納米材料的應(yīng)用目前最全詳細(xì)講解

納米材料的應(yīng)用目前最全詳細(xì)講解第1頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第8章納米材料與納米技術(shù)的應(yīng)用（一）教學(xué)基本要求

了解納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域、陶瓷工業(yè)環(huán)保領(lǐng)域、化工生產(chǎn)中、微電子學(xué)、生物工程及醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域、其他領(lǐng)域方面的應(yīng)用

（二）教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)

重點(diǎn)：納米材料與納米技術(shù)的應(yīng)用

難點(diǎn)：納米材料與納米技術(shù)的應(yīng)用第2頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

材料與社會(huì)的發(fā)展

材料是人類社會(huì)進(jìn)化和人類文明的里程碑，是人類賴以生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)。因?yàn)閷?duì)材料的認(rèn)識(shí)和利用能力，決定著社會(huì)的形態(tài)和人類生活的質(zhì)量，所以，歷史學(xué)家往往用制造工具的原材料作為歷史分期的標(biāo)志。第3頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四化學(xué)與材料化學(xué)：化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、件能、反應(yīng)和應(yīng)用的學(xué)科。材料：材料是人們利用化合物的某些功能來(lái)制作物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品時(shí)用的化學(xué)物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。如燃料和化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食物和藥物，一般都不算是材料。化學(xué)與材料的關(guān)系：化學(xué)是材料發(fā)展的源泉，而材料又為化學(xué)發(fā)展開(kāi)辟了新的空間?；瘜W(xué)與材料保持著相互依存、相互促進(jìn)的關(guān)系。

第4頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四材料的分類

世界各國(guó)對(duì)材料的分類不盡相同，若按照材料的使用性能來(lái)看，可以分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料，從材料的應(yīng)用對(duì)象來(lái)看有可以分為信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空材料等多種類別，但就大的類別可以分為金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料四大類。第5頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四無(wú)機(jī)非金屬材料

無(wú)機(jī)非金屬材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸鹽、鈦酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽等含氧酸鹽為主要組成的無(wú)機(jī)材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷及天然礦物材料等。第6頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料

水泥水泥呈粉末狀，當(dāng)它與水混合后成為可塑性漿體，經(jīng)一系列物理化學(xué)作用凝結(jié)硬化變成堅(jiān)硬石狀體，并能將散粒狀材料膠結(jié)成為整體。水泥漿體不僅能在空氣中硬化，還能在水中硬化、保持并繼續(xù)增長(zhǎng)其強(qiáng)度，故水泥屬于水硬性膠凝材料。第7頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四玻璃

玻璃是由熔融物冷卻、硬化而得到的非晶態(tài)固體。其內(nèi)能和構(gòu)形熵高于相應(yīng)的晶體。其結(jié)構(gòu)為短程有序，長(zhǎng)程無(wú)序。從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w時(shí)有一轉(zhuǎn)變溫度Tg。廣義的玻璃包括無(wú)機(jī)玻璃、有機(jī)玻璃、金屬玻璃等；狹義上僅指無(wú)機(jī)玻璃，最常見(jiàn)的是硅酸鹽玻璃。這里主要談無(wú)機(jī)玻璃。第8頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四玻璃制品的分類無(wú)機(jī)玻璃的化學(xué)組成包括有眾多元素的氧化物或非氧化物。（1）普通玻璃普通玻璃是以硅酸鹽系統(tǒng)為主要基礎(chǔ)的傳統(tǒng)玻璃。包括有平板玻璃、日用玻璃、光學(xué)玻璃、電真空玻璃、點(diǎn)光源玻璃、玻璃纖維等。（2）特種玻璃隨著社會(huì)和科學(xué)的發(fā)展，在玻璃材料科學(xué)領(lǐng)域中，由于某些新品種是根據(jù)特殊用途專門研制的，其成分、性能、制造工藝均與一般工業(yè)和日用玻璃有所差別，它們往往被歸入專門的一類，叫做特種玻璃。這些特種玻璃逐漸脫離了傳統(tǒng)玻璃的基礎(chǔ)系統(tǒng)范圍。常見(jiàn)的特種玻璃有光子學(xué)玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶膠－凝膠玻璃等。第9頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四中空玻璃結(jié)構(gòu)示意圖圖6－中空玻璃結(jié)構(gòu)示意圖第10頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第11頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四空心玻璃磚用于建筑隔斷第12頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四熱反射玻璃在建筑物上大量使用第13頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四陶瓷

陶瓷是指以天然或人工合成的無(wú)機(jī)非金屬物質(zhì)為原料，經(jīng)過(guò)成形和高溫?zé)Y(jié)而制成的固體材料和制品。第14頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四陶鷹鼎——仰韶文化廟底溝類型高36cm三彩——我國(guó)古代陶器中一顆璀燦的明珠第15頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四日用陶瓷－盤子建筑陶瓷－墻面磚化工陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷－陶瓷刀功能陶瓷－電子陶瓷第16頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四飾面瓦－魚鱗瓦圖6-電瓷絕緣子氧化鋅避雷器第17頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四新型無(wú)機(jī)非金屬材料

傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料具有抗腐蝕、耐高溫等許多優(yōu)點(diǎn)，但也有質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊等弱點(diǎn)。新型無(wú)機(jī)非金屬材料繼承了傳統(tǒng)材料的許多優(yōu)點(diǎn)，并克服某些弱點(diǎn)，使材料具有更加優(yōu)異的特性，用途更加廣泛。新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性有：1．能承受高溫，強(qiáng)度高。2．具有電學(xué)特性。3．具有光學(xué)特性。4．具有生物功能。第18頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

氧化鋁陶瓷具有機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、高頻介電損耗小、高溫絕緣電阻高、耐化學(xué)腐蝕性和導(dǎo)熱性良好等優(yōu)良綜合技術(shù)性能，以及原料來(lái)源廣、價(jià)格相對(duì)便宜、加工制造技術(shù)較為成熟等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于電子、電器、機(jī)械、化工、紡織、汽車、冶金和航空航天等行業(yè)，成為目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。第19頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紡織瓷件氧化鋁陶瓷電阻第20頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四氧化鋁髖關(guān)節(jié)第21頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高純氧化鋁透明陶瓷管高壓鈉燈第22頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷的性能：作為一種理想的高溫結(jié)構(gòu)材料，最主要的應(yīng)具備如下性能：（1）強(qiáng)度好、韌性好；（2）抗氧化性好；（3）抗熱震性好；（4）抗蠕變性好；（5）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好；（6）抗機(jī)械振動(dòng)。

氮化硅除抗機(jī)械振動(dòng)性能和韌性相對(duì)比較差外，其余幾種性能都優(yōu)于一般陶瓷，曾被譽(yù)為“像鋼一樣強(qiáng)，像金鋼石一樣硬，像鋁一樣輕”。由于制備工藝不同和所獲得顯微結(jié)構(gòu)的差別，Si3N4陶瓷的綜合性能有很大的變化。各中資料所提供的數(shù)據(jù)繁多，下面僅介紹一般參考值。

第23頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維是現(xiàn)代科學(xué)創(chuàng)造的奇跡之一，是使光像電流一樣沿著導(dǎo)線傳輸。不過(guò)，這種導(dǎo)線不是一般的金屬導(dǎo)線，而是一種特殊的玻璃絲，人們稱它為光導(dǎo)纖維，又叫光學(xué)纖維，簡(jiǎn)稱光纖。第24頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四光纖通信的特點(diǎn)（1）傳輸頻帶極寬，通信容量很大。（2）傳輸衰減小，可用于遠(yuǎn)距離無(wú)中斷傳輸。（3）信號(hào)串?dāng)_少，傳輸質(zhì)量高。（4）抗電磁干擾，保密性好。（5）光纖尺寸小，質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)。（6）耐化學(xué)侵蝕，適用于特殊環(huán)境。（7）原料資源豐富。（8）節(jié)約有色金屬。第25頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四光纖導(dǎo)管胃鏡利用光纖作手術(shù)第26頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四光纖式傳感器光纖式傳感器第27頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四金屬材料

金屬是指具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，有一定的強(qiáng)度和塑性的并具有光澤的物質(zhì)，如銅、鋅和鐵等。而金屬材料則是指由金屬元素或以金屬元素為主組成的具有金屬特性的工程材料，它包括純金屬和合金兩類。第28頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

