第一篇：“納米材料與納米技術”課程論文

課程名稱：納米材料與納米技術

論文題目：納米材料與技術的發展現狀與趨勢

學院：材料與能源學院

姓名：夏國東

學好：3110006707

納米材料與技術的反轉現狀與趨勢

21世紀前20年，是發展納米技術的關鍵時期。由于納米材料特殊的性能，將納米科技和納米材料應用到工業生產的各個領域都能帶來產品性能上的改變，或在性能上有較大程度的提高。利用納米科技對傳統工業，特別是重工業進行改造，將會帶來新的機遇，其中存在很大的拓展空間，這已是國外大企業的技術秘密。英特爾、IBM、SONY、夏普、東芝、豐田、三菱、日立、富士等具有國際影響的大型企業集團紛紛投入巨資開發自己的納米技術，并到得了令世人矚目的研究成果。納米技術在經歷了從無到有的發展之后，已經初步形成了規模化的產業。歐盟、日本、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、中國、韓國、以色列、新西蘭等國在納米材料領域的投資較大。日本國會提出要把發展納米技術作為今后數十年日本的立國之本，政府機構和大公司是其研究資金的主要來源，中小企業的作用很小。

中國在上世紀80年代，將納米材料科學列入國家“863計劃”、和國家自然基金項目，投資上億元用于有關納米材料和技術的研究項目。但我國的納米技術水平與歐美等國的差距很大。目前我國有50 多個大學20多家研究機構和300多所企業從事納米研究，已經建立了10多條納米技術生產線，以納米技術注冊的公司100多個，主要生產超細納米粉末、生物化學納米粉末等初級產品。

目前納米材料與技術在各方面的應用越來越廣泛，小到日常使用的刀具，大到航空航天，都遍布納米材料的身影。

1、納米技術在建筑涂料中的應用

涂料是建筑物的內衣（內墻涂料）和外衣（外墻涂料），國內傳統的涂料普遍存在懸浮穩定性差、不耐老化、耐洗刷性差、光潔度不高等缺陷。納米復合涂料就是將納米粉體用于涂料中所得到的一類具有耐老化、抗輻射、剝離強度高或具有某些特殊功能的涂料。在建材（特別是建筑涂料）方面的應用已經顯示出了它的獨特魅力。

2、納米技術在混凝土材料中的應用

隨著社會工業化的深入發展和我國基礎建設的廣泛開展，水泥混凝土作為一種傳統的建材，其產量和用量都在不斷地增加，高性能混凝土已成為水泥基復合材料領域中的研究熱點。同時，許多特殊領域要求水泥混凝土具有一定的功能性，如希望其具有吸聲、防凍、高強且高韌性等功能。納米材料由于具有小尺寸效應、量子效應、表面及界面效應等優異特性，因而能夠在結構或功能上賦予其所添加體系許多不同于傳統材料的性能。利用納米技術開發新型的混凝土可大幅度提高混凝土的強度、施工性能和耐久性能。

3、納米技術在陶瓷材料中的應用

二十世紀90年代初，日本Nihara首次報道了以納米尺寸SiC顆粒為第二相的納米復相陶瓷具有很高的力學性能，并具有很多獨特的性能。含有20%納米鈷粉的金屬陶瓷是火箭噴氣口的耐高溫材料。氧化物納米材料在這方面都優于同質傳統陶瓷材料，在陶瓷基中添加其他納米微粒的效果也正在研究。利用納米粒子特殊的光電磁特性制成太陽能陶瓷、遠紅外陶瓷等，用于建筑物飾面，可開發太陽能，調節環境溫度，促進人們身體健康。納米技術在陶瓷上的應用潛力不可估量。

4、在國防科技上的應用

納米技術將對國防軍事領域帶來革命性的影響。例如：納米電子器件將用于虛擬訓練系統和戰場上的實時聯系；對化學、生物、核武器的納米探測系統；新型納米材料可以提高常規武器的打擊與防護能力；由納米微機械系統制造的小型機器人可以完成特殊的偵察和打擊任務；納米衛星可用一枚小型運載火箭發射千百顆，按不同軌道組成衛星網，監視地球上的每一個角落，使戰場更加透明。而納米材料在隱身技術上的應用尤其引人注目。在雷達隱身技術中，超高頻段電磁波吸波材料的制備是關鍵。納米材料正被作為新一代隱身材料加以研制。

