納米科技
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納米科技范文第1篇
1.何謂納米科技
所謂納米尺度是指十億分的一米，約為人類頭發(fā)直徑的八萬(wàn)分的一，相當(dāng)于十個(gè)氫原子的直徑長(zhǎng)。納米科技涵蓋材料、微電子、計(jì)算機(jī)工程、化工、化學(xué)、物理、醫(yī)學(xué)、航天、環(huán)境、能源以及生物等各領(lǐng)域。而納米科技一般系指利用數(shù)個(gè)納米至數(shù)十個(gè)納米的觀察與操作技術(shù)，制作出具有該尺度的各種功能新穎的構(gòu)造體，將其制作成各種不同領(lǐng)域與制程整合并加以利用的技術(shù)。
2.納米材料的特性
當(dāng)材料結(jié)構(gòu)小到納米尺寸時(shí)，材料中的晶粒大小介于一到十納米范圍的間。一般定義晶粒或顆粒直徑小于1 0 0納米的粒子稱為納米晶。當(dāng)超威粉粒直徑、薄膜厚度或孔隙直徑從微米減小至納米等級(jí)，具有與一般固體晶相或非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)不同的原子結(jié)構(gòu)；且有與傳統(tǒng)晶粒或非晶質(zhì)材料不同的性質(zhì)，這些材料結(jié)構(gòu)已小于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，其表面原子所占全體原子的比例將快速增加，故其表面未飽和鍵數(shù)很多，使得納米具有極高的表面活性，因此表面能量占全體總能量的比例也快速增加，其具有大表面積的特殊效應(yīng)，又因其固體表面原子的熱與化學(xué)穩(wěn)定性比內(nèi)部的原子要差得多，造成此表面原子有催化劑的作用。目前我們所使用的材料結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)縮小到器件所利用的物理原理即將失效的階段，科學(xué)家們預(yù)測(cè)這些物理原理的適用性再撐不過(guò)十年，由于納米結(jié)構(gòu)材料，仍有很多的新化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)，例如材料強(qiáng)度、模數(shù)、延性、磨耗性質(zhì)、磁特性、表面催化性以及腐蝕行為等，會(huì)隨著粒徑大小不同而發(fā)生變化，也就是說(shuō)如果我們想要利用納米材料結(jié)構(gòu)，不只需要找出更好的材料、更簡(jiǎn)便和可信度高的生產(chǎn)方法，同時(shí)也必須了解其新物理和化學(xué)性質(zhì)，想出新運(yùn)用的原理，并且可以做出特定大小、形狀，或有可區(qū)分出不同尺寸與形狀的納米制造技術(shù)。
3.半導(dǎo)體納米組件
目前電子產(chǎn)品組件中的晶體管和鏈接尺寸都已經(jīng)縮小到0.13微米（百萬(wàn)分的一米） 以下，在計(jì)算機(jī)內(nèi)兩公分平方的中央數(shù)據(jù)處理器，英特爾（ intel） 的最新商用微處理器pentium 4，系使用0.18微米制程，于一個(gè)微處理器內(nèi)包含4700萬(wàn)個(gè)晶體管，若使用0.02微米制程，則每一個(gè)微處理器幾乎可容納10億個(gè)晶體管。當(dāng)我們從0.13微米發(fā)展到0.10微米將會(huì)面對(duì)棘手的技術(shù)障礙。為進(jìn)一步的發(fā)展，需要材料、非光學(xué)微影制程、蝕刻、沈積和低溫退火等多方面的突破。除此的外，設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、測(cè)試和封裝技術(shù)都需要艱難的技術(shù)革新。英特爾的創(chuàng)辦人的一、摩爾博士于1965年曾謂微處理器的晶體管密度，每十八個(gè)月會(huì)增加一倍，此即為摩爾定律，業(yè)界要維系摩爾定律，就必須不斷的提升制程技術(shù)，其中的關(guān)鍵技術(shù)即為微影，例如傳統(tǒng)微影制程使用的365納米、近紫外光，其解像度大約在0.30-0.35微米間，而目前4 ～ 5年內(nèi)的主要曝光技術(shù)則是深紫外光光學(xué)微影（duv），2000年全球微影設(shè)備出貨量中，d u v設(shè)備占6 2％，9 9年時(shí)為57％，在d u v曝光技術(shù)中， 193納米氟化氬（arf） 雷射為深紫外光光學(xué)微影的主要光學(xué)光源，其解像度為0.13-0.10微米。更多的工作將會(huì)集中于如何在更少的基底損壞和更高選擇率的前提下凈化和蝕刻芯片。我們會(huì)努力將阻抗更低的材料、導(dǎo)電性更高的薄膜、新型金屬或金屬化合物和導(dǎo)電性更低的隔層材料應(yīng)用到新的生產(chǎn)線中。除此的外，許多的專家將會(huì)投入大量時(shí)間研究原子級(jí)檢驗(yàn)、超高速芯片級(jí)測(cè)試和高效可靠的封裝。臺(tái)灣有不少硅晶圓制造公司已經(jīng)成功地發(fā)展出小于0.11微米的組件。
4.掃描探針微影術(shù)在納米科技的應(yīng)用
掃描探針微影術(shù)是利用掃描探針顯微鏡（如原子力顯微鏡及掃描穿遂顯微鏡等） 來(lái)進(jìn)行納米級(jí)微影的新技術(shù)?？捎靡葬槍?duì)材料表面特性的檢測(cè)，近年來(lái)更利用微小的探針頭尖端靠近材料表面以產(chǎn)生局部的強(qiáng)電場(chǎng)或低能電子束，用于改變表面特性的掃描探針微影術(shù)，即由相關(guān)參數(shù)的調(diào)整，而發(fā)展出多種掃描探針顯微加工技術(shù)。而其運(yùn)用的范圍已擴(kuò)及表面物理、固態(tài)物理、生物物理、生命科學(xué)、材料科學(xué)、納米科學(xué)等學(xué)術(shù)研究，以及納米量測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)、超精密加工、生物技術(shù)與納米技術(shù)等工程研究與實(shí)際運(yùn)用。掃描探針顯微鏡由于可達(dá)到原子級(jí)或納米級(jí)的分析能力，而且進(jìn)行測(cè)量
與加工所需旳能量差別不大，因此同一系統(tǒng)幾乎可同時(shí)進(jìn)行納米量測(cè)與納米加工，是未來(lái)納米技術(shù)最重要的基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)的一。其中，使用導(dǎo)電探針以產(chǎn)生場(chǎng)致陽(yáng)極氧化作用的方法更被應(yīng)用于制造納米尺寸的組件，如場(chǎng)效晶體管、單電子晶體管、單電子內(nèi)存、高密度數(shù)據(jù)儲(chǔ)存媒介等。
5.納米碳管的研究
納米材料的研究為目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的先驅(qū)之一，其中，近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)的納米碳管更是因其優(yōu)異的性質(zhì)而備受矚目，并擁有許多潛在的應(yīng)用。納米碳管有很高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)性和機(jī)械強(qiáng)度，尤其是獨(dú)特的電子性質(zhì)，使其可應(yīng)用在場(chǎng)發(fā)射平面顯示器上，有極大的發(fā)展?jié)摿?。?991年被s. iijima發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已逐漸成為科學(xué)界的主流研究課題的一，納米碳管主要是由一層或多層的未飽和石墨層（ graphene layer） 所構(gòu)成，在納米碳管石墨層中央部分都是六圓環(huán)，而在末端或轉(zhuǎn)折部份則有五圓環(huán)或七圓環(huán)，每一個(gè)碳原子皆為s p2構(gòu)造，基本上納米碳管上石墨層的構(gòu)造及化學(xué)性質(zhì)與碳六十相似。制備方法大致可分為三種：第一種為電漿法，由二支石墨棒在直流電場(chǎng)及惰性氣體環(huán)境下，火花放電而生成。第二種方法為激光激發(fā)法，由聚焦的高能量激光束于120℃高溫爐中揮發(fā)石墨棒而生成。第三種方法為金屬催化熱裂解法，在高溫爐中（＞700℃） 由鐵、鈷、鎳金屬顆粒熱裂解乙炔或甲烷而生成。由于上述三方法對(duì)于量產(chǎn)納米碳管依舊有一段距離。
6.生物科技在納米技術(shù)的應(yīng)用
納米科技不只可以應(yīng)用在電子信息工業(yè)上，在生物和醫(yī)學(xué)上也一樣有用。當(dāng)我們有一天能區(qū)分出健康和患病者d na基因內(nèi)碼排列的差異性時(shí)，也許可利用納米技術(shù)來(lái)加以修正；生物芯片因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)微小，其偵測(cè)靈敏度特別的高，只需要極少量分子即能檢驗(yàn)出病因，現(xiàn)在我們生病時(shí)所做生理檢查總是避免不了驗(yàn)血、驗(yàn)?zāi)颉Ⅱ?yàn)一大堆東西，有些檢驗(yàn)還得等好幾天的細(xì)菌培養(yǎng)，生物芯片一旦發(fā)展成功，小小的一片，從分子生物學(xué)出發(fā)，一次便可做多種檢驗(yàn)，且不到幾分鐘或幾秒鐘便能全部完成；當(dāng)然制造小醫(yī)療器件，把它注入體內(nèi)做長(zhǎng)期醫(yī)療工作也是發(fā)展方向之一，器件小會(huì)減少對(duì)其他器官正常作用的干擾。另外在基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)方面，生物分子如何作用也可用納米技術(shù)做非常細(xì)微的分析，即以了解其作用機(jī)制，預(yù)料利用納米技術(shù)，有一天科學(xué)家可以測(cè)量單一分子的光譜和鍵能，也可切割或連結(jié)某一特定的分子鍵，一個(gè)分子馬達(dá)如何的旋轉(zhuǎn)，還有一個(gè)蛋白分子如何的松縮等現(xiàn)象也都可利用原子力顯微鏡等顯微技術(shù)直接觀察研究。
納米科技范文第2篇
1、各國(guó)競(jìng)相出臺(tái)納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃
由于納米技術(shù)對(duì)國(guó)家未來(lái)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國(guó)防安全具有重要意義，世界各國(guó)（地區(qū)）紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，以指導(dǎo)和推進(jìn)本國(guó)納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個(gè)國(guó)家制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃。一些國(guó)家雖然沒(méi)有專項(xiàng)的納米技術(shù)計(jì)劃，但其他計(jì)劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)的研發(fā)。
（1）發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)雄心勃勃
為了搶占納米科技的先機(jī)，美國(guó)早在2000年就率先制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開(kāi)展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)又通過(guò)了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開(kāi)。
日本政府將納米技術(shù)視為“日本經(jīng)濟(jì)復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項(xiàng)措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設(shè)備）的落實(shí)。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進(jìn)從基礎(chǔ)性到實(shí)用性的研發(fā)，同時(shí)跨省廳重點(diǎn)推進(jìn)能有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)。
歐盟在2002—2007年實(shí)施的第六個(gè)框架計(jì)劃也對(duì)納米技術(shù)給予了空前的重視。該計(jì)劃將納米技術(shù)作為一個(gè)最優(yōu)先的領(lǐng)域，有13億歐元專門(mén)用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識(shí)為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會(huì)還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前，已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個(gè)關(guān)鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢(shì)頭；加強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施；從質(zhì)和量方面擴(kuò)大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)；考慮社會(huì)因素，趨利避險(xiǎn)。另外，包括德國(guó)、法國(guó)、愛(ài)爾蘭和英國(guó)在內(nèi)的多數(shù)歐盟國(guó)家還制定了各自的納米技術(shù)研發(fā)計(jì)劃。
（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體瞄準(zhǔn)先機(jī)
意識(shí)到納米技術(shù)將會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的影響，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體，為了保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國(guó)政府2001年制定了《促進(jìn)納米技術(shù)10年計(jì)劃》，2002年頒布了新的《促進(jìn)納米技術(shù)開(kāi)發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)施規(guī)則》。韓國(guó)政府的政策目標(biāo)是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平；到2010年10年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，韓國(guó)納米技術(shù)研發(fā)要達(dá)到與美國(guó)和日本等領(lǐng)先國(guó)家的水平，進(jìn)入世界前5位的行列。
