纳米技术的发展现状范例(12篇)

纳米技术的发展现状范文篇1

关键词：微纳制造;教学方法;虚拟科研;虚拟实验

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2015）44-0090-02

一、微纳米制造技术课程的背景及特点

微纳米科学与技术已成为一种战略性的、占主导地位的技术，被中国机械工程协会列为影响我国制造业发展的问题之一。微纳米制造技术通过在微纳米尺度范围内对物质的集成与控制，创造并使用新的材料和装置，以实现不同功能的机电或机光电一体化智能系统，涉及电子、机械、光学、物理、化学、材料、制造、生物、信息等多种学科，是制造技术的融合交叉新领域。教育部已经将微机电工程列为机械工程一级学科的五个二级学科之一，相当多的高校陆续开设了相关课程。《微纳米制造技术及理论》作为微机电工程研究的入门课，提高其课堂教学的质量，逐步开展实验教学是非常有必要的。我们在精品化教学内容的基础上，在教学实践中探索了微纳米制造技术及理论课程的虚拟实验与模拟科研教学法，并取得了较好的课堂效果。

二、精品化课程内容

《微纳米制造技术及理论》作为一门导论类课程，内容涵盖了微机械加工、半导体加工、纳米制造和生物制造等种类繁多的微纳米加工方法，且各制造方法的相关性不强，给教学带来了极大的挑战。结合本校特点，我们编排的课程内容从分子操作到纳米加工、从生物制造到仿生制造、从微细机械加工到微细特种加工、从集成电路工艺（IC工艺）到MEMS（微电子机械系统）构成了结构对称的多学科制造技术。在体系编排上从纳尺度制造到微尺度制造、从低维低复杂度制造到高维高复杂度制造、从探索前沿到实用产业构成了循序渐进的知识体系。总体内容涵盖了机械、材料、电子等工程学科知识及物理、化学、生物等基础学科的理论，培养了学科交叉创新的意识。

教学内容组织首先强调“由理及表”，即从原理到应用、从理论到实际，同时强调内容来源的“鲜活性”，即紧密跟踪国际前沿最新科学研究成果，紧跟国家战略需求，最终使学生达到微纳米制造技术基础理论学习和工程应用等综合能力的培养。

三、探索虚拟科研情景教学法

（一）虚拟科研情景教学

技术发展有不以人的意志为转移的内在驱动力，在讲解某项微纳制造技术时，可以通过讲解该技术发明前的客观需求、相关技术和理论发展水平来引领学生的思维，使学生站在研究者的角度去思考如何创造一种“新”的微纳加工方法来解决面临的“历史”问题，从而引出具有内在逻辑必然性的该项微细加工技术。例如在讲解深硅等离子刻蚀技术时，我们首先讲解加速度传感器的历史现状，为提高其灵敏度，亟需高深宽比微纳结构的加工方法，而当时的硅化学刻蚀方法，无法实现高深宽比的微纳加工;等离子加工技术和理论已在集成电路加工中获得应用，如何开展基于等离子刻蚀技术的高深宽比硅加工成为当时的热门研究课题。学生从科学探索的角度和教师一起从化学原理的角度分析基于“SF6+O2”的加工方法，逐渐引出在通用的BOSCH深硅加工工艺。这种基于虚拟科研情景再现的授课方式，不但提高了学生的注意力，还使学生从一个研究者的角度去思考问题，轻松掌握了该微纳米制造技术的用途、原理和特点。

（二）多媒体辅助虚拟实验教学

微纳米制造技术及理论课程知识涵盖面广、信息量大，而教学时间仅有32个学时，如何提高课堂效率成为一个重要问题。除了突出重点，在微纳尺度效应、微机械切削原理、体微硅制造、表面微加工等方面深入讲解外，在装备原理、工艺过程等方面通过多媒体等手段增加形象认识是非常有必要的。例如，光刻过程包含清洗、烘干、涂胶、前烘、对准、曝光、后烘、显影、显影检查、显影硬烘等多步工艺，我们在研究生课的讲解中采用了传统的讲授方法，由于多数学生对相关工艺过程不了解，既不容易抓住重点，也不容易提起兴趣。而在留学生课的教学中，在给学生讲授了光刻的基本原理的基础上，我们采用了播放光刻过程实景录像，穿插关键点讲解的教学方式，这样既提高了课堂效率，又吸引了学生的兴趣，加深了理解的形象化程度。

（三）虚拟科研的考核方式

在《微纳米制造技术及理论》的课程考核中，过去我们多依赖闭卷考试的方式，闭卷考试能考察学生对基础理论的掌握，督促学生在课后进行重点内容的复习和掌握。而在本轮的改革尝试中，我们增加了要求学生写一个课程总结的考核方式。这份课程总结不是对本课程主要内容的综述，而是针对某一项微纳米制造技术的现状综述，并给出一个利用该种加工工艺制作某种新型微结构或微器件的创新性提案。虽然多数学生的提案可行性不大，但至少达到了使学生站在一个科研工作者的角度去了解并利用微纳米制造技术的教学目的。

（四）微纳米制造课的实验教学

通过虚拟科研实验的教学方式，虽然能在一定程度上增加学生的直观认识，但给人最深刻的认识一般还是从实践中获得的。《微纳米制造技术及理论》作为一门实践性很强的课，实验教学是一项重要的教学环节。但本校尚未设立微机电系统工程专业，也没有相关教学实验中心，因此开展实验教学难度很大。为此，本教学团队克服困难，采取特定时间开放科研环境，与教学并用的方案，安排了三堂精彩的实验课教学。首先为使学生对微纳米制造以直观的认识，我们在实验室展示了基于仿生制造技术的功能表面、基于生物制造技术的功能颗粒、基于微机电系统技术的微传感器等成果，并给学生展示了相关的实验环境、加工设备及原理。为进一步加深学生的认识，我们分组进行了光刻工艺试验和溅射工艺试验，使学生体验并认识到加工过程中的难点和技巧，给学生留下了深刻的印象，加深了对课堂知识的认识。此外，通过与半导体加工条件较好的科研单位合作，以创造更优良的教学参观环境，相信能使学生获得更深刻的认识，促进微纳米制造工程实践能力的培养。

四、结语

微纳米制造技术发展迅速，制造学科高年级本科生或研究生具有掌握微纳米制造的基础知识，了解其最新的发展动态及技术现状的强烈需求。要在有限的课堂时间内把丰富的微纳制造相关内容讲授给知识背景和研究方向各不相同的学生具有极大的挑战性。我们从精品化教学内容以增强内容间的逻辑性、开展虚拟科研实验教学实现教学与科研的融合、改善实验条件加深学生感性认识等三个方面做了初步探索，并取得了一定成效，力争为微纳米制造领域的教学改革和学生培养做出贡献。

参考文献：

[1]中国机械工程学会.中国机械工程技术路线图[M].北京：中国科学技术出版社，2011.

[2]张海霞，赵小林，译.微机电系统设计与加工[M].机械工业出版社，2010.

[3]唐道武.微机电系统课程教学改革的思考[J].产业与科技论坛，2012，（11）.

纳米技术的发展现状范文篇2

[关键词]纳米材料有序磁性制备技术自组装制备

一、有序磁性纳米结构性质及应用

有序磁性纳米结构是以纳米尺度的磁性物质结构单元为基础,按一定的规律构筑或营造的一种新的体系,这些基本结构单元主要包括磁性的纳米微粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米丝等。磁性纳米材料虽然具有很多独特的性质,但无序的排列并不能在宏观上体现这些性质;而有序的磁性纳米结构,在宏观聚集体中以有序的几何构型,使宏观的磁性效应能够得到很好的控制和修饰。从实际应用讲,有序磁性纳米结构也是制作磁性随机存取存储器、高密度磁记录介质、磁开关和微机械传感器等微小型器件的基础,因此有序磁性纳米结构的制备技术成为发展磁性纳米器件的关键。

二、有序磁性纳米结构制备技术研究现状

1.平板印刷术

平板印刷术是制备有序磁性结构传统的方法。它是在外层掩膜的基础上利用不同的光源辐照适当的光刻胶而形成二维或三维的图案,再利用湿法或干法刻蚀术或者后续的沉积技术等一系列手段来实现图案的转移过程。辐照光源的波长决定了平板印刷术的分辨率,因此要得到不同特征尺寸和几何形状的图案结构,可以通过使用具有不同波长的光源,比如紫外可见光、电子束、离子束和X射线等。目前用于制备磁性有序纳米结构的印刷术中较常见的主要有:电子束印刷术、X射线印刷术、干涉或全息印刷术等以及基于原子力显微镜和扫描隧道显微镜一些印刷术,比如浸笔纳米印刷术等。

2.自组装法

自组装是生命最本质的内容之一,如人体体内的蛋白质、核酸等复杂的超分子系统正是通过自组装而形成的。在化学合成方法中,自组装法是一种获得磁性有序纳米结构的最有效的方法。所谓自组装,是指原子在底物上或溶液中自发地排列成有序的空间结构。自组装过程是不需要人为干涉介入,而溶液中的原子、分子、分子团和组件自动排列成有序的一维、二维甚至三维空间结构的过程,其主要原理是通过分子间力的协同作用和空间互补,如静电吸引、氢键、疏水性缔合等来形成一定结构的体系。自组装过程的关键是界面分子识别,它是两个自组装的分子通过一种界面驱动力来产生特定结合的过程,这种驱动力可以通过加入额外连接分子的方式实现,比如表面活性剂。其驱动力包括氢键、配位键、堆积效应、范德华力、静电力和长程作用等。根据合成原理的不同,自组装法可以分为蒸发溶剂组装法、模板诱导组装法和外界磁场诱导自组装法。

