納米技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

納米技術(shù)21世紀(jì)的科技新星

一、納米的基本知識(shí)

1.納米的概念納米”是英文nanometer的譯名，是一種度量單位，1納米為百萬(wàn)分之一毫米，即1毫微米，也就是十億分之一米，約相當(dāng)于45個(gè)原子串起來(lái)那么長(zhǎng)。納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。納米研究的范圍是1到100納米，0．1納米是單個(gè)氫原子的尺寸，因此所謂0．1納米層面的“納米技術(shù)”是不存在的。

2．納米科技概念的提出與發(fā)展

最早提出納米尺度上科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題的是著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)恩曼。納米科技的迅速發(fā)展是在80年代末、90年代初。80年代初發(fā)明了費(fèi)恩曼所期望的納米科技研究的重要儀器——掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)等微觀表征和操縱技術(shù)，它們對(duì)納米科技的發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。與此同時(shí)，納米尺度上的多學(xué)科交叉展現(xiàn)了巨大的生命力，迅速形成為一個(gè)有廣泛學(xué)科內(nèi)容和潛在應(yīng)用前景的研究領(lǐng)域。

二、納米科技的研究領(lǐng)域1．納米材料

納米材料是納米科技發(fā)展的重要基礎(chǔ)。納米材料是指材料的幾何尺寸達(dá)到納米級(jí)尺度，并且具有特殊性能的材料。其主要類型為：納米顆粒與粉體、納米碳管和一維納米材料、納米薄膜、納米塊材。納米材料結(jié)構(gòu)的特殊性[如大的比表面以及一系列新的效應(yīng)(小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子效應(yīng)和量子隧道效應(yīng))]決定了納米材料出現(xiàn)許多不同于傳統(tǒng)材料的獨(dú)特性能，進(jìn)一步優(yōu)化了材料的電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)性能。對(duì)于納米材料的研究包括兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)地研究納米材料的性能、微結(jié)構(gòu)和譜學(xué)特征，通過(guò)和常規(guī)材料對(duì)比，找出納米材料特殊的規(guī)律，建立描述和表征納米材料的新概念和新理論；二是發(fā)展新型納米材料。目前納米材料應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是在大規(guī)模制備的質(zhì)量控制中，如何做到均勻化、分散化、穩(wěn)定化。2.納米器件

納米科技的最終目的是以原子、分子為起點(diǎn)，去制造具有特殊功能的產(chǎn)品。因此，納米器件的研制和應(yīng)用水平是進(jìn)入納米時(shí)代的重要標(biāo)志。如前所述，納米技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要推動(dòng)力來(lái)自于信息產(chǎn)業(yè)。

納米電子學(xué)的目標(biāo)是將集成電路的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)一步減小，超越目前發(fā)展中遇到的極限，因而使得功能密度和數(shù)據(jù)通過(guò)量達(dá)到新的水平。在納米尺度下，現(xiàn)有的電子器件把電子視為粒子的前提不復(fù)存在，因而會(huì)出現(xiàn)種種新的現(xiàn)象，產(chǎn)生新的效應(yīng)，如量子效應(yīng)。利用量子效應(yīng)而工作的電子器件稱為量子器件，像共振隧道二級(jí)管、量子阱激光器和量子干涉部件等。與電子器件相比，量子器件具有高速(速度可提高1000倍)、低耗(能耗降低1000倍)、高效、高集成度、經(jīng)濟(jì)可靠等優(yōu)點(diǎn)。為制造具有特定功能的納米產(chǎn)品，其技術(shù)路線可分為“自上而下”(topdown)和“自下而上”(bottomup)兩種方式。

“自上而下”是指通過(guò)微加工或固態(tài)技術(shù)，不斷在尺寸上將人類創(chuàng)造的功能產(chǎn)品微型化；而“自下而上，是指以原子、分子為基本單元，根據(jù)人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝，·從而構(gòu)筑成具有特定功能的產(chǎn)品。這種技術(shù)路線將減少對(duì)原材料的需求，降低環(huán)境污染?？茖W(xué)家希望通過(guò)納米生物學(xué)的研究，進(jìn)一步掌握在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理制造生物分子器件，目前，在納米化工、生物傳感器、生物分子計(jì)算機(jī)、納米分子馬達(dá)等方面，科學(xué)家都做了重要的嘗試。

3．納米結(jié)構(gòu)的檢測(cè)與表征

為在納米尺度上研究材料和器件的結(jié)構(gòu)及性能，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，發(fā)展新方法，創(chuàng)造新技術(shù)，必須建立納米尺度的檢測(cè)與表征手段。這包括在納米尺度上原位研究各種納米結(jié)構(gòu)的電、力、磁、光學(xué)特性，納米空間的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，物理傳輸過(guò)程，以及研究原子、分子的排列、組裝與奇異物性的關(guān)系。

掃描探針顯微鏡(SPM)的出現(xiàn)，標(biāo)志著人類在對(duì)微觀尺度的探索方面進(jìn)入到一個(gè)全新的領(lǐng)域。作為納米科技重要研究手段的SPM也被形象地稱為納米科技的“眼”和“手”。

所謂“眼睛”，即可利用SPM直接觀察原子、分子以及納米粒子的相互作用與特性。

所謂“手”，是指SPM可用于移動(dòng)原子、構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)，同時(shí)為科學(xué)家提供在納米尺度下研究新現(xiàn)象、提出新理論的微小實(shí)驗(yàn)室。

同時(shí)，與納米材料和結(jié)構(gòu)制備過(guò)程相結(jié)合，以及與納米器件性能檢測(cè)相結(jié)合的多種新型納米檢測(cè)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)也受到廣泛重視。如激光鑷子技術(shù)可用于操縱單個(gè)生物大分子。三、納米科技前景的展望

納米技術(shù)在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。比如，在信息技術(shù)領(lǐng)域，據(jù)估計(jì)，再有10年左右的時(shí)間，現(xiàn)在普遍使用的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)技術(shù)將達(dá)到最終極限。為獲得更強(qiáng)大的信息處理能力，人們正在開(kāi)發(fā)DNA計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)，而制造這兩種計(jì)算機(jī)都需要有控制單個(gè)分子和原子的技術(shù)能力。

