納米科學與技術范文

導語：如何才能寫好一篇納米科學與技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

文章編號：1003-1383（2013）01-0106-04 中圖分類號：R319 文獻標識碼：A

納米（符號為nm）是一種度量單位。1 nm=1/100萬mm?！凹{米材料”的概念是20世紀80年代初形成的，指的是物質的顆粒尺寸小于100 nm的具有小尺寸效應的零維、一維、二維、三維材料的總稱。目前在口腔醫學臨床上使用的材料相當廣泛，運用于口腔的納米材料稱之為口腔納米材料，對口腔臨床修復治療起到了非常重要的作用。隨著納米材料和納米技術的興起，新型的納米材料開始在口腔醫學領域[1]應用，對現有口腔材料的改性和創新具有重要意義。納米材料具有以下主要特點：納米粒子大小在1～100 nm；有大量的自由表面或界面；納米單元之間存在著相互作用，作用或強或弱。因為具有以上特性，納米材料具有包括表面或界面效應、小尺寸效應、量子尺寸、宏觀量子隧道效應[2]。納米材料與組成相同的微米晶體材料比較具有其許多優異的性能[3]，主要表現在催化、磁性、光學、力學等許多方面。納米高分子材料的應用涉及多方面，主要為介入性診療、免疫分析、藥物控制釋放載體等[4]。納米技術涉及許多領域，包括納米合成技術、納米裝置技術、微加工技術等，在口腔醫學方面采用的納米技術稱之為口腔納米技術[5]?，F就納米材料與納米技術在口腔內外科學中的應用進行如下概括綜述。

納米技術與納米材料在口腔內科學中的應用 1.納米復合樹脂 從以化學方式固化的復合樹脂到光固化燈照射固化的復合樹脂及雙固化型復合樹脂。用復合樹脂修復牙體缺損已有40多年歷史。復合樹脂的基本組成部分是無機填料，根據無機填料的粒徑大小分為大顆粒型、超微顆粒型和混合填料型?；旌咸盍闲蜆渲盍狭浇鼛啄瓴粩嘞蚣{米級發展。如今推出的適用于所有充填通用型納米復合樹脂，將是最有希望的新型復合樹脂。為改善牙科樹脂的性能，目前多采用許多增加強度和增加韌性的方法。在樹脂中加入種類、數量、大小不相同的無機填料，雖然使復合樹脂的強度得到提高，但同時又使樹脂的韌性降低。而在樹脂中運用納米粒子來填充，可使復合樹脂強度與韌性增加。使復合樹脂的強度增強的納米粒子包括納米二氧化硅[6]、納米氧化鋯[7]、納米羥基磷灰石[8]、納米氧化鈦[9]等。由于納米粒子具有以下獨特的性能，如非配對原子多，表面缺陷少，比表面積大，能與聚合物發生較強物理結合或化學結合，使粒子與基體間界面粘結時，對更大的載荷都能承受，從而使納米復合樹脂具有更高的強度和韌性。為使材料發生聚合時不收縮或收縮減小，在光化聚合丙烯酸脂或異丁烯酸脂基的向列液晶單體中，加入二氧化硅納米微粒和較高含量的金屬氧化物，使形成高分子量的聚合物粘結性增強，

體積收縮減小。二氧化鋯用于口腔科具有X射線阻射性高、強度高和硬度高等優點，納米氧化鋯復合樹脂光學透明性極高，是理想的口腔科復合樹脂增強材料?？谇慌R床使用的樹脂充填材料，放射阻射性弱，如發生繼發齲壞時，X線片上很難將充填材料與繼發齲進行鑒別，若將氧化鉭納米粒子通過運用納米技術填充入樹脂材料中，形成具有放射阻射性的新型納米復合樹脂材料，材料的物理強度會得到增強。而將氧化鉭納米粒子加入玻璃離子材料中，能使材料克服容易溶解的不足，同時強度增強，與一般的復合樹脂相比，具有更好的耐磨性。該材料主要是依靠納米機械結合，來提高其耐磨性。如果把納米多孔二氧化硅凝膠加入樹脂材料中，使新形成的材料具有不相同的結構，耐磨性能得到提高。有學者將納米材料加入復合樹脂中，發現能使其具有抗菌性能。Xu等在口腔科復合樹脂中加入熔附了納米硅顆粒的晶須和納米二鈣或四鈣磷酸鹽，可達到自修復的目的[10，11]。宋欣等人在復合樹脂中加四針狀氧化鋅，發現該材料不僅能提高樹脂的機械性能，還使樹脂具有抗菌作用[12]。Niu等也在復合樹脂中加入四針狀氧化鋅，使復合樹脂具有抗菌性能的同時機械性能也增強[13]。由有機高分子材料和各種納米單元通過多種方式復合成型的新型復合材料就是納米填料復合樹脂，是一種含有納米單元相的納米復合材料。納米復合樹脂與過去的復合樹脂相比較性能上有更大提高，其優勢就是色澤更逼真，拋光性與持久性更佳，超強強度更耐磨，可以廣泛用于前牙或后牙。

2.納米粘結材料 從BisGMA粘結劑和酸蝕技術用于口腔臨床以來，在口腔臨床粘結治療方面獲得很大進步?？谇粌拳h境有其獨特性，使許多粘接材料和粘接技術沒有達到理想要求。隨著納米技術的廣泛運用，納米材料的日益發展，將納米粒子加入現有的口腔粘結材料中進行改性外，還把納米雜化樹脂（poss）作為基質，用它與硅基納米材料發生共聚，從而得到高強度、熱穩定、耐久性的高粘結性材料。這種材料不僅能很好地克服酸蝕過程中造成的牙本質小管閉合問題，而且能在牙體和材料之間發揮較高的粘結性，使粘接技術和粘接材料達到一個更高更新的水平。牙本質過敏是口腔內科臨床上常見病多發病，是牙齒上暴露的牙本質在受到外界刺激，如溫度、化學性、機械性刺激后，引起牙齒的酸、軟、疼痛癥狀，這主要是牙本質暴露后，牙本質小管內的液體，即牙本質液對外界刺激產生機械性反應所引起。臨床主要是通過在暴露的牙本質表面涂布粘結劑來緩解敏感癥狀。在臨床口腔常用的光固化粘結劑中加入一些納米材料，不僅能提高其粘結力，還可作為牙本質過敏治療的封閉材料。主要是利用納米粘結材料來封堵牙本質小管，可以使牙本質過敏得到迅速和永久的治愈。

3.納米根管充填材料 臨床上用于做根管治療的根充材料要求有以下特點：其一，能把炎癥始發地徹底清除，能使根管封閉、死腔消滅，從而防止微生物進入根管內，阻止根管再次受到感染；其二，材料自身有恢復組織病變的能力，對根尖孔的鈣化閉合有促進作用。因羥基磷灰石顆粒的尺寸較大，如單純使用羥基磷灰石作為根管充填材料，在根管充填后形成的整體脆性較大，彈性模量與牙根牙本質不匹配，從而出現明顯的微滲漏。隨著納米羥基磷灰石生物材料的出現，能很好解決根充材料存在的關于生物相容性的難題。經過大量基礎和臨床研究，發現納米羥基磷灰石的結構與天然骨的無機成分很相似，均有良好的生物相容性，兩者可以緊密結合，結合后周圍組織未見有炎癥和細胞毒性的發生，其對骨組織還有良好的誘導性。材料的組成和構造與脊柱動物硬組織相似，生物相容性良好[14～16]。將納米羥基磷灰石制成糊劑用于充填根管，大多數病例根尖透影區變小或消失，臨床癥狀消失，成功率達93.2%。根尖周圍組織有病變的牙齒，成功率達93.8%。王艷玲[17]研究指出，用納米羥基磷灰石根充與傳統氧化鋅丁香油糊劑根充兩者相比較，在根管壁密合度方面，前者明顯優于后者。納米羥基磷灰石具有良好的根尖封閉特性，用其作根管封閉劑可減少微滲漏的出現。不少學者把具有良好的生物相容性，可使病變組織愈合加快，根充不會被組織吸收的納米羥基磷灰石作為根管充填材料和根尖屏障材料，對其可行性進行了大量的臨床研究[18～22]，取得良好的療效。納米羥基磷灰石材料本身無殺菌作用，將碘或其他抗生素加入其中可以使該材料的抑菌和抗菌效果提高[23]。張海燕等[24]對難治性根尖周炎應用無機抗菌劑作為根管充填劑進行根管治療，取得很好臨床療效。本身沒有成骨性的納米羥基磷灰石，可為新生骨的沉積提供合適的生理基質，引導牙骨質不斷沉積來封閉根尖處的根尖孔。有臨床報道將其用于年輕恒牙的根管充填特別合適。

納米技術與納米材料在口腔外科學中的應用 1.納米技術在拔牙麻醉上的應用 拔牙麻醉時的注射操作和疼痛往往讓患者感到害怕和恐懼。臨床上可使用丁卡因進行組織的表面麻醉或局部注射碧蘭麻來減輕患者的疼痛，但有時仍會出現諸多問題如麻醉鎮痛不全、血腫、面神經暫時性麻痹等。隨著納米技術的發展，口外醫生可將納米粒子活性麻醉劑懸液直接涂布在牙齦和牙齦溝內，在聲學信號（如超聲波）或程序化的化學反應鏈（電化學機制）的指引下，經牙齒的薄弱區牙頸部，藥物通過牙本質小管到達牙髓腔，達到麻醉效果。比牙本質小管管徑（1～4 μm）小數百倍甚至數千倍的納米粒子，可由信號引導，從牙本質小管灌流到牙髓腔內，起到麻醉效果，實現牙科無痛麻醉，給患者減少疼痛和恐懼感。

