纳米科技论文.doc

纳米科技的发展及应用摘 要：纳米科技是近期发展起来的新兴科学领域,它正在化学、物理学、生物学和电子工程学的交叉领域形成,而且不断有新的发现和突破。本文论述了国内外纳米科技研究现状，阐释了纳米科技发展的过程，同时阐述了纳米科技在工业、医学、通信等方面的实际应用。关键词：纳米科技；纳米材料；纳米通信1 引言纳米技术是20世纪80年代末期诞生并迅速崛起的新技术,它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子,创造新物质。纳米(nm)是一个长度单位,纳米体系(通常界定为1100nm的范围)就在其中。这一体系既不完全适合于描述宏观领域的牛顿经典力学规律,又不完全适合于描述微观领域的量子力学规律,它表现出了许多独特的性能,需要用全新的理论、方法和表征手段在纳米尺寸范围内认识和改造自然,这就是纳米科技。纳米科技主要包括:纳米物理、纳米化学、纳米材料、纳米生物纳米电子等分支学科,它们之间既相互独立,又相互联系。目前,各个分支领域都取得了令人瞩目的成果,纳米科技正处于重大突破的前期。2 中国纳米科技的研究现状中国是世界上少数几个最先开展纳米科技研究的国家之一。20世纪80年代中期，中国开始资助纳米材料研究和纳米技术仪器装备研制，目前中国的纳米科技基础研究已在国际上占有一席之地。1982年发明的扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，STM）和1986年发明的原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)是纳米测量表征上的一个里程碑，标志着纳米科技从概念阶段，进入到实质性研究阶段。2.1.1 纳米科技研究方面的支持情况中国对纳米科技研究的支持，始于20世纪80年代中期。1987年，中科院化学所计算机控制的STM研制项目获中科院院长基金的资助。自1990年以后，国家科委“攀登计划”资助了纳米科学研究。1999年，国家科委开始在“973计划”中单独设立“纳米材料和纳米结构”研究项目。“863计划”在19902002年间，支持了将近1000个纳米方面的课题。在19912000年间，国家自然科学基金委员会共资助纳米科技研究9000多万元。2.1.2纳米科技的研究状况中科院物理所的解思深于1996年在国际上首次发明了控制多层碳管直径和取向的模板生长方法，制备出离散分布、高密度和高强度的定向碳管；1998年合成了世界上最长的纳米碳管；2000年,又对管径仅为0.5nm的极小直径纳米碳管的力学、热学光学和导电性质进行了系统研究。此系列工作在1998年、2000年分别被评为国内十大基础研究进展。清华大学范首善课题组在国际上首次利用碳纳米管限制反应形成直径为3nm40nm、长度达微米级的发蓝光的氮化镓一维纳米棒，在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。该成果被评为1998年中国十大科技进展新闻。中科院金属所的研究小组，在世界上首次发现纳米金属材料具备室温下的超塑延展性纳米铜在室温下冷轧可延伸50多倍。中科院金属所成会明研究组利用等离子蒸发技术成功地制备单壁碳纳米管材料并获得优异的储氢性能，质量储氢容量可达4%。3 世界各国纳米研究状况 新世纪是卓越的科学发现和巨大的技术突破层出不穷的时代。世界许多国家都制定了自己的科技发展战略和规划，力争掌握科技发展的先机，在国际科技舞台上占据一席之地。各个主要国家和地区在纳米技术领域的竞争一年强于一年。这种竞争体现在战略和政策、公共和私人研发投资及追求应用方面。3.1 美国高度重视纳米技术研究美国在纳米技术方面起步早，联邦对硬件资助逐年增加。2000年出台“国家纳米技术研究计划”后，联邦研发预算大幅增加，2001年为4.22亿美元，2003年为7.1亿美元,2004年达8.49亿美元。据称，从2001年开始的三年内，美国联邦对纳米技术的资助总额增长了83%。2003年12月3日，布什总统签署了21世纪纳米技术研发法，规定从2005年开始，四年内联邦为国家纳米技术计划资助37亿美元。目前，美国企业对纳米技术的投资两倍于联邦投资。根据国会通过的有关纳米科学、研发与教育的法案，成立了“国家纳米技术研发计划”这个常设机构。许多大学建立了跨学科的纳米技术研究中心，并与工业界建立了研发伙伴关系。3.2 欧盟对纳米技术的研发当仁不让对于纳米技术研发，欧洲对美国当仁不让。纳米技术是欧盟前两个计划的重点，在第六个框架计划中，纳米技术又是一个最优先领域，研发经费为13亿欧元。纳米技术也处在欧盟另两个优先领域生命科学和信息社会技术的核心地位。