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木木兮123
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小狸露宝1234

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纳米科技是在以微电子技术和计算机技术为主体的信息技术的基础上发展起来的高科技。它是在纳米尺度上研究物质的特性、相互作用,以及如何利用这些特性的科学技术。它的目标是直接以原子、分子及纳米尺度的物质制造具有特殊功能的产品,实现生产方式的革命性飞跃。目前,这项技术受到人们高度重视,近年来发展十分迅速。 1、纳米概述 “纳米”是长度单位,为10 -9m,用符号表示为nm。原子的直径为0.1-0.3nm,研究小于10-l0m以下的原子内部结构,属于原子核物理,粒子物理的范畴。 纳米技术是指在纳米尺度(1nm到l00nm之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特和相互作用,以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。纳米科技的最终目标是直接以 原子、分子在纳米尺度上制造具有特定功能的产品。纳米科技的关键技术是借助扫描隧道显微镜直接操纵、移动原子和分子。2、纳米科技的产生和发展 随着微电子技术的蓬勃发展,科技界开展了在纳米尺度(0.1nm--100nm)上研究物质(包括原子和分子)的特性和相互作用的工作,并对这些特性和相互作用加以利用,取得了较大的成果,由此便产生了纳米科技。 1959 年12月29日,著名物理学家、诺贝尔奖获得者费曼(Richard P. Feynman,1918-1988)在美国物理学年会上作了以《物质底层有大量空间》为题的演讲。提出了关于纳米技术最早的梦想。20世纪80年代,随着扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等微观表征和操纵技术的诞生与发展,“纳米技术”应运而生,它成为一个真正排布原子的工具。纳米科技正式有了自己的名称--Nano Science and Technology。其标志是美国巴尔的摩首届NST会议和两种专业国际刊物《 Nanotechnology》和《Nanobiology》的出版。此后,世界各国纷纷制定NST发展规划,冠以Nano的新名词、新概念和新学科不断出现,形成了当代方兴未艾的纳米科技学科群。3、纳米科技的研究范围及应用领域纳米科技的产生和发展,填补了人类对于介观区域宏观与微观之间的联接区认识的不足。目前纳米科技的研究和应用主要有如下几个方面: (1) 纳米电子学 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学,因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业,是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破,纳米电子学将成为21世纪信息时代的核心。 (2) 纳米材料 纳米材料是指晶粒和晶界等显微构造能达到纳米尺度水平的材料,所用的原料--粉料首先必须是纳米级的。从微米级到纳米级的进步,不仅是制备工艺上的跃进,而且能推动材料科学的理论发展。 (3) 纳米加工技术 科学技术进步使器件和装置的尺寸越来越小,进入了纳米的范围。由于在纳米尺度下刻蚀技术已达到极限,组装技术将成为纳米科技的重要手段,受到人们很大的重视。 (4) 纳米机械 纳米机械是指实现纳米尺度上某个功能的机械,它包括的领域很广。目前已制造出来了纳米马达、纳米齿轮。(5) 纳米化学 纳米化学指的是用纳米技术进行分子的识别,高分子组装等。 纳米化学包含许多领域。 (6) 纳米生物学 纳米生物学的目的是利用由程序化的分子机器组成的装配机器去构建物质。其另一个重要方面是利用生物分子的特定功能去构建具有某种功能的产品4、纳米科技发展的前景 纳米科技促使传统产业“旧貌换新颜”这是纳米概念在国内炒得沸沸扬扬的重要原因之一。纳米技术已成为划时代的高新技术,它已成为各国科技界研究开发和关注的焦点,正如钱学森院士所预言的那样:"纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点,会是一次技术革命,从而将是21世纪的又一次产业革命。"