5、納米醫學和生物學

從蛋白質、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結構也是生命現象中基本的東西。細胞中的細胞器和其它的結構單元都是執行某種功能的“納米機械”，細胞就象一個個“納米車間”，植物中的光合作用等都是“納米工廠”的典型例子。納米微粒的尺寸常常比生物體內的細胞、紅血球還要小，這就為醫學研究提供了新的契機。

經過幾十年對納米技術的研究探索，現在科學家已經能夠在實驗室操縱單個原子，納米技術有了飛躍式的發展。納米技術的應用研究正在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤4大領域高速發展。可以預測：不久的將來納米金屬氧化物半導體場效應管、平面顯示用發光納米粒子與納米復合物、納米光子晶體將應運而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學組裝計算機將投入應用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學傳感器等將被研究制造出來。

新產物的出現總是伴隨著優點與缺點，納米材料的發展也不是一帆風順的，隨著人們對納米材料的認識不斷加深，一些存在的問題也不斷被發掘出來。

1、職業暴露人群，包括納米技術的研發人員和工人的健康安全問題。根據現有的毒理學研究，納米粉塵和顆粒有可能通過呼吸和皮膚接觸進入人體。這就給長期暴露在納米材料氛圍中的一線工人和研發人員的健康帶來潛在威脅。此外，納米材料還有一個特點就是易燃易爆。萬一因為操作不當等帶來火災或者爆炸，后果不堪設想。因此，如何切實保護在納米材料生產場所中暴露人員的健康，以及實驗室和工作場所納米材料的管理、納米材料運輸過程中的安全措施以及一旦發生危險的危機處理問題等應該成為勞動保護法和工業環境法研究和關注的對象。

2、消費者的權益問題。隨著納米技術的產業化程度的提高，目前，在化妝品和食品中納米技術的應用越來越多。市場上的化妝品和體育用品有許多是納米材料產品，比如說防曬霜和口紅。食品包裝中的聚合物基納米復合材料(PNMC)的應用、作為食品機械的潤滑劑、納米磁致冷工質和食品機械原材料中橡膠和塑料的改性等等都用到納米材料。毫無疑問這些材料具有獨特的優點。但是在安全上也具有不確定性。但目前進行標識的納米材料還微乎其微。從知情同意的倫理原則出發，消費者和相關人員有權知道自己所接觸的材料的內容及其風險程度。

3、環境保護問題。研究證明，不僅在納米技術的工作場所的環境問題關系到相關人員的健康，而且廢棄的納米材料進入空氣、土壤、水體等環境后，可以產生一系列環境過程，最終對人和整個生物鏈產生負面影響。由于納米材料具有強烈的吸附能力。在擴散、遷移過程中，還能吸附大氣、土壤中存在的一些常見化學污染物如多環芳烴、農藥、重金屬離子等。因此，環境法應該研究納米材料的環境問題，尤其必須加強廢棄納米材料的管理。

4、隱私權的保護問題。隨著納米器件的微型化，納米技術在醫學、社會治安和國防方面具有廣泛的作用，但同時也構成對個人隱私的威脅。比如，通過將納米設備嵌入對象物(身體或者物件)中，可以監視和跟蹤目標，搜集個人信息和行為習慣。而可以儲存一個人的全部基因和疾病信息的納米芯片有可能成為被利用的工具，在勞資關系方面，成為企業用人歧視的理由或者成為保險公司限制患者自由的砝碼。面對高新技術的應用如何保護個人的隱私權，是擺在我們法律工作者面前的一個重要問題

在技術和經濟全球化的今天，納米技術的許多前沿問題亦如能源問題、環境問題以及生物技術的問題一樣，不是基于一個國家的力量所能解決的。一旦國家之間與納米技術相關的法律框架存在不同，就不可避免地會導致國際間合作研究的障礙，以及全球納米技術風險與利益分配不公等問題，因此，有必要在一定的國際法體系下就納米技術發展中的某些基本的標準、原理達成一致意見，實現各國相關法律體系的協調。在此基礎上，制定全球性的指導納米技術發展的基本原則框架，促進成員國和公眾對于納米技術的關注，真正推動納米技術風險的“善治”。而如果沒有一個全球治理的框架協議，將導致納米技術發展中的惡意競爭，從而最終阻礙納米技術的健康發展。

