第一篇：納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

摘要：本文介紹了什么是納米材料，納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的最新應(yīng)用及研究狀況,簡要列舉了納米生物材料在醫(yī)藥學(xué)應(yīng)用的最新實例，并對其前景進行了展望。關(guān)鍵詞：納米材料

生物醫(yī)藥

最新應(yīng)用 展望

正文：納米是一個微小的尺度單位，納米是十億分之一米（10），大約是單個原子直徑的4倍，通過對在納米尺度上新現(xiàn)象、新過程的觀察，納米技術(shù)為人們提供了許多性能獨特的工具、材料、器件和系統(tǒng)。當前納米技術(shù)的研究正快速地從觀察和發(fā)現(xiàn)向設(shè)計和制造復(fù)雜的納米尺度集合體轉(zhuǎn)變納米技術(shù)研究將是系統(tǒng)的、基于多學(xué)科的納米技術(shù)具有巨大的潛能，可望取代現(xiàn)有大多數(shù)技術(shù)，創(chuàng)造新的工業(yè)，并在能源、環(huán)境、通信、計算、醫(yī)藥、空間探索、國家安全和基于材料的任何領(lǐng)域中改變基礎(chǔ)的科學(xué)模型。

我們知道，細胞具有微米(10?6m)量級的空間尺度，生物大分子具有納米量級的空間尺度。在它們之間的層次是亞細胞結(jié)構(gòu)，具有幾十到幾百納米量級的空間尺度。顯然在納米水平上研究生命現(xiàn)象的納米生物學(xué)，它的研究對象就是亞細胞結(jié)構(gòu)和生物大分子體系。由于納米微粒的尺寸一般比生物體內(nèi)的細胞、紅細胞小得多，這就為生物學(xué)研究提供了一個新的研究途徑即利用納米微粒進行細胞分離、疾病診斷，利用納米微粒制成特殊藥物或新型抗體進行局部定向治療等。

1、納米材料在醫(yī)藥、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

目前納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、藥物學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)方面，納米材料作用的發(fā)揮都已不容忽視。納米材料在生物醫(yī)學(xué)中檢測、診斷。藥物治療以及健康預(yù)防等方面都取得了很好的發(fā)展。

1.1納米材料在醫(yī)學(xué)檢驗診斷技術(shù)方面的應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)起源于診斷，沒有很好的診斷手段就沒有很好的治療和預(yù)防，目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，診斷手段越來越高明、先進，得到了前所未有的發(fā)展。納米材料在檢驗診斷中主要應(yīng)用于三個方面：[1]利用納米材料跟蹤生物體內(nèi)活動，對生物體內(nèi)元素的積累和排除作出判斷。[2]利用納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)對疾病進行早期診斷[4][3][2][1]?9。利用納米材料的特性去化驗檢測試樣從而輔助治療。

在具體應(yīng)用方面的典型有量子點的熒光效應(yīng)、磁性納米材料的磁效應(yīng)、納米材料的吸附作用等等。

1.2納米材料在藥物治療方面的應(yīng)用

納米生物材料，具有生物兼容性、可生物降解、藥物緩釋和藥物靶向傳遞等良好特性已在藥物治療方面取得了很大成功。

藥物納米載體具有高度靶向、藥物控制釋放、提高難溶藥物的溶解率和吸收率優(yōu)點，提高藥物療效和降低毒副作用。納米顆粒作為基因載體具有一些顯著的優(yōu)點：納米顆粒能包裹、濃縮、保護核苷酸，使其免遭核酸酶的降解；比表面積大，具有生物親和性，易于在其表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，實現(xiàn)基因治療的特異性；在循環(huán)系統(tǒng)中的循環(huán)時間較普通顆粒明顯延長，在一定時間內(nèi)不會象普通顆粒那樣迅速地被吞噬細胞清除；讓核苷酸緩慢釋放，有效地延長作用時間，并維持有效的產(chǎn)物濃度，提高轉(zhuǎn)染效率和轉(zhuǎn)染產(chǎn)物的生物利用度；代謝產(chǎn)物少，副作用小，無免疫排斥反應(yīng)等。

2、納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的具體應(yīng)用

2.1納米抗菌藥及創(chuàng)傷敷料

Ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。

2.2納米粒子用作藥物載體

一般來說,血液中紅血球的大小為6000~9000nm一般細菌的長度為2000 ~3000 nm引起人體發(fā)病的病毒尺寸為80 ~100 nm，而納米包覆體尺寸約30 nm，細胞尺寸更大[6][5]。因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導(dǎo)下集中于病患部位，進行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進行免疫學(xué)的間接凝聚實驗，用于快速診斷

[7]。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口、上下呼吸道、肛門以及眼、耳等。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。

2.3 納米人工線粒體

當細胞中的線粒體部分失去功能的時候，再來增加氧供給水平，并不一定能使組織有效地恢復(fù)，這時就需要直接釋放三磷腺苷同時伴隨著有選擇地釋放和吸收其他的一些代謝產(chǎn)物，后者是迅速恢復(fù)組織功能的有效手段。人工線粒體裝置，如同前面的供氧裝置一樣，只不過在這里釋放的是三磷腺苷而不是氧。

2.4智能—靶向藥物

在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透,使醫(yī)藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應(yīng)用是基因藥物的開發(fā)。德國柏林醫(yī)療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹在水中溶解后注入腫瘤部位使癌細胞部位完全被磁場封閉通電加熱時溫度達到47℃慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功。

2.5納米機器人

[9][8]在最近的十年中,隨著納米材料在癌癥治療、細胞顯影和疾病檢測方面的應(yīng)用,由此誕生了一個新的領(lǐng)域———生物納米技術(shù)。生物納米技術(shù)是指在納米尺度上認識生物分子的精細結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系,并在此基礎(chǔ)上按研究者的意愿組合、裝配,創(chuàng)造出滿足人們意愿并行使特定功能的生物納米機器。

“納米蜘蛛”機器人

有些科學(xué)家設(shè)想將蛋白質(zhì)芯片或基因芯片組裝成尺寸比人體紅細胞還小的納米機器人．使其具有某些酶的功能，它是納米機械裝置與生物系統(tǒng)的有機結(jié)合。在生物醫(yī)學(xué)工程中可充當微型醫(yī)生，解決傳統(tǒng)醫(yī)生難以解決的問題。將這些納米機器人注入血管內(nèi)．可按照預(yù)定程序．直接打通腦血栓。清潔心臟動脈脂肪沉積物等，達到預(yù)防和治療心腦血管疾病的目的。除此以外。不同的組合方案還可組裝出其他功能的納米機器人．例如．有的可以吞噬病菌、殺死癌細胞：有的可以作為人體器官的修復(fù)工具．修復(fù)損傷的器官和組織等

[10]。以完成整容手術(shù)或其他器官修復(fù)手術(shù)；有的可以進行基因裝配工作，除去基因中錯誤或有害的DNA片段．并將正常的DNA片段裝配進染色體。使機體正常運作。

2.6利用納米科技可將生物降解性和生物相容性的聚合物與藥物一起制成納米藥物 作為靶向藥物制劑，直接導(dǎo)入病灶部位的器官、組織甚至細胞，達到提高藥物療效，降低毒性的作用；將納米材料作為藥物載體，可增加某些藥物的胃腸吸收，提高其生物利用度；將納米材料作為載體，可用于基因的輸送和治療；納米材料作為組織修復(fù)、人造器官等生物材料的應(yīng)用也有很好的前景上也有廣泛的用途。

3.納米材料在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的展望

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料學(xué)和生物醫(yī)學(xué)結(jié)合越來越緊密，納米材料在生物應(yīng)用

[11]；另外，納米材料在疾病的診斷和監(jiān)測上已取得了很大的成就，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭和巨大的發(fā)展?jié)摿Α５俏覀冞€應(yīng)看到,很多方面發(fā)展還不完善，應(yīng)用還不安全有待進一步研究