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二氧化钛(B)是一个相对稳定的单斜修改二氧化钛。这是在1980年首次合成玛珊德et al 1、2从分层的钛酸K2Ti4O9通过K + / H +离子交换其次是煅烧。1 - 3一些其他分层钛酸酯,即Na2Ti3O7和Cs2Ti5O11,也给二氧化钛(B)在离子交换和热dehydratation。4、5的H2Ti4O9‚水可以通过tetrabu脱落成nanosheets -tylammonium阳离子和进一步转化为导向的二氧化钛(B)的电影。6或者,H2Ti4O9‚水可以贯穿形成了二氧化钛(B)由solvothermal治疗。7 - 9的二氧化钛(B)材料准备从H2TixO2x + 1(x)3 - 5)大概是所有微晶,赌注表面地区14 - 30.4平方米/克。2、10纳米二氧化钛(B)(晶体大小5 - 10nm)首次准备的退火溶胶-凝胶派生二氧化矽薄膜900°二氧化钛无定形C。11二氧化钛(B)也是球磨过程中观察到的锐钛矿。12、13(注意一些不匹配的符号的二氧化钛(B)和badelleyite -型二氧化钛(P21 / c空间群)在裁判12)。“β-TiO2”(显然二氧化钛(B))中观察到的二氧化钛部由激光淀积14二氧化钛(B)15和“单斜二氧化钛”(显然二氧化钛(B))8跟踪在合成二氧化钛纳米管的热液治疗二氧化钛在氢氧化钠介质。这主题最早是由19 1998年Kasuga et al,虽然“束纤维状的单位”和二氧化钛(B)中被发现热水地对待二氧化钛/氢氧化钠更早,太。20的调优的温度和浓度对氢氧化钠,要么钛酸盐纳米管或纳米二氧化钛(B)合成选择性。热水地种植结构的18毫微管被一个主题的一些混乱过去,但是最近的研究指出在分层的钛酸盐,H2Ti3O7,作为这些纳米管的主要成份。17、18、21有一个替代的建议,钛酸的热水地增长纳米管是由斜方晶系的纤铁矿像物种,HxTi2-x / 40 x / 4 o4‚H2O(x≈0.7,0)空位),22岁,转换直接加热锐钛矿型。22、23然而,这个工作是由别人批评,17个和唯一的存在单斜钛酸酯(trititanates)似乎解释水热合成纳米管充分。17日,24因为这个H2Ti3O7可以热脱水二氧化钛(B),4、5、17存在的二氧化钛纳米管(B)支持,太

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二硫化钼(MoS2)通过水热法合成纳米花成功地嫁接在三聚氰胺海绵通过简单的浸涂法形成MoS2纳米花海绵。MoS2海绵具有高效吸附性能的阳离子染料、Rhodamine B(RhB),与104.78毫克RhB G−1产品的最大吸附容量(相当于213.84毫克G 1二硫化钼转化−RhB)在60分钟之内,这主要是归因于带负电的MoS2纳米花和带正电的RhB分子之间的强烈的静电相互作用。吸附平衡和动力学数据符合SIPS等温线模型和伪二级动力学模型,分别。可回收实验表明MoS2海绵吸附剂可以重复使用10次,吸附容量的86.7%以上,保留。更值得注意的是,所制备的海绵吸附剂可以通过简单的打捞,而不是任何繁琐的离心或过滤过程,很容易地从染料溶液中分离出来。因此,可分离的MoS2海绵吸附剂具有显著的吸附能力和良好的有机染料的可重复利用性,有望为今后大规模的水修复提供新的前景

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理论含义

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纳米技术(nanotechnology),也称毫微技术,是研究结构尺寸在1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。1981年扫描隧道显微镜发明后,诞生了一门以1到100纳米长度为研究分子世界,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品 [2]  。因此,纳米技术其实就是一种用单个原子、分子制造物质的技术。

从迄今为止的研究来看,关于纳米技术分为三种概念:

第一种,是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念,可以使组合分子的机器实用化,从而可以任意组合所有种类的分子,可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。

第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术,也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去,从理论上讲终将会达到限度,这是因为,如果把电路的线幅逐渐变小,将使构成电路的绝缘膜变得极薄,这样将破坏绝缘效果。此外,还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题,研究人员正在研究新型的纳米技术。

第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来,生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发,成为纳米生物技术的重要内容。

利用纳米技术将氙原子排成IBM

主要内容

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纳米技术是一门交叉性很强的综合学科,研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括:

纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等 。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中,纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础,而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。

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1993年,第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开,将纳米技术划分为6大分支:纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学,促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性,神奇性和广泛性,吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。 纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造,测量、控制和产品的技术 [3]  。纳米技术主要包括:纳米级测量技术:纳米级表层物理力学性能的检测技术:纳米级加工技术;纳米粒子的制备技术;纳米材料;纳米生物学技术;纳米组装技术等。

纳米技术包含下列四个主要方面:

1、纳米材料:当物质到纳米尺度以后,大约是在0.1—100纳米这个范围空间,物质的性能就会发生突变,出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。

