纳米技术的用途篇1

关键词：纳米材料的特性；制备方法；应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.198

1纳米材料的特性

当物体的粒子的直径减小到纳米这一数量级时，能够使一些材料的声、、电、磁、热性等呈现一些新的特性。对纳米体材料的一些特性可以用“更轻、更高、更强”进行概括。

2制备方法

2.1物理制备纳米材料的方法

在早期常将较粗的固体物质进行粉碎，如超声波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等方法。随着时代的方法近年来出现了一些新的方法，如旋转涂层法，通过控制转速来获得不同空隙的颗粒.然后再在其表面积一层膜，最后经过热处理的方法得到纳米颗粒的阵列。

（1）真空蒸发获得纳米材料。利用电弧高频加热对需要处理的固体材料进行加热，使之形成等离子体，然后对该材料进行骤冷，最后凝结成纳米材料。纳米材料的微粒径可通过改变通入气体的种类或压力等方法进行控制。具体操作过程是将需要蒸发的材料放人柑锅中，先更高程度的真空，然后向里面注人少量的惰性气体，然后再加热，最后蒸发形成纳米微粒。

（2）利用等离子体蒸发凝聚获得纳米材料这种方法是把一种或多种固体颗粒注人到等离子体中，使之蒸发，再通过骤冷装置获得纳米微粒。

2.2化学制备纳米微粒的方法

化学法制纳米材料的方法是通过适当的化学反应，把分子或原子制备成纳米物质，其中包括化学气相沉积（CVD）法、化学气相冷凝法（CVC）等。

（1）化学气相沉积法是目前最广泛的方法，这种方法是在一个加热的衬底上，通过几种气态元素形成纳米材料的过程，这种方法可以可分成热分解反应沉积的方法和化学反应沉积的方法。使用这种方法能均匀的对整个基体进行沉积。缺点是衬底的温度比较高。随着科技的进步，由此产生了许多的新技术，比如等离子体增强化学气相沉积方法及激光诱导化学气相沉积的方法等。

（2）化学气相冷凝法制备纳米材料是通过热解有机高分子获得纳米颗粒。

（3）化学沉淀法的方法是通过在金属盐类的水溶液中适当控制条件使沉淀剂与金属离子进行反应，产生难溶化合物形成沉淀，然后经分离、热分解得到纳米微粒。化学沉淀法有多种如直接沉淀法、共沉淀法等。

2.3物理化学方法制纳米材料

一般在实践情况下是不会只用物理或只用化学方法进行制作纳米材料的，很多是结合了物理和化学两种方法的，主要方法有

（1）热等离子体法是用等离子体将金属等粉末融化后进行蒸发然后再冷凝，从而制成纳米微粒，这种方法是制作金属台金系列纳米微粒比较有效的方法。比如用电弧的方法混合等离子体，它能有效的弥补了传统法存在的一些缺陷，如等离子枪功率小、使用年限比较短和热转化的效率比较低等一些缺点。

（2）利用激光加热蒸气的方法，这种方法是用激光快速加热热源，使反应物分子内部能够很快地吸收能量和传递能量，气体在很短的时间内就能反应的长大和终止.这种方法可以很快生成表面洁净纳米的颗粒。

（3）利用辐射合成法来制作纳米颗粒，这种方法是用用辐射台成法制备纳米材料，它的制备工艺一般是比较简单的，可以在常温常压下进行操作，制备周期时间比较短，生成的粒度比较容易易控制，生成的效率也是较高的，使用这种方法不仅可制备纯度比较高的金属粉末，还可制备各种氧化物纳米粒子以及纳米复台材料，所以纳米材料的辐射法制备近年来得到了很大的发展。

3纳米技术的一些技术应用

（1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。

（2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，最终能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。

