納米技術(shù)在材料中的創(chuàng)新應(yīng)用

納米技術(shù)在材料中的創(chuàng)新應(yīng)用——納米尺度下的奇跡編輯部記者張航整理諾貝爾獎獲得者Feyneman在六十年代曾經(jīng)預(yù)言：“如果我們對物體微小規(guī)模上的排列加以某種控制的話，我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性，就會看到材料的性能產(chǎn)生豐富的變化?！彼f的材料就是現(xiàn)在的納米材料。納米材料是在納米量級范圍內(nèi)調(diào)控物質(zhì)結(jié)構(gòu)研制而成的新材料。納米技術(shù)是指在納米尺度范圍內(nèi)，通過操縱原子、分子、原子團和分子團，使其重新排列組合成新物質(zhì)的技術(shù)。下面是納米技術(shù)在材料領(lǐng)域的部分最新動態(tài)和研究成果：1.DNA自組裝構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)研究中美科學(xué)家合作，利用DNA自組裝技術(shù)，制備得到了一系列由金納米粒子和量子點組成的離散納米結(jié)構(gòu)，并通過調(diào)節(jié)離散納米結(jié)構(gòu)中的金納米粒子的大小、金納米粒子與量子點之間的間距和金納米粒子與量子點的比例，利用穩(wěn)態(tài)熒光光譜和時間分辨光譜技術(shù)系統(tǒng)研究了金納米粒子對量子點熒光強度的影響規(guī)律。圖1.DNA自組裝構(gòu)建金納米粒子-量子點離散納米結(jié)構(gòu)示意圖r 一圖1.DNA自組裝構(gòu)建金納米粒子-量子點離散納米結(jié)構(gòu)示意圖r 一I ,?.. I%p-m耳niik■%I2.合成“俄扇右^!?/■；?：'：寺*:g1［冷佛黑比:":喬t.■:「叮:曙?英圖2?典型的金卩斯套娃”型金屬富勒IdSc4C2@C80。金屬富勒烯是將金屬原子嵌入富勒烯碳籠而形成的一類具有新奇結(jié)構(gòu)以及特殊光電特性的分子。該分子的電子結(jié)構(gòu)為（C2）6-@（Sc4）12+@C806-,各球殼層間的電子轉(zhuǎn)移使分子形成高度穩(wěn)定的閉殼層結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈正負相間的多層球面使其類似于一個分子電容器。這種結(jié)構(gòu)金屬富勒烯的發(fā)現(xiàn)，不但豐富了金屬富勒烯的種類，在結(jié)構(gòu)化學(xué)方面具有重要意義，同時該分子本身在單分子器件、納米器件以及高溫超導(dǎo)等方面也具有潛在價值。LaserInertshellRaman

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signal中美科學(xué)家金等單晶電極上L.—“—''殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜〃親!隔絕納米粒子增強拉曼光譜輕學(xué)控制條件下獲得了多種分子或離子吸附在鉑、R,相當于在金屬或其他材料（例如半導(dǎo)體硅表面甚至橘子皮）面上鋪撒一層“聰明的灰塵”,即用化學(xué)惰性材料超薄殼層（約2至4個納米厚度）所隔絕的金納米粒子,利用這些納米粒子能使各種材料表面的拉曼光譜得到增強。實驗證明拉曼光譜方法可以應(yīng)用于檢測各類材料的最表層化學(xué)組分和任何形貌的基底,將在材料科學(xué)和生命科學(xué)中得到運用。hybaidsihcaof stnictur^silicananorattilcAti@SiO2iifinorfiKl&sLarge-scaleProductionSilicaNanoraltles4.中空結(jié)構(gòu)納米顆粒制備獲突破

hybaidsihcaof stnictur^silicananorattilcAti@SiO2iifinorfiKl&sLarge-scaleProductionSilicaNanoraltles近日，中國科學(xué)家在具有中空介孔結(jié)構(gòu)的“夾心二氧化硅”納米顆粒的制備方面取得了重要突破。本研究中他們設(shè)計了具有“三明治”結(jié)構(gòu)的有機無機雜化二氧化硅納米材料，通過自主研發(fā)的可控制備生長技術(shù)，經(jīng)過一步法成功合成出一系列尺寸和結(jié)構(gòu)可控的“三明治”復(fù)合顆粒，進一步采用刻蝕劑刻蝕掉中間層，得到具有中空結(jié)構(gòu)，有可移動內(nèi)核和外殼的夾心二氧化硅納米顆粒(SilicaNanorattle)。具有中空結(jié)構(gòu)的納米材料，由于其具備空腔、質(zhì)輕等特殊性能，在器件制備、催化反應(yīng)、存儲材料、生物醫(yī)用材料等方面具有獨特的優(yōu)勢。5.剛?cè)峤Y(jié)合出奇“材”——科學(xué)家巧用沾筆納米光刻技術(shù)獲得生物超材料沾筆納米光刻工藝示意圖'沖—I叮沾筆納米光刻是一種用鋒利的筆狀工具和“墨水”在固體物質(zhì)表面上勾畫納米級圖形的技術(shù)。德國科學(xué)家勒恩荷特將沾筆納米光刻經(jīng)過改進，讓它成為一種形成新材料的工藝講可以說是獲得'為墨水)與堅硬材;讓柔性材料將柔性材料與硬性材料結(jié)合，事實上它們就是學(xué)術(shù)界所稱的生物超材料沾筆納米光刻工藝示意圖'沖—I叮沾筆納米光刻是一種用鋒利的筆狀工具和“墨水”在固體物質(zhì)表面上勾畫納米級圖形的技術(shù)。德國科學(xué)家勒恩荷特將沾筆納米光刻經(jīng)過改進，讓它成為一種形成新材料的工藝講可以說是獲得'為墨水)與堅硬材;讓柔性材料將柔性材料與硬性材料結(jié)合，事實上它們就是學(xué)術(shù)界所稱的生物超材料(biometamaterial))，它們并不存在|勺一類物質(zhì),于自然界中。這類材料的行為如同生物傳感器，通過將敏感生物元素和物理器件結(jié)合起來，能現(xiàn)場檢測生物制劑的存在與否。該新材料，不僅能用于醫(yī)學(xué)診斷，而且可用于材料的任何領(lǐng)域，從人體組織工程到藥物開發(fā)以及計算機芯片制造。6■調(diào)控PH值可制造出不同形狀和顏色的納米材料我國科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)，銀納米粒子的形狀、顏色和光學(xué)性質(zhì)都可以通過一種簡易、廉價、省時的方法進行控制。只要調(diào)節(jié)納米粒子的沉浸溶液的PH值，銀納米棱柱(nanoprisms)就可以變成納米圓盤(nanodiscs)，同時提高粒子的光散射特性。控制納米材料形狀和顏色可用于增強SERS效應(yīng)，SERS已經(jīng)被用于材料分析和放大電子通訊信號。在生物傳感應(yīng)用方面，如蛋白質(zhì)和DNA探測；在化學(xué)傳感應(yīng)用方面，如小化學(xué)分子探測。