中國(guó)臺(tái)灣自1999年開(kāi)始，相繼制定了《納米材料尖端研究計(jì)劃》、《納米科技研究計(jì)劃》，這些計(jì)劃以人才和核心設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺(tái)灣知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
（3）發(fā)展中大國(guó)奮力趕超
綜合國(guó)力和科技實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)展中國(guó)家為了迎頭趕上發(fā)達(dá)國(guó)家納米科技發(fā)展的勢(shì)頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國(guó)政府在2001年7月就了《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)、國(guó)家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門(mén)委員會(huì)。目前正在制定中的國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展綱要將明確中國(guó)納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國(guó)在目前和中長(zhǎng)期的研發(fā)任務(wù)，以便在國(guó)家層面上進(jìn)行指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在幾個(gè)方面取得重要突破。鑒于未來(lái)最有可能的技術(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項(xiàng)國(guó)家納米技術(shù)戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過(guò)加大對(duì)從事材料科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的支持力度，加強(qiáng)材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。
2、納米科技研發(fā)投入一路攀升
納米科技已在國(guó)際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無(wú)論是富裕的工業(yè)化大國(guó)還是渴望富裕的工業(yè)化中國(guó)家，都在對(duì)納米科學(xué)、技術(shù)與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報(bào)告稱，在過(guò)去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術(shù)研究資金估計(jì)為20億歐元。這說(shuō)明，全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達(dá)50億歐元。
美國(guó)的公共納米技術(shù)投資最多。在過(guò)去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法》，在2005～2008財(cái)年聯(lián)邦政府將對(duì)納米技術(shù)計(jì)劃投入37億美元，而且這還不包括國(guó)防部及其他部門(mén)將用于納米研發(fā)的經(jīng)費(fèi)。
日本目前是僅次于美國(guó)的第二大納米技術(shù)投資國(guó)。日本早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始支持納米科學(xué)研究，近年來(lái)納米科技投入迅速增長(zhǎng)，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長(zhǎng)20%。
在歐洲，根據(jù)第六個(gè)框架計(jì)劃，歐盟對(duì)納米技術(shù)的資助每年約達(dá)7.5億美元，有些人估計(jì)可達(dá)9.15億美元。另有一些人估計(jì)，歐盟各國(guó)和歐盟對(duì)納米研究的總投資可能兩倍于美國(guó)，甚至更高。
中國(guó)期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術(shù)研究支出達(dá)到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國(guó)臺(tái)灣計(jì)劃從2002～2007年在納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達(dá)1億美元。韓國(guó)每年的納米技術(shù)投入預(yù)計(jì)約為1.45億美元，而新加坡則達(dá)3.7億美元左右。
就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國(guó)為2.4歐元，美國(guó)為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計(jì)劃，美國(guó)2006年的納米技術(shù)研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢(shì)。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國(guó)為0.01%，日本為0.02%。
另外，據(jù)致力于納米技術(shù)行業(yè)研究的美國(guó)魯克斯資訊公司2004年的一份年度報(bào)告稱，很多私營(yíng)企業(yè)對(duì)納米技術(shù)的投資也快速增加。美國(guó)的公司在這一領(lǐng)域的投入約為17億美元，占全球私營(yíng)機(jī)構(gòu)38億美元納米技術(shù)投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營(yíng)機(jī)構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長(zhǎng)，納米技術(shù)的創(chuàng)新時(shí)代必將到來(lái)。
3、世界各國(guó)納米科技發(fā)展各有千秋
各納米科技強(qiáng)國(guó)比較而言，美國(guó)雖具有一定的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)在尚無(wú)確定的贏家和輸家。
（1）在納米科技論文方面日、德、中三國(guó)不相上下
根據(jù)中國(guó)科技信息研究所進(jìn)行的納米論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學(xué)引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度較大，2001年和2002年的增長(zhǎng)率分別達(dá)到了30.22%和18.26%。
2000—2002年納米研究論文，美國(guó)以較大的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先于其他國(guó)家，3年累計(jì)論文數(shù)超過(guò)10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國(guó)（11.28%）、中國(guó)（10.64%）和法國(guó)（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過(guò)了3000篇。而且以上5國(guó)2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過(guò)了1000篇，是納米研究最活躍的國(guó)家，也是納米研究實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)家。中國(guó)的增長(zhǎng)幅度最為突出，2000年中國(guó)納米論文比例還落后德國(guó)2個(gè)多百分點(diǎn)，到2002年已經(jīng)超過(guò)德國(guó)，位居世界第三位，與日本接近。
在上述5國(guó)之后，英國(guó)、俄羅斯、意大利、韓國(guó)、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國(guó)3年累計(jì)論文總數(shù)都超過(guò)了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進(jìn)入前10名。這5個(gè)國(guó)家可以列為納米研究較活躍的國(guó)家。
另外，如果歐盟各國(guó)作為一個(gè)整體，其論文量則超過(guò)36%，高于美國(guó)的29.46%。
（2）在申請(qǐng)納米技術(shù)發(fā)明專利方面美國(guó)獨(dú)占鰲頭
據(jù)統(tǒng)計(jì)：美國(guó)專利商標(biāo)局2000—2002年共受理2236項(xiàng)關(guān)于納米技術(shù)的專利。其中最多的國(guó)家是美國(guó)（1454項(xiàng)），其次是日本（368項(xiàng)）和德國(guó)（118項(xiàng)）。由于專利數(shù)據(jù)來(lái)源美國(guó)專利商標(biāo)局，所以美國(guó)的專利數(shù)量非常多，所占比例超過(guò)了60%。日本和德國(guó)分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國(guó)、韓國(guó)、加拿大、法國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過(guò)了1%。
專利反映了研究成果實(shí)用化的能力。多數(shù)國(guó)家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，專利數(shù)所占比例超過(guò)論文數(shù)所占比例的國(guó)家和地區(qū)只有美國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣。這說(shuō)明，很多國(guó)家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實(shí)力，但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究，而實(shí)用化能力較弱。
（3）就整體而言納米科技大國(guó)各有所長(zhǎng)
美國(guó)納米技術(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用，目前美國(guó)納米研究熱點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國(guó)國(guó)家的優(yōu)先科研計(jì)劃。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)多種癌癥進(jìn)行早期診斷，而且，已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷。2004年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門(mén)出臺(tái)了一項(xiàng)《癌癥納米技術(shù)計(jì)劃》，目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動(dòng)也是一個(gè)研究熱門(mén)，這對(duì)于研究艾滋病病毒、癌細(xì)胞等在人體內(nèi)的活動(dòng)情況非常有用，還可以用來(lái)檢測(cè)藥物對(duì)病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來(lái)5～10年有望商業(yè)化。
雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點(diǎn)，納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國(guó)科研人員正在加緊納米級(jí)半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究，期望突破傳統(tǒng)的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運(yùn)算快的芯片。這種技術(shù)本來(lái)有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長(zhǎng)度達(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線。
日本納米技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)實(shí)力強(qiáng)大，某些方面處于世界領(lǐng)先水平，但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段，距離實(shí)用化還有相當(dāng)一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上，日本最重視的是應(yīng)用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開(kāi)發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結(jié)構(gòu)、富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)、納米管套富勒結(jié)構(gòu)、酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等。
在制造方法上，日本不斷改進(jìn)電弧放電法、化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時(shí)積極開(kāi)發(fā)新的制造技術(shù)，特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注。它能以每小時(shí)數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開(kāi)發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來(lái)的1／10，兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。
日本高度重視開(kāi)發(fā)檢測(cè)和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級(jí)照相機(jī)顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品。科學(xué)家村田和廣成功開(kāi)發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應(yīng)用于納米領(lǐng)域，在硅、玻璃、金屬和有機(jī)高分子等多種材料的基板上印制細(xì)微電路，是世界最高水平。
