《纳米科技报告》PPT课件.ppt

纳米科学与技术,阎鹏勋,演讲者个人情况 简介 阎鹏勋 博士 兰州大学等离子体与金属材料研究所 教授，博士生导师，所长 中科院兰州化物所，河南大学， 兼职教授 曾赴日本，德国, 英国, 荷兰, 瑞典, 新加坡, 法国，比利时，卢森堡，丹麦 等国进行学术交流。,目录,纳米科技的一些基本概念 纳米材料是纳米科技的重要组成部分 纳米材料的基本理论和它的特殊物理化学特性 纳米材料的制备和加工手段 纳米技术的研究领域和应用前景 国内外重视纳米技术的研究 纳米电子学基础研究 等离子体金属纳米材料研究 迎接纳米科技时代,“纳米”是英文nanometer的译名，是一种度量单位，是十亿分之一米，可写为1nm=10-9m。相当于一根头发丝的万分之一到几万分之一。或10个氢原子连在一起的尺度。纳米科技的基本涵义是在纳米尺度（通常是在0.1-100nM) 范围内认识和改造自然，或者直接操作和安排原子,分子创造新物质。研究它们的组成，运动规律，相互作用和可能的应用中的技术问题的科学和技术。和传统的材料的加工技术包括显微加工技术的由大到小的制造技术（如，刨，切，锯等）比较，纳米科技的核心是以单个原子、分子为原料由小到大制造新材料和新物质的科学技术。 纳米技术以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，并以其构造具有特定功能的产品。 纳米技术是现代科学和技术相结合的产物，它涉及到几乎现有的一切基础性科学技术领域。一些科学家认为，纳米技术将会迅速改变物质产品的生产方式，导致重大的社会变革 应该明确纳米材料或产品或器件并不都是纳米尺度，它们可以大到飞机大炮， 也可以小到原子,分子。 纳米科技的内涵正在不断扩展， 它的应用正在不断扩大。,一.纳米科技的一些基本概念,二.纳米材料是纳米科技的重要组成部分,纳米材料一般分为两个层次 纳米超微粒子（0.1100nM) 包括零维（空间三维均在纳米尺寸如纳米颗粒，原子团簇）.一维(空间三维有两维处在纳米尺度）如纳米丝，纳米棒，纳米管。二维（指空间三维仅一维是纳米尺度）如超薄膜，多层膜。 纳米固体-纳米超微粒子制成的固体材料。 由于纳米粒子本身的结构和特性决定了纳米固体材料的许多特性，所以弄清纳米粒子特别是0,1-100纳米粒子的性质就能举一反三推而广之，进一步弄清其他纳米材料的性质。下面我们主要讨论纳米超细微粒的制备，结构和特性。,纳米材料发展的历史,三、纳米材料的制备 .纳米微晶制备,纳米材料的制备方法很多，可大体分为物理方法和化学方法 物理方法 1.真空冷凝法： 用真空蒸发、加热、高频感应,等离子体等方法使原料气化，形成超微粒，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。 2.物理粉碎法：通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 3.机械球磨法：采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。 4。喷雾法等等。,化学方法 1.气相沉积法 利用金属化合物蒸气化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。 2.沉淀法（单一沉淀法，共沉淀法，均相沉淀法） 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀物经热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。 3.水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中进行沉淀，氧化，分解等反应，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。 4.