纳米材料研究报告范文篇1

日前，英国《每日邮报》报道称，英国伦敦大学学院纳米技术和再生医学系研究人员在实验室培养出多种人体器官，如鼻子、耳朵、气管、动脉等。专家认为，实验室培养人造器官必将能够应用于临床实践，取代器官移植。本刊记者采访到了该研究室的负责人亚历山大·塞法利安教授，一探究竟。

3万人民币可以再造一个鼻子

几十年后，若不幸遭遇车祸或疾病，人们不需要再等待器官捐献者的出现，而只需要从“人体器官商店”订购备用器官就可以了。几个月之后，订购的器官就会被移植到你的身上。你不用担心，这些器官完全是用自己的细胞培养出来的，你的身体不会对这个外来者产生任何排异反应，所以也不需要吃排异反应药物，而这是目前器官移植手术无法比拟的。

这不是梦想，有可能在几十年后就会成为现实。英国伦敦大学的研究人员正在实验室里尝试培养人体器官，这可能成为未来“人体器官工厂”的雏形。

在全世界再生医学研究领域，美国、英国一直处于世界领先位置，亚历山大·塞法利安领导的这一实验室，就如同一家人体备用“零件”商店，摆放着利用患者自身细胞培育出的耳朵、鼻子、气管和心脏瓣膜等组织和器官。

当你走进这间实验室，看到这些泡在培养皿中的人体器官，千万不要惊慌，这些鼻子、耳朵并不是真正的人体器官，它们是培养出来的人造器官。

“我们这里有一个为一名患者培育的‘鼻子’，下个月就要进行移植手术，也是世界上第一个人工培育的鼻子。”塞法利安说。在实验室的一个培养皿中，一个非常逼真的鼻子漂浮于红色液体中，附近还有一个培养皿，其中盛放着一只“耳朵”。

此前，世界上第一个人造膀胱和第一根人造气管已经培育成功，第一个人造肝脏也将在不远的将来出现。

谈到这种人工培养出来的鼻子的价格，塞法利安在接受本刊记者采访时强调，这种鼻子的造价没有想象的那么昂贵，大概只需要3000英镑（约合3万人民币），而且这一价格包括了原料费和人工费。

塞法利安还谈到，像皮肤、骨头这些器官很容易培育，但是血管、心脏瓣膜比较困难，而肝脏、肾脏、肺极难被培育出来，至于大脑，目前就他的研究看来是不可能在实验室培育出来的。

人造鼻子使用纳米材料

“在人造动脉方面，我们是世界上首家拥有此技术的机构。如果需要的话，我们可以每20秒生产1米长的动脉。”塞法利安说。

在再生医学这个尖端研究领域，塞法利安和他的研究小组将目光聚焦于利用患者自身细胞培育替代组织和器官。如果采用这种治疗手段，患者无需等待合适捐献者的出现或者复杂的再造过程。简单地说，他们要做的就是提供细胞，耐心等待，而后接受移植。

此前也有其他团队试图完成人造鼻子移植手术，但是他们的人造鼻子在移植后发生变形，使用的材料是关键问题。而塞法利安的人造鼻子使用的是聚合材料，其厚度极薄，外形好似胶乳橡胶，由数十亿个分子构成，每个分子的直径只有1纳米，还不及人头发直径的1/40000。在分子层面进行操作允许聚合材料拥有错综复杂的结构。

北京大学生物医学工程系教授陈海峰表示，使用纳米材料再造人体组织是目前世界上最引人关注的研究领域。“我们正在实验室用纳米材料再生人工牙釉质。”

“纳米材料与其他材料最大的不同就是，其他材料只是从外形和功能上模拟人体器官，而纳米材料是从根本上模拟。”陈海峰说。这是因为，我们人体内包括牙齿、鼻子、耳朵在内的器官都有细胞外基质，其基本单元都是纳米级别的，纳米材料构建的支架材料能够很好地模拟人体器官的细胞外基质结构，为再造人体器官提供一个支撑作用，然后让细胞在这个支架材料上生长。

“就像盖房子一样，纳米材料是从一砖一瓦上力求与原来建筑一模一样，而不是简单地从外形上模仿，这样才能保证房子建成后，不仅外形相似，在质量上也力求相似。”陈海峰说。

塞法利安还告诉记者，人造鼻子并不是直接嫁接到患者面部，而是植入一个充气囊，充气囊被植入患者手臂的皮肤下面。4周后，人造鼻子才被移植到患者面部。在这4周时间内，人造鼻子生长出皮肤和血管，研究人员将对整个过程进行监视。

人体工厂破解器官移植难题

自20世纪90年代以来，全球性器官匮乏的矛盾日益突出。在英国，每年有数百名病人在等待合适的肝脏源，也有许多人在等待中死去。仅2004年，就有72名病人因没能等来合适的捐赠人而死亡。