2.納米復合體材料修復骨缺損 隨著口腔材料學不斷發展，羥基磷灰石作為新興的材料，可大量用于口腔骨組織缺損的修復，如牙槽骨再造、牙周骨組織缺損、頜骨囊腫等。研究表明：羥基磷灰石所具有的許多特征與多種因素有關，尤其與它的顆粒直徑大小有密切關系。如果顆粒直徑大小在1～100 nm，羥基磷灰石則會具有特有的生物學特點。納米羥基磷灰石的晶體構造與自然骨中的無機成分相比較，兩者極為相似，都可以通過氫鍵方式與蛋白質及多糖結合在一起。無細胞毒性，生物相容性好，故認為其是多種口腔疾患造成天然骨質缺陷最好的替代物[25～29]。納米羥基磷灰石材料既可作為骨形成的支架，而且還對骨細胞有引導的作用。有學者用納米羥基磷灰石復合膠原植入術，對牙周病造成骨組織缺損的患者進行臨床治療及療效觀察，取得令人滿意的臨床效果[30，31]。羥基磷灰石復合膠原與周圍組織相容性好，其組成和構造跟天然骨相似，本身無細胞毒性，對牙周膜細胞的生長和新生骨的形成有促進作用，故認為它是一種良好的組織工程支架材料。清華大學材料科學與工程系研制的納米羥晶/膠原仿生骨，用來修復家兔顱頜骨實驗性穿通性骨缺損，因仿生骨有良好的生物相容性，對骨組織的再生、修復起到促進作用，從而取得良好的骨創愈合效果，達到骨創的關閉和骨性橋接。有學者用納米羥基磷灰石人工骨充填慢性根尖周炎及根尖囊腫手術后的骨缺陷區內以及下頜智齒拔除后的牙槽窩內，均取得令人滿意的療效。頜骨囊腫是口腔科的一種常見疾病，為減少術后出現感染概率，縮短術后修復時間，防止患者面部出現畸形，可加入納米羥基磷灰石人工骨，納米羥基磷灰石人工骨在充填骨缺損的同時，使感染問題得以解決，而且對骨誘導作用明顯，手術操作簡便易行，應在口腔外科臨床工作中廣泛推廣。

3.納米控釋系統在腫瘤治療中的應用 納米控釋系統包括納米粒子和納米膠囊，它們直徑在10～500 nm之間。藥物可以通過吸附作用、附著作用位于粒子表面或者通過溶解、包裹作用位于粒子內部。在外磁場的引導下，將磁性納米顆粒作為藥劑載體引導到腫瘤患者的患病部位，對病變部位進行定位治療，這樣可以減少治癌藥的毒副作用，提高藥物療效。惡性腫瘤血管組織的通透性較大，細胞的吞噬能力較強，用靜脈給藥方式把納米粒子運送到腫瘤組織，可使藥物療效得到提高，降低毒副作用和減少給藥量。Lebold T等[32]把針孔結構的納米硅石當作載體，結合多柔比星，將兩者制成薄膜，與其他給藥方式比較其釋藥時間顯著延長。作為抗惡性腫瘤藥物的輸送系統，納米控釋系統被認為是最有發展的應用之一。納米顆粒乳劑載體與分散于人體內的癌細胞容易融合，臨床上可利用它將抗癌藥物包裹。有人用聚乙烯吡咯烷酮納米粒子將抗癌藥物紫杉醇包裹用于腫瘤治療，結果表明，含紫杉醇的納米粒子與同濃度游離的紫杉醇在治療腫瘤療效方面，前者療效明顯增加。大量研究顯示，具有納米級的一些抗腫瘤藥物，延長在腫瘤內停留時間，腫瘤生長緩慢，同時減少對組織器官的毒性和副作用，減少藥物劑量。納米脂質載體在腫瘤造影和成像等方面具有較好的優勢[33]，因為其對藥物、基因、成影劑有較好的包封率。

綜上所述，隨著納米材料與納米技術的興起和快速發展，為口腔材料學的研究提供了一種全新的方法和手段。使我們能以全新的思維模式從納米水平來重新探索和研究材料的成份與結構，從而為口腔醫學領域研制出更好更理想的口腔材料。

參考文獻[1]王程越，李曦光.納米技術與口腔醫學[J].遼寧醫學院學報，2004，25（4）：6870.

[2]梁立紅.納米材料特點及研究動態[J].吉林工學院學報，2000，21（3）：3033.

[3]胡文祥.分子納米技術在生物醫藥學領域的應用[J].化學通報，1998（5）：3238.

[4] Song CX，Labhasetwar V，Murphy H，et al.Formulation and characterization of biodegradable nanoparticles for intravascular local drug delivery[J].J Controlled Release，1997，43：197212.

[5]陳治清.口腔生物材料學[M].北京：化學工業出版社，2004：116166.

[6]支 敏，李長福，韋界飛，等.納米SiO2在PMMA口腔義齒修復材料中的應用基礎研究[J].天津醫科大學學報，2007，13（4）：493496.

[7]吳偉力，張修銀，朱邦尚，等.氧化鋯的用量對納米氧化鋯/PMMA復合材料撓曲性能的影響[J].口腔頜面修復學雜志，2008，9（1）：4347.

[8]王 云，王青山.牙體修復性納米羥基磷灰石復合材料的機械性能研究[J].現代口腔醫學雜志，2011，25（2）：115117.

[9]Xia Y，Zhang F，Xie H，et al.Nanoparticlereinforced resinbased dental composites[J].J Dent，2008，36（6）：450455.

[10]Xu HH，Sun L，Weir MD，et al.Nano DCPAwhisker composites with high strength and Ca and PO4 release[J].J Dent Res，2006，85（8）：722727.

[11]Xu HH，Weir MD，Sun L，et al.Strong nanocomposites with Ca，PO4，and F release for caries inhibition[J].J Dent Res，2010，89（1）：1928.

[12]宋 欣，杜 瀅，肖 月，等.添加四針狀氧化鋅晶須抗菌劑對義齒軟襯材料機械性能的影響[J].黑龍江醫藥科學，2011，34（1）：3940.

[13]Niu LN，Fang M，Jiao K，et al.Tetrapodlike zinc oxide whisker enhancement of resin composite[J].J Dent Res，2010，89（7）：746750.

[14]李 平.新型納米羥基磷灰石根充糊劑（nHA）的應用基礎研究[D].四川大學華西口腔醫學院碩士學位論文，2005.

[15]蘇 勤，葉 玲，周學東.納米羥磷灰石/聚酰胺66對牙髓細胞生物學作用的實驗研究[J].華西口腔醫學雜志，2005，23（1）：7981.

[16]方廠云，曹 瑩，夏 宇，等.大鼠牙細胞與納米羥基磷灰石的體外復合培養[J].中南大學學報：醫學版，2007，32（1）：114118.

[17]王艷玲.納米級HA根充糊劑根管密合度及抑菌性的實驗研究[D].佳木斯大學口腔醫學院碩士學位論文，2006.

[18]董 波，劉陸濱，劉玉杰.納米羥基磷灰石修復慢性根尖周炎骨缺損的研究[J].黑龍江醫藥科學，2006，29（4）：103.

[19]楊青嶺，李文婷，王健平，等.殼聚糖/納米羥基磷灰石治療髓室底穿的實驗研究[J].黑龍江醫藥科學，2007，30（2）：37.

[20]程玉華，陳 東，趙廣軍，等.骨形成蛋白復合羥基磷灰石用于蓋髓根管充填的臨床觀察[J].醫藥，1998，10（2）：9394.

[21]劉秀麗，劉 曦.復方羥基磷灰石充填根管臨床療效觀察[J].西安醫科大學學報，2000，21（3）：257258，295.

[22]Jallot E，Nedelec JM，Grimault AS，et al.STEM and EDXS characterisation of physicochemical reactions at the periphery of solgel derived Znsubstituted hydroxyapatites during interactions with biological fluids[J].Colloids Surf B Biointerfaces，2005，42（34）：205210.

[23]Krisanapiboon A， Buranapanitkit B， Oungbho K.Biocompatability of hydroxyapatite composite as a local drug delivery system[J].J Orthop Surg （Hong Kong），2006，14（3）：315318.

[24]孫海燕，裴玉巖，梁 楠.羥基磷灰石根管充填誘導根尖形成的臨床研究[J].黑龍江醫藥科學，2003，26（1）：21.

[25]溫 波，陳治清，蔣引珊，等.納米羥基磷灰石骨細胞相容性的研究[J].華西口腔醫學雜志，2004，22（6）：456459.

[26]崔 陽，劉一，陳學思，等.改性羥基磷灰石骨修復納米復合材料的制備及生物學評價[J].中國組織工程研究與臨床康復，2007，11（26）：50745077.

[27]湯京龍，奚廷斐.納米羥基磷灰石生物安全性的研究現狀[J].中國組織工程研究與臨床康復，2007，11（5）：936939，943.

[28]Huber FX，Belyaev O，Hillmeier J，et al.First histological observations on the incorporation of a novel nanocrystalline hydroxyapatite paste OSTIM in human cancellous bone[J].BMC Musculoskelet Disord，2006，7：50.

[29]Kalita SJ，Bhardwaj A，Bhatt HA.Nanocrystalline calcium phosphate ceramics in biomedical engineering[J].Materials Sci Eng C，2007，27：441449.

[30]張 莉，馬 寧，車彥海，等.納米羥磷灰石和膠原復合膜修復下頜骨缺損[J].國際口腔醫學雜志，2009，36（6）：647649，654.

[31]孫 波，李月玲，楊德龍.納米羥基磷灰石膠原骨植入治療根分叉病變的臨床研究[J].口腔醫學，2010，30（6）：358359，366.

[32]Lebold T，Jung C，Michaelis J，et al.Nanostructured silica materials as drugdelivery systems for Doxorubicin：single molecule and cellular studies[J].Nano Lett，2009，9（8）：28772883.