[12]。我認為在21 世紀納米材料在生物醫(yī)學(xué)方面發(fā)展應(yīng)該加強和有巨大應(yīng)用潛力，將成為今后一段時間研究熱點的有:(1)生物醫(yī)學(xué)檢測診斷用材料: 不可否認，現(xiàn)在納米材料在生物檢測診斷上已發(fā)生相當大的發(fā)展和應(yīng)用，各種納米材料已經(jīng)在實踐中的應(yīng)用取得了良好的效果。但在各種醫(yī)學(xué)檢測中對各種各樣的功能性納米材料的要求還比較高。比如生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)療設(shè)備器材兩者之間相輔相成,生物醫(yī)學(xué)工程是基礎(chǔ)，它的課題研究的深人會催生新的醫(yī)療設(shè)備器材出現(xiàn)，同時對臨床醫(yī)療設(shè)備器材的需求信息會產(chǎn)生新的研究方向，納米功能材料在這個方面將大有前途。又如分析與檢測技術(shù)的進一步優(yōu)化，勢必要求具有更先進性能納米材料的出現(xiàn)。

(2)藥物治療上使用的材料: 藥物控釋納米材料

[13]將繼續(xù)成為納米醫(yī)用材料研究發(fā)展的重點。納米粒子不但具有能穿過組織間隙并被細胞吸收等特性，而且還具有靶向、緩釋、高效、低毒且可實現(xiàn)口服、靜脈注射及敷貼等多種給藥途徑等優(yōu)點，因而在藥物輸送方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

(3)功能性生物材料: 各種有著特定功能的材料將越來越多地應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)上去。未來幾年生物材料中納米陶瓷將在人造骨骼中發(fā)揮主導(dǎo)作用，有著各種特性的無機———有機復(fù)合納米材料也必將在介入治療、血液凈化方面大展身手。

(4)生物安全性納米材料: 目前在一些國家生物納米材料的安全性研究已經(jīng)被提上日程，但很多研究還不深入，取得效果也不明顯。在全球矚目安全問題的同時，納米材料安全性研究必將成為下一熱點。生物降解綠色材料將是未來藥物的首選。關(guān)于生物技術(shù)的風(fēng)險，目前確實還有很多問題沒有搞清楚，有待于繼續(xù)研究。

其發(fā)展趨勢主要包括：（1）生體相容性好的鈦合金等物質(zhì)將逐步開發(fā)，并進入臨床試驗階段；(2)納米技術(shù)與分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合，將有助于揭示生物大分子各級結(jié)構(gòu)與功能的破譯；(3)納米生物技術(shù)將使藥物的生產(chǎn)實現(xiàn)低成本、高效率、自動化、大規(guī)模，而藥物的作用將實現(xiàn)器官靶向化；(4)納米生物技術(shù)應(yīng)用于分子之間的相互作用、分子復(fù)合物和分子組裝的研究將在病毒結(jié)構(gòu)、細胞器結(jié)構(gòu)細節(jié)和自身裝配機制上取得進展；(5)納米生物技術(shù)將使生物活性分子診斷、檢測技術(shù)向微型、微觀、微量、微創(chuàng)或無創(chuàng)、快速、實時、遙距、動態(tài)、功能性和智能化的方向發(fā)展。[結(jié)束語] 納米技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合，為醫(yī)學(xué)界提供了全新的思路，納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了顯著效果。但納米材料應(yīng)用還很有限，尤其是在生物醫(yī)學(xué)上面，目前大多數(shù)研究還處于動物實驗階段，還需大量臨床試驗予以證實，納米材料應(yīng)用的生物安全性有待進一步提高。這就要求生物醫(yī)學(xué)研究者與納米材料的研究人員合作需進一步加強，制造出更先進的生物醫(yī)用納米材料。我們有理由相信，隨著納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更廣泛的應(yīng)用，臨床醫(yī)療將變得節(jié)奏更快、效率更高，診斷、檢查更準確，治療更有效，人們的生命安全將得到更大的保障。[參考資料] [1] The Interagency Working Group on Nanosciece ,Engineering and Technology.Nanotechnology Research Direction: IWGN Workshop Report Vision for Nanotechnology R&D in the Next Decade[R].Dordrecht:Kluwer Academic Publishers,2000,1~10.[2] 李霞，彭蜀晉，張云龍；納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用【J】；化學(xué)教育；2006年第11期。

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[13]徐翔暉，王雪微；陳曉農(nóng)納米生物材料的應(yīng)用【A】；納米科技；第6 卷第1 期，2009 年2 月；

第二篇：納米材料的應(yīng)用

納米材料的應(yīng)用

納米是英文namometer的譯音，是一個物理學(xué)上的度量單位，1納米是1米的十億分之一；相當于45個原子排列起來的長度。通俗一點說，相當于萬分之一頭發(fā)絲粗細。就象毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念，并沒有物理內(nèi)涵。當物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1—100納米這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。第一個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學(xué)家，他們在20世紀70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。

在充滿生機的21世紀，信息、生物技術(shù)、能源、環(huán)境、先進制造技術(shù)和國防的高速發(fā)展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸?shù)葘Σ牧系某叽缫笤絹碓叫。缓娇蘸教臁⑿滦蛙娛卵b備及先進制造技術(shù)等對材料性能要求越來越高。新材料的創(chuàng)新，以及在此基礎(chǔ)上誘發(fā)的新技術(shù)。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來10年對社會發(fā)展、經(jīng)濟振興、國力增強最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一。納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對未來經(jīng)濟和社會發(fā)展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。

近年來，納米材料和納米結(jié)構(gòu)取得了引人注目的成就。1988年法國人首先發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，到1997年巨磁電阻為原理的納米結(jié)構(gòu)器件已在美國問世，在磁存儲、磁記憶和計算機讀寫磁頭將有重要的應(yīng)用前景。最近美國柯達公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體，預(yù)計將給彩色印橡帶來革命性的變革。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品的改性等方面很可能給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品注入新的高科技含量，在未來市場上占有重要的份額。納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用研究也使人矚目，正是這些研究使美國白宮認識到納米材料和技術(shù)將占有重要的戰(zhàn)略地位。原因之二是納米材料和技術(shù)領(lǐng)域是知識創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新的源泉，新的規(guī)律新原理的發(fā)現(xiàn)和新理論的建立給基礎(chǔ)科學(xué)提供了新的機遇，美國計劃在這個領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究獨占“老大”的地位。我國納米材料研究始于80年代末，“八五”期間，“納米材料科學(xué)”列入國家攀登項目。國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，組織相關(guān)的科技人員分別在納米材料各個分支領(lǐng)域開展工作，國家自然科學(xué)基金委員會還資助了20多項課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。1996年以后，納米材料的應(yīng)用研究出現(xiàn)了可喜的苗頭，地方政府和部分企業(yè)家的介入，使我國納米材料的研究進入了以基礎(chǔ)研究帶動應(yīng)用研究的新局面。目前，我國有60多個研究小組，有600多人從事納米材料的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，其中，承擔(dān)國家重大基礎(chǔ)研究項目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、南京大學(xué)。中國科學(xué)院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院化學(xué)研究所、清華大學(xué)，還有吉林大學(xué)、東北大學(xué)、西安交通大學(xué)、天津大學(xué)、青島化工學(xué)院、華東師范大學(xué)，華東理工大學(xué)、浙江大學(xué)、中科院大連化學(xué)物理研究所、長春應(yīng)用化學(xué)研究所、長春物理研究所、感光化學(xué)研究所等也相繼開展了納米材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。我國納米材料基礎(chǔ)研究在過去10年取得了令人矚目的重要研究成果。已采用了多種物理、化學(xué)方法制備金屬與合金（晶態(tài)、非晶態(tài)及納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，建立了相應(yīng)的設(shè)備，做到納米微粒的尺寸可控，并制成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表征、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復(fù)合微粒和粉體的制取等各個方面都有所創(chuàng)新，取得了重大的進展，成功地研制出致密度高、形狀復(fù)雜、性能優(yōu)越的納米陶瓷；

