及到力學、醫藥、生物、機械、材料、電子、控制、測量、微納科技等領域。

大連理工大學這個專業的直博生學制是4年，而一般的直博生需要學習5年時間，而分開讀碩士和博士一般需要6至7年，這吸引了不少學生報考，因為可以節約1～3年時間。當然，在4年的時間里完成碩士和博士學業，是一件很具挑戰的事情，需要最大限度地提升效率。

蘇州大學

蘇州大學納米科學技術學院是蘇州大學、蘇州工業園區政府、加拿大滑鐵盧大學攜手共建的一所高起點、國際化的新型學院。該學院建立于2010年，由全球著名納米與光電子材料學家、中國科學院院士、第三世界科學院院士李述湯教授擔任院長，教學科研實力雄厚，是國內高校中為數不多的專門的納米科學學院。招生方向涵蓋納米生物化學、納米技術工程、納米材料、有機無機復合納米材料等。有關納米的專業在物理、化學、生物學、材料科學與工程4個學科下招收學術型研究生，相關專業學生都可以報考。

需要提醒大家的是，蘇州大學納米科學技術學院初試提供詳細的輔導書和真題，有意報考的同學要多關注學院的網站，以獲得第一手信息。

武漢大學

武漢大學的納米科學與技術專業在物理科學與技術學院和化學與分子科學學院均有招生，各有側重。前者分為納米復合材料、納米光催化材料與技術、納米光電子學、納米管線陣列及其智能傳感器、納米材料制備與表征和納米尺度結構與性能關系6個方向。后者在納米催化、納米生物醫學、納米材料分離分析、微納傳感技術和高分子納米藥物載體。很多方向在國內上處于領先地位，每年也有大量學生報考，競爭力較強。

武漢大學與國外多所大學有合作關系，大家如果在武大讀研，出國交流、學習的機會比較多。

華中科技大學

華中科技大學是典型的工科學校，其納米專業當然也首屈一指。華科的納米專業同樣是熱門，除去每年招收本校內推的學生，考研的競爭非常激烈。

在培養模式方面，華科非常重視學、研、產相結合，科研成果轉化率非常高。在就業方面，很多碩士研究生在各科研機構及高校任職。如果你求學在華科，就不用愁生活保障的問題，學校的獎勵機制非常完善。學院對每位研究生在校期間將發放生活津貼，并設立各類獎學金以獎勵優秀的研究生，其獎勵比例達80%。

篇9

論文摘要：目前應用于生物醫學中的納米材料的主要類型有納米碳材料、納米高分子材料、納米復合材料等。納米材料在生物醫學的許多方面都有廣泛的應用前景。



1應用于生物醫學中的納米材料的主要類型及其特性

1.1納米碳材料

納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。

碳納米管有獨特的孔狀結構［1］，利用這一結構特性，將藥物儲存在碳納米管中并通過一定的機制激發藥物的釋放，使可控藥物變為現實。此外，碳納米管還可用于復合材料的增強劑、電子探針（如觀察蛋白質結構的AFM探針等）或顯示針尖和場發射。納米碳纖維通常是以過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，氫氣為載體，在873 K～1473 K的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫學領域中有廣泛的應用前景。類金剛石碳（簡稱DLC）是一種具有大量金剛石結構C—C鍵的碳氫聚合物，可以通過等離子體或離子束技術沉積在物體的表面形成納米結構的薄膜，具有優秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強，血管內膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫學方面有重要的應用價值。

1.2納米高分子材料

納米高分子材料，也稱高分子納米微粒或高分子超微粒，粒徑尺度在1 nm～1000 nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩定性和優異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。

1.3納米復合材料

目前，研究和開發無機—無機、有機—無機、有機—有機及生物活性—非生物活性的納米結構復合材料是獲得性能優異的新一代功能復合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復和移植等許多方面具有廣闊的應用前景。國外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關注。北京醫科大學等權威機構通過生物學試驗證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。

此外，在臨床醫學中，具有較高應用價值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。

2納米材料在生物醫學應用中的前景

2.1用納米材料進行細胞分離

利用納米復合體性能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應的特性進行細胞分離在醫療臨床診斷上有廣闊的應用前景。20世紀80年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運用于單細胞分離、基因突變分析、基因擴增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細胞內部信號的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫院、挪威工科大學和美國噴氣推進研究所利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中癌細胞的分離來治療病患者［6］。美國科學家正在研究用這種技術在腫瘤早期的血液中檢查癌細胞，實現癌癥的早期診斷和治療。

