【正文】 領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認(rèn)識(shí)到這個(gè)尺度范圍的性能。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約 20—30 納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000 倍。廣義地說，所謂納米材料,是指微觀結(jié)構(gòu)至少在一維方向上受納米尺度（1nm ——100nm）調(diào)制的各種固體超細(xì)材料，它包括零維的原子團(tuán)蔟（幾十個(gè)原子的聚集體）和納米微粒；一維調(diào)制的納米多層膜；二維調(diào)制的納米微粒膜（涂層） ；以及三維調(diào)制的納米相材料。目前，國際上將處于 1—100nm 納米尺度范圍內(nèi)的超微顆粒及其致密的聚集體，以及由納米微晶所構(gòu)成的材料，統(tǒng)稱為納米材料 [1]，包括金屬、非金屬、有機(jī)、無機(jī)和生物等多種粉末材料 納米材料的分類 納米材料按其結(jié)構(gòu)可以分為四類：具有原子蔟和原子束結(jié)構(gòu)的稱為零維納米材料；具有纖維結(jié)構(gòu)的稱為一維納米材料；具有層狀結(jié)構(gòu)的稱為二維納米材料；晶粒尺寸至少一個(gè)方向在幾個(gè)納米范圍內(nèi)的稱為三維納米材料。按化學(xué)組份，可分為納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復(fù)合材料。按應(yīng)用，可分為納米電子材料、納米光電子材料、納米生物醫(yī)用材料、納米敏感材料、納米儲(chǔ)能材料等。新材料的創(chuàng)新，以及在此基礎(chǔ)上誘發(fā)的新技術(shù)。納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對未來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。例如，存儲(chǔ)密度達(dá)到每平方厘米 400g 的磁性納米棒陣列的量子磁盤，成本低廉、發(fā)光頻段可調(diào)的高效納米陣列激光器，價(jià)格低廉高能量轉(zhuǎn)化的納米結(jié)構(gòu)太陽能電池和熱電轉(zhuǎn)化元件，用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強(qiáng)高韌納米復(fù)合材料等的問世，充分顯示了它在國民經(jīng)濟(jì)新型支柱產(chǎn)業(yè)和高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將對如何調(diào)整國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的布局、設(shè)計(jì)新產(chǎn)品、形成新的產(chǎn)業(yè)及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入高科技含量提供新的機(jī)遇。由于納米結(jié)構(gòu)單元的尺度（1～100urn）與物質(zhì)中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導(dǎo)相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當(dāng)，從而導(dǎo)致納米材料和納米結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識(shí)的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領(lǐng)域。世紀(jì)之交高韌性納米陶瓷、超強(qiáng)納米金屬等仍然是納米材料領(lǐng)域重要的研究課題；納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，異質(zhì)、異相和不同性質(zhì)的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。利用新物性、新原理、新方法設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)原理性器件以及納米復(fù)合傳統(tǒng)材料改性正孕育著新的突破。世紀(jì)之交世界先進(jìn)國家都從未來發(fā)展戰(zhàn)略高度重新布局納米材料研究，在千年交替的關(guān)鍵時(shí)刻，迎接新的挑戰(zhàn)，抓緊納米材料和柏米結(jié)構(gòu)的立項(xiàng)，迅速組織科技人員圍繞國家制定的目標(biāo)進(jìn)行研究是十分重要的。進(jìn)入 90 年代，納米材料研究的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大，領(lǐng)域逐漸拓寬。美國已成功地制備了晶粒為 50urn 的納米 cu 材料，硬度比粗晶 cu 提高 5 倍；晶粒為 7urn 的 pd，屈服應(yīng)力比粗晶 pd 高 5 倍；具有高強(qiáng)度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關(guān)注，晶粒的納米化為解決這一問題帶來了希望， 根據(jù)納米材料發(fā)展趨勢以及它在對世紀(jì)高技術(shù)發(fā)展所占有的重要地位 [3][4]，世界發(fā)達(dá)國家的政府都在部署本來 10～15 年有關(guān)納米科技研究規(guī)劃。據(jù) 1999 年 7 月 8 日《自然》最新報(bào)道，納米材料應(yīng)用潛力引起美國白宮的注意；美國總統(tǒng)克林頓親自過問納米材料和納米技術(shù)的研究，決定加大投資，今后 3 年經(jīng)費(fèi)資助從 億美元增 加至 5 億美元。 2）國際動(dòng)態(tài)和發(fā)展戰(zhàn)略 1999 年 7 月 8 日《自然》 （400 卷）發(fā)布重要消息 題為“ 美國政府計(jì)劃加大投資支持納米技術(shù)的興 起” 。為了加速美國納米材料和技術(shù)的研究，白宮采取了臨時(shí)緊急措施，把原 億美元的資助強(qiáng)度提高到 億美元。