近年來，我國在功能納米材料研究上取得了舉世矚目的重大成果，引起了國際上的關(guān)注。根據(jù)國際納米材料研究的發(fā)展趨勢，我國建立和發(fā)展了制備納米結(jié)構(gòu)（如納米有序陣列體系、介孔組裝體系、mcm－41等）組裝體系的多種方法，特別是自組裝與分子自組裝、模板合成、碳熱還原、液滴外延生長、介孔內(nèi)延生長等也積累了豐富的經(jīng)驗，已成功地制備出多種準一維納米材料和納米組裝體系。這些方法為進一步研究納米結(jié)構(gòu)和準一納米材料的物性，推進它們在納米結(jié)構(gòu)器件的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的評價手段基本齊全，達到了國際90年代末的先進水平。綜上所述，“八五”期間我國在納米材料研究上獲得了一批創(chuàng)新性的成果，形成了一支高水平的科研隊伍，基礎(chǔ)研究在國際上占有一席之地，應(yīng)用開發(fā)研究也出現(xiàn)了新局面，為我國納米材料研究的繼續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。10年來，我國科技工作者在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上共發(fā)表納米材料和納米結(jié)構(gòu)的論文2400多篇，在國際上排名第五位，1998年 6月在瑞典斯特哥爾摩召開的國際第四屆納米材料會議上，對中國納米材料研究給予了很高評價，指出這幾年來中國在納米材料制備方面取得了激動人心的成果，在大會總結(jié)中選擇了8個納米材料研究式作取得了比較好的國家在閉幕式上進行介紹，中國是在美國、日本、德國、瑞典之后進行了大會發(fā)言。

第三篇：納米材料航天應(yīng)用

納米材料定義：

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(gòu)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。納米材料特性

特性 :（1）表面與界面效應(yīng)

這是指納米晶體粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。例如粒子直徑為10納米時，微粒包含4000個原子，表面原子占40%；粒子直徑為1納米時，微粒包含有30個原子，表面原子占99%。主要原因就在于直徑減少，表面原子數(shù)量增多。再例如，粒子直徑為10納米和5納米時，比表面積分別為90米2/克和180米2/克。如此高的比表面積會出現(xiàn)一些極為奇特的現(xiàn)象，如金屬納米粒子在空中會燃燒，無機納米粒子會吸附氣體等等。

（2）小尺寸效應(yīng)

當納米微粒尺寸與光波波長，傳導(dǎo)電子的德布羅意波長及超導(dǎo)態(tài)的相干長度、透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，它的周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁，熱力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。例如，銅顆粒達到納米尺寸時就變得不能導(dǎo)電；絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時卻開始導(dǎo)電。再譬如，高分子材料加納米材料制成的刀具比金鋼石制品還要堅硬。利用這些特性，可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔埽送庥钟锌赡軕?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等等。

（3）量子尺寸效應(yīng)

當粒子的尺寸達到納米量級時，費米能級附近的電子能級由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級。當能級間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時，會出現(xiàn)納米材料的量子效應(yīng)，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性能變化。例如，有種金屬納米粒子吸收光線能力非常強，在1.1365千克水里只要放入千分之一這種粒子，水就會變得完全不透明。

（4）宏觀量子隧道效應(yīng)

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強度等也有隧道效應(yīng)，它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。納米材料發(fā)展：

納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學(xué)家理查德·費曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當時在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個新的想法。從石器時代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。范曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個角度出發(fā)，從單個的分子甚至原子開始進行組裝，以達到我們的要求?他說：“至少依我看來，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個原子一個原子地制造物品的可能性。”

1990年，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對單個的原子進行了重排，納米技術(shù)取得一項關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個原子移動到各自的位置，組成了ibm三個字母。這證明范曼是正確的，二個字母加起來還沒有3個納米長。不久，科學(xué)家不僅能夠操縱單個的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長生長技術(shù)，科學(xué)家們學(xué)會了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計算機硬盤讀寫頭使用的就是這項技術(shù)。

著名物理學(xué)家、諾貝爾獎獲得者理查德· 費曼預(yù)言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢想;

70年代，科學(xué)家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的構(gòu)想，1974年，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機械加工;

1982年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具——掃描隧道顯微鏡，為我們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進作用;

1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生;

1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強度卻是鋼的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點，諾貝爾化學(xué)獎得主斯莫利教授認為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開關(guān)以及納米級電子線路等;

1993年，繼1989年美國斯坦福大學(xué)搬走原子團“寫”下斯坦福大學(xué)英文、1990年美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“ibm”之后，中國科學(xué)院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“ 中國”二字，標志著中國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地;

1997年，美國科學(xué)家首次成功地用單電子移動單電子，利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計算機;

1999年，巴西和美國科學(xué)家在進行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當于一個病毒的重量;此后不久，德國科學(xué)家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀錄;

到1999年，納米技術(shù)逐步走向市場，全年基于納米產(chǎn)品的營業(yè)額達到500億美元;

近年來，一些國家紛紛制定相關(guān)戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地。日本設(shè)立納米材料研究中心，把納米技術(shù)列入新5年科技基本計劃的研發(fā)重點;德國專門建立納米技術(shù)研究網(wǎng);美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資從1997年的1.16億美元增加到2001年的4.97億美元。

2003年，納米技術(shù)在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面都取得了突破性進展。如：美國利用超高密度晶格和電路制作新方法，獲得高密度的鉑納米線；日本用單層碳納米管與有機熔鹽制成高度導(dǎo)電的聚合物納米管復(fù)合材料等。納米材料缺點

生產(chǎn)出來的成本高，應(yīng)用不廣泛，同時生產(chǎn)出來的納米產(chǎn)品的毒理學(xué)沒有廣泛的深入，在某種意義上講一些東西處于探索階段

前言納米材料由于具有獨特的小尺寸效應(yīng)而表現(xiàn)出不同于傳統(tǒng)材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。利用納米材料這些獨特的性質(zhì)。可對傳統(tǒng)材料進行改性，進而開發(fā)出更高性能的材料．開辟出新的材料生產(chǎn)途徑．以滿足傳統(tǒng)材料所不能達到的要求．尤其是滿足航天航空領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿奶厥庖蟆?yīng)用納米材料可減小航天器電子元器件的體積和質(zhì)量．并提高其可靠性。納米材料的發(fā)展方向主要有功能納米材料及結(jié)構(gòu)納米材料納米材料在航天器結(jié)構(gòu)材料上的應(yīng)用 1．金屬及金屬基復(fù)合材料晶粒細化是提高金屬材料強度最有效的方法之一。利用添加納米陶瓷來增強金屬合金基材料的方法，就是把納米陶瓷粉體均勻分散于合金中．以提高合金的成核速率．同時抑制晶粒長大．從而起到晶粒細化的作用。抑制材料使用過程中微裂紋的擴展．提高產(chǎn)品的強度。例如，將納米碳化硅、納米氮化硅、納米氮化鈦、納米硅粉添加到金屬基體(鋁、銅、銀、鋼、鐵等合金)中。可制造出質(zhì)量輕、強度高、耐熱性好的新型合金材料。

(1)納米氮化鈦應(yīng)用于合金鋼、鐵納米氮化鈦具有硬度和熱穩(wěn)定性高、粒度小，以及分散性好的特點。在鋼水冷卻結(jié)晶過程中．納米氮化鈦成為晶核相．可大大增加成核數(shù)量，減小晶粒尺寸．達到細化合金晶粒的效果．使合金的綜合性能大大改善。