日本企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)尋找用武之地，如制造單個(gè)電子晶體管、分子電子元件等更細(xì)微、更高性能的元器件和量子計(jì)算機(jī)，解析分子、蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等。不過(guò)，這些研究大都處于探索階段，成果為數(shù)不多。
歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機(jī)電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)材料、智能材料等方面的研究能力較強(qiáng)。
中國(guó)在納米材料及其應(yīng)用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無(wú)機(jī)非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學(xué)合成材料也是一個(gè)重要方面，而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有明顯差距。
4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快
目前，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2004年全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元，2010年將達(dá)到14400億美元。為此，各納米技術(shù)強(qiáng)國(guó)為了盡快實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
美國(guó)國(guó)家科研項(xiàng)目管理部門(mén)的管理者們認(rèn)為，美國(guó)大公司自身的納米技術(shù)基礎(chǔ)研究不足，導(dǎo)致美國(guó)在該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)應(yīng)用缺乏動(dòng)力，因此，嘗試建立一個(gè)由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國(guó)聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個(gè)“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時(shí)有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項(xiàng)：一是進(jìn)行納米技術(shù)基礎(chǔ)研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領(lǐng)域涉及納米計(jì)算、納米通訊、納米機(jī)械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應(yīng)用于美國(guó)國(guó)防工業(yè)。
美國(guó)的一些大公司也正在認(rèn)真探索利用納米技術(shù)改進(jìn)其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個(gè)由專業(yè)、商業(yè)和學(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴(kuò)大，其目的是共享信息，促進(jìn)聯(lián)系，加速納米技術(shù)應(yīng)用。
日本企業(yè)界也加強(qiáng)了對(duì)納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國(guó)立科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)會(huì)議”，以大力促進(jìn)本地區(qū)納米技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術(shù)研究所，試圖將納米技術(shù)融合進(jìn)各自從事的產(chǎn)業(yè)中。
歐盟于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)，推動(dòng)納米技術(shù)在歐盟成員國(guó)的應(yīng)用。歐盟委員會(huì)指出：建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)的目的是使工程師、材料學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)產(chǎn)品和運(yùn)輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時(shí)減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過(guò)建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)方面盡快趕上美國(guó)。
納米科技范文第3篇
關(guān)鍵詞：納米材料 太陽(yáng)電池 光催化 興趣小組
中圖分類號(hào)：N39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）11（a）-0001-01
為了更好地開(kāi)展“納米科技”興趣小組，將興趣小組分成以下幾個(gè)部分來(lái)實(shí)施：納米材料的基本知識(shí)及制備方法，染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池，納米科技在光催化、光吸收等方面的應(yīng)用。
1 納米材料的基本知識(shí)及制備方法
“納米科技”興趣小組剛開(kāi)展時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)的方法，為小組成員提指導(dǎo)學(xué)生制作太陽(yáng)電池，首先制作納米二氧化鈦，有很多參數(shù)會(huì)影響到納米供相關(guān)科技書(shū)籍，指導(dǎo)學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)：納米概念、納米微粒結(jié)構(gòu)、納米材料的物理化學(xué)性質(zhì)、納米材料的制備方法等，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)納米科技的興趣。
針對(duì)小組成員是大一新生，理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能相對(duì)不足，利用課余時(shí)間指導(dǎo)小組成員學(xué)習(xí)理論知識(shí)和常規(guī)的實(shí)驗(yàn)技能，指導(dǎo)小組成員做一些簡(jiǎn)單的材料制備實(shí)驗(yàn)，熟悉紫外-可見(jiàn)分光光度（UV-Vis）、pH計(jì)等分析儀器。給小組成員布置學(xué)習(xí)任務(wù)，按期提交學(xué)習(xí)心得，督促小組成員盡快掌握基本的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。給學(xué)生做演示實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。通過(guò)言傳身教，讓學(xué)生懂得科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，養(yǎng)成多動(dòng)腦筋、勤觀察現(xiàn)象、善于分析的好習(xí)慣。指導(dǎo)學(xué)生掌握如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如何記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)處理。組織小組成員進(jìn)行討論交流，提高學(xué)生獨(dú)立思考、分析理解能力、動(dòng)手操作和自主創(chuàng)新的能力；增強(qiáng)學(xué)生的綜合能力，促進(jìn)學(xué)生素質(zhì)的全面發(fā)展。
在興趣小組的實(shí)施過(guò)程中，小組成員通過(guò)查閱資料、文獻(xiàn)檢索、聽(tīng)講座、看演示實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)、討論交流等方式了解納米科技，熟悉納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)，納米材料的制備方法：共沉淀法、水解法、溶膠-凝膠法和微乳液法等，能動(dòng)手制備一些納米材料，如：納米二氧化鈦、納米二氧化硅等。
隨著小組成員理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的提高，指導(dǎo)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)方案及注意事項(xiàng)，讓學(xué)生動(dòng)手做一些實(shí)驗(yàn)。指導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比較各個(gè)工藝路線的優(yōu)劣，討論如何設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案。指導(dǎo)學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以及一些困惑和思考。學(xué)生在做科學(xué)研究時(shí)，興趣更大，操作更加細(xì)致認(rèn)真。先后做的實(shí)驗(yàn)有：納米二氧化鈦的制備，并用紫外-可見(jiàn)分光光度分析納米二氧化鈦的的光化學(xué)性質(zhì)；制備摻雜型納米二氧化鈦材料，納米二氧化鈦和二氧化硅復(fù)合材料的制備。納米TiO2顆粒容易團(tuán)聚形成較大的聚集體，對(duì)納米TiO2進(jìn)行表面改性以避免其團(tuán)聚現(xiàn)象。納米TiO2顆粒的晶型、顆粒大小對(duì)光催化性能起著決定性的作用，分析影響光催化劑晶型、粒徑的因素，控制納米TiO2的晶型和粒徑。
2 染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池
給學(xué)生介紹染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池（DSC），DSC具有廉價(jià)的原材料和簡(jiǎn)單的制作工藝以及穩(wěn)定的性能等優(yōu)勢(shì)。DSC采用有機(jī)染料來(lái)敏化納米多孔TiO2半導(dǎo)體，由于有機(jī)染料分子設(shè)計(jì)合成的靈活性和納米半導(dǎo)體技術(shù)的迅猛發(fā)展，DSC在技術(shù)發(fā)展和性能提高上有很大的潛力。
TiO2的形態(tài)（粒徑、顆粒形狀、孔隙和比表面積等），還有pH值及反應(yīng)溫度和時(shí)間等。在第一階段已經(jīng)做過(guò)納米二氧化鈦，然后合成染料敏化劑聯(lián)吡啶釕，染料敏化劑在太陽(yáng)電池中的作用是極其重要的，它具有很寬的光譜吸收范圍和良好的穩(wěn)定性，能有效地捕獲太陽(yáng)光，并通過(guò)染料分子的吸附功能基團(tuán)與納米TiO2薄膜表面形成化學(xué)鍵，使染料能夠有效地敏化納米TiO2薄膜電極。將合成的染料溶于乙醇中，配制成染料溶液。第三步配制電解質(zhì)。第四步，準(zhǔn)備好導(dǎo)電玻璃，將二氧化鈦薄膜印刷到導(dǎo)電玻璃上，然后浸泡到染料溶液中，在反電極的玻璃上鍍上一層鉑。最后將兩片導(dǎo)電玻璃固定好，注入電解質(zhì)，密封好就得到太陽(yáng)電池了。學(xué)生親自動(dòng)手制作電池，興趣很大，動(dòng)手能力也得到很好的鍛煉。
3 納米科技在光催化、光吸收等方面的應(yīng)用
指導(dǎo)小組成員學(xué)習(xí)納米材料在光催化、光吸收、生物、醫(yī)藥、磁性材料及傳感器等方面的應(yīng)用；指導(dǎo)小組成員分析納米二氧化鈦的應(yīng)用研究，如在水處理、氣體凈化、抗菌保潔等方面的應(yīng)用；指導(dǎo)小組成員學(xué)習(xí)工業(yè)廢水的常規(guī)處理方法，以及催化劑的性質(zhì)和應(yīng)用；指導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，將金屬離子摻雜納米二氧化鈦光催化劑應(yīng)用到光催化降解工業(yè)廢水中。
采用溶膠-凝膠法制備共摻雜鋅、銀的納米TiO2光催化劑，提高納米TiO2的光催化效率?？疾鞊诫s量、催化劑加入量等對(duì)光催化性能的影響。在處理制漿造紙工業(yè)、農(nóng)藥制造、印染、化工等多種工業(yè)排放廢水方面顯示出良好的應(yīng)用前景。這種光催化技術(shù)對(duì)解決環(huán)境污染，治理環(huán)境有重要的意義，特別是在全球環(huán)境惡化，病毒性傳染病時(shí)有發(fā)生的今天，加強(qiáng)光催化降解有機(jī)污染物技術(shù)更為重要。以甲基橙染料廢水的光催化降解為例，分析鋅、銀共摻雜納米TiO2光催化劑的降解效率。分析影響甲基橙染料廢水的光催化降解的因素：光照強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量、pH值、有機(jī)廢水濃度等。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)“納米科技”興趣小組的開(kāi)展，小組成員對(duì)科學(xué)研究產(chǎn)生了很大的興趣，學(xué)到了很多有用的科技知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，掌握了科研的一些基本方法和技能，能進(jìn)行文獻(xiàn)的檢索，實(shí)驗(yàn)方案的選擇等，能用紫外-可見(jiàn)分光光度（UV-Vis）對(duì)納米光催化劑的光化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，能比較各個(gè)工藝路線的優(yōu)劣，討論如何設(shè)計(jì)下一步的實(shí)驗(yàn)方案?！凹{米科技”興趣小組的開(kāi)展大大提高了小組成員對(duì)專業(yè)課的學(xué)習(xí)興趣，為今后走向工作崗位奠定了一定的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能。
通過(guò)“納米科技”興趣小組的開(kāi)展，小組成員能制備出納米二氧化鈦、共摻雜鋅、銀納米TiO2光催化劑等納米材料。這種新型光催化劑是造紙、農(nóng)藥、印染、化工等多種企業(yè)所需要的，為企業(yè)解決工業(yè)廢水的治理問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
[1] O'Regan B，Graetzel M.A low-cost， high-efficiency Solar Cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films[J]. Nature，1991，353（6346）：737-740.
