【文章內(nèi)容簡介】 際上爭得一席之地，促進我國納米材料研究的發(fā)展，培養(yǎng)高水平的納米材料研究人才做出了貢獻。在納米材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的銜接，加快成果轉(zhuǎn)化也發(fā)揮了重要的作用。目前和今后一個時期內(nèi)這些單位仍然是我國納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究的中堅力量。 在過去 10 年，我國已建立了多種物理和化學(xué)方法制備納米材料，研制了氣體蒸發(fā)、磁控濺射、激光誘導(dǎo) cvd、等離子加熱氣相合成等 10 多臺制備納米材料的裝置，發(fā)展了化學(xué)共沉淀、溶膠一凝膠、微乳液水熱、非水溶劑合成和超臨界液相合成制備包括金屬、合金、氧化物、氮化物、碳化物、離子晶體和半導(dǎo)體等多種納米材料的方法，研制了性能優(yōu)良的多種納米復(fù)合材料。近年來，根據(jù)國際納米材料研究的發(fā)展趨勢，建立和發(fā)展了制備納米結(jié)構(gòu)（如納米有序陣列體系、介孔組裝體系、mcm－41 等）組裝體系的多種方法，特別是自組裝與分子自組裝、模板合成、碳熱還原、液滴外延生長、介孔內(nèi)延生長等也積累了豐富的經(jīng)驗，已成功地制備出多種準(zhǔn)一維納米材料和納米組裝體系。這些方法為進一步研究納米結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)一納米材料的物性，推進它們在納米結(jié)構(gòu)器件的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的評價手段基本齊全，達到了國際 90 年代末的先進水平。 綜上所述， “八五”期間我國在納米材料研究上獲得了一批創(chuàng)新性的成果，形成了一支高水平的科研隊伍，基礎(chǔ)研究在國際上占有一席之地，應(yīng)用開發(fā)研究也出現(xiàn)了新局面，為我國納米材料研究的繼續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。10年來，我國科技工作者在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表納米材料和納米結(jié)構(gòu)的論文 2400 多篇，在國際上排名第五位，其中納米碳管和納米團簇在 1998 年度歐洲文獻情報交流會上德國馬普學(xué)會固體所一篇研究報告中報道中國科技工作者發(fā)表論文已超過德國，在國際排名第三位，在國際歷次召開的有關(guān)納米材料和納米結(jié)構(gòu)的國際會議上，我國納米材料科技工作者共做邀請報告 24 次。到目前為止，納米材料研究獲得國家自然科學(xué)三等獎 1 項，國家發(fā)明獎 2 項；院部級自然科學(xué)一、二等獎 3 項，發(fā)明一等獎 3 項，科技進步特等獎 1 項；申請專利 79 項，其中發(fā)明專利占 50％，已正式授權(quán)的發(fā)明專利 6 項，已實現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化的發(fā)明專利 6 項。 最近幾年，我國納米科技工作者在國際上發(fā)表了一些有影響的學(xué)術(shù)論文，引起了國際同行的關(guān)注和稱贊。在《自然》和《科學(xué)》雜志上發(fā)表有關(guān)納米材料和納米結(jié)構(gòu)制備方面的論文 6 篇，影響因子在 6 以上的學(xué)術(shù)論文（phys．rev．lett，j．a(chǎn)in ．chem ．soc ． ）近 20 篇，影響因子在 3 以上的 31 篇，被 sci 和 ei 收錄的文章占整個發(fā)表論文的 59％。 1998 年 6 月在瑞典斯特哥爾摩召開的國際第四屆納米材料會議上，對中國納米材料研究給予了很高評價，指出這幾年來中國在納米材料制備方面取得了激動人心的成果，在大會總結(jié)中選擇了 8 個納米材料研究式作取得了比較好的國家在閉幕式上進行介紹，中國是在美國、日本、德國、瑞典之后進行了大會發(fā)言。目前在歐美日上已有多家廠商相繼將納米粉末和納米元件產(chǎn)業(yè)化，我國也在國際環(huán)境影響下創(chuàng)立了一些影響不大的納米材料開發(fā)公司。美國 2022 年通過了“國家納米技術(shù)啟動計劃（National Technology Initiative） ”，年度撥款已達到 5 億美元以上。美國科技戰(zhàn)略的重點已由過去的國家通信基礎(chǔ)構(gòu)想轉(zhuǎn)向國家納米技術(shù)計劃。布什總統(tǒng)上臺后，制定了新的發(fā)展納米技術(shù)的戰(zhàn)略規(guī)劃目標(biāo)：到 2022 年在全國培養(yǎng) 80 萬名納米技術(shù)人才，納米技術(shù)創(chuàng)造的 GDP 要達到萬億美圓以上，并由此提供 200 萬個就業(yè)崗位。