納米材料簡介

納米材料簡介姓名：李猛學號：52100602003摘要：納米技術是當今世界最有前途的決定性技術。文章簡要闡述了納米材料的基本概念，介紹了納米材料的發(fā)現(xiàn)，國內外的發(fā)展以及納米材料各方面的性能在實際中的應用，并指出了納米材料發(fā)展過程中的缺陷,最后展望了納米材料的應用前景。關鍵詞：納米；納米材料；納米技術引言：如果組成材料的物質顆粒變小了，“小不點”會不會與“大個子”的性質很不相同呢？這便是納米材料的發(fā)現(xiàn)者德國物理學家格萊特的科學思路。那是1980年的一天，格萊特到澳大利亞旅游，當他獨自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時，空曠、寂寞和孤獨的環(huán)境反而使他的思維特別活躍和敏銳。他長期從事晶體材料的研究，了解到晶體的晶粒大小對材料的性能有很大的影響，晶粒越小，強度就越高。格萊特上面的設想只是材料的一般規(guī)律，他的想法一步一步地深入，如果組成材料的晶體的晶粒細到只有幾個納米大小，材料會是個什么樣子呢？或許會發(fā)生“翻天覆地”的變化吧！格萊特帶著這些想法回國后，立即開始試驗，經過將近4年的努力，終于在1984年制得了只有幾個納米大小的超細粉末，包括多種金屬、無機化合物和有機化合物的超細粉末。格萊特在研究這些超細粉末時發(fā)現(xiàn)了一個十分有趣的現(xiàn)象。眾所周知，金屬具有各種不同的顏色，如金子是金黃色的，銀子是銀白色的，鐵是銀白色的。至于金屬以外的材料，例如無機化合物和有機化合物，它們也可以帶著不同的色彩，瓷器上面的釉歷來都是多彩的，由各種有機化合物組成的染料更是鮮艷無比?？墒牵坏┧羞@些材料都被制成超細粉末時，它們的顏色便一律都是黑色的，瓷器上的釉、染料以及各種金屬統(tǒng)統(tǒng)變成了一種顏色——黑色。正像格萊特想像的那樣，“小不點”與“大個子”相比，性能上發(fā)生了“翻天覆地"的變化。為什么無論什么材料，一旦制成納米“小不點”，就都成了黑色的呢？原來當材料的顆粒尺寸變到小于光波的波長（1×10-7m左右）時，它對光的反射能力變得非常低，大約低到小于1％，既然超細粉末對光的反射能力很小，我們見到的納米材料便都是黑色的了?！靶〔稽c”性質上的變化確實是令人難以置信的。著名的美國阿貢國家實驗室制備出了一種納米金屬，居然使金屬從導電體變成了絕緣體；用納米大小的陶瓷粉末燒結成的陶瓷制品再也不會一摔就破了。格萊特的發(fā)現(xiàn)已經正在改變科學技術中的一些傳統(tǒng)概念。因此，納米材料將是21世紀備受矚目的一種高新技術產品。目錄一納米材料的基本概念 12.1納米材料的定義 12.2納米材料的分類 2二納米材料的發(fā)展 22.1國際發(fā)展 22.2國內發(fā)展 3三納米材料的應用 53.1.天然納米材料的應用 53.2.納米磁性材料的應用 63.3.納米陶瓷材料的應用 63.4.納米顆粒在電化學生物傳感器中的應用 63.5.納米傾斜功能材料的應用 73.6.納米半導體材料的應用 73.7.納米催化材料的應用 83.8.納米材料在醫(yī)療上的應用 83.9.納米材料在計算機上的應用 83.10.納米碳管的應用 93.11.納米材料在涂料方面的應用 9四納米技術發(fā)展現(xiàn)狀、缺陷及展望 104.1.納米技術發(fā)展現(xiàn)狀 104.2.納米技術的缺陷 104.3納米技術的前景及展望 10總結 11參考文獻 11一納米材料的基本概念2.1納米材料的定義讓我們看看科學家是如何解釋的：“物理上，納米（nm），又稱毫微米，如同厘米、分米和米一樣，是長度的度量單位。具體地說，1納米等于十億分之一米的長度，對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，比如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級，1納米的物體放到乒乓球上，就像一個乒乓球放在地球上一般；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。納米材料全稱為納米級結構材料，是指其結構單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發(fā)生很大變化。并且其尺度已接近光的波長，加上其具有大的比表面積的特殊效應，因此其所表現(xiàn)的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質在整體狀態(tài)時所表現(xiàn)的性質。