納米科技范文第4篇
想要考研的你，提及納米科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，是否會(huì)列出“神秘”“高薪”“高就業(yè)率”“高科技”這一系列關(guān)鍵詞呢？
真正的“高富帥”專業(yè)
如果一定要用一個(gè)詞來(lái)形容納米專業(yè)，那就是“高富帥”。
說(shuō)它“高”，是因?yàn)樗牡拇_確是高科技的產(chǎn)物。1納米是1米的十億分之一，20納米也僅相當(dāng)于1根頭發(fā)絲的三千分之一。也正是這么小的尺寸，才能夠用來(lái)做材料。不僅如此，納米材料還都帶著“特異功能”，具有奇異的化學(xué)物理特性。納米雖小，用途卻大，小尺寸成就大空間，真是高不可測(cè)。而研究生階段需要學(xué)的課程也很“高”：納米材料的結(jié)構(gòu)、尺寸和形貌的表征技術(shù)、納米粉體材料的制備與表面修飾、一維納米材料的制備、納米復(fù)合材料的制備、納米結(jié)構(gòu)材料的制備、納米材料的物理特性與應(yīng)用、納米電子器件的基本原理和微加工技術(shù)、納米材料與納米技術(shù)的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)等都是該專業(yè)的主干課。是研究生的必修課，而新專業(yè)的科研空間更加廣闊，所以發(fā)SCI的概率大大增加。想要寫(xiě)好論文，你就要了解納米材料與技術(shù)的最新學(xué)科發(fā)展動(dòng)向、理論前沿、應(yīng)用前景等。而如果你打算游學(xué)海外，就更要在研究生階段狂抓英語(yǔ)了。這一專業(yè)的專業(yè)英語(yǔ)詞匯非常龐雜，有醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理、材料學(xué)等諸多領(lǐng)域，需要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。筆者碩士一年級(jí)的時(shí)候大家每周都會(huì)用英報(bào)告，這樣能有效提高英文水平，即使不打算出國(guó)，閱讀國(guó)外文獻(xiàn)也會(huì)非常流暢，開(kāi)闊視野。納米專業(yè)確實(shí)很“高”，但當(dāng)你真正鉆研進(jìn)去，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的樂(lè)趣。
說(shuō)它“富”，一點(diǎn)也不夸張。納米技術(shù)、信息技術(shù)及生物技術(shù)被譽(yù)為本世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。納米從20世紀(jì)80年代末，90年代初開(kāi)始起步，經(jīng)歷二十多年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為突飛猛進(jìn)的前沿、交叉性新型學(xué)科。納米技術(shù)作為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，將在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、能源和環(huán)境等領(lǐng)域“大顯身手”。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的納米技術(shù)高級(jí)顧問(wèn)米哈伊爾·羅科甚至預(yù)言：“由于納米技術(shù)的出現(xiàn)，在今后30年中，人類文明所經(jīng)歷的變化將會(huì)比過(guò)去的整個(gè)20世紀(jì)都要多得多?！比绱丝磥?lái)，納米技術(shù)必將創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也能為該專業(yè)的同學(xué)提供良好的職業(yè)發(fā)展平臺(tái)。
說(shuō)它“帥”，是因?yàn)樗歇?dú)到魅力，吸引青年學(xué)子投其懷抱。其實(shí)，大部分工科生的研院生活都是相同的，讀文獻(xiàn)、做實(shí)驗(yàn)、組會(huì)、聽(tīng)報(bào)告，這些幾乎就是我們讀研生活的全部。想學(xué)好納米專業(yè)，你首先要做個(gè)雜家。在研究生階段，你要掌握數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等方面的基本理論和基本知識(shí)，學(xué)習(xí)環(huán)境納米材料的綠色制備及其規(guī)?；?，面向環(huán)境檢測(cè)的納米結(jié)構(gòu)與器件的構(gòu)筑原理、方法，并且了解納米材料與納米結(jié)構(gòu)性能與機(jī)理。而做到這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)槔砉た茖I(yè)的直接目標(biāo)在于應(yīng)用，因此還需要學(xué)習(xí)納米材料在污染治理中的應(yīng)用原理、技術(shù)與裝置研發(fā)、納米材料的環(huán)境效應(yīng)與安全性評(píng)估、納米材料在節(jié)能和清潔能源中的應(yīng)用等，掌握材料學(xué)的工藝裝備、測(cè)試手段與評(píng)價(jià)技術(shù)，具備相應(yīng)的科研能力，具有從事科學(xué)研究和解決工程中局部問(wèn)題的能力。運(yùn)用納米技術(shù)解決這些問(wèn)題和一般的常規(guī)思路有著很大的不同，有著前路未知的期盼和發(fā)現(xiàn)時(shí)的狂喜，為此我們都成為典型的“技術(shù)宅”，大部分時(shí)間會(huì)宅在實(shí)驗(yàn)室里，在外人看來(lái)，可能是只顧科研無(wú)心生活的“苦行僧”，而只有我們才能體會(huì)到納米的“帥”及給我們生活所帶來(lái)的樂(lè)趣。
想要學(xué)好納米專業(yè)，團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力必不可缺。其學(xué)習(xí)都是以課題組和實(shí)驗(yàn)室為單位，很多作業(yè)和項(xiàng)目都是大家集體完成，比如開(kāi)發(fā)一種新型的納米材料，大家都有不同的分工，這就需要我們能緊密地合作與溝通，分擔(dān)辛苦分享成功。
同時(shí)，我們還需要有極強(qiáng)的表達(dá)能力和動(dòng)手實(shí)踐的能力。我們學(xué)校經(jīng)常舉辦學(xué)術(shù)沙龍，需要大家上臺(tái)演講，不僅本專業(yè)的導(dǎo)師在場(chǎng)，其他專業(yè)的學(xué)生和老師也會(huì)來(lái)聽(tīng)，并從不同角度提出意見(jiàn)，所以我們要足夠有氣場(chǎng)才能HOLD住場(chǎng)面。而實(shí)踐方面，我們都有做老師科研助理的機(jī)會(huì)，同時(shí)開(kāi)展自己的課題研究，不僅要寫(xiě)得好論文，還要做好實(shí)驗(yàn)。想讀納米專業(yè)，要做的功課非常多，你只有都嘗試了，才能體會(huì)到這個(gè)專業(yè)的巨大魅力，才會(huì)在科技的海洋里盡情遨游。
就業(yè)面窄是誤區(qū)
對(duì)于納米科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，很多人對(duì)它的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)。很多人認(rèn)為，納米作為高精尖技術(shù)與日常生活相距太遠(yuǎn)，所以想當(dāng)然地認(rèn)為其就業(yè)難。
其實(shí)，納米真實(shí)地存在于我們的日常生活中，而隨著科技的發(fā)展，未來(lái)有一天我們的衣食住行都將離不開(kāi)納米技術(shù)。所以如果你能有幸就讀該專業(yè)研究生，并在學(xué)術(shù)上有所造詣，愿意將所學(xué)學(xué)以致用，那么你的就業(yè)前景無(wú)限光明！
那么納米技術(shù)到底是怎樣和實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)的呢，而我們工科生，又將以何種方式參與這種科技改變?nèi)藗兩畹倪M(jìn)程呢？
衣：在紡織和化纖制品中添納米微粒，可以除味殺菌。化纖布結(jié)實(shí)耐磨，但會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，加入少量金屬納米微粒就可消除靜電，穿起來(lái)非常舒適。
食：利用納米材料，冰箱的抗菌能力大大增強(qiáng)。納米材料做的無(wú)菌餐具、無(wú)菌食品包裝用品已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。利用納米粉末，可以使廢水有效凈化，完全達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)，納米食品色香味俱全，還對(duì)健康大有裨益。
?。簩?duì)于我們這代人而言，居家做家務(wù)、清理房間是一大愁事，納米技術(shù)的應(yīng)用可以省下我們很多力氣。通過(guò)納米技術(shù)，墻面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，完全不需要擦洗。含有納米微粒的建筑材料，還可以吸收對(duì)人體有害的紫外線。既省時(shí)省力又對(duì)身體好。
行：在出行方面，納米材料可以提高和改進(jìn)交通工具的性能指標(biāo)。納米陶瓷有望成為汽車(chē)、輪船、飛機(jī)等發(fā)動(dòng)機(jī)部件的理想材料，可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、工作壽命和可靠性。納米球添加劑可以在機(jī)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)加入，起到節(jié)省燃油、修復(fù)磨損表面、增強(qiáng)機(jī)車(chē)動(dòng)力、降低噪音、減少污染物排放、保護(hù)環(huán)境的作用。納米衛(wèi)星可以隨時(shí)向駕駛?cè)藛T提供交通信息，幫助其安全駕駛。