納米材料作為一種新型高科技材料，毫無疑問會引起一系列強烈的變革，中國對與納米材料的研究與重視程度仍然落后于西方國家，在未來，如何在納米材料領域更進一步不單是前人的責任更是我們大學生的責任，只有不斷的自強不息，才能讓祖國在未來高科技時代中不落于人后！

關 鍵 詞：納米材料，納米科技，進展，應用，前景，問題

摘 要： 納米材料是21世紀的新型發展領域，在各個方面都有重大的應用，帶來很多技術改革和創新，但是也存在一些不用忽視的問題，未來的發展需要靠我們的努力。

參考文獻：國家新材料行業生產力促進中心、國家新材料產業發展戰略咨詢委員會和北京麥肯資訊有限公司聯合編輯出版的《中國新材料發展報告》

倪星元 姚蘭芳 沈軍 周斌 編著 《納米材料制備技術》 化學工業出版社 張立德，牟季美，納米材料和納米結構，科學出版社，2001

第二篇：納米材料與納米技術課程論文要求

“納米材料與納米技術”課程論文要求

根據本課程的教學內容，結合參考文獻，對納米材料與納米技術進行綜述。具體要求如下：

1.封面：廣東工業大學課程論文，課程名稱，論文題目，姓名、學院、學號

（10分）2.正文4000-6000字

（15分）

3.A4紙單面打印，正確排版（5號字，小標題，頁碼，行距，等等）

（15分）4.正文內容：要求用自己的語言，按自己的邏輯對納米材料與納米技術現狀、應用、發展趨勢、存在問題等進行論述，要有自己的分析和見解

（50分）

5.摘要、關鍵詞及3篇以上參考文獻，不可或缺；參考文獻寫作格式：1）作者，作者，作者等.論文名稱.刊物名稱，年（期）：起止頁.，2）作者，作者，作者等.著作名稱.出版社，出版地址，出版年月.（10分）

6.嚴禁在網上直接下載，一經發現，取消該課程成績。

第三篇：納米材料與納米技術論文

納米材料與納米技術

學院：自動化學院

專業年級： 2015級物聯網工程 學生姓名：梁建業 學號：3115001473

4班 摘要：納米技術是當今世界最有前途的決定性技術。文章簡要了解納米材料和納米技術，介紹它的一些相關的應用及其在國內外的現狀，并嘗試預測它的發展趨勢。與此同時，也共同探討下其存在的問題。首先，讓我們來簡單地了解下納米材料和納米技術吧！一． 什么是納米材料？

納米是一個長度單位，1nm=10ˉ9m。納米材料是指在結構上具有納米尺度調制特征的材料，納米尺度一般是指1~100nm。當一種材料的結構進入納米尺度特征范圍時，其某個或某些性能會發生明顯的變化。納米尺度和性能的特異變化是納米材料必須同時具備的兩個基本特征。

按材質，納米材料可分為納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復合材料。其中納米非金屬材料又可細分為納米陶瓷材料、納米氧化物材料和其他非金屬納米材料。

按納米尺度在空間的表達特征，納米材料可分為零維納米材料即納米顆粒材料、一維納米材料（如納米線、棒、絲、管和纖維等）、二維納米材料（如納米膜、納米盤和超晶格等）、納米結構材料即納米空間材料（如介孔材料。

按形態，納米材料可分為納米顆粒材料、納米固體材料（也稱納米塊體材料）、納米膜材料以及納米液體材料（如磁性液體納米材料和納米溶膠等）。

按功能，納米材料可分為納米生物材料、納米磁性材料、納米藥物材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料以及納米環保材料等）。

二．什么是納米技術？

納米技術（nanotechnology）是指在0.1~100nm空間尺度上操縱原子和分子，對材料進行加工，制造具有特定功能的產品或對物質及其結構進行研究的一門綜合性的高新技術學科。其實通俗的講就是“use little things to finish the big work”。我們在分子原子這樣的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技產品，他們往往具有相比于一般材料更優良的性能，具有很高的實用價值和研究價值。而將納米應用到測量等方面，又可以達到高精度的效果，比如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子顯微鏡(AFM)的發明等。另外還有：納米物理學、納米生物學、納米化學、納米電子學、納米加工技術和納米計量學等方面的應用。