（3）最新型的纳米侦察卫星是采用的是纳米元件和按照纳米进行加工方的方法组装而成的，它的质量小于10kg。纳米卫星的体积虽然只有一般比麻雀稍微大一点，但是却拥有非常强大的运算能力，在太空中数十颗甚至数百颗这样的纳米卫星连接在一起就可以织成“天网”，形成纳米卫星侦察系统，能够实现对全球各个地区的覆盖和侦察，在军事上是的应用是非常的重要的，能实现军队对高空无“死区”的侦查。纳米飞行侦察系统属于是一种比较微型化的飞行系统，它能够携带多种探测侦查设备，他们具有非常高的信息处理和导航和通信的能力。该系统的其主要功能是对敌方进行秘密的部署，关键时候可以到敌方信息资源库和相关武器系统的内部或附近地区进行监视敌方的情况，与此同时也可对敌方的各种雷达、通信设备等实施有效监视和干扰。它能够附着在敌方的建筑物或者机械设备上进行监听，有时也可以直接把敌方目标的位置坐标传送到我方发送到我方的炮兵发射基地进行发射导弹，这能够有效地引导精确制导武器进行有效地攻击。当然除了可以放在飞行的纳米飞行器上，还有其它理性的的纳米传感器和侦查设备。他们的体积一般都比较小不容易被发现，内部都装有非常敏锐的传感器。还有一些传感器广泛的分布在一些武器装备的表面，这种传感器叫做环境传感器，它能够察觉比较细微的外部环境的一些“刺激”，用来对武器系统进行调整。潜艇的蒙皮改用纳米材料以后能够灵敏地察觉水流、水压等一些极为细微的外部环境环境的变化，同时及时反馈给潜艇的中央控制系统，实现最低限度地降低噪声，通过对水波的变化的“察觉”能够判断来袭的敌方鱼雷，使潜艇及时有效的进行规避；这能用比较低辐射功率完成“敌我识别，能有效的避免免误伤自己。

（4）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。

（5）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。

现在我国已经建立十多条的纳米材料和技术的生产线。纳米复合材料、纤维的改性、纳米材料在能源和环保等方面的应用与开发已在我国兴起。国内纳米技术注册的公司已经近百个，一些知名的企业家对纳米技术的关注，已经为我国纳米技术产业注入了新的活力。相信在不久将来，纳米材料技术将会应用很快的应用于我国的船舶行业。

4结语

目前世界上的的纳米物质和产品的种类非常的多，制作方法上也是五花八门，但总体上看还很不完整.从纳米材料的发展角度看，需要开发一些比较简单的，能够大规模进行生产的方法.从对纳米颗粒的基础来看，需要开发能够进行严格控制其微粒尺寸的制备方法.这些工作的进展将有助于以后更好的开发纳米材料的用途，从而创立新的电子学材料、光学材料、传感器等。

参考文献：

[1]曹茂盛.纳米材料导论[M]纳米材料应用，2014（6）

纳米技术的用途篇2

（一）力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。

（二）磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。

（三）电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

（四）热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

二、纳米材料在化工行业中的应用

（一）在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

（二）在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。

（三）在精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

参考文献:

[1]张立德，牟季美，纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001.

[2]严东生，冯端，材料新星?纳米材料科学,湖南科学技术出版社，1998年.

[3]H.Gleiter(德)著，崔平，方永，葛庭燧译，纳米材料，原子能出版社，1994年.

[4]DyerPE,FarleyRJ,GiedlR,etal..Excimerlaserablationofpolymersandglassesforgratingfabrication.AppliedSurfaceScience,1996.

纳米技术的用途篇3

在电子技术中应运中,近似计算贯穿其始终。然而,没有近似计算是不可想象的。而精确计算在电子技术中往往行不通,也没有其必要。尽管近似计算会引入一定的误差,但这个误差控制得好,不会对分析其它电路产生大的影响。所以关键在于我们如何掌握,特别是如何应用近似计算。

在工作点稳定电路中的应用要进行静态分析,就必须求出三极管的基电压,必须忽略三极管静态基极电流。这样,我们得到三极管的基射电子的相关过程及结论。

二、纳米电子技术急需解决的若干关键问题

由于纳米器件的特征尺寸处于纳米量级,因此,其机理和现有的电子元件截然不同,理论方面有许多量子现象和相关问题需要解决,如电子在势阱中的隧穿过程、非弹性散射效应机理等。尽管如此,纳米电子学中急需解决的关键问题主要还在于纳米电子器件与纳米电子电路相关的纳米电子技术方面,其主要表现在以下几个方面。

(1)纳米Si基量子异质结加工

要继续把现有的硅基电子器件缩小到纳米尺度,最直截了当的方法是采用外延、光刻等技术制造新一代的类似层状蛋糕的纳米半导体结构。其中,不同层通常是由不同势能的半导体材料制成的,构建成纳米尺度的量子势阱,这种结构称作“半导体异质结”。