(2)納米碳化硅應(yīng)用于銀基復(fù)合材料通過向基體中加入均勻、細J．J＼，具有良好穩(wěn)定性的顆粒．達到彌散強化合金的目的．是制備高強高導(dǎo)合金材料的重要途徑之一。納米碳化硅對于銀合金來說是一種有效的增強相．當納米碳化硅的質(zhì)量百分含量為l％時．強化效果佳．材料的抗拉強度可達39IMPa．相對電導(dǎo)率為60．2％，強度和耐磨性均有所提高。(3)納米碳化硅彌散強化銅基復(fù)合材料高強高導(dǎo)銅基復(fù)合材料在集成電路的引線框架 各類點焊、滾焊機的電極、觸頭材料，電樞、電動工具的換相器等電子設(shè)備中具有廣泛的用途。但銅合金的高強度和高導(dǎo)電性一直是一對互相矛盾的特性．一般只能在犧牲電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率的前提下改善銅的力學(xué)性能，以獲得高強度。采用納米碳化硅穩(wěn)定彌散強化銅基材料是解決 這一矛盾的較好方法 通過向基體中加入均勻、細小，具有良好穩(wěn)定性的納米碳化硅顆粒以達到彌散強化銅合金的目的．已成為制備高強高導(dǎo)銅基復(fù)合材料的研究熱點。

(4)納米碳化鋯應(yīng)用于硬質(zhì)合金納米碳化鋯是一種重要的高熔點、高強度和耐腐蝕的高溫結(jié)構(gòu)材料 納米碳化鋯用于硬質(zhì)合金材料中．可提高材料的強度和耐腐蝕性等性能。

2．聚合物基復(fù)合材料納米粒子加入聚合物基體后．可提高其耐磨性、硬度、強度和耐熱性等性能

(1)納米氮化鋁應(yīng)用于環(huán)氧樹脂在納米氮化鋁一環(huán)氧樹脂體系中．納米氮化鋁的用量為1％～5％時．玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高．彈性模量達到極大值。將納米氮化鋁添)30~0環(huán)氧樹脂中制得的復(fù)合材料．在結(jié)構(gòu)上完全不同于添加粗晶的氮化鋁一環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料：粗晶氮化鋁一般作為補強劑加入．其主要分布在高分子材料的鏈間．而納米氮化鋁由于表面嚴重的配不足、龐大的比表面積使其表現(xiàn)出極強的活性．同時。尚有一部分納米氮化鋁顆粒分布在高分子鏈的空隙中。與粗晶氮化鋁相比．納米氮化鋁具有很高的流動性．可使環(huán)氧樹脂的強度、韌性及延展性均大幅提高。

(2)納米碳化硅在橡膠輪胎中的應(yīng)用在橡膠輪胎中添加一定量的納米碳化硅．在不改變原橡膠配方的條件下進行改性處理．可在不降低其原有性能和質(zhì)量的前提下．將耐磨性提高 15％～30％。另外。納米碳化硅還可應(yīng)用于橡膠膠輥、打印機定影膜等需耐磨、散熱、耐溫的橡膠產(chǎn)品中。

3．-r-程塑料及其它復(fù)合材料納米材料與工程塑料復(fù)合既能提高工程塑料的固有性能．又可賦予其高導(dǎo)電性、高阻隔性及優(yōu)良的光學(xué)性能等。因此。把納米材料應(yīng)用于工程

塑料的改性．可進一步拓寬工程塑料的應(yīng)用范圍。

(1)工程塑料，{I內(nèi)米粒子復(fù)合材料采用納米粒子對有一定脆性的工程塑料增韌是改善工程塑料韌性和強度等力學(xué)性能的一種行之有效的方法。只要納米粒子與基體樹脂結(jié)合良好． 2010 6軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品納米粒子也可承受拉伸應(yīng)力．增韌、增強作用明顯少量納米氮化鈦粉體用于改性熱塑性工程塑料時．可起到結(jié)晶成核劑的作用。將納米氮化鈦分散于乙二醇中．通過聚合使納米氮化鈦更好地分散于PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)工程塑料中．可加快PET工程塑料的結(jié)晶速率．使其成型簡單．擴大其應(yīng)用范圍。而大量納米氮化鈦顆粒彌散 于PET中．可大幅提高PET工程塑料的耐磨性和抗沖擊性能。

(2)工程塑料／納米磁性金屬及其氮化物復(fù)合材料這種復(fù)合材料具有特殊的光電功

能(對電磁波有特殊的吸收作用)和優(yōu)良的磁性能及導(dǎo)電性．可廣泛應(yīng)用于軍事、航空航天、電子通訊等高技術(shù)領(lǐng)域 用偶聯(lián)劑進行表面處理后的納米碳化硅．在添加量為10％左右時． 可大大改善和提高PI(聚酰亞胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)等特種塑料的性能．全面提高材料的耐磨、導(dǎo)熱、絕緣、抗拉伸、耐沖擊、耐高溫等性能。

4．陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷為基體．與各種納米材料復(fù)合制得的材料。陶瓷基體包括氮化硅、碳化硅等。這些先進陶瓷具有耐高溫、強度和硬度高、相對重量較輕、抗腐蝕等優(yōu)異性能．而其致命的弱點是具有較強的脆性。在應(yīng)力作用下．會產(chǎn)生裂紋。甚至斷裂導(dǎo)致材料失效 而將納米材料與陶瓷基體復(fù)合．是提高陶瓷韌性和可靠性的一種有效方法．可得到韌性優(yōu)良的納米增強陶瓷基復(fù)合材料陶瓷基復(fù)合材料已實用化或即將實用化的領(lǐng)域有刀具、滑動構(gòu)件、發(fā)動機制件、能源構(gòu)件等。例如，納米氮化硅摻雜制造的精密陶瓷結(jié)構(gòu)器件可用于冶金、化工、機械、航空、航天及能源等行業(yè)中使用的滾動軸承的滾珠和滾子、滑動軸承、套、閥．以及有耐磨、耐高溫、耐腐蝕要求的結(jié)構(gòu)器件中 納米材料在航天器功能

1．雷達及紅夕 隱身材料納米材料具有的小尺寸和量子尺寸效應(yīng)等特性．使金屬、金屬氧化物和某些非金屬材料在細化過程中．處于表面的原子越來越多．懸掛鍵增多、界面極化增強．為吸波材料應(yīng)用提供了可能性。多重散射及量子尺寸效應(yīng)使納米粒子的電子能級能隙變寬．能隙寬度處于微波范圍(10％V 10-SeV)內(nèi)。因而可能成為新的吸波通道。納米陶瓷粉體是陶瓷類紅外吸收劑的一種新類型．主要包括納米碳化硅粉、納米氮化硅粉等。納米陶瓷類紅外吸收劑具有吸收波段寬及吸收強度大等特性。納米碳化硅和磁性納米吸收劑(如磁性納米金屬粉等)復(fù)合后。吸波效果還能大幅度提高。納米氮化物吸收劑主要有氮化硅和氮化鐵．納米氮化硅在IOOH一1MHz范圍內(nèi)有比較大的介電損耗．納米氮化硅的這種強介電損耗是由于界面極化引起的納米氮化鐵具有很高的飽和磁感應(yīng)強度和飽和磁流密度．有可能成為性能優(yōu)良的納米雷達波吸收劑。

2．導(dǎo)電、導(dǎo)熱等功能材料納米氮化鈦具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能．在A1，O 基體中加入納米氮化鈦顆粒可有效降低其電阻率。隨著納米氮化鈦加入量的增加．復(fù)合材料的電阻率逐漸降低．當加入的納米氮化鈦體積含量達~U20％以后．復(fù)合材料的電阻率趨于穩(wěn)定。為5．5x10-3~．cm。添加超高導(dǎo)熱納米氮化鋁的硅膠具有良好的導(dǎo)熱性和電絕緣性、較寬的電絕緣使用溫度 工作溫度一6oX3200~2)、較低的稠度和良好的施工性能．可廣泛應(yīng)用于子器件的熱傳遞介質(zhì)中．能夠提高工作效率．如CPU與散熱器填隙、大功率三極管、可控 硅元件、二極管、與基材接觸的細縫處的熱傳遞介質(zhì)等納米氮化鋁粉體可大幅提高塑料的導(dǎo)熱率。將納米氮化鋁粉體以5％～10％的質(zhì)量比例添加到塑料中．可使塑料的導(dǎo)熱率從0．3w／(ni．k)提高到5W／(m．k)，導(dǎo)熱率提高了l6倍多。與目前市場上的導(dǎo)熱填料(氧化鋁或氧化鎂等)相比，其添加量低。對制品的機械性能有提高作用。目前，相關(guān)廠家已大規(guī)模采購納米氮化鋁粉體．新型納米導(dǎo)熱塑料將投放市場納米氮化鋁粉體與二氧化硅的匹