溶胶-凝胶法（胶体化学法） 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和族化合物的制备。 5.微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，族半导体纳米粒子多用此法制备。,2.碳纳米管(CNTs)的制备方法,1.碳纳米管的发现及其结构特征 1985年以前，人们普遍认为由碳原子组成的晶体：石墨和金刚石。 1985年以后，英国，美国(1985)，日本(1991)，比利时(1994)先后发现这长链碳分子，卷曲成3600形成的无缝中空管等。分单臂(单层)和多臂(多层)。单根单个根碳管和阵列碳管。 .碳纳米管的制备方法和生成机理 A.电弧放电法； B.碳氢气体热解法; （激光蒸发法; 固相热解法;辉光放 电法;气体燃烧法). 3. 介孔模板CVD法).,4. 纳米组装材料的加工技术 1.扫描遂道电镜技术“纳米手”,5.纳米表面修饰加工技术-A.化学法,有机合成功能纳米材料,B.纳米微粒表面物理修饰,表面活性剂修饰：如十二烷基苯磺酸钠 修饰Cr2O3; Mn2O3 表面沉淀法: TiO2 用 Al2O3 包敷等等,四.纳米微粒的基本物理效应 （纳米微粒的基本理论）,表面效应 量子尺寸效应 小体积效应 宏观量子隧道效应,（1）表面效应 粒子直径减少到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。 （2）量子尺寸效应 指纳米粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由连续能级变为分立能级的现象。这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。 (3) 小体积效应 指纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，或非晶态纳米表面层附近原子密度减小，因而导致磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化。如光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移，由磁有序态向磁无序态，超导相向正常相转变等。 （4）宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。即MQT（Macroscopic Quantum Tunneling effect）。这一效应与量子尺寸效应一起，确定了微电子器件进一步微型化的极限，也限定了采用磁带磁盘进行信息储存的最短时间。 由于以上效应，引起纳米材料具有和普通材料不同的物理的和化学的性质。,五.纳米微粒的物理与化学特性,物理特性 热学性质：熔点，烧结温度低. 金1063度（块）330度（2微米）33度（200纳米） 磁学性质：超顺磁性， 矫顽力增加。 适合做磁记录材料。 光学性质：宽带吸收，蓝移和红移， 如纳米SiC蓝移20cm-1适合做隐身材料。 表面话性及敏感特性，在各种复合材料中大有用处。 机械性质 ：如纳米Cu延展率5100/% .碳纳米管的特性 A.特性，a.很高的机械强度：倍于SiC, 100倍于钢（钢的1/6重）而且有高的弹性模量。 B.惊人的电学性质：CNTs 可以是金属，半导体或绝缘体。具有整流作用；库仑阻塞效应和共振隧穿效应。,化学特性 表面吸附增强：电解质吸附和非电 解 质吸附 分散，反絮凝剂的利用； 团聚， 表面活性剂的利用 表面活性增强：催化性质 表面成分可控可修饰,电子类显微镜（SEM,TEM, FSEM,FTEM etc.) 利用电场和磁场使电子或离子束与样品发生作用来探测表面和界面在纳米尺度表现出的物理性质和化学性质的显微技术 扫描探针显微镜(SPM) 包括：原子力显微镜(AFM)；扫描探针隧道显微镜（STM）；磁力显微镜(MFM)；弹道电子发射显微镜(BEEM)；光学扫描隧道显微镜(PSTM)；扫描电容显微镜(SCAM)；扫描近场显微镜(SNOM)；扫描近场声显微镜(SNAM)； 扫描近场热显微镜(SNTM), 扫描电化学显微镜(SECM).,SPM图示,六.