三． 納米技術的特異性質及其相關的應用。

1.納米技術的具有的個性效應。

小尺寸效應是指：隨著顆粒尺寸的不斷減小，當進入納米量級的時候，顆粒的光、聲、電磁和熱力學等物理性質將發生根本性變化的一類現象。比如磁性的納米顆粒的矯頑力異常之高，而且其有很多應用，磁性車票、磁性鑰匙、磁性信用卡等都是應用這一性質；又如納米二氧化鈦陶瓷一改傳統陶瓷在室溫下可彎曲，塑性形變可達到100%，這就克服了傳統陶瓷性非常脆的弱點。

量子尺寸效應是指：隨著顆粒的尺寸進入納米量級，電子能級也隨之從連續轉變為離散的，也就是量子化的了，而且能級間距也發生了分裂。這時納米微粒的磁、光、聲、熱、電等性能有了根本性的轉變，例如實驗結果表明，納米銀是絕緣體。表面效應是指：伴隨著顆粒尺寸的不斷減小，顆粒總的表面積大幅度變大，表面原子數急劇上升，與此同時，納米材料的表面能也急劇變大，這種現象稱之為表面效應。由于表面原子活化能大，所以它們具有非常高的活性，很不穩定，就更容易與其他物質結合。我們熟悉的現象：納米金屬微粒在空氣中就能夠燃燒。

宏觀量子隧道效應是指：一些宏觀量，例如量子相干器件中的磁通量、納米顆粒的電導率、超微顆粒的磁化強度等也具有隧道效應的現象。

2.納米技術的特殊性質。

（一）力學性質

高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納米材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。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和晶粒粗大的原因其力學強度一直難以有大的提高。應用納米技術制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領域占據了主導地位。使用納米技術制成的陶瓷、纖維廣泛地應用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環境下使用。

（二）磁學性質

當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。目前巨磁電阻效應的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復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比傳統粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數至少比傳統粗晶材料低3個數量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數量級，從而在光磁系統、光磁材料中有著廣泛的應用。

（三）電學性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應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，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管，表現出很好的晶體三極管放大特性。并根據低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進展，已經成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

（四）熱學性質

納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有強烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉換為熱能。

（五）光學性質

納米粒子的粒徑遠小于光波波長。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應和光過濾中應用廣泛。由于量子尺寸效應，納米半導體微粒的吸收光譜一般存在藍移現象，其光吸收率很大，所以可應用于紅外線感測器材料。

（六）生物醫藥材料應用

納米粒子比紅血細胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運動，如果利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內，就可以對人體進行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。在醫藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內的輸運更加方便。

納米材料和納米技術的現狀： 一．國內的研究現狀：

與國外相比,由于我們自身的某些特殊原因,國內對納米材料的研究起步晚,確切的應該是20世紀80年代,到現在僅僅三十來年的時間,但在納米材料其特異性能的誘惑下，在以中科院為龍頭的引導下，我國對納米材料的研究一直保持高速發展，并取得很多重大成果，使我國對納米材料的研究在總體水平上達到國際先進水平，當然這些成就的取得得益于國家對納米高端技術的高度重視，近年來納米材料已經成為社會熱點話題，納米材料的應用研究正如火如荼地進行，我國已經進入了基礎研究與應用研究并重的新局面。由于我國納米材料研究方面已經取得的驕人成果，使我們的研究情況在國際上都占有一定的地位。目前，我國納米材料研究資助項目，主要以金屬和無機非金屬材料主，占80%左右，高分子和化學合成材料是另一個重要方向，都有所突破。而納米結構材料研究集中在納米晶、納米粉、納米薄膜、納米材料、納米材料改性、增強增韌、納米結構和納米特性研究;納米功能材料的重點領域為納米信息材料、納米環境材料、納米傳感材料、熱電光磁環境下的特性研究。信息領域包括納米信息材料、納米電子學、納米器件等，是材料、物理、信息相互交叉、促進的領域。生命領域主要集中資助生物材料及應用，如生物納米傳感、檢測等。礦物和巖土介質中納米顆粒的分布和形成機理及應用研究則是地球科學的主要內容。