傳感感器器是是納納米米技技術(shù)術(shù)應(yīng)應(yīng)用用的的一一個(gè)個(gè)重重要要領(lǐng)領(lǐng)域域。。隨隨著著納納米米技技術(shù)術(shù)的的進(jìn)進(jìn)步步，，造造價(jià)價(jià)更更低低、、功功能能更更強(qiáng)強(qiáng)的的微微型型傳傳感感器器將將廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用在在社社會(huì)會(huì)生生活活的的各各個(gè)個(gè)方方面面。。比比如如，，將將微微型型傳傳感感器器裝裝在在包包裝裝箱箱內(nèi)內(nèi)，，可可通通過(guò)過(guò)全全球球定定位位系系統(tǒng)統(tǒng)，，可可對(duì)對(duì)貴貴重重物物品品的的運(yùn)運(yùn)輸輸過(guò)過(guò)程程實(shí)實(shí)施施跟跟蹤蹤監(jiān)監(jiān)督督；；將將微微型型傳傳感感器器裝裝在在汽汽車車輪輪胎胎中中，，可可制制造造出出智智能能輪輪胎胎，，這這種種輪輪胎胎會(huì)會(huì)告告訴訴司司機(jī)機(jī)輪輪胎胎何何時(shí)時(shí)需需要要更更換換或或充充氣氣；；還還有有些些可可承承受受惡惡劣劣環(huán)環(huán)境境的的微微型型傳傳感感器器可可放放在在發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)汽汽缸缸內(nèi)內(nèi)，，對(duì)對(duì)發(fā)發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的工工作作性性能能進(jìn)進(jìn)行行監(jiān)監(jiān)視視。。在在食食品品工工業(yè)業(yè)領(lǐng)領(lǐng)域域，，這這種種微微型型傳傳感感器器可可用用來(lái)來(lái)監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)食食物物是是否否變變質(zhì)質(zhì)，，比比如如把把它它安安裝裝在在酒酒瓶瓶蓋蓋上上就就可可判判斷斷酒酒的的狀狀況況等等。。1．．材材料料和和制制備備在納納米米尺尺度度上上，，通通過(guò)過(guò)精精確確地地控控制制尺尺寸寸和和成成分分來(lái)來(lái)合合成成材材料料單單元元，，制制備備更更輕輕、、更更強(qiáng)強(qiáng)和和可可設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的材材料料，，同同時(shí)時(shí)具具有有長(zhǎng)長(zhǎng)壽壽命命和和低低維維修修費(fèi)費(fèi)用用的的特特點(diǎn)點(diǎn)；；以以新新原原理理和和新新結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)在在納納米米層層次次上上構(gòu)構(gòu)筑筑特特定定性性質(zhì)質(zhì)的的材材料料或或自自然然界界不不存存在在的的材材料料、、生生物物材材料料和和仿仿生生材材料料。。實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)材材料料破破壞壞過(guò)過(guò)程程中中納納米米級(jí)級(jí)損損傷傷的的診診斷斷和和修修復(fù)復(fù)。。在在陶陶瓷瓷領(lǐng)領(lǐng)域域的的應(yīng)應(yīng)用用隨隨著著納納米米技技術(shù)術(shù)的的廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用，，納納米米陶陶瓷瓷隨隨之之產(chǎn)產(chǎn)生生，，希希望望以以此此來(lái)來(lái)克克服服陶陶瓷瓷材材料料的的脆脆性性，，使使陶陶瓷瓷具具有有像像金金屬屬一一樣樣的的柔柔韌韌性性和和可可加加工工性性。。許許多多專專家家認(rèn)認(rèn)為為，，如如能能解解決決單單相相納納米米陶陶瓷瓷的的燒燒結(jié)結(jié)過(guò)過(guò)程程中中抑抑制制晶晶粒粒長(zhǎng)長(zhǎng)大大的的技技術(shù)術(shù)問(wèn)問(wèn)題題，，則則它它將將具具有有高高硬硬度度、、高高韌韌性性、、低低溫溫超超塑塑性性、、易易加加工工等等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)。。用納納米米材材料料制制成成的的納納米米材材料料多多功功能能塑塑料料，，具具有有抗抗菌菌、、除除味味、、防防腐腐、、抗抗老老化化、、抗抗紫紫外外線線等等作作用用，，可可用用作作電電冰冰箱箱、、空空調(diào)調(diào)外外殼殼里里的的抗抗菌菌除除味味塑塑料料。。2．．微微電電子子和和計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)技技術(shù)術(shù)可以以從從閱閱讀讀硬硬盤(pán)盤(pán)上上讀讀卡卡機(jī)機(jī)以以及及存存儲(chǔ)儲(chǔ)容容量量為為目目前前芯芯片片上上千千倍倍的的納納米米材材料料級(jí)級(jí)存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器芯芯片片都都已已投投入入生生產(chǎn)產(chǎn)。。計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)在在普普遍遍采采用用納納米米材材料料后后，，可可以以縮縮小小成成為為““掌掌上上電電腦腦””。。納納米米結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的微微處處理理器器的的效效率率提提高高1兆兆倍倍，，并并實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)太太比比特特的的存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器(提提高高1000倍倍)；；納米技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，使微微電子和和光電子子的結(jié)合合更加緊緊密，在在光電信信息傳輸輸、存貯貯、處理理、運(yùn)算算和顯示示等方面面，使光光電器件件的性能能大大提提高，將將納米技技術(shù)用于于現(xiàn)有雷雷達(dá)信息息處理上上，可使使其能力力提高10倍至至幾百倍倍，甚至至可以將將超高分分辨率納納米孔徑徑雷達(dá)放放到衛(wèi)星星上進(jìn)行行高精度度的對(duì)地地偵察。。最近，，麻省理理工學(xué)院院的研究究人員把把被激發(fā)發(fā)的鋇原原子一個(gè)個(gè)一個(gè)地地送入激激光器中中，每個(gè)個(gè)原子發(fā)發(fā)射一個(gè)個(gè)有用的的光子，，其效率率之高，，令人驚驚訝。3．環(huán)境境和能源源環(huán)境科學(xué)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)功功能獨(dú)特特的納米米膜。這這種膜能能夠探測(cè)測(cè)到由化化學(xué)和生生物制劑劑造成的的污染，，并能夠夠?qū)@些些制劑進(jìn)進(jìn)行過(guò)濾濾，從而而消除污污染。制制備備孔徑lnm的的納孔材材料作為為催化劑劑的載體體，納米米孔材料料和納米米膜材料料(孔徑徑l0~l00nm)用來(lái)消消除水和和空氣中中的污染染；成倍倍的提高高太陽(yáng)能能電池的的能量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換效率率。4．醫(yī)學(xué)學(xué)與健康康納米技技術(shù)將將給醫(yī)醫(yī)學(xué)帶帶來(lái)變變革：：納米米級(jí)粒粒子將將使藥藥物在在人體體內(nèi)的的傳輸輸更為為方便便，用用數(shù)層層納米米粒子子包裹裹的智智能藥藥物進(jìn)進(jìn)入人人體后后，可可主動(dòng)動(dòng)搜索索并攻攻擊癌癌細(xì)胞胞或修修補(bǔ)損損傷組組織，，科研研人員員已經(jīng)經(jīng)成功功利用用納米米微粒粒進(jìn)行行了細(xì)細(xì)胞分分離，，用金金的納納米粒粒子進(jìn)進(jìn)行定定位病病變治治療，，以減減少副副作用用等。。