配性能好．在橡膠中容易分散．在不影響橡膠的機械性能的前提下(實驗證明．對橡膠的機械性能還有提高作用)可大幅提升硅橡膠的導(dǎo)熱率．在添加過程中不像氧化物等會使黏度下降慢．添加量很小，現(xiàn)已廠泛應(yīng)用于軍事、航空。以及信息工程領(lǐng)域。

3．涂層材料

納米材料用作涂層可提高工件的耐磨性、抗剝蝕性和抗氧化性。研究表明，用納米碳化硅、碳化鋯、碳化鈦、氮化鈦、碳化硼等粉體作為金屬表面的復(fù)合涂層．可獲得超強耐磨性和潤滑性．其耐磨性比軸承鋼高100倍．摩擦系數(shù)為0．06～0．1．同時還具有高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性。在液體火箭發(fā)動機關(guān)鍵零部件中應(yīng)用納米技術(shù)．可大大延長這些零部件的使用壽命 4．特種密封材料發(fā)動機出現(xiàn)故障最多的是各種密封面的失效．密封面的表面質(zhì)量是決定密封性能好壞的主要因素．和用納米材料改性密封零件基體或在密封表面覆蓋一層納米粉末極大地改善其密 性能。目前。密封橡膠所用的增強劑多為納米級炭黑．若改用納米氮化硅使其拉伸強度提高1 4倍．并改善其耐磨性和密封性。5．固體火箭推進劑 將納米金屬粉添加到固體火箭推進劑中．可顯著改善固體推進劑的燃燒性能。例如，在固體火箭推進劑中添加納米級鋁粉或鎳粉．推進劑燃燒效率可得到較大提高、燃速顯著增大。含有納米金屬鋁粉的固體推進劑燃速比含有常規(guī)鋁粉的固體推進劑的燃速高5 20倍.

第四篇：納米材料在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用

納米材料在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用

提起“納米”這個詞，可能很多人都聽說過，但什么是納米，什么是納米技術(shù)，可能很多人并不一定清楚。著名的諾貝爾獎獲得者 Feyneman在 20世紀 60年代曾經(jīng)預(yù)言：如果我們對物體微小規(guī)模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性，就會看到材料的性能產(chǎn)生豐富的變化。他所說的材料就是現(xiàn)在的納米材料。

納米是英文namometer的譯音，是一個物理學(xué)上的度量單位，簡寫是nm，1納米是1米的十億分之一；相當于45個原子排列起來的長度。通俗一點說，相當于萬分之一頭發(fā)絲粗細。就象毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念，并沒有物理內(nèi)涵。納米技術(shù)，是指在0.1~100納米的尺度里，研究電子、原子和分子內(nèi)的運動規(guī)律和特性的一項嶄新技術(shù)。科學(xué)家們在研究物質(zhì)構(gòu)成的過程中，發(fā)現(xiàn)在納米尺度下隔離出來的幾個、幾十個可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設(shè)備的技術(shù)，就稱為納米技術(shù)。

納米技術(shù)是一門交叉性很強的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科技現(xiàn)在已經(jīng)包括納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機械學(xué)、納米化學(xué)等學(xué)科。從包括微電子等在內(nèi)的微米科技到納米科技，人類正越來越向微觀世界深入，人們認識、改造微觀世界的水平提高到前所未有的高度。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森也曾指出，納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的一個重點，會是一次技術(shù)革命，從而將引起21世紀又一次產(chǎn)業(yè)革命。然而我們將就納米技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用來看看納米技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)于納米技術(shù)在顯示生活中的應(yīng)用主要就是納米材料的應(yīng)用，關(guān)于納米材料有很多種，其在生活中的存在和應(yīng)用也很普遍。納米材料的蓮花效應(yīng)。蓮花雖生長于池塘的淤泥中，但它露在水面上的蓮花荷葉卻出污泥而不染，美麗而潔凈，它可說是運用自然的納米科技來達成自我潔凈的最佳實例。照理說荷葉的基本化學(xué)成分?多醣類的碳水化合物，有許多的羥基（-OH）、（-NH）等極性原子團，在自然環(huán)境中很容易吸附水分或污垢。但灑在荷葉葉面上的水卻會自動聚集成水珠，且水珠的滾動把落在葉面上的塵埃污泥粘吸滾出葉面，使葉面始終保持干凈。經(jīng)過科學(xué)家的觀察研究，在1990年代初終于揭開了荷葉葉面的奧妙。原來在荷葉葉面上存在著非常復(fù)雜的多重納米和微米級的超微結(jié)構(gòu)。經(jīng)過電子顯微鏡的分析，蓮花的葉面是由一層極細致的表面所組成，并非想象中的光滑。而此細致的表面的結(jié)構(gòu)與粗糙度??微米至納米尺寸的大小。葉面上布滿細微的凸狀物再加上表面所存在的蠟質(zhì)，這使得在尺寸上遠大于該結(jié)構(gòu)的灰塵、雨水等降落在葉面上時，只能和葉面上凸狀物形成點的接觸。液滴在自身的表面張力作用下形成球狀，藉由液滴在滾動中吸附灰塵，并滾出葉面，這樣的能力勝過人類的任何清潔科技。這就是蓮花納米表面「自我潔凈」的奧妙所在。利用了蓮花效應(yīng)，中國是在世界上第一個做出仿荷葉結(jié)構(gòu)的防水納米布的國家，是中科院化學(xué)所做出來的。用顆粒大小為20納米左右的聚丙烯水分散液，浸軋，光照。使顆粒粘結(jié)在纖維表面上，形成凸凹不平的表面結(jié)構(gòu)，成為雙疏材料，即疏水又疏油。用油或水往這種布上倒，都不會浸濕，也不會玷污。我們用這種材料做成衣服，就會防水。如果用這種材料處理玻璃，做成表面凸凹不平的結(jié)構(gòu)，看起來沒有任何問題，但不會結(jié)霧，不會沾水。可以從荷葉超強的疏水性，我們可以制作類似荷葉上有納米材料的雨傘，就像“荷葉面”雨傘，撐雨疏水，抖水即干，不必擔(dān)心帶到室內(nèi)會滴水了。

常見納米材料

1、納米阻燃劑。納米阻燃劑可分為無機納米微粒阻燃劑和納米復(fù)合物阻燃劑兩種。無機阻燃劑是應(yīng)用最早的阻燃劑,它具有無毒、低煙、不產(chǎn)生腐蝕性氣體、無二次污染的優(yōu)點。無機阻燃劑通常通過填充方式添加到高分子材料中,制備成高分子阻燃材料。傳統(tǒng)的無機阻燃劑的粒徑較大,而且不均勻,直接影響其阻燃性和其他性能,因此,為更好地發(fā)揮阻燃效果,無機阻燃劑的超細化將是今后的發(fā)展方向。采用納米技術(shù)將無機阻燃劑微粒細化,使其粒徑在納米級范圍,使微粒的大小和形態(tài)都更均勻,就能大大地減少阻燃劑的添加量,從而減輕對織物性能的影響,克服無機阻燃劑的最大缺點。超細化的氫氧化鎂、二氧化二銻以及氫氧化鋁、硼酸鋅等無機阻燃劑,均已廣泛應(yīng)用于阻燃材料中。用其做窗簾，墻紙，遇上著火，既不會燃燒，也可以防患與未然。