如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。

过去,人们只注意原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,像铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

为什么磁畴变成单磁畴,磁性要比原来提高1000倍呢?这是因为,磁畴中的单个原子排列的并不是很规则,而单原子中间是一个原子核,外则是电子绕其旋转的电子,这是形成磁性的原因。但是,变成单磁畴后,单个原子排列的很规则,对外显示了强大磁性。

这一特性,主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候,用于制造磁悬浮,可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。

2、纳米动力学:主要是微机械和微电机,或总称为微型电动机械系统(MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统,特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小,刻蚀的深度往往要求数十至数百微米,而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机,用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度,但有很大的潜在科学价值和经济价值。

理论上讲:可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。

3、纳米生物学和纳米药物学:如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子,在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验,磷脂和脂肪酸双层平面生物膜,dna的精细结构等。有了纳米技术,还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。新的药物,即使是微米粒子的细粉,也大约有半数不溶于水;但如粒子为纳米尺度(即超微粒子),则可溶于水。

纳米生物学发展到一定技术时,可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞,并可以吸收癌细胞的生物医药,注入人体内,可以用于定向杀癌细胞。(上面是老钱加注)

4、纳米电子学:包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征,以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。 纳米技术是建设者的最后疆界,它的影响将是巨大的。

历史沿革

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纳米技术的灵感,来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始,人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术,都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。费曼质问道,为什么我们不可以从另外一个角度出发,从单个的分子甚至原子开始进行组装,以达到我们的要求?他说:“至少依我看来,物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”

70年代,科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想,1974年,科学家谷口纪男(Norio Taniguchi)最早使用纳米技术一词描述精密机械加工;

1981年,科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜,为我们揭示一个可见的原子、分子世界,对纳米科技发展产生了积极促进作用;

1990年,

理查德·费曼

IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排,纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置,组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的,二个字母加起来还没有3个纳米长。不久,科学家不仅能够操纵单个的原子,而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术,科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法,每次只造出一层分子。现代制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言,人类可以用小的机器制作更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想 [4]  。

1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办,标志着纳米科学技术的正式诞生;

1991年,碳纳米管被人类发现,它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍,成为纳米技术研究的热点,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等;

1993年,继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、1990年美国国际商用机器公司在镍表面用35个氙原子排出“IBM”之后,中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“ 中国”二字,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地;

1997年,美国科学家首次成功地用单电子移动单电子,利用这种技术可望在2017年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机;

1999年,巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”,它能够称量十亿分之一克的物体,即相当于一个病毒的重量;此后不久,德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤,打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;

到1999年,纳米技术逐步走向市场,全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;

2001年,一些国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米技术战略高地 [5]  。日本设立纳米材料研究中心,把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心,美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。中国也将纳米科技列为中国的“973计划”进行大力的发展与其相关产业的大力扶持。

应用领域

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当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料 [6]  。

1、纳米是一种几何尺寸的度量单位,1纳米=百万分之一毫米。

2、纳米技术带动了技术革命。

3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管,“饿死”癌细胞。

4、如果在卫星上用纳米集成器件,卫星将更小,更容易发射。

5、纳米技术是多科学综合,有些目标需要长时间的努力才会实现。

6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流,它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。

7、纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况,可让医生对症下药。

测量技术

纳米级测量技术包括:纳米级精度的尺寸和位移的测量,纳米级表面形貌的测量。纳米级测量技术主要有两个发展方向。

一是光干涉测量技术,它是利用光的干涉条纹来提高测量的分辨率,其测量方法有:双频激光干涉测量法、光外差干涉测量法、X射线干涉测量法、F一P标准工具测量法等,可用于长度和位移的精确测量,也可用于表面显微形貌的测量。

二是扫描探针显微测量技术(STM),其基本原理是基于量子力学的隧道效应,它的原理是用极尖的探针(或类似的方法)对被测表面进行扫描(探针和被测表面实际并不接触),借助纳米级的三维位移定位控制系统测出该表面的三维微观立体形貌。主要用于测量表面的微观形貌和尺寸。

用这原理的测量方法有:扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等。

加工技术

纳米级加工的含意是达到纳米级精度的加工技术。

由于原子间的距离为0.1一0.3nm,纳米加工的实质就是要切断原子间的结合,实现原子或分子的去除,切断原子间结合所需要的能量,必然要求超过该物质的原子间结合能,即所播的能量密度是很大的。用传统的切削、磨削加工方法进行纳米级加工就相当困难了。