纳米粒子表征及分析 技术,入射光,反射光,八. 纳米技术的研究领域和应用前景,.纳米技术的军事应用前景,广泛的军事应用前景 按照传统观念，人们历来都格外推崇和关注大型武器装备的新发展。然而今天，当一种全新的纳米概念和技术创生于世，当人们用肉眼几乎难以发现的纳米武器装备跃上战争舞台之时，纳米军事已悄然崛起，纳米战争已悄然来临，这必将在世界范围引发一场真正意义的新军事革命。 大凡先进的科学技术往往都率先应用于军事领域，纳米技术也不例外。纳米技术在军事方面的应用最集中最全面最及时地反因映各个国家科技的进步。这方面的应用已体现在诸多方面：,纳米微型军,隐形巡航导弹,隐形军舰,隐形飞机,微形军事器件,纳米卫星,基因武器,微型战场机器,纳米电机,仿生武器,隐形潜艇,1.微机电系统 是指利用纳米技术制造的几厘米以下乃至更小的微型装置。美国已研制出一系列微型运动探测部件，在5立方厘米的空间可以装置1000台这种发动机。它能承受火炮发射所产生的近 105G 的过载，可为目前的非制导弹药提供经济的微型制导系统。 微机电系统还可制成防化报警传感器，像纽扣般大小；可制成高性能敌我识别器，将其散布于对方整个飞机或车辆表面，能以较低的功率自动回答询问信号，识别敌我；可制作微型电子失能系统，并自动以跳跃、爬行、飞行等运动方式，向敌方电子系统接近和渗入，然后喷射腐蚀液或导电液，使之丧失功能。一些研究人员还设想将这种电子失能系统植入昆虫体内，操纵昆虫飞向敌方目标，以搜集情报、破坏目标，构成新战斗力。,2.纳米隐身武器 美国研制的纳米隐身涂料超黑粉对雷达波的吸收率达99。由于纳米磁性材料在一定条件下会产生光发散效应，具有凹透镜的作用，当光束通过时会改变传输方向，降低光的强度和改变光的空间分布，从而为兵器隐身技术向全波段、主被动兼容方向发展提供了物理基础。新材料用作潜艇外壳，能根据水波的变化提前“感知”和“察觉”来袭的敌方鱼雷，使潜艇及时规避。 3.网络武器 不久前由中美撞机事件引发的中美“红”“黑”客网络大战中方以二比一获胜。这是高性能硬件支持下软件的成功。 但是，拌随着“纳电子”时代的到来，10年后就将要建立“量子互联网络” 量子通讯速度比目前通讯技术墙快1000万倍。,4.基因武器 21世纪是生物工程大发展的世纪，但这种生物技术的飞跃却使人喜忧参半。据英国医学协会日前发布的生物工程技术生物武器专题报告预测，基因武器的问世将不会晚于2010年。 美国太阳微电子公司创办人比尔乔伊称：“使用生物技术，我们将能够治愈许多疾病和延长我们的寿命，但这些新技术也可能给人类造成比大规模杀伤性武器更大的危险”“人类基因组计划”（）与“曼哈顿原子弹计划”、“阿波罗登月计划”并称为人类自然科学史上的三大计划。2001年月日，美国总统克林顿与英国首相布莱尔通过卫星传送联合宣布了人类历史上第一个基因组草图绘制完。,基因工程又叫做脱氧核糖核酸重组技术，它是在分子遗传学的基础上发展起来的一门新兴技术。它的原理用一句通俗的语言来解释就叫做“种瓜得瓜，种豆得豆。”其中的道理是因为任何生物都具有遗传性，能将生物体的一些本质特征代代相传。生物之所以会有遗传性状，是因为在所有生物体内都存在着遗传物质。这种遗传物质就叫做“基因”。而基因工程可以做到人为地使个别基因重新组合，并将这一重组的基因引入某一细胞中，使这些细胞改变原来的性状，表达出新的遗传性状来。那么，基因武器又是怎么回事呢在生物遗传工程技术的基础上，用人为的方法，按照军事上的需要，利用基因重组技术,复制大量致病微生物的遗传基因，并制成生物战所用的制剂将其放入施放装置内，就构成了基因武器。 由于生物基因的尺度正在纳米尺度，对基因的重组和加工必须使用纳米研究的理论和方法。