二．國外的研究現狀：

科學家很早就預言納米技術將在21世紀科技舞臺上扮演重要的角色。日本通產省政府與1990年做出資助兩項十年計劃的重要決定，分別是量子裝置計劃和關于原子技術的計劃，因此日本也就成為了世界上大規模大投入研究納米技術的先導國。日本的公司和研究所主要集中研究材料的加工和制造，包括先進的醫療診斷器械和微電子應用方面。納米技術廣泛而細致，包括如納米顆粒的合成、加工，以及具有納米結構的材料的制造等。目前，從總體實力上客觀評價，在納米材料合成和組裝研究方面美國處于領先地位，歐洲和日本緊隨其后；在生物方法以及其實際應用方面，美國和歐洲又要強一點，日本稍遜一點點；納米分散和涂層方面美國與歐洲相近，日本的研究較晚一些，但日本在納米裝置領域和固體材料方面相當強悍，比美國、歐洲都先進。發展趨勢

一．納米材料的發展趨勢

(1)納米尺度。通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元,制備更輕更強的材料,并具有壽命長、維修費用低等特點;以新原理和新結構在納米層次上構筑特定性質的生物材料和仿生材料;由于納米技術能使物質的物理、化學性能發生根本的改變,如納米陶瓷硬如鋼鐵,而納米鋼卻能像橡膠那樣富有彈性等。所以,納米技術被認為是21世紀材料技術的發展方向。(2)航天和航空。這方面的研究主要包括:研制低能耗、抗輻射、高性能計算機;微型航天器用納米集成的測試、控制儀器和電子設備;抗熱脹、耐磨損的納米結構涂層材料。(3)國家安全。通過納米電子器件在信息控制中的應用,使軍隊在預警、導彈攔截等領域快速反應;用納米機械設備控制,國家核防衛系統的性能將大大提高;通過納米材料的應用,可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性有很大提高,可用于艦船、潛艇和戰斗機等。二．納米技術的發展趨勢(1)微電子和計算機。納米結構的微處理器的效率將提高100萬倍,并實現兆兆比特的存儲器(提高1000倍);研制集成納米傳感器系統。(2)環境和能源。發展綠色能源和環境處理技術,減少污染和恢復被破壞的環境;制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體,用以消除水和空氣中的污染;成倍提高太陽能電池的能量轉換效率。

(3)醫學。納米粒子將使藥物在人體內的傳輸更方便,將來用納米結構“組裝”一種尋找病毒的藥物進入人體后,可對艾滋病、癌癥、病毒性感冒等進行治療;在人工器官外涂上納米粒子可預防移植后的排斥反應;研究與人體友好的人工組織、器官復明和復聰器件等。

(4)生物。在納米尺度上按照預定的對稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質、核糖核酸等,在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能,生物仿生化學藥品和生物可降解材料;動植物的基因改善和治療,測定DNA的基因芯片等。存在的問題： 一．社會危害

納米材料（包含有納米顆粒的材料）本身的存在并不是一種危害。只有它的一些方面具有危害性，特別是他們的移動性和增強的反應性。只有某些納米粒子的某些方面對生物或環境有害，我們才面臨一個真的危害。二．健康問題

納米顆粒進入人體有四種途徑：吸入，吞咽，從皮膚吸收或在醫療過程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進入人體，它們具有高度的可移動性。在一些個例中，它們甚至能穿越血腦屏障。

納米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個大課題。基本上，納米顆粒的行為取決于它們的大小，形狀和同周圍組織的相互作用活動性。它們可能引起噬菌細胞（吞咽并消滅外來物質的細胞）的“過載”，從而引發防御性的發燒和降低機體免疫力。它們可能因為無法降解或降解緩慢，而在器官里集聚。還有一個顧慮是它們同人體中一些生物過程發生反應的潛在危險。由于極大的表面積，暴露在組織和液體中的納米粒子會立即吸附他們遇到的大分子。這樣會影響到例如酶和其他蛋白的調整機制。三．環境問題

主要擔心納米顆粒可能會造成未知的危害。四．社會風險

納米技術的使用也存在社會學風險。在儀器的層面，也包括在軍事領域使用納米技術的可能性。（例如，在MIT士兵納米技術研究所[1]研究的裝備士兵的植入體或其他手段，同時還有通過納米探測器增強的監視手段。

