【正文】 成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。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。 c)電學(xué)性質(zhì) 由于晶界面上原子體積分?jǐn)?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） 。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。 b)磁學(xué)性質(zhì) 當(dāng)代計算機(jī)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(dá) 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。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時，其韌性、強(qiáng)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。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(qiáng)化效應(yīng)。a)力學(xué)性質(zhì) 高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強(qiáng)度——硬度、高擴(kuò)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(qiáng)軟磁性能。 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(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)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(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。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(dá)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(jìn)的國家。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。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(jìn)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。首先是家電、輕工、電子行業(yè)。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(jìn)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。 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。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。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)?，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。另外，利用納米改進(jìn)汽油、柴油的添加劑已經(jīng)有了，實(shí)際上它是一種液態(tài)小分子可燃燒的團(tuán)簇物質(zhì)，有助燃、凈化作用。 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(xiàng)重要任務(wù)。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(jìn)入實(shí)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(jī)物的降解，對苯酚等其它傳統(tǒng)技術(shù)難以降解的有機(jī)污染物，有很好的降解效果。 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)。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。因?yàn)椴还芡ㄓ崱⒓蛇€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(shí)驗(yàn)室研制成功，而且可能在 2022 年進(jìn)入市場。2022 年，中國的信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了 gdp5800 億人民幣。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。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(jìn)國家。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(yùn)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(jī)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(jī)器人、集成生物化學(xué)傳感器等將被研究制造出來 [9]。 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(shí)驗(yàn)室操縱單個原子，納米技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展。但我國的納米技術(shù)水平與歐美等國的差距很大。日本的各個大學(xué)、研究機(jī)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。日本在納米設(shè)備和強(qiáng)化納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域處于世界先進(jìn)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。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。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。美國科技戰(zhàn)略的重點(diǎn)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。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。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％。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(xiàng)，國家發(fā)明獎 2 項(xiàng)；院部級自然科學(xué)一、二等獎 3 項(xiàng)，發(fā)明一等獎 3 項(xiàng)，科技進(jìn)步特等獎 1 項(xiàng)；申請專利 79 項(xiàng)，其中發(fā)明專利占 50％，已正式授權(quán)的發(fā)明專利 6 項(xiàng)，已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化的發(fā)明專利 6 項(xiàng)。 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(duì)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)。這些方法為進(jìn)一步研究納米結(jié)構(gòu)和準(zhǔn)一納米材料的物性，推進(jìn)它們在納米結(jié)構(gòu)器件的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。 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。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。 我國納米材料和納米結(jié)構(gòu)的研究已有 10 年的工作基礎(chǔ)和工作積累，在“八五”研究工作的基礎(chǔ)上初步形成了幾個納米材料研究基地，中科院上海硅酸鹽研究所、南京大學(xué)、中科院固體物理所、中科院金屬所、物理所、中國科技大學(xué)、清華大學(xué)和中科院化學(xué)所等已形成我國納米材料和納米結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究的重要單位。七是用催化熱解法制成納米金剛石；在高壓釜中用中溫（70℃）催化熱解法使四氯化碳和鈉反應(yīng)制備出金剛石納米粉，論文發(fā)表在 1998 年的《科學(xué)》雜志上。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶；發(fā)現(xiàn)了非水溶劑熱合成技術(shù)，首次在300℃左右制成粒度達(dá) 30urn 的氮化鋅微晶。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功，推進(jìn)碳納米管在場發(fā)射平面和納米器件方面的應(yīng)用。