基因武器就是运用遗传工程原理和纳米加工技术，按人们的需要，在一些致病细菌或病毒中，接入能对抗普通疫苗或药物的基因，产生具有显著抗药性的致病菌；或者在一些本来不会致病的微生物体内接入致病基因，而制造出新的生物制剂。一句话，就是用重组技术改变细菌或病毒，使不致病的成为致病的，可用疫苗或药物预防和救治的疾病，变得难于预防和治疗。,基因武器的概念,如同任何高新技术都很快被应用于军事领域一样，当基因工程刚一问世，一些军事大国便置年各国缔结的“禁止生物武器公约”于不顾，竞相投入大量的经费和人力研究基因武器。美国作家、科技记者查尔斯皮勒在基因战争一书中透露，西方一些国家已制定了研制基因武器的计划，这些国家以研制疫苗为名进行着危险的传染病和微生物研究。今年人类第一个基因组草图完成以后，世界各国对生物和基因研究的关注再次升温，美、英、德、日等国纷纷加大了对基因工程的投资。 美国政府2001年用于生物工程研究的经费为亿美元。据报道，位于马里兰州的美国军事医学研究所，其实就是基因武器研究中心，那里的研究人员已经研制了一些具有实战价值的基因武器。他们在普通酿酒菌中接入一种在非洲和中东引起可怕的裂各热细菌的基因，从而使酿酒菌可以传播裂各热病。另外，据说美国已完成了把具有抗四环素作用的大肠杆菌遗传基因与具有抗青霉素作用的金色葡萄球菌的基因拼接，再把拼接的分子引入大肠杆菌中，培养出具有抗上述两种杀菌素的新大肠杆菌。,西方基因武器的研究计划, 英国政府辖下的化学及生物防疫中心的科学家们正运用基因工程技术做深入研究，就基因杀人“虫”（）发展的可能性进行试验。虽然英国政府对于基因杀人“虫”的研究秘而不谈，但英国报章指政府秘密进行这项研究至少已有年。 以色列军方正在加紧研制一种专门对付阿拉伯人而对犹太人没有危害的基因武器“人种炸弹”。“人种炸弹”的研制计划由以色列的尼斯提兹尤纳生物研究院负责，该研究院是以色列研制生化武器的秘密中心。虽然目前基因病毒尚未研制出来，但据简氏防务周刊报道，以色列科学家利用南非“染色体武器”的某些研究成果，已经发现了阿拉伯人、特别是伊拉克人的基因构成。 俄被认为拥有世界上最大的生物武器和化学武器储备,俄目前有4个从事基因生物武器研究的主要试验室。由于人类基因图谱的绘制成功为基因武器的制造提供了可能，这种武器能以特定种族、性别和具有某种遗传倾向的一部分人群作为打击目标。,专家预测基因武器问世将不会晚于2010年,美国塞莱拉基因组公司董事长克雷洛?文特尔警告说：“人类掌握了能够对自身进行重新设计的基因草图以后，人类也就走到了自身命运的最后边界。” 与造价昂贵的大规模杀伤性武器相比，杀人不见血的基因武器有着许多无可比拟的优势。一是成本低，杀伤能力强。有人估算，用5000万美元建造一个基因武器库，其杀伤效能将远远超过50亿美元建造的核武器库。英格兰北部布拉德福德大学马尔科姆?丹多教授在生物技术武器与人类一书中说，只要用多个罐子把100公斤的炭疽芽胞散播在一个大城市，300万市民就会立即感染毙命。据称，美国曾利用细胞中的脱氧核糖核酸的生物催化作用，把一种病毒的DNA分离出来，再与另一种病毒的DNA相结合，拼接成一种具有剧毒的“热毒素”基因毒剂，用其万分之一毫克就能毒死100只猫；倘用其20克，就可以使全球60亿人死于一旦。 面对基于纳米加工机理和手段产生的基因武器我们必须严肃面对！找到反制措施！,纳米技术将改变战争形态,目前，国外许多未来学家和战略家认为，纳米技术不仅会深刻影响到人类社会生活的各个层面，甚至会改变未来军事和战争形态。 1.战争的主角将发生根本变化 迄今为止的现代战争，都是飞机、军舰、坦克、火炮等大型武器装备主宰战场。然而，进入纳米信息时代后，传统的作战样式将会发生根本的变革，未来战场极可能将由数不清的各种纳米微型兵器担纲主演。 2.未来战场将更加透明 可以想象，从太空到空中、地面，面对层层严密高效的纳米级侦察监视网，使人难以察觉，防不胜防。这使得技术相对落后的国家军队将有密难保，战场对强敌将彻底“透明”，未曾与敌交手，胜败几成定局。,3.