納米材料的概念

從迄今為止的研究狀況看，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念。第一種，是1986年美國(guó)科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機(jī)器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念，可以使組合分子的機(jī)器實(shí)用化，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)未取得重大進(jìn)展。第29頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限。也就是通過(guò)納米精度的“加工”來(lái)人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級(jí)的加工技術(shù)，也使半導(dǎo)體微型化即將達(dá)到極限?，F(xiàn)有技術(shù)即便發(fā)展下去，從理論上講終將會(huì)達(dá)到限度。這是因?yàn)?，如果把電路的線幅變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜的為得極薄，這樣將破壞絕緣效果。此外，還有發(fā)熱和晃動(dòng)等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。第30頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。本來(lái)，生物在細(xì)胞和生物膜內(nèi)就存在納米級(jí)的結(jié)構(gòu)。

所謂納米技術(shù)，是指在0.1~100納米的尺度里，研究電子、原子和分子內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的一項(xiàng)嶄新技術(shù)?？茖W(xué)家們?cè)谘芯课镔|(zhì)構(gòu)成的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在納米尺度下隔離出來(lái)的幾個(gè)、幾十個(gè)可數(shù)原子或分子，顯著地表現(xiàn)出許多新的特性，而利用這些特性制造具有特定功能設(shè)備的技術(shù)，就稱為納米技術(shù)。第31頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四納米材料的性質(zhì)和應(yīng)用

力學(xué)性質(zhì)：納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。第32頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

磁學(xué)性質(zhì)：利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫(kù)侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來(lái)全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。

熱學(xué)性質(zhì)：納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

第33頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

光學(xué)性質(zhì)：由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。

生物醫(yī)藥材料應(yīng)用：納米粒子比紅血細(xì)胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動(dòng)，如果利用納米粒子研制成機(jī)器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對(duì)人體進(jìn)行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運(yùn)更加方便。

第34頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第8章納米材料與納米技術(shù)的應(yīng)用舉例1、納米啤酒瓶—納米復(fù)合材料米勒醇酒公司采用黏土納米材料制造塑料啤酒瓶，可保留二氧化碳，不讓氧氣輕易進(jìn)入，避免啤酒變質(zhì)，而且不易碎裂。但一些消費(fèi)者關(guān)注納米材料用于食物包裝是否安全，是否它們會(huì)像灰塵一樣對(duì)人體無(wú)害。第35頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2納米防彈衣及其他服裝因納米碳管既輕又強(qiáng)度極高，是鋼的10—100倍，用它來(lái)作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來(lái)疊去，又能抵御強(qiáng)大的子彈的沖擊力。第36頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二個(gè)月不用洗——信不信由你納米服裝第37頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、納米電池日常充電電池中，鋰離子從鈷酸鋰正極快速地穿過(guò)隔膜抵達(dá)碳負(fù)極，這種傳統(tǒng)充電電池功率較低，很快就會(huì)耗完電，使用時(shí)還很容易著火或爆炸。美國(guó)MIT的常業(yè)明教授采用新型納米材料—磷酸鐵鋰代替正極，可以大幅改善充電電池的性能。目前，一些公司現(xiàn)已開(kāi)始使用這種納米電池應(yīng)用于高功率電器和儀器，這種電池安裝在雪佛萊電動(dòng)汽車，該款汽車于2010年上市。第38頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、金納米微粒用于遺傳基因測(cè)試Verigene醫(yī)療系統(tǒng)采用金納米微粒涂層對(duì)DNA分子鑒別關(guān)鍵性的蛋白質(zhì)和重要基因，僅僅按一下按鈕便能進(jìn)行復(fù)雜的血液測(cè)試，完成醫(yī)學(xué)診斷。第39頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5、納米等級(jí)汽車光澤劑如果汽車使用普通光澤劑，涂上之后會(huì)出現(xiàn)漩渦狀痕跡，或者出現(xiàn)難看的光澤或霧狀結(jié)構(gòu)。汽車美容公司“神鷹1號(hào)”稱，使用納米等級(jí)巴西棕櫚蠟將永遠(yuǎn)保持清潔。由于棕櫚蠟微粒非常小，它們呈現(xiàn)出透明狀。它們的分子尺寸大小能夠填充細(xì)微的瑕疵。目前，防曬霜制造商在生產(chǎn)防曬霜時(shí)也采用了納米等級(jí)的氧化鋅。第40頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6、納米太陽(yáng)能電池板太陽(yáng)能電池的價(jià)格非常昂貴，其原因是它們很難制造。多數(shù)太陽(yáng)能電池是在真空室制造的。目前，納米太陽(yáng)能技術(shù)可將太陽(yáng)能電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)得更加便捷，該技術(shù)可以在廉價(jià)金屬薄片上打印納米微粒，制造出可打印的太陽(yáng)能電池板。第41頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四目前的太陽(yáng)能電池受到多方面限制，比如相對(duì)較低的產(chǎn)電效率（15%左右）和較高的制造成本。在傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池中，一個(gè)光子只能精確釋放出一個(gè)電子。一種可能的改進(jìn)就是，利用半導(dǎo)體納米晶體來(lái)制造新型太陽(yáng)能電池。在一些半導(dǎo)體納米晶體材料中，一個(gè)光子可以釋放出兩到三個(gè)電子，這也就是所謂的“雪崩效應(yīng)”。在這種情況下，太陽(yáng)能電池理論上的最大效率可以達(dá)到44%。此外，它們的造價(jià)更便宜。2008年5月，荷蘭LaurensSiebbeles教授證實(shí)，硒化鉛(PbSe)納米晶體中確實(shí)會(huì)發(fā)生雪崩效應(yīng)。NanoLett.,2008,8(6),pp1713–1718。第42頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7、金納米微粒女性驗(yàn)孕紙女性驗(yàn)孕紙測(cè)試條碼上覆蓋抗體的一些金納米微?？梢钥焖冁i定絨毛膜促性腺激素,從而使驗(yàn)孕測(cè)試更加快速有效。第43頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8、納米網(wǎng)球威爾遜體育用品公司采用由納米科技公司InMat研制的納米技術(shù)制造出高端雙核網(wǎng)球，這種黏性納米微粒技術(shù)將使網(wǎng)球更加堅(jiān)硬、使用時(shí)間更長(zhǎng)。但是美國(guó)網(wǎng)球愛(ài)好者們并不想購(gòu)買價(jià)格昂貴的網(wǎng)球，威爾遜公司不得不停止這種納米網(wǎng)球的制造生產(chǎn)。

第44頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四9、納米止血繃帶美國(guó)加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校化學(xué)家莎拉－貝克等意識(shí)到鋁矽酸鹽納米微?？捎绊懭梭w自然的凝血進(jìn)程，并已經(jīng)使用鋁矽酸鹽納米微粒測(cè)試了患者的凝血功能。這種納米繃帶已申請(qǐng)了專利權(quán)，預(yù)計(jì)在戰(zhàn)場(chǎng)上可以止住嚴(yán)重的傷口流血，能夠有效地挽救戰(zhàn)場(chǎng)上的受傷士兵。***第45頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

8納米材料的具體應(yīng)用

納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。

納米科技現(xiàn)在已經(jīng)包括納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米化學(xué)等學(xué)科。從包括微電子等在內(nèi)的微米科技到納米科技，人類正越來(lái)越向微觀世界深入，人們認(rèn)識(shí)、改造微觀世界的水平提高到前所未有的高度。第46頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.1納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域方面的應(yīng)用8.1納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域方面的應(yīng)用

納米Ti02陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性，在180℃經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。許多專家認(rèn)為，如能解決單相納米陶瓷的燒結(jié)過(guò)程中抑制晶粒長(zhǎng)大的技術(shù)問(wèn)題，從而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的納米陶瓷，則它將具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統(tǒng)陶瓷無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)

第47頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.1.1納米技術(shù)在普通陶瓷中的應(yīng)用納米陶瓷粉的尺寸在1～100nm之間，因此晶粒間滑移容易，因而能改善陶瓷坯體的脆性，增加其塑性，同時(shí)，也能提高材料致密性，降低燒結(jié)溫度。8.1.2納米技術(shù)在特種陶瓷中的應(yīng)用特種陶瓷分為結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷兩大類。功能陶瓷包括熱學(xué)功能陶瓷、生物功能陶瓷、化學(xué)功能陶瓷、電功能陶瓷、光功能陶瓷、涂層／薄膜等。隨著納米技術(shù)在特種陶瓷領(lǐng)域研究的不斷深入和拓展，特種陶瓷表現(xiàn)出了許多奇異的性能，其應(yīng)用范圍也以前所未有的速度延展。

第48頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.1.2.1結(jié)構(gòu)陶瓷中的應(yīng)用使用納米材料制備的陶瓷刀具與傳統(tǒng)的陶瓷刀具相比顯示出更優(yōu)異的性能，它擴(kuò)大了現(xiàn)有陶瓷刀具的加工范圍，能夠提高刀具的力學(xué)性能、切削速度、增加切削可靠性和刀具的壽命，同時(shí)大大提高生產(chǎn)率。目前使用納米技術(shù)制備的陶瓷刀具材料主要有兩種：納米復(fù)合陶瓷刀具材料和納米涂層陶瓷刀具材料。第49頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