(2)分子晶体管和导线组装纳米器件即使知道如何制造分子晶体管和分子导线,但把这些元件组装成一个可以运转的逻辑结构仍是一个非常棘手的难题。一种可能的途径是利用扫描隧道显微镜把分子元件排列在一个平面上;另一种组装较大电子器件的可能途径是通过阵列的自组装。尽管,PurdueUniversity等研究机构在这个方向上取得了可喜的进展,但该技术何时能够走出实验室进入实用,仍无法断言。

(3)超高密度量子效应存储器

超高密度存储量子效应的电子“芯片”是未来纳米计算机的主要部件,它可以为具备快速存取能力但没有可动机械部件的计算机信息系统提供海量存储手段。但是,有了制造纳米电子逻辑器件的能力后,如何用这种器件组装成超高密度存储的量子效应存储器阵列或芯片同样给纳米电子学研究者提出了新的挑战。

(4)纳米计算机的“互连问题”

一台由数万亿的纳米电子元件以前所未有的密集度组装成纳米计算机注定需要巧妙的结构及合理整体布局,而整体结构问题中首当其冲需要解决的就是所谓的“互连问题”。换句话说,就是计算结构中信息的输入、输出问题。纳米计算机要把海量信息存储在一个很小的空间内,并极快地使用和产生信息,需要有特殊的结构来控制和协调计算机的诸多元件,而纳米计算元件之间、计算元件与外部环境之间需要有大量的连接。就现有传统计算机设计的微型化而言,由于电线之间要相互隔开以避免过热或“串线”,这样就有一些几何学上的考虑和限制,连接的数量不可能无限制地增加。因此,纳米计算机导线间的量子隧穿效应和导线与纳米电子器件之间的“连接”问题急需解决。

(5)纳米/分子电子器件制备、操纵、设计、性能分析模拟环境

当前,分子力学、量子力学、多尺度计算、计算机并行技术、计算机图形学已取得快速发展,利用这些技术建立一个能够完成纳米电子器件制备、操纵、设计与性能分析的模拟虚拟环境,并使纳米技术研究人员获得虚拟的体验已成为可能。但由于现有计算机的速度、分子力学与量子力学算法的效率等问题,目前建立这种迅速、敏感、精细的量子模拟虚拟环境还存在巨大困难。

三、交互式电子技术手册

交互式电子技术手册经历了5个发展阶段,根据美国国防部的定义:加注索引的扫描页图、滚动文档式电子技术手册、线性结构电子技术手册、基于数据库的电子技术手册和集成电子技术手册。目前真正意义上的集成了人工智能、故障诊断的第5类集成电子技术手册并不存在,大多数电子技术手册基本上位于第4类及其以下的水平。需要声明的是,各类电子技术手册虽然代表不同的发展阶段,但是各有优点,较低级别的电子技术手册目前仍然有着各自的应用价值。由于类以上的电子技术手册在信息的组织、管理、传递、获取方面具有明显的优点。

简单的说,电子技术手册就是技术手册的数字化。为了获取信息的方便,数字化后的数据需要一个良好的组织管理和提供给用户的形式,电子技术手册的发展就是围绕这一过程来进行的。

四、电子技术在时间与频率标准中的应用

时间和频率是描述同一周期现象的两个参数,可由时间标准导出频率标准,两者可共用的一个基准。

纳米技术的用途篇4

【关键词】纳米材料；纳米技术；应用

有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。世界各国相继投入巨资进行研究，美国从2000年启动了国家纳米计划，国际纳米结构材料会议自1992年以来每两年召开一次，与纳米技术有关的国际期刊也很多。

一、纳米材料的特殊性质

纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、剂等领域。

（一）力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

（二）磁学性质

当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

（三）电学性质

由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

（四）热学性质

纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。转（五）光学性质

纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。

（六）生物医药材料应用

纳米粒子比红血细胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳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药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。