战争突然性将急剧增大 纳米超微颗粒的几何尺寸远小于红外及雷达波波长，从而为兵器的隐身技术开辟了广阔的前景，美国研制的超黑粉就是一例。可以说，透明的战场加上高超的隐身术，必将使战争更具突然性。 4.未来战争将不再昂贵 现代战争消耗巨大，让人望而生畏。从第二次世界大战到现在，武器弹药价格少则上涨几十倍，多则可达上千倍。短短42天的海湾战争就耗资高达600多亿美元，使当时的美国总统布什心惊肉跳，难以承受，最后只好向英、法、德、日等盟国摊派，被戏称为“叫化子”盟主。然而，进入纳米时代后，由于纳米武器装备所用资源少，成本极其低廉，未来造价昂贵的庞然大物型舰艇、飞机、坦克、火炮等将可能呈锐减之势，而纳米级战争将成为十足的低消耗战争。 总之，纳米时代将是一个全新的时代，纳米级战争也将是全新样式的战争，处在纳米技术孕育全面突破的前夜，我们应当努力工作，以全新的姿态迎接一场全新的军事技术变革。,纳米技术在材料、物理 化学及电子学方面的应用,纳米颗粒表面修饰和包覆的研究,纳米组装体系材料,高性能纳米结构材料的合成,纳米添加使传统材料改性的复合材料,纳米涂层材料,纳米材料特性的物理学理论和表征,纳米材料制备的物理学手段,纳米电子学,。纳米技术在其它方面的应用,纳米材料在其他方面的应用 材料 1.高性能纳米结构材料的合成：纳米结构的金属和合金这主要是大幅度的提高材料的强度和硬度，利用纳米颗粒的尺寸效应所造成的纳米结构铜和银粒子比块材硬度高50倍。屈服强度高12倍。纳米陶瓷材料可提高韧性，纳米陶瓷可以车栗色螺丝。 2.纳米添加使传统材料改性：如Al2O3陶瓷基板材料加入3%-5% 的纳米Al2O3，其热稳定性提高2-3倍。热导系数提高10%-15%。 3.纳米涂层材料的设计与合成：包括传统材料的表面涂层，纤维涂层和颗粒涂层，nM SnO2+40nMBaO2 及0nMCr2O3可以做为静电屏蔽涂层。nM Fe2O3 可以做为磁性涂层。,4.纳米复合材料: 纳米轮胎。又如：碳纳米管；轻而柔软又非常结实的材料最好是作防弹背心。如果，用碳纳米管作出绳索，是从月球上挂到地球表面，而唯一不被自身重量所拉断的绳索。用它可作为地球-月球乘人的电梯。,医学与健康 快速、高效的基因团测序，基因诊断和基因治疗技术；用药的新方法和药物导弹技术；耐用与人体友好的人工组织和器官；复明和复聪器件；疾病早期诊断的纳米传感器系统。例如，把药物制成纳米颗粒或者把药物放入磁性纳米颗粒的内部。这些颗粒可以自由地在血管和人体组织内运动，如果在人体外部加以导向，使药物集中到患病的组织中，那么药物治疗的效果会大大地提高。纳米机器人可以打通血管堵塞等。 航天和航空 低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米测试、控制和电子设备；抗热涨、耐磨损的纳米结构涂层材料，如：纳米陶瓷粉制成的陶瓷有一定的塑性，刚柔并济，具高硬度和耐高温，可使发动机工作在更高的温度下，飞机会飞得更高。,环境和能源 发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境；孔径为1nm的纳孔材料作为催化剂的载体；透明疏油、疏水的纳米颗粒。有序纳孔材料（孔径10-100nm）用来祛除污物；纳米颗粒修饰的高分子材料。例如把这种材料组合在大楼表面或窗玻璃上，大楼不会被空气中的油污弄脏，玻璃也不会沾上水蒸气而永远透明。将这种纳米颗粒放到织物纤维中，做成的衣服不沾尘，省去不少洗衣的麻烦。纳米技术的应用可以使资源利用持续化，尾气排放无害化，污水处理纯净化，噪声控制有效化。 生物技术和农业 在纳米尺度上，按照预定的大小、对称性和排列来制备具有生物活性的蛋白质、核糖、核酸等。在纳米材料和器件中植入生物材料产生具有生物功能和其他功能的综合性能。，生物仿生化学药品和生物可降解材料，动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等。纳米技术可仿照生命过程的各个环节制造出各种各样的机器人，可以预料直接利用太阳能制造粮食的机器可能就在21世纪制造出来。