三是氮化嫁納米棒制備：首次利用碳納米管作模板成功地制備出直徑為 3～40urn、長度達(dá)微米量級的發(fā)藍(lán)光氮化像一維納米棒，并提出了碳納米管限制反應(yīng)的概念。該項(xiàng)成果已發(fā)表于 1998 年 8 月出版的英國《自然》雜志上。二是超長納米碳管制備：首次大批量地制備出長度為2～3mm 的超長定向碳納米管列陣 [8]。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場發(fā)射陰極等方面有著重要應(yīng)用前景。一是大面積定向碳管陣列合成：利用化學(xué)氣相法高效制備純凈碳納米管技術(shù) [7]，用這種技術(shù)合成的納米管，孔徑基本一致，約 20urn，長度約 100pm，納米管陣列面積達(dá)到 3mm2。在納米材料的表征、團(tuán)聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復(fù)合微粒和粉體的制取等各個方面都有所創(chuàng)新，取得了重大的進(jìn)展，成功地研制出致密度高、形狀復(fù)雜、性能優(yōu)越的納米陶瓷；在世界上首次發(fā)現(xiàn)納米氧化鋁晶粒在拉伸疲勞中應(yīng)力集中區(qū)出現(xiàn)超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)、磁光效應(yīng)和自旋波共振等方面做出了創(chuàng)新性的成果；在國際上首次發(fā)現(xiàn)納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬 gd；設(shè)計和制備了納米復(fù)合氧化物新體系，它們的中紅外波段吸收率可達(dá) 92％，在紅外保暖纖維得到了應(yīng)用；發(fā)展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法；發(fā)現(xiàn)全致密納米合金中的反常 hall－petch 效應(yīng)。我國納米材料基礎(chǔ)研究在過去 10年取得了令人矚目的重要研究成果。 目前，我國有 60 多個研究小組，有 600 多人從事納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，其中，承擔(dān)國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、南京大學(xué)。國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、國家教委分別組織了 8 項(xiàng)重大、重點(diǎn)項(xiàng)目，組織相關(guān)的科技人員分別在納米材料各個分支領(lǐng)域開展工作，國家自然科學(xué)基金委員會還資助了 20 多項(xiàng)課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進(jìn)行立項(xiàng)研究。原因之二是納米材料和技術(shù)領(lǐng)域是知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的源泉 [6]，新的規(guī)律新原理的發(fā)現(xiàn)和新理論的建立給基礎(chǔ)科學(xué)提供了新的機(jī)遇，美國計劃在這個領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究獨(dú)占“老大” 的地位。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品的改性等方面很可能給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品注入新的高科技含量，在未來市場上占有重要的份額。1988 年法國人首先發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，到 1997 年巨磁電阻為原理的納米結(jié)構(gòu)器件已在美國問世，在磁存儲、磁記憶和計算機(jī)讀寫磁頭將有重要的應(yīng)用前景。在《自然》的報道中還特別提到美國已在納米結(jié)構(gòu)組裝體系和高比表面納米顆粒制備與合成方面領(lǐng)導(dǎo)世界的潮流，在納米功能涂層設(shè)計改性及納米材料在生物技術(shù)中的應(yīng)用與歐共體并列世界第一，納米尺寸度的元器件和納米固體也要與日本分庭抗禮。美國基礎(chǔ)研究的負(fù)責(zé)人威廉姆斯說：納米技術(shù)本來的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過計算機(jī)工業(yè)。 《美國商業(yè)周刊》8 月 19 日報道，美國政府決定把納米技術(shù)研究列人 21 世紀(jì)前 10 年前 11 個關(guān)鍵領(lǐng)域之一， 《美國商業(yè)周刊》在掌握 21 世紀(jì)可能取得重要突破的 3 個領(lǐng)域中就包括了納米技術(shù)領(lǐng)域（其它兩個為生命科學(xué)和生物技術(shù)，從外星球獲得能源） 。在這篇文章里，報道了美國政府在 3 年內(nèi)對納米技術(shù)研究經(jīng)費(fèi)投入加倍，從 億美元增加到 5 億美元。這說明納米材料和納米結(jié)構(gòu)的研究熱潮在下一世紀(jì)相當(dāng)長的一段時間內(nèi)保持繼續(xù)發(fā)展的勢頭。美國國家基金委員會（nsf ）1998年把納米功能材料的合成加工和應(yīng)用作為重要基礎(chǔ)研究項(xiàng)目向全國科技界招標(biāo)；美國darpa（國家先進(jìn)技術(shù)研究部）的幾個計劃里也把納米科技作為重要研究對象；日本近年來制定了各種計劃用于納米科技的研究，例如 ogala 計劃、erato 計劃和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究計劃，1997 年，納米科技投資 億美元；德國科研技術(shù)部幫助聯(lián)邦政府制定了 1995 年到 2022 年 15 年發(fā)展納米科技的計劃；英國政府出巨資資助納米科技的研究；1997 年西歐投資 億美元。一個突出的特點(diǎn)是基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的銜接十分緊密，實(shí)驗(yàn)室成果的轉(zhuǎn)化速度之快出乎人們預(yù)料，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究都取得了重要的進(jìn)展。 納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個領(lǐng)域的影響和滲透一直引人注目。 1）研究形狀和趨勢 納米材料制備和應(yīng)用研究中所產(chǎn)生的納米技術(shù)很可能成為下一世紀(jì)前 20 年的主導(dǎo)技術(shù)，帶動納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當(dāng)今納米材料研究新熱點(diǎn)，人們可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。在納米領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認(rèn)識新規(guī)律，提出新概念，建立新理論，為構(gòu)筑納米材料科學(xué)體系新框架奠定基礎(chǔ)，也將極大豐富納米物理和納米化學(xué)等新領(lǐng)域的研究內(nèi)涵。研究納米材料和納米結(jié)構(gòu)的重要科學(xué)意義在于它開辟了人們認(rèn)識自然的新層次，是知識創(chuàng)新的源泉。正像美國科學(xué)家估計的“這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質(zhì)很可能給予各個領(lǐng)域帶來一場革命” 。近年來，納米材料和納米結(jié)構(gòu)取得了引人注目的成就。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來 10 年對社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國力增強(qiáng)最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一 [2]。 納米材料的發(fā)展現(xiàn)狀 在充滿生機(jī)的 21 世紀(jì)，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進(jìn)制造技術(shù)和國防的高速發(fā)展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸?shù)葘Σ牧系某叽缫笤絹碓叫?；航空航天、新型軍事裝備及先進(jìn)制造技術(shù)等對材料性能要求越來越高。按材料物性，可分為納米半導(dǎo)體、納米磁性材料、納米非線性光學(xué)材料、納米鐵電體、納米超導(dǎo)材料、納米熱電材料等。還有就是以上各種形式的復(fù)合材料。簡單地說，是指用晶粒尺寸為納米級的微小顆粒制成的各種材料，其納米顆粒的大小不應(yīng)超過 100 納米，而通常情況下不應(yīng)超過 10 納米。80 年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。第一個真正認(rèn)識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們在 20 世紀(jì) 70 年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。如果僅僅是尺度達(dá)到納米，而沒有特殊