二、纳米技术现状

目前在欧美日上已有多家厂商相继将纳米粉末和纳米元件产业化，我国也在国际环境影响下创立了一（下转第37页）（上接第26页）些影响不大的纳米材料开发公司。美国2001年通过了“国家纳米技术启动计划（NationalTechnologyInitiative）”，年度拨款已达到5亿美圆以上。美国科技战略的重点已由过去的国家通信基础构想转向国家纳米技术计划。布什总统上台后，制定了新的发展纳米技术的战略规划目标：到2010年在全国培养80万名纳米技术人才，纳米技术创造的GDP要达到万亿美圆以上，并由此提供200万个就业岗位。2003年，在美国政府支持下，英特尔、蕙普、IBM及康柏4家公司正式成立研究中心，在硅谷建立了世界上第一条纳米芯生产线。许多大学也相继建立了一系列纳米技术研究中心。在商业上，纳米技术已经被用于陶瓷、金属、聚合物的纳米粒子、纳米结构合金、着色剂与化妆品、电子元件等的制备。

目前美国在纳米合成、纳米装置精密加工、纳米生物技术、纳米基础理论等多方面处于世界领先地位。欧洲在涂层和新仪器应用方面处于世界领先地位。早在“尤里卡计划”中就将纳米技术研究纳入其中，现在又将纳米技术列入欧盟2002——2006科研框架计划。日本在纳米设备和强化纳米结构领域处于世界先进地位。日本政府把纳米技术列入国家科技发展战略4大重点领域，加大预算投入，制定了宏伟而严密的“纳米技术发展计划”。日本的各个大学、研究机构和企业界也纷纷以各种方式投入到纳米技术开发大潮中来。

中国在上世纪80年代，将纳米材料科学列入国家“863计划”、和国家自然基金项目，投资上亿元用于有关纳米材料和技术的研究项目。但我国的纳米技术水平与欧美等国的差距很大。目前我国有50多个大学20多家研究机构和300多所企业从事纳米研究，已经建立了10多条纳米技术生产线，以纳米技术注册的公司100多个，主要生产超细纳米粉末、生物化学纳米粉末等初级产品。

三、前景展望

经过几十年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生；用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用；分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。

纳米技术目前从整体上看虽然仍然处于实验研究和小规模生产阶段，但从历史的角度看：上世纪70年代重视微米科技的国家如今都已成为发达国家。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇。必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪实现经济腾飞奠定坚实的基础。整个人类社会将因纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。

纳米技术的用途篇5

[关键词]药剂学；技术；药物功效；作用

[中图分类号]R94[文献标识码]A[文章编号]1674-4721（2012）12（b）-0023-02

药剂学是一门研究药物制剂的基本理论、处方设计、制备工艺、质量控制和合理使用等内容的综合性学科。近年来，出现多种药剂学新技术，在改善药物功效中起到了非常重要的作用。本文就这些年出现的新技术及其在改善药物功效中的作用做一简要的总结。

1固体分散体制备技术

固体分散技术作为一种新型的制剂系统，主要是通过微粉化、粉状溶液、固体分散体和溶剂沉积等技术将难溶性药物高度分散在固体载体材料中，显著增加难溶药物的溶解性能，从而提高药物制剂生物利用度[1]。近年来，发展了将固体分散体直接填充入胶囊的技术[2]，固体分散体作为一种中间剂型，可根据需要制成软胶囊剂、硬胶囊剂等，便于临床上缓控释制剂的开发。另外，表面活性载体的应用越来越普遍，由于载体对于游离性药物而言，是作为分散剂或乳化剂的，从而阻止了任何水不溶性表面层的形成，药物被分散或乳化成了极细的状态，显著提高了药物的溶解度。

现在利用固体分散体制备的缓控释制剂越来越多，如对于难溶性药物伊曲康唑，采用喷雾干燥法制备其固体分散体，由于选用了聚乙烯吡咯烷酮（PVPK30）为载体，显著提高了伊曲康唑的溶解度及体外溶出速率[3]。黄曙宾等[4]以乙基纤维素为载体，采用固体分散体技术制备的葛根素缓释胶囊有很明显的缓释效果，并显著提高了葛根素的生物利用度。杜江等[5]采用喷雾干燥法制备的黄褐毛忍冬总皂苷的肠溶型固体分散体能达到肠溶和粉末化。吕文莉等[6]采用固体分散体技术，使番茄红素以分子复合物的状态存在于固体分散体中，显著改善了难溶性番茄红素的生物利用度。