；在在人工工器官官外面面涂上上納米米粒子子可預(yù)預(yù)防移移植后后的排排斥反反應(yīng)；；研究究耐用用的與與人體體友好好的人人工組組織、、器官官?gòu)?fù)明明和復(fù)復(fù)聰器器件；；疾病病早期期診斷斷的納納米傳傳感器器系統(tǒng)統(tǒng)。研究納納米技技術(shù)在在生命命醫(yī)學(xué)學(xué)上的的應(yīng)用用，可可以在在納米米尺度度上了了解生生物大大分子子的精精細(xì)結(jié)結(jié)構(gòu)及及其與與功能能的關(guān)關(guān)系，，獲取取生命命信息息?？瓶茖W(xué)家家們?cè)O(shè)設(shè)想利利用納納米技技術(shù)制制造出出分子子機(jī)器器人，，在血血液中中循環(huán)環(huán)，對(duì)對(duì)身體體各部部位進(jìn)進(jìn)行檢檢測(cè)。。診斷斷，并并實(shí)施施特殊殊治療療。5．生生物技技術(shù)雖然分分子計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)目前前只是是處于于理想想階段段，但但科學(xué)學(xué)家已已經(jīng)考考慮應(yīng)應(yīng)用幾幾種生生物分分子制制造計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)的組組件，，其中中細(xì)菌菌視紫紫紅質(zhì)質(zhì)最具具前景景。該該生物物材料料具有有特異異的熱熱、光光、化化學(xué)物物理特特性和和很好好的穩(wěn)穩(wěn)定性性，并并且，，其奇奇特的的光學(xué)學(xué)循環(huán)環(huán)特性性可用用于儲(chǔ)儲(chǔ)存信信息，，從而而起到到代替替當(dāng)今今計(jì)算算機(jī)信信息處處理和和信息息存儲(chǔ)儲(chǔ)的作作用，，它將將使單單位物物質(zhì)的的儲(chǔ)存存和信信息處處理能能力提提高上上百萬(wàn)萬(wàn)倍。。在納米米尺度度上按按照預(yù)預(yù)定的的對(duì)稱稱性和和排列列制備備具有有生物物活性性的蛋蛋白質(zhì)質(zhì)、核核糖核核酸等等，在在納米米材料料和器器件中中植入入生物物材料料使其其兼具具生物物功能能和其其他功功能，，生物物仿生生化學(xué)學(xué)藥品品和生生物可可降解解材料料；動(dòng)動(dòng)植物物的基基因改改善和和治療療，測(cè)測(cè)定DNA的基基因芯芯片等等。6．航航天和和航空空納米器器件在在航空空航天天領(lǐng)域域的應(yīng)應(yīng)用，，不僅僅是增增加有有效載載荷，，更重重要的的是使使耗能能指標(biāo)標(biāo)成指指數(shù)倍倍的降降低。。這方方面的的研究究?jī)?nèi)容容還包包括：：研制制低能能耗、、抗輻輻照、、高性性能計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)；微微型航航天器器用納納米集集成的的測(cè)試試、控控制電電子設(shè)設(shè)備；；抗熱熱障、、耐磨磨損的的納米米結(jié)構(gòu)構(gòu)涂層層材料料。采用納納米材材料技技術(shù)對(duì)對(duì)機(jī)械械關(guān)鍵鍵零部部件進(jìn)進(jìn)行金金屬表表面納納米粉粉涂層層處理理，可可以提提高機(jī)機(jī)械設(shè)設(shè)備的的耐磨磨性、、硬度度和使使用壽壽命7．國(guó)國(guó)家安安全由于納納米技技術(shù)對(duì)對(duì)經(jīng)濟(jì)濟(jì)社會(huì)會(huì)的廣廣泛滲滲透性性，擁?yè)碛屑{納米技技術(shù)知知識(shí)產(chǎn)產(chǎn)權(quán)和和廣泛泛應(yīng)用用這些些技術(shù)術(shù)的國(guó)國(guó)家，，將在在國(guó)家家經(jīng)濟(jì)濟(jì)安全全和國(guó)國(guó)防安安全方方面處處于有有利地地位。。通過(guò)過(guò)先進(jìn)進(jìn)的納納米電電子器器件在在信息息控制制方面面的應(yīng)應(yīng)用，，將使使軍隊(duì)隊(duì)在預(yù)預(yù)警、、導(dǎo)彈彈攔截截等領(lǐng)領(lǐng)域快快速反反應(yīng)；；通過(guò)過(guò)納米米機(jī)械械學(xué)，，微小小機(jī)器器人的的應(yīng)用用，將將提高高部隊(duì)隊(duì)的靈靈活性性和增增加戰(zhàn)戰(zhàn)斗的的有效效性；；用納納米和和微米米機(jī)械械設(shè)備備控制制，國(guó)國(guó)家核核防衛(wèi)衛(wèi)系統(tǒng)統(tǒng)的性性能將將大幅幅度提提高；；通過(guò)過(guò)納米米材料料技術(shù)術(shù)的應(yīng)應(yīng)用，，可使使武器器裝備備的耐耐腐蝕蝕、吸吸波性性和隱隱蔽性性大大大提高高，可可用于于艦船船、潛潛艇和和戰(zhàn)斗斗機(jī)等等。四、各各國(guó)對(duì)對(duì)納米米技術(shù)術(shù)的積積極應(yīng)應(yīng)對(duì)因此，，發(fā)達(dá)達(dá)國(guó)家家的政政府和和企業(yè)業(yè)紛紛紛投入入大量量人力力、物物力和和財(cái)力力進(jìn)行行納米米科技技的研研究和和產(chǎn)業(yè)業(yè)化。。目前，，美國(guó)國(guó)已在在納米米結(jié)構(gòu)構(gòu)組裝裝體系系、高高比表表面納納米顆顆粒制制備與與合成成，以以及納納米生生物學(xué)學(xué)方面面處于于領(lǐng)先先地位位，在在納米米器件件、納納米儀儀器、、超精精度工工程、、陶瓷瓷和其其他結(jié)結(jié)構(gòu)材材料方方面略略遜于于歐共共體。。日本在在納米米器件件和復(fù)復(fù)合納納米結(jié)結(jié)構(gòu)方方面有有優(yōu)勢(shì)勢(shì)，在在分子子電子子學(xué)技技術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域也也有很很強(qiáng)的的實(shí)力力，緊緊隨德德國(guó)之之后。。德國(guó)國(guó)在納納米材材料、、納米米測(cè)量量技術(shù)術(shù)、超超薄膜膜的研研發(fā)領(lǐng)領(lǐng)域具具有很很強(qiáng)的的優(yōu)勢(shì)勢(shì)。美國(guó)于2000年2月宣布啟啟動(dòng)“國(guó)家家納米科技技計(jì)劃(NNI)””，在2001年財(cái)財(cái)政年度撥撥款4.95億美元元以加強(qiáng)研研究實(shí)力。。政府認(rèn)為為納米技術(shù)術(shù)就像20世紀(jì)50年代的晶晶體管一樣樣，其科研研和工業(yè)化化的應(yīng)用將將進(jìn)一步促促進(jìn)美國(guó)經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展展；為美國(guó)國(guó)培養(yǎng)新世世紀(jì)的技術(shù)術(shù)人才；增增強(qiáng)美國(guó)國(guó)國(guó)際科技競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)力的需需要；節(jié)約約資源能源源，保證美美國(guó)未來(lái)的的可持續(xù)發(fā)發(fā)展；納米米技術(shù)是開(kāi)開(kāi)發(fā)未來(lái)微微型武器的的技術(shù)基礎(chǔ)礎(chǔ)，是國(guó)防防工業(yè)的未未來(lái)。德國(guó)擬建立立或改組六六個(gè)政府與與企業(yè)聯(lián)合合的研發(fā)中中心，并啟啟動(dòng)國(guó)家級(jí)級(jí)的研究計(jì)計(jì)劃。法國(guó)最近決決定投資8億法郎建立立一個(gè)占地地8公頃、建筑筑面積為6萬(wàn)平方米、、擁有3500人的微米／／納米技術(shù)術(shù)發(fā)明中心心，配備最最先進(jìn)的儀儀器設(shè)備和和超凈室，，并成立微微米納米技技術(shù)之家，，專門負(fù)責(zé)責(zé)申請(qǐng)專利利和幫助研研究人員建建立創(chuàng)新企企業(yè)。日本除繼續(xù)續(xù)推動(dòng)早已已開(kāi)始的納納米科技計(jì)計(jì)劃外，每每年投資2億美元推動(dòng)動(dòng)新的國(guó)家家計(jì)劃和新新的研究中中心建設(shè)。。五、納米的的奇異特性性①表面效應(yīng)應(yīng)球形顆粒的的表面積與與直徑的平平方成正比比，其體積積與直徑的的立方成正正比，故其其比表面積積（表面積積／體積））與直徑成成反比。