而這些，只是納米科技應(yīng)用在生活中的很小一部分，納米技術(shù)興起晚，發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，更多的核心技術(shù)需要我們這一代去發(fā)掘，以期使之更好地為民生服務(wù)?？梢?jiàn)納米技術(shù)在日常生活中無(wú)處不在，各行各業(yè)都需要擁有高技術(shù)高學(xué)歷的納米技術(shù)專業(yè)人才，所以就業(yè)前景廣闊。
具體的就業(yè)方向，男生、女生之間相差很大。納米專業(yè)的大部分女碩士，特別是女博士一般選擇到大學(xué)或科研院所做研究。研究領(lǐng)域涵蓋納米材料、黏合劑、涂料、電鍍、陶瓷等相關(guān)領(lǐng)域，從事相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和檢測(cè)等方面。大部分男生會(huì)去納米材料行業(yè)企業(yè)或傳統(tǒng)材料相關(guān)企業(yè)供職。可以從事納米材料表征、石墨烯及碳納米材料研發(fā)、納米材料改性、納米材料合成、無(wú)機(jī)納米材料制備以及交叉學(xué)科納米材料應(yīng)用的相關(guān)工作。
跨專業(yè)報(bào)考受青睞
納米科學(xué)與技術(shù)是一個(gè)技術(shù)性很強(qiáng)的專業(yè)，不過(guò)并不限制跨專業(yè)報(bào)考，納米科學(xué)與技術(shù)專業(yè)不僅不是個(gè)排外的“高富帥”，反而非常歡迎跨專業(yè)的學(xué)生融入其中，共同搭建納米專業(yè)的大舞臺(tái)。納米科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在工科或理科門(mén)類招生，不同學(xué)校有所不同，但都非常歡迎與之類似的材料專業(yè)同學(xué)報(bào)考，因?yàn)槎忌婕安牧蠈W(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，所以學(xué)起來(lái)會(huì)得心應(yīng)手。同時(shí)，理工科專業(yè)背景如物理、化學(xué)甚至數(shù)學(xué)這類基礎(chǔ)學(xué)科出身的學(xué)生，也很受該專業(yè)歡迎。
在報(bào)考納米科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生中，也有一部分醫(yī)學(xué)生。未來(lái)納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域是大勢(shì)所趨。利用納米技術(shù)制成的微型藥物輸送器，可將適當(dāng)劑量的藥物，通過(guò)體外電磁信號(hào)的引導(dǎo)準(zhǔn)確送達(dá)病灶部位，有效地起到治療作用，同時(shí)可以減輕藥物的不良的反應(yīng)。用納米制造成的微型機(jī)器人，它的體積可是小于紅細(xì)胞的，你能想象到嗎？通過(guò)它向病人血管中注射，能疏通腦血管的血栓，清除心臟動(dòng)脈的脂肪和沉淀物，還可“嚼碎”泌尿系統(tǒng)的結(jié)石等。而隨著納米技術(shù)的發(fā)展，它與醫(yī)學(xué)還會(huì)有更多的交叉。
院校介紹
對(duì)納米科學(xué)與技術(shù)這種新興學(xué)科來(lái)說(shuō)，每個(gè)學(xué)校都有自己的特色和側(cè)重，所以這里重點(diǎn)介紹一下。而通過(guò)這些不同院校的專業(yè)方向設(shè)置，我們也可以多角度地了解這一專業(yè)。
國(guó)家納米科學(xué)中心
國(guó)家納米科學(xué)中心是中國(guó)科學(xué)院與教育部共同建設(shè)并具有獨(dú)立事業(yè)法人資格的全額撥款直屬事業(yè)單位，自2005年開(kāi)始招收研究生?，F(xiàn)有博士學(xué)科專業(yè)點(diǎn)3個(gè)：凝聚態(tài)物理、物理化學(xué)和材料學(xué)；碩士學(xué)科專業(yè)點(diǎn)3個(gè)：生物物理、生物工程和材料工程。鑒于納米科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的前沿交叉特性，在招生階段，現(xiàn)將該學(xué)科掛靠在物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)與工程和生物學(xué)4個(gè)一級(jí)學(xué)科下，并相應(yīng)產(chǎn)生4個(gè)專業(yè)代碼。涉及納米科技系列進(jìn)展、納米檢測(cè)系列講、文獻(xiàn)信息利用、人文系列講座、納米功能材料等課程。
國(guó)家納米科學(xué)中心2013年在7個(gè)專業(yè)招收碩士研究生35人，專業(yè)包括納米科學(xué)與技術(shù)、凝聚態(tài)物理、物理化學(xué)、材料學(xué)、生物物理學(xué)、材料工程和生物工程，研究方向涵蓋高分子納米功能材料、生物納米結(jié)構(gòu)、納米醫(yī)學(xué)、納米復(fù)合材料、納米電子學(xué)等幾十個(gè)方向，方向非常細(xì)化，具有材料、半導(dǎo)體、物理、化學(xué)、微電子、生物、醫(yī)藥等專業(yè)背景的學(xué)生都可以報(bào)考。相信有志于納米專業(yè)的學(xué)生，一定會(huì)在這里找到適合自己的研究方向。
國(guó)家納米中心是比較典型的科研所，其吸引考生的除了實(shí)力，很重要的一點(diǎn)就是待遇優(yōu)厚。該中心不需學(xué)生繳納學(xué)費(fèi)，如遇國(guó)家政策調(diào)整還會(huì)有高額的獎(jiǎng)學(xué)金返還制度，碩士研究生根據(jù)不同年級(jí)，每個(gè)月可以拿到1300～2500元的獎(jiǎng)學(xué)金，博士會(huì)拿到3100～4500元的獎(jiǎng)學(xué)金。此外，還會(huì)有其他生活補(bǔ)助等。研究生公寓已經(jīng)完全賓館化管理，非常舒適。在國(guó)家納米中心深造，沒(méi)有經(jīng)濟(jì)上的后顧之憂，這樣你才可以將全部精力投入到學(xué)習(xí)中去。
大連理工大學(xué)
大連理工大學(xué)的工程力學(xué)系開(kāi)設(shè)生物與納米力學(xué)專業(yè)，已然在行業(yè)內(nèi)一枝獨(dú)秀。該學(xué)科依托于工程力學(xué)系和工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，軟硬件條件優(yōu)越，擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器。學(xué)生有充足的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，能在宏觀、微觀等不同層次上，進(jìn)行跨學(xué)科的數(shù)值模擬和力學(xué)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，也有國(guó)家自然科學(xué)基金、重點(diǎn)基金、“863”“973”等眾多項(xiàng)目和基金支持。
該專業(yè)現(xiàn)在有生物器官生物力學(xué)模型及新材料應(yīng)用研究、分子模擬和計(jì)算機(jī)輔助藥物分子設(shè)計(jì)、微納米與多尺度力學(xué)研究、生物材料的力學(xué)行為及其多功能化4個(gè)研究方向，涉及到力學(xué)、醫(yī)藥、生物、機(jī)械、材料、電子、控制、測(cè)量、微納科技等領(lǐng)域。
大連理工大學(xué)這個(gè)專業(yè)的直博生學(xué)制是4年，而一般的直博生需要學(xué)習(xí)5年時(shí)間，而分開(kāi)讀碩士和博士一般需要6至7年，這吸引了不少學(xué)生報(bào)考，因?yàn)榭梢怨?jié)約1～3年時(shí)間。當(dāng)然，在4年的時(shí)間里完成碩士和博士學(xué)業(yè)，是一件很具挑戰(zhàn)的事情，需要最大限度地提升效率。
蘇州大學(xué)
蘇州大學(xué)納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院是蘇州大學(xué)、蘇州工業(yè)園區(qū)政府、加拿大滑鐵盧大學(xué)攜手共建的一所高起點(diǎn)、國(guó)際化的新型學(xué)院。該學(xué)院建立于2010年，由全球著名納米與光電子材料學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士、第三世界科學(xué)院院士李述湯教授擔(dān)任院長(zhǎng)，教學(xué)科研實(shí)力雄厚，是國(guó)內(nèi)高校中為數(shù)不多的專門(mén)的納米科學(xué)學(xué)院。招生方向涵蓋納米生物化學(xué)、納米技術(shù)工程、納米材料、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合納米材料等。有關(guān)納米的專業(yè)在物理、化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)與工程4個(gè)學(xué)科下招收學(xué)術(shù)型研究生，相關(guān)專業(yè)學(xué)生都可以報(bào)考。
需要提醒大家的是，蘇州大學(xué)納米科學(xué)技術(shù)學(xué)院初試提供詳細(xì)的輔導(dǎo)書(shū)和真題，有意報(bào)考的同學(xué)要多關(guān)注學(xué)院的網(wǎng)站，以獲得第一手信息。
武漢大學(xué)