8.1.2.2功能陶瓷中的應(yīng)用

(l)在生物功能陶瓷方面在人工器官制造、臨床應(yīng)用等方面，納米陶瓷將比傳統(tǒng)陶瓷有更廣泛的應(yīng)用和極大發(fā)展前景。李玉寶等用硝酸鈣、磷酸銨為原料，二甲基甲酰胺為分散劑，在常壓下制備出晶體結(jié)構(gòu)類似于人骨組織的納米級(jí)羥基磷灰石針狀晶體，可用做人骨組織修復(fù)材料；J．H.Luo等用正硅酸乙酯在氫氟酸催化下，經(jīng)溶膠一凝膠法制得納米孔結(jié)構(gòu)的Si02，再用聚四乙二醇一二甲基乙酰胺經(jīng)光引發(fā)原位聚合制得Si02／PTEGDMA納米復(fù)合材料，其比傳統(tǒng)的牙科用復(fù)合材料具有更優(yōu)異的耐磨性及韌性。第50頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(2)在光功能陶瓷方面目前正在研制的納米吸波陶瓷材料不僅具有良好的吸波性能，而且還有功能豐富、頻帶寬、省材、輕便等特點(diǎn)。納米陶瓷吸波材料主要有SiC、Si3N4及復(fù)合物Si/C/N、Si/C/N/O籌，其主要成分為碳化硅、氮化硅和無(wú)定形碳，具有耐高溫、質(zhì)量輕、強(qiáng)度大吸波性能好等優(yōu)點(diǎn)。(3)在電功能陶瓷方面利用納米技術(shù)制備的納米陶瓷在電學(xué)方面具有優(yōu)異的性能，可以利用其制作導(dǎo)電材料、絕緣材料、電極、超導(dǎo)體、量子器件、靜電屏蔽材料、壓敏和非線性電阻以及熱電和介電材料等。第51頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)在涂層／薄膜方面

熱噴涂納米涂層的納米顆粒由于比表面積大、活性高而極易被加熱熔融。在熱噴涂過(guò)程中，納米顆粒將均勻地熔融。由于熔融程度好，納米顆粒在碰到基材后變形劇烈，平鋪性明顯優(yōu)于微米級(jí)顆粒。熱噴涂納米結(jié)構(gòu)涂層熔滴接觸面更多，涂層孔隙率低，表現(xiàn)在性能上就是納米結(jié)構(gòu)涂層的結(jié)合強(qiáng)度大、硬度高、斷裂強(qiáng)度好和耐腐蝕好。

第52頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.1.3納米技術(shù)在陶瓷應(yīng)用中的問(wèn)題

(l)納米材料與基體的相容性對(duì)于納米添加材料，除了要考慮是否適于與工件材料的黏結(jié)等問(wèn)題外，最為關(guān)鍵的問(wèn)題是納米材料與基體材料之間界面的相互作用，即分散介質(zhì)與基體材料的相容性（一般被分散介質(zhì)最好不要集中（團(tuán)聚）在基體的一個(gè)地方，親和性強(qiáng)）。第53頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(2)添加納米材料的分散性納米材料具有極微小粒度、高比表面積、高表面延伸。隨著納米粉體顆粒尺寸的減小，其比表面積和表面能增大。在制備和應(yīng)用的過(guò)程中，由于顆粒間普遍存在的范德華力和庫(kù)侖力，納米顆粒極易凝聚并團(tuán)聚形成二次顆粒，即所謂的軟團(tuán)聚，使粒子粒徑增大。如果不加以分散而直接混料，大團(tuán)聚顆粒的存在會(huì)使制備的材料在最終使用時(shí)失去納米材料所具備的特性。因此，納米材料在添加之前能否均勻、穩(wěn)定地分散是其應(yīng)用所要解決的首要問(wèn)題。第54頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)納米技術(shù)在陶瓷中的工業(yè)化例如，納米技術(shù)應(yīng)用于特種陶瓷中制成的燒結(jié)體可作為儲(chǔ)氣材料、熱交換器、微孔過(guò)濾器以及檢測(cè)溫度氣體的多功能傳感器。它的發(fā)展使陶瓷材料跨入了一個(gè)新的歷史時(shí)期。第55頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.2納米技術(shù)在工業(yè)環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用8.2.1納米材料對(duì)大氣污染的治理陶瓷工業(yè)對(duì)大氣的污染，主要有三個(gè)方面：一是燃料燃燒產(chǎn)生的硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔锏扔卸練怏w；二是陶瓷窯爐高溫熔制時(shí)產(chǎn)生的毒性煙塵，主要有鎘、鉛的化合物；三是原料加工、配料制備以及熔制、燃燒過(guò)程產(chǎn)生的粉塵。由于燃料燃燒和陶瓷坯釉料發(fā)生氧化分解反應(yīng)時(shí)所釋放出的二氧化碳(CO2)，其大部分升入高空并造成對(duì)臭氧層的破壞，從而引起溫室效應(yīng)；燃燒產(chǎn)物二氧化硫(SO2)和三氧化硫(S03)遇到水汽后可轉(zhuǎn)化成酸霧，會(huì)對(duì)人體健康和動(dòng)植物生長(zhǎng)造成嚴(yán)重危害，甚至還會(huì)腐蝕暴露在大氣中的金屬材料；未燃盡的碳素和燃燒產(chǎn)生的灰塵不僅會(huì)使煙氣的林格曼黑度居高不下，而且還會(huì)對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)造成較大危害。第56頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(l)空氣中硫氧化物的凈化二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影響人類健康的有害氣體，如果在燃料燃燒的同時(shí)加入一種納米級(jí)助燒催化劑不僅可以使煤充分燃燒，不產(chǎn)生一氧化硫氣體，提高能源利用率，而且會(huì)使硫轉(zhuǎn)化成固體的硫化物，不產(chǎn)生二氧化硫氣體，從而杜絕有害氣體的產(chǎn)生。如用納米Fe203作為催化劑，經(jīng)納米材料催化的燃料中硫的含量小于0.01%，不僅節(jié)約了能源，提高能源的綜合利用率，也減少了因?yàn)槟茉聪乃鶐?lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，而且使廢氣等有害物質(zhì)再利用成為可能。第57頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(2)空氣中氮氧化物的凈化。

氮氧化物是大氣中主要的氣態(tài)污染物之一，它的主要來(lái)源是礦物燃料的燃燒。燃燒過(guò)程中，在高溫情況下空氣中的氮與氧化合而生成氮氧化物，其中主要是一氧化氮。一氧化氮還可以進(jìn)一步被氧化成二氧化氮、三氧化氮和五氧化二氮等，它們?nèi)苡谒罂缮蓙喯跛岷拖跛?，通過(guò)氧化反應(yīng)也可以在大氣中生成氣態(tài)HNO3，與水形成酸雨和酸霧后，會(huì)對(duì)地表水、土壤、森林、植物等造成嚴(yán)重的危害。另外，氮氧化物與其他污染物共存時(shí)，在陽(yáng)光照射下可產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的光化學(xué)煙霧，造成橡膠開(kāi)裂，刺激人的眼睛，傷害植物的葉子，并使大氣能見(jiàn)度降低。利用Ti02光催化劑和空氣中的氧可直接實(shí)現(xiàn)NOx的光催化氧化，反應(yīng)式為：

2N0+02——2N024N02+02+2H20——4HN03

第58頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.2.2．納米材料對(duì)廢水的治理陶瓷工業(yè)廢水主要來(lái)自于原料加工和坯釉料制備，陶瓷工業(yè)對(duì)水造成污染的物質(zhì)主要有重金屬鉛、鎘、鋇和鋅等金屬的化合物，污水中通常含有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細(xì)菌病毒等。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問(wèn)題，污水治理一直得不到很好解決。污水中的重金屬是對(duì)人體極其有害的物質(zhì)，重金屬?gòu)奈鬯辛魇?，也是資源的浪費(fèi)。第59頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(l)納米材料可以對(duì)污水中有害物質(zhì)的吸附

納米材料擁有龐大的比表面積，出現(xiàn)了許多活性中心，使其具有極強(qiáng)的吸附能力，這使得納米粒子對(duì)無(wú)論是促使腐敗的氧原子或氧自由基，還是對(duì)產(chǎn)生其他異味的烷烴類分子等，均具有極強(qiáng)的抓俘能力，能迅速清除廢水中的雜質(zhì)和異味，使廢水中的雜質(zhì)和異味很快被吸附消除。一種新型的納米級(jí)凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑（三氯化鋁）的10～20倍。因此，它能將污水中懸浮物完全吸附并沉淀下來(lái)，先使水中不含懸浮物，然后采用納米磁性物質(zhì)、纖維和活性炭的凈化裝置，能有效地除去水中的鐵銹、泥沙以及異味等污染物。