2包合物制备技术

包合物（inclusioncomplex）系指一种特殊的络合物，是由一种分子被全部或部分包合于另一种分子的空穴结构内而形成的。这种包合物由具有一定空穴结构的主分子（包合材料）和客分子（通常为有机药物）两种成分组成。主分子的空穴结构，足以将客分子容纳在内，通常按1∶1比例形成分子囊。目前常用的包合材料为环糊精及其衍生物[7]。

有机药物借VanderWaals力形成包合物后，有如下功效：（1）增大溶解度，提高稳定性，使液体药物粉末化。如难溶性药物前列腺素E2经包合后溶解度大大提高，可制成注射用粉末。（2）掩盖药物的不良气味。如陈皮挥发油制成包合物后，可粉末化且可防止挥发；盐酸雷尼替丁制成包合物后能显著改善其不良臭味，提高患者用药的依从性。（3）调节药物的释放速率，提高药物的生物利用度。如诺氟沙星制成β-环糊精包合物胶囊后，起效快，相对生物利用度提高到141.6％；硝酸异山梨醇酯-甲基β-环糊精包合物片剂具有明显的缓释性，其血药水平可维持相当长的时间。（4）降低药物的刺激性与毒副作用。如磷酸苯丙哌林片可减小舌部麻木的副作用。

3聚合物胶束、纳米乳与亚微乳制备技术

胶束是由过量的表面活性剂在水中自组装形成的一种热力学稳定系统，其疏水核心能较大量地包载疏水性药物，具有缓释作用[8]。由于进入体内后，低分子表面活性剂胶束会被血液稀释，从而容易解缔合，无法将药物送至靶区。而聚合物胶束却是一种优良的药物载体，且有天然的被动靶向作用。粒径较小的聚合物胶束，有很好的阻止透过性，不易被巨噬细胞吞噬，能在有渗透性血管的组织（如肿瘤、炎症区或梗死区）聚集；粒径大的聚合物胶束，主要浓集在巨噬细胞丰富的肝脾等部位。胶束的疏水中心能大量地包载疏水性药物，如包载的药物是液态，则形成纳米乳或亚微乳；如包载的药物是固态，则形成纳米囊或亚微囊。

聚合物胶束、纳米乳和亚微乳均可作为药物的载体，但目前在药剂学中还主要处于试验研究阶段，已广泛应用的实例有抗排斥反应的环孢素浓乳，其在体内可自发地形成纳米乳。

4微囊与微球制备技术

微囊和微球的粒径范围为1～250nm，属微米级，又统称微粒[9]。微囊（microcapsules）系指利用天然的或合成的高分子材料作为囊膜（membranewall）将固态或液态药物包裹而成的药壳型微囊；微球（microspheres）则指使药物溶解和（或）分散在高分子材料中，形成的骨架型微小球状实体。

蛋白质和多肽类大分子物质以及抗生素等药物对一些难治愈疾病有很强的药理作用，且副作用少，但是稳定性差。近年来，微囊化技术越来越多地应用于生物医学领域[10]，将一些生物大分子物质微囊化后能最大程度地保持药物的生物活性。另外，还可通过调节微囊或微球壁厚度和孔径大小，以达到缓释或控释的目的。如李药兰等[11]以乙基纤维素为囊材，采用乳液溶剂挥发技术制备的茶多酚缓释胶囊，达到了提高茶多酚稳定性和缓释的双重作用。易金娥等[12]以生物可降解型明胶和阿拉伯胶为囊材，采用复凝聚法制备的阿维菌素微囊，显著提高了阿维菌素的疗效，降低其毒副作用。

5纳米粒与亚微粒制备技术

纳米粒（nanoparticles）由高分子物质组成，粒径为10～100nm，其可分为骨架实体型的纳米球和膜壳药库型的纳米囊。如果粒径为100～1000nm，则为亚微粒。

药剂学中纳米粒、亚微粒具有特殊的医疗价值[13]。因为制成纳米粒和亚微粒的药物，理化性质被隐藏，其体内过程依赖于载体的理化性质。另外，纳米粒、亚微粒对肝、脾或骨髓等部位均具有被动靶向性，这个特点在疑难病的治疗和新剂型的研究中有广泛的用途：（1）作为抗癌药物的载体，是极其具有价值的，因为肿瘤的血管间隙只有100nm，能允许粒径小于100nm的粒子，如载药纳米粒，从肿瘤有隙漏的内皮组织血管中逸出，从而进入肿瘤内发挥疗效；（2）能使抗生素、抗真菌和抗病毒药对细胞内细菌的感染的治疗疗效增加；（3）作为口服制剂，可防止一些药物，如肽、疫苗类等，在消化道的失活，提高口服稳定性和生物利用度；（4）作为黏膜给药的载体，纳米粒和亚微粒滴眼剂可以黏附于结膜和角膜，从而大大延长作用时间，另外也可制成鼻黏膜、经皮吸收等各种给药途径的制剂，延长或提高药效。