在蒸发溶剂组装法中,形成有序结构的驱动力主要是范德华力,因此蒸发溶剂组装法的关键点为:两个结合单元、界面层分子(表面活性剂),以及组装过程中的驱动力过大造成的粒子团聚问题,因此粒子间的排斥力和不可逆聚合力应该在一定的范围之内,但是磁性纳米结构材料往往由于自身磁性偶极子的相互作用而产生不可控的团聚,很难通过化学合成的方法获得稳定的有序纳米磁性结构材料。

模板自组装合成的原理很简单,设想存在一个一定尺寸(纳米)的孔,让材料的成核和生长就在该孔里发生,则在反应完毕后,孔的大小和形状就决定了产物的尺寸和结构,这些孔就可以理解为模板合成法中的模板。具有纳米孔道阵列的多孔氧化铝、介孔分子筛和多孔SiO2等是应用最广泛的模板,常用来制备磁性纳米线或棒的有序阵列结构。模板法来制备有序磁性纳米结构材料可以有效的排除磁性材料自身的磁相互作用引起的团聚等现象;一些人造或天然的高分子材料,如聚苯乙烯、蛋白质和DNA等也也被用来作为制备磁性有序纳米结构的模板。模板合成技术可以同时解决颗粒尺寸、形状控制和分散稳定性问题,因此利用和设计模板就显得尤为重要。

通常可以通过调节外界温度、气氛、压力等来控制磁性纳米粒子的合成及组装特性,但是为了更好的人为操纵纳米粒子的自组装行为,磁场同样也应该可以用于操纵纳米材料的组装行为并构建有序的磁性纳米结构。磁场诱导自组装法就是在合成过程中,外加磁场对合成过程中磁性粒子的运动和组装特性进行人为干预。磁场诱导合成有序磁性纳米结构的研究在国际上还较少,国内熊等在这方面开展了一些工作,其面临的主要问题是磁性纳米粒子的稳定性和粒子之间的不可逆团聚,通过在其表面包覆“惰性”材料来形成所谓的壳层结构,这些壳层材料的存在不仅可以解决磁性纳米粒子的稳定性问题以及不可逆团聚问题,而且可以一定程度地调节磁性纳米粒子间的相互作用,在结构和性质调节都有突破。

利用平板印刷术来制备有序磁性纳米结构已经得到现代化生产的应用,但是设备昂贵、工艺流程复杂以及分辨率较低等因素制约了其发展,而利用各种自组装技术来制备得到有序磁性纳米结构材料正逐渐受到研究人员的关注,但由于磁性纳米粒子本身磁相互作用容易破坏结构的有序性,因此自组装技术还停留在研究阶段,预期未来可以广泛地采纳到有序磁性纳米结构材料的组装现代化应用上去。

有序的磁性纳米结构不仅具有很重要的基础研究价值,同时也是制作磁存储器等微小型器件的基础。因此探索获得有序磁性纳米结构的新方法,揭示有序磁性纳米材料的微观作用机制对进一步器件的应用有着重要的意义。

参考文献:

[1]J.IMartín,J.Nogués,etc.J.Magn.Mater.256(2003)449

纳米技术的发展现状范文1篇3

关键词：ZnO；模板制备法;PVD;PLD;金属有机化合物气相沉积

随着科学和商业的飞速发展，人们对纳米半导体材料有了更加深入的认识，对其在光学器件和电学器件方面的应用产生了浓厚的兴趣。最初人们在研究ZnSe和GaN等短波长纳米半导体材料方面取得了一定的进展，GaN制备蓝绿光LED的技术已经相当成熟。但是，由于ZnSe稳定性较差，一直使之无法商品化生产。在长期的对宽带半导体材料的科学研究中，人们发现ZnO半导体纳米材料具有更多的优点。ZnO是一种新型的宽禁带半导体氧化物材料，室温下能带宽度为3.37eV，略低于GaN的3.39eV，其激子束缚能（60meV）远大于GaN（25meV）的激子束缚能。由于纳米ZnO在紫外波段有较强的激子跃迁发光特性，所以在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。此外，ZnO纳米半导体材料还可沉积在除Si以外的多种衬底上，如玻璃、Al2O3、GaAs等，并在0.4-2μm的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有很大帮助，在光电集成器件中具有很大的潜力。本文阐述了近年来ZnO纳米半导体材料的制备技术，并对这些技术的优缺点进行了分析。

ZnO是一种应用较广的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很广泛的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方法，主要有以下几种：

1模板制备法

模板制备法是一种用化学方法进行纳米材料制备的方法，被广泛地用来合成各种各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方法使分散的纳米粒子在已做好的纳米模板中成核和生长，因此，纳米模板的尺寸和形状决定了纳米产物的外部特征。科学家们已经利用孔径为40nm和20nm左右的多孔氧化铝模板得到了高度有序的ZnO纳米线。郑华均等人用电化学阳极氧化-化学溶蚀技术制备出了一种新型铝基纳米点阵模板，此模板由无数纳米凹点和凸点构成，并在此模板上沉积出ZnO纳米薄膜。此外，李长全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸钠为模板制备出ZnO纳米管。该方法优点：较容易控制纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。

2物理气相沉积（PVD）

物理气相沉积可以用来制备一维ZnO纳米线和二维ZnO纳米薄膜，原理是通过对含Zn材料进行溅射、蒸发或电离等过程，产生Zn粒子并与反应气体中的O反应，生成ZnO化合物，在衬底表面沉积。物理气象沉积技术已经演化出三种不同的方法，它们是真空蒸发法，真空溅射法和离子镀，离子镀是目前应用较广的。离子镀是人们在实践中获得的一种新技术，将真空蒸发法和溅射法结合起来，在高真空环境中加热材料使之汽化后通入氢气，在基体相对于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用使大量被电离的材料的正离子射向负高压的衬底，进行沉积。张琦锋、孙晖等人用气相沉积方法已经制备出了一维ZnO纳米半导体材料。优点：所得到的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是这种方法对真空度要求较高。

3脉冲激光沉积(PulsedLaserDeposition)

脉冲激光沉积也称PLD，常用于纳米薄膜的制备。其工作原理就是用特定波长和功率的激光脉冲聚焦光束，溅射真空状态下特定气压中的加热靶材，激光束与靶材相互作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过控制气流速度控制材料在衬底表面的沉积速度。牛海军等人用一种新颖的垂直靶向脉冲激光沉积(VTPLD)方法，在常温常压空气环境下，在玻璃基底上得到ZnO纳米薄膜。该方法优点：制备的薄膜物质比例与靶材相同；实验控制条件较少，易于控制；衬底温度要求较低。缺点：薄膜杂志较多；单纯溅射产生的粒子团密度不易控制，因此无法大面积生长均匀的薄膜。

4分子束外延(MolecularBeamEpitaxy)

分子束外延(MBE)技术可以制备高质量薄膜。MBE技术可以在特定超高真空条件下较为精确的控制分子束强度，把分子束入射到被加热的基片上，可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。分子束外延设备主要包括超高真空系统、分子束源、样品架、四极质谱计QMS和反射式高能电子衍射装置RHEED。周映雪等人利用分子束外延(MBE)和氧等离子体源辅助MBE方法分别在三种不同衬底硅(100)、砷化镓(100)和蓝宝石(0001)上先制备合适的缓冲层，然后在缓冲层上得到外延生长的ZnO薄膜。该方法优点：生长速度极慢，每秒1～10；薄膜可控性较强；外延生长所需温度较低。缺点：真空环境要求较高；无法大量生产。目前常用于生长高质量的ZnO薄膜分子束外延有两种：一种是等离子增强，另一种是激光，两种方法均已生长出高质量的ZnO薄膜。

5金属有机化合物气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposition):

金属有机化合物气相沉积(MOCVD)是一种利用有机金属在加热衬底上的热分解反应进行气相外延生长薄膜的方法。反应室是MOCVD的核心部分，它对外延层厚度、组分均匀性、异质结界面梯度、本底杂质浓度以及产量有极大的影响。按反应室形状的不同，可分为水平式反应室和立式反应室，同时根据反应室的压力又可分为常压MOCVD和低压MOCVD。刘成有利用MOCVD方法制备出高质量的ZnO薄膜。在一定衬底温度及压强下，制备出ZnO纳米管。该方法优点是：薄膜可控性较强；适合大批量生产。其缺点有：需精确控制；传输气体有毒性。但目前不仅利用MOCVD法已生长出较高质量的ZnO薄膜，而且还获得了MgZnO三元系薄膜。

除上述纳米材料的常用制备技术，还有很多其他方法。随着科技的发展和高质量纳米产品的需求，人们对纳米半导体材料的研究会更加深入，对其生长机理理解的更为透彻，随之纳米半导体材料制备技术将不断地发展和完善。高质量纳米半导体产品会不断出现，并被广泛的应用于人们的生活中。

参考文献

[1]谢自力，张荣，修向前，等.GaN纳米线材料的特性和制备技术[J].纳米技术与精密工程，2004，2(3):187-192.

[2]张利宁，李清山，潘志峰.模板合成法制备ZnO纳米线的研究[J].量子电子学报，2006，(4).

[3]李长全，傅敏恭.十二烷基硫酸钠为模板制备ZnO纳米管新方法的研究[J].无机化学学报，2006，(9).

[4]张琦锋，孙晖，潘光虎，等.维纳米结构氧化锌材料的气相沉积制备及生长特性研究[J].真空科学与技术学报，2006，26(1).

[5]牛海军，樊丽权，李晨明，等.垂直靶向脉冲激光沉积制备ZnO纳米薄膜[J].光电子激光2007，18(3).

[6]周映雪，俞根才，吴志浩，等.ZnO薄膜的分子束外延生长及性能[J].发光学报，2004，(3).