第60頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(2)納米材料可以對(duì)污水中重金屬離子的轉(zhuǎn)化

陶瓷工業(yè)常采用鉻的化合物作為著色劑等，在洗滌時(shí)會(huì)產(chǎn)生鉻廢水，其中Cr6+及其鹽類的毒性最大，均是致癌物質(zhì)，對(duì)農(nóng)作物、其他生物及人體都有很大的危害作用，目前一般工業(yè)排放量限制在0.5mg/L，但目前仍有些陶瓷企業(yè)的含鉻廢水排放量超過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)，給環(huán)境帶來(lái)了危害，因此對(duì)Cr6+的轉(zhuǎn)化研究顯得特別重要。利用TiO2薄膜在光催化下使Cr6+轉(zhuǎn)化成Cr3+上，然后直接加堿生成Cr(OH)3沉淀，與傳統(tǒng)的化學(xué)還原法使Cr6+轉(zhuǎn)化成Cr3+相比，減少了酸性物質(zhì)對(duì)容器的腐蝕等中間過(guò)程，降低了處理Cr6+的成本，有效地抑制了Cr6+的污染。第61頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.3納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用與前景8.3.1納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用利用納米電子學(xué)已經(jīng)研制成功各種納米器件。清華大學(xué)范守善教授納米碳管，將氣相反應(yīng)限制在納米管內(nèi)進(jìn)行，從而生長(zhǎng)出半導(dǎo)體納米線。他們將Si-SiO2混合粉體置于石英管中的坩堝底部，加熱并通入N2。SiO2氣體與Nz在納米碳管中反應(yīng)生長(zhǎng)出Si3N4納米線，其徑向尺寸為4～40nm。另外，在1997年，他們還制備出了GaN納米線。第62頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1998年該科研組與美國(guó)斯坦福大學(xué)合作，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)硅襯底上納米碳管陣列的自組織生長(zhǎng)，它將大大推進(jìn)納米碳管在場(chǎng)發(fā)射平面顯示方面的應(yīng)用。其獨(dú)特的電學(xué)性能使納米碳管可用于大規(guī)模集成電路，超導(dǎo)線材等領(lǐng)域。早在1989年，IBM公司的科學(xué)家就已經(jīng)利用隧道掃描顯微鏡上的探針，成功地移動(dòng)了氙原子，并利用它拼成了IBM三個(gè)字母。日本的Hitachi公司成功研制出單個(gè)電子晶體管，它通過(guò)控制單個(gè)電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完成特定功能，即一個(gè)電子就是一個(gè)具有多功能的器件。第63頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四另外，日本的NEC砑究所已經(jīng)擁有制作l00nm以下的精細(xì)量子線結(jié)構(gòu)技術(shù)，并在GaAs襯底上，成功制作了具有開(kāi)關(guān)功能的量子點(diǎn)陣列。目前，美國(guó)已研制成功尺寸只有4nm具有開(kāi)關(guān)特性的納米器件，由激光驅(qū)動(dòng)，并且開(kāi)、關(guān)速度很快。美國(guó)威斯康星大學(xué)已制造出可容納單個(gè)電子的量子點(diǎn)。在一個(gè)針尖上可容納這樣的量子點(diǎn)幾十億個(gè)。利用量子點(diǎn)可制成體積小、耗能少的單電子器件，在微電子和光電子領(lǐng)域?qū)@得廣泛應(yīng)用。此外，若能將幾十億個(gè)量子點(diǎn)連接起來(lái)，每個(gè)量子點(diǎn)的功能相當(dāng)于大腦中的神經(jīng)細(xì)胞，再結(jié)合MEMS（微電子機(jī)械系統(tǒng)）方法，它將為研制智能型微型電腦帶來(lái)希望。第64頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.3.2納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用前景微米尺度的加工和結(jié)構(gòu)材料是當(dāng)代微電子工業(yè)的支柱，而納米技術(shù)（包括制備和加工等）和納米材料將成為下一代微電子學(xué)器件的基礎(chǔ)。在納米科技發(fā)展中，納米材料是它的前導(dǎo)。納米材料集中體現(xiàn)了小尺寸、復(fù)雜構(gòu)型、高集成度和強(qiáng)相互作用以及高比表面積等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，其中最應(yīng)該指出的是納米材料是將量子力學(xué)效應(yīng)工程化或技術(shù)化的最好場(chǎng)合之一，會(huì)產(chǎn)生全新的物理化學(xué)現(xiàn)象。第65頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(l)納米單電子元器件（單電子芯片）把自由運(yùn)動(dòng)的電子囚禁在一個(gè)小的納米顆粒內(nèi)，或者在一根非常細(xì)的短金屑線內(nèi)，線的寬度只有幾個(gè)納米，就會(huì)發(fā)生十分奇妙的事情。由于顆粒內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)受到限制，原來(lái)可以在費(fèi)米動(dòng)量以下連續(xù)具有任意動(dòng)量的電子狀態(tài)，變成只能具有某一動(dòng)量值，也就是電子動(dòng)量或能量被量子化了。自由電子能量量子化的最直接結(jié)果表現(xiàn)為，在金屬顆粒的兩端加上電壓，當(dāng)電壓合適時(shí)，金屬顆粒導(dǎo)電；而電壓不合適時(shí)，金屬顆粒不導(dǎo)電。這樣一來(lái)，原來(lái)在宏觀世界內(nèi)奉為經(jīng)典的歐姆定律在納米世界就不再成立了。

第66頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

還有一種奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)金屬納米顆粒從外電路得到一個(gè)額外的電子時(shí)，金屬顆粒具有了負(fù)電性，它的庫(kù)侖力足以排斥下一個(gè)電子從外電路進(jìn)入金屬顆粒內(nèi)，這就切斷了電流的連續(xù)性，這使人們聯(lián)想到是否可以發(fā)明用一個(gè)電子來(lái)控制的電子器件，即所謂的單電子器件。單電子器件的尺寸很小，一旦實(shí)現(xiàn)，把它們集成起來(lái)做成電腦芯片，電腦的容量和計(jì)算速度將提高上百萬(wàn)倍。第67頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(2)納米激光器和高密度信息存儲(chǔ)器

實(shí)際上，被囚禁的電子并不那么“老實(shí)”。按照量子力學(xué)的規(guī)律，有時(shí)它可以穿過(guò)“監(jiān)獄”的“墻壁”逃逸出來(lái)，這種現(xiàn)象一方面預(yù)示著在新一代芯片中的邏輯單元將不用連線而相關(guān)聯(lián)，因而需要新的設(shè)計(jì)才能使單電子器件變成集成電路；另一方面也會(huì)使芯片的動(dòng)作不可控制。歸根結(jié)底，在這一情況下電子應(yīng)被看成是“波”，而不是一個(gè)粒子。所以盡管電子器件已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里得以實(shí)現(xiàn)，但是真要用在工業(yè)上還需要時(shí)間。被囚禁在小尺寸內(nèi)的電子的另一種貢獻(xiàn)，是會(huì)使材料發(fā)出很強(qiáng)的光。

第68頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四“量子點(diǎn)列激光器”或“級(jí)聯(lián)激光器”的尺寸極小，但發(fā)光的強(qiáng)度很高，用很低的電壓就可以驅(qū)動(dòng)它們發(fā)出藍(lán)光或綠光，用來(lái)讀寫光盤可使光盤的存儲(chǔ)密度提高好幾倍。

如果用“囚禁”原子的小顆粒量子點(diǎn)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，制成量子磁盤，存儲(chǔ)度可提高成千上萬(wàn)倍，會(huì)給信息存儲(chǔ)技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)革命。納米電子學(xué)立足于最新的物理理論和最先進(jìn)的工藝手段，按照全新的理念來(lái)構(gòu)造電子系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)物質(zhì)潛在的儲(chǔ)存和處理信息的能力，實(shí)現(xiàn)信息采集和處理能力的革命性突破，納米電子學(xué)將成為信息時(shí)代的核心。

第69頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.4納米材料在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用8.4.1納米材料在催化方面的應(yīng)用催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10-15倍。第70頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子一空穴對(duì)。在電場(chǎng)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(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。光催化反應(yīng)涉及許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無(wú)機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。