隨隨著顆粒直直徑變小，，比表面積積將會(huì)顯著著增大，說(shuō)說(shuō)明表面原原子所占的的百分?jǐn)?shù)將將會(huì)顯著地地增加，假假如原子間間距為3X10-4微米，表面面原子僅占占一層，粗粗略地估算算表面原子子所占的百百分?jǐn)?shù)見(jiàn)下下表。超微顆粒表表面原子百百分?jǐn)?shù)與顆顆粒直徑的的關(guān)系直徑（′10-4微米）10501001000質(zhì)子總數(shù)304′′1033′1043′106表面質(zhì)子百百分?jǐn)?shù)10040202由上表可見(jiàn)見(jiàn)，對(duì)直徑徑大于0.1微米的顆粒粒表面效應(yīng)應(yīng)可忽略不不計(jì)，當(dāng)尺尺寸小于0.1微米時(shí)，其其表面原子子百分?jǐn)?shù)激激劇增長(zhǎng)，，甚至1克超微顆粒粒表面積的的總和可高高達(dá)100米2，這時(shí)的表表面效應(yīng)將將不容忽略略。超微顆顆粒的表面面與大塊物物體的表面面是十分不不同的，若若用高倍率率電子顯微微鏡對(duì)金超超微顆粒（（直徑為2′10-3微米）進(jìn)行行電視攝像像，實(shí)時(shí)觀觀察發(fā)現(xiàn)這這些顆粒沒(méi)沒(méi)有固定的的形態(tài)，隨隨著時(shí)間的的變化會(huì)自自動(dòng)形成各各種形狀（（如立方八八面體，十十面體，二二十面體多多李晶等）），它既不不同于一般般固體，又又不同于液液體，是一一種準(zhǔn)固體體。在電子子顯微鏡的的電子束照照射下，表表面原子仿仿佛進(jìn)入了了"沸騰"狀態(tài)，尺寸寸大于10納米后才看看不到這種種顆粒結(jié)構(gòu)構(gòu)的不穩(wěn)定定性，這時(shí)時(shí)微顆粒具具有穩(wěn)定的的結(jié)構(gòu)狀態(tài)態(tài)。②小尺寸效應(yīng)隨著顆粒尺寸寸的量變，在在一定條件下下會(huì)引起顆粒粒性質(zhì)的質(zhì)變變。由于顆粒粒尺寸變小所所引起的宏觀觀物理性質(zhì)的的變化稱為小小尺寸效應(yīng)。。對(duì)超微顆粒粒而言，尺寸寸變小，同時(shí)時(shí)其比表面積積亦顯著增加加，從而產(chǎn)生生如下一系列列新奇的性質(zhì)質(zhì)。（1）特殊殊的光學(xué)性質(zhì)質(zhì)當(dāng)黃金被細(xì)分分到小于光波波波長(zhǎng)的尺寸寸時(shí)，即失去去了原有的富富貴光澤而呈呈黑色。事實(shí)實(shí)上，所有的的金屬在超微微顆粒狀態(tài)都都呈現(xiàn)為黑色色。尺寸越小小，顏色愈黑黑，銀白色的的鉑（白金））變成鉑黑，，金屬鉻變成成鉻黑。由此此可見(jiàn)，金屬屬超微顆粒對(duì)對(duì)光的反射率率很低，通常?？傻陀趌％，大約幾微微米的厚度就就能完全消光光。利用這個(gè)個(gè)特性可以作作為高效率的的光熱、光電電等轉(zhuǎn)換材料料，可以高效效率地將太陽(yáng)陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊釤崮?、電能。。此外又有可可能?yīng)用于紅紅外敏感元件件、紅外隱身身技術(shù)等。（2）特殊殊的熱學(xué)性質(zhì)質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在其其形態(tài)為大尺尺寸時(shí)，其熔熔點(diǎn)是固定的的，超細(xì)微化化后卻發(fā)現(xiàn)其其熔點(diǎn)將顯著著降低，當(dāng)顆顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤尤為顯著。例例如，金的常常規(guī)熔點(diǎn)為1064C，當(dāng)顆粒尺寸寸減小到10納米尺寸時(shí)，，則降低27℃，2納米尺寸時(shí)的的熔點(diǎn)僅為327C左右；銀的常常規(guī)熔點(diǎn)為670C，而超微銀顆顆粒的熔點(diǎn)可可低于100℃。因此，超細(xì)細(xì)銀粉制成的的導(dǎo)電漿料可可以進(jìn)行低溫溫?zé)Y(jié)，此時(shí)時(shí)元件的基片片不必采用耐耐高溫的陶瓷瓷材料，甚至至可用塑料。。采用超細(xì)銀銀粉漿料，可可使膜厚均勻勻，覆蓋面積積大，既省料料又具高質(zhì)量量。日本川崎崎制鐵公司采采用0．1～1微米的銅、鎳鎳超微顆粒制制成導(dǎo)電漿料料可代替鈀與與銀等貴金屬屬。超微顆粒粒熔點(diǎn)下降的的性質(zhì)對(duì)粉末末冶金工業(yè)具具有一定的吸吸引力。例如如，在鎢顆粒粒中附加0.1％～0.5％重量比的超超微鎳顆粒后后，可使燒結(jié)結(jié)溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較較低的溫度下下燒制成大功功率半導(dǎo)體管管的基片。（3）特殊殊的磁學(xué)性質(zhì)質(zhì)人們發(fā)現(xiàn)鴿子子、海豚、蝴蝴蝶、蜜蜂以以及生活在水水中的趨磁細(xì)細(xì)菌等生物體體中存在超微微的磁性顆粒粒，使這類生生物在地磁場(chǎng)場(chǎng)導(dǎo)航下能辨辨別方向，具具有回歸的本本領(lǐng)。磁性超超微顆粒實(shí)質(zhì)質(zhì)上是一個(gè)生生物磁羅盤(pán)，，生活在水中中的趨磁細(xì)菌菌依靠它游向向營(yíng)養(yǎng)豐富的的水底。通過(guò)過(guò)電子顯微鏡鏡的研究表明明，在趨磁細(xì)細(xì)菌體內(nèi)通常常含有直徑約約為2′10-2微米的磁性氧氧化物顆粒。。小尺寸的超超微顆粒磁性性與大塊材料料顯著的不同同，大塊的純純鐵矯頑力約約為80安／米，而當(dāng)當(dāng)顆粒尺寸減減小到2′10-2微米以下時(shí)，，其矯頑力可可增加1千倍，若進(jìn)一一步減小其尺尺寸，大約小小于6′10-3微米時(shí)，其矯矯頑力反而降降低到零，呈呈現(xiàn)出超順磁磁性。利用磁磁性超微顆粒粒具有高矯頑頑力的特性，，已作成高貯貯存密度的磁磁記錄磁粉，，大量應(yīng)用于于磁帶、磁盤(pán)盤(pán)、磁卡以及及磁性鑰匙等等。利用超順順磁性，人們們已將磁性超超微顆粒制成成用途廣泛的的磁性液體。。（4））特殊殊的力力學(xué)性性質(zhì)陶瓷材材料在在通常常情況況下呈呈脆性性，然然而由由納米米超微微顆粒粒壓制制成的的納米米陶瓷瓷材料料卻具具有良良好的的韌性性。因因?yàn)榧{納米材材料具具有大大的界界面，，界面面的原原子排排列是是相當(dāng)當(dāng)混亂亂的，，原子子在外外力變變形的的條件件下很很容易易遷移移，因因此表表現(xiàn)出出甚佳佳的韌韌性與與一定定的延延展性性，使使陶瓷瓷材料料具有有新奇奇的力力學(xué)性性質(zhì)。。美國(guó)國(guó)學(xué)者者報(bào)道道氟化化鈣納納米材材料在在室溫溫下可可以大大幅度度彎曲曲而不不斷裂裂。研研究表表明，，人的的牙齒齒之所所以具具有很很高的的強(qiáng)度度，是是因?yàn)闉樗鞘怯闪琢姿徕}鈣等納納米材材料構(gòu)構(gòu)成的的。呈呈納米米晶粒粒的金金屬要要比傳傳統(tǒng)的的粗晶晶粒金金屬硬硬3～5倍。至至于金金屬一一陶瓷瓷等復(fù)復(fù)合納納米材材料則則可在在更大大的范范圍內(nèi)內(nèi)改變變材料料的力力學(xué)性性質(zhì)，，其應(yīng)應(yīng)用前前景十十分寬寬廣。。③宏觀量量子隧隧道效效應(yīng)各種元元素的的原子子具有有特定定的光光譜線線，如如鈉原原子具具有黃黃色的的光譜譜線。。原子子模型型與量量子力力學(xué)已已用能能級(jí)的的概念念進(jìn)行行了合合理的的解釋釋，由由無(wú)數(shù)數(shù)的原原子構(gòu)構(gòu)成固固體時(shí)時(shí)，單單獨(dú)原原子的的能級(jí)級(jí)就并并合成成能帶帶，由由于電電子數(shù)數(shù)目很很多，，能帶帶中能能級(jí)的的間距距很小小，因因此可可以看看作是是連續(xù)續(xù)的，，從能能帶理理論出出發(fā)成成功地地解釋釋了大大塊金金屬、、半導(dǎo)導(dǎo)體、、絕緣緣體之之間的的聯(lián)系系與區(qū)區(qū)別，，對(duì)介介于原原子、、分子子與大大塊固固體之之間的的超微微顆粒粒而言言，大大塊材材料中中連續(xù)續(xù)的能能帶將將分裂裂為分分立的的能級(jí)級(jí)；能能級(jí)間間的間間距隨隨顆粒粒尺寸寸減小小而增增大。。