欧洲纳米商业联合会称，如果把欧盟成员国的投资计算在内，欧洲2002年的纳米技术的投资应是美国的两倍。欧盟有86个国内和国际研究网络致力于纳米技术的研究，参加网络的有2000多个，其中有许多机构得到了国家的资助。德国、法国和英国等都有完备的纳米技术研究计划。3.3 日本视纳米技术为振兴经济的关键1991年，日本电器公司的饭岛澄男发现了碳纳米管，此后，纳米技术在日本备受重视。近年日本关注经济振兴，政府确信科技是依靠，而纳米技术在未来是关键，2003年政府技术拨款预计达10亿美元。支持纳米技术研究的政府机构主要是经济产业省和文部科学省。大公司也是纳米技术研究资金的一个主要来源。3.4 其他国家和地区研究不断深入在世界三强共逐纳米技术之际，其他国家也有在目标、在重点地追赶。韩国每年的纳米技术投入列为优先领域，并制定了相应的计划。韩国政府2009年18日决定在今后10年内投入1.48万亿韩元(1300韩元合1美元)的资金,用以大力开发纳米技术。将集中支持科研部门开发具有战略意义和竞争力的纳米技术，促使韩国尽快拥有世界前五位的技术竞争力。为此，韩国决定在国家科技委员会内新设纳米技术专门委员会，并在今后10年内培养1.26万名专业人才，同时建立研究设备中心。为了鼓舞科技工作者的士气，政府决定建立“科技工作者名誉殿堂”，以提高科技工作者的社会地位，并对作出成绩的科技工作者进行奖励。与此同时，韩国政府还决定2010年的财政预算中的5%要用于研究开发。在这笔预算中，20%要用于基础研究。此外，韩国国防部、科技部、产业资源部和情报通信部将共同投资363亿韩元，用于开发军地两用技术和军地技术转移等。4 纳米科技的技术优势在纳米研究快速发展的基础上,纳米在工业、能源、医学和环境等传统产业中的应用研究也愈加广泛和深入,推动着纳米科技自身的发展和相关领域的技术进步,主要表现在:(1)纳米材料绿色制版技术是传统印刷行业的重大技术革新;(2)染料敏化纳米结构电池极有可能取代传统硅系太阳能电池,成为未来太阳能电池的主导;(3)大面积单晶硼纳米线有可能成为柔性的显示材料;(4)基于纳米半导体材料的智能透明隔热薄膜使玻璃变更节能;(5)新型纳米纤维织造的“智能布”可利用人体运动产生电力;(6)碳纳米管制成的细胞“嗅探器”,能够探测活细胞中的致癌毒素或追踪癌症药物的效用,可用于化疗监测;(7)基于碳纳米管与氟化共聚物的可导电橡胶向制造可变形电路迈出重要一步。5 纳米科技的美好前景纳米科技已经显示了其在各产业技术创新中的巨大潜力。虽然目前大部分研究成果还没有进入产业化应用,但可以预见在未来一段时间内纳米科技必将强劲推动各产业的技术进步。51 纳米技术将在能源领域取得突破近年来,纳米太阳能光伏电池产业的快速发展标志着纳米技术在能源领域发展的广阔前景,随着新的基于纳米技术的太阳能电池的出现,将使廉价而大容量的太阳能制造技术成为可能。52 纳米科技将在医学更广泛应用通过纳米级微型探测器可以大幅提高医学诊断和疾病检测精度,同时纳米颗粒还可以实现靶向分子治疗目前基于发现肿瘤标志物并快速表达的微阵列芯片、纳米碳管等技术已显示出非常好的应用前景。53 纳米科技开启电子信息产业革命极端纳米技术和新型纳米器件将为电子信息产业带来革命性进步。微机电系统是电子信息产业的发展趋势,包括纳米制造、纳米计量在内的纳米科技将使其成为可能,同时也为纳米科技在其它领域的应用奠定坚实的基础。54 纳米科技在未来通信技术上的应用通信技术是现代信息社会的重要技术支撑，在人们的社会生活中发挥着重要的、不可替代的作用。纳米科学技术的发展从材料、器件、信息传输、信息处理、信息显示、终端通信产品等多个方面为未来通信科学技术的发展展示了全新的技术，正引领未来通信科学技术的发展，特别是纳米科技对未来的电子信息技术将产生十分重要的促进作用。纳米材料为光缆提供了新的技术，近来，一些厂商已开发出纳米光纤涂料、纳米光纤油膏、纳米护套用聚乙烯（PE）及光纤护套管用纳米PBT等材料。采用纳米材料的光缆，利用了纳米材料所具有的许多优异性能，对光缆的抗机械冲击性能、阻水、阻气性都有一定的改善，并可延长光缆的使用寿命，提高了网络的可靠性。采用纳米科技制造技术制备的量子点激光器能够用于量子加密技术。目前，许多金融机构、政府部门和一些国防项目承包商都采用了量子加密技术。量子保密通信通过了信息传输过程中的安全性，在未来10年会有比较大的发展。利用纳米制造技术制造的光子晶体光纤能用于未来全新光孤子光通信系统。参考文献1赵玉芳，杨伯君，张茹，纳米技术在光通信中的应用J.光通信技术，2007，2，55-56.2周治平、郜定山、汪毅等，硅基集成电子器件的新进展J.激光与光电子学进展，2007，2（44）,31-38.2运银