盡管到目前為止，納米材料與納米技術仍然是個飽受爭議的話題，對人類的危害還是個未知數，但隨著科技的發展,我相信這些問題都將會被妥善解決。納米的應用領域將不斷拓展,將會產生革命性的變革。預計不久的將來,納米科技將深入到各行各業乃至千家萬戶,并將成為今后二三十年科技發展的主導技術。

[參考文獻] [1]白春禮.納米科技及其發展前景[J].中國工程咨詢, 2000,(4):38-41.[2]夏秦海.納米技術與環境保護[J].環境保護,2001,(3): 44.[3]張立德.納米材料研究的進展與我國的對策[J].科技導 報,2000,(10):33-34 [4]百度百科

第四篇：納米材料與納米技術選修結課論文

考試序列號__88__

通識教育課程論文

論文題目：納米材料與納米技術的發展及應用

課程名稱: 納米材料與納米技術 學院 外國語學院 專業班級 15級科技英語2班 學 號 3115006865 姓 名 劉輝鷹 聯系方式 *** 任課教師 陶平均

2016年10月31日 摘要：

1、納米是一種幾何尺寸的度量單位，1納米=百萬分之一毫米。

2、納米技術帶動了技術革命。

3、利用納米技術制作的藥物可以阻斷毛細血管，“餓死”癌細胞。

4、如果在衛星上用納米集成器件，衛星將更小，更容易發射。

5、納米技術是多科學綜合，有些目標需要長時間的努力才會實現。

6、納米技術和信息科學技術、生命科學技術是當前的科學發展主流，它們的發展將使人類社會、生存環境和科學技術本身變得更美好。

7、納米技術可以觀察病人身體中的癌細胞病變及情況，可讓醫生對癥下藥。

和生物技術一樣，納米科技也有很多環境和安全問題（比如尺寸小是否會避開生物的自然防御系統，還有是否能生物降解、毒性副作用如何等等）。

1、納米材料與納米技術的定義：

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構成的材料，這大約相當于10~100個原子緊密排列在一起的尺度。

納米科學技術是介于微觀與宏觀之間的介觀物理，關于納米科學技術的定義很多，具有代表性的說法有：如英國科學家阿爾培特.佛朗克斯教授把納米技術定義為“在0.1-100納米尺度范圍起關鍵作用的科學技術領域。”美國“國家納米技術倡議”（NNI）即推薦采用科普作家伊凡.阿莫托在一本小冊子中的提法：“納米科學和納米技術一般是指，在納米尺度上，則從一納米到幾百納米介觀范圍內，所從事的工作范疇”。

2、納米材料與納米技術的現狀

目前納米材料及技術的應用也越來越廣泛，在專業電子信息產業，納米技術的應用將為電子信息產業的發展克服以強場效應、量子隧穿效應等為代表的物理限制，以功耗、互聯延遲、光刻等為代表的技術限制和制造成本昂貴、用戶難以承受的經濟限制，制造出基于量子效應的新型納米器件和制備技術。具有量子效應的納米信息材料將提供不同于傳統器件的全新功能，從而產生出新的經濟增長點。這將是對信息產業和其他相關產業的一場深刻的革命。這些技術的突破將全面地改變人類的生存方式，它所帶來的經濟價值是難以估量的。正如美國《新技術周刊》指出，納米技術在電子信息產業中的應用，將成為21世紀經濟增長的一個主要發動機，其作用可使微電子學在21世紀對世界的影響相形見絀。納米技術將在生物醫學、藥學、人類健康等生命科學領域有重大應用。在納米生物材料、微細加工、光學顯示、生物信息和分子生物學等技術積累的基礎上，發展生物芯片技術、形成新型生物分子識別的專家系統、臨床疾病檢測系統、藥物篩選系統和生物工業活性監測系統等實用化技術，具有重要的社會與經濟前景。預計到!“-#年，僅納米技術在生物醫藥領域中的應用，全球市場將達到2000億美元。

納米技術的廣義范圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術著重于納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。

納米粒子異于大塊物質的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結構，此結構代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。

就熔點來說，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質，也就是造成熔點下降，同時納米粉末將比傳統粉末容易在較低溫度燒結，而成為良好的燒結促進材料。

一般常見的磁性物質均屬多磁區之集合體，當粒子尺寸小至無法區分出其磁區時，即形成單磁區之磁性物質。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優異的磁性材料。

納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長，因此將與入射光產生復雜的交互作用。金屬在適當的蒸發沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應用于紅外線感測器材料。