篇2

“DNA鴨子”與“納米猛獸”

在《納米藝術概論》一書中，納米藝術被定義為“使用納米技術手段、方法創作的，納米尺度或反映納米題材的藝術”。在微納米藝術作品中，納米畫與納米浮雕的區分已經很模糊了，對于由若干個分子或者是原子在基體材料表面拼成的圖形，實際上我們已經很難說它是浮雕或者是納米畫。盡管如此，我們仍然可以將微納米動物藝術作品分為平面的微納米動物繪畫、浮雕和雕塑。

科學家采用原子力顯微鏡探針，撥動DNA分子鏈在材料基體表面上拼繪的“DNA鴨子”，是一張掃描探針顯微鏡（SPM）的照片；DNA鴨子的輪廓線寬度為10余納米，鴨子身高幾百納米，立體度很小，故可以歸結為納米畫范疇。美國猶他大學機械工程系學生Ecsedy與該校藝術技術交叉研究中心合作的納米浮雕作品，作品中的“納米猛獸”，采用聚焦的電子束在材料表面“雕刻”而成。整個動物的身高為幾百微米，立體度為百十微米。

從制作工藝來看，微納米動物藝術作品可以分為傳統手工藝的作品和微納米加工技術的作品。基于傳統手工藝的代表是當代英國微雕大師Willard Wigan創作的《針孔里的車馬》。整個馬車的長度約一毫米，馬的腿、尾巴、耳朵等細節的尺寸僅為百微米。該微雕作品的創作過程實際上和宏觀的雕刻作品相似，只不過創作或欣賞過程中均需要高倍的顯微鏡，同時，它的創作對雕刻的工具也有很高的要求。基于微納米加工技術的的作品創作時通常需要掃描探針顯微鏡，或能夠產生聚焦的離子/電子束設備，同時還對實驗條件有苛刻要求。

從作品的尺度來講，微納米動物藝術作品可以分為百微米量級的以及微納米量級的兩大類。一般來說，基于傳統手工藝的作品大都屬于百微米量級的，這些作品的整體尺寸近乎毫米量級，但局部細節屬于百微米量級。基于微納米加工技術的作品則大多屬于微納米量級。百微米量級的作品通常在高倍的光學顯微鏡下就能看得清楚，而要欣賞微納米量級的作品，則通常需要分辨率更高的電子顯微鏡，甚至掃描探針顯微鏡。

從計算機虛擬與現實的角度來看，微納米動物藝術作品可以分實際的納米動物作品和計算機虛擬設計的作品。

從作品的創作機理來看，微納米動物藝術作品可分為基于物理方法和化學方法的作品。一般來說，傳統手工創作的作品大多屬于物理方法；另外，依靠掃描探針顯微鏡的探針，撥動納米顆粒、分子，或者在材料基體表面刻畫出動物的形象等，也屬于物理方法。從作品創作的必然性和偶然性來看，又可分為有意識的，以及偶然間得到的作品。

針孔里的車馬

傳統的微雕技術：微雕藝術作品通常都是在高倍的光學顯微鏡下完成的。以《針孔里的車馬》為例，為了制作針眼中的車馬，作者使用極其微小的刻刀對金顆粒、砂糖或者沙粒進行微雕；雕刻這些作品時，注意力要高度集中，呼吸均勻，并利用兩次心跳的間隔來工作；微雕完成后，再移植到針孔中去。整個創作過程中，任何細微的失誤都會導致整個創作的失敗。

離子/電子束刻蝕技術：采用電磁場加速和聚焦帶電的離子或電子，進而可對材料的表面進行刻蝕，由于離子和電子的德布羅意（物質波）波長很短，因而刻蝕精度更高。離子/電子束光刻主要包括聚焦離子/電子束刻蝕和離子/電子投影刻蝕等。遺憾的是，離子/電子束刻蝕技術效率低下，很難在實際生產中得到應用，但這并不妨礙科學藝術家用它開展納米雕刻藝術創作。

雙光束聚合技術：近年來，一種被稱作“雙光束聚合”的技術已經被發展到三維納米構型的加工，并被用于材料表面微觀塑像的構建。最為典型的當數日本科學家的雕刻作品《納米公?！贰Ｔ摷{米牛的高度與紅血球直徑相當，高約數十微米。在納米公牛像的制造過程中，科學家使用兩股激光射線照射浸在合成樹脂溶液中的材料表面，溶液中只有被兩股激光射線交叉照射到的那部分樹脂才凝固起來，形成雕塑件的“部件”，這樣的部件的精度為120納米。

掃描探針顯微鏡技術：上世紀80年代，掃描探針顯微鏡（SPM）的發明使人們對物質世界的認識與改造深入到了原子和分子層次?，F在SPM已經發展為一大類型的顯微技術，包括掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描力顯微鏡、近場光學顯微鏡、彈道電子發射顯微鏡、熱掃描顯微鏡和靜電力顯微鏡等。SPM不僅可以對材料表面進行微觀成像，還能對材料表面進行微加工，因此被科學家譽為納米世界的“眼”和“手”。

化學催化氣相沉積技術：美國倫斯勒工業大學約翰·哈特教授使用大約1.5億根納米碳管制作了一組花花公子的兔子畫像，每個微型兔子頭像包含上億個納米碳管，這些納米碳管像叢林中的樹木一樣垂直地排列著，每個納米碳管都是中空圓柱體結構，其直徑僅為人體頭發的五萬分之一。

計算機納米工程建模技術：計算機輔助納米工程設計軟件是近幾年才出現的新生事物。這些軟件是依據生命科學、物理化學、分子物理力學等工程原理來構建納米器件的綜合設計工作平臺，軟件充分體現了納米器件“從上到下”及“從下到上”的設計思想。這些軟件為創作包括納米動物形象在內的納米藝術作品提供了平臺。目前，許多納米藝術家利用這些軟件，開展了納米藝術創作的嘗試。

篇3

研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次，是知識創新的源泉。由于納米結構單元的尺度（1～100urn）與物質中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當，從而導致納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象，認識新規律，提出新概念，建立新理論，為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎，也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題；納米結構設計，異質、異相和不同性質的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點，人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件以及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。

1研究形狀和趨勢

納米材料制備和應用研究中所產生的納米技術很可能成為下一世紀前20年的主導技術，帶動納米產業的發展。世紀之交世界先進國家都從未來發展戰略高度重新布局納米材料研究，在千年交替的關鍵時刻，迎接新的挑戰，抓緊納米材料和柏米結構的立項，迅速組織科技人員圍繞國家制定的目標進行研究是十分重要的。

納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個領域的影響和滲透一直引人注目。進入90年代，納米材料研究的內涵不斷擴大，領域逐漸拓寬。一個突出的特點是基礎研究和應用研究的銜接十分緊密，實驗室成果的轉化速度之快出乎人們預料，基礎研究和應用研究都取得了重要的進展。美國已成功地制備了晶粒為50urn的納米Cu的決體材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；晶粒為7urn的Pd，屈服應力比粗晶Pd高5倍；具有高強度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關注，晶粒的納米化為解決這一問題帶來了希望，納米金屬間化合物 FqsAJZCr室成果的轉化，到目前為止，已形成了具有自主知識產權的幾家納米粉體產業，睦次鸚米氧化硅。氧化鈦、氮化硅核區個文的易實他借個緲陽放寬在納米添加功能陶瓷和結構陶瓷改性方面也取得了很好的效果。 加至5億美元。這說明納米材料和納米結構的研究熱潮在下一世紀相當長的一段時間內保持繼續發展的勢頭。

2國際動態和發展戰略 斯頓大學于1998年制備成功量子磁盤，這種磁盤是由磁性納米棒組成的納米陣列體系，10－”bit／s尺寸的密度已達109bit／s，美國商家已組織有關人員迅速轉化，預計2005年市場為400億美元。1988年法國人首先發現了巨磁電阻效應，到1997年巨磁電阻為原理的納米結構器件已在美國問世，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產業和產品注入新的高科技含量，在未來市場上占有重要的份額。納米材料在醫藥方面的應用研究也使人矚目，正是這些研究使美國白宮認識到納米材料和技術將占有重要的戰略地位。原因之二是納米材料和技術領域是知識創新和技術創新的源泉，新的規律新原理的發現和新理論的建立給基礎科學提供了新的機遇，美國計劃在這個領域的基礎研究獨占“老大”的地位。 為了使中國科學院在世紀之交乃至下一世紀在納米材料和技術研究在國際上占有一席之地，在國際市場上占有一份額，從前瞻性、戰略性、基礎性來考慮應該成立中國科學院納米材料和技術研究中心，建議北方成立一個以物質科學中心為基礎的研究中心（包括金屬研究所），在南方建立一個以合肥地區中國科學院固體物理所和中國科技大學為基礎的研究中心，主要任務是以基礎研究為主，做好基礎研究與應用研究的銜接和成果的轉化。 3國內研究進展

我國納米材料研究始于80年代末，“八五”期間，“納米材料科學”列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，組織相關的科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學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高科技創新的課題進行立項研究。1996年以后，納米材料的應用研究出現了可喜的苗頭，地方政府和部分企業家的介人，使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。

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和應用研究，其中，承擔國家重大基礎研究項目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：中國科學院上海硅酸鹽研究所、南京大學。中國科學院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國科技大學、中國科學院化學研究所、清華大學，還有吉林大學烹北大學、西安交通大學、天津大學。青島化工學院、華東師范大學＼華東理工大學、浙江大學、中科院大連化學物理研究所、長春應用化學 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，引起了國際上的關注。一是大面積定向碳管陣列合成：利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術，用這種技術合成的納米管，孔徑基本一致，約20urn，長度約100pm，納米管陣列面積達到 3mmX3mm。其定向排列程度高，碳納米管之間間距為100pm。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場發射陰極等方面有著重要應用前景。這方面的文章發表在1996年的美國《科學》雜志上。二是超長納米碳管制備：首次大批量地制備出長度為2～3mm的超長定向碳納米管列陣。這種超長碳納米管比現有碳納米管的長度提高1～2個數量級。該項成果已發表于1998年8月出版的英國《自然》雜志上。英國《金融時報》以“碳納米管進入長的階段”為題介紹了有關長納米管的工作。三是氮化嫁納米棒制備：首次利用碳納米管作模板成功地制備出直徑為3～40urn、長度達微米量級的發藍光氮化像一維納米棒，并提出了碳納米管限制反應的概念。該項成果被評為1998年度中國十大科技新聞之一。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功，推進碳納米管在場發射平面和納米器件方面的應用。五是唯一維納米絲和納米電纜：應用溶膠一凝膠與碳熱還原相結合的新方法，首次合成了碳化或（TaC）納米絲外包覆 絕緣體SIOZ和 TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜，以及以S江納米絲為芯的納米電纜，當前在國際上 僅少數研究組能合成這種材料。該成果研究論文在瑞典召開的1998年第四屆國際納米會議宣讀后，許多外國科學家給予高度評價。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶；發現了非水溶劑熱合成技術，首次在300℃左右制成粒度達30urn的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻（CrN）、磷化鉆（COZP）和硫化銻（Sb。S。）納米微晶，在1997年的《科學》雜志上。七是用催化熱解法制成納米金剛石；在高壓釜中用中溫（70℃）催化熱解法使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉，在1998年的《科學》雜志上。美國《化學與工程新聞》雜志還發表題為“稻草變黃金?從四氯化碳（CC14）制成金剛石”～文，予以高度評價。