纳米技术的发展现状范文篇4

【关键词】汽车电子纳米技术传感器应用

引言

汽车技术的发展得益于材料技术的快速发展，而当前纳米技术在汽车上的应用异常火热，进入20世纪90年代后，纳米技术得到了前所未有的发展，形成了纳米材料学、纳米生物学、以及纳米化工学等，所衍生出的纳米技术产品屡见不鲜，且朝着汽车行业迈进[1]。纳米技术能够很好的使用在汽车各个位置，包括车轮、车身、发电机、传感器，以及排气系统等，纳米技术的出现，使得上述器件拥有全新的功能。目前，市场电子信息化程度逐步加快，纳米技术传感器于汽车电子中的应用日新月异，对发展汽车信息事业起到极大的推动作用。

1纳米微型电子传感器在汽车中的运用

现代汽车技术的主流特色是越来越多的零部件使用电子传控，比如：废气排放、空调、座位自动调节、灯光控制等，电子自动控制的原理为传感器信息传递；有相关数据显示[2]，普通汽车中有数十只传感器，而高级轿车中传感器数量高达一百多种。传感器是纳米技术重要衍生物，伴随着纳米技术的不断成熟，价格低廉、功能强大的微型传感器将广泛运用于社会生活的各个层面。例如：将微型传感器安装在汽车轮胎内，可生产出智能轮胎，这种轮胎能够智能提醒司机轮胎充气换气时间。此外，还有些专门于恶劣环境下工作的微型传感器，例如：发动机微型传感器，能够在发动机内工作，时刻监督发动机运行状态。

伴随着纳米电子技术的飞速发展进步，传感器技术也随之获得了前所未有的发展契机，传感器已经开始使用纳米电极技术，这种技术将纳米级的敏感原件封存于纳米电极之中，完成单电子监测，从而明显提升测试准确性，且其单位体积较小、重量不大、耐用性能高、价格优势极为明显。

2传感器于汽车电动机监控中的应用

发电机的电子监控始终是纳米技术于汽车应用的重要领域，发动机监控系统使用传感器是整部汽车的中心，保护温度传、湿度、压力、流量、气体等传感器[3]。这些传感器为发电机电子监控单元供应发电机的运行情况信息，使驾驶人掌握发动机的整体运行状态，从而提升发动机使用周期和安全性能。

2.1温度传感器介绍

汽车使用纳米温度传感器的目的在于检测发动机温度、水温、燃油温度，以及气体温度等；伴随着纳米加工技术的飞速发展，传感器技术将进一步从微型传感器发展至纳米传感器。微型传感器一般体积极小，可以使得都在功能得以实现，同时其利于大批量生产、生产成本不高、功能性强，这些优点能够让其广泛运用于汽车领域。

2.2压力传感器介绍

纳米技术将成为21世纪高新技术，使用微机械加工生产的纳米产品，具有体积小、性能好，以及成本低的优势，预估由微传感、微执行器和处理装置集成的系统将先后进入商业市场；压力纳米传感器是汽车中应用最多的传感器，主要涵盖传动系统流体压力、发动机油压力、进气管道压力等。

3传感器于安全系统方面的应用

安全系统是汽车考虑的重要环节，随着科技的逐步发展汽车的安全性能逐渐增强，而传感器于安全系统方面的应用也逐渐广泛，例如：使用测角速率表面的微机械陀螺、安全气囊的微型加速度计等。

3.1微型加速度传感器介绍

当前，纳米技术于安全气囊领域的应用逐渐增多，硅加速度计的量程正常情况下约为50gn；早期摩托罗拉公司使用体微细加工技术生产的硅加速度传感器。有相关学者研究发现，一种全新的硅微三轴加速度计，拥有4个敏感提，4个独立的信号解读电极和参考电极，其很好的使用了敏感梁于其厚度方向拥有很小的刚度[4]，从而可完成敏感加速度。于加速度计的横截面中，鉴于各个不同方向的结果，敏感梁的厚度方向和加速度计的发现方向为35.26°。

3.2表面微机械陀螺

常规的陀螺仪是由快速旋转的转子、内环、外环和基座构成，陀螺仪各环之间是由滚珠轴承支持，一般是通过机械加工的方式生产，对加工精度、工艺都有极高的要求[5]。而微型机械陀螺仪由于繁琐和系统的检测电路纳米装置，同常规的陀螺仪相比，起利用的是对称的敏感质量来支持梁的重量，同时借助梁使电极和敏感电极链接一体。

3.3传感器于车辆检测和自诊断的应用

在车辆检测和自我诊断方面，纳米技术主要是对轮胎压力检测；另外是运用于冷却、刹车失灵等系统的传感器，且还有亮度检测系统中使用光传感；于电子驾驶系统中采用磁传感、气流速度检测；于自动空调中检测车内温度、湿度、风量等；于传导系统中采用方位传感器，检测车速等。

4结语

当前，传感器技术逐渐朝着微型化、智能化、系统化的方向发展进步，对于多种学科形成的边缘传感器监控原理和技术，其监控信号类型各式各样，监控功能也逐渐增强，检测精密性也越来越高。整体而言，传感器技术对汽车领域的发展意义重大，且传感器对于国家工业、经济、综合国力的提升意义重大。因此，增强对传感器技术的研究，为提升我国科技综合水平有着非凡的意义。

【参考文献】

[1]王俊，韩庆邦，王树昊等.大功率单脉冲超声信号发生器的设计[J].应用声学.2013，01（01）：22-23.

[2]谈炳发，孙苗钟等.汽车电子点火与燃油喷射实验系统的改进[J].中国教育技术装备.2013，02（03）：34-35.

[3]郑浩，李延夫，李明兴等.汽车用硅基压力传感器环境试验方法分析[J].仪表技术与传感器.2013，02（03）：44-45.

纳米技术的发展现状范文篇5

关键词：纳米技术；机械工程；微型

机械工程在人们的生产与生活中承担着非常重要的作用，人们在这一方面进行了一次又一次的探索与研究，目的就是进行不断地革命，然后不断地突破现阶段面临的问题。长期以来人们在加工手法，设备等等方面进行了改革，从中取得了不晓得成就，但是人们探索一直没有停止，纳米技术就是现阶段人们的又一大突破。纳米技术改变了传统的机械加工，出现了微型机械技术，在很多的研究机构在不断地把这一方面选入课题，进一步的进行研究探索。下面这篇文章就是在很多方面的运用，以及一些方面的问题展开了讨论，能够很好地促进大家走进纳米机械领域，对于以后行业发展而言非常的重要。

1.微型纳米轴承

轴承是机械工程中必不可少的配件，在通常的轴承体积比较大，功能不是很好，一般会借助剂，寿命也不是很长。纳米技术走进了轴承领域，纳米由于密度比较高，自身的摩擦力非常的小，体积非常的小，安装起来不占空间。在使用寿命方面非常的长，能够借助于任何的剂，对于轴承领域来说是一次非常了不起的革命。纳米轴承在很多的地方已经开始使用，收到了良好的效果，普及需要一定的时间，需要人们的认识与认可，但是大的趋势是不会变得，在不久的将来一定会普及开来。

2.纳米技术马达

纳米技术马达,无论在体积和性能上都比传统马达更为优越。纳米技术马达只有传统电磁马达体积的二十分之一，能够承载大概四千克的重量，而且纳米技术马达的使用寿命也延长到了100万次，但是纳米技术马达的总长度却只有一根火柴杆的长度，同时纳米技术马达改变了传统电磁马达在材料上的限制，将铜、铁、磁等材料用纳米材料进行代替，纳米技术马达在使用噪音上几乎为零，体积小，重量较轻，在制造费用上也远远低于传统电磁马达，目前市场上对于纳米技术马达应用还不是很广泛，主要是针对一些电动玩具和汽车的车窗进行应用。

3.纳米材料刀具

纳米材料刀具是最近几年被研发的，更多地研究根据物理学的原理，通过力学进行设计，能够更好地运用力学，正是因为设计的合理，以及材料方面的因素其使用寿命远远高于其他的刀具。刀具在人们的传统观念里使用寿命非常的低，对于整个发展史来说有着跨时代的意义，未来的刀具在不断地更加的精密多样化。

4.纳米耐磨符合图层的运用

纳米材料是以多分子的形式存在，在纳米材料颗粒中还具备了范德华力、库仑力等，并且部分颗粒中存在与化学键结合的情况，所以让陶瓷颗粒团聚的机率增大，在颗粒越小的情况下，团聚就会更紧实，通常在这种状况下，纳米材料所具备的优点将会被限制，只有部分发挥作用。一般会处理方法有两种，分别是机械能施压和化学作用，这两种方法还是不能够直接的做到颗粒的分离，因为颗粒比较小直接的采用化学的方法很难进行彻底的分离，针对于这一情况人们通过研究表明进行一定的机械力可以进一步的帮助分离，像是碰撞，离心等等方式，这样更好地进行分离，打破原有的组织结构。

5.纳米磁性液体在旋转轴中的应用

5.1纳米磁性液体在旋转轴中应用的材料以及多元化

纳米技术在旋转轴方面的应用主要是通过改变原材料的基础性能，让原材料通过特殊形式进行分解，增强其性能。随着纳米技术的出现，更多新型材料开始出现，磁性液体在旋转轴密封方面不仅增强了其密封性，与此同时改变了控制特性，正是处于这样的状态人们通过技术对于相关的元素进行组合，组合的过程可以根据需求进行有针对性的组合，这样能够满足后续的需求，以便达到预期的目的。多元化材料在今天的使用过程中的地位非常的重要，开发的力度在不断地加强，大量的资金注入这方面的研究与开发，目的就是更好地替代相关的材料，以及发挥更好地功能以及质量效果。

5.2纳米磁性液体在旋转轴中应用的摩擦性能

传统机械制造中，尤其是大型机械在连接处都是由轴承连接的，在经过高速长期的高负荷运转，在接触的部位必然出现磨损等状态，这样导致了寿命大大的降低，一旦更换部件就会增加成本的投入，纳米技术的引入，生产出来的工件都是颗粒比较细密，接触的部位非常的细腻，不用就可以使用，其使用寿命得到了很大的提升，大大的节约了投入的成本，以及后续的维护与保养。