截至2008年纳米加工有了很大的突破,如电子束光刻(UGA技术)加工超大规模集成电路时,可实现0.1μm线宽的加工:离子刻蚀可实现微米级和纳米级表层材料的去除:扫描隧道显微技术可实现单个原子的去除、扭迁、增添和原子的重组。

粒子制备

纳米粒子的制备方法很多,可分为物理方法和化学方法。

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真空冷授法:用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、位度可控,但技术设备要求高。

物理粉碎法:透过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产晶纯度低,顺粒分布不均匀。

机械球磨法:采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。

气相沉积法:利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。

沉淀法:把沉淀剂加人到盐溶液中反应后,将沉淀热处理得到纳米材料.其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备载化物。

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水热合成法:高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。

溶胶凝胶法:金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低沮热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和11一VI族化合物的制备。

徽乳液法:两:互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在徽泡中经成核,聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和接口性好,11一VI族半导体纳米粒子多用此法制备。

水热合成法——高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得到纳米粒子。其特点是纯度高,分散性好,粒度易控制。

材料合成

自1991年Gleiter等人率先制得纳米材料以来,经过10年的发展纳米材料有了长足的进步。如今纳米材料种类较多,按其材质分有:金属材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料、纳米复合材料、纳米聚合材料等等。纳米材料是超徽粒材料,被称为“21世纪新材料”,具有许多特异性能。

例如用纳米级金属微粉烧结成的材料,强度和硬度大大高于原来的金属,纳米金属居然由导电体变成绝缘体。一般的陶瓷强度低并且很脆。但纳米级微粉烧结成的陶瓷不但强度高并且有良好的韧性。纳米材料的熔点会随超细粉的直径的减小而降低。例如金的熔点为1064℃,但10nm的金粉熔点降低到940℃,snm的金粉熔点降低到830℃,因而烧结温度可以大大降低。纳米陶瓷的烧结温度大大低于原来的陶瓷。纳米级的催化剂加入汽油中。可提高内燃机的效率。

加入固体燃料可使火箭的速度加快。药物制成纳米微粉。可以注射到血管内顺利进入微血管。

疾病诊断

当前常规的成像技术只能检测到癌症在组织上造成的可见的变化,而这个时候已经有数千的癌细胞生成并且可能会转移。而且,即使是已经可以看到肿瘤了,由于肿瘤本身的类别(恶性还是良性)和特征,要确定有效的治疗方法也还必须通过活组织检查。如果对癌性细胞或者癌变前细胞以某种方式进行标记,使用传统设备即可检测出来则更有利于癌症的诊断。

要实现这一目标有两个必要条件:某技术能够特定识别癌性细胞且能够让被识别的癌性细胞可见。纳米技术能够满足这两点。例如,在金属氧化物表面涂覆可特异识别癌性细胞表面超表达的受体的抗体。

由于金属氧化物在核磁共振成像(MRI)或计算机断层扫描(CT)下发出高对比度信号,因此一旦进入体内后,这些金属氧化物纳米颗粒表面的抗体选择性地与癌性细胞结合,使检测仪器可以有效地识别出癌性细胞。同样地,金纳米粒也可以用于增强在内窥镜技术中的光散射。纳米技术能够将识别癌症类别及不同发展阶段的分子标记可视化,让医生能够通过传统的成像技术看到原本检测不到的细胞和分子。

在人类与癌症的斗争中,有一半的胜利是得益于早期的检测。纳米技术使得癌症的诊断更早更准确,并可用于治疗监测。纳米技术也可以增强甚至完全变革对组织和体液中生物标志物的筛查。癌症与癌症之间,以及癌细胞与正常细胞之间由于各种分子在表达和分布上的差异而各不相同。随着治疗技术的进步,对癌症的多个生物标志物进行同时检测是确定治疗方案时所必须的。

纳米颗粒——例如能够根据它们本身大小发出不同颜色光的量子点——可以实现同时检测多种标记物的目的。包被有抗体的量子点发出的激发光信号可用于筛查某些类型的癌症。不同颜色的量子点可与各种癌症生物标记物抗体结合,方便肿瘤学家通过所看到的光谱区分癌细胞与健康细胞。