篇4

一、納米技術知識基礎設施計劃概述

1．納米技術知識基礎設施計劃與納米信息學2012年5月，即在材料基因組計劃頒布11個月之后，美國“國家納米計劃（”NationalNanotechnologyInitiative，NNI）提出納米技術知識基礎設施計劃，以確保美國在納米領域可持續設計方面繼續保持其國際領先地位。該計劃旨在建立一個直接面向問題、面向需求的納米技術知識基礎設施，從而加快美國在納米領域技術發現與技術創新的速度。從計劃的內容與目標不難看出，此項計劃與材料基因組計劃有諸多相似相通的地方。提到納米技術知識基礎設施計劃，必須要提及納米信息學（nanoinformatics）這一重要的概念。納米信息學指的是開發和實施有效的機制以幫助相關機構對納米技術信息進行收集、驗證、儲存、分享、發掘、分析和應用，覆蓋整個納米領域，影響到研究、開發以及應用的方方面面。一個不斷完善的納米信息學基礎設施將通過不斷改善實驗數據的再現性，以及通過促進工具和模型的開發和驗證，而將數據轉換成信息加以應用，從而確保國家納米技術可持續性發展。因此，納米信息學將為納米材料和產品的合理設計，研究方向最優化和風險評估奠定堅實的基礎。從這個角度來看，納米技術知識基礎設施計劃和納米信息學的發展同時也為材料基因組計劃的實施提供了必要的補充與幫助。

2．納米技術知識基礎設施計劃的基礎與助推力（1）多元化的合作團隊建立一個由科學家，工程師和技術人員組成的多樣性的協作團隊，對于美國納米技術的研究、開發和應用至關重要，它們是美國納米技術核心競爭力的中堅力量。該團隊涉及納米技術研究、開發乃至產業化的方方面面，包括多方面的研究力量，主要有：實驗科學家、計算科學家和理論家，產業工程師，負責材料合成、測試、質量監控等的技術人員。（2）跨學科的協作網絡建立一個靈活的可以開展多學科知識協作的網絡，有效銜接基礎實驗研究、建立模型和應用開發，對于提高研發效率具有重要的作用?？煽康挠嬎隳Ｐ湍軌驕蚀_地預測和設計具有理想性能的納米材料并進行風險評估和管理。此外，模型在開發新概念以及加深人們對納米級材料的性能和行為的理解方面也起著重要作用。因此，當模型和實驗結果在網絡中能夠被迅速分享時，基礎研究與應用開發就可以更加有效迅速地連接起來，從而有的放矢提高研發效率。（3）可持續的計算工具箱一套能夠促進實驗分析和理解納米材料的計算工具對于完成納米技術知識基礎設施計劃而言至關重要。計算工具能夠幫助人們發現在當前理論框架中不明顯或難以表現出來的材料的性能與現象之間的關系。因此，經過驗證、易于訪問且得到良好維護的模擬軟件將對納米材料的性能和行為做出可靠的模擬，從而有效幫助納米材料的設計與開發。（4）堅實的數據基礎納米技術知識基礎設施計劃迫切需要建立一個堅實的納米技術數據和信息基礎，將納米材料設計、合成、性能、現象以及對生物和環境的影響等方面實驗數據進行整合。開源數據與軟件、開放獲取的方式、通用的數據傳送與存檔格式、標準化的詞表等都是建立這一基礎的必要條件，對研究人員管理與儲存實驗數據具有重要的意義，同時也將極大地促進不同學科間研究人員的數據共享與彼此合作。

3．納米技術知識基礎設施計劃與材料基因組計劃相互促進、共同發展材料基因組計劃是美國眾多行業眾多機構為加速本國先進材料的發現和鞏固制造業的地位而共同做出的努力。納米技術知識基礎設施計劃與材料基因組計劃的合作涉及納米技術知識基礎設施計劃的所有方面，特別是研究方法和數據方面的建設。通過相互間合作與交流，納米技術知識基礎設施計劃與材料基因組計劃將實現互利共贏。因此，這里所介紹的納米技術知識基礎設施計劃將直接為材料基因組計劃作出貢獻。納米技術知識基礎設施計劃試圖通過模型、模擬工具和數據庫的發展，以實現對納米級尺度和亞微秒領域里各種現象的預測。相比來說，材料基因組計劃的范圍要寬得多，既包括納米級別也包括宏觀尺度的材料信息。納米技術知識基礎設施計劃的實施對材料基因組計劃來說，將是其重要和有利的補充。納米技術知識基礎設施計劃取得的重要成果，如數據格式標準化，使實驗科學家與理論家相結合以加速材料設計的方法等可適用于材料基因組計劃的其他相關領域。同樣，通過材料基因組計劃開發出的與納米材料相關的方法和標準等也可以在納米技術知識基礎設施計劃的工作中進行探索，測試和評估。通過持續的交流與合作，在這2項計劃指引下合作的各部門成果將推動整個時間與空間范圍內材料的研究與開發，以進一步提高美國在材料與制造領域甚至更廣泛領域的競爭能力。

二、啟示與建議

材料基因組計劃后，我國學術界迅速做出了反應。在中國科學院和工程院的推動下，計劃的當年，近百名材料領域的科學家會聚北京香山，召開了“材料科學系統工程”會議，并提出建設集理論計算、數據庫和測試三位一體的共用平臺、實現重點材料示范突破以及成立多方協作的指導委員會等建議。在過去的2年多里，在中國工程院、中國科學院、科技部等機構以及上海市、北京市等地方政府的努力下，我國的材料基因組計劃正在逐步落到實處，其研究理念也越來越多地被學術界所接受和采納，不同學科背景的研究人員也逐漸投身此中。十幾年前的“人類基因組計劃”，我國盡管在后期也有少量參與，但是并沒有能抓住那次重大科學計劃的先機。因此，面臨比“人類基因組計劃”更為廣泛的“材料基因組計劃”，我國政府和相關機構能夠迅速做出響應并踏實努力，確實有很大的進步且值得肯定。但在趕超的過程中，我們決不能簡單照搬國外計劃的內容與方案，而應深入消化吸收，并結合自身情況做出適合國情的選擇與決定。

1．積極鼓勵并大力發展原創的材料計算軟件美國材料科學家已經通過不斷改進計算方法，在計算預測模型上取得了不少成果，只是苦于一直沒有合適的平臺向制造業分享這些研究成果。材料基因組計劃正是為他們提供了一個向材料科學家和制造商在內的整個材料科學界共享數據和計算工具的平臺。當然在建立這個平臺的過程中，隨著交流與合作的加深，還將伴隨計算工具與方法的不斷改進與提高。而我國在材料計算軟件上的開發幾近空白，幾乎沒有自主知識產權的通用程序包。除了個別單打獨斗的研究小組，我國材料計算大都依靠外國商用軟件，在使用上有很大的局限性。因此，我國推動材料基因組計劃的發展，首先亟需解決的是形成規?；拈L期穩定的開發隊伍，開發自主知識產權的各種模型、算法和大規?？茖W計算軟件，擺脫國外軟件的壟斷和限制，為我國新材料產業的全面發展打下堅實的基礎。

2．依托現有基礎將數據庫建設細化對材料的性能進行成功模擬和預測取決于2個基本要素，一是計算模擬方法和軟件，另一個就是材料數據庫。從材料領域的廣度和深度，不難看到建立材料數據庫將會是一項龐大的系統工程，需要政府、學術界、產業界通力合作，需要投入大量的人力物力和時間才能完成。高度規范化的系統數據庫是決定這項計劃成敗的關鍵。美國政府也并沒有從零開始建設，而是依托納米技術知識基礎設施計劃的實施或者IBM和哈佛大學這樣的機構自身的基礎進行建設。我國可考慮依托“863”“、973”、國家科技支撐項目、國家自然科學基金等現有科技計劃，對已完成項目的實驗數據進行整理歸納，在統一的加工、標引與建設規范的指導下，逐步建設完成整個材料領域的數據庫。2014年3月正式開通的“國家科技報告服務系統”，可系統查閱國家科技計劃項目所產生的科技報告，涵蓋國家科技投入產生的大量科技信息和數據。如果能夠設計合理的字段與入口，也極有可能對材料領域的數據庫的建設起到支撐與幫助作用。

篇5

[關鍵詞] 納米技術 體育 應用 思考

隨著科學技術的發展，如何將納米科技真正應用于體育運動，使運動訓練更加科學化，使運動員的運動能力和運動技術水平得到更充分的發揮，運動成績的提高更加有保證已經成為研究重點。

一、體育與納米技術

1.利用納米技術進行運動員的科學選材。由于納米科技推動了微觀生物學的發展進程，運用人類基因組計劃和納米技術，有助于我們對人類基因組中與運動成績密切相關的基因加以認識和了解。有研究表明，人類基因組中有某些與人類運動能力密切相關的基因，其多態性的差異，有可能是造成人們運動能力和訓練效果巨大個體差異的最終原因。該領域的研究，為人們進行有效的基因選材提供了理論基礎，也為提高運動成績提供事半功倍的方法。例如在運動員的選材方面，利用納米加工技術進行DNA的分離和提取，可以快速有效地決定其基因序列，在分子水平上對其遺傳、發育進行研究，實現更高層次的基因選材。

2.利用納米科技揭示人體對各項運動能力的適應度和對各項運動能力的遺傳度，找到運動訓練在人體生長發育過程中的關鍵階段(如青春期)的影響及作用機制。通過開發一種可以植入皮下微型生物芯片，模擬健康人體內的葡萄糖檢測系統監測機體在運動過程中血糖水平，然后根據人體需要，適時釋放糖等物質，維持機體在運動過程中的血糖水平，有效地提高機體的運動能力。

3.利用納米技術進行體育運動與健康關系的研究。利用納米微粒技術，可以靈敏地檢測各種組織的特異性蛋白，探討某些運動性疾病的發病機制，有效地對運動員進行醫務監督，維護運動員的健康。通過納米級敏感器可以監視運動訓練導致的細胞內結構的形態與數目的變化，以及這些變化所反映各器官功能結構的功能狀態。納米科技在中國傳統醫學中的應用，使傳統中醫藥對運動損傷與運動性疾病的預防和治療具有更好的效果。

4.利用納米技術防止運動性疲勞和加快其恢復過程。關于運動性疲勞發生的機制，目前雖然有許多假說，但確切的疲勞機制還有待于進一步研究。由于納米科技在醫學上的突破，將對運動疲勞機制尤其是在中樞神經系統方面及其靶器官和靶細胞的研究將更加深入，人們可以利用納米生物芯片直接研究機體在運動過程中骨骼肌、心肌、肝臟和神經等組織的代謝過程，探討中樞和外周運動性疲勞及其恢復的生物學機制，并且可以通過某些手段(如納米藥物)抑制導致運動性疲勞的基因表達或誘導加速恢復的基因表達。