2.2用納米材料進行細胞內部染色

比利時的De Mey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（HAuCl4）水溶液中還原出來形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3 nm～40 nm），將金納米粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細胞和骨骼內組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色（如10 nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標簽，為提高細胞內組織分辨率提供了各種急需的染色技術。

2.3納米材料在醫藥方面的應用

2.3.1納米粒子用作藥物載體

一般來說，血液中紅血球的大小為6000 nm～9000 nm，一般細菌的長度為2000 nm～3000 nm［7］，引起人體發病的病毒尺寸為80 nm～100 nm，而納米包覆體尺寸約30 nm［8］，細胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。專利和文獻資料的統計分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。

磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導下集中于病患部位，進行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進行免疫學的間接凝聚實驗，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學院的科學家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎，能長時間配選精確劑量藥物的藥物投送系統，并已被批準用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（NPs）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質、多肽、基因等活性物質的口服釋放載體方面具有廣闊的應用前景。藥物納米載體技術將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。

2.3.2納米抗菌藥及創傷敷料

Ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。

2.3.3智能—靶向藥物

在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應用是基因藥物的開發。德國柏林醫療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時溫度達到47℃，慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學正在研制一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細胞化學特征攻擊癌細胞，甚至可鉆入單個細胞內將它炸毀。

2.4納米材料用于介入性診療

日本科學家利用納米材料，開發出一種可測人或動物體內物質的新技術。科研人員使用的是一種納米級微粒子，它可以同人或動物體內的物質反應產生光，研究人員用深入血管的光導纖維來檢測反應所產生的光，經光譜分析就可以了解是何種物質及其特性和狀態，初步實驗已成功地檢測出放進溶液中的神經傳達物質乙酰膽堿。利用這一技術可以辨別身體內物質的特性，可以用來檢測神經傳遞信號物質和測量人體內的血糖值及表示身體疲勞程度的乳酸值，并有助于糖尿病的診斷和治療。

2.5納米材料在人體組織方面的應用

納米材料在生物醫學領域的應用相當廣泛，除上面所述內容外還有如基因治療、細胞移植、人造皮膚和血管以及實現人工移植動物器官的可能。

目前，首次提出納米醫學的科學家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹形分子的多聚物作為DNA導入細胞的有效載體，在大鼠實驗中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。

納米生物學的設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內容，第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體，這種納米機器人可注入人體血管內，進行健康檢查和疾病治療（疏通腦血管中的血栓，清除心臟脂肪沉積物，吞噬病菌，殺死癌細胞，監視體內的病變等）［12］；還可以用來進行人體器官的修復工作，比如作整容手術、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機體正常運行或使引起癌癥的DNA突變發生逆轉從而延長人的壽命。將由硅晶片制成的存儲器（ROM）微型設備植入大腦中，與神經通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經性疾病。第二代納米機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，可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。這種納米機器人一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式。

瑞典正在用多層聚合物和黃金制成醫用微型機器人，目前實驗已進入能讓機器人撿起和移動肉眼看不見的玻璃珠的階段［13］。

納米材料所展示出的優異性能預示著它在生物醫學工程領域，尤其在組織工程支架、人工器官材料、介入性診療器械、控制釋放藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等眾多方面具有廣泛的和誘人的應用前景。隨著納米技術在醫學領域中的應用，臨床醫療將變得節奏更快，效率更高，診斷檢查更準確，治療更有效。

參考文獻

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［11］李沐純等.中國現代醫學雜志，2003，13：140-141

篇10

“棄暗投明”的新技術

宋延林笑著說，走上“納米材料綠色制版技術”的研發之路，始自一次“意外”。

那是1995年，正在攻讀博士學位的宋延林，琢磨著自己關于信息存儲材料的研究工作。他不想重復別人的材料體系，于是有了一個大膽的想法：既然當時國際上主流的信息存儲材料是無機材料，那么自己就挑戰一下有機材料。

這在當時并不被人看好，但他與合作伙伴最終成功地將信息存儲點的尺寸從 十幾個納米縮小至1.3個納米。相關論文很快被國際權威學術期刊接受發表，研究成果亦被兩院院士評選為1997年“中國十大科技進展”之一。“這給了我一個很大的啟發，不是國外沒有做過的事情就不能做。以前中國人總覺得引領科技進步的一定是西方國家，我們只能一味追趕，似乎最好的成績也只能是縮小與國際先進水平的差距。但事實不應該是這樣。”