6.专业性人才匮乏

纳米技术是一个新兴产业，专业性人才稀缺，之前没有相关的人员从事，大学专业毕业生非常的少，高精尖人就更不用说了。很多的企业对于少之又少的人才进行高薪挖墙脚，但是人才的数量非常的有限，面对于企业不道德竞争总会跳槽，那么就导致企业人员不稳定，很难开发新的产品，以及保密措施。这样的问题是所有企业面临的难题。一些企业已经开始行动起来了，在相关的高校以及有资质的的机构聘请专业的讲师，对于企业的相关人员进行培训，培训的过程中更多地针对于企业的发展状况。对于培训的员工进行定期的考核，针对于成绩优异的筛选出来，进行进一步的培训，作为企业的骨干力量，为了留住人才，企业一定要做好相关的工作，培训之前签好相关的培训协议，一旦离职提供相应的赔偿，对于长期接受培训合格的人员进行相应的奖励。经常组织一些比武活动，这样能够更加激化大家对于相关知识的自学，与此同时，针对于相关技术成熟的企业组织交流研讨会，这样能够更好地了解一些先进的知识，对于企业的长期发展非常的重要。人才是未来发展的一个总要的环节，怎样做好这个环节是我们需要考虑的，储备人才就是为了明天能够在行业内能够占有一席之地，现阶段的投入在不久的将来会收到回报。

小结

高科技在慢慢的接下神秘的面纱，慢慢的走入我们的生活服务与我们每个人，科技的发展其实就是为了不断改变生活，然后融入到我们的生活当中。纳米技术就是非常具有代表性的一个领域，之前人们感觉离自己很远，慢慢的人们对其感觉不再神秘，慢慢的运用到生活当中，现阶段还处于一个发展的阶段，在很多方面遇到了问题，问题的提升还有很长的路要走，只要我们一步一个脚印走下去，问题也将一个个的迎刃而解。上文介绍的很多的方面我们已经看到了，在未来的发展必然会取得很好的发展前景，坚定不移的向前发展，在不久的将来一定会去的更好地发展。

参考文献：

纳米技术的发展现状范文

纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在＜100nm的水平上合成、处理和表征物质，这是一个涉及多门学科的广阔领域，它包含有：纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术(nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem)，如纳米电子机械系统NEMS和分子机械(m01ecularmachine)等。而纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、润滑剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。

一、化学反应和催化方面应用

化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。

纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。

在能源工业中，Shenhua集团公司、Hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。

二、过滤和分离方面应用

在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在GeneraledesEaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。

由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国PacificNorthwest国家试验室已经创制一类称之为SAMMS结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用SAMMS成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。

纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。

由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。

三、复合材料方面应用

在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。

以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。

一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如Nanocor公司已转产纳米粘土，每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。RTP公司已将有机粘土／尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。Triton

System公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料，开发成一种涂装材料。其它HoneyWell，Ube工业和Unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装HBP材料，Nanocor最近与三菱气体化学公司联合

制造并出售HBP包装材料。用于食品和饮料行业。Bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜，此膜的氧穿透率减少l/2，透明度和韧性有提高。近期，人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质，是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral01ig(mericsilsc5quioXanes，POSS)。Hybrid塑料公司称其可以大量生产POSS，并与塑料生产厂商和用户进行合作。

四、涂料方面应用

在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgclmonlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。

以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与Nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的，美国海洋部门采用微型凝聚(microscalengglomerate)方法，即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术，使粉体被融熔，形成涂层。拜耳公司与HansaMetallWerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线(epoxy-e.cn)记者了解，2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。

Inframat公司用纳米涂料作为船壳防污涂料。以防止海藻、贝类附着生长。此种涂料很坚硬。但并不发脆。该公司的纳米氧化铅-氧化饮基陶瓷涂料已获得美海军部门400万美元订货，主要用于涂装潜水艇的潜望镜。应用纳米粒子技术可以制造氧化铝纳米粒子，用于地砖的抗划痕涂层。Nanogate公司为西班牙地砖制造商提供纳米粒子涂料，使之容易清洗，并还为眼镜工业提供抗划痕涂料。

用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。

五、添加剂和树状聚台物的作用

在复合材料领域中，纳米粘土和POSS已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，BertMeijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(I)endrimerbox)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopicpocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。DSM公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(PPl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向DowCorning公司和MatcrialsElectrochemical

Research公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面润滑。

六、树状聚台物及去污作用

树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。

使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。

七、纳米保护(nano-protection)方面应用

树状聚合物在护肤膏中作为一种反应型的组分是很有效的。此应用可以扩展到保护衣服。固定的树状聚合物层可以抗洗和耐环境气候条件变化。有一种称之为“类似树状聚合物”(Amphilicdondrimcr)，它一半是树状聚合物，另一半具有末端结构，用以在保护膜中固定活性树状聚合物。

近年来，“一些部门在研究用纳米粒子来监测和防止化学武器袭击。Nanospherc公司不久前推出一个系统，可以用来监测生物武器，如炭疽菌。该系统采用美国西北大学开发的金纳米粒子传感器。Altair纳米技术公司和西密西根大学联合开发用二氧化钛钠米粒子为基础材料的传感器，可用来监测生物和化学武器。NanosPhere材料公司开发氧化镁纳米粒子用于口罩的过滤层，因为它能杀大细菌(包括炭疽杆菌)。深圳新华元具纳米材料公司和Nucrgst公司生产银纳米粒子用于抗菌服。NanoBio公司推出一种抗菌液，可以破坏细菌孢子、病毒粒子和霉菌，它的作用是让表面张力发生爆炸性释放，而这种产品对人体组织不起伤害，现在主要用户是美国军事部门。

八、燃料电池方面应用

随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。

AP材料公司与Millennium电池公司合作执行美国军方一份合问。开发纳米级二硼化钛用于高级电池组和其它储能系统。Altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍。

有一些公司计划工业生产甲醇基燃料电池，在2004年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，Brookhaven国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂—锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为20～30nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。

纳米技术的发展现状范文篇7

1纳米技术的相关概念和理论介绍

从单纯的纳米材料结构来看，纳米材料主要在微观分子、原子和宏观物质中间的领域，我们只有详细的认识什么是纳米材料以及现阶段纳米技术发展的成果，才能更好的去分析和探究纳米技术在机械工程领域的实际应用。我们可以简单的认为纳米材料科学是材料学的分支之一，我们也不能否认纳米技术在人们日常生活中的广泛应用和重要地位。这一科技突破成果的广泛应用，改变了我国传统机械工程的生产模式，为我国的机械工程发展和进步带来了翻天覆地的变化。

1.1纳米技术的定义

首先，我们必须明确的一点是，纳米是一个长度单位，它的原称是“毫微米”。我们通常所指的纳米科技就是指研究结构尺寸在一至一百纳米范围内材料的性质和应用。这门学科不是独立的、单一的存在，纳米科学与技术和众多的科学学科有着十分密切的关系，可以说，纳米技术一直走在学科交叉领域的前沿。我们通常将纳米科技分为三个研究方向，即纳米材料、纳米器件和纳米尺度，这三个研究领域都是进行科技研究的重要领域。纳米科技的根本目的就是利用纳米的特殊性能去制造具有特殊功能的产品。纳米技术在机械工程方面的应用意义重大，微型机械技术已经成为二十一世纪纳米技术运用的核心，很多国家开始对纳米技术进行了更深入的研究，旨在为机械工程的发展做出更大的贡献。

1.2纳米技术的主要内容

首先，纳米材料主要包括制备和表征。我们通常希望通过利用纳米尺度的结构，在不改变物质化学成分的前提下，去实现对材料基本性质的控制。其次，纳米动力学主要是微型电动机械系统，它的英文简称是MEMS，即主要包括微机械和微电机。这种技术实际上是一种类似于集成电器设计和制造的新型工艺。它的最主要特点就是部件很小，虽然刻蚀的深度要求范围在数十至数百微米，但是它的宽度误差很小。这种技术有着很强的科研潜力，一旦研究的更加成熟，就会在实际的应用中带来更好的经济价值和利用价值。第三，纳米生物学和纳米药物学，这种纳米技术的应用也很广泛，可以用自组装的方法在细胞内放入零件以构成新的材料。最后，还有纳米电子学，它主要包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光或者电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。这项技术可以满足当前电子技术发展的主要趋势。

1.3纳米技术在机械行业中的发展前景

我们认为，纳米技术作为科学研究中一项很重要的突破性成果，如果合理加以利用，能够在机械行业中展示出很强的利用潜力，为企业的生产带来更高的经济价值。纳米技术在机械行业中的应用范围和应用程度有待扩大和加深，它的发展前景是十分广阔的，我们必须看到纳米技术的科研潜力和经济价值，结合当前我国机械行业发展的现状和在实际利用中出现的问题，不断的进行研究和创新，深入的促进纳米技术和机械行业的紧密结合。我们可以在机械行业的各个领域去应用纳米技术，如：机械及汽车工业的滑配原件、射出成型时发生的粘模以及塑胶流道的低粘应用等。

2纳米技术在机械工程中的应用

随着科学技术的发展和社会经济的不断进步，纳米技术在机械方面的应用最重要的一方面就是微型机械技术，许多国家对此进行了深入的研究，我们可以看到，纳米技术在机械工程中的应用主要存在于微型纳米轴承方面。这种技术深深的改变了传统机械工程的发展模式。由于传统轴承的体积较大，它的摩擦力只能够靠来进行减少，但是这种方式并不能够从根本上避免摩擦力带来的问题。美国科学家通过研究，利用纳米技术很好的解决了这一问题，他们研制出了一种微型纳米轴承，这种轴承最大的优势就是几乎没有摩擦并且其直径仅仅是一个头发直径的万分之一。安徽的合肥大学通过研制，成功发明了纳米材料刀具，这标志着运用纳米材料制作的新型金属陶瓷刀具问世，这种刀具不仅仅品质十分优化，并且使用寿命也得到了极大的提高。另外，纳米耐磨符合图层的运用也是十分广泛的，实际上，这种微型化的大力运用已经从根本上改变了传统机械生产的模式，颠覆了传统机械的概念和范畴，这种微型机械的基础是现代科学技术，这种创新性的思维方式也是时展的重要产物。除此之外，纳米技术马达、纳米磁性液体以及纳米技术在食品机械领域的应用，都展示了纳米技术给机械工程带来的重大改变。