5.利用納米技術防止運動損傷與運動性疾病的臨床診斷與治療。納米醫學材料的研制，對于人造器官、人造肌肉、骨骼、關節皮膚等成為永久性的非排斥性。用納米機械潛入人體的血管和器官，對人體進行檢查和治療，并且可以進入毛細血管以及器官的細胞內，對損傷的細胞進行治療和處理，甚至可以從細胞基因組中除掉“有害”的DNA，或把正常的DNA安裝到細胞基因組中。

6.利用納米技術對運動員進行機能評定。在人們全面了解運動引起機體產生適應性變化的基因調節機制后，人們可以通過基因工程技術和納米技術對運動員的疲勞狀態、運動訓練的適應性及其免疫功能等進行基因診斷。這種診斷一般是在基因的轉錄水平上進行評定，可以較早地發現運動員在運動工程中的機能變化,具有較好的應用價值。

7.利用納米技術了解控制運動營養水平，使運動員的營養代謝趨于更加合理和平衡。通過納米級敏感器使運動員的營養代謝處于一個精細、準確、嚴密的監控中。運動員所需的營養素完全按照運動項目特點和個人的生理特點進行補充和調配，使運動員的營養變得合理化、科學化。

8.利用納米技術對體育運動進行精確客觀的定量分析。利用納米技術對運動時人體的骨骼、肌肉、血液組織以及心血管系統、呼吸系統、消化系統等各器官系統對運動訓練的適應性進行客觀的精確的定量分析，不僅使運動訓練更具有科學性，也大大地提高運動員訓練的成材率。

二、納米技術在競技體育中的作用

1.納米相材料技術。這是一種通過控制結構納米顆粒的大小而制造出強度、顏色和可塑性都能滿足人們需要的相材料，這種納米相材料除微觀結構與普通材料完全不同外，在宏觀上也表現出許多奇妙特征，如納米相銅強度比普通銅高5倍，納米陶瓷摔不碎等。這種納米相材料技術已應用在體育器械、場地和服裝的改進方面。就拿撐桿跳運動員使用的撐桿來講，撐桿跳高最早使用的撐竿是竹竿，1942年美國運動員達姆首次在國際比賽中使用了輕合金撐竿而創下了4.77米世界記錄?？梢韵胂髴眉{米相技術，將會生產出具有“個性化”(根據撐竿跳項目的特點和競賽規則的要求及運動員自身的生理和技能特征的)撐竿，使該項目的世界記錄再有突破。

2.納米復合改進技術。少量納米材料可以綜合改善傳統材料的性能。例如美國把AL2O3納米顆粒加入到橡膠中提高了橡膠的耐磨性和介電特性。

3.納米器件技術。利用納米器件技術生產的分子自組織結構可用于電子記憶、數據接收、存儲器和傳遞等，這種器件運用于體育訓練將大大增加訓練的效率和成績。

三、納米技術應用于競技體育所引起的思考

綜上所述，隨著科學技術的發展，納米技術在體育運動中的應用顯得日益重要，同時，也會引起一些體育道德和倫理道德問題。同時我們要思考的是：器材的高科技化是否會削弱運動員在競技體育中的主體地位，從而變相剝奪運動員的競賽權利？若運動成績的提高在較大程度上依賴于器械和服裝的高科技化，這是否會帶來一些新的不公平？器材作弊是否會成為興奮劑的另一種表現形式？這些是我們必須考慮的。可以通過修改某些項目的器械的設計規則，加強一些項目的器械、服裝的申報和檢測程序，國際奧委會和各國際單項體育聯合會要針對納米技術等高科技的新成就加強新的檢測手段，來杜絕運用器械作弊;通過對運動員、教練員、裁判員和科技工作者等進行個體道德教育，以保證競技體育更好地弘揚奧林匹克精神。

參考文獻:

[1]蕓世紀之交的我國運動形態學研究.中國運動醫學,2000,19(4):340～341

篇6

1991年，我國召開納米科技發展戰略研討會，制定了發展戰略對策。十多年來，我國納米材料和納米結構研究取得了引人注目的成就。我國納米材料領域的工作者們也以孜孜不倦的探索，推動著納米材料這門學科不斷地前進。這其中，就有一位年輕的學者――劉飛博士。

科研，瞄準前沿

一位年僅三十幾歲的學者、一連串前沿成果，劉飛博士稱得起“年輕有為”。然而，與大多數年輕人不同，劉飛博士一心一意地埋首于納米材料領域的研究工作，不沾浮躁之風。在這條道路上，他潛心向前，以“學習”的態度行于斯、研于斯，在一維納米材料的制備、表征與物性研究的領域上取得了一系列成績：

首先，在微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)設備中，劉飛使用α―Fe2O3(0001)為基底，以N2和H2為反應氣源，首次制備出垂直于基底生長的Fe3O4納米金字塔陣列。這種新型Fm04納米材料的陣列很可能在垂直方向上的高密度信息存儲中有著潛在的應用，其結果發表在高水平學術雜志AdvMater上。

其次，在單溫管式爐設備中，劉飛使用熱蒸發冷凝沉積技術在較低的生長溫度(

與此同時，劉飛利用真空下高溫碳熱還原法，首次制備出了大面積垂直于si基底生長的單晶的Boron納米線和納米管。掃描電子顯微技術(SEM)研究表明所制備出的硼納米線的長度為5um，平均直徑為30nm。透射電子顯微鏡技術(TEM)和元素維度分布譜技術(ElementMapping)的研究結果都證明所獲得的硼納米材料具有完美的單晶四方結構，它們的生長方向為[001]。電子能量損失譜技術(EELS)研究結果也表明納米線中硼元素的同時使用開爾文探針技術(KelvlnProbe)首次測試出Boron納米材料的功函數為4.4eV。并利用改裝后的SEM系統中的在位物性測試技術對單根硼納米線的電導率和場發射特性進行了一系列系統的研究。研究結果表明：單根硼納米線的電導率為1-8×10-3(n?cm)-1，其開啟電場為5.1v／μm，閾值電場為115V／μm；在保持場發射電流為1.05μA的一小時穩定性測試中，單根硼納米線的電流波動性低于22％并且當電場強度提高到59～74V／μm，單根硼納米線的場發射電流密度更是達到了2X105-4×105A／cm2，這完全可以滿足場發射領域的需要。由于Boron一維納米材料具有高熔點(2300℃)、高電導率，并且具有獨特的“三芯鍵”結構以及優良的物理和化學特性，所以這種新型納米材料的發現以及進一步研究很有可能為納米科學和技術的發展開創了一個嶄新的領域。相關科研成果分別發表在知名科學雜志AdvancedMaterla／sc和Uitramzcroscopy上，并由世界上著名的德國的“Nanowerk”網站和國內知名的“科學網”網站分別進行了“Spotlight”報導和專題報導。

除此以外，劉飛使用化學氣相沉積技術實現了對不同形貌AIN納米結構(納米棒，納米錐和納米火山口)垂直陣列的可控生長。為了研究其納米結構場發射特性的影響因素，劉飛對比了不同形貌氮化鋁陣列的場發射特性。實驗結果表明，氮化鋁火山口陣列具有最好的場發射特性表現，其閾值電場為7.2V／μm，場發射電流的穩定性測試表明其電流波動小于4％。同時，所有三種氮化鋁納米結構陣列都具有和其他很多具有優良冷陰極納米材料相比擬的場發射特性，這表明其在未來的場發射領域具有很大的應用前景，結果已發表在ChinesePhysicsB等雜志上。

未來，戰機握在手中

學習和實踐中，劉飛不僅積累了豐富的經驗，也形成了一套獨特的科研方法和理念，解決了很多工程實際應用的問題，贏得了良好的經濟效益和社會聲譽，并獲得一項國家專利。他是成功的，當然，成功之人自有成功之道。

1995年9月，劉飛邁入吉林大學的校門，考進材料科學與工程專業，四年的本科學習，劉飛以他的聰明和勤奮贏得了老師和同學們的一致認可，連續三年獲得“人民獎學金”，并于1999年獲“系優秀學生”稱號。同年，他以優異的成績畢業，卻并不滿足于自己當時的所學，或許是源于心底的那一份母校情結，劉飛選擇留在吉林大學進行碩士研究，在材料科學學院攻讀材料物理與化學專業。碩士學習期間，劉飛在于文學教授的指導下進行了磁控濺射生長巨磁阻多層膜的研究工作，并于2002年7月完成碩士論文《Cu／Fe多層膜的表面、界面微結構研究》，獲得工學碩士學位，其論文獲得學校研究生論文比賽優勝獎，這位年輕的碩士研究生充分展露了他在科研領域的才華。

2002年9月，劉飛考入中國科學院物理研究所納米物理與器件實驗室，師從于高鴻鈞研究員，攻讀凝聚態物理博士學位，2005年9月獲得理學博士學位，并于2004年獲得“所長優秀獎學金”、2006年獲得中國真空學會優秀博士論文獎學金。

在科學的道路上沒有捷徑，正因為艱難才去登攀，而站得更高才能看得更遠，年輕的劉飛博士沒有止步于一點點的成績，在科學之路上，他選擇一路向前。自2005年9月，劉飛博士在中山大學理工學院的顯示材料與技術國家重點實驗室參加工作以來，包括在中國科學院物理研究所攻讀博士期間，他主持國家自然基金委――廣東省聯合基金重點基金一項、國家自然科學基金青年基金一項、教育部博士點新教師基金一項，并且參與了多項國家“973”和“863”項目，共發表了學術論文(SCI、EI和ISTP收錄)二十余篇。

自此，在外人看來，他的人生似乎已經進入康莊大道了，然而，“人生也有涯，而知也無涯”，國際上風起云涌的科技發展愈來愈強烈地吸引著他的目光，視線的開闊，令他在學術上有了大幅的前進。目前，還有國家自然科學基金青年基金項目等4項國家和地方自然科學基金項目研究，在他的主持下緊鑼密鼓地展開著。

篇7

【關鍵詞】食品包裝 納米材料 食品貯藏

引言

納米科學是20世紀末興起的最重要的科技領域之一，因其在國計民生等諸多領域都產生了深遠甚至革命性的影響，得到了各國政府的高度重視與投入。美國自1991年開始將納米技術列為“政府關鍵技術”；我國將納米科學研究列入“863計劃”、“國家基金重大研究計劃”等重點研究計劃。伴隨納米科學理論日益成熟，納米材料的應用領域不斷擴大。納米材料因其特殊的結構，產生了小尺寸效應、量子效應、表面效應（界面效應），具備卓越的光、電、熱、磁、放射、吸收等特殊功能，在機械、電子、化工、包裝、國防等領域有著廣闊的應用前景。