武漢大學(xué)的納米科學(xué)與技術(shù)專業(yè)在物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院和化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院均有招生，各有側(cè)重。前者分為納米復(fù)合材料、納米光催化材料與技術(shù)、納米光電子學(xué)、納米管線陣列及其智能傳感器、納米材料制備與表征和納米尺度結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系6個(gè)方向。后者在納米催化、納米生物醫(yī)學(xué)、納米材料分離分析、微納傳感技術(shù)和高分子納米藥物載體。很多方向在國(guó)內(nèi)上處于領(lǐng)先地位，每年也有大量學(xué)生報(bào)考，競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。
武漢大學(xué)與國(guó)外多所大學(xué)有合作關(guān)系，大家如果在武大讀研，出國(guó)交流、學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)比較多。
華中科技大學(xué)
華中科技大學(xué)是典型的工科學(xué)校，其納米專業(yè)當(dāng)然也首屈一指。華科的納米專業(yè)同樣是熱門(mén)，除去每年招收本校內(nèi)推的學(xué)生，考研的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈。
在培養(yǎng)模式方面，華科非常重視學(xué)、研、產(chǎn)相結(jié)合，科研成果轉(zhuǎn)化率非常高。在就業(yè)方面，很多碩士研究生在各科研機(jī)構(gòu)及高校任職。如果你求學(xué)在華科，就不用愁生活保障的問(wèn)題，學(xué)校的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制非常完善。學(xué)院對(duì)每位研究生在校期間將發(fā)放生活津貼，并設(shè)立各類獎(jiǎng)學(xué)金以獎(jiǎng)勵(lì)優(yōu)秀的研究生，其獎(jiǎng)勵(lì)比例達(dá)80%。
納米科技范文第5篇
關(guān)鍵詞:LaF3;納米材料;
中圖分類號(hào):TE624.82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
Survey of Preparation and Lubrication of LaF3 Nanoparticles as Lubricating Oil Additive
YOU Jian-wei, LI Fen-fang, FAN Cheng-kai
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China)
Abstract:LaF3 nanomaterials have shown excellent tribological properties as a kind of new additive in lubricating oil and grease. The preparation method, surface-modification technology, lubricating mechanism and application development of LaF3 nanomaterials are summarized in this paper. It is pointed out that the key problems of LaF3 nanoparticles in lubricant are the dispersity and stability. The future development of LaF3 nanomaterials as lubricating oil additive is presented as well. With the accelerative development of modern industry nowadays, LaF3 nanomaterials will be a young conception in the field of tribology. And the tribological properties and lubricating mechanism will be gotten more and more attention. Key words:LaF3; nanomaterials; lubrication
0 前言
納米微粒是指顆粒尺度為納米量級(jí)(1~100 nm)的超細(xì)微粒。當(dāng)材料的顆?？s小到只有幾納米到幾十納米時(shí),材料的性質(zhì)發(fā)生了意想不到的變化。由于組成納米材料的超微粒尺度,其界面原子數(shù)量比例極大,一般占總原子數(shù)的40%～50%,使材料本身具有宏觀量子隧道、表面和界面等效應(yīng),從而具有許多與傳統(tǒng)材料不同的物理、化學(xué)性質(zhì)[1]。納米材料是當(dāng)前材料學(xué)科研究的熱點(diǎn)之一。納米材料的奇異特性和廣闊的應(yīng)用前景,使得材料、凝聚態(tài)物理、膠體化學(xué)、原子物理、配位化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和表面、界面科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)家紛紛投身于納米材料的研究工作中[2]。由于納米材料具有比表面積大、高擴(kuò)散性、易燒結(jié)性、熔點(diǎn)降低等特性,可以預(yù)見(jiàn)新型納米材料應(yīng)用于摩擦系統(tǒng)中,將以不同于傳統(tǒng)添加劑的作用方式,起到減摩抗磨作用[3]。納米粒子作為油添加劑在國(guó)外已研究多年,并有產(chǎn)品投放到中國(guó)市場(chǎng)如美國(guó)的JB、加拿大的倍力、美國(guó)的APOLLO等。這些產(chǎn)品具有降低摩擦、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命、降低噪音、修補(bǔ)金屬表面等優(yōu)點(diǎn),主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)動(dòng)、有摩擦、有燃燒的各種儀器、設(shè)備等。而我國(guó)的納米油添加劑還處在研制及如何添加到油的階段[4]。
鑭元素位于元素周期表中第六周期第ⅢB族,原子序數(shù)為57。研究發(fā)現(xiàn):LaF3納米材料作為油添加劑具有優(yōu)良的抗磨減摩性能,同時(shí),與常用油添加劑的活性元素具有協(xié)同效應(yīng)。由于鑭元素是鑭系的第一個(gè)元素,鑭化合物與其他鑭系化合物的化學(xué)性質(zhì)相似,因此研究LaF3納米材料對(duì)于研究其他鑭系納米材料具有一定的指導(dǎo)意義。本文綜述近年來(lái)LaF3納米材料的制備、相關(guān)的摩擦學(xué)性能及在油中的作用機(jī)制和應(yīng)用進(jìn)展,并指出了LaF3作為油添加劑在摩擦學(xué)中的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),以及需要解決的技術(shù)難題。
1 LaF3納米材料的制備和穩(wěn)定分散技術(shù)
1.1 LaF3納米材料的制備方法
納米微粒制備方法按有無(wú)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生,可分為物理方法和化學(xué)方法兩大類[5-6]。物理方法是利用低溫、超聲波、水錘、高能球和沖擊波粉碎等方法對(duì)較粗物質(zhì)的顆粒進(jìn)行粉碎,制成納米顆粒?；瘜W(xué)方法是通過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng),從分子、原子出發(fā)制備納米材料的方法,化學(xué)方法按分散介質(zhì)種類可分為液相、固相和氣相三種反應(yīng)方法。LaF3納米材料通常采用化學(xué)方法制備。
1.1.1 液相反應(yīng)法
液相反應(yīng)法是目前實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)制備納米粒子的主要方法,其原理是在溶液中對(duì)不同的分子或離子進(jìn)行反應(yīng),控制反應(yīng)物濃度、溫度和攪拌速度,可得到納米級(jí)固體產(chǎn)物。液相法一般分為水熱法、微乳液聚合法、沉淀法、溶膠―凝膠法、聚合物基模板法等。而LaF3納米粒子的制備主要有以下幾種方法。
(1)溶劑熱法
溶劑熱法是制備一維納米材料的簡(jiǎn)單方法。張茂峰[7]等通過(guò)利用溶劑熱法制備的LaF3納米線,結(jié)晶性好,為六方晶系,P3cl空間群。LaF3納米線直徑約80 nm,長(zhǎng)度約4～8 μm。并且研究了它的形成機(jī)理:剛加入的F-與溶液中的自由La3+以一定的反應(yīng)速率結(jié)合成LaF3晶粒;溶液中離子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使晶粒成核長(zhǎng)大,當(dāng)周?chē)x子的擴(kuò)散速率小于成核速率時(shí),在邊緣處開(kāi)始出現(xiàn)明顯的斷面從而形成一系列顆粒帶;晶體將沿生長(zhǎng)速度快的晶面方向生長(zhǎng)。并促使周?chē)Я０l(fā)生團(tuán)聚和定向排列;定向排列的晶粒通過(guò)自組裝作用粘結(jié)在一起并重結(jié)晶成棒狀顆粒,這些棒狀顆粒可能提供生長(zhǎng)納米線的初始模板。使顆粒帶中微粒擴(kuò)散到棒的兩端并發(fā)生晶體的成核和外延生長(zhǎng),從而形成細(xì)納米線。
(2)醇水法
陳爽等[8]在醇和水(V醇∶V米=1∶1)混合溶劑中合成了表面為油酸修飾的LaF3納米粒子,所制備的LaF3納米粒子大小均勻,粒徑約為8 nm,其納米核為六方結(jié)構(gòu)的LaF3。易書(shū)理[9]通過(guò)相轉(zhuǎn)移將醇水法制備的表面修飾過(guò)的納米LaF3,從水相轉(zhuǎn)移到油相(500SN基礎(chǔ)油),得到納米LaF3含量為10.2%的液體添加劑。