2022 年，在美國政府支持下，英特爾、惠普、IBM 及康柏 4 家公司正式成立研究中心，在硅谷建立了世界上第一條納米芯生產(chǎn)線。許多大學(xué)也相繼建立了一系列納米技術(shù)研究中心。在商業(yè)上，納米技術(shù)已經(jīng)被用于陶瓷、金屬、聚合物的納米粒子、納米結(jié)構(gòu)合金、著色劑與化妝品、電子元件等的制備。 目前美國在納米合成、納米裝置精密加工、納米生物技術(shù)、納米基礎(chǔ)理論等多方面處于世界領(lǐng)先地位。歐洲在涂層和新儀器應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。早在“尤里卡計劃”中就將納米技術(shù)研究納入其中，現(xiàn)在又將納米技術(shù)列入歐盟 2022——2022 科研框架計劃。日本在納米設(shè)備和強化納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域處于世界先進地位。日本政府把納米技術(shù)列入國家科技發(fā)展戰(zhàn)略 4 大重點領(lǐng)域，加大預(yù)算投入，制定了宏偉而嚴密的“納米技術(shù)發(fā)展計劃” 。日本的各個大學(xué)、研究機構(gòu)和企業(yè)界也紛紛以各種方式投入到納米技術(shù)開發(fā)大潮中來。 中國在上世紀(jì) 80 年代，將納米材料科學(xué)列入國家“863 計劃” 、和國家自然基金項目，投資上億元用于有關(guān)納米材料和技術(shù)的研究項目。但我國的納米技術(shù)水平與歐美等國的差距很大。目前我國有 50 多個大學(xué) 20 多家研究機構(gòu)和 300 多所企業(yè)從事納米研究，已經(jīng)建立了 10 多條納米技術(shù)生產(chǎn)線，以納米技術(shù)注冊的公司 100 多個，主要生產(chǎn)超細納米粉末、生物化學(xué)納米粉末等初級產(chǎn)品。 納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 經(jīng)過幾十年對納米技術(shù)的研究探索，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠在實驗室操縱單個原子，納米技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展。納米技術(shù)的應(yīng)用研究正在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤 4 大領(lǐng)域高速發(fā)展。可以預(yù)測：不久的將來納米金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管、平面顯示用發(fā)光納米粒子與納米復(fù)合物、納米光子晶體將應(yīng)運而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學(xué)組裝計算機將投入應(yīng)用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學(xué)傳感器等將被研究制造出來 [9]。納米技術(shù)目前從整體上看雖然仍然處于實驗研究和小規(guī)模生產(chǎn)階段，但從歷史的角度看：上世紀(jì) 70 年代重視微米科技的國家如今都已成為發(fā)達國家。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國家很可能在 21 世紀(jì)成為先進國家。納米技術(shù)對我們既是嚴峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機遇，必須加倍重視納米技術(shù)和納米基礎(chǔ)理論的研究，為我國在 21 世紀(jì)實現(xiàn)經(jīng)濟騰飛奠定堅實的基礎(chǔ)。整個人類社會將因納米技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化而產(chǎn)生根本性的變革。a)信息產(chǎn)業(yè)中的納米技術(shù)：信息產(chǎn)業(yè)不僅在國外，在我國也占有舉足輕重的地位。2022 年，中國的信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了 gdp5800 億人民幣。納米技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用主要表現(xiàn)在 3 個方面：①網(wǎng)絡(luò)通訊、寬頻帶的網(wǎng)絡(luò)通訊、納米結(jié)構(gòu)器件、芯片技術(shù)以及高清晰度數(shù)字顯示技術(shù)。