,纳米电子学 近年主要工作集中于: 纳米电子器件 是微电子器件的下一代，纳米电子学相对于微电子学具有变革性的发展，在理论、材料和加工技术上都具有新内容。因此有重要的基础理论研究意义，从技术上讲，碳纳米管很有可能成为硅的换代品，成为电子产品的主要材料。碳纳米管是一种长度和直径之比很高的纤维，万个纳米管并排起来才有人的一根头发丝粗。科学家分别研究了金属性的碳纳米管和半导体性的碳纳米管，认为金属性碳纳米管可以用作电路中的连接件，而半导体性碳纳米管可以用作电路开关。,电子学,超高密度信息存储薄膜 新型有机,无机高密度信息存储材料及信号的读写功能、目前国际上实验室的最好水平为1-10纳米。实际存储密度可达 200 G/inch2 . 阵列场发射电子源及阵列场发射显示器 每根单壁碳纳米管的电流可达微安量级，甚至更大，可用其代替电视机显像管和计算机监视器的热阴极电子源。由于每平方厘米可组装高于1013个单壁碳纳米管，因此将有极高的分辨率，是目前已知技术达不到的。如能研制成功，可能会出现一代新型显示器。,4.3 纳米技术在化学及生物学 中的应用,纳米化学,1、纳米溶胶； 纳米粒子溶胶（1-100nM)体系，及通过该溶胶组装成的纳米粒子在零维、一维以及二维空间内有序组装的分散体系，在加工纳米光学（表面拉曼增强效应、尺寸效应）、电学、磁学器件以及多相催化方面有着广泛的应用。,纳米尺度的材料具有与常规材料不同的特殊结构与特性。凝聚态物理、分子反应动力学、催化和现代合成化学是纳米材料研究的基础。其中化学在纳米加工、应用及机理研究中占有主导地位。尤其产生的一些新思想、新方法将使材料科学进入一个按照人的要求去设计、加工不同功能材料的新时代。,3. 带有衬底的金属纳米粒子催化剂：一般采用化学法制备，方法好多， 浸入法 如n-Rh/Al2O3 是把金属纳米粒子（小于2nM)均匀地分布于溶液中再把氧化物浸入而制成的。 离子交换法 如SiO2 表面处理后表面含有活性极强的 H+, Na+ 可以和复合离子Pt(NH3)42+, Rh(NH3)5C12+中的贵金属交换，形成贵金属粒子催化剂。 吸附法：如把衬底放入到含有Rb(CO)6, Ru(CO)12的有机溶剂中再经分解还原处理，表面就形成1nM的贵金属纳米粒子催化剂。,2、金属纳米粒子的催化作用 贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地用于催化加氢， 如1nM铑可以使烯，炔容易氢化。贵金属如 Pt, Pd, Rh,Ag及贱金属Fe, Co, Ni 和 SiO2 MgO, TiO2, 等均在不同化学反应中有良好催化性能。,4.半导体纳米粒子的光催化：非常重要， 因为它在环保，水质处理，有机物分解，失效农药分解等可运用。如 TiO2 的光催化污水处理 5.纳米金属，半导体的热催化；如炸药，可以增加爆炸效率. 银和镍粉已用做火箭燃料的助燃剂。,A,K3Fe(CN)6在裸金电极（A)及化学组装纳米粒子后（B)循环伏安曲线扫速50mV/s,(A),(B),金纳米粒子覆盖度对组装体系电化学性质的影响,扫速分别为: 20,50,100,200,500 mV/s,A,B,纳米粒子覆盖度AB;,纳米粒子组装的电极具有电化学反应活性高、催化效应明显，在微量检测与分析以及生物体系中各种复杂的代谢机理方面有着广泛的应用。,6.碳纳米管的应用,场发射电子源：用多孔铝模板和CVD方法，用Fe作催化剂，制备了高度有序碳纳米管正阵列，并作了场发射特性研究。J=0.5mA/cm2, 开起电压为2-4V/uM.可望做成超薄平面显示器。场效应管：利用单层独根纳米碳管和三个电极支撑已制成了可在室温下工作的场效应管， 当施加合适的删极电压时，纳米碳管可以从导体变为绝缘体，从而实现“0”，“1状态的转换。 电池能量的贮存和转换：制成的TiO2金属纳米全光管和碳纳米管已用于太阳能电池和锂电池的研究。已取得良好的结果。 