2、納米技術(shù)電池。所謂的納米技術(shù)電池，就是在電池的制造過程中，采用納米技術(shù)材料或者制造工藝，生產(chǎn)制造出具有特別高性能的電池產(chǎn)品。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對電池的需求量愈來愈多，人們總是希望得到一種容量大、功率高、性能優(yōu)、價格廉的電池。但是，由于客觀實際的限制，在現(xiàn)實中的電池總是無法全面滿足人們的要求。電池界的專家學(xué)者在孜孜不倦的追求著電池性能的提高，經(jīng)歷了一代又一代人的不懈努力。納米級的物質(zhì)被應(yīng)用在電池的制造中，就會產(chǎn)生顯著的特性。強大的比表面活性能量和良好的導(dǎo)電性能，在參與電化學(xué)反應(yīng)的時候，納米顆粒物質(zhì)在極板內(nèi)部形成新的活性物基核，改善和增強電極結(jié)構(gòu)，極大地提高電極的電化學(xué)反應(yīng)表面，降低了電化學(xué)反應(yīng)的能壘。因此，納米技術(shù)材料的應(yīng)用可以顯著的降低蓄電池的內(nèi)阻，抑制蓄電池在充放電過程中，因為溫度和電極極化等原因而導(dǎo)致的極板飩化，從而有效的提高電池的性能，使得蓄電池電化學(xué)反應(yīng)的可逆性更好、充放電效率更高、功率更大、電池更加容易均衡一致、低溫性能限制改善。因此，采用納米技術(shù)材料的蓄電池，其容量比常規(guī)電池的容量高，壽命比常規(guī)電池壽命長，大電流工作能力比常規(guī)電池強，低溫性能比常規(guī)電池優(yōu)。納米技術(shù)電池的顯著優(yōu)點更主要集中表現(xiàn)在電池使用的中后期。一般情況，納米技術(shù)電池前期對容量及功率的改善效果只是常規(guī)電池的5%-15%，中期對容量及功率的改善效果比常規(guī)電池高出20%-30%，后期對容量及功率的改善效果比常規(guī)電池高出可以達到50%以上。新太納米技術(shù)電池的種類有：納米技術(shù)型免維護中低倍率鎘鎳蓄電池；納米技術(shù)型免維護燒結(jié)式超高倍率鎘鎳蓄電池；納米技術(shù)型免維護閥控式密封鉛酸電池；納米技術(shù)型鋅鎳動力電池。

3、納米塑料。通用塑料指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和丙烯酸類塑料等大塑料品種。對于這類塑料的改性，過去多是采用加入填充料的方式，首先是為了降低成本，后來是為了增加和增韌以得到工程塑料，并進一步向塑料功能化發(fā)展，通過添加料的方法得到具有導(dǎo)電、抗靜電、熱塑磁性和壓敏等功能的塑料。納米材料的出現(xiàn)，為天加型塑料提供了廣闊的空間。通用塑料首當其沖，納米技術(shù)最早就是用于通用塑料的改性。例如：納米碳酸鈣對高密度聚乙烯的改性，在加入碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)為20%以下時，其耐沖擊強度隨加入碳酸鈣的增加而增加，拉伸和彎曲強度也有所提高。在此，填料有一個最大加入百分比，即有一個加入最大值，而且，該值和碳酸鈣的表修飾類型有關(guān)。未經(jīng)地表面修飾處理的納米碳酸鈣填充體系的沖擊強度隨碳酸鈣用量呈逐漸增加趨勢，碳酸鈣用量越多，材料沖吉加度越大。經(jīng)表面處理后，材料的沖擊強度隨碳酸鈣用量變化規(guī)律已完全改變。材料在低納米碳酸鈣含量（約4%~6%）時即實現(xiàn)增韌目的，沖擊強度提高接近一倍，增韌效果顯著；當碳酸鈣用量進一步增加時，材料的沖擊強度呈緩慢下降。幾種表面處理劑對拉伸彎曲性能的影響基本相同；與處理體系相比，表面處理后材料的拉伸、彎曲性能并無明顯改善。由處理和未經(jīng)處理的兩種試樣沖擊斷面和斷抽圖SEM照片可知，經(jīng)過處理體系的沖擊斷面上有較多牽伸結(jié)構(gòu)，拉絲較多；基體上無明顯可見裂紋，基體發(fā)生明顯的塑性變形，吸收了大量能量。脆斷面的電鏡表明納米粒子分布均勻，附聚團粒小。未經(jīng)處理體系的沖擊斷面上出現(xiàn)有許多斷裂裂紋，是導(dǎo)致沖擊強度較低的原因；且未經(jīng)處理的試樣，粒子分布不均，附聚顆粒較大。

4、可以抗紫外線的納米材料。研究和開發(fā)防紫外線的功能性織物，是目前國際化纖紡織業(yè)的重點。目前，傳統(tǒng)的抗紫外線紡織品主要采用共混熔融紡絲法，該方法將抗紫外添加劑與成纖聚合物共混并一同進行熔融紡絲，抗紫外添加劑多為有機化合物，存在一定的毒性和刺激性，容易造成皮膚化學(xué)性過敏。近年來無機紫外線遮蔽劑的研究突飛猛進，納米TiO2是其中優(yōu)秀代表。上海交大“納米氧化鈦（TiO2）抗紫外纖維”通過了上海市科委組織的專家鑒定，納米TiO2具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無味、無毒、無刺激性，使用安全，尤其是吸收紫外線能力強，對UVA區(qū)和UVB區(qū)紫外線都有屏蔽作用，可見光透過率大。采用該項目具有自主知識產(chǎn)權(quán)的納米氧化鈦與聚酯原位聚合方法，制備納米TiO2/聚酯復(fù)合材料，真正實現(xiàn)了納米顆粒在高聚物中的納米級分散，不僅提高了紡絲效率，而且使材料的力學(xué)、熱學(xué)性能得到了較大提高，織物的紫外線屏蔽指數(shù)大于50,在280~400納米波段紫外線屏蔽率大于95%，紫外線透過率小于3%。據(jù)悉，該項目成果可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)帳篷、遮陽傘、夏季女裝、野外工作服、訓(xùn)練服、運動服、窗簾織物、廣告布等。采用本技術(shù)的抗紫外織物還具有防暑、隔熱、觸感涼爽的性能，特別適宜織造高檔T恤衫、運動服、訓(xùn)練服等夏季涼爽面料。據(jù)統(tǒng)計，世界功能性紡織品的需求量超過500億米，我國功能紡織品的需求量近50億米。納米TiO2抗紫外纖維技術(shù)市場前景將非常廣闊。

納米材料的應(yīng)用

一、生物學(xué)中。納米生物學(xué)用來研究在納米尺度上的生物過程,從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。如在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5~20 nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質(zhì),特別是酶,從而控制生化反應(yīng)[8]。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細胞內(nèi)的生物信息,從而了解機體狀態(tài),深化人們對生理及病理的解釋。以納米尺寸去認識生物大分子的精細結(jié)構(gòu)及功能的聯(lián)系,按人類的意愿進一步裁剪和嫁接,制造出具有特殊功能的生物大分子。生物基因工程由于納米技術(shù)的運用而變得更加可控,人類可以自己控制所需要的生物產(chǎn)品,農(nóng)、林、牧、副等行業(yè)以及人類的食品結(jié)構(gòu)也會隨之發(fā)生重要變革,用納米生物工程、納米化學(xué)工程合成的“食品”將極大豐富食品的數(shù)量和種類。

(2)醫(yī)學(xué)中。研究人員發(fā)現(xiàn),生物體內(nèi)的RNA蛋白質(zhì)復(fù)合體,其線度在15~20nm之間,并且生物體內(nèi)的多種病毒也是納米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小,因而可以在血管中自由流動。如果將超微粒子注入到血液中,輸送到人體的各個部位,將可以作為監(jiān)測和診斷疾病的手段。科研人員已經(jīng)成功利用納米SiO2微粒進行了細胞分離,用金的納米粒子進行定位病變治療,以減少副作用等。另外,利用納米顆粒作為載體的病毒誘導(dǎo)物已經(jīng)取得了突破性進展,現(xiàn)在已用于臨床動物實驗,估計不久的將來即可服務(wù)于人類。