1 納米及納米材料

1.1 納米

納米（nanometer）是一個長度單位，1 nm=10-9m，通常界定1-100nm的體系為納米體系。由于這個尺度空間略大于分子的尺寸上限，恰好能體現分子間相互作用，因此，具有這一尺度物質粒子的許多性質均與常規物質相異，在這個領域中物質的性質有時既不能用經典力學、電磁學等加以解釋，也不能用量子力學等理論來理解，需要一個全新的理論和視角。研究上述領域的客觀規律的科學被稱之為納米科學。

1. 2 納米材料

納米材料根據構成材料物質屬性的不同，可以分成金屬納米材料、半導體納米材料、納米陶瓷材料、有機納米材料等，當上述納米結構單元與其他材料復合時則構成納米復合材料。納米復合材料中包括無機一有機物復合、無機―無機復合、金屬―陶瓷復合、聚合物―聚合物復合等多種形式。

1. 3 納米包裝材料

食品包裝材料多由聚合物制成，如聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二醇（PET）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚酞胺（尼龍，PA）等，其制成包裝材料透氣性難以滿足各式果蔬的呼吸強度，尤其當果蔬的呼吸強度很高時，大部分膜不能使包裝內氧氣和二氧化碳配比達到最佳。進入20世紀90年代，納米材料及技術的應用發展，給聚合物包裝材料的發展帶來的巨大革新，納米包裝材料應運而生。

納米包裝材料主要是指應用納米技術，通過對包裝產品進行納米合成、納米添加、納米改性，使其具有某一特性或功能的一類包裝材料的總和。在食品包裝領域，研究最多的納米包裝材料是聚合物基納米復合材料PNMC（Polymeric Nano-Metered Composites），常用的聚合物有PA、 PP、 PE、PVC、 PET、 LCP等，常用的納米材料有金屬、無機物聚合物等無機系和有機系成分，通過扦層復合等技術將高分子聚合物和納米材料復合。

2 納米包裝材料在食品貯藏中的應用

復合納米包裝材料的優良性質使其在食品包裝領域廣受歡迎，納米抗菌性包裝材料、納米保鮮包裝材料、納米高阻隔性包裝材料等已在食品包裝中有了一定的應用，其中在食品保鮮領域中的應用研究已較深入。

采用納米復合技術制成的新型包裝材料聚酞錢-6塑料（NPA6）與傳統的尼龍塑料相比，有更多的優越性。其氧氣和二氧化碳的透過率降低了一半，水的透過率也下降了30%左右。用它來包裝食品，如香腸、火腿、泡菜等，食物的變質程度更小，保質期更長。添加0.1 %～0.5%的納米Ti02制成的包裝材料可以防止紫外線引起的肉類食品的自動氧化變質，保護維生素和芳香化合物不受破壞，使食品保持新鮮。陳麗等人將納米Ti02粒子和其它11種功能材料加入到PVC中研制出的保鮮膜，可使富士蘋果的保存期延長到208天，同時對蔬菜也有較好的保鮮效果。

納米銀粉應用于食品包裝中既有抗菌又有保鮮的作用，對細菌和霉菌等抗菌效果好、抗菌時間長，添加到食品包裝材料中可保持長期的抗菌效果，且不會因揮發、溶出或光照引起顏色改變或食品污染；同時，納米銀粉具有對乙烯氧化的催化作用，在保鮮包裝材料中加入納米銀粉，可將果蔬食品釋放出的乙烯加速氧化，減少乙烯含量，達到果蔬保鮮的效果。

結語

用于食品包裝中的納米包裝材料優于一般材料，其具有抗菌、低透氧率、低透濕率和阻隔二氧化碳等優點，且具有韌性強、耐磨性等機械加工性能，耐熱性、透明度高、抗磁防爆等理化性能。因此納米包裝在食品包裝領域中得到了快速的發展。

參考文獻

[1]劉興華，饒景萍.果品蔬菜貯運[M].西安，陜西科學出版社，1998.

篇8

論文摘要： 納米技術作為一種新興的科學技術,隨著技術的發展,納米技術已經被日趨應用于生活領域的各個方面。本文回顧了納米技術和納米材料的發展過程并對納米材料在食品安全的應用進行了介紹和論述。 

 

納米技術是20世紀末興起并迅速發展的一項高科技技術,隨著研究的深入和科學的發展,納米技術已經日趨成熟并廣泛的應用于各種領域,近年來納米技術在醫藥上的許多研究成果正逐步地應用于食品行業,在此技術上開發、生產了許多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品,納米材料在食品安全上也發揮著越來越重要的作用。 

納米是一種幾何尺寸的度量單位,l納米為百萬分之一毫米,即十億分之一米的長度。以納米為基礎的納米技術在20世紀90年代初起得到迅速發展并先后興起了一系列的像納米材料學、納米電子學、納米化學、納米生物學、納米生物技術和納米藥物學,納米技術就是一種多學科的交叉技術,最終實現利用納米機構所具有的功能制造出有特殊功能的產品和材料。因此,利用納米技術制造出來的材料就具有微觀性和一些普通材料所不具有的功能。 

 隨著納米技術的發展,納米食品生產也取得了很大的成就。目前,納米食品產品超過300種,一些帶有納米級別添加劑的食品和維生素已經實現商業化。據預測納米食品市場在2010年將達到204億美元,因此納米技術在食品上的研究有著很大的發展潛力。納米技術在食品上的研究和應用主要包括納米食品加工、納米包裝材料和納米檢測技術等方面。 

所謂納米食品是指在生產、加工或包裝過程中采用了納米技術手段或工具的食品。納米食品不僅僅是指利用了納米技術的食品,更大程度上指里喲個納米技術對食品進行了改造從而改變食品性能的食品。尤其是利用納米技術改造過結構的食品在營養方面會有一個很大的提高,在這方面應用最廣泛主要有鈣、硒等礦物質制劑、維生素制劑、添加營養素的鈣奶與豆奶、納米茶等。 

然而納米食品也存在一些問題,首先由于對于納米食品的加工主要是球磨法這就使得在納米食品生產的過程中容易產生粉料污染,同時現有的納米技術也會產生成材料的功能性無法預測,納米結構的穩定性不高等問題。納米食品還存在另外問題那就關于納米食品的安全檢測并沒有個一個同一的標準。目前,國際上尚未形成統一的針對納米食品的生物安全性評價標準,大多數是短期評價方法,短期的模型很難對納米食品的生物效應有徹底的認識。而部分納米食品存存在一些有害成分,并且經過納米化后,這些物質更加很容易進入細胞甚至細胞核內,因此副作用也就越大,而這些由于安全檢測的標準不統一可能在檢測的時候檢測不出來,因此納米食品的安全標準有待進一步統一。雖然納米食品存在一系列的問題但是納米技術在食品包裝和保險技術中卻得到了很好的應用。 

首先,在已有的包裝材料中加入一定的納米微?？梢栽黾影b材料的抗菌性從而產生殺菌功能。目前一些冰箱的生產技術中已經應用了這種技術生產出了一些抗菌性的冰箱。 

其次,由于納米材料的特殊性質,加入一定的納米微粒還可以改變現有的包裝材料的性能,從而進一步保證食品的安全。目前,部分學者已經成功的將納米技術應用玉改進玻璃和陶瓷容器的性能,增加了其韌性。同時,由于納米微粒對紫外線有吸收能力,因此在塑料包裝材料中加入一些納米微粒還可以防止塑料包裝的老化,增加使用壽命。從而為食品生產提供了性能更加優越的包裝容器。 

第三,由于納米材料的力磁電熱的性質,使得納米材料有著優越的敏感性。一些學者已經在研究將納米材料的敏感性應用到防偽包裝上面并取得了一定的成就。新的防偽包裝的產生,無疑能夠進一步加強普通食品和納米食品的安全。 

第四,經過研究發現納米技術和納米材料的一些性能能夠很好的解決食品的保鮮問題。 

經過研究發現傳統的食品保鮮包轉,在起到保鮮功能的同時還能夠產生乙烯,而乙烯又反過來加劇了食品的腐蝕,因此可以說傳統的食品保鮮包轉并沒有能夠很好的起到保鮮功能。在納米技術在研究過程中,發現納米ag粉具有對乙烯進行催化其氧化的作用。所以只要在現有的保鮮包轉材料中加入一些納米ag粉,就可以加速傳統保鮮包轉材料產生的乙烯的氧化從而抑制乙烯的產生,進而產生更好的保鮮效果。 

綜上所述納米技術雖然還有一些不足和缺陷,但是經過多年的研究和發展納米技術已經取得了很大的進步和發展,并且已經開始應用于生產和生活領域。納米技術和納米材料以其特殊的性能不緊能夠生產出性質更加優越的納米食品同時通過改善包裝材料還可以進一步提高食品的安全。 

 

參考文獻 

[1]楊安樹,陳紅兵.納米技術在食品加工中的應用[j].食品 科技,2007(9). 

[2]張汝冰,劉宏英,李鳳生.納米材料在催化領域的應用及 研究進展[j].化工新型材料,1999(5). 

[3]何碧煙,歐光南.食品添加劑對番茄紅素穩定性的影響 [j].集美大學學報:自然科學版,2000(1). 

[4]郭景坤,馮楚德.納米陶瓷的最近進展[j].材料研究學 報,1995(5). 

[5]黃占杰.無機抗菌劑的發展與應用[j].材料導報,1999 (2). 

[6]張倩倩.納米粒子增強蛋白質直接電子傳遞及其傳感應用 [d].南京師范大學,2007 . 

[7]張濤,江波,沐萬孟.納米技術及其在食品中的應用研究 進展[j].安徽農業科學. 

[8]郭衛紅,李盾,唐頌超,蘇誠偉,徐種德.納米材料及其 在聚合物改性中的應用[j].工程塑料應用,1998(4). 

[9]袁飛,徐寶梁,黃文勝,唐英章.納米技術在世界范圍內 食品工業中的應用[j].食品科技. 