所以，一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學特性。2.2納米材料的分類A、按維數或結構來分，納米材料的基本單元可以分為四類：零維納米材料；一維納米材料；二維納米材料；三維納米材料。B、按材料物性劃分，納米材料可分為：納米半導體；納米磁性材料；納米非線性光學材料；納米鐵電體；納米熱電材料；納米光電材料；納米超導材料。C、按應用劃分，納米材料又可分為：納米電子材料；納米光電子材料；納米生物醫(yī)藥材料；納米敏感材料；納米儲能材料。D、按化學組分劃分，納米材料可劃分為：納米金屬；納米晶體；納米陶瓷；納米玻璃；納米高分子；納米復合材料。二納米材料的發(fā)展2.1國際發(fā)展1959年12月25日著名物理學家、諾貝爾獲獎者理查德?費曼（RichardFeynman）在美國物理學會會議上做了題為《在底部還有很大空間》的演講。雖然沒有使用“納米”這個詞，但他實際上介紹了納米技術的基本概念。1974年日本教授谷口紀男（NorioTaniguchi）在一篇題為：“論納米技術的基本概念“的科技論文中給出了新的名詞——納米（Nano）。1981年格爾德?賓寧（GerdBinnig）和海因里希?羅雷爾（HeinrichRohrer）發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM），它使科學家第一次可以觀察并操縱單個原子。1985年賴斯大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了富勒烯（fullerenes）（更為人熟知的名稱是“布基球（buckyballs），由著名未來學家多面網格球頂的發(fā)明人巴克明斯特?富勒（R.BuckminsterFuller）命名，它可以被用來制造碳納米管，是如今使用最廣泛的納米材料之一。1986年在蘇黎世的IBM研究實驗室中，卡爾文?夸特（CalvinQuate）和克里斯托?格柏（ChristophGerber）與德國物理學家賓尼（Binnig）協(xié)作，發(fā)明了原子力顯微鏡。它成為在納米尺度成像，測量和操作的最重要的工具之一，這是納米技術最核心的部分。1989年在加州圣何塞的IBM阿爾馬登研究中心，公司的科學家唐艾?格勒（DonEigler）和埃哈德?施魏策爾（ErhardSchweizer）使用35個氙原子拼出了IBM公司的標志，進一步表明了納米顆粒的可操作性。1991年NEC公司的飯島澄男（SumioIijima）制造出了碳納米管。1998年白宮的國家科學技術理事會成立了納米技術的機構間工作組。它的任務是：贊助研討會和研究，以界定納米科學技術和預測其發(fā)展前景。1999年使用納米技術的消費類產品開始出現(xiàn)在全球市場。2001年美國總統(tǒng)克林頓建立了國家納米技術計劃，協(xié)調聯(lián)邦研究和開發(fā)工作，提高美國在納米技術上的競爭力。2002年歐盟以納米論壇的形式，向公眾普及納米技術知識。2003年美國國會制定21世紀納米技術研究和發(fā)展條例，為美國納米技術計劃提供了法律基礎，建立項目、分配機構的責任，授權籌資水平，以及啟動研究以解決關鍵問題。2008年12月10日國家研究委員會批評納米技術計劃的環(huán)境、健康和安全研究戰(zhàn)略；納米技術計劃回顧后，稱它對國家研究委員會的結論持有異議。2009年9月29日美國環(huán)保局陳述了新的研究策略，以更好地了解納米材料對人體健康和環(huán)境的潛在危害。它還宣布，某些納米材料的制造商和使用者必須告知環(huán)保局它們的使用計劃。2010年1月8日在英國上議院的科學和技術委員會就納米技術問題發(fā)表了有關納米技術和食品問題的長篇報告，警告本國的食品工業(yè)不要隱瞞納米技術的使用情況。2010年3月美國參議院環(huán)境和公共工程委員會繼續(xù)為修訂有30年歷史的有毒物質控制法收集證據。美國環(huán)保局稱，這將有助于規(guī)范納米材料的商業(yè)應用。2.2國內發(fā)展我國納米材料研究始于20世紀80年代末，“八五”期間“納米材料科學”列人國家攀登項目。此后，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，國家863計劃、973計劃新材料領域也對納米材料有關高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。其中，863計劃納米材料與微機電系統(tǒng)重大專項于2002年正式啟動。