组装技术

由于在纳米尺度下刻蚀技术已达到极限,组装技术将成为纳米科技的重要手段,受到人们很大的重视。

纳米组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法,把原子、分子或者分子聚集体进行组装,形成有功能的结构单元。组装技术包括分子有序组装技术,扫描探针原子、分子搬迁技术以及生物组装技术。分子有序组装是通过分子之间的物理或化学相互作用,形成有序的二维或三维分子体系。现在,分子有序组装技术及其应用研究方面取得的最新进展主要是LB膜研究及有关特性的发现。生物大分子走向识别组装。蛋白质、核酸等生物活性大分子的组装要求商密度定取向,这对于制备高性能生物微感膜、发展生物分子器件,以及研究生物大分子之间相互作用是十分重要的。在进行lgG归生物大分子的组装过程中,首次利用抗体活性片断的识别功能进行活性生物大分子的组装。这一重要的进展使得生物分子的定向组装产生了新的突破。

除以上几种组装外,在长链聚合物分子上的有序组装、桥连自组装技术、有序分子薄膜的应用研究等技术也有进展。采用纳米加工技术还可以对材料进行原子量级加工,使加工技术进人一个更加徽细的深度。纳米结构自组装技术的发展,将会使纳米机械、纳米机电系统和纳米生物学产生突破性的飞跃。

中国在纳米领域的科学发现和产业化研究有一定的优势。现代同美、日、德等国位于国际第一梯队的前列。虽然现代中国己经建立了一定数量的纳米材料生产基地,纳米技术的开发应用也已经兴起,并初步实现了产业化。纳米要实现大规模、低成本的产业化生产,还有许多的工作要做,只有依赖大量的资金和高科技投人才能换取高额的利润回报。

生物技术

纳米生物学是以纳米尺度研究细胞内部各种细胞器的结构和功能。研究细胞内部,细胞内外之间以及整个生物体的物质、能量和信息交换。纳米生物学的研究集中在下列方面。

DNA研究在形貌观察、特性研究和基因改造三个方面有不少进展。

脑功能的研究

工作目标是弄清人类的记忆、思维,语言和学习这些高级神经功能和人脑的信息处理功能。

仿生学的研究

这是纳米生物学的热门研究内容。现在取得不少成果。是纳米技术中有希望获得突破性巨大成果的部分。

世界上最小的马达是一种生物马达—鞭毛马达。能象螺旋桨那样旋转驱动鞭毛旋转

纳米陶瓷

。该马达通常由10种以上的蛋白质群体组成,其构造如同人工马达。由相当的定子、转子、轴承、万向接头等组成。它的直径只有3onm,转速可以高达15r/min,可在1μs内进行右转或左转的相互切换。利用外部电场可实现加速或减速。转动的动力源,是细菌内支撑马达的薄膜内外的氮氧离子浓度差。实验证明。细菌体内外的电位差也可驱动鞭毛马达。现代人们正在探索设计一种能用电位差驭动的人工鞭毛马达驱动器。

日本三菱公司已开发出一种能模拟人眼处理视觉形象功能的视网膜芯片。该芯片以砷化稼半导体作为片基。每个芯片内含4096个传感元。可望进一步用于机器人。

有人提出制作类似环和杆那样的分子机械。把它们装配起来构成计算机的线路单元,单元尺寸仅Inm,可组装成超小型计算机,仅有数微米大小,就能达到现代常用计算机的同等性能。

在纳米结构自组装复杂徽型机电系统制造中,很大的难题是系统中各部件的组装。系统愈先进、愈复杂,组装的问题也愈难解决。自然界各种生物、生物体内的蛋白质、DNA、细胞等都是极为复杂的结构。它们的生成、组装都是自动进行的。如能了解并控制生物大分子的自组装原理,人类对自然界的认识和改造必然会上升到一个全新的更高的水平。

衍生产品

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机器人

纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型,设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”,也称分子机器人;而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。

2005年,不少国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出:纳米机器人潜在用途十分广泛,其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。

每一种新科技的出现,似乎都包涵着无限可能。用不了多久,个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国著名学者周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中就预言:到21世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

雨衣伞

纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体,纳米雨伞收伞有三折伞和直杆伞的收伞形态(简单说,收伞时有长短两种选择)。纳米雨衣可由纳米雨伞转变而成,纳米雨衣又不同于一般的雨衣,因为纳米雨衣可以保证从头到脚绝对不湿。因为纳米材料,所以这雨伞可以一甩即干,雨伞转变为雨衣后,这雨衣也只需穿着时轻轻一跳也即可全干。