篇9

【關鍵詞】納米；科技發展；納米科技

1.何謂納米科技

所謂納米尺度是指十億分的一米，約為人類頭發直徑的八萬分的一，相當于十個氫原子的直徑長。納米科技涵蓋材料、微電子、計算機工程、化工、化學、物理、醫學、航天、環境、能源以及生物等各領域。而納米科技一般系指利用數個納米至數十個納米的觀察與操作技術，制作出具有該尺度的各種功能新穎的構造體，將其制作成各種不同領域與制程整合并加以利用的技術。

2.納米材料的特性

當材料結構小到納米尺寸時，材料中的晶粒大小介于一到十納米范圍的間。一般定義晶?；蝾w粒直徑小于1　0　0納米的粒子稱為納米晶。當超威粉粒直徑、薄膜厚度或孔隙直徑從微米減小至納米等級，具有與一般固體晶相或非晶質結構不同的原子結構；且有與傳統晶?；蚍蔷з|材料不同的性質，這些材料結構已小于可見光的波長，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，又因其固體表面原子的熱與化學穩定性比內部的原子要差得多，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構尺寸已經縮小到器件所利用的物理原理即將失效的階段，科學家們預測這些物理原理的適用性再撐不過十年，由于納米結構材料，仍有很多的新化學性質及物理性質，例如材料強度、模數、延性、磨耗性質、磁特性、表面催化性以及腐蝕行為等，會隨著粒徑大小不同而發生變化，也就是說如果我們想要利用納米材料結構，不只需要找出更好的材料、更簡便和可信度高的生產方法，同時也必須了解其新物理和化學性質，想出新運用的原理，并且可以做出特定大小、形狀，或有可區分出不同尺寸與形狀的納米制造技術。

3.半導體納米組件

目前電子產品組件中的晶體管和鏈接尺寸都已經縮小到0.13微米（百萬分的一米）　以下，在計算機內兩公分平方的中央數據處理器，英特爾（　intel）　的最新商用微處理器pentium　4，系使用0.18微米制程，于一個微處理器內包含4700萬個晶體管，若使用0.02微米制程，則每一個微處理器幾乎可容納10億個晶體管。當我們從0.13微米發展到0.10微米將會面對棘手的技術障礙。為進一步的發展，需要材料、非光學微影制程、蝕刻、沈積和低溫退火等多方面的突破。除此的外，設計、檢驗、測試和封裝技術都需要艱難的技術革新。英特爾的創辦人的一、摩爾博士于1965年曾謂微處理器的晶體管密度，每十八個月會增加一倍，此即為摩爾定律，業界要維系摩爾定律，就必須不斷的提升制程技術，其中的關鍵技術即為微影，例如傳統微影制程使用的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年內的主要曝光技術則是深紫外光光學微影（duv），2000年全球微影設備出貨量中，d　u　v設備占6　2％，9　9年時為57％，在d　u　v曝光技術中，　193納米氟化氬（arf）　雷射為深紫外光光學微影的主要光學光源，其解像度為0.13-0.10微米。更多的工作將會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。我們會努力將阻抗更低的材料、導電性更高的薄膜、新型金屬或金屬化合物和導電性更低的隔層材料應用到新的生產線中。除此的外，許多的專家將會投入大量時間研究原子級檢驗、超高速芯片級測試和高效可靠的封裝。臺灣有不少硅晶圓制造公司已經成功地發展出小于0.11微米的組件。

4.掃描探針微影術在納米科技的應用

掃描探針微影術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）　來進行納米級微影的新技術?？捎靡葬槍Σ牧媳砻嫣匦缘臋z測，近年來更利用微小的探針頭尖端靠近材料表面以產生局部的強電場或低能電子束，用于改變表面特性的掃描探針微影術，即由相關參數的調整，而發展出多種掃描探針顯微加工技術。而其運用的范圍已擴及表面物理、固態物理、生物物理、生命科學、材料科學、納米科學等學術研究，以及納米量測、半導體檢測、超精密加工、生物技術與納米技術等工程研究與實際運用。掃描探針顯微鏡由于可達到原子級或納米級的分析能力，而且進行測量

與加工所需旳能量差別不大，因此同一系統幾乎可同時進行納米量測與納米加工，是未來納米技術最重要的基礎關鍵技術的一。其中，使用導電探針以產生場致陽極氧化作用的方法更被應用于制造納米尺寸的組件，如場效晶體管、單電子晶體管、單電子內存、高密度數據儲存媒介等。

5.納米碳管的研究

納米材料的研究為目前科學技術發展的先驅之一，其中，近年來被發現的納米碳管更是因其優異的性質而備受矚目，并擁有許多潛在的應用。納米碳管有很高的化學穩定性、熱傳導性和機械強度，尤其是獨特的電子性質，使其可應用在場發射平面顯示器上，有極大的發展潛力。自1991年被s.　iijima發現以來，已逐漸成為科學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）　所構成，在納米碳管石墨層中央部分都是六圓環，而在末端或轉折部份則有五圓環或七圓環，每一個碳原子皆為s　p2構造，基本上納米碳管上石墨層的構造及化學性質與碳六十相似。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及惰性氣體環境下，火花放電而生成。第二種方法為激光激發法，由聚焦的高能量激光束于120℃高溫爐中揮發石墨棒而生成。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。由于上述三方法對于量產納米碳管依舊有一段距離。

6.生物科技在納米技術的應用

納米科技不只可以應用在電子信息工業上，在生物和醫學上也一樣有用。當我們有一天能區分出健康和患病者d　na基因內碼排列的差異性時，也許可利用納米技術來加以修正；生物芯片因為結構微小，其偵測靈敏度特別的高，只需要極少量分子即能檢驗出病因，現在我們生病時所做生理檢查總是避免不了驗血、驗尿、驗一大堆東西，有些檢驗還得等好幾天的細菌培養，生物芯片一旦發展成功，小小的一片，從分子生物學出發，一次便可做多種檢驗，且不到幾分鐘或幾秒鐘便能全部完成；當然制造小醫療器件，把它注入體內做長期醫療工作也是發展方向之一，器件小會減少對其他器官正常作用的干擾。另外在基礎生物醫學方面，生物分子如何作用也可用納米技術做非常細微的分析，即以了解其作用機制，預料利用納米技術，有一天科學家可以測量單一分子的光譜和鍵能，也可切割或連結某一特定的分子鍵，一個分子馬達如何的旋轉，還有一個蛋白分子如何的松縮等現象也都可利用原子力顯微鏡等顯微技術直接觀察研究。

篇10

納米科技和納米材料是20世紀80年代剛剛誕生并正在崛起的高新技術,它是研究包括從亞微米、納米到團簇尺寸(從幾個原子到幾百個原子以上尺寸)之間的物質組成體系的運動相互作用以及可能的實際應用中的科學技術問題,研究內容還涉及現代科技的廣闊領域。世界各國都對納米技術給予了極大關注,美國、日本、德國等發達國家,都將納米技術和納米材料作為研究開發的熱點課題,并得到政府的資金支持。隨著科技發展進步,人類對納米科技的研究日益廣泛深入,納米技術也已開始得到了較大范圍的應用,并越來越深入地影響和改變著人們的生產、生活及思想,而對經濟、政治及社會的影響則更多地體現在各國間對納米科技及其應用的激烈競爭上。具有特異功能的各種納米材料越來越多,由納米材料制備的功能性產品也不斷地被開發出來,開始形成一個新型的納米功能性產品的產業領域。在眾多的納米材料中,一些高性能的納米陶瓷粉體材料,也就是廣義上的無機非金屬納米材料的開發應用最為廣泛和活躍,并已在多種產業和實際產品中得到應用,出現了高性能多功能性納米產品,從而使得許多傳統產業正在發生一場新的技術革命。隨著納米技術和納米材料進入更多的傳統產業和傳統產品中,納米科技將會給整個社會帶來更大的經濟和社會效益,并對人類社會的發展和進步產生深遠地影響。

納米是一個長度單位,1納米等于十億分之一米,20納米相當于1根頭發絲的三千分之一。20世紀90年代起,各國科學家紛紛投入一場“納米大戰”,在0.10―100納米尺度的空間內,研究電子、原子和分子運動規律和特性。

中國科學界不甘人后,1993年中國科學院北京真空物理實驗室操縱原子成功寫出“中國”二字,標志著中國開始在國際納米科技領域占有一席之地,并居于國際科技前沿。研究材料學的專家學者也不甘人后,紛紛把眼光瞄準了“納米”這一新技術領域,使得納米科技和納米技術取得了迅速地發展。隨著納米材料和納米技術進入更多的傳統產業和傳統產品中,納米科技將會給整個社會帶來更大的經濟和社會效益,對人類社會進步產生深遠的影響,同時發展納米科技是轉變經濟發展方式,實現可持續發展的關鍵。戰略性新興產業是新型科技和新型產業的深度融合,代表著科技創新的方向,也代表產業發展的方向,使戰略性新興產業盡早成為國民經濟的先導產業和支柱產業,要大力推動自主創新、提高原始創新能力和關鍵核心技術創新能力,著力突破制約經濟社會發展的關鍵技術問題。加快推進自主創新,緊緊抓住新一輪世界科技革命帶來的戰略機遇,更加注重自主創新能力,加快科技成果向現實生產力轉化,加快科技體制改革,加快建設宏大的創新型科技人才隊伍,謀求經濟增長與發展主動權,形成長期競爭優勢,為加快經濟發展方式轉變提供強有力的科技支撐。

太原高科公司及企業技術中心簡介

太原高科耐火材料有限公司于1989年由高樹森董事長基于創新耐火材料,服務產業經濟的夢想而發起創立。在成立之初,這只是一家簡易的小型耐火材料廠,經過幾年的艱苦奮斗,企業取得了初步的發展。1992年經山西省高新技術委員會認定、國家太原高新技術開發區管委會批準,成立了太原高科耐火材料有限公司(簡稱太原高科)。公司建立了耐火材料生產廠和專門的耐火材料技術研究中心,并被山西省科技廳確立為山西省耐火材料工程技術中心,成為耐火材料行業唯一的國家級高新技術企業。并承擔山西省高端重點行業用耐火材料的技術研究與開發工作。先后研究開發出多種耐火材料高新技術產品,及時將研究成果轉化為生產力,大大促進了企業的發展,同時為技術研究和自主創新提供了雄厚的資金支持,形成了生產與科研相互促進的良好局面。公司與國內多所高等院校、科研機構在產品開發、技術交流等領域建立長期的合作關系,使公司在新產品技術性能、使用性能、技術儲備等方面不斷創新,形成了產學研聯盟,具備研究、開發、生產高技術特種耐火材料能力,形成了自主研發、自主創新和自我實現產業化的良性循環。經過20年的發展,在實現了公司的管理升級和穩步、持續、快速發展的同時,確立了以“以科研為依托,市場為導向”的科技興企的發展戰略。