3结论

纳米技术的发展现状范文篇8

关键词稀有金属镀层新材料发展战略

中图分类号：F407文献标识码：A

0引言

材料是人类赖以生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，也是人类社会发展的先导。特别是现代高科技的发展，更是依赖于新材料技术的进步，如果没有现代超级结构材料的发展，就没有当今世界航空航天事业的辉煌灿烂；如果没有半导体材料的出现，也就不可能有今天计算机技术日新月异的蓬勃发展。

电刷镀技术是近几十年由电镀发展起来的一项新的表面工程技术，从某种意义上可以算是一种特殊的电镀技术，在国家经济建设中起着举足轻重的作用，而稀有金属镀层更是对促进国民经济的可持续发展和加强国防现代化建设具有极其重要的战略意义。稀有金属新材料是新材料的一个极其重要的组成部分。我国稀有金属镀层材料经过几十年的努力，已经在产量和规模方面取得了重大进展。但是我国电刷镀技术与世界先进国家还有很大差距，科研水平较低，对稀有先进镀层开发缺乏力度，尤其是参杂了稀有金属的合金镀层和添加了纳米粉末的，以致我国在电刷镀方面远落后于西方发达国家。

1稀有金属镀层材料

稀有金属材料是最重要的一类材料。其中镍、钨、钼等元素由于其特殊的耐磨耐高温的性能，在电刷镀行业有着极其广泛的应用。稀有金属材料涉及到结构材料、功能材料、环境保护材料和生物医用材料等，其应用几乎涉及到国民经济和国防建设的所有领域。①稀有金属新材料是新材料的一个极其重要的组成部分，其地位和作用十分突出。大力发展稀有金属镀层新材料，加速稀有金属镀层新材料的研究和开发，对促进国民经济的可持续发展具有极其重要的战略意义。

当今世界，各国相互依存、共生共荣，在稀土问题上应该加强合作，共担责任，共享成果。在未来的岁月里，中国将坚持科学发展观，完善稀土政策，加强行业管理，与国际社会一道，维护公平合理的稀土市场秩序，促进稀土开发利用与资源环境相协调，为世界经济和科技发展作出新的贡献。大力发展高技术含量、高附加值的难熔金属材料，镍、钨、钼，难熔镀层金属在我国的资源很丰富，已探明的储量均居世界前列，特别是钨、钼具有很大的资源优势，这也成就了我国发展电刷镀技术的资源优势。

我国镍矿资源丰富，为镍镀层的应用提供了良好的物资条件。镍镀层具有较高的硬度和耐磨性、耐腐性，所以镍镀层应用很早很广泛。镍基合金镀层的研究和开发应围绕提高材料表面的强度、塑性、韧性、耐蚀性以及抗疲劳等综合性能来开展，新型合金的开发可以通过采用新的合金元素、采用新电刷镀工艺等途径实行。

我国钨、钼等难熔金属制品存在中低档产品供大于求，产品积压等问题，而技术含量高的产品又不能生产或产量很小，或质量达不到要求；缺乏高档管、棒、丝等深加工产品。由于W有高热导性、高温红硬性以及抗氧化等特点，阻止了由高温氧化造成的塑形变形和热粘着，提高了镀层的耐磨性能。除此之外，钨、钼还能做镀层材料与镍发生共沉积，制成镍钨、镍钼合金镀层，其被广泛的应用于各种要求耐磨镀层的场合，Ni-W合金镀层代替铬镀层，可广泛用于轴承、内燃机气缸、活塞环、热缎模、轧辊、钟表机芯和石油容器等领域，尤其是大型机械零部件的修复和军工企业。

2纳米合金镀层的研究

随着现代工业的发展，对机械产品零件表面的性能要求越来越高，为了满足和适应高速、高温、高压、重载、腐蚀以及某些特定工况下使用的零部件的修复、保护、表面强化、改性等需求，传统的电刷镀技术已显得力不从心，近些年来，纳米技术的发展突飞猛进，电镀技术与纳米技术相融合，必然能够制备性能优良的纳米级颗粒Ni-W合金镀层，它将在硬度、耐蚀性、抗氧化性等诸多方面比微米级的镀层获得大幅提升。采用纳米高新技术改造、提升传统电刷镀技术以获得的性能优异的纳米复合镀层的纳米电刷镀技术研究成果不断涌现。

一些固体不溶性纳米颗粒如SiO2、ZrO2、Al2O3等的搀杂，加入大大提高了原镀层的硬度和耐磨性等物理性能。（1）耐磨复合镀层研究方面：徐龙堂等对电刷镀Ni/P包纳米Al2O3颗粒复合镀层的微动磨损性能进行了研究，纳米Al2O3颗粒使复合镀层的结构致密和细化，在磨损过程中起到一定的减轻粘着的作用；②徐龙堂等还用电刷镀法制成含纳米SiC粉的复合镀层，研究表明，在镀液中加入纳米SiC能大幅度提高镀层的耐磨性；③张伟等用电刷镀法制得含纳米金刚石粉的复合镀层，在室温、高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能，其耐磨性是纯镍镀层的4倍。④（2）减磨复合镀层研究方面：尹健对纳米金刚石的镍基复合镀层进行研究。黑粉由超细纳米金刚石粉、石墨及无定型碳等组成，加入含纳米金刚石黑粉后，减摩耐磨性明显提高，使强化后的注塑模具在使用过程中的磨损量减少，摩擦系数降低。⑤（3）耐高温复合镀层研究方面：张玉峰制得了镍基纳米氧化锆电刷镀复合镀层，并测试了镀层的高温磨损性能。结果表明，镀层中的纳米颗粒在高温下能抑制镀层晶粒的长大，在400℃热处理时，最高硬度可达到900HV，其高温耐磨性是基材的5～7倍。⑥

由于不溶性固体微粒在复合刷镀层中的强化作用，使纳米复合电刷镀层表现出耐磨、耐蚀等优异的综合性能，为机械零部件的再制造提供了前所未有的机遇，成为再制造工程技术的重要组成部分。纳米电刷镀技术比普通电刷镀技术的应用范围更加宽广，是电刷镀技术的重要发展方向。

3结论

我国稀有金属材料经过多年的发展，在高性能材料、新型材料加工技术等方面已取得了重大进展。目前，复合刷镀层的研究还大多仅限于耐磨、耐高温磨损、抗接触疲劳，而对于某些具有特殊功能的复合镀层，如导电、导磁、催化等复合刷镀层国内几乎没有文献报道，由此可见，我国在无论是在刷镀技术还是新电刷镀层的开发都与国外有着较大的差距，这势必对我国国民经济发展和国家工业化建设产生影响。所以说研发新型镀层材料对促进国民经济发展，加强国防建设，提高中国在国际中的地位具有巨大的推动作用。

注释

①黄伯云.我国有色金属材料现状及发展战略[J].中国有色金属学报，2004，14（1）：122-127.

②徐龙堂，徐滨士，周美玲等.电刷镀镍镍包纳米Al2O3颗粒复合镀层微动磨损性能研究[J].摩擦学学报，2001，21（1）：24-27.

③徐龙堂，徐滨士，马士宁等.电刷镀含纳米SiC粉复合镀层EPMA分析[J].材料工程.2000，（6）：34-36.

④张伟，徐滨士，梁志杰等.电刷镀含纳米粉复合镀层结构和磨损性能[J].装甲兵工程学院学报，2000，14（3）：30-33，68.

纳米技术的发展现状范文篇9

【关键词】纳米技术；纳米中药；剂型改造；研究进展

纳米科学技术(Nano-ST)是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技,它的基本涵义是在纳米尺寸(

10-9~10-7m)范围内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子、分子,创制新物质[1]。药剂学领域中纳米粒子的研究早于“纳米技术”概念的出现,70年代就已经对纳米脂质体、聚合物纳米囊和纳米球等多种纳米载体进行了研究。目前,我国中药剂型的老化、单一,是中药制剂难以打入国际市场的重要原因之一，同时，由于我国中药提取工艺及设备落后,限制了中药临床疗效的提高。充分利用现代科技手段，使中药具有先进的生产工艺和现代剂型可能是现代中药发展的重要方向之一。

1纳米中药

徐辉碧等[2]认为“纳米中药”是指运用纳米技术制造的、粒径

2固体分散技术和固体分散体

这是应用纳米技术分散水溶性药物在载体中，以增大药物的溶出-吸收，提高药物生物利用度比较典型的新技术、新剂型，近年来已被大力研究推广，还被应用与水溶性或水难溶性制成缓、控释的固体分散体。固体分散体中的水难溶性药物是以微粒、微晶或分子状态分散在易溶于水的固体载体中。若选择载体、制备方法得当，药物与载体的比例合理，制得的固体分散体中的药物分散的粒径均