研究納米技術(shù)在生命醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,可以在納米尺度上了解生物大分子的精細結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系,獲取生命信息。科學(xué)家們設(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機器人,在血液中循環(huán),對身體各部位進行檢測、診斷,并實施特殊治療,疏通腦血管中的血栓,清除心臟動脈脂肪沉積物,甚至可以用其吞噬病毒,殺死癌細胞。這樣在不久的,將來被視為當今疑難病癥的愛滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃而解,從而將使醫(yī)學(xué)研究發(fā)生一次革命。

二、納米材料在環(huán)保方面的應(yīng)用

納米材料的控制污染源方面可起到關(guān)健性的作用。主要體現(xiàn)在它降低能源消耗和有毒物質(zhì)的使用;減少水資深消耗;減少廢物的產(chǎn)生;治理環(huán)境污染物及大氣污染。

(1)在污水治理方面。污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、異味污染物、細菌、病毒等。傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題,納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用可以徹底解 決這一問題。納米材料在環(huán)保中的應(yīng)用主要與納米粒子的化學(xué)催化和光催化特性有關(guān)。除已經(jīng)提到的光催化降解廢水的納米材料以外,另有許多納米材料可以用來治理有害氣體和廢水,并已走出實驗室而進入實用階段。利用納米TiO2表面具有超親水性和超親油性的特點,在玻璃表面涂覆納米TiO2可以制成自清潔外墻玻璃,具有防污、防霧、易洗、易干、自清潔等功能。

(2)在大氣污染治理方面。大氣污染一直是各國政府需要解決的難題。納米技術(shù)及材料的應(yīng)用將會為我們解決大氣污染問題提供全新的途徑。工業(yè)生產(chǎn)和汽車使用的汽油、柴油等,在燃燒時會產(chǎn)生二氧化硫氣體,這是二氧化硫最大的污染源。復(fù)合稀土化物的納米級粉體具有極強的氧化還原性能,是其它任何汽車尾氣凈化催化劑所不能比擬的。它的應(yīng)用可徹底解決汽車尾氣的污染問題。新裝修房間的空氣中有機物濃度高于室外,甚至高于工業(yè)區(qū),目前已從空氣中鑒定出幾百種有機物質(zhì),其中有些是致癌物。研究表明,納米二氧化鈦可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物,降解效果幾乎可達到100%。

(3)城市固體垃圾處理方面。將納米技術(shù)及材料應(yīng)用與城市固體垃圾處理,主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面可以將橡膠制品、塑料制品、廢印刷電路板等制成超微粉末,除去其中的異物,成為再生原料回收;另一方面,可以應(yīng)用納米二氧化鈦加速城市垃圾的降解,其降解速度是大顆粒二氧化鈦的10倍以上,從而可以緩解大量生活垃圾給城市環(huán)境帶來的壓力。

五、納米材料在其他方面的應(yīng)用

利用先進的納米技術(shù),在不久的將來,可制成含有納米電腦的可人-機對話并具有自我復(fù)制能力的納米裝臵,它能在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)十億個操作動作。在軍事方面,利用昆蟲作平臺,把分子機器人植入昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)中控制昆蟲飛向敵方收集情報,使目標喪失功能。

利用納米技術(shù)還可制成各種分子傳感器。和探測器利用納米羥基磷酸鈣為原料,可制作人的牙齒、關(guān)節(jié)等仿生納米材料。將藥物儲存在碳納米管中,并通過一定的機制來激發(fā)藥劑的釋放,則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實。另外,還可利用碳納米管來制作儲氫材料,用作燃料汽車的燃料“儲備箱”。利用納米顆粒膜的巨磁阻效應(yīng)研制高靈敏度的磁傳感器;利用具有強紅外吸收能力的納米復(fù)合體系來制備紅外隱身材料,都是很具有應(yīng)用前景的技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域。

六、納米材料的前景

納米材料的研究,它使人類在改造自然方面進入了一個新的層次,即進入到原子、分子的納米層次。納米技術(shù)的核心是按人們的意志直接操縱單個原子、分子或原子團、分子團,制造具有特定功能的產(chǎn)品。由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)都同時在起作用,它們對材料某一種性能的貢獻大小、強弱往往很難區(qū)分,是有利的作用,還是不利的作用 更難以判斷,這不但給某一現(xiàn)象的解釋帶來困難,同時也給設(shè)計新型納米結(jié)構(gòu)帶來很大的困難。如何控制這些效應(yīng)對納米材料性能的影響,如何控制一種效應(yīng)的影響而引出另一種效應(yīng)的影響,這都是控制工程研究亟待解決的問題。在納米材料的研究中,目前主要的工作有:一是用納米材料替代傳統(tǒng)材料改善產(chǎn)品品質(zhì)與性能;另一方面是開發(fā)新材料。

納米材料與納米技術(shù)和我們的生活密切相關(guān)，納米材料已成為當今世界各國研究者熱衷的領(lǐng)域。隨著研究的深入，納米材料與納米技術(shù)得到飛速的發(fā)展，可以想見，當我們可以自主的控制納米材料時，我們的生活將發(fā)生極大的變化；激動人心的納米時代已經(jīng)到來，人們的生活即刻將發(fā)生巨大的變化，然而，我們也要清醒地看到，市場上真正成熟的納米材料并不是很多中科院院士白春禮院士認為，“真正意義的納米時代還沒有到來，我們正在充滿信心地迎接納米時代的到來。” 白春禮說，“人類進入納米科技時代的重要標志是納米器件的研制水平和應(yīng)用程度。”納米科技發(fā)展到今天，距離納米時代的到來還有多遠呢，白春禮說，“納米研究目前還有許多基礎(chǔ)研究在進行中，在納米尺度上還有大量原理性問題尚待研究，納米科技現(xiàn)在的發(fā)展水平大概相當于計算機技術(shù)在20世紀50年代的發(fā)展水平，人類最終進入納米時代還需要30到50年的時間，50年后納米科技有可能像今天計算機技術(shù)一樣普及。”

第五篇：納米材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

納米11

陳美齡

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納米材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

學(xué) 院：姓 名：學(xué) 號：班 級：

——《納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿》論文

材料科學(xué)與工程學(xué)院 陳美齡 41136025 納米11班 2014.7.30 納米11

陳美齡

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一、摘要：

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，科技技術(shù)更新速度日益加快。納米材料早已滲透到我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷妫谖覀兊娜粘Ｉ钪邪l(fā)揮著不可替代的作用。

目前，納米材料材料研究領(lǐng)域，已經(jīng)由原來如何方便人類生活、如何開發(fā)新型材料，逐步向減少環(huán)境負擔(dān)、材料可循環(huán)利用、低能高效的方向發(fā)展。同時，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，納米材料材料同樣發(fā)揮著不可替代的作用。在未來的研究方面，將會是向低碳環(huán)保和科技技術(shù)方面發(fā)展。

本文主要介紹在航天領(lǐng)域方面的熱門兩種納米材料。

二、無機抗菌納米材料

（1）簡介

細菌、霉菌、酵竹苗、凜類等_仃害微牛物小僅對人類生活作業(yè)境造成污染，而且時人體健康和生命造成嚴幣損害。即使在遠離地球的找人航天E行器艙內(nèi)環(huán)境中同樣不能豐免。美國載人航無器E行史中，因細菌感染而導(dǎo)致乘員患感冒、尿路感染、皮炎、I I牌，潰瘍的病例就打多起。如阿波羅7、8 q曾發(fā)生呼吸道感染，9、1I、12、14發(fā)生中耳炎，其他E行任務(wù)中也牲牛過皮疹等皮膚感染性疾病，P號宅川站乘員留軌期問也有因細菌感染患疵，從而不得不提返航的病例。納米11