美國白宮之所以在 20世紀(jì)即將結(jié)束的關(guān)鍵時(shí)刻突然對納米材料和技術(shù)如此重視，其原因有兩個(gè)方面：一是德科學(xué)技術(shù)部 1996 年對 2022 年納米技術(shù)的市場做了預(yù)測，估計(jì)能達(dá)到 14400 億美元，美國試圖在這樣一個(gè)誘人的市場中占有相當(dāng)大的份額。美國白宮戰(zhàn)略規(guī)劃辦公室還認(rèn)為納米材料是納米技術(shù)最為重要的組成部分。1999 年 7 月，美國加尼福尼亞大學(xué)洛杉礬分校與惠普公司合作研制成功 100urn 芯片，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)和普林斯頓大學(xué)于 1998 年制備成功量子磁盤，這種磁盤是由磁性納米棒組成的納米陣列體系，10bit／s 尺寸的密度已達(dá) 109bit／s，美國商家已組織有關(guān)人員迅速轉(zhuǎn)化，預(yù)計(jì) 2022 年市場為 400 億美元。 最近美國柯達(dá)公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體，預(yù)計(jì)將給彩色印橡帶來革命性的變革。納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用研究也使人矚目 [5]，正是這些研究使美國白宮認(rèn)識(shí)到納米材料和技術(shù)將占有重要的戰(zhàn)略地位。3）國內(nèi)研究進(jìn)展我國納米材料研究始于 80 年代末， “八五” 期間， “納米材料科學(xué)”列入國家攀登項(xiàng)目。1996 年以后，納米材料的應(yīng)用研究出現(xiàn)了可喜的苗頭，地方政府和部分企業(yè)家的介入，使我國納米材料的研究進(jìn)入了以基礎(chǔ)研究帶動(dòng)應(yīng)用研究的新局面。中國科學(xué)院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院化學(xué)研究所、清華大學(xué)，還有吉林大學(xué)、東北大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、青島化工學(xué)院、華東師范大學(xué)，華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所、長春應(yīng)用化學(xué) 研究所、長春物理研究所、感光化學(xué)研究所等也相繼開展了納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。已采用了多種物理、化學(xué)方法制備金屬與合金（晶態(tài)、非晶態(tài)及納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，建立了相應(yīng)的設(shè)備，做到納米微粒的尺寸可控，并制成了納米薄膜和塊材。 近年來，我國在功能納米材料研究上取得了舉世矚目的重大成果，引起了國際上的關(guān)注。其定向排列程度高，碳納米管之間間距為 100pm。這方面的文章發(fā)表在1996 年的美國《科學(xué)》雜志上。這種超長碳納米管比現(xiàn)有碳納米管的長度提高1～2 個(gè)數(shù)量級。英國《金融時(shí)報(bào)》以“ 碳納米管進(jìn)入長的階段 ”為題介紹了有關(guān)長納米管的工作。該項(xiàng)成果被評為1998 年度中國十大科技新聞之一。五是制備成功一維納米絲和納米電纜，該成果研究論文在瑞典召開的 1998 年第四屆國際納米會(huì)議宣讀后，許多外國科學(xué)家給予高度評價(jià)。還用苯合成制備氮化鉻（crn） 、磷化鈷（cop）和硫化銻（ sbs）納米微晶，論文發(fā)表在 1997 年的《科學(xué)》雜志上。美國《化學(xué)與工程新聞》雜志還發(fā)表題為“ 稻草變黃金 從四氯化碳（cc14）制成金剛石”一文，予以高度評價(jià)。無論從研究對象的前瞻性、基礎(chǔ)性，還是成果的學(xué)術(shù)水平和適用性來分析，都為我國納米材料研究在國際上爭得一席之地，促進(jìn)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(xiàn)。目前和今后一個(gè)時(shí)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(jiān)力量。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(yàn)，已成功地制備出多種準(zhǔn)一維納米材料和納米組裝體系。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的評價(jià)手段基本齊全，達(dá)到了國際 90 年代末的先進(jìn)水平。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(tuán)簇在 1998 年度歐洲文獻(xiàn)情報(bào)交流會(huì)上德國馬普學(xué)會(huì)固體所一篇研究報(bào)告中報(bào)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(huì)議上，我國納米材料科技工作者共做邀請報(bào)告 24 次。 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。 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(huì)議上，對中國納米材料研究給予了很高評價(jià)，指出這幾年來中國在納米材料制備方面取得了激動(dòng)人心的成果，在大會(huì)總結(jié)中選擇了 8 個(gè)納米材料研究式作取得了比較好的國家在閉幕式上進(jìn)行介紹，中國是在美國、日本、德國、瑞典之后進(jìn)行了大會(huì)發(fā)言。美國 2022 年通過了“國家納米技術(shù)啟動(dòng)計(jì)劃（National Technology Initiative） ”，年度撥款已達(dá)到 5 億美元以上。布什總統(tǒng)上臺(tái)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(dá)到萬億美圓以上，并由此提供 200 萬個(gè)就業(yè)崗位。許多大學(xué)也相繼建立了一系列納米技術(shù)研究中心。 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。