當(dāng)熱熱能、、電場(chǎng)場(chǎng)能或或者磁磁場(chǎng)能能比平平均的的能級(jí)級(jí)間距距還小小時(shí)，，就會(huì)會(huì)呈現(xiàn)現(xiàn)一系系列與與宏觀觀物體體截然然不同同的反反常特特性，，稱之之為量量子尺尺寸效效應(yīng)。。因此此，對(duì)對(duì)超微微顆粒粒在低低溫條條件下下必須須考慮慮量子子效應(yīng)應(yīng)，原原有宏宏觀規(guī)規(guī)律已已不再再成立立。電子具具有粒粒子性性又具具有波波動(dòng)性性，因因此存存在隧隧道效效應(yīng)。。近年年來(lái)，，人們們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)一些些宏觀觀物理理量，，如微微顆粒粒的磁磁化強(qiáng)強(qiáng)度、、量子子相干干器件件中的的磁通通量等等亦顯顯示出出隧道道效應(yīng)應(yīng)，稱稱之為為宏觀觀的量量子隧隧道效效應(yīng)。。量子子尺寸寸效應(yīng)應(yīng)、宏宏觀量量子隧隧道效效應(yīng)將將會(huì)是是未來(lái)來(lái)微電電子、、光電電子器器件的的基礎(chǔ)礎(chǔ)，或或者它它確立立了現(xiàn)現(xiàn)存微微電子子器件件進(jìn)一一步微微型化化的極極限，，當(dāng)微微電子子器件件進(jìn)一一步微微型化化時(shí)必必須要要考慮慮上述述的量量子效效應(yīng)。。例如如，在在制造造半導(dǎo)導(dǎo)體集集成電電路時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)電路路的尺尺寸接接近電電子波波長(zhǎng)時(shí)時(shí)，電電子就就通過(guò)過(guò)隧道道效應(yīng)應(yīng)而溢溢出器器件，，使器器件無(wú)無(wú)法正正常工工作，，經(jīng)典典電路路的極極限尺尺寸大大概在在0.25微米。。目前前研制制的量量子共共振隧隧穿晶晶體管管就是是利用用量子子效應(yīng)應(yīng)制成成的新新一代代器件件。六、納納米材材料應(yīng)應(yīng)用熱熱點(diǎn)評(píng)評(píng)述納米技技術(shù)涉涉及的的范圍圍很廣廣，納納米材材料只只是其其中的的一部部分，，但它它卻是是納米米技術(shù)術(shù)發(fā)展展的基基礎(chǔ)。。如超超細(xì)薄薄膜的的厚度度通常常只有有1納米―5納米，，甚至至?xí)鲎龀?個(gè)分子子或1個(gè)原子子的厚厚度。。超細(xì)細(xì)薄膜膜可以以是有有機(jī)物物也可可以是是無(wú)機(jī)機(jī)物，，具有有廣泛泛的用用途。。如沉沉淀在在半導(dǎo)導(dǎo)體上上的納納米單單層，，可用用來(lái)制制造太太陽(yáng)能能電池池，對(duì)對(duì)開(kāi)發(fā)發(fā)新型型清潔潔能源源有重重要意意義；；將幾幾層薄薄膜沉沉淀在在不同同材料料上，，可形形成具具有特特殊磁磁特性性的多多層薄薄膜，，是制制造高高密度度磁盤(pán)盤(pán)的基基本材材料。。碳納納米管管是由由碳60分子經(jīng)經(jīng)加工工形成成的一一種直直徑只只有幾幾納米米的微微型管管，是是納米米材料料研究究的重重點(diǎn)之之一。。與其它它材料料相比比，碳碳納米米管具具有特特殊的的機(jī)械械、電電子和和化學(xué)學(xué)性能能，可可制成成具有有導(dǎo)體體、半半導(dǎo)體體或絕絕緣體體特性性的高高強(qiáng)度度纖維維，在在傳感感器、、鋰離離子電電池、、場(chǎng)發(fā)發(fā)射顯顯示、、增強(qiáng)強(qiáng)復(fù)合合材料料等領(lǐng)領(lǐng)域有有廣泛泛應(yīng)用用前景景，因因而受受到工工業(yè)界界的普普遍重重視。。目前前，碳碳納米米管雖雖仍處處于研研究階階段，，但許許多研研究成成果已已顯示示出良良好的的應(yīng)用用前景景。陶陶瓷材材料在在通常常情況況下具具有堅(jiān)堅(jiān)硬、、易碎碎的特特點(diǎn)，，但由由納米米超微微顆粒粒壓制制成的的納米米陶瓷瓷材料料卻具具有良良好的的韌性性，有有的可可大幅幅度彎彎曲而而不斷斷裂，，表現(xiàn)現(xiàn)出金金屬般般的柔柔韌性性和可可加工工性。。七、幾種典典型的納米米材料在長(zhǎng)期的晶晶體材料研研究中，人人們視具有有完整空間間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)構(gòu)的實(shí)體為為晶體，是是晶體材料料的主體；；而把空間間點(diǎn)陣中的的空位、替替位原子、、間隙原子子、相界、、位錯(cuò)和晶晶界看作晶晶體材料中中的缺陷。。如果從逆方方向思考問(wèn)問(wèn)題，把““缺陷”作作為主體，，研制出一一種晶界占占有相當(dāng)大大體積比的的材料，那那么世界將將會(huì)是怎樣樣?格蘭蘭特教授經(jīng)經(jīng)過(guò)4年的的不懈努力力，他領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)的研究組組終于在1984年年研制成功功了黑色金金屬粉末。。實(shí)驗(yàn)表明明，任何金金屬顆粒，，當(dāng)其尺寸寸在納米量量級(jí)時(shí)都呈呈黑色。納納米固體材材料(nanometersizedmaterials)就這樣誕誕生了。效應(yīng)顏料這是納米材材料最重要要最有前途途的用途之之一，特別別是在汽車車的涂裝業(yè)業(yè)中，因?yàn)闉榧{米材料料具有隨角角變統(tǒng)汽車車面漆大增增光輝，深深受配受專專家的喜愛(ài)愛(ài)。防護(hù)材料由于某些納納米材料透透明性好和和具有優(yōu)異異的紫外線線屏蔽作用用。在產(chǎn)品品和材料中中添加少量量(一般不不超過(guò)含量量的2%)的納米材材料，就會(huì)會(huì)大大減弱弱紫外線對(duì)對(duì)這些產(chǎn)品品和材料的的損傷作用用，使之更更加具有耐耐久性和透透明性。因因而被廣泛泛用于護(hù)膚膚產(chǎn)品、所所裝材料、、外用面漆漆、木器保保護(hù)、天然然和人造纖纖維以及農(nóng)農(nóng)用塑料薄薄膜等方面面。精細(xì)陶瓷材材料使用納米材材料可以在在低溫、低低壓下生產(chǎn)產(chǎn)質(zhì)地致密密且性能優(yōu)優(yōu)異的陶瓷瓷。因?yàn)檫@這些納米粒粒子非常小小，很容易易壓實(shí)在一一起。此外外，這些粒粒子陶瓷組組成的新材材料是一種種極薄的透透明涂料，，噴涂在諸諸如玻璃、、塑料、金金屬、漆器器甚至磨光光的大理石石上，具有有防污、防防塵、耐刮刮、耐磨、、防火等功功能。涂有有這種陶瓷瓷的塑料眼眼鏡片既輕輕又耐磨，，還不易破破碎。催化劑納米粒子表表面積大、、表面活性性中心多，，為做催化化劑提供了了必要的條條件。目前前用納米粉粉材如鉑黑黑、銀、氧氧化鋁和氧氧化鐵等直直接用于高高分子聚合合物氧化、、還原及合合成反應(yīng)的的催化劑，，可大大提提高反應(yīng)效效率。利用用納米鎳粉粉作為火箭箭固體燃料料反應(yīng)催化化劑，燃燒燒效率可提提高100倍，如用硅硅載體鎳催催化劑對(duì)丙丙醛的氧化化反應(yīng)表明明，鎳粒徑徑在5nm以下，反應(yīng)應(yīng)選擇性發(fā)發(fā)生急劇變變化，醛分分解反應(yīng)得得到有效控控制，生成成酒精的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化率急劇劇增大。磁性材料納米粒子屬屬單磁疇區(qū)區(qū)結(jié)構(gòu)的粒粒子，它的的磁化過(guò)程程完全由旋旋轉(zhuǎn)磁化進(jìn)進(jìn)行，即使使不磁化也也是永久性性磁體，因因此用它可可作永久性性磁性材料料。磁性納納料粒具有有單磁疇結(jié)結(jié)構(gòu)及矯頑頑力很高的的特征，用用它來(lái)做磁磁記錄材料料可以提高高信噪比，，改善圖象象質(zhì)量。當(dāng)當(dāng)磁性材料料的粒徑小小于臨界半半徑時(shí)，粒粒子就變得得有順磁性性，稱之為為超順磁性性，這時(shí)磁磁相互作用用弱。利用用這種超強(qiáng)強(qiáng)磁性可作作磁流體，，磁流體具具有液體的的流動(dòng)性和和磁體的磁磁性，它在在工業(yè)廢液液處理方面面有著廣闊闊的應(yīng)用前前景。傳感材料納米粒子具具有高比表表面積、高高活性、特特殊的物理理性質(zhì)及超超微小性等等特征，是是適合用作作傳感器材材料的最有有前途的材材料。