目前,太原高科已通過ISO9001-2000國際質量體系認證和ISO14001:2004環境管理體系認證,被山西省科委確定為“山西省科技先導型企業”、太原市科技局授予“太原市科技創新示范單位”、太原高新區授予“十佳技術創新項目企業”及“質量管理先進企業”、山西省認定為企業技術中心。最近,中國耐火材料行業協會授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技術研究中心“行業納米材料產業化示范基地”的稱號。

實踐證明,堅持科學發展觀,堅持走自主研發和自主創新的道路是太原高科發展的根本。通過多年的努力,太原高科公司已走出了自主研發、自主創新、自主生產科研成果的路子,由“中國制造”變為“中國創造”,而且實際效益十分突出,在這次金融危機的沖擊下,該企業也受到一定程度的影響,但在高董事長的帶領下克服重重困難,企業產值利潤仍得到了較大增長,并且由于納米科技、納米材料開發成功和應用,企業潛在產值利潤發展空間十分廣闊。這同時也從一個側面說明,我國科技體制改革中建立以企業為主體、產學研結合的技術創新體系,并將其作為全面推進國家創新體系建設的突破口,只有以企業為主體才能堅持技術創新的市場導向,有效整合產學研的力量,確實增強國家競爭力,以企業為主體的創新機制,對科研成果迅速轉化為生產力具有重要的推動作用。

納米耐火材料研究成果概述

耐火材料是鋼鐵、有色金屬、建材、石化、能源、環保、電子、國防等基礎工業領域重要的基礎材料,是高溫工業熱工設備不可缺少的重要支撐材料,與鋼鐵等高溫工業的技術發展相互依存互為促進。為了開發21世紀新一代耐火材料,迫切需要運用尖端的納米技術和納米材料開發后續的納米耐火材料。隨著科學技術進步的日益加快和對納米技術廣泛深入的研究,作為高新技術,納米技術得到了迅速發展和廣泛應用,并且越來越深入地影響和改變著人們的生產、生活及思想,而對經濟、政治及社會的影響則更多地體現在各國間對納米技術及應用的激烈競爭上。耐火材料作為高溫工業,特別是鋼鐵工業服務的基礎材料,它一直伴隨著高溫技術和材料科學的進步而發展。如何應用尖端的納米技術和納米材料來改變耐火材料的組織結構,特別是微觀顯微結構,全面提高耐火材料的各項性能指標,更好地滿足鋼鐵等高溫工業發展及使用需求,一直是廣大耐火材料工作者所關注的熱點問題。因此,高科公司和技術中心研究人員在高樹森董事長的帶領下,對納米技術、納米材料及其在耐火材料領域中應用開展了長期的、多方面的探索與嘗試,并且在此工作基礎上還進行了專題研究和自主創新工作;結果表明,采用納米技術制備的納米陶瓷粉體材料所具有的功能特性,在納米耐火材料領域中應用都能夠充分地顯示出來且得以確認;采用納米技術和納米材料制成的納米耐火材料產品,在鋼鐵工業新技術(如煉鋼二次精煉)中使用,也顯示出令人振奮的使用結果。

近年來,我們對納米技術和納米材料進行了深入研究和自主創新,自2008年至今,在將近兩年的時間里,共申報了六項納米耐火材料發明專利項目,涉及耐火材料的主要品種,前五項發明專利均已公布,并經有關部門嚴格篩選后評定,被列為年度國家重點發明專利項目,并納入國家發明專利實施轉化項目中,還被國家知識產權局出版社編入發明人年鑒中;前兩項發明專利獲第九屆香港國際發明博覽會金獎,又獲第十二屆中國北京國際科技產業博覽會第三屆中國自主創新杰出貢獻獎。2010年這些納米發明專利在第十三屆中國北京國際科技產業博覽會上又獲“中國自主創新杰出貢獻獎”,并在“中國高新企業發展國際論壇”上做了《關于發展納米科技和納米耐火材料自主創新及其產業化》的重要報告。六項納米發明專利項目分別是:

納米耐火材料發明專利之一

納米復合氧化物陶瓷結合鋁―尖晶石耐火澆注料及其制備方法(公布號:101397212A)

納米耐火材料發明專利之二

納米Al2O3薄膜包裹的碳―鋁尖晶石耐火澆注料及其制備方法(公布號:101417884A)

納米耐火材料發明專利之三

納米Al2O3、MgO復合陶瓷結合尖晶石―鎂質耐火澆注料及其制備方法(公布號:101544505A)

納米耐火材料發明專利之四

納米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳―尖晶石鎂質耐火澆注料及其制備方法(公布號:101555153A)

納米耐火材料發明專利之五

納米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C質耐火澆注料及其制備方法(公布號:2101767999A)

納米耐火材料發明專利之六

納米SiO2、CaO復合陶瓷結合硅質耐火澆注料及其制備方法(申請號:201010165554.9)

納米耐火材料系列發明專利的公布,是納米技術和納米材料在耐火材料領域中成功應用的重要標志,也是納米技術和納米材料在傳統產業中自主研發、自主創新的重要發展方向,對鋼鐵等高溫工業的發展和高新技術的應用,作出了重要貢獻。同時,發展納米科技是轉變經濟發展方式,實現可持續發展的關鍵。具有戰略性的納米新興產業是新興科技、新興產業的深度融合,代表著科技創新的方向,也代表產業發展的方向。使納米戰略性新興產業盡早成為國民經濟的先導產業和支柱產業,要大力推動自主創新,著力突破制約經濟社會發展的關鍵技術問題。加快推進自主創新,緊緊抓住新一輪世界科技革命帶來的戰略機遇,更加注重創新,加快自主創新能力,加快科技成果向現實生產力轉化,加強科技體制改革,加快建設宏大的創新型科技人才隊伍,謀求經濟增長與發展主動權,形成長期競爭優勢,為加快經濟發展方式轉變提供強有力的科技支撐。太原高科納米耐火材料的研究及其發明專利成果,大大推動了我國納米技術、納米材料的進步與發展,為耐火材料的發展開辟了一片新天地,也為開發更長壽、更節能、無污染功能化的新型綠色耐火材料帶來了發展空間。為了進一步深入發展納米技術在耐火材料領域中的應用研究,使納米技術在耐火材料領域中得到更廣泛的應用,太原高科將研究開發更多更實用的納米耐火材料發明專利成果,以滿足鋼鐵等高溫工業發展需求,也為鋼鐵等高溫工業技術的實施與發展提供了最佳服務。

發展“綠色耐材” 節能減排

耐火材料是高溫工業的重要基礎材料。在全球大力發展低碳經濟形勢下,實現高溫工業的“綠色化”與耐火材料工業自身的“綠色化”不無關系。綠色耐火材料戰略是關系到我國當前和今后耐火材料行業可持續發展的重要發展戰略。我國在耐火材料總產量和品種數量上是當之無愧的世界第一。但就“綠色度”而言,差距卻甚大,表現在諸如:煉鋼耐火材料的平均比消耗高出國際先進水平1倍以上,高性能、長壽命產品比例少,質量穩定性欠佳,技術附加值不高,能耗高,存在環保和公害問題,某些原料資源短缺等。

我們研究開發的新型納米耐火澆注料及其整體澆注技術,大幅度提高澆注的整體爐襯的使用壽命,節省資源,且節能環保,生產成本相對較低,經濟適應性強,無粉塵,無排放有害氣體,特別是無納米粉體的污染,是真正的綠色耐火材料,適應循環經濟發展要求,具有顯著的經濟效益和社會效益,已達到國際先進水平。該系列項目的大力推廣也將為我國豐富的耐火礦產資源在現代耐火材料應用中提供廣闊的發展前景,將資源變為產品,推動市場效益,可帶動資源產業的更快發展。

建立納米耐材產業化示范基地

我國鋼鐵產量巨大,2009年鋼產量達5.7億噸,位居世界首位,約占世界總產鋼量的47%以上,鋼鐵生產的高速增長是伴隨著流程優化與結構調整來實現的,其重要的就是對加快推進生態文明建設是從清潔生產總體高度上,加快科技創新與進步,繼續將納米技術納入到耐火材料尖端技術之中,進行深入的研究開發和自主創新,并實施產業化,對鋼鐵等高溫工業發展、高新技術的采用與實施、節能減排、提高質量、創新品種都將發揮非常重要的作用。

納米科技和納米材料是21世紀最有發展前景的高新技術,它對國家經濟發展、經濟轉型、傳統經濟改造、自主創新等均具有重要意義。然而,納米科技和納米材料只有在生產實際應用中才能體現出自身的重大價值。國外多個國家都對納米產品的產業化給予特別關注,并且作為納米科技發展水平的重要標志。納米材料制備技術由實驗室轉移到工廠生產勢在必行,在納米技術產業化過程中存在多方面制約納米發展的瓶頸問題。為了解決納米耐火材料產業化中出現的各種瓶頸問題,我們開展長期的專項研究并取得了較好的效果,這就為納米耐火材料產業化鋪平了道路,為加快推進產業結構調整,完善現代產業體系,加快推進傳統產業技術改造,加快發展納米戰略新興產業,全面提升產業技術水平和國際競爭力,都具有重大意義。

為此,建立納米耐火材料產業化示范基地,對當前和今后耐火材料工業和鋼鐵等高溫工業的發展是非常有意義的,而且也是十分緊迫和刻不容緩的。此外,國際間納米技術和納米材料的競爭更多體現在工業生產的納米產品上,太原高科對納米科技和納米耐火材料的研究開發和自主創新作了長期的艱苦努力,并取得多項發明專利成果,并且對納米科技和納米耐火材料繼續開展深入研究和產業化基地建設將會取得更多、更大進展,為我國納米科技發展作出貢獻。產業化示范基地建立后,太原高科將運用多項高新技術,謀求與尖端的納米技術整合,加速納米耐火材料的理論與實際應用研究,為耐火材料行業的納米化發展創造條件和奠定基礎,完成開發成果后,可積極推進開發和創新成果的產業化,及時服務于鋼鐵等高溫工業生產中,使納米技術及早地顯現出經濟效益和社會效益,為科技發展和進步作貢獻,努力把21世紀納米尖端耐火材料的開發與生產做好、做成功;為國家高溫工業的發展繼續作研發與服務;加快傳統工業的改造,促進我國經濟的平穩、快速發展。■