納米技術(shù)與納米材料的研究發(fā)展及納米材料結(jié)構(gòu)
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納米技術(shù)與納米材料的研究發(fā)展

       納米材料如今已逐漸滲透到我們的生活中，對于納米材料，普通大眾都尚沒有較深入的認(rèn)識和了解，然而納米材料的應(yīng)用已經(jīng)不足為奇，比如納米涂料、納米洗護(hù)用品、納米防水劑等等。

       納米技術(shù)作為一種最具有市場應(yīng)用潛力的新興科學(xué)技術(shù)，其潛在的重要性毋庸置疑，一些發(fā)達(dá)國家都投入大量的資金進(jìn)行研究工作。如美國最早成立了納米研究中心，日本文教科部把納米技術(shù)，列為材料科學(xué)的四大重點研究開發(fā)項目之一。在德國，以漢堡大學(xué)和美因茨大學(xué)為納米技術(shù)研究中心，政府每年出資6500萬美元支持微系統(tǒng)的研究。在國內(nèi)，許多科研院所、高等院校也組織科研力量，開展納米技術(shù)的研究工作，并取得了一定的研究成果，主要如下：

       定向納米碳管陣列的合成，由中國科學(xué)院物理研究所解思深研究員等完成。他們利用化學(xué)氣相法高效制備出孔徑約20納米，長度約100微米的碳納米管。并由此制備出納米管陣列，其面積達(dá)3毫米×3毫米，碳納米管之間間距為100微米。

      氮化鎵納米棒的制備，由清華大學(xué)范守善教授等完成。他們首次利用碳納米管制備出直徑3~40納米、長度達(dá)微米量級的半導(dǎo)體氮化鎵一維納米棒，并提出碳納米管限制反應(yīng)的概念。并與美國斯坦福大學(xué)戴宏杰教授合作，在國際上首次實現(xiàn)硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長。

       準(zhǔn)一維納米絲和納米電纜，由中國科學(xué)院固體物理研究所張立德研究員等完成。他們利用碳熱還原、溶膠-凝膠軟化學(xué)法并結(jié)合納米液滴外延等新技術(shù)，首次合成了碳化鉭納米絲外包絕緣體SiO2納米電纜。

       用催化熱解法制成納米金剛石，由山東大學(xué)的錢逸泰等完成。他們用催化熱解法使四氯化碳和鈉反應(yīng)，以此制備出了金剛石納米粉。

　　2017年8月29日，第七屆中國國際納米科學(xué)技術(shù)會議（ChinaNANO 2017）在北京召開。這是繼2005年首屆中國國際納米科學(xué)技術(shù)會議之后，第七次召開的中國國際納米科學(xué)技術(shù)盛會。大會由國家納米科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會主辦，國家納米科學(xué)中心承辦。 

　　中國國際納米科學(xué)技術(shù)會議已經(jīng)發(fā)展成為具有較強(qiáng)世界影響力的、綜合性品牌國際會議，兩年召開一次。本次大會，共有來自全球30多個國家和地區(qū)的2000多名代表出席。大會在重點開展高水平的學(xué)術(shù)交流和思想碰撞的同時，還有來自產(chǎn)業(yè)界的50余家企業(yè)帶來最新的實驗設(shè)備和技術(shù)展示；有來自中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項（A類）“變革性納米產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)聚焦”的重大進(jìn)展成果展示。 

　　大會主席白春禮在開幕式上致辭。他指出，目前，在全球經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展中，對資源、環(huán)境、能源和健康等領(lǐng)域的問題持續(xù)引起廣泛的關(guān)注，世界許多國家已經(jīng)制定了國家戰(zhàn)略和計劃，以解決這些問題。納米科技在世界各國或地區(qū)的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展中，正在發(fā)揮著越來越重要的作用，并呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉融合深入、科學(xué)-技術(shù)-產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化周期縮短，創(chuàng)新鏈耦合加強(qiáng)等新特點。中國早在上世紀(jì)80年代中期，就積極參與促進(jìn)納米科學(xué)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。經(jīng)過近30年的發(fā)展，中國科學(xué)家在納米科技領(lǐng)域取得了一系列重要的科研成果，納米科技研究的整體實力已走在世界前列。隨著中國建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心和綜合性國家科學(xué)中心等一系列科技創(chuàng)新重大決策部署的推進(jìn)和落實，中國納米科技研究面臨新的重大發(fā)展機(jī)遇。我們將高度重視戰(zhàn)略布局，加強(qiáng)頂層設(shè)計，充分發(fā)揮納米科技的創(chuàng)新驅(qū)動和示范引領(lǐng)作用，為國家的經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)。本次大會，將圍繞納米科技的總體發(fā)展，聚焦18個主題，為學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的交流與討論及未來的合作提供一個絕佳的機(jī)會。 