2002年重大專項以市場、應用和國家重大戰(zhàn)略需求為導向,面向和促進產業(yè)化為重點，針對國際納米材料技術發(fā)展趨勢，并結合我國國情，在有相對優(yōu)勢和戰(zhàn)略必爭的關鍵領域，如納米信息材料及器件的集成技術、納米生物醫(yī)用材料、納米環(huán)境材料、納米能源材料、納米結構材料、納米特種功能材料等進行了布局，批準實施課題63項；2003年則在納米光電子和電子材料體系、器件構造及集成技術，生物醫(yī)用器件、系統(tǒng)的納米材料及相關技術，原創(chuàng)性的并具有產業(yè)化前景的特種納米材料及技術，納米電子、納米生物醫(yī)學器件研發(fā)及規(guī)?；瘧盟匦璧募庸?、檢測設備進行了布局，批準實施課題39項；2004年在納米信息、生物醫(yī)學材料及相關應用技術等幾個方面重點支持，力爭實現(xiàn)技術的跨越發(fā)展，使我國在納米技術領域的國際競爭中占據有利的戰(zhàn)略地位。通過國家攻關計劃、863計劃、973計劃的實施，我國在納米技術研究方面己投人了大量的人力和物力。自2001年到2002年間，共資助項目545項，其中50萬以上的項目102項。在基礎研究和應用研究方面，500萬以上的項目26項，資助的總經費大約3.6億元，加上社會資金對納米材料產業(yè)化的投人，總投人約12億元。在國家各項科技計劃的支持下，我國納米材料及納米科學技術已經取得了比較突出的成果，例如，在納米電子方面，成功地研制出波導型單電子器件晶體管和對電荷超敏感的庫侖計；實現(xiàn)6納米寬的半導體量子線臺面和6納米寬的線條金屬柵，制備出間隔僅為10納米的多種“納米電極對”，用CMB效應進行高靈敏度傳感器和硬盤磁頭原理的研制工作。2001年我國開始了第一個“納米標準”的制定工作，這是納米產業(yè)發(fā)展加速的一個顯著標志，而支撐納米標準建立的是我國已經具備的納米基礎科學基礎研究、應用研究和產業(yè)化的實力。2004年5月20日，中國實驗室國家認可委員會納米技術委員成立，又使我國納米科技發(fā)展走上規(guī)范化管理的道路。目前，中國的納米材料專利(包括三資企業(yè)在中國的納米專利中請)占全世界該領域專利申請總數的20%以上，但我國專利質量和國外相比有一定的差距，尤其是納米技術在電子信息與生物這些技術含量高的領域嚴重不足。10年來，我國研究人員在國內外學術刊物上共發(fā)表有關納米材料和納米結構的論文2400篇，其中發(fā)表在《自然》和《科學》等世界頂級學術雜志上的論文共6篇，影響因子在6以上的學術論文近20篇，影響因子在3以上的31篇，被SCI和EI收錄的文章占整個發(fā)表論文的59%。根據2003年APEC統(tǒng)計，我國近幾年在ICA上發(fā)表的論文僅次于美國和日本，超過德國,位于第三位。如果把2001年和2004年初的論文包括在內，中國超過日本，位于第二位，占全世界發(fā)表論文總數的15.2%。經過幾年來國家的政策引導、各部門的配合、科學界和企業(yè)界的努力，我國不但發(fā)展了納米的基礎研究，部分納米技術已開始邁人產業(yè)化的階段。據統(tǒng)計，我國有300多家公司在從事納米材料和技術的研究及產業(yè)化，在納米復合材料改造傳統(tǒng)材料和產品方面，部分成果已經實現(xiàn)產業(yè)化，國家納米技術產業(yè)化基地于2000年12月在天津經濟技術開發(fā)區(qū)落成，促進了我國納米產業(yè)化的迅速發(fā)展；上海在涂料、光催化材料、生物材料、電子材料和測試儀器、傳統(tǒng)工業(yè)領域納米應用等方面的產業(yè)化也取得突破，累計新增產值5億元；“十五期間”北京隊納米產業(yè)化專項將投入2億元。三納米材料的應用納米材料具有常規(guī)材料所不具備的物理特性，即具有高度的彌散性和大界面，使納米材料具有高擴散率，蠕變和超塑性。為原子提供了短程擴散途徑，使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、從而其化學活性增大。因此納米材料的力、熱、聲、光、電磁等性質不同于該物質在粗精狀態(tài)時所表現(xiàn)出的性質（如表一）。納米材料的高強度、高擴散性、高塑性、低密度、高電阻、高比熱、強軟磁性等特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學、磁記錄、特殊導體、熱交換材料、敏感元件、潤滑劑等領域。3.1.