外界界環(huán)境的改改變會(huì)迅速速引起納料料粒子表面面或界面離離子價(jià)態(tài)和和電子運(yùn)輸輸?shù)淖兓?，，利用其電電阻的顯著著變化可做做成傳感器器，其特點(diǎn)點(diǎn)是響應(yīng)速速度快、靈靈敏度高、、選擇性優(yōu)優(yōu)良。光電材料與與光學(xué)材料料納米材料由由于其特殊殊的電子結(jié)結(jié)構(gòu)與光學(xué)學(xué)性能作為為非線性光光學(xué)材料、、特異吸光光材料、軍軍事航空中中用的吸波波隱身材料料，以及包包括太陽(yáng)能能電池在內(nèi)內(nèi)的儲(chǔ)能及及能量轉(zhuǎn)換換材料等具具有很高的的應(yīng)用價(jià)值值。增強(qiáng)材料納米結(jié)構(gòu)的的合金具有有很高的延延展性等，，在航空航航天工業(yè)與與汽車工業(yè)業(yè)中是一類類很有應(yīng)用用前景的材材料；納米米硅作為水水泥的添加加劑可大大大提高其強(qiáng)強(qiáng)度；納米米纖維作硫硫化橡膠的的添加劑可可增強(qiáng)橡膠膠并提高其其回彈性，，納米管在在作纖維增增強(qiáng)材料方方面也有潛潛在的應(yīng)用用前景。納米濾膜膜采用納米米材料發(fā)發(fā)展出分分離僅在在分子結(jié)結(jié)構(gòu)上有有微小差差別的多多組分混混合物，，實(shí)現(xiàn)高高能分離離操全的的納米濾濾膜。其其它還有有將納米米材料用用作火箭箭燃料推推進(jìn)劑、、H2分離膜、、顏料穩(wěn)穩(wěn)定劑及及智能涂涂料、復(fù)復(fù)合磁性性材料等等。納料料材料由由于具有有特異的的光、電電、磁、、熱、聲聲、力、、化學(xué)和和生物學(xué)學(xué)性能，，廣泛應(yīng)應(yīng)用于宇宇航、國(guó)國(guó)防工業(yè)業(yè)、磁記記錄設(shè)備備、計(jì)算算機(jī)工程程、環(huán)境境保護(hù)、、化工、、醫(yī)藥、、生物工工程和核核工業(yè)等等領(lǐng)域。。不僅在在高科技技領(lǐng)域有有不可替替代的作作用，也也為傳統(tǒng)統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶帶來(lái)生機(jī)機(jī)和活力力?？梢砸灶A(yù)言，，納米材材料制備備技術(shù)的的不斷開(kāi)開(kāi)發(fā)及應(yīng)應(yīng)用范圍圍的拓展展，必將將對(duì)傳統(tǒng)統(tǒng)的化學(xué)學(xué)工業(yè)和和其它產(chǎn)產(chǎn)業(yè)重大大影響。。超雙親性性界面物物性材料料(同時(shí)時(shí)具有超超親水性性及超親親油性的的表面)研究表明明，光的的照射可可引起TiO2表面在納納米區(qū)域域形成親親水性及及親油性性兩相共共存的二二元協(xié)同同納米界界面結(jié)構(gòu)構(gòu)。這樣樣在宏觀觀的TiO2表面將表表現(xiàn)出奇奇妙的超超雙親性性。利用用這種原原理制作作的新材材料，可可修飾玻玻璃表面面及建筑筑材料表表面，使使之具有有自清潔潔及防霧霧等效果果。這種種雙親二二元協(xié)同同原理，，同樣可可以用來(lái)來(lái)指導(dǎo)我我們進(jìn)一一步設(shè)計(jì)計(jì)和創(chuàng)成成在其他他基材上上使用的的超雙親親性修飾飾劑。例例如，在在纖維及及衣物上上使用修修飾劑，，將使它它們具有有超雙親親性?？煽梢栽O(shè)想想洗滌衣衣物可以以僅用清清水沖洗洗，不再再使用傳傳統(tǒng)的洗洗潔劑；；同樣也也可以應(yīng)應(yīng)用到人人造血管管和人造造人體的的形成，，并且改改善同活活體組織織的兼容容性，來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)長(zhǎng)時(shí)間的的使用壽壽命。超雙疏性性界面物物性材料料利用由下下到上、、由原子子到分子子、由分分子到聚聚集體的的外延生生長(zhǎng)納米米化學(xué)方方法，可可以在特特定的表表面上建建造納米米尺寸同同何形狀狀互補(bǔ)的的(如凸凸與凹相相間)界界面結(jié)構(gòu)構(gòu)。由于于在納米米尺寸低低凹的表表面可使使吸附氣氣體分子子穩(wěn)定存存存，所所以在宏宏觀表面面上相當(dāng)當(dāng)于有一一層穩(wěn)定定的氣體體薄膜，，使油或或水無(wú)法法與材料料的表面面直接接接觸，從從而使材材料的表表面呈現(xiàn)現(xiàn)超常的的雙疏性性。這時(shí)時(shí)水滴或或油滴與與界面的的接觸角角趨于最最大值。。如果在在輸油管管的管道道內(nèi)壁采采用帶有有防靜電電功能的的材料建建造這種種表面修修飾涂層層，則可可實(shí)施石石油與管管壁的無(wú)無(wú)接觸運(yùn)運(yùn)輸。這這對(duì)于輸輸油管道道的安全全運(yùn)行有有重要價(jià)價(jià)值。納米尺度度光陽(yáng)極極、光陰陰極兩相相共存的的高效光光催化界界面材料料借助光化化學(xué)和光光電化學(xué)學(xué)的研究究思想，，利用納納米化學(xué)學(xué)方法，，計(jì)劃研研制多種種具有光光化學(xué)活活性的納納米雜化化的界面面材料。。例如，，在TiO2表面的納納米區(qū)域域內(nèi)可以以構(gòu)建光光陽(yáng)極與與光陰極極共存的的二元協(xié)協(xié)同界面面結(jié)構(gòu)，，在紫外外光的照照射下具具有高效效的光催催化效果果?？梢砸杂脕?lái)分分解有毒毒氣體(如：甲，，苯，氧氧化氮等等)，殺死其其表面接接觸的細(xì)細(xì)菌。該該材料將將在空氣氣凈化和和殺菌抑抑菌方面面有重要要的應(yīng)用用。八、在化化工領(lǐng)域域的應(yīng)用用納米二氧氧化鈦（（TiO2）作為一一種新型型光催化化劑、抗抗紫外線線劑、光光電效應(yīng)應(yīng)劑等，，以其神神奇的功功能，將將在抗菌菌防霉、、排氣凈凈化、脫脫臭、水水處理、、防污、、耐候抗抗老化、、汽車面面漆等領(lǐng)領(lǐng)域顯示示廣闊的的應(yīng)用前前景。隨隨著其產(chǎn)產(chǎn)品工業(yè)業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)和功能能性應(yīng)用用發(fā)展的的日趨成成熟，它它在環(huán)境境、信息息、材料料、能源源、醫(yī)療療與衛(wèi)生生等領(lǐng)域域的技術(shù)術(shù)革命中中將起到到不可低低估的作作用。將納米TiO2粉體按按一定比比例加入入到化妝妝品中，，則可以以有效地地遮蔽紫紫外線。。納米TiO2抗菌防霉霉機(jī)理由由于TiO2電子結(jié)構(gòu)構(gòu)所具有有的特點(diǎn)點(diǎn)，使其其受光時(shí)時(shí)生成化化學(xué)活潑潑性很強(qiáng)強(qiáng)的超氧氧化物陰陰離子自自由基和和氫氧自自由基，，攻擊有有機(jī)物，，達(dá)到降降解有機(jī)機(jī)污染物物的作用用。當(dāng)遇遇到細(xì)菌菌時(shí)，直直接攻擊擊細(xì)菌的的細(xì)胞，，致使細(xì)細(xì)菌細(xì)胞胞內(nèi)的有有機(jī)物降降解，以以此殺滅滅細(xì)菌，，并使之之分解。。一般常常用的殺殺菌劑銀銀、銅等等能使細(xì)細(xì)菌細(xì)胞胞失去活活性，但但細(xì)菌殺殺死后，，尸體釋釋放出內(nèi)內(nèi)毒素等等有害的的組分。。納米TiO2不僅能影影響細(xì)菌菌繁殖力力，而且且能破壞壞細(xì)菌的的細(xì)胞膜膜結(jié)構(gòu)，，達(dá)到徹徹底降解解細(xì)菌，，防止內(nèi)內(nèi)毒素引引起的二二次污染染。納米米TiO2屬于非溶溶出型材材料，在在降解有有機(jī)污染染物和殺殺滅細(xì)菌菌的同時(shí)時(shí)，自身身不分解解、不溶溶出，光光催化作作用持久久，并具具有持久久的殺菌菌、降解解污染物物效果。。將金屬納納米粒子子摻雜到到化纖制制品或紙紙張中，，可以大大大降低低靜電作作用。利利用納米米微粒構(gòu)構(gòu)成的海海綿體狀狀的輕燒燒結(jié)體，，可用于于氣體同同位素。?；旌舷∠∮袣怏w體及有機(jī)機(jī)化合物物等的分分離和濃濃縮，納納米微粒粒還可用用作導(dǎo)電電涂料，，用作印印刷油墨墨，制作作固體潤(rùn)潤(rùn)滑劑等等納米TiO2應(yīng)用領(lǐng)域域在人們們的居住住環(huán)境中中存在著著各種有有害細(xì)菌菌，對(duì)人人類生活活產(chǎn)生不不良影響響。