       施普林格·自然集團(tuán)（Springer Nature）、國家納米科學(xué)中心和中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心聯(lián)合發(fā)布了《國之大器 始于毫末-中國納米科學(xué)與技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r概覽》中英文白皮書。白皮書回顧了中國納米科研如何飛速發(fā)展成為當(dāng)今的全球領(lǐng)導(dǎo)者，揭示了中國的優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)，并為如何進(jìn)一步繁榮發(fā)展提出了建議。報告認(rèn)為：中國投入進(jìn)行納米科研已有數(shù)十年時間，已經(jīng)成為當(dāng)今世界納米科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步重要的貢獻(xiàn)者，部分基礎(chǔ)研究居國際領(lǐng)先水平，中國納米科技應(yīng)用研究與成果轉(zhuǎn)化的成效也已初具規(guī)模。這些都與中國在納米科技領(lǐng)域的持續(xù)投入密切相關(guān)。中國納米科技研究正在向原創(chuàng)性突破轉(zhuǎn)變，并更加關(guān)注納米科技的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

       總之，納米技術(shù)正成為各國科技界所關(guān)注的焦點，正如錢學(xué)森院士所預(yù)言的那樣："納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)將是下一階段科技發(fā)展的特點，會是一次技術(shù)革命，從而將是21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。"

什么是納米材料？

       那么什么是納米材料呢？納米級結(jié)構(gòu)的材料簡稱為納米材料，由于納米材料是近幾年開始被關(guān)注和應(yīng)用的材料，所以也理解為納米結(jié)構(gòu)的新材料，廣義上是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍超精細(xì)顆粒材料的總稱。

       根據(jù)2011年10月18日歐盟委員會通過的定義，納米材料是一種由基本顆粒組成的粉狀或團(tuán)塊狀天然或人工材料，這一基本顆粒的一個或多個三維尺寸在1納米至100納米之間，并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個材料的所有顆?？倲?shù)中占50％以上。

納米材料具有一定的獨特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點來描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。

納米材料的結(jié)構(gòu)

       納米結(jié)構(gòu)是以納米尺度的物質(zhì)單元為基礎(chǔ)，按一定規(guī)律構(gòu)筑或營造的一種新體系。

納米陣列體系

       已有的研究結(jié)果對納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微粒或半導(dǎo)體納米微粒在一個絕緣的襯底上整齊排列所形成的二位體系上。

介孔組裝體系

       納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，也使其成為了研究熱點，按照其中支撐體的種類可將它劃分為無機(jī)介孔復(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無序介孔復(fù)合體。

薄膜嵌鑲體系

       在薄膜嵌鑲體系中，對納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學(xué)特性和磁學(xué)特性而展開的。美國科學(xué)家利用自組裝技術(shù)將幾百只單壁納米碳管組成晶體索“Ropes”，這種索具有金屬特性，室溫下電阻率小于0.0001Ω/m；將納米三碘化鉛組裝到尼龍-11上，在X射線照射下具有光電導(dǎo)性能，利用這種性能為發(fā)展數(shù)字射線照相奠定了基礎(chǔ)。

       納米材料具有小尺寸效應(yīng)﹑表面效應(yīng)﹑量子尺寸效應(yīng)﹑宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，納米微粒和納米固體的這些基本特征導(dǎo)致了納米材料在熔點﹑蒸氣壓﹑光學(xué)性質(zhì)﹑化學(xué)反應(yīng)性﹑磁性﹑超導(dǎo)及塑性形變等許多物理和化學(xué)方面都顯示出特殊的性能。它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)許多奇異的物理﹑化學(xué)性質(zhì)。