圖片說明：不同PH值時的納米棱柱形狀。A圖為初始狀態(tài)，B圖PH圖片說明：不同PH值時的納米棱柱形狀。A圖為初始狀態(tài)，B圖PH值4.0,C圖PH值2.2。中國科學(xué)家通過集成有序納米孔材料合成和納米材料表面微納加工兩種先進技術(shù)，提出了一種在有序的多孔陽極氧化鋁基片上獲得所需圖案的低成本方法。他們在正常的光刻加工步驟完成后，利用化學(xué)刻蝕方法代替通常采用的干法刻蝕工藝，從而快速地將所需的微觀圖案轉(zhuǎn)移到多孔陽極氧化鋁片上。實驗表明，通過上述方法可以在多孔氧化鋁片上刻制出高精度的圖形結(jié)構(gòu)，并且加工獲取的圖形結(jié)構(gòu)深度很容易超過10“m以上。該方法將衍射光學(xué)元件如三耀瀨爛滾相位透射光柵柵及其激光衍射圖案透射光柵的加工由傳統(tǒng)的致密光學(xué)材料擴展到有序納米孔材料上，有望適用于制三耀瀨爛滾相位透射光柵柵及其激光衍射圖案納米陶瓷復(fù)*納米陶瓷復(fù)*薄膜。然后筑了一種金8、抗磨涂最近，，中國科學(xué)家利用合薄膜。先利用電沉積技術(shù)*經(jīng)過600r高溫熱處理，薄膜中的羧基與鉻發(fā)生反應(yīng)，在鉻基體中生成納米陶瓷

增強相，得到Cr-Cr203-Cr7C3復(fù)合薄膜。其硬度(H)達到21GPa,彈性模量(E)為248GPa，H/E為0.0847。摩擦磨損測試結(jié)果表明，該薄膜與工業(yè)用鋼材具有良好的結(jié)合力，并具有優(yōu)異的抗磨性能，尤其是具有突出的高溫抗磨性能。這種在金屬基體中原位生成高硬度陶瓷復(fù)合相的方法既克服了納米陶瓷增強相的分散問題，又降低了材料制作成本，是一種可以廣泛推廣的抗磨涂層設(shè)計方法。Ipq? 一AX 表面親水性納米薄層|Woo!Fltrerl (SilicaHgnQpflrtlc.lw|PH=3-4近日京港兩地科學(xué)家攜手利用納們聯(lián)合研發(fā)的納米后整理技術(shù)可讓羊毛:吸”并釋放汗水的“智能”技術(shù)研發(fā)功能羊毛織物的工作取得突破性進展。他有“大腦”，使其成為利于防縮，抗皺，且能夠“呼織物。。這項技術(shù)在羊毛纖維表面修飾卜米薄層，該薄層由相當于人的發(fā)絲寬度1/50000Ipq? 一AX 表面親水性納米薄層|Woo!Fltrerl (SilicaHgnQpflrtlc.lw|PH=3-4近日京港兩地科學(xué)家攜手利用納們聯(lián)合研發(fā)的納米后整理技術(shù)可讓羊毛:吸”并釋放汗水的“智能”技術(shù)研發(fā)功能羊毛織物的工作取得突破性進展。他有“大腦”，使其成為利于防縮，抗皺，且能夠“呼織物。。這項技術(shù)在羊毛纖維表面修飾卜米薄層，該薄層由相當于人的發(fā)絲寬度1/50000旳氧化硅納米顆粒組成。這些顆粒能夠通過改變纖維表面能和表面結(jié)構(gòu)，讓羊毛變得超親水。而且這種新薄層不會影響羊毛的顏色和質(zhì)地，并能經(jīng)受起日常的干洗。電致熱熒中國科學(xué)下的納腔等審量上轉(zhuǎn)換發(fā)和“彩色”頻譜[STM)與光學(xué)檢測可調(diào)的近場相干次展示亞波長尺度的發(fā)光特性，實現(xiàn)10、納米等離激元光子學(xué)研究獲進展

新奇的電光效應(yīng)：電致熱熒光、能量上轉(zhuǎn)換發(fā)光和“彩色”頻譜調(diào)控。該成果可望對點光源制作、高分辨成像、以及基于等離激元電路的納米光電集成技術(shù)提供新的研制思路。電致熱熒中國科學(xué)下的納腔等審量