從那天開始，宋延林就打定主意，要做與別人不一樣的東西。多年以后，靈感聚焦于“印刷技術”。

從成像原理來看，印刷技術的發展可以劃分為兩大階段：首先是“物理成像階段”， 基于物理凹凸結構成像，譬如雕版印刷、木活字印刷、鉛字印刷。接下來是“化學成像階段”，基于化學感光成像，主要有兩種技術，一種是激光照排技術，上世紀80年代由王選院士主持研發的漢字激光照排技術，目前仍是中國印刷業的主流技術；另一種是國際上流行的計算機直接制版（CTP）技術。

但無論是激光照排技術還是CTP技術，都是感光成像的過程。激光照排的過程與膠卷曝光類似：先將計算機處理的信息通過激光掃描到感光膠片上，再通過曝光、顯影、定影得到一張底片，底片在涂有感光層的PS版上重復曝光、顯影、沖洗的過程，得到最終印版。

“事實上，高質量的信息傳輸，應盡可能減少信息轉換的環節。有沒有一種辦法，可以直接打印出印版，省略化學顯影過程呢？”

宋延林首先考慮的是確定印版的材料要求。對于印刷而言，印版的圖文區需要“沾油墨”，空白區則“不沾油墨”。高質量的印刷，要求兩個區域必須形成足夠大的反差，否則很容易“糊版”。宋延林根據信息存儲中提高信噪比的要求和納米材料控制表面性質的研究基礎，在印版表面形成特殊的納米結構，確保圖文區和空白區有足夠的反差，且界面清晰。

不過事情遠沒有大功告成，“耐印力”成為緊跟著必須面對的挑戰。“如果要讓這項技術走向市場，必須確保它可以滿足常規生產要求。目前主流印刷版材的耐印力，比如印刷普通報紙，需要在10萬份以上。最終我們通過納米材料的復合增強，使新版材的耐印力達到同一水準。”

所謂“復合增強”，打個通俗的比方，和增強柏油馬路耐磨性類似：只鋪瀝青的路面極易損壞，在瀝青中摻入石子，就大大提高了耐磨性。“雖然聽起來簡單，但實際操作時，還要保證極其細微的納米顆粒不團聚，特別是在南方、北方零上40℃至零下40℃的溫差下，不沉淀，不堵頭，打印出的墨滴大小要與版材表面張力、納米孔的孔徑形成定量可控的關系，實現所有這些，背后是一系列復雜細致的研究工作。”

除此之外，由于納米材料綠色制版技術在國際上并無先例可循，因此亦沒有成熟的配套設備。為此，技術團隊還要開發針對報業、商業和票據類的設備及相應軟件。

當一切都從理論化為現實，一種全新的印刷制版技術橫空出世。宋延林一口氣描述它的操作原理：“用計算機處理好全部圖文信息，直接將印版打印出來，圖文區是親油的，空白區是親水的，兩者反差足夠大，足夠耐磨。”

新技術的優勢顯而易見。首先，傳統的化學成像過程，印版與膠片的生產、運輸和使用過程都要嚴格避光，非常麻煩。而納米材料制版技術，則是基于“非感光”的全新原理，宋延林打趣說，有領導說這是個“棄暗投明”的新技術。

其次，依賴化學成像形成的印刷產業鏈，有兩大無法根除的污染。

一是制版的污染。感光成像的化學沖洗過程，是將感光材料全面覆蓋在版基上，然后根據實際圖文情況，將“圖文區”保留，“空白區”侵蝕掉。如此一來，80%以上的感光材料都被浪費，同時造成每年百萬噸量級的廢液排放。

二是版基的污染。目前主流印刷制版技術的鋁版基制備，實際是一個電解氧化的過程，電解液里的濃酸，會腐蝕消耗鋁材，再加之曝光過程中的損耗，大量的鋁材變成污染物被浪費，并造成嚴重的金屬離子污染。而廢酸用石灰中和后，又會形成大量廢渣。

“納米材料印刷制版技術是用計算機直接打印制版，沒有化學腐蝕過程，既不會形成廢液、廢渣污染，也不會損失鋁材。被消耗的僅僅是打印的墨水，成本優勢明顯，有可觀的利潤空間，且可以通過鼠標簡便操作。”宋延林說，這是令他自豪的一點。

他永遠都記得，有一期《時代周刊》的封面觸目驚心：一只巨大的iphone手機，連接著一座冒著黑煙的工廠，用醒目的字體探討這只“神器”為什么會選擇“made in china”（中國制造），結論有二：一靠“廉價人力”，二靠“超級污染”。“中國留給世界的印象，一定要改一改了！事實證明，我們可以拿出領先、環保的綠色解決方案。”

再見，試驗室！