3包合技术和包合物

包合技术应该完全属于纳米技术的范围，也是一种纳米药物粒子的制备方法。包合技术所采用的载体材料，本身就是一种纳米尺度的分子材料。已被选用的主要是环糊精类，有α，β和γ型三种，目前还有它们的衍生物。这三种环糊精分别由6、7、8个葡萄糖分子组成，都具有筒状结构。其中β-型的结构，由7个葡萄糖分子环合而成筒状，内径为0．7~0．8nm，可容纳几个药物分子，形成不到2nm的药物超微粒，这样的包合物又称为分子型包囊。由于载体是种多羟基物质，且羟基排列于筒状结构的外壁，极易分散于水中，筒内侧可包裹水难溶性的药物分子，从而大大提高水难溶性药物在水中的溶出和体内的吸收，从而提高生物利用度，还可降低药物的刺激性和增加药物的稳定性以及用于一些液体药物的粉末化。中药挥发油应用包合技术制备包合物的研究报道较多，是包合技术在药学上应用的最好例子。如维感颗粒中挥发油β-环糊精包合物制备及稳定性研究[6]；益智挥发油β-环糊精包合物的稳定性考察[7]等。

4毫微囊

20世纪70年展起来的毫微囊包裹技术是一种纳米级包裹技术,在中药研发中引进该制剂技术对中药现代化意义重大。毫微囊的粒径范围一般为10~100nm,其优点在于[8-10]：所用包裹材料便于进一步表面修饰,以达到主动靶向的目的;一般成品稳定性较好,便于加工、灭菌;可制成缓释剂,以延长疗效;对所包药物有保护作用,可防止氧、介质和体内酶对药物的破坏;选用适当囊材又可达到生物相容,能在体内生物降解,从而减少毒副作用。如最近日本研究人员将抗癌药制成毫微囊,可定点将药物直接送到癌灶。这种包着药的高分子微胞进入血液后,在正常血管中是很难泄漏出来的,但是癌变组织周围的血管容易渗出大分子,所以这些带药的高分子微胞运行到癌变部位时,就会从血管里渗出来,滞留在那里,因而使药物具有了极强的靶向性[11]。

5纳米微乳化技术和微乳剂

纳米微乳化技术是指将油、水、乳化剂和助乳化剂按一定比例在一定温度下通过适当方法混合成外观透明的胶体分散系统的技术。微乳液是由油、水、表面活性剂和表面活性剂助剂构成的透明液体,是一类各向同性、粒径为纳米级的、热力学、动力学稳定的胶体分散体系。由于微乳液的液滴在纳米尺寸范围内,所以又称为纳米液滴或纳米乳液。微乳液小球的粒径小于100nm,所以微乳液呈透明或微蓝色;一般乳液小球的粒径为100~500nm,所以乳液是浑浊或半透明的。通过微乳液聚合的方法可以得到尺寸分布较窄的高分子纳米颗粒,这种纳米高分子材料具有一些崭新的性质和功能。据文献报道,已用微乳液制备的纳米粒子有金属纳米粒子(Pt、Pa、Rh、Ir等),半导体纳米粒子(CdS、PbS)、Ni、Co等金属的硼化物,SiO2、Fe2O3等氧化物、磁性材料等,其中某些纳米金属粉末可作为制备动物生长素药物的新型添加剂,还可用于免疫分析［12~15］。此外,微乳液本身可以作为溶剂应用。微乳液在相同溶液里能溶解不同极性的很多材料。这种独特的溶解性使微乳液能够应用于药物缓慢释放体系、生物工程上的细胞色素分离、生物转变、生物酶催化有机合成等许多方面，如紫杉醇自乳化微乳的制备及其在大鼠体内的药动学[16]。

6脂质体

脂质体(Liposome)系将药物包封于类脂质双分子层形成的薄膜中间所制成的超微型球状药物载体。脂质体根据其结构和所包含的双层磷脂膜层数，可分为单室脂质体和多室脂质体。凡由一层类脂质双分子层构成者，称为单室脂质体，它又分为大单室脂质体和小单室脂质体(粒径0．02~0．08nm，可称为纳米脂质体)。由多层类脂质双分子层构成的称为多室脂质体，粒径1~5μm。由于其结构类似于生物膜,可包封水溶性和脂溶性药物,选择性高,靶向性强,具有减少药物剂量、降低毒副作用、无免疫原性、缓慢释放、降低体内消除速度、保护药物、提高稳定性、适合多途径给药等特点,含有药物脂质体的制剂在医药界得到了日益广泛的关注。如靶向性制剂人参皂苷脂质体、丹参多相脂质体、黄芩前体脂质体的研究[17]；鱼腥草挥发油纳米脂质体的制备及其肺靶向效果[18]；甘露聚糖修饰的靶向纳米脂质体的抗肿瘤作用实验研究[19]等。

7聚合物纳米粒

聚合物纳米粒作为一种高效、毒副作用低的靶向药物载体,近十年来受到了广泛的关注[20]。药物与聚合物纳米粒的结合可以是包封,也可以是附载,前者形成毫微囊,后者形成分散体,这两种形式的聚合物纳米粒作为口服蛋白、多肽、基因等药物的载体,已有文献报道[21]。聚合物纳米粒具有以下优点：①高载药量(包封率)及控制释放特性;②纳米粒表面容易改性,使之不易团聚、在水中形成稳定的分散体;③为生物相容和可降解材料;④聚合物本身经化学改性后,具有两亲性,在制备纳米微粒时,可不再用表面活性剂(而大多数表面活性剂均为非生物相容)。聚合物纳米粒在化学合成药物及蛋白类药物领域里的成功应用,已有大量文献报道,这些药的新剂型应用是可行的，但在中药领域里的应用却较少报道。徐辉碧、杨祥林、谢长生等[22]认为聚合物纳米粒作为中药的新剂型应用是可行的。

8结语

纳米技术在中药剂型改造中的应用,将极大地丰富中药的剂型，为提高临床疗效提供了保证,并有利于降低药物的毒副作用,使中药具有一定的缓释性和一定的组织靶向性。目前我国的中药产业所以尚未走出困境,在很大程度上是因为中药剂型改造的进展缓慢。纳米技术的介入,在促进新剂型开发应用的同时,使中药制剂工艺避免了传统中药及其复方在加工过程中繁琐的处理工序,从而有利于对制剂质量的控制,促进中药生产走向工程化、标准化和规模化,并有望将中药制成高效、速效、长效、剂量小、毒性小、副作用小、服用方便的现代制剂,符合并达到国际主流市场对产品的标准和要求,最终实现中药产业的现代化和国际化。

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纳米技术的发展现状范文1篇10

[关键词]纳米技术体育应用思考

随着科学技术的发展，如何将纳米科技真正应用于体育运动，使运动训练更加科学化，使运动员的运动能力和运动技术水平得到更充分的发挥，运动成绩的提高更加有保证已经成为研究重点。

一、体育与纳米技术

1.利用纳米技术进行运动员的科学选材。由于纳米科技推动了微观生物学的发展进程，运用人类基因组计划和纳米技术，有助于我们对人类基因组中与运动成绩密切相关的基因加以认识和了解。有研究表明，人类基因组中有某些与人类运动能力密切相关的基因，其多态性的差异，有可能是造成人们运动能力和训练效果巨大个体差异的最终原因。该领域的研究，为人们进行有效的基因选材提供了理论基础，也为提高运动成绩提供事半功倍的方法。例如在运动员的选材方面，利用纳米加工技术进行DNA的分离和提取，可以快速有效地决定其基因序列，在分子水平上对其遗传、发育进行研究，实现更高层次的基因选材。

2.利用纳米科技揭示人体对各项运动能力的适应度和对各项运动能力的遗传度，找到运动训练在人体生长发育过程中的关键阶段(如青春期)的影响及作用机制。通过开发一种可以植入皮下微型生物芯片，模拟健康人体内的葡萄糖检测系统监测机体在运动过程中血糖水平，然后根据人体需要，适时释放糖等物质，维持机体在运动过程中的血糖水平，有效地提高机体的运动能力。

3.利用纳米技术进行体育运动与健康关系的研究。利用纳米微粒技术，可以灵敏地检测各种组织的特异性蛋白，探讨某些运动性疾病的发病机制，有效地对运动员进行医务监督，维护运动员的健康。通过纳米级敏感器可以监视运动训练导致的细胞内结构的形态与数目的变化，以及这些变化所反映各器官功能结构的功能状态。纳米科技在中国传统医学中的应用，使传统中医药对运动损伤与运动性疾病的预防和治疗具有更好的效果。

4.利用纳米技术防止运动性疲劳和加快其恢复过程。关于运动性疲劳发生的机制，目前虽然有许多假说，但确切的疲劳机制还有待于进一步研究。由于纳米科技在医学上的突破，将对运动疲劳机制尤其是在中枢神经系统方面及其靶器官和靶细胞的研究将更加深入，人们可以利用纳米生物芯片直接研究机体在运动过程中骨骼肌、心肌、肝脏和神经等组织的代谢过程，探讨中枢和外周运动性疲劳及其恢复的生物学机制，并且可以通过某些手段(如纳米药物)抑制导致运动性疲劳的基因表达或诱导加速恢复的基因表达。

5.利用纳米技术防止运动损伤与运动性疾病的临床诊断与治疗。纳米医学材料的研制，对于人造器官、人造肌肉、骨骼、关节皮肤等成为永久性的非排斥性。用纳米机械潜入人体的血管和器官，对人体进行检查和治疗，并且可以进入毛细血管以及器官的细胞内，对损伤的细胞进行治疗和处理，甚至可以从细胞基因组中除掉“有害”的DNA，或把正常的DNA安装到细胞基因组中。

6.利用纳米技术对运动员进行机能评定。在人们全面了解运动引起机体产生适应性变化的基因调节机制后，人们可以通过基因工程技术和纳米技术对运动员的疲劳状态、运动训练的适应性及其免疫功能等进行基因诊断。这种诊断一般是在基因的转录水平上进行评定，可以较早地发现运动员在运动工程中的机能变化,具有较好的应用价值。

7.利用纳米技术了解控制运动营养水平，使运动员的营养代谢趋于更加合理和平衡。通过纳米级敏感器使运动员的营养代谢处于一个精细、准确、严密的监控中。运动员所需的营养素完全按照运动项目特点和个人的生理特点进行补充和调配，使运动员的营养变得合理化、科学化。