因為不管通訊、集成還是顯示器件，都要原器件，美國已經(jīng)著手研制，現(xiàn)在有了單電子器件、隧穿電子器件、自旋電子器件，這種器件已經(jīng)在實驗室研制成功，而且可能在 2022 年進入市場。②光電子器件、分子電子器件、巨磁電子器件，這方面我國還很落后，但是這些原器件轉(zhuǎn)為商品進入市場也還要 10 年時間，所以，中國要超前 15 年到 20 年對這些方面進行研究。③網(wǎng)絡(luò)通訊的關(guān)鍵納米器件，如網(wǎng)絡(luò)通訊中激光、過濾器、諧振器、微電容、微電極等方面，我國的研究水平不落后，在安徽省就有。④壓敏電阻、非線性電阻等，可添加氧化鋅納米材料改性。 b)環(huán)境產(chǎn)業(yè)中的納米技術(shù)：納米技術(shù)對空氣中 20 納米以及水中的 200 納米污染物的降解是不可替代的技術(shù)。要凈化環(huán)境，必須用納米技術(shù)。我們現(xiàn)在已經(jīng)制備成功了一種對甲醛、氮氧化物、一氧化碳能夠降解的設(shè)備，可使空氣中的大于 10ppm 的有害氣體降低到 ，該設(shè)備已進入實用化生產(chǎn)階段；利用多孔小球組合光催化納米材料，已成功用于污水中有機物的降解，對苯酚等其它傳統(tǒng)技術(shù)難以降解的有機污染物，有很好的降解效果。近年來，不少公司致力于把光催化等納米技術(shù)移植到水處理產(chǎn)業(yè)，用于提高水的質(zhì)量，已初見成效；采用稀土氧化鈰和貴金屬納米組合技術(shù)對汽車尾氣處理器件的改造效果也很明顯；治理淡水湖內(nèi)藻類引起的污染，最近已在實驗室初步研究成功。 c)能源環(huán)保中的納米技術(shù)：合理利用傳統(tǒng)能源和開發(fā)新能源是我國當(dāng)前和今后的一項重要任務(wù)。在合理利用傳統(tǒng)能源方面，現(xiàn)在主要是凈化劑、助燃劑，它們能使煤充分燃燒，燃燒當(dāng)中自循環(huán)，使硫減少排放，不再需要輔助裝置。另外，利用納米改進汽油、柴油的添加劑已經(jīng)有了，實際上它是一種液態(tài)小分子可燃燒的團簇物質(zhì)，有助燃、凈化作用。在開發(fā)新能源方面國外進展較快，就是把非可燃氣體變成可燃氣體?，F(xiàn)在國際上主要研發(fā)能量轉(zhuǎn)化材料，我國也在做，它包括將太陽能轉(zhuǎn)化成電能、熱能轉(zhuǎn)化為電能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能等。 d)納米生物醫(yī)藥：這是我國進入 wto 以后一個最有潛力的領(lǐng)域。目前，國際醫(yī)藥行業(yè)面臨新的決策，那就是用納米尺度發(fā)展制藥業(yè)。納米生物醫(yī)藥就是從動植物中提取必要的物質(zhì)，然后在納米尺度組合，最大限度發(fā)揮藥效，這恰恰是我國中醫(yī)的想法。在提取精華后，用一種很少的骨架，比如人體可吸收的糖、淀粉，使其高效緩釋和靶向藥物。對傳統(tǒng)藥物的改進，采用納米技術(shù)可以提高一個檔次。 e)納米新材料：雖然納米新材料不是最終產(chǎn)品，但是很重要。據(jù)美國測算，到 21世紀(jì) 30 年代，汽車上 40％鋼鐵和金屬材料要被輕質(zhì)高強材料所代替，這樣可以節(jié)省汽油 40％，減少 co2，排放 40％，就這一項，每年就可給美國創(chuàng)造社會效益 1000 億美元。此外，還有各種功能材料，玻璃透明度好但份量重，用納米改進它，使它變輕，使這種材料不僅有力學(xué)性能，而且還具有其他功能，還有光的變色、貯光，反射各種紫外線、紅外線，光的吸收、貯藏等功能。 納米技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造對于中國來說，當(dāng)前是納米技術(shù)切入傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、將納米技術(shù)和各個領(lǐng)域技術(shù)相結(jié)合的最好機遇。首先是家電、輕工、電子行業(yè)。合肥美菱集團從 1996 開始研制納米冰箱，可折疊的 pvc 磁性冰箱門封不發(fā)霉，用的是抗菌涂料，里面的果盤都采用納米材料，發(fā)展輕工、電子和家用電器可以帶動涂料、材料、電子原器件等行業(yè)發(fā)展；其次是紡織。人造纖維是化纖和紡織行業(yè)發(fā)展的趨勢，中國紡織要在進入 wto 后能占據(jù)有利地位，現(xiàn)在就必須全方位應(yīng)用納米技術(shù)、納米材料。去年關(guān)于保溫被、保溫衣的電視宣傳，提到應(yīng)用了納米技術(shù)，特殊功能的有防靜電的、阻燃的等等，把納米的導(dǎo)電材料組裝到里面，可以在 11 萬伏的高壓下，把人體屏蔽，在這一方面，紡織行業(yè)應(yīng)用納米技術(shù)形勢看好；第三是電力工業(yè)。