纳米技术的发展展望

河南科技学院2014-2015学年第二学期期终考试

《先进制造技术》考核试题

姓名：朱强学号：20120334121 班级：机电121

纳米技术及其发展展望

朱强

摘要：作为目前科技极端发展的一个方向，在微观世界中，纳米技术是当今技术中的崭新前沿。及时研究这门新技术的进展有助于我们更好地进行纳米技术研究、开发及应用。本文在简要叙述纳米技术的含义及研究范围的基础上,重点介绍了纳米技术的诞生、发展历程与发展现状,并对纳米技术的未来发展给与展望,以帮助读者进一步了解纳米技术的内涵及发展情况。

关键词：纳米科技发展生活应用

0引言

纳米技术是20世纪80年代末、90年代初才发展起来的前言、交叉性新技术，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有功业领域产生一场革命性的变化，近年来科学家们也纷纷断言：“纳米技术将是21世纪革命性的主力军。”“纳米科技将像微电子技术引发科技革命一样，成为21世纪信息时代的核心。”目前，所有的发达国家的政府和企业都对纳米科技和研究进行了大量的投入，试图抢占这一21世纪的科技战略制高点。关注、了解、认识纳米技术的发展，促使人们对纳米科技重视与理解，必将对我国新世纪的发展产生巨大的影响。

1纳米技术的发展历史

随着人类智慧的开发，人类对世界的认知也发生了巨大的变化，从原始的刀耕火种，再到现在的科技自动化，都与人类的智慧，科技的发展有着不可或缺的关联。从功业革命的开始人类的认知对于科学生产等都是“做大”，对于事物的发展也只是处于宏观上的所见。随着第二次工业革命的到来，人们进入了微电子时代，从而逐步打开了人类眼中的微观世界。而20世纪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，历史上唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。德国人跨出第一步，美国人拉开序幕。

1982年，德国科学家发明了研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，人类从此可以直观地观察到单个原子了，从而揭示了一个可见的原子、分子世界。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。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字，1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36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，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。近年来，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。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。

2纳米技术在科技领域的应用

2.1纳米电子和计算机技术的应用

微电子的发展改变了现代人的生活，计算机的运算速度几乎是每两年翻一番。纳米结构下

的微处理器的效率将提高一万倍。未来的方向是把微电子技术和纳米技术有机结合起来。

2.2航空航天技术的应用

纳米材料在航空航天领域的应用，指航空航天科学技术应用的主要或重要材料是具有高级性能的纳米材料。这一新的工业技术体系将对世界，对人类社会产生极大的影响。纳米技术这一史无前例的系列精深技术在这一尖端领域的应用，将极大地影响人们的生产方式，生活方式，工作方式，以及更为重要的思维方式。

2.3纳米材料在石油化工方面的应用

纳米粒子表面积大、表面活性中心多，是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。粒径为30nm左右的镍可把加氢和脱氢反

应速度提高15倍；在甲醛氧化制甲醇反应中，使用纳米氧化硅，选择性可提高5倍；利用纳米

铂催化剂，放在氧化钛体上，通过光照，可使甲醇水溶液制氢产率提高几十倍。在催化剂中加

入纳米粒子可以大大提高反应效果，控制反应速度，甚至原来不能进行的反应也能进行。在石

油化工工业中采用纳米催化材料，可提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产

率和质量。如纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600℃降至常温；利用纳米镍作为火箭固

体燃料助燃催化剂，燃烧效率提高了1O0倍。“纳米塑料”是指聚合物纳米复合材料，即由纳米尺寸的超细微无机粒子填充到聚合物基体中的复合材料，纳米塑料具备优异的物理力学性能，

强度高，耐热性好，密度小，透明度好，光泽度高。

3工业方面的应用

3.1 碳纳米管的研发

碳纳米管可制成高强度碳Z-T-维材料，用碳纳米管作为增强填料可以形成各种复合材料，用碳纳米管还可制成贮氢材料，而且碳纳米管储气能力极强，多壁碳纳米管储氢量可达4．2％，可作为储氢材料用于燃料电池等领域。目前我国清华南风纳米粉体技术产业化工程中心开发的15kg／hr碳纳米管批量生产技术已创下国际新高，按每年8000小时计，产