6脂质体与泡囊制备技术

脂质体是由一层或多层同心的脂质双分子膜包封而成的球状体，其作为药物的载体可提高药物疗效，减少副作用[14]。目前，脂质体已用于抗癌药物、抗菌和抗寄生虫病药物、抗病毒药物、酶和激素等的载体，并还可作为免疫激活剂，用于抗肿瘤的转移等，均取得了显著的疗效。另外，最近还新开发了温度敏感脂质体、pH敏感脂质体，免疫脂质体、掺入糖脂的脂质体、前体脂质体、聚合脂质体、磁性脂质体等等，这些新型脂质体在包封率、稳定性和靶向分布等方面进行了改进，大大扩大了脂质体的应用范围。陆伟跃等[15]研制的一种叶酸-脂质体，能通过叶酸受体途径内吞入胞，显著靶向富集F受体的肿瘤细胞。张磊等[16]采用逆相蒸发-超声法制备了胰岛素纳米脂质体，证实制备的脂质体能保护胰岛素在小肠中的活性，且能促进胰岛素的吸收。陈凝等[17]运用实验证明紫杉醇脂质体体内给药对外周白细胞的抑制作用要小于紫杉醇注射液，且其脂质体的抑瘤效果显著优于其注射液。

泡囊（niosomes）又称类脂质体，由非离子型表面活性剂组成，也具有类似脂质体的封闭的双层结构，与脂质体的体内外性质极其相似，但比脂质体稳定，不易泄露，是一类极有前途的新型给药系统。粒径较小的泡囊（小于50nm），不易被巨噬细胞吞噬，可延长体内时间，具有优良的组织穿透性，尤其可在肿瘤、炎症区或梗死区等有渗透性血管的组织聚集，故具有天然的被动靶向作用。粒径大的泡囊在肝、脾浓集处也有被动靶向作用。另外，泡囊也有缓释性、提高药物稳定性和降低药物毒性等特性。

随着分子生物学、分子病理学、分子药理学等生命科学的兴起和发展，构建能够改善药物功效、使药物疗效更充分发挥、使药物毒性变得更低的给药系统成为迫切需求，而改善药物功效也早已成为了药剂学的重要研究任务和工作目的。

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[15]陆伟跃，力弘.叶酸-脂质体制备及对HeLa细胞靶向作用[J].上海医科大学学报，2000，27（1）：4-8.

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纳米技术的用途篇6

关键词：无机纳米材料；纳米加工技术；研究

随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。因此，新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。

1国内外研究现状

近年来，为了克服原有光刻技术对图形线宽的限制，人们已探索了许多先进的纳米刻蚀加工方法。AT&TBeII实验室的R・S・Becker等人利用扫描探针显微技术实现了在Ge表面原子级的加工。H・D・Day和D・R・Allee成功地实现了硅表面的纳米结构制备，从而在纳米加工领域开辟了新的天地。近年来，Mirkin研究组和其它几个研究集体利用扫描探针技术成功地制造了有机分子纳米图形与阵列、无机氧化物、金属纳米粒子、高分子溶胶等纳米图形和阵列以及蛋白质阵列。此外，离子束、电子束、极紫外、X射线、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技术的出现进一步发展了纳米刻蚀加工技术，为克服光刻的限制，提高图形密度提供了可能。然而这些方法虽然可以实现相对复杂的纳米图形化，但其设备昂贵，投资成本较大、应用步骤复杂，更主要的在于生产效率低，产品价格高昂，因而难以在要求低成本、高产出的商业中得到广泛的应用，特别是在图形要求相对简单、有序，而密度和灵敏度要求较高的纳米器件中（如：传感器、激光器、平板显示器、高密度存储器件、生物芯片、量子器件等方面）的应用受到了很大的制约。因此，如何发展简单、便宜、适用于大规模生产的表面图案化技术已成为一个涉及众多学科领域的新课题。

