3纳米材料的应用
纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点。纳米科技被公认为是本世纪最具前途的科学研究领域它拓宽了人类认识自然的范畴，增强了人类观察自然和改造自然的能力使人类能够从纳米粒子这一基本结构出发，根据自己的意愿设计出在自然界中本不存在的具有全新功能的新材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题以及为设计具有新功能、新特性的新材料、新器件开辟了新天地，为人类改造自然提供了极大的机遇。目前纳米科技主要应用于以下几个方面：
1)医学、医药和环保领域:利用纳米微粒进行了细胞分离，用纯净的纳米粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。另外，利用纳米颗粒作为载体的病变病毒诱导物已经已取得了突破性进展。研究纳米技术在生命医学上的应用，可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系，获得生命的信息。设想利用纳米技术制造出分子机器人，在血液中循环，对身体各部位进行检测、实施治疗等。使用纳米技术可使药品生产过程愈来愈精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排序制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便。如用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可以主动搜索并攻击癌细胞或修补病灶。利用纳米材料制作功能独特的纳米膜、器件能探测到化学和生物制剂造成的污染，并能对它们进行过滤而消除污染。纳米金属氧化物粒子对生化武器可起到净化作用，例如，用磁性氧化物做成的散播于空气中纳米粒子，在室温下可杀死在空气中散播的耐热炭疽杆菌拟形体同样也可以杀死大肠埃舍利希氏杆菌，这对战场上军事战斗人员有极大的好处，可有效地减小生化武器对他们的杀伤力。纳米、微米以及介观多孔介质也可用于空气净化和灭齋。纳米氧化物也可以作为光催化剂在波^385nm的光照射下对污染的空气、水和物体表面进行净化，图4所示的纳米碳管具有光催化净化作用。
2)微电子和光电领域：纳米电子及光电子学和技术立足于最新的物理理论和技术用全新的技术来制造新电子和光电子系统，开发物质潜在能力和处理信息的能力，可为信息采集和处理能力带来革命性变革。倘若用纳米材料做电脑芯片和存储器以及其它电子器件，如开关、传输线等可使电脑体积大为减小。科学家正利用纳米技术将各种电子器件微型化。V.M.Balzani等人发现了如图5所示的目前世界上最小的具有很高灵敏度和效率的开关一分子开关。由于纳米线和纳米管可有效地带电和载有激子，因而是潜在的纳米电子器件和纳米光电子器件的基本构件，用碳纳米管可以做场效应和单电子晶体管。Park等人制作了单原子晶体管，观测到了单原子晶体管中的单电子现象并研究了其中的Coulomb阻塞和Kondo效应，为人们提供了另一条用化学方法制造和设计单原子器件及其中的电子态的途径，以及在研究纳米体系物理特性时重要的对单原子电子器件的测量手段。纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电子信息传输、储存、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术应用于现有雷达信息处理上，也可以使其能力提高十至几百倍，甚至可以将超高分辩率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。
3)机械领域:X对机械零件的金属表面用纳米粉处理后可以提高机械零件的耐磨性、硬度和使用寿命。最简单有趣的分子机械的传动部件为分子齿轮。图6是直径为2nm的作为纳米机械传动部件的纳米碳管齿轮，该齿轮的轴是单壁纳米碳管，而齿轮的齿部是与纳米碳管相结合的苯分子。
4)陶瓷领域：在传统陶瓷材料中掺入纳米粒子可以克服陶瓷材料的脆性使其能像金属一样柔和以便加工。在此技术的关键是在纳米陶瓷烧结过程中，不能让纳米粒子发生团聚以及有效控制纳米粒子的分布和尺度;在经济上降低纳米粒子的生产成本则有望在生产成本不高的条件下改进陶瓷材料的力学性能。研究表明掺纳米氧化钛粒子以及掺纳米氧化铝粒子的陶瓷材料具有很高的延展性,这种特性可以用晶界滑移模型来解释。
5)化工与纺织领域：大气中的紫外线的主图6纳米碳管齿轮。齿轮的轴是单壁纳米碳管，
要波段是在300至400nm范围内，太阳对人体齿是与纳米碳管相结构的苯分子有伤害的紫外线也在此波段。研究表明,纳Fig-6Carbonnanotuberbasedgearswithbenzeneteeth.Shaftsare米ZnO、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3等都对singlrwalled-onn-sandgearteeth^benzene
moleculesbondedontothenanotube此波段中紫外线有吸收。将纳米TiO2等粉末按一定的比例掺入到化妆品中，可有效地抵抗紫外辐射。将金属纳米粒子掺到化纤制品或纸张中，又可大大地降低静电作用。用纳米材料制成的多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用。在合成纤维中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2、纳米Al2O3和纳米FttO3等复合粉体材料，可得到抗紫外和对人体红外线有强吸收功能的纤维，这样既可以屏蔽人体红外线的辐射，在战场上起到隐蔽作用，又可提高保暖作用，同时可以减轻衣服的重量增加战斗人员的有效负重能力，在改善和提高我国军事装备方面极有应用价值。
6)分子组装:如何合成有一定尺寸、粒度均匀又无团聚的纳米材料是需要解决的问题。基于对单原子的操作，可以实现按意愿对分子组装。软化学和主客体模板化学方法，以及与超分子化学相结合的技术正在成为分子组装和裁剪的主要手段。R.W.Wagner等人以六方液晶为模板合成了直径为1至5nm的CdS纳米线。也有人提出采用生物分子和自组装合成纳米晶和纳米管。
纳米粒子具有特别高的表面区，因此这些粒子组装在一起时就具有很大的界面区。我们不仅要详细了解这些界面的结构.而且需要详细了解局部的化学性质和纳米级构件与其环境之间的隔离效应与相互作用，更需要了解纳米结构大小的控制、大小分布、组合与组装。在某些应用中，对这些参量有严格的要求，在其他应用中，则不太严格，因此必须搞清楚所研制纳米材料的特殊性。同时必须重视由此制得的纳米结构材料和器件的热、化学、和结构稳定性，因为结构稳定性在材料应用中是至关重要的因素。 4结论
以0.1~100nm长度范围中的物质的结构、特性、现象和应用为研究对象的纳米科技，为人类在这一小尺度范围内提供了一个认识世界和改造世界的大舞台。纳米体系在维度上的限制使其中的电子态、元激发和各种相互作用过程表现出与大块三维体系十分不同的特性。在纳米体系中，表面、量子、非定域量子相干、多体关联和非线性等效应都显得至关重要，对这些新奇的物理效应和特性的研究，必使人们重新认识和定义现有的物理理论和规律，必将导致新物理概念的引入和新物理规律的建立。纳米科技作为一种最具有市场应用潜力的新兴科技，其重要性和乃至彻底改变人类现有生活质量和方式的巨大潜力是不容置疑的。现在在很多方面已显端倪。随着对纳米科技研究的深入，必将在本世纪引起一场新的工业革命，对人类的生活产生深远的影响。
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