8.利用纳米技术对体育运动进行精确客观的定量分析。利用纳米技术对运动时人体的骨骼、肌肉、血液组织以及心血管系统、呼吸系统、消化系统等各器官系统对运动训练的适应性进行客观的精确的定量分析，不仅使运动训练更具有科学性，也大大地提高运动员训练的成材率。

二、纳米技术在竞技体育中的作用

1.纳米相材料技术。这是一种通过控制结构纳米颗粒的大小而制造出强度、颜色和可塑性都能满足人们需要的相材料，这种纳米相材料除微观结构与普通材料完全不同外，在宏观上也表现出许多奇妙特征，如纳米相铜强度比普通铜高5倍，纳米陶瓷摔不碎等。这种纳米相材料技术已应用在体育器械、场地和服装的改进方面。就拿撑杆跳运动员使用的撑杆来讲，撑杆跳高最早使用的撑竿是竹竿，1942年美国运动员达姆首次在国际比赛中使用了轻合金撑竿而创下了4.77米世界记录。可以想象应用纳米相技术，将会生产出具有“个性化”(根据撑竿跳项目的特点和竞赛规则的要求及运动员自身的生理和技能特征的)撑竿，使该项目的世界记录再有突破。

2.纳米复合改进技术。少量纳米材料可以综合改善传统材料的性能。例如美国把AL2O3纳米颗粒加入到橡胶中提高了橡胶的耐磨性和介电特性。

3.纳米器件技术。利用纳米器件技术生产的分子自组织结构可用于电子记忆、数据接收、存储器和传递等，这种器件运用于体育训练将大大增加训练的效率和成绩。

三、纳米技术应用于竞技体育所引起的思考

综上所述，随着科学技术的发展，纳米技术在体育运动中的应用显得日益重要，同时，也会引起一些体育道德和伦理道德问题。同时我们要思考的是：器材的高科技化是否会削弱运动员在竞技体育中的主体地位，从而变相剥夺运动员的竞赛权利？若运动成绩的提高在较大程度上依赖于器械和服装的高科技化，这是否会带来一些新的不公平？器材作弊是否会成为兴奋剂的另一种表现形式？这些是我们必须考虑的。可以通过修改某些项目的器械的设计规则，加强一些项目的器械、服装的申报和检测程序，国际奥委会和各国际单项体育联合会要针对纳米技术等高科技的新成就加强新的检测手段，来杜绝运用器械作弊;通过对运动员、教练员、裁判员和科技工作者等进行个体道德教育，以保证竞技体育更好地弘扬奥林匹克精神。

参考文献:

[1]芸世纪之交的我国运动形态学研究.中国运动医学,2000,19(4):340～341

纳米技术的发展现状范文篇11

关键词：纳米纳米光电苏州工业园区

一、苏州工业园区纳米光电产业发展态势分析

2007年,国家纳米技术国际创新园正式在苏州工业园区揭牌,将苏州工业园区推到了全国纳米技术产业发展的最前沿。产业规划上，苏州工业园区把纳米光电新能源产业确定为园区纳米产业的主要发展方向，并以半导体照明和太阳能光伏电池为主要方向，以通用照明、大屏幕液晶LED背光模组和自主薄膜电池装备为突破口，培养一批有高端自主核心技术和市场竞争力的龙头企业，形成新的经济增长点。

苏州工业园区发展纳米光电产业的优势集中体现在技术资本、人力资本和资本投入以及政策扶持上。通过利用江苏省重大成果转化资金、苏州工业园区产业发展基金、产业种子资金、创投跟进投资、国内外风险创投与民间资本等优势,为纳米光电产业发展建立了多元化的创业投融资机制。结合优惠的招商引资政策、优越的产业创新环境和一流的创新孵化载体吸引海内外人才创业和产业化研发,同时依托中国科学院和高等院校强大的研发力量及丰富的科技成果,通过科研人员创办衍生公司、技术转移、合同开发、战略合作、技术入股、技术输出、技术转让、技术授权等多种模式推动纳米光电技术产业化。目前,纳米光电产业发展态势良好。

依托苏州纳米所的技术和人才优势,苏州工业园区已成立了多家涵盖LED产业链上中游的自主创新高科技企业,其中苏州纳维科技有限公司专业从事GaN衬底晶片及其相关器件、设备的研发和产业化,已研制出20-100um厚膜GaN衬底晶片和具有自主知识产权、可产业化生产的HVPE外延生长系统,申请相关发明专利多项,打破了国外对高端上游技术的垄断。苏州纳晶光电有限公司则主要将产品定位于大功率型LED半导体发光外延片、芯片、LD激光芯片及相关设备研发、生产和销售。苏州纳科显示技术有限公司则专业从事大尺寸LED背光模组技术和产品的开发、生产和销售。尽管，园区大多数纳米企业成立不过一到两年的时间，但种种迹象表明，这些“新生儿”将成为园区转型发展的强力引擎。

二、苏州工业园区纳米光电产业发展问题

在可喜的成绩面前，我们应当有着清醒的认识，国际纳米光电产业发展迅猛，发达国家都在抢占产业高地，竞争异常激烈，苏州工业园区纳米光电产业发展中仍然存在着明显的劣势，主要集中体现在核心技术仍然掌握在发达国家手中，高端产品原材料、关键元器件仍然依赖进口，产业结构还不完整，纳米光电技术发展迅猛、产品更新换代迅速。为此向纳米光电产业的产业链、价值链两端延伸，是园区发展纳米光电产业的方向。提升纳米光电产业技术发展水平和规模能级，引导和推动产业向产业链和价值链两端延伸才能提升产品可持续发展能力和国际竞争力，才能把纳米光电产业做大做强。

三、检验检疫助推园区纳米光电产业发展措施分析

为了更好地履行检验检疫服务地方经济发展的神圣职责，助推苏州工业园区纳米光电产业发展，结合现阶段苏州工业园区纳米光电产业发展的实际情况，我们检验检疫部门认为应该采取如下措施：

一、加强检企沟通，加大对纳米光电企业的扶持力度。检验检疫部门建立定期走访制度，全面了解生产经营、技术研发状况和进出口需求，引导企业学法、用法，提高守法意识，规范进出口检验检疫秩序；引导企业用足用好检验检疫各项优惠政策并分析企业相关优惠政策的享受程度，有针对性地提供有效服务；及时传递沟通国外技术贸易壁垒信息，引导企业突破国外技术壁垒扩大出口。要要利用技术、信息优势，在品牌建设、标准制订、知识产权保护、技术壁垒等方面给予充分的指导，努力提升产品质量和竞争能力。

二、加强检研沟通，提升检验监管人员的检验监管能力和工作技术保障能力，并做好相关科研工作，积极参与到纳米光电产业的发展中去。检验检疫部门要发挥好纳米光电企业与科研机构、实验室检测机构之间的桥梁作用，一方面要通过与科研检测等机构的沟通学习，做好相关技术科研工作，不断提升检验监管能力和科研制标的水平，一方面将纳米光电企业在实际生产中遇到的科研、产品检测等问题反馈给相关研究机构，并结合国外技术、信息优势，主动介入，积极应对，切实帮助企业解决实际生产中所遇到的问题，抒难解困，发挥检验检疫部门的职能作用。

纳米技术的发展现状范文

关健词：耐火材料；镁碳材料；含碳量；纳米技术；分散性

1耐火材料的工程应用

耐火材料具有一定的高温力学性能、良好的体积稳定性以及热稳定性，是各种高温设备必需的材料，其耐火温度一般在1580℃以上，包含天然矿石及各种人工制品。耐火材料按其化学成分可分为酸性、碱性和中性；按耐火度可分为普通耐火材料（1580～1770℃）、高级耐火材料（1770～2000℃）、特级耐火材料（2000℃以上）和超级耐火材料（大于3000℃）四大类；按矿物组成可分为硅酸铝质（粘土砖、高X砖、半硅砖）、硅质（硅砖、熔融石英烧制品）、镁质（镁砖、镁铝砖、镁铬砖）、碳质（碳砖、石墨砖）、白云石质、锆英石质等。随着当今高温工业的飞速进步，耐火材料正日益成为其不可或缺的支撑材料，并广泛应用于建材、电力、水泥、钢铁及军工等国民经济的各个领域。

上世纪70年代初，随着钢铁铸造技术的发展，传统氧化物基耐火材料逐步显示出其落后性，研究者们开始尝试将石墨引入到传统氧化物基耐火材料中，形成了氧化物-碳复合耐火材料，镁碳耐火材料即是其中的一种，它曾经在钢铁铸造工业的发展中作出了重要贡献[1-3]。镁碳耐火材料在我国也经历了四十多年的研究和发展，并取得了显著的成绩。但随着目前洁净钢技术、炉外精炼技术、钢铁工业节能减排技术及资源循环利用等技术的不断发展，传统的镁碳耐火材料由于较高的石墨含量（12～20wt%），也逐步开始无法满足生产要求。主要原因包括：（1）碳的导热系数高，造成含碳耐火材料热损耗大，从而使炼钢能耗增加；（2）高碳含量引发的钢水增碳效应降低了钢材的理化性能；（3）石墨氧化导致材料结构疏松，其高温强度、抗侵蚀性等快速衰减，降低了耐火材料的使用寿命。

这些问题急需进一步优化其工艺，尤其是降低其含碳量来加以解决。在这种技术背景下，国内外大量学者都开展了低含碳量、高性能的镁碳耐火材料的研究，这主要包括：（1）将碳源从微米尺度向纳米尺度发展，优化基质结构；（2）改善结合剂的碳结构，提高其抗氧化性进而提高材料的强度和韧性；（3）抗氧化剂的复合使用及对碳素原料进行保护处理，提高碳的抗氧化性。这些研究都力求使镁碳耐火材料中的碳含量低于8wt%，有的甚至低于3wt%，从而最大限度降低对钢水的增碳，同时，还能改善炼钢能耗，提升耐火材料的使用寿命[4，5]。