当前，美、日两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。为了应对纳米技术的挑战，欧洲最近几年开展国家间的大型合作项目技术，纳米光刻技术得到了深入研究和广泛发展。近年来我国对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶持，很多科研单位将纳米加工技术列为重点研究项目，并引进了具有0.13和0.09微米生产技术能力的大型芯片企业，为提高我国的纳米加工技术和芯片制造水平，发展信息产业技术，抢占21世纪纳米科学技术的制高点具有不可低估的作用。

2新型纳米加工技术

纳米加工技术是为了适应微电子及纳米电子技术、微机械电子系统的发展而迅速发展起来的一门加工技术。目前，探索新的纳米加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。随着纳米加工技术的发展，现已出现了多种纳米加工技术，新型纳米加工技术利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模，结合纳米刻蚀技术实现小于30纳米的图形结构制备。随着纳米结构图形尺寸小于100纳米后，不仅缩小了器件的尺寸，而且由于纳米尺寸效应的影响，纳米器件被赋予了许多新的特性：计算速度更快、存储密度更高、能耗大大减少等。纳米技术的发展也会对生命技术发展产生重大的影响，对环境、能源等很多方面都会产生重大影响，具有重大而深远的意义。

3新型纳米加工技术的应用

和有机材料相比，无机纳米材料具有尺寸均匀可控，性质稳定、种类多样、易于制备等特点，其粒度尺寸可小于10纳米，甚至可以达到1纳米。同时，利用自组装排布技术也可以获得无机纳米材料的多种纳米图形结构。显然，利用无机纳米材料做掩模有望进一步克服有机高分子结构和尺寸方面的限制，获得尺寸更小，密度更高的纳米图形。同时，利用有机分子的多样性通过功能基团与无机纳米材料结合起来，这样既保留了原来有机分子及无机分子的本质特征，又可能通过这些结合所带来的变化导致新的纳米图形产生，使纳米刻蚀技术向更小的粒度和线宽发展，为提高纳米传感器灵敏度，提高高密度存储器件的记录密度等纳米器件的性能提供新的契机。但从目前来看，大部分研究主要集中在有机图形材料的研究方面，对无机材料，特别是无机-有机复合图形材料的研究还鲜有报导。采用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料结合自组装排布技术以及纳米刻蚀加工技术，有望打破有机图形化材料的限制，获得更为丰富的图形结构。因此，利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料在基底表面实现纳米图形化模板的制备，并结合纳米刻蚀技术对图形进行转移，不仅可用于纳米材料制作、纳米器件加工、纳米长度测量、纳米物质的物理特性研究等方面，还可用于对DNA链和病毒进行处理等，具有重要的应用前景。

4新型纳米加工技术前景展望

新型纳米加工技术在多个领域具有广泛的应用，如生物、医药、机械、电子等领域，其中包括纳米器件（微电子器件、量子器件），纳米材料（低维量子点、量子线材料、光子带宽材料），纳米长度测量标准（可置于显微镜中），光学光栅制作，新型传感器，纳米电子技术，能源领域以及纳米机器人等方面。在纳米刻蚀技术完善后，可以制作纳米级硬件，今后可广泛应用于信息科学和生命科学中。与传统的刻蚀技术相比，以纳米材料为基础的纳米刻蚀加工技术由于利用纳米材料的图形化特性并结合反应离子刻蚀技术，实现纳米图形的刻蚀，因此所需设备简单，操作方便，克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，因而成为人们近来广泛关注的热点，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。对改善太阳能电池表面陷光特性，提高光电转换效率，以及对微芯片、纳米传感器、量子器件、高密度存储等高新技术产品向更高密度、更高速度、更高分辨率和超微细化发展，促进国防科技水平和信息科学的进步，以及医学和生命科学的进步，都具有重大而深远的意义。目前，随着纳米加工技术逐渐产业化和日趋成熟，已经得到市场广泛认可和接受，其产业化和市场化的前景是十分可观的。

5结束语

纳米器件的设计与制造已成为世界上人们关注的热点，成为二十一世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术的发展方向是多种技术的综合应用，以实现各种技术的优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究，不仅可以获得自主知识产权，而且在未来的科技竞争中占据主动。

参考文献

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