3、納米材料與技術的發展趨勢：

自20世紀70年代納米顆粒材料問世以來，從研究內涵和特點大致可劃分為三個階段：

第一階段（1990年以前）：主要是在實驗室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究評估表征的方法，探索納米材料不同于普通材料的特殊性能；研究對象一般局限在單一材料和單相材料，國際上通常把這種材料稱為納米晶或納米相材料。

第二階段（1990~1994年）：人們關注的熱點是如何利用納米材料已發掘的物理和化學特性，設計納米復合材料，復合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導方向。

第三階段（1994年至今）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結構材料體系正在成為納米材料研究的新熱點。國際上把這類材料稱為納米組裝材料體系或者納米尺度的圖案材料。它的基本內涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系。

而今天，從技術創新的發展趨勢來看，需要更精致、環境友好、更具有智能化的技術創新。

納米材料具有一定的獨特性，當物質尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變為1000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生明顯的差異。

高級納米技術，有時被稱為分子制造，用于描述分子尺度上的納米工程系統（納米機器）。無數例子證明，億萬年的進化能夠產生復雜的、隨機優化的生物機器。在納米領域中，我們希望使用仿生學的方法找到制造納米機器的捷徑。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出：高級納米技術雖然最初會使用仿生學輔助手段，最終可能會建立在機械工程的原理上。

單純由大到小（top down）的創新思維和方法已經面臨挑戰，納米科學技術的研究方法（approaches），即提出了全新的創新思維和方法，這里有兩種方法：第一是繼續沿著古已有之的”由大到小“（top down）思路和方法干下去，不過這里的”小“可不是原有意義上的毫米、微米的小，而是在納米尺度（0.1-100nm）上的小，在這么”小“的地方出現的景觀同傳統意義上的毫米、微米尺度上的出現的景象根本不同，在這里真正的發生了量子力學上的波粒二像性。現在用這種方法（top down），可以在宏觀塊體材料（如半導體）上利用機械和蝕刻技術制造納米尺度結構。納米材料的制備的種種方法，還是這一方法。估計二十一世紀的前半葉，甚至更長時間，這種方法還起到支柱作用。但是它創造的文明會是非常輝煌的。第二種方法，就是實現量子物理學界的奇才費曼所預言的那樣”物理學的規律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性“。即”由小到大"（bottom up）的方法，人們按需要用一個個原子或一個個分子組裝創造出有機和無機物品。這方面的創新工作已取得一些成果，見諸報端的不少，但離真正的實用還要走很長的路。

4、納米材料與納米技術的應用：

1、天然納米材料

海龜在美國佛羅里達州的海邊產卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內的納米磁性材料，為它們準確無誤地導航。

生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發現這些生物體內同樣存在著納米材料為它們導航。

2、納米磁性材料

在實際中應用的納米材料大多數都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。

3、納米陶瓷材料

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、納米傳感器

納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷傳感器高得多。

5、納米傾斜功能材料

在航天用的氫氧發動機中，燃燒室的內表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內表面要用陶瓷制作，外表面則要用導熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結成形時，就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。

6、納米半導體材料

將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現負值。這些特性在大規模集成電路器件、光電器件等領域發揮重要的作用。

利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。

7、納米催化材料

納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分數較大、表面的化學鍵狀態和電子態與顆粒內部不同、表面原子配位不全，導致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。

鎳或銅鋅化合物的納米粒子對某些有機物的氫化反應是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應的溫度從600 ℃降低到室溫。

8、醫療上的應用

血液中紅血球的大小為6 000～9 000 nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進行治療，其作用要比傳統的打針、吃藥的效果好。碳材料的血液相溶性非常好，21世紀的人工心瓣都是在材料基底上沉積一層熱解碳或類金剛石碳。但是這種沉積工藝比較復雜，而且一般只適用于制備硬材料。

介入性氣囊和導管一般是用高彈性的聚氨酯材料制備，通過把具有高長徑比和純碳原子組成的碳納米管材料引入到高彈性的聚氨酯中，我們可以使這種聚合物材料一方面保持其優異的力學性質和容易加工成型的特性，一方面獲得更好的血液相溶性。