第71頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四知識(shí)補(bǔ)充—光催化劑利用光催化的方法氧化降解環(huán)境中有害污染物是近年來(lái)日益受到重視的一項(xiàng)污染治理新技術(shù)。美國(guó)環(huán)保局公布了九大類114種有機(jī)物被證實(shí)可以通過(guò)光催化氧化處理。該方法尤其適合于無(wú)法或難以生物降解的有毒有機(jī)物質(zhì)的處理。什么是光催化光催化劑受光照射，吸收光能，發(fā)生電子躍遷，生成電子-空穴對(duì)，通過(guò)把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而促進(jìn)化合物的合成或使化合物（有機(jī)物或無(wú)機(jī)物）降解的過(guò)程稱之為光催化。第72頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四半導(dǎo)體光催化原理·OH活性基反應(yīng)能與污染物鍵能的對(duì)比第73頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾種常用的光觸媒（光催化劑）納米光觸媒：

TiO2、CdS、WO3、ZnO、ZnS、Fe2O3、SnO2等TiO2的優(yōu)點(diǎn)：

催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、成本低、無(wú)毒因此被廣泛應(yīng)用第74頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要有機(jī)物光催化降解反應(yīng)第75頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例如納米SiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已右文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的Ti02/SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu-Zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。第76頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.4.2納米材料在涂料（涂層）方面的應(yīng)用納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層所沒(méi)有的功能。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。第77頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。

在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。第78頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電羼蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。第79頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角度變色效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。第80頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.4.3納米材料在其他精細(xì)化工方面的應(yīng)用精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音，并顯示它的獨(dú)特魅力。

在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米A12O3和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。第81頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO2作為添加荊加入到密封膠和黏合劑中，使其密封性和黏合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理SiO2，可使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射而達(dá)到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。第82頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高、無(wú)二次污染、適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。第83頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外，還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾，從而消除污染。8.5納米技術(shù)在生物工程及醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代開(kāi)始的納米技術(shù)在90年代獲得了突破性進(jìn)展，其與醫(yī)學(xué)的結(jié)合形成了新興邊緣學(xué)科—納米醫(yī)學(xué)，即在分子水平上利用分子工具和人體的知識(shí)，從事疾病的診斷、醫(yī)療、預(yù)防、保健和改善健康狀況等。第84頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在認(rèn)識(shí)生命的分子基礎(chǔ)上，人們可以設(shè)計(jì)制造大量的具有奇特功效的納米裝置，他們能夠發(fā)揮類似于組織和器官的功能；他們可以在人體的各處暢游甚至出入細(xì)胞，在人體的微觀世界里完成畸變的基因修復(fù)、扼殺剛剛萌芽的癌細(xì)胞、捕捉侵入人體的細(xì)菌和病毒、探測(cè)機(jī)體內(nèi)化學(xué)或生物化學(xué)成分的變化、適時(shí)地釋放藥物和人體所需的微量物質(zhì)、及時(shí)改善人的健康狀況等特殊使命。納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的普遍應(yīng)用將使21世紀(jì)的醫(yī)學(xué)產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)的飛躍。第85頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.5.1納米材料在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用納米生物學(xué)研究在納米尺度上的生物過(guò)程，包括修復(fù)、復(fù)制和調(diào)控機(jī)理，并根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程，包括納米信息處理系統(tǒng)和納米機(jī)器人的原理?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一種蛋白質(zhì)分子是選作生物芯片的理想材料。目前利用蛋白質(zhì)可制成各種生物分子器件，如開(kāi)關(guān)器件、邏輯電路、存儲(chǔ)器、傳感器、檢測(cè)器以及蛋白質(zhì)集成電路等。在納米尺度上利用掃描隧道顯微鏡(STM)獲取細(xì)胞膜和細(xì)胞器表面的結(jié)構(gòu)信息，眾多的生物生理過(guò)程都是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的。第86頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

利用極細(xì)微的納米傳感器則有可能在不干擾細(xì)胞正常生理過(guò)程的狀況下，獲取活細(xì)胞內(nèi)的各種生化反應(yīng)和化學(xué)信息及電化學(xué)信息，從而了解機(jī)體的狀態(tài)，深化對(duì)生理或病理過(guò)程的理解。納米機(jī)器人(nanorobot)是納米生物學(xué)中最具誘惑力的內(nèi)容。目前已知世界上最小的馬達(dá)是一種生物馬達(dá)——鞭毛馬達(dá)。它是細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)器官，能像螺旋槳那樣旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)使鞭毛旋轉(zhuǎn)。該馬達(dá)通常由10種以上的蛋白質(zhì)群體組成，其構(gòu)造如同人工馬達(dá)，由相當(dāng)?shù)亩ㄗ?、轉(zhuǎn)子、軸承、萬(wàn)向接頭等組成。它的直徑只有30nm，轉(zhuǎn)速可以高達(dá)15000r/min，可在lμm內(nèi)進(jìn)行右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)的相互切換。這種鞭毛馬達(dá)將為科學(xué)家研制納米機(jī)器人提供極有意義的參考。8.5.1納米材料在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第87頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例如：第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，如酶和納米齒輪的結(jié)合體。這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，成為血管中運(yùn)作的分子機(jī)器人。這些分子機(jī)器人從溶解在血液中的葡萄糖和氧氣中獲得能量，并按編制好的程序探示它們碰到的任何物體。分子機(jī)器人可以進(jìn)行全身健康檢查、疏通腦血管中的血栓、清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物、吞噬病菌、殺死癌細(xì)胞、監(jiān)視體內(nèi)的病變等。第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置。第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，這是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。這種納米機(jī)器人一旦研制成功，有可能在1s完成數(shù)十億次操作，人類的勞動(dòng)方式將產(chǎn)生徹底的變革。8.5.1納米材料在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第88頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四另外，還有一種“微型藥丸”，其包含傳感器、儲(chǔ)藥囊和微型壓力泵，“微型藥丸”可在壓力泵作用下被精確地送到人體內(nèi)部指定部位釋放藥物，比傳統(tǒng)的打針吃藥更有效。納米機(jī)器人還可以用來(lái)進(jìn)行人體器官修復(fù)工作，如修復(fù)損壞的器官和組織，做整容手術(shù)，進(jìn)行基因裝配工作，即從基因中除去有害的DNA或把正常的DNA安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行或使引起癌癥的DNA突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)而延長(zhǎng)人的壽命或使人返老還童。8.5.1納米材料在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用第89頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.5.2納米生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用由于納米材料結(jié)構(gòu)上的特殊性，賦予納米材料獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)和表面／界面效應(yīng)，使其在性能上與微米材料具有顯著性差異，表現(xiàn)出諸多優(yōu)異的性能和全新的功能。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，納米材料最引人注目的成功應(yīng)用是作為藥物載體和制作人體材料。如人工腎臟、人工關(guān)節(jié)等。生物兼容物質(zhì)的開(kāi)發(fā)是納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要應(yīng)用方面，樹(shù)型聚合物就是提供此類功能的良好材料。目前，納米生物醫(yī)學(xué)材料的探索應(yīng)用如下：第90頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(l)納米人工紅細(xì)胞

我們知道，腦細(xì)胞缺氧6～l0min即出現(xiàn)壞死，內(nèi)臟器官缺氧后也會(huì)呈現(xiàn)衰竭。納米人工紅細(xì)胞的原理是用一個(gè)可以雙向旋轉(zhuǎn)渦軸的選通柵門來(lái)控制氧氣從小球中釋放，通過(guò)調(diào)節(jié)渦軸旋轉(zhuǎn)的速度和方向，使小球內(nèi)的氧氣根據(jù)人體需氧的多少以一定的速率釋放到外部血液中，同時(shí)使供氧裝置在富氧的地方具有吸收和需氧的地方具有釋放氧氣的功能；同理，它還必須能在適當(dāng)?shù)牡胤轿蘸歪尫哦趸肌?/p>

RobertFreitas初步設(shè)計(jì)的人工微米紅細(xì)胞是一個(gè)金剛石的氧氣容器，內(nèi)部有1000個(gè)大氣壓，泵動(dòng)力來(lái)自血清葡萄糖，它輸送氧的能力是同等體積天然紅細(xì)胞的233倍，并具有生物炭活性。它可以應(yīng)用于貧血癥的局部治療、人工呼嘆、肺功能喪失和體育運(yùn)動(dòng)需要的額外耗氧等。8.5.2納米生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用第91頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)納米人工線粒體當(dāng)細(xì)胞中的線粒體部分失去功能的時(shí)候，再來(lái)增加氧供給水平，并不一定能使組織有效地恢復(fù)，這時(shí)就需要直接釋放ATP同時(shí)伴隨著有選擇地釋放和吸收其他的一些代謝產(chǎn)物，后者是迅速恢復(fù)組織功能的有效手段。人工線粒體裝置，如同前面的供氧裝置一樣，只不過(guò)在這里釋放的是ATP而不是氧。(3)納米人工眼球我國(guó)四川大學(xué)研制的納米人工眼球可以像真眼睛一樣同步移動(dòng)，通過(guò)電脈沖刺激大腦神經(jīng)，“看”到精彩世界。納米眼球外殼主要是由納米晶體制成的活性復(fù)合材料制作，里面放置微型攝像機(jī)與集成電腦芯片，通過(guò)這兩個(gè)部件將影像信號(hào)轉(zhuǎn)化成電脈沖來(lái)刺激大腦的枕葉神經(jīng)，實(shí)現(xiàn)可視功能。