早在“尤里卡計(jì)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(jì)劃。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(diǎn)領(lǐng)域，加大預(yù)算投入，制定了宏偉而嚴(yán)密的“納米技術(shù)發(fā)展計(jì)劃” 。 中國在上世紀(jì) 80 年代，將納米材料科學(xué)列入國家“863 計(jì)劃” 、和國家自然基金項(xiàng)目，投資上億元用于有關(guān)納米材料和技術(shù)的研究項(xiàng)目。目前我國有 50 多個(gè)大學(xué) 20 多家研究機(jī)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(gè)，主要生產(chǎn)超細(xì)納米粉末、生物化學(xué)納米粉末等初級產(chǎn)品。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。納米技術(shù)目前從整體上看雖然仍然處于實(shí)驗(yàn)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(dá)國家。納米技術(shù)對我們既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)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(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)騰飛奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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。納米技術(shù)在信息產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用主要表現(xiàn)在 3 個(gè)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)。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(jìn)入市場也還要 10 年時(shí)間，所以，中國要超前 15 年到 20 年對這些方面進(jìn)行研究。④壓敏電阻、非線性電阻等，可添加氧化鋅納米材料改性。要凈化環(huán)境，必須用納米技術(shù)。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(shí)驗(yàn)室初步研究成功。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。在開發(fā)新能源方面國外進(jìn)展較快，就是把非可燃?xì)怏w變成可燃?xì)怏w。 d)納米生物醫(yī)藥：這是我國進(jìn)入 wto 以后一個(gè)最有潛力的領(lǐng)域。納米生物醫(yī)藥就是從動(dòng)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。對傳統(tǒng)藥物的改進(jìn)，采用納米技術(shù)可以提高一個(gè)檔次。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(qiáng)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(xiàng)，每年就可給美國創(chuàng)造社會(huì)效益 1000 億美元。 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(gè)領(lǐng)域技術(shù)相結(jié)合的最好機(jī)遇。合肥美菱集團(tuán)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(dòng)涂料、材料、電子原器件等行業(yè)發(fā)展；其次是紡織。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)。 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(jìn)展的領(lǐng)域時(shí)，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(jìn)行了預(yù)測和評價(jià)，并指出這是人類跨入 21 世紀(jì)面臨的新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。挑戰(zhàn)嚴(yán)峻，機(jī)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(shí)創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，為 21 世紀(jì)中國經(jīng)濟(jì)的騰飛奠定雄厚的基礎(chǔ)。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(shí)表現(xiàn)出的性質(zhì)。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。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。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(qiáng)度一直難以有大的提高。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。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 。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(gè)數(shù)量級，磁性比 FeBO3 和 FeF3 透明體至少高 1 個(gè)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。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(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代