能将达120t／d[4]，表明我国碳纳米管产业化技术已走在世界前列。

3.2 纳米催化剂

目前在工业方面不管是用于生产还是辅助，纳米技术应用的都很全面。已粒径小于0.2nm

的Ni和CU-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，超细Ag粉则可以作为乙烯氧化的催化剂。可见纳米技术发展和应用，这在催化剂中也只冰山一角。

3.3 纳米复合材料

纳米粒子具有出色的表面界面效应、小尺寸效应及量子尺寸效应，它和聚合物密度小，耐腐蚀易加工等优良特性结合后，更呈现出不同于常规聚合物复合材料的性能。聚合物纳米复合材料的迅速崛起为传统塑料产业注入了新的活力，以纳米材料复合形成的纳米复合材料，使传统材料的性能得到了进一步优化，与传统的复合材料相比，聚合物纳米复合材料表现出更优异的

综合性能。

4纳米技术在医学上的应用

4.1纳米检测技术

利用细胞分离技术。20世纪80 年代初，用纳米SiO2微粒实现了细胞分离的新技术：将

15~20nm的SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮溶液中，通过离心技术，利用梯度原理，快速分离所需要的细胞。这种技术在临床医学上得到了很好的应用，利用此技术

可以讲孕妇腹中胎儿细胞分离出来，通过对染色体的分析，判断胎儿是否有遗传缺陷。同时对

于病患来说，应用纳米免疫磁珠检测早期肺癌患者循环血液中肿瘤细胞，可以监测肺癌的转移

情况。

利用细胞染色技术。纳米微粒的出现，为建立新的细胞染色技术提供了新的途径。用自行

合成和纯化的一种新颖的树枝状大分子——PAMAM，介导制备出粒子分散均匀，稳定性强，偶联

性良好的水溶性纳米PAMAM-Au复合物。该化合物具有长时间稳定的荧光效应，可以给一些微生

物细胞以及其他真核细胞的非特异性染色。同时利用该复合物方便改性和制成生物特异性靶向

制剂，进行体内靶向示踪科学实验。应用前景十分可观。

4.2纳米诊断技术

作为对比剂。在纳米生物材料方面，纳米微粒还可以用作对比剂，为医学影像诊断助

一臂之力。目前，制备出了一种小粒径磁共振成像（MRI）超敏感的纳米对比剂，并已经进行了

初步动物实验探讨其用于分子影像学研究的可行性。

光学相干层析术。光学相干层析术分辨率很高，可达一个微米级，相较CT和核磁共振

技术的精密度高出上千倍。它以2000次/秒的速度实现生物体内活细胞的动态成像，发现

单个细胞的病变，但不会像X射线、CT、核磁共振那样杀死活细胞，被称为“分子雷达”。

4.3病理诊断

应用纳米级粒子可进行定量免疫组织化学分析，提高免疫化学组织病理诊断的灵敏性，解

决了大多数免疫化学组织只能定性而不能定量诊断的问题。

4.4 纳米治疗技术

目前，纳米粒子介导的药物输送是纳米医学领域的一个关键技术。就是利用纳米粒子药物

载体将药物输送到所需要治疗的细胞，纳米粒子上带有高分子和蛋白质，这样容易被细胞上的

识别蛋白识别，与细胞分子作用，发挥药效。纳米抗菌药物的研制是疾病的治疗更加方便有效。利用纳米技术做仿生材料为病人治病，仿生材料的特殊结构特征(如纳米结构特性)可以使仿生纳米人工骨功能的发挥更为高效。特别是随着组织工程和再生医学以及干细胞研的不断深入，这

类高度模仿天然骨成分、结构与功能的新型仿生材料被视为生物材料发展的主要趋势之一。据

专家介绍纳米材料还可以仿制人体的红细胞、牙齿等细胞组织、结构，解决了生物医学上的许

多疑难问题，促进了临床医学的再一次发展。

5家居日常的应用

家电方面的应用，例如EPS，汽车的汽油燃烧装置，应用纳米技术将汽油分子分割成纳米为单位的质子保证充分燃烧，这样应用的后果是，气体燃烧完全有助于动力提升，节约能源。当然纳米技术也可用于加工机械，用纳米材料做成陶瓷的话，它自然摔不碎，同时它又特别耐高温。比如说汽车的发动机，如果采用纳米材料，就可以减轻重量、省油，还可以减轻环境污染问题。

同样的也可作为日常洗涤开发应用，譬如说用纳米分子Na(OH)2制造的肥皂可以充分溶解于液体，有助于衣服污汁的分解，彻底洗尽衣物。大大的便利了人们的生活。