8.5.2納米生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用第92頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(4)納米人工鼻納米人工鼻實(shí)際上是一種氣體探測(cè)器，與燃?xì)獗O(jiān)視器道理相同，可同時(shí)監(jiān)測(cè)多種氣體。英國(guó)伯明翰大學(xué)正在研制“納米鼻”來(lái)預(yù)報(bào)致哮喘病發(fā)作的環(huán)境因素，一旦空氣中含有易引發(fā)哮喘病的氣體如臭氧、一氧化碳及氮的氧化物時(shí)，其顯示器就發(fā)出信號(hào)。(5)其他納米生物醫(yī)學(xué)材料

模擬骨骼結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì)，主要成分為與聚乙烯混合壓縮后的羥基磷灰石網(wǎng)，物理特性符合理想的骨骼替截物。通過(guò)優(yōu)化納米管制備制動(dòng)器，將使人工肌肉得到實(shí)現(xiàn)。8.5.2納米生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用第93頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

有報(bào)道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂，金屬陶瓷等復(fù)合納米材料則能更大地改變材料的力學(xué)性質(zhì)，在醫(yī)學(xué)上可能用來(lái)制造人工器官。納米碳管比鉆石還耐用，其彈性如同人發(fā)，在1cm2上可植100億根，且敏感度很強(qiáng)，大大超過(guò)人們的耳蝸纖毛；高敏感度的碳納米材料人工耳蝸，可用于監(jiān)聽(tīng)水中游動(dòng)的微生物節(jié)奏，監(jiān)測(cè)水質(zhì)。在血液循環(huán)中流動(dòng)的納米聽(tīng)診器，可監(jiān)測(cè)特殊細(xì)胞功能失調(diào)，使癌癥等疾病得到早期診斷。8.5.2納米生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用第94頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.5.3納米技術(shù)在臨床診斷與檢測(cè)中的應(yīng)用(1)光學(xué)相干層析技術(shù)和CT和MRI相比，OCT能以2000次／秒完成生物體內(nèi)活細(xì)胞的動(dòng)態(tài)成像，動(dòng)態(tài)觀察體內(nèi)單個(gè)活細(xì)胞的病理變化，而不會(huì)像X線、CT和MRI那樣殺死活細(xì)胞。該技術(shù)的出現(xiàn)將使疾病被扼殺于萌芽狀態(tài)。(2)納米激光單原子分子探測(cè)技術(shù)該技術(shù)具有高超的靈敏性，它可在含有1019個(gè)原子／分子的lcm3氣態(tài)物質(zhì)中，在單個(gè)原子／分子層次上準(zhǔn)確獲取其中1個(gè)。據(jù)此，醫(yī)生可以通過(guò)檢測(cè)人的唾液、血液、糞便和呼出氣體，及時(shí)發(fā)現(xiàn)人體中只有億萬(wàn)分之一的各種疾病或帶病游離分子，并用于腫瘤細(xì)胞的診斷與洽療。

第95頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(3)微小探針技術(shù)（納米探針）根據(jù)不同的診斷和檢測(cè)目的，將之植入并定位于體內(nèi)不同的部位，或隨血液在體內(nèi)運(yùn)行，隨時(shí)將體內(nèi)的各種生物信息反饋于體外記錄裝置。此技術(shù)有望成為21世紀(jì)醫(yī)學(xué)界最常用的手段。(4)納米細(xì)胞檢疫器（納米秤）能稱量10-9g的物體，即相當(dāng)于1個(gè)病毒的質(zhì)量。利用其可發(fā)現(xiàn)新病毒，也可定點(diǎn)用于口腔、咽喉、食管、氣管等開(kāi)放部位的檢疫。

8.5.3納米技術(shù)在臨床診斷與檢測(cè)中的應(yīng)用第96頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(5)納米傳感器

利用其小的尖端插入活細(xì)胞內(nèi)而又不干擾細(xì)胞的正常生理過(guò)程，以獲取活細(xì)胞內(nèi)多種反應(yīng)的動(dòng)態(tài)化學(xué)信息、電化學(xué)信息及反映整體的功能狀態(tài)，以期深化對(duì)機(jī)體生理及病理過(guò)程的理解。8.5.3納米技術(shù)在臨床診斷與檢測(cè)中的應(yīng)用第97頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(6)識(shí)別血液異常的生物芯片

它可以在血流中巡航探測(cè)，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細(xì)菌的入侵者并予以殲滅，從而消除傳染性疾病。MichealWisz做了一個(gè)雛形裝置，發(fā)揮芯片實(shí)驗(yàn)室的功能，它可以沿血流流動(dòng)并跟蹤像鐮狀細(xì)胞血癥和感染了艾滋病的細(xì)胞。目前，電場(chǎng)作用下自動(dòng)尋址的細(xì)胞芯片也研究成功，既可用于基因功能研究與蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位，又可用于監(jiān)測(cè)基因與蛋白質(zhì)的瞬間表達(dá)。8.5.3納米技術(shù)在臨床診斷與檢測(cè)中的應(yīng)用第98頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(7)原子力顯微鏡可以從納米水平揭示腫瘤細(xì)胞的形態(tài)學(xué)變化。(8)利用納米技術(shù)的其他診斷和檢測(cè)中國(guó)醫(yī)科大學(xué)研制成功了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質(zhì)體，可以診斷3mm以下的肝臟腫瘤；利用類似光介導(dǎo)的手段測(cè)量體溫和血壓；利用對(duì)單個(gè)細(xì)胞電流學(xué)或電流動(dòng)力學(xué)的分析，分離不同類型的細(xì)胞；在一個(gè)硅片上刻制寬度僅能容納一條DNA分子的芯片溝槽，計(jì)算機(jī)裝上這種芯片，就可以完全“讀懂”DNA序列或可以在幾分鐘內(nèi)查明突然發(fā)生的傳染病的病因。8.5.3納米技術(shù)在臨床診斷與檢測(cè)中的應(yīng)用第99頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用(1)藥物治療納米技術(shù)在藥物方面的應(yīng)用涉及以下幾點(diǎn)：①提高藥物的吸收利用度

納米粒徑的藥物由于大的比表面積，增加了其暴露于介質(zhì)中的表面積，促進(jìn)了藥物的溶解，因而可以提高藥物的吸收度，同時(shí)納米粒徑的藥物更容易穿透組織間隙，分布極廣，也可以大大提高其生物利用度。②控制釋放系統(tǒng)該系統(tǒng)包括納米粒子和納米膠囊，其藥物釋放機(jī)理為藥物通過(guò)囊壁瀝濾、滲透和擴(kuò)散出來(lái)，也可以通過(guò)基質(zhì)本身的溶蝕釋放其中的藥物。該系統(tǒng)可延長(zhǎng)藥物作用的時(shí)間，并在保證藥物作用的前提下減少給藥劑量，以減輕或避免毒副作用，另外可提高藥物的穩(wěn)定性以便于儲(chǔ)存。第100頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③提高藥物作用的靶向性

藥物作用靶向性可以通過(guò)納米載體完成。以納米粒子作為載體，與藥物形成復(fù)舍物后，根據(jù)不同的治療目的，選用不同的方式進(jìn)入體內(nèi)的目標(biāo)部位，達(dá)到治療的目的。有研究發(fā)現(xiàn)納米粒子的大小、形態(tài)及復(fù)合物的制造是實(shí)現(xiàn)納米粒子靶向性的關(guān)鍵。④建立新的給藥途徑

多肽類藥物在臨床上顯示了良好的治療效果，但是多肽類藥物口服易被蛋白水解酶降解。利用納米技術(shù)的到來(lái)給解決這些問(wèn)題帶來(lái)了希望。關(guān)于以納米粒子作為口服蛋白、多肽、基因等藥物載體的研究也有文獻(xiàn)報(bào)道。8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第101頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四⑤促進(jìn)藥物通過(guò)生物屏障納米給藥系統(tǒng)通過(guò)適當(dāng)?shù)男揎椇?，還可以通過(guò)血腦屏障等生物屏障。