(3)微乳液聚合法
1982年,Boutnone等[10]在微乳液的水核中制備出Pt、Pd、Rh、Ir 等金屬團(tuán)簇微粒,從而開(kāi)拓了一種新的納米微粒的制備方法。微乳液是指2種互不相溶液體在表面活性劑作用下形成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性、外觀透明或半透明、粒徑1～100 nm的分散體系;它有水包油型(O/W)、油包水型(W/O)和油水雙連續(xù)型3種結(jié)構(gòu)[11]。微乳液法制備納米粒子的特點(diǎn)在于:粒子表面包裹一層表面活性劑分子,使粒子間不易聚結(jié);通過(guò)選擇不同的表面活性劑分子可對(duì)粒子表面進(jìn)行修飾,并控制微粒的大小[12]。劉翠紅等[13]通過(guò)考察表面活性劑、助表面活性劑和水相等因素變化對(duì)基礎(chǔ)油/(Span80+十六烷基三甲基溴化銨)/異丁醇/水體系的影響,確定了該體系形成微乳液的最佳工藝條件。利用該微乳液體系,在一定的反應(yīng)物濃度下制備了LaF3納米粒子。
1.1.2 固相反應(yīng)法
固相反應(yīng)法的應(yīng)用較少,但近幾年倍受重視,是一種利用金屬鹽的熱分解制備納米顆粒,或者利用金屬有機(jī)化合物的熱分解制備納米金屬顆粒的方法。韓元山等[14]以La2O3、HCl為原料制備了LaCl3,并直接用雙柱法,以LaCl3溶液與NH4HCO3溶液作用合成了粒度較小的La2(CO3)3粉體;以粉體La2(CO3)3為鑭源與NH4F混合,在微波作用下經(jīng)過(guò)固相化學(xué)反應(yīng),合成了LaF3超細(xì)粉。
1.1.3 氣相反應(yīng)法
氣相反應(yīng)法是在高能狀態(tài)(高溫或等離子體)下,無(wú)規(guī)則排列的原子或分子與氣體作用,形成并長(zhǎng)大成均勻納米微粒材料的制備方法[15]。
1.2 LaF3納米材料的穩(wěn)定分散技術(shù)
LaF3納米粒子同其他納米粒子一樣在油中分散穩(wěn)定性不夠理想,因此必須借助分散技術(shù)來(lái)改善它與油的相溶性。納米材料在體系的分散技術(shù)主要包括物理分散和化學(xué)分散[16]。
1.2.1 物理分散
物理分散又分為機(jī)械攪拌分散和超聲波分散。機(jī)械攪拌分散具體形式有研磨分散、球磨分散、膠體磨分散、砂磨分散、高速攪拌等。超聲波分散是降低納米微粒團(tuán)聚的有效方法,利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強(qiáng)沖擊波和微射流等,可較大幅度地弱化納米微粒間的納米作用能,有效地防止納米微粒團(tuán)聚而使之充分分散。同時(shí)通過(guò)聲波的吸收、介質(zhì)和容器的共振性質(zhì)引起的二級(jí)效應(yīng)如乳化作用、加熱效應(yīng)等來(lái)促進(jìn)塊狀材料分散[17-18]。
1.2.2 化學(xué)分散
化學(xué)分散實(shí)質(zhì)上是利用表面化學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種分散方法,包括表面化學(xué)修飾和分散劑分散[19]。分散劑分散主要是通過(guò)分散劑吸附改變粒子的表面電荷分布,產(chǎn)生靜電穩(wěn)定和空間位阻穩(wěn)定作用來(lái)達(dá)到分散效果,分散劑分散法可用于各種基體納米復(fù)合材料制備過(guò)程中的分散。
表面化學(xué)修飾是增加LaF3納米粒子在基礎(chǔ)油中的油溶性較為常用的一種方法。通過(guò)利用具有兩性結(jié)構(gòu)的偶聯(lián)劑,或采取金屬氧化物與醇進(jìn)行酯化反應(yīng),或者利用納米微粒的表面基團(tuán),與有機(jī)化合物反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)鍵進(jìn)行表面接枝改性,形成納米有機(jī)接枝化合物,通過(guò)有機(jī)支鏈化合物在有機(jī)介質(zhì)中的可溶性,增強(qiáng)納米粒子在介質(zhì)中的分散。目前文獻(xiàn)報(bào)道的有采用烷氧基二硫代磷酸鹽、磷酸烷基酯、烷基酸二乙醇胺、油酸、聚異丁烯丁二酰亞胺等親油性基團(tuán)對(duì)LaF3納米粒子進(jìn)行表面改性。如余國(guó)賢等[20]以不同極性基團(tuán)為表面修飾劑,在醇-水體系中制備了3種氟化鑭納米粒子,采用離心沉降法考察了納米粒子在基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性,實(shí)驗(yàn)表明:表面修飾劑的極性基團(tuán)具有較長(zhǎng)側(cè)鏈以及與無(wú)機(jī)納米核之間強(qiáng)的化學(xué)作用更有利于納米粒子在基礎(chǔ)油中分散穩(wěn)定。陶小軍等[21]采用陽(yáng)離子共沉淀表面修飾法在水醇混合介質(zhì)中成功地制備了有機(jī)化合物表面修飾的LaF3納米微粒。周曉龍等[22]采用聚異丁烯丁二酰亞胺T152/S280復(fù)合表面活性劑(w(Span80)∶w(Tween20)=2∶3(質(zhì)量比))/異丁醇/500SN基礎(chǔ)油/氟化銨水溶液W/O微乳液體系構(gòu)建微反應(yīng)器,通過(guò)原位表面修飾制備了含納米LaF3粒子的液體油添加劑,同時(shí),采用洗滌法制備了干粉納米LaF3。分別將液體和干粉添加劑加入基礎(chǔ)油中,采用離心沉降法考察了不同后續(xù)分離方法得到的納米粒子在基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性。其結(jié)果見(jiàn)表1。
從表1的數(shù)據(jù)表明:采用超聲波分散在基礎(chǔ)油的干粉LaF3的分散穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如表面修飾的液體添加劑LaF3的分散穩(wěn)定性。原因是液體添加劑中的納米氟化鑭粒子沒(méi)有經(jīng)過(guò)溶劑洗滌,粒子表面包覆有大量表面活性劑,加上T152的聚異丁烯鏈的空間穩(wěn)定作用,使得納米氟化鑭在基礎(chǔ)油中分散穩(wěn)定性大大增。
2 LaF3納米材料摩擦學(xué)性能及與其他添加劑復(fù)配
1969年美國(guó)宇航局(NASA)劉易斯中心的Harold•E•S報(bào)道了稀土氟化物和氧化物作為油添加劑的研究結(jié)果,此后將稀土元素應(yīng)用于摩擦學(xué)工程的報(bào)道和專利便陸續(xù)出現(xiàn)。中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究LaF3納米材料用作油添加劑的摩擦學(xué)性能。報(bào)道表明經(jīng)過(guò)表面修飾的LaF3納米粒子在基礎(chǔ)油中均具有良好的穩(wěn)定分散性[23-24],其極壓(以最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB表征)、抗磨(以磨斑直徑D表征)性能的四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。
表2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示出了LaF3-DDP、納米LaF3、ZDDP和石蠟油的承載能力和抗磨性能。長(zhǎng)時(shí)磨損試驗(yàn)條件為:載荷300 N,試驗(yàn)時(shí)間30 min,轉(zhuǎn)速1450 r/min。結(jié)果表明未修飾的LaF3納米微粒有一定的抗磨性,對(duì)基礎(chǔ)油的承載能力無(wú)明顯影響;ZDDP添加劑有良好的抗磨性,顯著地改善了基礎(chǔ)油的極壓性能。LaF3-DDP磨斑直徑有一定程度降低。LaF3-DDP添加劑與商品添加劑ZDDP相比,具有更優(yōu)越的抗磨和抗極壓性能。筆者認(rèn)為并非是LaF3納米粒子本身的抗磨性能差,而是納米粒子不能夠有效地分散在基礎(chǔ)油中或是分散后在基礎(chǔ)油中的穩(wěn)定性差,容易沉淀從而導(dǎo)致發(fā)揮抗磨極壓作用的有效成分相對(duì)減少,因此樣品的磨斑直徑和PB值較液體石蠟沒(méi)有發(fā)生明顯的改變。
周靜芳等[25]進(jìn)一步說(shuō)明了經(jīng)表面修飾過(guò)的LaF3納米粒子的抗磨性能,隨著添加劑含量的增加,鋼球的磨斑直徑下降,與其他文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果相吻合。當(dāng)LaF3-DDP納米粒子的含量1.0%時(shí),其抗磨性能顯著優(yōu)于ZDDP。同樣考察了含納米LaF3和ZDDP液體石蠟?zāi)Σ料禂?shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系:隨著載荷的逐漸增加,含兩種不同添加劑的液體石蠟的磨斑直徑也分別在增加,但含LaF3-DDP添加劑的液體石蠟的磨斑直徑增加的幅度遠(yuǎn)小于含ZDDP的磨斑直徑,并且在相同的載荷下,前者的磨斑直徑同樣遠(yuǎn)小于后者的。在低負(fù)荷下,LaF3-DDP具有優(yōu)異的抗磨性能。張擇撫等[26-27]利用微乳液法制備了含氮有機(jī)化合物修飾過(guò)的納米LaF3,并研究了其在液體石蠟(LP)中的摩擦學(xué)性能。指出含氮有機(jī)物修飾的納米LaF3在液體石蠟中具有良好的減摩、抗磨性能及較高的承載能力,在相同試驗(yàn)條件下,其在液體石蠟中的減摩、抗磨性能優(yōu)于ZDDP,承載能力略低于ZDDP。
以上文獻(xiàn)中,經(jīng)表面修飾的LaF3納米材料具有顯著優(yōu)于ZDDP的抗磨減摩能力,這就意味著,以LaF3納米材料代替目前應(yīng)用最廣泛的抗磨劑ZDDP作為油極壓添加劑將可達(dá)到有效降低磷危害的效果。