天然納米材料的應用海龜在美國佛羅里達州的海邊產卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最后，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產卵。如此來回約需5～6年，為什么海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內的納米磁性材料，為它們準確無誤地導航。與此同時，生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來不會迷失方向時，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內同樣存在著納米材料為它們導航。表一：納米材料的物理性質及用途性能用途力學性能超硬、高強、高韌、超塑性材料，特別是陶瓷增韌和高韌高硬涂層光學性能光學纖維、光反射材料、吸波隱身材料、光過濾材料、光存貯、光開關、光導電體發(fā)光材料、光學非線性元件、紅外線傳感器、光折變材料磁性磁流體、磁記錄、永磁材料、磁存儲器、磁光元件、磁探測器、磁制冷材料、吸波材料、細胞分離、智能藥物電學性能導電漿料、電極、超導體、量子器件、壓敏電阻、非線性電阻、靜電屏蔽催化性能催化劑熱學性能耐熱材料、熱變換材料、低溫燒結材料敏感特性濕敏、溫敏、氣敏等傳感器、熱釋電材料其他醫(yī)學（細胞分離，細胞染色，醫(yī)療診斷，消毒殺菌，藥物載體）、能源（電池材料，貯氫材料）、環(huán)保（污水處理，廢物料處理，空氣消毒）、助燃劑、阻燃劑、拋光液、印刷油墨、潤滑劑3.2.納米磁性材料的應用近年來隨著信息量飛速增加，要求記錄介質材料高性能化，特別是記錄高密度化。高密度的記錄介質材料與超微粒有密切的關系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結構，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。此外，在電子計算機中為防止塵埃進入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉軸處也已普遍采用磁性液體（磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構成）的防塵密封。納米粒子對紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3-4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標，起到了隱身作用。3.3.納米陶瓷材料的應用納米陶瓷，是指顯微結構中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料。它具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統(tǒng)陶瓷無與倫比的優(yōu)點。其晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。英國著名材料專家Gleiter指出，如果多晶陶瓷是由大小為幾個納米的晶粒組成，則能夠在低溫下變?yōu)檠诱剐缘模軌虬l(fā)生100%的塑性形變。并且發(fā)現(xiàn)，納米TiO2陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性，在180℃經受彎曲而不產生裂紋3.4.納米顆粒在電化學生物傳感器中的應用生物傳感器是用固定化的生物活性成分為敏感元件與適當的能量轉換器件結合而成的傳感裝置，用以測定一種或幾種分析物的含量。生物傳感器是多學科交叉的產物，是一種全新的檢測技術，在生命科學、臨床診斷、環(huán)境監(jiān)控以及過程控制等各種領域都有所應用。在生物傳感器的研制中，人們嘗試用多種新方法來固定酶，以期達到實用的要求。納米顆粒比表面積大、吸附能力強，可以很牢固地吸附酶等生物大分子，增加酶的吸附量和穩(wěn)定性，且蛋白質等物質吸附在納米金屬顆粒的表面上仍能保持生物活性。所以，納米顆粒一般用作固定載體。憎水銀-金納米顆?？梢燥@著提高GOD酶電極的響應靈敏度，金屬納米顆粒本身就具有催化活性，所以，在GOD酶反應中納米顆粒迅速地從被還原的GOD(FADH2)獲取電子而使GOD重新具有氧化性，這樣就加速了酶的再生速度。而且它有不同于塊體材料的特性，可使大量GOD牢固吸附在納米顆粒表面，在一定程度上鈍化了酶的構型，使其不易發(fā)生進一步的變化而失活，增加了酶的穩(wěn)定性和催化活性。