⑥其他方面納米技術(shù)在藥物學(xué)領(lǐng)域還有其他的應(yīng)用，包括獲取病原微生物的結(jié)構(gòu)信息，從而有目的的設(shè)計(jì)藥物；利用納米反應(yīng)器控制藥物的反應(yīng)取向和速度等。8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第102頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)基因治療納米技術(shù)應(yīng)用于基因治療是納米生物技術(shù)最令人振奮的領(lǐng)域，主要包括基因改性和基于DNA分子的有序組裝與生物有序結(jié)構(gòu)模擬的仿生兩方面。在基因改性治療技術(shù)方面，可以應(yīng)用隧道掃描顯微鏡STM和AFM獲得蛋白質(zhì)、核酸分子的圖像，在微小空間將DNA分子變構(gòu)、重新排列堿基序列等；在DNA納米仿生制造方面，是利用DNA復(fù)制過(guò)程中堿基互補(bǔ)法則的專一性、堿基的單純性、遺傳信息的多樣性及雙螺旋結(jié)構(gòu)的拓?fù)浒邢蛐?，結(jié)合納米技術(shù)，操縱單個(gè)原子、分子，制出與生命過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節(jié)相類似的各種功能的納米有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合機(jī)器。

8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第103頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采用納米材料作為基因傳遞系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，目前有以下三種納米載體：殼聚糖、乳酸脫氫酶和樹(shù)枝狀樹(shù)形合成分子。有報(bào)道說(shuō)，利用納米技術(shù)可使DNA通過(guò)主動(dòng)靶向作用定位于細(xì)胞，將質(zhì)粒DNA濃縮至50～200nm大小且?guī)县?fù)電荷，促進(jìn)其對(duì)細(xì)胞核的有效進(jìn)入，質(zhì)粒DNA插入細(xì)胞核DNA的準(zhǔn)確位點(diǎn)則取決于納米粒子的大小和結(jié)構(gòu)，但其理化特性尚待確實(shí)。(3)納米機(jī)器人經(jīng)血管注入人體后，它以溶解在血液中的葡萄糖和氧氣為能量，按醫(yī)生編制好的程序進(jìn)行健康檢查，清除動(dòng)脈脂類沉積物并疏通血管，吞噬病菌，殺死癌細(xì)胞，監(jiān)視體內(nèi)的病變等。8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第104頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

納米機(jī)器人還可以用來(lái)進(jìn)行人體器官修復(fù)工作；進(jìn)行基因裝配工作，即從基因申除去有害的DNA或把正常的DNA安裝在基因中，或使引起癌癥的DNA突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)；燒傷和創(chuàng)傷、肺臟等處的焦油、寄生蟲的清除等。紐約大學(xué)最近研制的納米機(jī)器人，有兩個(gè)用DNA制作的手臂，能在固定的位置間旋轉(zhuǎn)。(4)腫瘤治療

利用納米技術(shù)設(shè)計(jì)出識(shí)別和殺死癌細(xì)胞的小設(shè)備，這種設(shè)備帶有一個(gè)小的計(jì)算機(jī)和幾個(gè)附著點(diǎn)，可以判別特定分子的濃度，一旦發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞，便能及時(shí)放出攜帶的殺癌細(xì)胞藥物。8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第105頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四目前主要用于腫瘤治療的是納米控釋系統(tǒng)。某些納米材料可直接殺死癌細(xì)胞，李教授報(bào)道羧基磷灰石的納米材料是殺死癌細(xì)胞的有效武器，可以殺死人的肺癌、肝癌、食管癌等多種癌細(xì)胞，且不傷害正常的細(xì)胞。(5)捕獲病毒的納米陷阱

DonaldTomalia等用樹(shù)形聚合物制作了能夠捕獲病毒的納米陷阱，把能夠與病毒結(jié)合的硅鋁酸位點(diǎn)覆蓋在陷阱細(xì)胞表面，當(dāng)病毒結(jié)合到陷阱細(xì)胞表面后就無(wú)法再感染人體細(xì)胞了。8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第106頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四陷阱細(xì)胞有外殼、內(nèi)腔和核三部分組成，內(nèi)腔可充填藥物分子或化療藥物；陷阱細(xì)胞能夠繁殖，生成不同的后代，個(gè)子較大的后代可能攜帶更多的藥物。體外實(shí)驗(yàn)表明，納米陷阱能夠在流感病毒感染細(xì)胞之前就捕獲它們，同樣的方法期望用于捕獲類似癌癥／艾滋病病毒等更復(fù)雜的細(xì)脆／病毒。(6)器官移植

隨著人工器官技術(shù)的發(fā)展，修復(fù)外科將被替代外科取代。在器官移植領(lǐng)域，只要在人工器官外面涂上納米粒子，就可預(yù)防人工器官移植的排異反應(yīng)。(7)手術(shù)治療

從細(xì)胞的角度看，即使是現(xiàn)在最好的手術(shù)刀，與其說(shuō)是在治療疾病，不如說(shuō)是在撕裂細(xì)胞。納米手術(shù)刀只有一根頭發(fā)絲的百分之一大小，可以不用開(kāi)胸剖腹就能完成手術(shù)，使手術(shù)治療由有創(chuàng)變?yōu)槲?chuàng)，由微創(chuàng)變?yōu)闊o(wú)創(chuàng)。

8.5.4納米技術(shù)在臨床治療中的應(yīng)用第107頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.5.5納米技術(shù)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用(1)應(yīng)用納米技術(shù)分離細(xì)胞

納米SiO2微粒細(xì)胞分離技術(shù)是將表面包覆單分子層的直徑30nmSiO2粒子均勻分散到含有多種細(xì)胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，通過(guò)離心使所需要的細(xì)胞分離。比利時(shí)的德梅博士等制備出多種對(duì)各種細(xì)胞器敏感程度和親和力差異很大“的金納米粒子一抗體復(fù)合體，與細(xì)胞器結(jié)合后在光鏡和電鏡下襯度差別很大，很容易分辨各種細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)。第108頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)STM和AFM的應(yīng)用STM和AFM具有0.01～0.1nm的分辨率，可以直接觀測(cè)到原子水平，還可以對(duì)原子、分子進(jìn)行直接操縱，在自然的大氣或液體條件下成像，是研究生物大分子表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、特別是局域結(jié)構(gòu)的理想方法。（3）熒光測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用利用納米技術(shù)可探測(cè)到單個(gè)生物大分子的熒光，反映一個(gè)細(xì)胞的能量狀態(tài)及周圍化學(xué)環(huán)境的變化，甚至可測(cè)量一個(gè)酶分子的活性。8.5.5納米技術(shù)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第109頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）量子點(diǎn)標(biāo)記物的應(yīng)用清華大學(xué)將量子斑點(diǎn)納米粒子標(biāo)記法用于芯片DNA的光致發(fā)光檢測(cè)，具有超高靈敏度。（5）納米磁性微粒在酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)中的應(yīng)用

納米級(jí)磁性微粒具有表面標(biāo)記蛋白質(zhì)的特性，還具有納米微粒表面積大的敏感性和磁性分享的方便性，有很大的醫(yī)學(xué)應(yīng)用前途（6）納米生物計(jì)算機(jī)

以生物工程技術(shù)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)分子為主要材料，并以其作為生物芯片。由于蛋白質(zhì)分子能夠通過(guò)組合，再生新的微型電路，使得納米計(jì)算機(jī)具有生物體的一些特性，因此通過(guò)動(dòng)態(tài)檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)疾病的先兆信息，使疾病的早期診斷與治療成為可能。8.5.5納米技術(shù)在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第110頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.6納米技術(shù)在軍事領(lǐng)域上的應(yīng)用8.6.1納米電子技術(shù)在軍事領(lǐng)域上的應(yīng)用8.6.1.1納米計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)是信息系統(tǒng)的核心，而且現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)系統(tǒng)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)。采用納米技術(shù)制造的微型晶體管和存儲(chǔ)器芯片將使存儲(chǔ)密度、計(jì)算速度和效率提高數(shù)百萬(wàn)倍，大大縮小計(jì)算機(jī)的體積和重量，而能耗卻可降低到今天的幾十萬(wàn)分之一。一旦這種具有原子精密度的新型計(jì)算機(jī)取代現(xiàn)有的計(jì)算設(shè)備用于軍事作戰(zhàn)，必將實(shí)現(xiàn)信息采集和處理能力的革命性突破，從而提高C4I系統(tǒng)（指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)四個(gè)詞的英文開(kāi)頭字母均為“c”，所以稱“C4”；“I”代表4情報(bào)。第111頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