利用納米技術(shù)改造 20 萬伏和 11 萬伏的變壓輸電瓷瓶，可以全方位提高 11 萬伏的瓷瓶耐電沖擊的性能，而且釉不結(jié)霜，其它綜合性能都很好；第四是建材工業(yè)中的油漆和涂料，包括各種陶瓷的釉料、油墨，納米技術(shù)的介入，可以使產(chǎn)品性能升級。 1999 年 8 月 20 日《美國商業(yè)周刊》在展望 21 世紀(jì)可能有突破性進展的領(lǐng)域時，對生命科學(xué)和生物技術(shù)、納米科學(xué)和納米技術(shù)及從外星球上索取能源進行了預(yù)測和評價，并指出這是人類跨入 21 世紀(jì)面臨的新的挑戰(zhàn)和機遇。諾貝爾獎獲得者羅雷爾也曾說過：70 年代重視微米的國家如今都成為發(fā)達國家，現(xiàn)在重視納米技術(shù)的國家很可能成為下一世紀(jì)先進的國家。挑戰(zhàn)嚴峻，機遇難得，我們必須加倍重視納米科技的研究，注意納米技術(shù)與其它領(lǐng)域的交叉，加速知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，為 21 世紀(jì)中國經(jīng)濟的騰飛奠定雄厚的基礎(chǔ)。 納米材料的特殊性質(zhì)納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴散途徑，導(dǎo)致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強。因此納米材料所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時表現(xiàn)出的性質(zhì)。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率、強軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特殊導(dǎo)體、分子篩、超微復(fù)合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結(jié)助劑、潤滑劑等領(lǐng)域。a)力學(xué)性質(zhì) 高韌、高硬、高強是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)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 FrankReed 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(fā)生，這就是納米晶強化效應(yīng)。金屬陶瓷作為刀具材料已有 50 多年歷史，由于金屬陶瓷的混合燒結(jié)和晶粒粗大的原因其力學(xué)強度一直難以有大的提高。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。 b)磁學(xué)性質(zhì) 當(dāng)代計算機硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過 ，在這情況下，感應(yīng)法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應(yīng)為 3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應(yīng)高達 50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當(dāng)高的靈敏度和低噪音。目前巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到 。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復(fù)合納米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低 3 個數(shù)量級，磁性比 FeBO3 和 FeF3 透明體至少高 1 個數(shù)量級，從而在光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。 c)電學(xué)性質(zhì) 由于晶界面上原子體積分數(shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT） 。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)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(guī)半導(dǎo)體器件。2022 年用碳納米管制成的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。并根據(jù)低溫下碳納米