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（2）機抗菌納米材料材料簡介

無機抗菌納米材料材料就是含有無機抗菌成分并具有抗菌抑菌功能的納米材料材料。無機抗菌劑是一種新的、含有銀、鋅、銅等金屬離子成分和無機載體的接觸型抗菌制劑，其所含金屬離子具有超強抗菌能力。

當細菌、霉菌等微生物接觸到載體中游離態(tài)金屬離子后，帶正電荷的金屬離子與帶負電荷的微生物因庫侖引力相互吸附，并在微生物表面聚積，在金屬離子之正電荷達一定量時，就會有效擊穿細菌細胞壁，接觸細胞內(nèi)部蛋白質(zhì)和核酸，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性，從而降低蛋白酶活性。蛋白質(zhì)失活就會影響細胞的代謝和呼吸功能，使其無法進行分裂繁殖，直到死亡，從而達到滅菌、抑菌目的。

（3）分子材料航天應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國己試制和生產(chǎn)出硅、鈣、鉀三大系列七大類多種抗菌劑，而且還為各種制劑選配了合適載體，較好的解決了部分抗菌納米材料制品的生產(chǎn)工藝技術(shù)難題。如抗菌尼龍絲、聚乙烯板，藥品包裝材料、食品包裝膜、聚丙編織絲料、無紡布、ABS、PS、聚酯泡沫塑料、涂料、空氣清新劑等多種抗菌制品，經(jīng)過進一步嚴格篩試，均可應(yīng)用于載人航天技術(shù)領(lǐng)域。

為給乘員創(chuàng)建安全可靠工作條件和舒適方便的生活環(huán)境，納米材 納米11

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料聚合材料越來越多的運用于載人航天艙內(nèi)設(shè)備。航天服就用到多種經(jīng)特殊處理的保溫耐壓納米材料材料。又如頭盔及其面窗材料，通信用麥克和耳機材料，飛行程序控制用計算機殼體、操作鍵盤，各種連接導(dǎo)線和電纜，多種非金屬餐飲、復(fù)水器具，食品、飲料及藥品包裝材料，廢物和大小便收集存貯裝置，尿液及航天廢水再生處理用過濾、透析膜材料,吸水材料，保溫材料，各種通用工具及設(shè)備的操作把手，各種通風(fēng)排氣復(fù)合軟管材料，減震保溫用發(fā)泡材料，有時電熱設(shè)備的絕緣隔熱層也不得不用納米材料材料制成。納米材料材料為人類創(chuàng)建生活和工作便利的同時，同樣也會遭受有害菌侵蝕，不僅損害材料外觀，而且嚴重損害到材料質(zhì)量，甚至通過交叉?zhèn)鞑パ昙叭梭w健康。據(jù)調(diào)查，105 f-1電話中46％的機子上有大腸桿菌，僅在塑料聽筒、話筒上就有480余種細菌和2400種病毒。有害微生物的繁衍速度很快，在適宜條件下，一個大腸桿菌經(jīng)9個小時可達1億個之多。

三、聚磷腈在航空航天中的應(yīng)用

（1）簡介

在現(xiàn)代材料科學(xué)與技術(shù)發(fā)展歷程中，航空航天材料一直扮演著先導(dǎo)性角色，材料進步不僅推動了航空航天業(yè)本身的發(fā)展，也帶動了地面交通工具進步，航空航天材料反映了材料發(fā)展的前沿，代表一個國家材料的最高水平。航空航天材料主要要求是抗疲勞、耐高溫、耐腐蝕、長壽命等。納米11

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（2）聚磷腈材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

1、在織物阻燃中

航空航天領(lǐng)域織物包括降落傘和宇航服裝，要求材料具有高的阻燃和耐熱性能，以滿足特殊條件下的使用。

劉霞等人通過熱重分析(TGA)、差熱分析(DTA)，紅外光譜(IR)等詳細研究了TAP對織物阻燃性能的影響。當添加質(zhì)量分數(shù)為l7％ 時，成率(燃燒分解后剩余質(zhì)量占原來質(zhì)量的分數(shù))為39％，氧指數(shù)為47。5，手感好，強度損失小，水平點燃有自熄性。國外有人對TAP(日本曹達公司產(chǎn)品)的水合物和鹽酸鹽進行研究。經(jīng)TAP化合物阻燃整理的棉纖維性能見表1。

由表1可知，經(jīng)TAP化合物整理后，棉緞具有高的耐洗性和耐久性，阻燃效果明顯，基于增質(zhì)量率和不同條件下的極限氧指數(shù)(iO0最高達到39。TAP化合物與防火整理劑(丙烷一派羅伐特克斯，cp)進一步經(jīng)熱分析對比，發(fā)現(xiàn)CP在受熱過程中發(fā)生放熱分解。TAP化合物在受熱過程中，由于放出HCI和NH 而發(fā)生吸熱，且TAP在纖維素中發(fā)生縮聚反應(yīng)(如圖3所示)，在酸催化作用下，脫除NH，而發(fā)生縮聚，生成不溶于水的聚合物，從而賦予纖維以持久的阻燃性。用TAP化合物進行阻燃整理有如下優(yōu)點：賦予棉纖維以持久阻燃性；不會游離出甲醛；經(jīng)整理的布手感柔軟，強度保持率(經(jīng)向)高達90％；不變色；由于不含鹵素，燃燒時不會產(chǎn)生鹵素氣體和鹵化氫氣體。此 外，TAP對人造纖維、棉針織物、絲綢有防縮整理效果。納米11

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2、在阻燃泡沫橡膠中

美聯(lián)邦航空局的Richard等人對高效阻燃聚磷腈泡沫材料進行了測試。聚磷腈材料與其他材料相Ii試數(shù)據(jù)見表2.前者的熱性能顯示了非常大的優(yōu)勢，EYPEL—A熱釋放能力比航空用Pu橡膠降低了66．4％，膨脹石墨改性聚磷腈橡膠的 更是降低了80．7％。從反應(yīng)材料阻燃性的成炭率可看出：EYPEL—A比航空用Pu橡膠的成炭率提高9倍，膨脹石墨改性聚磷腈橡膠更是提高了近20倍。另外聚磷腈材料的燃燒性能更為優(yōu)越(表3)，與Pu相比，燃燒時聚磷腈材料最大熱釋放速率降低70％，平均有效燃燒熱量降低37．5％，顯著降低燃燒釋放出的熱量，減少燃燒造成的損失，石墨改性的聚磷腈性能則更優(yōu)。6 納米11

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3、在膠黏劑中

聚磷腈膠黏劑[1 具有突出的耐熱性能，300度以上有較好的耐熱性和黏結(jié)一IIii(對金屬粘接剪切強度為200MPa以上)，并且其抗沖擊韌性比無機鹽膠黏劑好得多。聚磷腈膠黏劑主要用于高溫作業(yè)下如火箭、導(dǎo)彈、飛機等有關(guān)耐高溫部件的金屬、陶瓷和玻璃鋼等工件的粘接。典型的聚磷腈膠黏劑合成見圖4。納米11

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四、結(jié)語

納米材料也叫做聚合物材料，通常是指由千萬個小分子有化學(xué)鍵連接而成的大分子聚合物。我們生活中應(yīng)用的納米材料材料就是指合成材料、合成橡膠、合成纖維等合成納米材料材料。然而20世紀60年代，納米材料工業(yè)已基本完善，解決了人們的衣著、日用品、和工業(yè)材料等需求。因此，在未來的納米材料航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，納米材料材料功能化、納米納米材料材料復(fù)合技術(shù)以及可降解生物納米材料材料研發(fā)將是三個重要的研究領(lǐng)域。

五、參考文獻

（1）許勝國，魏民，趙成堅，謝瓊-中國宇航學(xué)會首屆學(xué)術(shù)年會論文集，無機抗菌納米材料材料在載人航天技術(shù)中的應(yīng)用前景。（2）李愛元，張慧波，陳亞東，王建-《膠體與聚合物》，聚磷腈納米材料材料在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。