居室室內(nèi)各種種建筑裝裝飾材料料，如人人造板、、木質(zhì)復(fù)復(fù)合地板板、層壓壓木質(zhì)板板家具和和膠粘劑劑等會(huì)揮揮發(fā)出甲甲醛、苯苯、鹵代代烴、芳芳香烴等等有毒污污染物，，危害人人體健康康。如果果在建筑筑內(nèi)墻涂涂料、地地面覆蓋蓋材料、、墻面裝裝飾材料料、家具具面漆等等材料中中添入納納米TiO2，既可殺殺菌防霉霉，又可可降解有有機(jī)污染染物，使使人們生生活在衛(wèi)衛(wèi)生健康康的環(huán)境境中。此外，添添加約1％納米TiO2的抗菌塑塑料，可可廣泛應(yīng)應(yīng)用于食食品包裝裝、電器器、家具具、餐具具、公共共設(shè)施等等，以防防止病菌菌的繁殖殖和交叉叉感染。?？咕w纖維可制制作醫(yī)療療用品等等，還可可生產(chǎn)抑抑菌除臭臭的保健健紡織品品、衛(wèi)生生紡織品品等，以以提供安安全有效效的保健健功能。。TiO2光催化技技術(shù)工藝藝簡(jiǎn)單、、成本低低廉，利利用自然然光、常常溫常壓壓即可催催化分解解病菌和和污染物物，具有有高活性性、無(wú)二二次污染染、無(wú)刺刺激性、、安全無(wú)無(wú)毒、化化學(xué)穩(wěn)定定性和熱熱穩(wěn)定性性好等特特點(diǎn)，是是最具開(kāi)開(kāi)發(fā)前景景的綠色色環(huán)保催催化劑之之一。采采用納米米TiO2光催化劑劑處理有有機(jī)廢水水，能有有效地將將水中的的鹵代脂脂肪烴、、鹵代芳芳烴、硝硝基芳烴烴、多環(huán)環(huán)芳烴、、酚類、、染料、、農(nóng)藥等等進(jìn)行除除毒、脫脫色、礦礦化，最最終降解解為二氧氧化碳和和水，目目前這方方面的研研究已取取得進(jìn)展展，光催催化降解解污水將將成為有有效的處處理手段段。利用用金紅石石型納米米TiO2的紫外線線屏蔽優(yōu)優(yōu)異性和和高耐候候性，以以及光催催化效應(yīng)應(yīng)來(lái)降解解氮氧化化物（NOx）、硫氧化物物（SOx）等，還可以以有效地治理理工業(yè)廢氣、、汽車尾氣排排放所造成的的大氣污染，，其原理是將將有機(jī)或無(wú)機(jī)機(jī)污染物進(jìn)行行氧化還原反反應(yīng)，生成水水、二氧化碳碳、鹽等，從從而凈化空氣氣。研究結(jié)果果顯示，納米米TiO2光催化空氣凈凈化涂料、陶陶瓷等材料在在消除氮氧化化物等方面的的應(yīng)用具有良良好的前景。。此外，納米TiO2在磁性材料、、淺色導(dǎo)電材材料、氣體傳傳感器、濕度度傳感器等領(lǐng)領(lǐng)域已得到很很好的應(yīng)用。。隨著應(yīng)用研研究的深入，，它的應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域必將越來(lái)來(lái)越廣泛。目目前，國(guó)內(nèi)內(nèi)納米TiO2的生產(chǎn)和應(yīng)用用尚處于初級(jí)級(jí)發(fā)展階段。。筆者認(rèn)為，，這一領(lǐng)域的的研究應(yīng)從扎扎實(shí)的基礎(chǔ)理理論研究開(kāi)始始，提倡多學(xué)學(xué)科聯(lián)合，向向縱深高層次次發(fā)展，使之之具有更廣闊闊的應(yīng)用領(lǐng)域域。納米技術(shù)引領(lǐng)領(lǐng)21世紀(jì)畜畜牧業(yè)革命飼料飼料制造采用用納米添加劑劑，可以提高高畜禽腸胃吸吸收能力、吸吸收速度和吸吸收率。如果果料肉比正常常情況下是3比1，通過(guò)過(guò)采用納米技技術(shù)，料肉比比可達(dá)到2比比1的話，你你可以算算多多增效益是多多少呢！在納納米時(shí)代是可可以做到的。。微量元素添加加劑第一代是無(wú)機(jī)機(jī)，第二代是是有機(jī)，第三三代是氨基酸酸螯合物，第第四代微量元元素會(huì)是納米米微量元素嗎嗎？無(wú)機(jī)微量量元素的利用用率較低，在在30％左右，納米米微量元素的的利用率可以以達(dá)到多少呢呢？結(jié)果是肯肯定的，納米米微量元素可可以不通過(guò)離離子交換，直直接滲透，從從而大大提高高了吸收的速速度和利用率率。獸藥獸藥采用納米米技術(shù)后，藥藥效能夠大幅幅度提高，從從而可以降低低使用劑量，，可以在不換換藥的前提下下解決藥物殘殘留問(wèn)題。由由于納米技術(shù)術(shù)的出現(xiàn)，已已禁用的抗生生素是否可回回來(lái)效勞呢？？目前，醫(yī)藥藥與獸藥中有有使用上的交交叉耐藥性矛矛盾。畜禽使使用了醫(yī)藥產(chǎn)產(chǎn)品之后，產(chǎn)產(chǎn)生耐藥性和和殘留，導(dǎo)致致人體對(duì)藥物物的敏感性降降低，這些問(wèn)問(wèn)題是否可以以通過(guò)納米技技術(shù)來(lái)改變呢呢？醫(yī)藥上已已經(jīng)在應(yīng)用納納米材料了，，如消毒劑藥藥物藥效提高高200倍。醫(yī)藥產(chǎn)品品采用納米技技術(shù)后，藥效效大幅度提高高。在美軍猶猶他州的基地地，美國(guó)科學(xué)學(xué)家?guī)?lái)了一一些只有分子子那么大"納米炸彈"，是專門用來(lái)來(lái)消滅人體中中的"敵人"，包括一些致致命的生物武武器的。只要要在水中加入入適量"炸彈"，就可以殺死死導(dǎo)致流行性性感冒和皰疹疹的臭蟲(chóng)。在在展示過(guò)程中中，這些微粒粒的成功率達(dá)達(dá)到100％?？茖W(xué)家還還介紹，這些些微粒在民用用方面同樣高高效。把納米材料添添加到傳統(tǒng)畜畜牧業(yè)產(chǎn)品中中，可改進(jìn)或或獲得一系列列的功能，這這種改進(jìn)并不不見(jiàn)得昂貴，，但卻使產(chǎn)品品更具市場(chǎng)競(jìng)競(jìng)爭(zhēng)力。利用用納米技術(shù)將將制造出各種種各樣具有"特異功能"的新材料，，將會(huì)引起畜畜牧行業(yè)的重重大變革。納米電子學(xué)包括基于量子子效應(yīng)的納米米電子器件、、納米結(jié)構(gòu)的的光/電性質(zhì)、納米米電子材料的的表征，以及及原子操縱和和原子組裝等等。如現(xiàn)有的的硅和砷化鎵鎵器件的響應(yīng)應(yīng)速度最高只只能達(dá)到10～12秒，功耗最低低只能降至1微瓦。而量子子器件在響應(yīng)應(yīng)速度和功耗耗方面可以比比這個(gè)數(shù)據(jù)優(yōu)優(yōu)化1000～10000倍。由于器件件尺度為納米米級(jí)，集成度度大幅度提高高，同時(shí)還具具有器件結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠靠性強(qiáng)、成本本低等諸多優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。因此，，納米電子學(xué)學(xué)的發(fā)展，可可能會(huì)在電子子學(xué)領(lǐng)域中引引起一次新的的電子技術(shù)革革命，從而把把電子工業(yè)技技術(shù)推向更高高的發(fā)展階段段。迄今為止，作作為電子器件件只利用了電電子波粒二象象性的粒子性性，其次，各各種傳統(tǒng)電子子元器件都是是通過(guò)控制電電子數(shù)量來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理理的。隨著集集成度的提高高，功耗、速速度成為嚴(yán)重重的問(wèn)題?，F(xiàn)現(xiàn)有的硅和砷砷化鎵器件無(wú)無(wú)論怎樣改進(jìn)進(jìn)，其響應(yīng)速速度最高只能能達(dá)到１０－－１２秒，功功耗最低只能能降低到１μＷ。利用電子的量量子效應(yīng)原理理制作的器件件稱為量子器器件或納米器器件也叫單電電子晶體管。。在量子器件件中，只要控控制一個(gè)電子子的行為即可可完成特定的的功能，即量量子器件不單單純通過(guò)控制制電子數(shù)目的的多少，主要要是通過(guò)控制制電子波動(dòng)的的相位來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)某種功能的的。因此，量量子器件具有有更高的響應(yīng)應(yīng)速度和更低低的功耗，從從根本上解決決日益嚴(yán)重的的功耗問(wèn)題。。由于器件尺尺度為納米米級(jí)，集成成度大幅度度提高，同同時(shí)還具有有器件結(jié)構(gòu)構(gòu)簡(jiǎn)單、可可靠性高、、成本低等等諸多優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，因此，，有理由相相信納米電電子學(xué)的發(fā)發(fā)展，必將將在電子學(xué)學(xué)領(lǐng)域中引引起一次新新的電子技技術(shù)革命，，從而把電電子工業(yè)技技術(shù)推向一一個(gè)更高的的發(fā)展階段段。