納米金可與巰基結合，形成牢固的共價鍵，增加了其固化GOD的穩(wěn)定性而不影響其活性；納米顆粒增加了三維電極的有效固定面積，可以結合更多的GOD，使得檢測下限延長；同時納米金的存在加快了GOD活性中心FDA/FDAH2與金電極表面的氧化還原反應，因此制成了高靈敏度的生物傳感器。并且經研究分析，在納米銅修飾的金電極上以鄰胺基苯酚聚合物固載GOD制成的電極，納米銅加入后對葡萄糖的檢出線低2倍，最大響應電流高3倍，靈敏度提高了2.5倍。2納米材料在涂料方面的應用利用其獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解作用。3.5.納米傾斜功能材料的應用在航天用的氫氧發(fā)動機中，燃燒室的內表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內表面要用陶瓷制作，外表面則要用導熱性良好的金屬制作，但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果制作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結成形時，就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。3.6.納米半導體材料的應用將硅、砷化鎵等半導體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導體中的量子隧道效應使某些半導體材料的電子輸運反常、導電率降低，電導熱系數也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領域發(fā)揮重要的作用。利用半導體納米粒子可以制備出光電轉化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導體粒子受光照射時產生的電子和空穴具有較強的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機物，降解大多數有機物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導體納米粒子利用太陽能催化分解無機物和有機物。3.7.納米催化材料的應用在許多化學化工領域中催化劑起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間，提高反應效率和反應速度。但是，大多數的傳統(tǒng)催化劑催化效率低，制備過程并不嚴謹。所以它的生產使得原料在很大程度上的浪費，而且對環(huán)境也造成污染。所以，在催化劑上，納米材料有極強的優(yōu)勢，納米材料的比表面積大，表面活性中心多，這為做催化劑提供了必要條件。同時納米材料的表面效應和體積效應決定了它具有良好的催化活性和催化反應選擇性，它可大大提高反應效率，控制反應速度，對比一般的催化劑，用納米微粒作催化劑的話，可以將反應速度提高10～15倍。目前在高分子聚合物氧化、還原及合成反應中可直接用納米態(tài)鉑黑、銀、氧化鋁、氧化鐵等做催化劑，利用納米鎳作為火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率可提高100倍。而且，納米材料催化劑的催化反應選擇性還表現(xiàn)出特異性，如用硅載體納米鎳催化劑對丙醛的氧化反應研究表明，鎳粒徑在5nm以下時，反應選擇性發(fā)生急劇變化——醛分解得到控制，生成乙醇的選擇性迅猛上升。在有機物制備方面，納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。還有光催化反應等等，用納米微粒作催化劑提高反應效率、優(yōu)化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應用帶來革命性的變革。3.8.納米材料在醫(yī)療上的應用血液中紅血球的大小為6000～9000nm，而納米粒子只有幾個納米大小，實際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個部位，便可以檢查病變和進行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。3.9.納米材料在計算機上的應用世界上第一臺電子計算機誕生于1945年，它是由美國的大學和陸軍部共同研制成功的，一共用了18000個電子管，總重量30t，占地面積約170m^2?？墒牵?s內只能完成5000次運算。經過了半個世紀，由于集成電路技術、微電子學、信息存儲技術、計算機語言和編程技術的發(fā)展，使計算機技術有了飛速的發(fā)展。