8.6.1.2納米航天及航空技術(shù)(l)納米衛(wèi)星

1993年，美國(guó)Aerospace公司就在奧地利召開(kāi)的第44屆國(guó)際宇航大會(huì)上提出了納米衛(wèi)星（質(zhì)量約0.1—l0kg）的概念。這種衛(wèi)星比麻雀略大，質(zhì)量不足l0kg,各種部件全部用納米材料制造，采用最先進(jìn)的微機(jī)電一體化集成技術(shù)整合，體積小、質(zhì)量輕、生存能力強(qiáng)，即使遭受攻擊也不會(huì)喪失全部功能；研制費(fèi)用低，不需大型實(shí)驗(yàn)設(shè)拖和跨度大的廠房；易發(fā)射，不需大型運(yùn)載工具發(fā)射，一枚小型運(yùn)載火箭即可發(fā)射千百顆，若在太陽(yáng)同步軌道上等間隔布置648顆功能不同的納米衛(wèi)星，就可以保證在任何時(shí)刻對(duì)地球上任何一點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，即使少數(shù)衛(wèi)星失靈，整個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的工作也不會(huì)受影響。第112頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)太空升降機(jī)太空戰(zhàn)將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的熱點(diǎn)，由于現(xiàn)用航天飛機(jī)和宇宙飛機(jī)運(yùn)載能力較低，發(fā)射次數(shù)有限，安全性也較差，前一階段美國(guó)科學(xué)家甚至為此呼吁暫停使用現(xiàn)有的航天飛機(jī)。

另一方面，一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在加緊研制能夠滿足太空作戰(zhàn)需要的新式太空運(yùn)載工具。巴基球是由60個(gè)碳原子聚集在一起形成的足球狀結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上研制出納米碳管，其強(qiáng)度比鋼高100倍，而重量只有鋼的1/6,5萬(wàn)個(gè)納米碳管并排在一起只相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的直徑。這種納米碳管或類似結(jié)構(gòu)的材料被設(shè)想用于制造“太空升降機(jī)”，在未來(lái)的太空軍事化應(yīng)用中將發(fā)揮重要作用。8.6.1.2納米航天及航空技術(shù)第113頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)納米飛機(jī)偵察和干擾系統(tǒng)

應(yīng)用了納米技術(shù)的各種微型飛行器可攜帶各種探測(cè)設(shè)備，具有信息處理、導(dǎo)航（帶有小型GPS接收機(jī)）和通信能力。美國(guó)黑寡婦超微型飛行器長(zhǎng)度不超過(guò)15cm，成本不超過(guò)1000美元，重50g，裝備有GPS、微攝像機(jī)和傳感器等精良設(shè)備。德國(guó)美因茲微技術(shù)研究所科學(xué)家研制成功微型直升機(jī)，長(zhǎng)24mm、高8mm、質(zhì)量為400mg，小到可以停放在一顆花生上。這些納米飛機(jī)的主要功能是秘密部署到敵方信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的內(nèi)部或附近，監(jiān)視敵方情況，同時(shí)也可對(duì)敵方雷達(dá)、通信等電子設(shè)備實(shí)施有效干擾。它們可以懸停、飛行，且很難被敵方常規(guī)雷達(dá)發(fā)現(xiàn)。據(jù)說(shuō)它還適應(yīng)全天候作戰(zhàn)，可以從數(shù)百公里外將其獲得的信息傳回己方導(dǎo)彈發(fā)射基地，直接引導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊目標(biāo)。8.6.1.2納米航天及航空技術(shù)第114頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.6.1.3微機(jī)電系統(tǒng)、納米武器和納米軍隊(duì)

微機(jī)電系統(tǒng)可以說(shuō)是納米技術(shù)的核心技術(shù)，也是目前納米電子技術(shù)最尖端的應(yīng)用。所謂微機(jī)電系統(tǒng)是指外形輪廓尺寸在毫米級(jí)、構(gòu)成元件尺寸在微米至納米級(jí)的可控制、可運(yùn)動(dòng)的微型機(jī)械電子裝置。納米技術(shù)的發(fā)展正在使微機(jī)電系統(tǒng)走向現(xiàn)實(shí)而以后者為基礎(chǔ)的神奇“精靈”，不僅將改變我們的生活現(xiàn)狀，更將主宰未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的舞臺(tái)。第115頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)微型導(dǎo)彈

由于納米器件比半導(dǎo)體器件工作速度快得多，制造出的智能化微機(jī)電導(dǎo)航系統(tǒng)，可以使制導(dǎo)、導(dǎo)航、推進(jìn)、姿態(tài)控制、能源和控制等方面發(fā)生質(zhì)的變化，從而使微型導(dǎo)彈更趨小型化、遠(yuǎn)程化、精確化。這種只有蚊子大小的微型導(dǎo)彈直接受電波遙控，可以悄然潛入目標(biāo)內(nèi)部，其威力足以炸毀敵方火炮、坦克、飛機(jī)、指揮部和彈藥庫(kù)，起到神奇的戰(zhàn)斗效能。目前，美國(guó)、日本、德國(guó)正在研制一種細(xì)如發(fā)絲的傳感制動(dòng)器，為成功研制微型導(dǎo)彈開(kāi)拓了技術(shù)發(fā)展空間。

8.6.1.3微機(jī)電系統(tǒng)、納米武器和納米軍隊(duì)第116頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)納米微型軍

這是一類能像士兵那樣執(zhí)行各種軍事任務(wù)的超微型智能武器裝備，目前正在研制的主要是執(zhí)行偵察監(jiān)視任務(wù)、破壞敵方電腦網(wǎng)絡(luò)、信息系統(tǒng)、武器火控和制導(dǎo)系統(tǒng)的“間諜草”、“機(jī)器蟲”、袖珍遙控飛行器、“螞蟻雄兵”和微型攻擊機(jī)器人等。例如“螞蟻雄兵”，這是一種通過(guò)聲波或其他萬(wàn)式控制的微型機(jī)器人，比螞蟻還要小，但具有驚人的破壞力。它們可以通過(guò)各種途徑鉆進(jìn)敵方武器裝備中，長(zhǎng)期潛伏下來(lái)，一旦啟用便各顯神通，有的專門破壞敵方電子設(shè)備，使其短路、毀壞；有的充當(dāng)爆破手，用特種炸藥引爆目標(biāo)；

8.6.1.3微機(jī)電系統(tǒng)、納米武器和納米軍隊(duì)第117頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四有的釋放各種化學(xué)制劑，使敵方金屬變脆、油料凝結(jié)或使敵方人員神經(jīng)麻痹、失去戰(zhàn)斗力。若“螞蟻雄兵”與微型地雷配合使用，還能實(shí)施戰(zhàn)略打擊。據(jù)美國(guó)國(guó)防部專家透露，美國(guó)研制的“微型軍”有望在10年內(nèi)大規(guī)模部署(3)納米機(jī)器人納米機(jī)器人是納米科技最具誘惑力的重要內(nèi)容。納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，這種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置一旦研制成功，可在1s內(nèi)完成數(shù)十億次操作。這將改變?nèi)藗儗?duì)戰(zhàn)爭(zhēng)力量對(duì)比的看法，使未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)模式與格局產(chǎn)生根本性變革。8.6.1.3微機(jī)電系統(tǒng)、納米武器和納米軍隊(duì)第118頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)高集成度的單兵系統(tǒng)由于納米住處系統(tǒng)具有超微型化、高智能化等特點(diǎn)，目前車載、機(jī)載的電子戰(zhàn)系統(tǒng)甚至武器系統(tǒng)都可濃縮至單兵攜帶，其隱蔽性更好、攻擊性更強(qiáng)，同時(shí)系統(tǒng)獲取信息速度加快，偵察監(jiān)視精度提高而系統(tǒng)的重量卻大大減輕。應(yīng)用納米技術(shù)的單兵能明顯提高士兵的態(tài)勢(shì)和感知能力、通信能力和殺傷力。8.6.1.3微機(jī)電系統(tǒng)、納米武器和納米軍隊(duì)第119頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月20日，星期四8.6.2納米技術(shù)將改變戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.1.未來(lái)作戰(zhàn)模式將發(fā)生根本改變

未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)極可能將由數(shù)不清的各種納米微型兵器擔(dān)任主演。2.未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)將更加透明

可以想象，從太空到空中、地面，面對(duì)層層高效的納米級(jí)偵察監(jiān)視網(wǎng)，會(huì)使人難以察覺(jué)、防不勝防。這將使得技術(shù)相對(duì)落后的國(guó)家軍隊(duì)有密難保，戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)強(qiáng)敵將徹底透明，必將使戰(zhàn)爭(zhēng)更具突發(fā)性。第120頁(yè)，共141頁(yè)，2023年，2月2