防水材料

2014年8月4日,澳大利亚运用新发明的布料,制成一款具有开创性的T恤衫,不管人们怎样尝试着浸湿它,此T恤都能保持良好的防水性能。

这件叫做“骑士”(The Cavalier)的白色T恤是百分之百棉质的。虽然表面看起来平淡无奇,但是其布料运用“疏水”纳米技术应用编织而成,使得这件T恤能够有效防止大部分液体和污渍的浸入。这种T恤可以用机器清洗,其防水功能最多可承受80次清洗。它的布料有天然自净功能,任何附着在上的污渍都能用水擦洗或冲干净。

和其他含有化学物质的防水应用不同,T恤仿照的是荷叶的自然疏水特点。此布料的发明对于餐馆和咖啡厅来说可能具有革命性的影响。此外,这种布料还可以运用在医疗行业或医院等地。

潜在危害

编辑

和生物技术一样,纳米科技也有很多环境和安全问题(比如尺寸小是否会避开生物的自然防御系统,还有是否能生物降解、毒性副作用如何等等)。

社会危害

纳米颗粒的危害

纳米材料(包含有纳米颗粒的材料)本身的存在并不是一种危害。只有它的一些方面具有危害性,特别是他们的移动性和增强的反应性。只有某些纳米粒子的某些方面对生物或环境有害,我们才面临一个真的危害 [7]  。

要讨论纳米材料对健康和环境的影响,我们必须区分两类纳米结构:

纳米尺寸的粒子被组装在一个基体、材料或器件上的纳米合成物、纳米表面结构或纳米组份(电子,光学传感器等),又称为固定纳米粒子。

“自由”纳米粒子,不管在生产的某些步骤中存还是直接使用单独的纳米粒子。

这些自由纳米粒子可能是纳米尺寸的单元素,化合物,或是复杂的混合物,比如在一种元素上镀上另外一张物质的“镀膜”纳米粒子或叫做“核壳”纳米粒子。

现代,公认的观点是,虽然我们需要关注有固定纳米粒子的材料,自由纳米粒子是最紧迫关心的。

因为,纳米粒子同它们日常的对应物实在是区别太大了,它们的有害效应不能从已知毒性推演而来。这样讨论自由纳米粒子的健康和环境影响具有很重要的意义。

更加复杂的是,当我们讨论纳米粒子的时候,我们必须知道含有的纳米粒子的粉末或液体几乎从来不会单分散化,而是具有一定范围内许多不同尺寸。这会使实验分析更加复杂,因为大的纳米粒子可能和小的有不同的性质。而且,纳米粒子具有聚合的趋势,而聚合的纳米粒子具有同单个纳米粒子不同的行为。

健康问题

纳米颗粒进入人体有四种途径:吸入,吞咽,从皮肤吸收或在医疗过程中被有意的注入(或由植入体释放)。一旦进入人体,它们具有高度的可移动性。在一些个例中,它们甚至能穿越血脑屏障。

纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题。基本上,纳米颗粒的行为取决于它们的大小,形状和同周围组织的相互作用活动性。它们可能引起噬菌细胞(吞咽并消灭外来物质的细胞)的“过载”,从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们可能因为无法降解或降解缓慢,而在器官里集聚。还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜在危险。由于极大的表面积,暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附他们遇到的大分子。这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制。

环境问题

主要担心纳米颗粒可能会造成未知的危害。

社会风险

纳米技术的使用也存在社会学风险。在仪器的层面,也包括在军事领域使用纳米技术的可能性。(例如,在MIT士兵纳米技术研究所[1]研究的装备士兵的植入体或其他手段,同时还有通过纳米探测器增强的监视手段。

在结构层面,纳米技术的批评家们指出纳米技术打开了一个由产权和公司控制的新世界。他们指出,就象生物技术的操控基因的能力伴随着生命的专利化一样,纳米技术操控分子的技术带来的是物质的专利化。过去的几年里,获得纳米尺度的专利像一股淘金热。2003年,超过800纳米相关的专利权获得批准,这个数字每年都在增长。大公司已经垄断了纳米尺度发明与发现的广泛的专利。例如,NEC和IBM这两家大公司持有碳纳米管这一纳米科技基石之一的基础专利。碳纳米管具有广泛的运用,并被看好对从电子和计算机、到强化材料、到药物释放和诊断的许多工业领域都有关键的作用。碳纳米管很可能成为取代传统原材料的主要工业交易材料。但是,当它们的用途扩张时,任何想要制造或出售碳纳米管的人,不管应用是什么,都要先向NEC或者IBM购买许可证。