實驗結果顯示，這種納米復合材料引起血液溶血的程度會降低，激活血小板的程度也會降低。

使用納米技術能使藥品生產過程越來越精細，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便，用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。通過納米粒子的特殊性能在納米粒子表面進行修飾形成一些具有靶向，可控釋放，便于檢測的藥物傳輸載體，為身體的局部病變的治療提供新的方法，為藥物開發開辟了新的方向。

9、納米碳管

1991年，日本的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖所示。

這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強度比鋼高出100倍，導電率比銅還要高。

在空氣中將納米碳管加熱到700 ℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點金屬（如鉛）蒸發后凝聚在開口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內形成的金屬絲也特別細，被稱為納米絲，它產生的尺寸效應是具有超導性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導體。

納米技術在世界各國尚處于萌芽階段，美、日、德等少數國家，雖然已經初具基礎，但是尚在研究之中，新理論和技術的出現仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。

5、納米材料與納米技術存在的問題：

盡管納米材料在生物醫學領域產生的革命性的變化，但是納米材料的安全性問題同時也非常值得我們關注。任何一門技術都具有雙面性，即有有利的一面也會存在有害的一面，納米材料也不例外。

對納米材料安全性的研究工作最早的是英國牛津大學和蒙特利爾大學的科學家在1997年發現防曬霜中的TiO2和ZnO納米顆粒會破壞皮膚細胞的DNA。直到2003年3月，美國化學會年會上的有關納米顆粒對生物可能存在危害的報告才引起了世界對納米材料安全性的廣泛關注。紐約羅切斯特大學的研究者讓大鼠在含有粒徑為20nm的聚四氟乙烯（特氟龍）顆粒的空氣中生活15分鐘，大多數實驗大鼠在隨后4小時內死亡；而另一組生活在含120nm特氟龍顆粒的空氣中的大鼠，則安然無恙。

參考文獻：

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第五篇：納米技術課程英文論文

Direct-Current Nanogenerator Driven by Ultrasonic Waves

Abstract: We have developed a nanowire nanogenerator that is driven by an ultrasonic wave to produce continuous direct-current output.The nanogenerator was fabricated with vertically aligned zinc oxide nanowire arrays that were placed beneath a zigzag metal electrode with a small gap.The wave drives the electrode up and down to bend and/or vibrate the nanowires.A piezoelectric-semiconducting coupling process converts mechanical energy into electricity.The zigzag electrode acts as an array of parallel integrated metal tips that simultaneously and continuously create, collect, and output electricity from all of the nanowires.The approach presents an adaptable, mobile, and cost-effective technology for harvesting energy from the environment, and it offers a potential solution for powering nanodevices and nanosystems.Introduction: The operation of nanodevices fabricated with one-dimensional nanostructures [such as nanowires, nanotubes, and nanobelts] usually requires very low power, which is provided by an external source, such as a battery that may have to be replaced or recharged regularly.The reliance on an external power source may present a limitation for these systems.Various approaches have been developed for energy scavenging with applications in wireless electronics, such as thermoelectric, piezoelectric thin-film, and vibrational cantilevers.We have recently demonstrated an innovative approach for converting nanoscale mechanical energy into electric energy by piezoelectric zinc oxide(ZnO)nanowire(NW)arrays.By deflecting the aligned NWs with a conductive atomic force microscopy(AFM)tip in contact mode, the mechanical energy created by the deflection force was converted into electricity with the use of the piezoelectric properties of the NWs.To improve the power generation capabilities of the system, it is necessary to replace the AFM tip with a simpler source of mechanical energy that can actuate all the NWs simultaneously and continuously.We solved these problems by using ultrasonic waves to drive the motion of the NWs, leading to the production of a continuous current.Figure 1.Nanogenerators driven by an ultrasonic wave.(A)Schematic diagram showing the design and structure of the nanogenerator.Aligned ZnO NWs grown on a solid/polymer substrate are covered by a zigzag electrode.The substrate and the electrode are directly connected to an external load.(B)Aligned ZnO NWs grown on a GaN substrate.The gold catalyst particles used for the growth had been mostly vaporized;thus, the final NWs were purely ZnO with flat top ends.(C)Zigzag trenched electrode fabricated by the standard etching technique after being coated with 200 nm of Pt.The surface features are due to nonuniform etching.(D)Cross-sectional SEM image of the nanogenerator, which is composed of aligned NWs and the zigzag electrode.(Inset)A typical NW that is forced by the electrode to bend.