華東理工大學(xué)對(duì)LaF3納米材料在中的應(yīng)用同樣進(jìn)行了大量的研究。如余國(guó)賢等[28]利用四球機(jī)研究了親油鏈長(zhǎng)度對(duì)納米氟化鑭粒子的摩擦學(xué)性能及對(duì)基礎(chǔ)油感受性的影響。結(jié)果表明:隨著表面修飾劑烷基鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng),納米LaF3粒子在500SN基礎(chǔ)油中摩擦學(xué)性能呈現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì);親油鏈越長(zhǎng),納米粒子在液體石蠟中的摩擦學(xué)感受性比500SN基礎(chǔ)油中更好。認(rèn)為親油基鏈的長(zhǎng)度影響了納米粒子的界面活性,而且同系有機(jī)酸皂類物質(zhì),親油基碳鏈越長(zhǎng),其減摩作用也越好;基礎(chǔ)油的性質(zhì)影響了納米粒子的界面活性。納米粒子在液體石蠟中的摩擦學(xué)感受性比基礎(chǔ)油中更好。周曉龍等[18]以不同極性基團(tuán)的十八酸二乙醇胺、雙β羥乙基十八胺及二辛基二硫代磷酸二乙醇胺為表面修飾劑,在醇-水體系中制備了3種氟化鑭納米粒子,用四球機(jī)考察了它們的摩擦學(xué)性能。結(jié)果表明:二烷基二硫代磷酸胺鹽修飾的納米粒子粒徑更小,更均勻。含犧牲性元素硫和磷的表面修飾劑納米粒子因極壓膜的生成而有更好的極壓抗磨性能。表面修飾劑的親油鏈越長(zhǎng)越有利于發(fā)揮納米粒子的減摩作用。
河南省納米材料工程技術(shù)研究中心研制的DNLa-1型納米粉體作為抗磨添加劑已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)。DNLa-1型納米粉體是采用共沉淀方法制備的表面被飽和烷基所包覆的LaF3納米微粒集合體,具有良好的物理、化學(xué)穩(wěn)定性,在基礎(chǔ)油等多種有機(jī)介質(zhì)中有良好的分散性,作為油脂的極壓抗磨添加劑,有良好的減摩抗磨性能。其質(zhì)量指標(biāo)如表3。
在實(shí)際的應(yīng)用中,油并不是由某種單一的添加劑和基礎(chǔ)油組成,而是由基礎(chǔ)油和各種添加劑復(fù)配而成。不同的配方,油的效果不同,因此添加劑相互間的協(xié)同效應(yīng)就顯得至關(guān)重要。包括LaF3納米粒子在內(nèi)的稀土氟化物在酯中卻得到了廣泛的應(yīng)用,US4507214、US4946607、US4946608公開(kāi)了氟化稀土在酯中具有良好的性。在CN1032549A,CN1032550A中,稀土氟化物已被成功的應(yīng)用于鐵路成膜膏中,并取得了非常好的效果。專利CN1218104A[29]公開(kāi)了一種納米氟化稀土油添加劑及其制備方法,該發(fā)明的納米氟化稀土顆粒的尺寸在10~50 nm,成功地解決了納米粒子在油中的分散問(wèn)題,是性能優(yōu)良的極壓、抗磨添加劑。該添加劑配方及摩擦學(xué)性能見(jiàn)表4、表5。
從表5中可以看出:含有專利報(bào)道的抗磨劑的油極壓性能與含有ZDDP的基本一致,但其抗磨性能卻優(yōu)于ZDDP,尤其是當(dāng)該添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%時(shí),PB值較未加任何添加劑的液體石蠟提高了約105%,磨斑直徑降低了約42%,明顯改善了液體石蠟的性能。
3 LaF3納米材料的作用機(jī)理
鑭元素是15種鑭系元素的其中一種,鑭系元素最外層(6S)的電子數(shù)不變,都是2,而鑭原子核有57個(gè)電荷,從鑭到镥,核電荷增至71個(gè),使原子半徑和離子半徑逐漸收縮,由于鑭系收縮,這15種元素的化合物的化學(xué)性質(zhì)有諸多相似之處。研究LaF3納米粒子油抗磨劑的作用機(jī)理,有助于開(kāi)發(fā)性能更加優(yōu)異的其他鑭系元素的納米材料油添加劑產(chǎn)品,并對(duì)深入研究納米摩擦學(xué)理論起到促進(jìn)和推動(dòng)作用。目前,對(duì)LaF3納米材料的作用機(jī)理研究主要集中在以下幾個(gè)方面。
(1)形成吸附膜及沉積膜
在摩擦過(guò)程中壓應(yīng)力和切應(yīng)力作用下,經(jīng)表面修飾的納米LaF3微粒的表面活性很高,可通過(guò)油溶性基團(tuán)與金屬摩擦表面發(fā)生強(qiáng)烈的吸附。在摩擦初期,基礎(chǔ)油膜和添加劑的吸附膜使摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定,隨著摩擦過(guò)程的繼續(xù),摩擦表面溫度不斷升高,表面修飾LaF3納米微粒在熱的摩擦表面分解,并與摩擦表面反應(yīng)形成氧化膜,提高了摩擦表面的粘著力,阻止金屬對(duì)摩擦副之間的接觸,從而降低摩擦系數(shù),提高抗磨性能[30];另外,中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所張明等[31]根據(jù)接觸電阻隨時(shí)間變化的情況,監(jiān)測(cè)到摩擦副表面的成膜狀況,進(jìn)一步證實(shí)LaF3納米顆粒在摩擦過(guò)程中形成了一層較穩(wěn)定的沉積膜。
(2)復(fù)合作用機(jī)制
表面修飾的納米微粒在摩擦過(guò)程中,表面修飾劑首先在摩擦表面發(fā)生反應(yīng),達(dá)到改善摩擦學(xué)性能的作用,當(dāng)摩擦反應(yīng)膜不足以承載時(shí),也即修飾劑與納米微粒之間的修飾作用遭到破環(huán),此時(shí)的納米微粒與金屬發(fā)生作用,通過(guò)物理或化學(xué)作用與摩擦表面形成保護(hù)膜[32]。
(3)摩擦表面的自修復(fù)機(jī)制
修復(fù)是指在摩擦條件下由于介質(zhì)及環(huán)境的摩擦物理化學(xué)作用,對(duì)磨損表面具有一定補(bǔ)償?shù)默F(xiàn)象,修復(fù)型添加劑是實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償作用的關(guān)鍵。其作用機(jī)理與傳統(tǒng)的活性添加劑不同,不是以犧牲表面物質(zhì)為條件,而是在摩擦條件下通過(guò)在作用表面上沉積、結(jié)晶、鋪展成膜,使磨損得到一定補(bǔ)償并有一定抗磨減摩作用[33]。后勤工程學(xué)院的孫玉秋等[34]通過(guò)每次試驗(yàn)后對(duì)鋼球進(jìn)行稱重,來(lái)計(jì)算磨損量,評(píng)價(jià)了LaF3在脂中的自修復(fù)性能,在摩擦開(kāi)始時(shí),磨損量增大,接著逐漸降低至負(fù)磨損,然后磨損量逐漸增加至正磨損。在40 min時(shí)出現(xiàn)零磨損,40～100 min內(nèi)穩(wěn)定在負(fù)磨損,60 min時(shí)負(fù)磨損量達(dá)到最大,而在110 min后,磨損量增加至正磨損。這一結(jié)果表明,LaF3微粒在脂中具有較好的自修復(fù)功能。
(4)原位摩擦化學(xué)原理
納米微粒具有極高的擴(kuò)散力和自擴(kuò)散能力,容易在金屬表面形成具有極佳抗磨性能的滲透層而表現(xiàn)出“原位摩擦化學(xué)原理”。這種機(jī)理認(rèn)為:在高負(fù)荷條件下納米添加劑的作用不再取決于添加劑中元素對(duì)基體是否是化學(xué)活性的,而是很大程度上取決于它們是否與基體組分形成擴(kuò)散層或滲透層和固溶體。這與傳統(tǒng)的含硫、磷、氯等活性元素油添加不同,不會(huì)對(duì)基體金屬造成腐蝕和避免了由腐蝕而引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題,為解決油添加劑從設(shè)計(jì)上長(zhǎng)期依賴硫、磷、氯等活性元素的狀況展示了美好前景[35]。
4 展望
大量研究表明,LaF3納米材料能夠明顯改善基礎(chǔ)油的抗磨減摩性能。但目前來(lái)看,LaF3納米材料在實(shí)際應(yīng)用中面臨著以下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)由于LaF3納米微粒極易聚集成大顆粒,在油介質(zhì)中仍有沉淀現(xiàn)象產(chǎn)生;
(2)現(xiàn)有的制備方法只是在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn),只能制備少量的 LaF3納米材料;
(3)經(jīng)表面改性的LaF3納米材料未實(shí)現(xiàn)低成本化。
針對(duì)以上問(wèn)題,可以通過(guò)尋求性能更佳的表面修飾劑經(jīng)表面化學(xué)修飾來(lái)增加LaF3納米粒子在基礎(chǔ)油中的油溶性;改進(jìn)現(xiàn)有的制備方法和制備工藝,以提高其穩(wěn)定分散性、高溫性能和環(huán)境友好性;加強(qiáng)與工業(yè)領(lǐng)域的合作,實(shí)現(xiàn)經(jīng)表面改性的LaF3納米材料低成本化和規(guī)?；?。
油是基礎(chǔ)油和多種添加劑復(fù)配而成,不同添加劑,不同含量,所起到的效果明顯不同。由于LaF3納米材料能夠與含硫、磷等活性元素,稀土添加劑復(fù)配并顯示出良好的協(xié)同效應(yīng)[36-37],因此,與更多添加劑之間的協(xié)同復(fù)合作用及其作為材料添加劑的用量問(wèn)題,也將是未來(lái)LaF3納米材料摩擦學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。
LaF3納米材料作為抗磨劑的機(jī)理較為復(fù)雜,不同摩擦學(xué)工作者持有不同的觀點(diǎn),部分學(xué)者提出納米粒子在摩擦表面存在類似于滾珠滾動(dòng)的機(jī)理、超光滑表面作用機(jī)制等。因此,在研究LaF3納米微粒機(jī)理的同時(shí),必須注意納米微粒對(duì)摩擦表面材料性質(zhì)的影響與摩擦學(xué)性能的關(guān)系。LaF3納米材料作為一種新型的添加劑在摩擦學(xué)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
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