今天的計算機小巧玲瓏，可以擺在一張電腦桌上，它的重量只有老祖宗的萬分之一，但運算速度卻遠遠超過了第一代電子計算機。3.10.納米碳管的應用1991年，日本電氣公司的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長的尺寸都是納米量級的，因此被稱為納米碳管。它的抗張強度比鋼高出100倍，導電率比銅還要高。在空氣中將納米碳管加熱到700℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開口的納米碳管上，金屬便進入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內形成的金屬絲也特別細，被稱為納米絲，它產生的尺寸效應是具有超導性3.11.納米材料在涂料方面的應用納米涂料利用其獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用，對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果；納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛(wèi)生型涂料，在衛(wèi)生用品上的應用可起到殺菌保潔作用，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學校的涂裝；納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強，使用壽命達15年以上。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發(fā)與應用。四納米技術發(fā)展現(xiàn)狀、缺陷及展望4.1.納米技術發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)在納米材料研究的基本特征是以實際應用為導向，納米材料與相關科學的交叉融合為手段，重點解決納米材料應用的關鍵技術問題。納米材料屬于上游產品，一方面用于傳統(tǒng)產品的升級，另一方面用于納米科技新產品的開發(fā)，而要在下游產品中體現(xiàn)納米材料的優(yōu)越性能就必須以納米制造技術作為支撐。近年來，一些國家紛紛制定相關戰(zhàn)略或者計劃，投入巨資搶占納米技術戰(zhàn)略高地。日本設立納米材料研究中心，把納米技術列入新５年科技基本計劃的研發(fā)重點；德國專門建立納米技術研究網；美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心，美國政府部門將納米科技基礎研究方面的投資從2001年的4.97億美元增加到2010年的22.65億美元。4.2.納米技術的缺陷任何事物都有兩面性，納米技術也不例外。納米技術在給人類帶來種種好處的同時，也存在納米材料的安全性問題。這也成為當今世界各國研究學者關注的熱點，許多國家包括中國、美國和歐盟等，都投入了大量的人力、物力和財力，試圖在納米技術得到普遍應用以前解決其潛在的問題，以使其在將來更好地服務于人類。其問題主要表現(xiàn)在（1）要達到精確的調節(jié)和控制粉末組成和化學劑量比以及粒子的粒度和形態(tài)等方面都還有相當大的困難。（2）要制造成分準確、粒度均勻、表面功能團穩(wěn)定的高質量微粒還有一定困難，其收集與存放也存在問題。（3）納米中藥因其表面效應和量子效應顯著增加，使得藥物的有效成分獲得了高能級的氧化和還原潛力，往往引起許多性質的變化。這種變化究竟會對藥物性質產生什么樣的影響，目前還不清楚。（4）納米機器人一旦在人體內失控，能夠快速復制的納米機器人在體內擴散的速度可能比癌細胞還快，它是否會對人體正常的組織造成不利影響，目前還沒有確切的研究結果。4.3納米技術的前景及展望納米科學是一門新興的科學，正處于不斷發(fā)展完善之中。納米材料的制備和應用、微米/納米器件的制造是目前研究的熱點，但很多研究仍處于定性探索階段。當前亟待解決的問題主要有：(1)如何準確表征納米材料的各種精細結構。(2)如何從結構上分析、解釋納米材料所具有的新特性。(3)能否利用某種判據來預測微區(qū)尺寸減少到多大時，材料表現(xiàn)出特殊的性能。在此基礎上，逐步實現(xiàn)對納米粒子的形態(tài)、尺寸、分布的控制，最終向實現(xiàn)根據材料的性能要求，設計、合成目標納米復合材料和設計組裝具有特殊功能的微系統(tǒng)的方向發(fā)展，并開發(fā)其廣