其他 块体材料,奇特的纳米生物学,纳米生物材料可以分为两类，一种是适合于生物体内应用的纳米材料，它本身既可以是具有生物活性的，也可以不具有生物活性，而仅仅易于被生物体接受，而不引起不良反应。另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料，它们可能不再被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。 研究内容： 纳米医学：(1) 智能药物（2）人工红血球（3）纳米药物传输 纳米生物技术：生物芯片技术（细胞芯片，蛋白质芯片） 分子马达：由生物大分子组成利用化学能进行机械做工的纳米系统 纳米探针：可以探测单个细胞 纳米生物材料；,1、纯天然抗感染医药产品 25nm的“广谱速效纳米抗菌颗粒”。经临床应用和中国科学院、中国医学科学院等多家权威机构检测，证实是目前国际上最安全的抗菌、杀菌剂。它无毒、无味、无刺激、无过敏反应，遇水杀菌力更强，是世界上唯一不产生耐药性的纯天然抗感染医药产品。它的成功研制和投产，标志着人类在同细菌和真菌的斗争中，抗感染药物领域进行了一场革命。 2、纳米生物导弹歼灭癌细胞 这一专门针对癌症的超细纳米药物，能将抗肿瘤药物连接在磁性超微粒子上，定向“射”向癌细胞，并把它们“全歼”。治疗心血管疾病的“纳米机器人”，用特制超细纳米材料制成的机器人，能进入人的血管和心脏中，完成医生不能完成的血管修补等“细活”，这些机器人能耐大，但体积微小，甚至连肉眼都看不到它们，对人体健康不会产生影响。运用纳米技术，还能对传统的名贵中草药进行超细开发，同样服用一贴药，经过纳米技术处理的中药，可让病人极大地吸收药效。,人工红细胞的结构和工作示意图 随着转子的转动，气体分子与转子上的结合位点结合再释放，从金刚石腔体进入到血浆中,3、捕获病毒的纳米陷阱 密西根大学的Donald Tomalia等已经用树形聚合物发展了能够捕获病毒的纳米陷阱。体外实验表明纳米陷阱能够在流感病毒感染细胞之前就捕获它们，同样的方法期望用于捕获类似爱滋病病毒等更复杂的病毒。此纳米陷阱使用的是超小分子，此分子能够在病毒进入细胞致病前即与病毒结合，使病毒丧失致病的能力 4、识别血液异常的生物芯片 美国圣地亚戈国家实验室的实现了纳米爱好者的预言。正像所预想的那样，纳米技术可以在血流中进行巡航探测，即时地发现诸如病毒和细菌类型的外来入侵者，并予以歼灭，从而消除传染性疾病。 Micheal Wisz做了一个雏形装置，发挥芯片实验室的功能，它可以沿血流流动并跟踪像镰状细胞血症和感染了爱滋病的细胞。血液细胞被导入一个发射激光的腔体表面， 从而改变激光的形成。癌细胞会产生一种明亮的闪光；而健康细胞只发射一种标准波长的光，以此鉴别癌变。,生物芯片技术:,生物芯片是不同于半导体电子芯片的另一类芯片。半导体电子芯片是集成具有特定电子学功能的微单元，所形成的是电子集成电路；而生物芯片则是在很小几何尺度的表面上，装配一种或集成多种生物活性，仅用微量生理或生物采样，即可以同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和DNA的特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。生物芯片可以粗略地分为细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等几类，都有集成、并行和快速检测的优点，已成为二十一世纪生物医学工程的前沿科技。,多元蛋白质芯片模型 图中按顺时针方向分别表示： 1）在格式化的改性表面上，固定配基； 2）含配基的芯片与蛋白溶液相互作用，蛋白特异性结合形成蛋白复合物； 3）对芯片进行检测以确定蛋白间的相互作用。,1),2),3),多元蛋白质芯片模型,研究蛋白相互作用的芯片 Protein G、p50和FRB等三种蛋白分别以点状阵列固定到玻片上。三种荧光标记的探针IgG（蓝）、 I B （