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叽叽咕咕喳喳

水热合成,表征和性能的双封顶伪Keggin型tungstovanado磷酸盐化合物:[Co4(HPO3)2(C12H8N2)8(水)2](H3O)[PWVI9VIV3O40公司(Vivo)2]。水摘要:一种新型的多金属氧酸盐[Co4(HPO3)2(C12H8N2)8(水)2](H3O)[PWVI9VIV3O40公司(Vivo)2]。水(1)已被水热条件下合成。X-射线晶体学表明,1包含一种新型双向封盖伪Keggin型杂多阴离子[PWVI9V3IVO40公司(Vivo)2]5-和四核阳离子[Co4(HPO3)2(C12H8N2)8(水)2]4+。不同杂相连的水分子和离子[Co4(HPO3)2(C12H8N2)8(水)2]4+通过氢键,形成了广泛的三维超分子大会。关键词:金属氧簇;水热合成;结构;杂多阴离子;单晶

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么么哒ALICE

二氧化钛(二)亚斜修改二氧化钛。它是在1980年首次合成马尔尚等al.1,从层状钛酸四钛酸钾通过2的K + / H +的离子交换跟着-3 calcination.1,其他一些层状钛酸盐,即Na2Ti3O7和Cs2Ti5O11,也给二氧化钛(b)在离子交换和热dehydratation.4的,5H2Ti4O9,水可以被剥离成薄片tetrabutylammonium阳离子和进一步转换成面向二氧化钛(二)films.6另外,H2Ti4O9,水可以跨形成了以二氧化钛(二)溶剂热treatment.7 9从H2TixO2x +1(X)3-5)是二氧化钛(二)材料准备大概所有的微晶,比表面积14-30.4 m2/g.2,10纳米TiO2(二)(晶粒尺寸5-10溶胶 - 凝胶法制备退火纳米)也是二氧化硅,二氧化钛非晶薄膜在900°C.11二氧化钛(二)观察球磨,anatase.12,13(注意:一些 在二氧化钛(二)符号不匹配的badelleyite 型二氧化钛(P21 / C空间群)12号)。 “β-二氧化钛” (显然是二氧化钛(乙))由二氧化钛薄膜观察 激光deposition.14 二氧化钛(二)15-18和“斜二氧化钛”(显然是二氧化钛(乙))8 二氧化钛纳米管的合成过程中跟踪 在NaOH介质水热处理二氧化钛。这 主题是率先在1998年,尽管春日等al.19 “束纤维单位”和TiO2(二)被发现在 水热处理TiO2/NaOH要早得多,too.20 调整温度和NaOH浓度,要么 钛酸纳米管或二氧化钛(二)纳米线的合成 selectively.18结构的水热生长纳米 管已经在过去的一些混乱的问题,但 最近的研究指出在层状钛酸H2Ti3O7,作为 这些nanotubes.17,18,21的主要成分有一个 替代建议的水热法生长的钛酸 碳纳米管是由正交纤的状 物种,HxTi2-x/40x/4O4,H2O(X≈0.7,0)的空缺),22 直接转换到锐heating.22,23然而,这 工作被批评人,17个和唯一存在 斜钛酸盐(trititanates)似乎解释水热合成的碳纳米管adequately.17,24日以来H2Ti3O7可以是二氧化钛(二)热脱水,4,5,17, 存在的TiO2(二)碳纳米管的支持下,太

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康夫君和小静

纳曲酮(化学名环丙甲羟二羟吗啡酮——译者注)系口服长效阿片(类)受体拮抗剂,1984年经FDA(美国食品药品监督局——译者注)获准用于治疗酒精成瘾、阿片成瘾;而其通用专利已超规定年限。该药为非选择性拮抗剂,对Μ型受体(MOR)、Δ型受体(DOR)所致满足(感)有强效【1】,而对厌-和类K型阿片受体(KOR)拮抗效力较弱【2】,但对新近发现的孤啡肽或致痛素【N/OFQ】类阿片样物质确有实效【3】。高剂量纳曲酮对镇静剂成瘾的药效(获益)在于,可阻断阿片类效应产生的种种满足(感),其抑制酒精(所致)狂瘾的机制与此类似。供参

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