納米生物技技術(shù)納米生物技技術(shù)是納米米技術(shù)和生生物技術(shù)相相結(jié)合的產(chǎn)產(chǎn)物，它即即可以用于于生物醫(yī)學(xué)學(xué)，如用納米技技術(shù)制造的的微型機(jī)器器人，可讓讓它安全地地進(jìn)入人體體內(nèi)對(duì)健康康狀況進(jìn)行行檢測(cè)，必必要時(shí)還可可用它直接接進(jìn)行治療療；用納米米技術(shù)制造造的“芯片實(shí)驗(yàn)室室”可對(duì)血液和和病毒進(jìn)行行檢測(cè)，幾幾分鐘即可可獲得檢測(cè)測(cè)結(jié)果；科科學(xué)家還可可以用納米米材料開(kāi)發(fā)發(fā)出一種新新型藥物輸輸送系統(tǒng)，，這種輸送送系統(tǒng)是由由一種內(nèi)含含藥物的納納米球組成成的，這種種納米球外外面有一種種保護(hù)性涂涂層，可在在血液中循循環(huán)而不會(huì)會(huì)受到人體體免疫系統(tǒng)統(tǒng)的攻擊，，如果使其其具備識(shí)別別癌細(xì)胞的的能力，它它就可直接接將藥物送送到癌變部部位，而不不會(huì)對(duì)健康康組織造成成損害。也也可以服務(wù)務(wù)于其它社社會(huì)需求。。所包含的的內(nèi)容非常常豐富，并并以極快的的速度增加加和發(fā)展，，難以概述述。在此僅僅舉一些研研究結(jié)果為為例。(1)生生物芯片技技術(shù)生物芯片是是不同于半半導(dǎo)體電子子芯片的另另一類芯片片。半導(dǎo)體體電子芯片片是集成具具有特定電電子學(xué)功能能的微單元元，所形成成的電子集集成電路；；而生物芯芯片則是在在很小幾何何尺度的表表面積上，，裝配一種種或集成多多種生物活活性，僅用用微量生理理或生物采采樣，即可可以同時(shí)檢檢測(cè)和研究究不同的生生物細(xì)胞、、生物分子子和DNA的特性，以以及它們之之間的相互互作用，獲獲得生命微微觀活動(dòng)的的規(guī)律。生生物芯片可可以粗略地地分為細(xì)胞胞芯片、蛋蛋白質(zhì)芯片片(生物分子芯芯片)和基因芯片片(即DNA芯片)等幾類，都都有集成、、并行和快快速檢測(cè)的的優(yōu)點(diǎn)，已已成為二十十一世紀(jì)生生物醫(yī)學(xué)工工程的前沿沿科技。近兩年，已已經(jīng)通過(guò)微微制作(MEMS)技術(shù)，制成成了微米量量級(jí)的機(jī)械械手，能夠夠在細(xì)胞溶溶液中捕捉捉到單個(gè)細(xì)細(xì)胞，進(jìn)行行細(xì)胞結(jié)構(gòu)構(gòu)，功能和和通訊等特特性研究。。美國(guó)哈佛佛大學(xué)的Whitesides教授領(lǐng)導(dǎo)的的研究人員員，發(fā)展了了微電子工工業(yè)普遍使使用的光刻刻技術(shù)在生生物學(xué)領(lǐng)域域的應(yīng)用，，并研制出出效果更好好的軟光刻刻方法(softlithography)。以此，制制出了可以以捕捉和固固定單個(gè)細(xì)細(xì)胞的生物物芯片，通通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)細(xì)胞間距等等，研究細(xì)細(xì)胞分泌和和胞間通訊訊。此類細(xì)細(xì)胞芯片還還可以作細(xì)細(xì)胞分類和和純化等。。它的功能能原理非常常簡(jiǎn)單，僅僅利用芯片片表面微單單元的幾何何尺寸和表表面改性，，即可達(dá)到到選擇和固固定細(xì)胞，，及細(xì)胞面面密度控制制。蛋白質(zhì)芯片片的發(fā)展已已經(jīng)經(jīng)歷了了約十年的的時(shí)間，現(xiàn)現(xiàn)已出現(xiàn)了了相對(duì)成熟熟的技術(shù)，，如瑞典的的BIACORE的單元芯片片，中科院院力學(xué)所的的多元蛋白白質(zhì)光學(xué)芯芯片和美國(guó)國(guó)的SELDI質(zhì)譜芯片等等。它們的的共同特點(diǎn)點(diǎn)都是將生生物分子作作為配基，，固定在固固體芯片表表面或表面面微單元上上，以單一一、或面陣陣、或序列列式。利用用生物分子子間的特異異結(jié)合的自自然屬性，，待測(cè)分子子與配基分分子在芯片片表面會(huì)形形成生物分分子復(fù)合物物。然后，，檢測(cè)此復(fù)復(fù)合物的存存在與否，，達(dá)到對(duì)蛋蛋白質(zhì)的探探測(cè)、識(shí)別別和純化的的目的。以以上不同技技術(shù)的差異異僅在探測(cè)測(cè)方法的不不同。BIACORE技術(shù)術(shù)利利用用表表面面等等離離子子體體共共振振技技術(shù)術(shù)檢檢測(cè)測(cè)芯芯片片，，進(jìn)進(jìn)行行單單一一蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)檢檢測(cè)測(cè)；；多多元元蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)光光學(xué)學(xué)芯芯片片是是光光學(xué)學(xué)成成象象法法，，可可以以同同時(shí)時(shí)檢檢測(cè)測(cè)多多種種混混合合的的蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)；；SELDI技術(shù)術(shù)則則采采用用質(zhì)質(zhì)譜譜法法，，以以時(shí)時(shí)間間順順序序檢檢測(cè)測(cè)序序列列蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)。。隨著著人人類類基基因因工工程程的的發(fā)發(fā)展展，，基基因因芯芯片片(即DNA芯片片)得到到迅迅速速的的發(fā)發(fā)展展。。DNA芯片片又又稱稱為為寡寡核核苷苷酸酸陣陣列列或或雜雜交交陣陣列列分分析析，，它它是是根根據(jù)據(jù)DNA雙螺螺旋旋原原理理而而發(fā)發(fā)展展的的核核酸酸鏈鏈間間分分子子雜雜交交的的技技術(shù)術(shù)。。DNA芯片片技技術(shù)術(shù)可可以以快快速速分分析析大大量量的的基基因因信信息息，，從從而而使使生生物物醫(yī)醫(yī)學(xué)學(xué)工工作作者者可可以以研研究究并并收收集集基基因因表表達(dá)達(dá)和和變變異異信信息息。?？煽梢砸杂糜糜谟谌巳祟愵惢蛞蚪M組中中遺遺傳傳信信息息的的分分析析。。具具特特殊殊用用途途的的DNA探針針陣陣列列可可以以在在人人類類基基因因組組中中快快速速篩篩選選已已知知的的DNA序列列。。DNA芯片片還還可可用用于于監(jiān)監(jiān)測(cè)測(cè)不不同同的的人人體體細(xì)細(xì)胞胞和和組組織織基基因因表表達(dá)達(dá)，，以以檢檢測(cè)測(cè)癌癌癥癥或或其其它它疾疾病病所所對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)的的基基因因的的變變化化。。隨隨著著DNA芯片片及及雜雜交交技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展，，DNA芯片片將將有有可可能能直直接接應(yīng)應(yīng)用用于于臨臨床床診診斷斷，，藥藥物物開(kāi)開(kāi)發(fā)發(fā)和和人人類類遺遺傳傳診診斷斷。。（2））分分子子馬馬達(dá)達(dá)分子子馬馬達(dá)達(dá)是是由由生生物物大大分分子子構(gòu)構(gòu)成成，，利利用用化化學(xué)學(xué)能能進(jìn)進(jìn)行行機(jī)機(jī)械械做做功功的的納納米米系系統(tǒng)統(tǒng)。。天天然然的的分分子子馬馬達(dá)達(dá)，，如如：：驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)蛋蛋白白、、RNA聚合合酶酶、、肌肌球球蛋蛋白白等等，，在在生生物物體體內(nèi)內(nèi)參參與與了了胞胞質(zhì)質(zhì)運(yùn)運(yùn)輸輸、、DNA復(fù)制制、、細(xì)細(xì)胞胞分分裂裂、、肌肌肉肉收收縮縮等等一一系系列列重重要要生生命命活活動(dòng)動(dòng)。。以以微微管管蛋蛋白白為為軌軌道道，，沿沿微微管管的的負(fù)