2国内外采用纳米技术改善镁碳材料的研究现状

随着镁碳耐火材料的低碳化（碳含量低于8wt%）的研究，人们发现，镁碳耐火材料降碳后，其抗热震性和抗侵蚀性也都大幅下降，这很难满足实用要求。因此，高性能低碳镁碳耐火材料的研究格外引人注目。近期，研究者们发现在镁碳耐火材料中引入纳米技术来降低碳含量是制备高性能、低碳化耐火材料的一种重要方法。

Tamura等2003年首次开展了将纳米炭黑引入到镁碳耐火材料中的研究[6]。随后九州耐火材料公司采用该技术开发了低碳镁碳耐火材料，在碳含量仅为1～3wt%的情况下，镁碳耐火材料的抗热震性、抗侵蚀性和抗氧化性都得到提高，而且其隔热性能也有所改善[7]。同时，他们还研究了含2wt%的单球形炭黑的镁碳耐火材料，发现其具有高的耐压强度及优良的抗热震性。两年后，他们的研究又揭示了低碳镁碳材料的抗热震性和抗侵蚀性提高的微观原因[8-9]。含纳米炭黑和杂化树脂的低碳镁碳材料经高温热处理后，内部会生成大量的柱状、纤维状或晶须状的碳化物，它们形成的相互交错的网络结构提高了低碳镁碳耐火材料的抗热震性和抗侵蚀性。Yasumitsu等人[10]也利用单球形炭黑，开发了低碳镁碳材料（碳含量为4wt%），与传统镁碳材料相比，它具有相同的抗热震性和更优异的抗侵蚀性。黑崎公司与新日铁公司[11]也利用纳米技术制备了低碳镁碳材料（碳含量为10wt%或8wt%），结果表明：与传统镁碳材料相比，它的保温性能和高温服役寿命更好。针对纳米炭黑在镁碳材料中表现出诱人的性能，Tamura等人[12]进一步深入研究了纳米技术在耐火材料中的应用技术理念，并指出未来纳米技术的重点在于提升纳米颗粒在耐火材料中的分散性和形貌可控性。印度人Bag等[13-14]也制备得到了纳米石墨和炭黑为复合炭源的低碳镁碳材料，其纳米石墨和炭黑的含量分别为3wt%和0.9wt%，发现其性能优于石墨含量为10wt%的传统镁碳材料。此外，还有国外研究者[15-16]将SiC、TiC等复合的纳米炭黑以及碳纳米纤维等引入镁碳耐火材料中，成功将其碳含量降至3wt%左右，且材料的抗热震性和抗侵蚀性优良，抗氧化性明显改善。这是由于在镁碳材料中添加的复合结合剂在高温还原条件下热处理后可原位生成碳纳米纤维，它们在空间相互交织成三维网络，使得低碳镁碳材料不但具有优良的热震稳定性和抗侵蚀性，还具有较高的高温强度及较低的热导率，可明显降低炉衬的热损失，提高其服役寿命。

国内诸多学者也开展了含纳米碳的低碳镁碳耐火材料的研究。朱伯铨等[17]采用纳米炭黑制备了碳含量小于6wt%的低碳镁碳材料，发现其高温服役寿命与国外进口镁钙材料相当。李林等[18]将纳米炭黑-酚醛树脂引入镁碳砖中，发现其气孔尺寸减小，高温性能提高。孙加林等[19]研究了3wt%低碳镁碳材料的性能，发现其力学性能、抗氧化性和抗热震性随炭黑颗粒尺寸的减小而提高，当炭黑达到纳米量级时，试样的抗热震性能比传统16wt%高碳镁碳材料更为优异。颜正国等[20]以硼酸和炭黑为原料，采用碳热还原法合成部分石墨化B4C-C复合纳米粉体，并利用其对镁碳砖进行了低碳化改性。发现它作为碳源和抗氧化剂用于低碳镁碳砖时，不仅可以使其常规物理性能满足实际工程的需求，而且还能让耐火材料具有良好的抗氧化性及热震稳定性。华旭军等[21]以金属钛、氧化钛及炭黑为原料在真空感应炉内合成了炭黑和TiC复合纳米粉体，开发出碳含量为4～6wt%的低碳镁碳砖。谢朝晖等[22]将二茂铁引入到低碳镁碳砖中提高了材料的抗侵蚀性和抗热震性，这源于二茂铁热解产生的纳米Fe粒子催化基质原位反应生成大量的尖晶石晶须。

3纳米技术在镁碳耐火材料中的应用前景

在低碳耐火材料中引入纳米物相可提高其高温强度、抗热震性和抗侵蚀性。这是因为纳米物相可改善镁碳材料的显微结构，使材料结构致密化、微细化，起到提高物理强度的作用。同时，纳米相弥散在材料中有助于缓解热应力，使裂纹偏转或裂纹被钉扎，从而耗散大量的能量，充分提高材料的韧性。纳米粒子包裹石墨可提高含碳材料的抗氧化性，以及防止钢渣的侵蚀和渗透等[23]。总之，将纳米技术应用到镁碳耐火材料中，可为开发高性能、低碳化镁碳耐火材料提供新方法。

但纳米技术在镁碳耐火材料中的应用研究尚处起步阶段，仍有很多工程问题需要解决，其中最显著的就是纳米材料的团聚问题。纳米材料，包括纳米颗粒、纳米纤维及纳米管等，由于其巨大的比表面积和表面能的存在，以及由于其纳米颗粒间的范德华力大于其自身重量的原因，导致其在实际工程中往往存在团聚现象。团聚后的颗粒尺寸将不再在纳米范围内，从而失去纳米材料的小尺寸效应带来的活性。此外，团聚现象使纳米材料在镁碳材料中分布均匀变得十分困难，极易由于团聚而在材料局部富集，这不仅不能改善镁碳材料的耐火性能，反而还会降低其理化性能。

因此，发展纳米材料在镁碳耐火材料中的均匀分散技术至关重要。这可采用超声分散、纳米表面化学修饰等方法。例如，我们可以采用超声分散来改善纳米炭黑在镁碳材料中分布的均匀性。在超声波的剧烈震荡下，处在液态环境下的纳米碳会有微泡形成和破裂的交互过程，伴随着这一交互过程，耐火材料中将激起由于能量瞬间释放而产生的高强振动波。这些短暂的高能微环境，将在材料中产生局部高温、高压或强冲击波和微射流等效应，能很好地地弱化纳米粒子间的范德华力，从而有效地制止纳米粒子间的团聚现象[24-25]。但这些分散技术目前还停留在实验室阶段，将它们应用在工业化大规模生产中还需要解决好设备及工艺参数等诸多实际问题，包括对超声功率和超声时间等重要工艺参数的反复摸索。因为纳米相在耐火材料中的超声分散时间并非越长越好，而是存在一个最佳的值。当超声时间超过某一临界值时，超声激励时产生的局部高温增加，使体系温度升高，热能和机械能都不断增加，反而会使得纳米颗粒碰撞的几率增加，导致其进一步团聚。

此外，纳米技术在实际工程应用中另一关键问题是工艺成本较高。众所周知，由于纳米纤维等纳米材料制备工艺复杂，设备要求高，导致其价格昂贵。这就使得采用纳米技术来改善镁碳材料性能时，性能改善与成本降低间存在一定的矛盾。例如，将纳米粉引入到氧化物制品中以降低其烧结温度，但降低烧结温度所节省的成本往往还不能抵消由于引入纳米材料后原料成本的上升。那么，最终使用纳米相复合后的耐火材料由于其经济效益的降低往往会阻碍它们在实际工程领域中的应用。这就需要我们深入探讨在耐火材料中引入纳米材料和微米材料的性价比问题。如果引入纳米尺度的原料与微米尺度的原料对耐火材料性能改善的差异性较小，而且，引入微米尺度的原料同样能达到耐火工程的要求，则引入纳米技术并不具有实用的性价比。

因此，在纳米原材料的选用上，除了要考虑其对耐火材料性能和显微结构的提升，对其工程性价比也要进行优化。实际使用中，后者往往还是决定耐火材料是否能在工程应用中推广的关键因素。目前，在纳米技术领域中，将纳米原材料以溶胶、凝胶的形式引入比直接引入其相应的固态纳米颗粒往往更利于其在耐火材料中的分散，并且溶胶、凝胶的价格相对低廉，对于提高耐火材料的理化性能及其服役寿命具有更现实的意义。此外，采用纳米前驱体技术，并使其在加热过程中产生原位分解形成纳米结构，也能在耐火材料中产生极佳的分散效果。而且，这种原位分解产生的纳米结构可与耐火材料基体进一步化学反应形成新的纳米物相，从而还能进一步优化材料的显微结构和理化性能。这种纳米前驱体技术不仅价格低廉，关键是它能使纳米原料分散性得到极大改善，充分发挥纳米材料的小尺寸效应和化学活性。因此可以预计，在未来的耐火材料工业中采用化学凝胶或纳米前驱体技术将展现出美好前景。

4结语

低碳镁碳耐火材料在洁净钢生产和炼钢节能减排技术中具有广泛的应用前景。研究表明，采用纳米技术可获得与传统高碳镁碳耐火材料性能相当的低碳镁碳材料，是制备优质高性能镁碳耐火材料的新途径，极具工程实用化前景。但目前纳米技术在镁碳耐火材料中的应用研究还处在实验室阶段，真正将其应用到耐火工程中还存在许多挑战。尤其是，解决好耐火材料纳米物相的分散性问题和性价比问题至关重要。采用化学凝胶技术或纳米前驱体技术不仅工艺可行、性价比高，更重要的是，还能利用其原位分解效应实现良好的纳米物相分散，是目前最适合工业化应用的技术手段，将在未来的耐火材料工业中展现出美好前景。

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