在我国，卫生部统计数据显示，1993年至今，中国在器官移植临床数量的排名在世界上仅次于美国，每年有150多万人需要进行器官移植，器官缺口巨大，但由于移植器官供体短缺，每年能做成的不超过1万例。在器官供求严重失衡之下，一些等不到器官的患者不惜通过黑市购买器官，导致地下器官买卖利益链的形成。

现在国内外器官移植普遍采用的是异体移植。这种“拆东墙补西墙”的方法不管采用的是什么组织代用品，对人体来说都属于外来物，极易产生免疫排斥反应，同时还存在着供体来源有限的问题。而人体工厂的出现是否能代替器官移植呢？

“这就是全世界科学家正在努力的一个方向，用人造器官取代器官移植。”陈海峰告诉记者。从理论上说，利用患者自身细胞培育器官，患者不会产生排斥反应。

纳米材料研究报告范文

关键词：纳米沥青；改性沥青；耐久性

0引言

近年来，纳米技术正在逐渐渗透到交通材料领域，纳米材料改性沥青即是其中一个重要的研究方向。纳米材料尺度由于处于微观领域，因而与其他材料不同，具有特殊的界面效应，并且表面原子活性极强，极易与其他原子结合而使自身达到稳定状态，这就是纳米微粒活化，也是纳米粒子不稳定的根本原因。纳米材料改性沥青之所以不同于其他改性沥青，根本原因在于纳米材料改性沥青是从微观结构上改变沥青性能。纳米材料能够从根本上大幅度改善沥青性能，这是其他沥青改性方法所不能比拟的。因此，纳米材料改性沥青是国内外沥青材料研究的热点和前沿，它正在成为交通材料研究和应用的新经济增长点。

1纳米材料的发展

迄今，纳米技术对传统材料性能的优化已被证明是一个良好的研究、应用对象。国内外在建筑材料领域业已开展了一系列卓有成效的研究和应用实践，在纳米涂料、高力学性能材料、高分子级纳米复合材料方面取得了很多基础研究和商业化成果，如纳米化高强度合金、纳米增韧陶瓷以及纳米改性橡胶等。20世纪90年代，美国联邦公路局（FHA）等机构倡导并生产的低碳、高强度纳米化钢铁被成功应用到工程实践中，取得了显著的使用效果[1，2]。2007年9月欧洲“水泥及混凝土纳米技术研讨会”共设了8个论题探讨纳米技术在水泥基材料上的应用[3]。2007年8月美国联邦公路局（FHA）、等在其的《欧洲、加拿大长寿命混凝土路面》报告中重点提及欧洲在路面纳米技术方面的进展，并在休斯敦大学、得克萨斯州展开了智能路面材料及检测技术方面的研究[4，5]。

纵观文献，纳米材料和技术在沥青及其沥青路面上的研究还不太多，这主要与沥青路面材料类型众多（胶结料、添加剂、集料等几十种材料）导致的沥青混合料性能及其研究的复杂性有关。但随着近几年的发展，在新材料研发、纳米复合材料及纳米技术分析方面，已经有了一种前沿的意识和努力的方向。

2纳米复合改性沥青

纳米材料一般可分为纳米颗粒、纳米一维材料（纳米丝、纳米棒、纳米柱等多形态）和纳米薄膜材料[1]。其中前两者多用于材料的复合改性过程中，常用于塑料、橡胶、涂料生产等方面。按已有研究，在填料与基体材料粘合很好的状态下，颗粒填料可显著提高复合材料的拉伸强度、弹性模量和拉伸屈服应力，且随着填料含量的增加而增大；同时随着填料粒径的减小，屈服应力增加得更为显著。这一点在沥青改性中具有明显的实用意义，可以通过纳米粉体的复合来提高沥青的力学性能，如弹性模量、屈服应力等，以获得路用性能更佳的改性沥青。但必须考虑其中两个关键环节：一是纳米颗粒在沥青中的分散，由于纳米粉体的比表面积巨大（如气相二氧化硅比表面积在50400m2/g），颗粒团聚严重，很难在粘稠沥青中单纯地进行均匀分散，这就需要表面改性剂、分散剂等辅助剂的二次改性工作；二是纳米颗粒在沥青中存在一个最大临界体积分数，大于该体积分数，复合材料的性质将发生变化，如材料的拉伸强度会降低等。

利用无机纳米粉体材料对沥青进行改性时常用的纳米材料为氧化物、碳酸盐类，如纳米SiO2、TiO2、CaCO3等；在进行某些彩色沥青研究中，可以使用一些带有颜色的氧化物粉末，如纳米Fe2O3，可以提高彩色沥青的耐候性和抗老化能力。目前常用机械拌合法，使纳米材料在沥青中均匀混合，形成纳米改性沥青，一方面易于施工，另一方面更能提高沥青和混合料的使用性能。

日本、瑞典等国家较早开展了纳米TiO2沥青研究，在提高其传统性能的同时，实现路面的功能化。国内更多关注纳米材料对沥青混合料路用性能的改善。叶超等研究了纳米SiO2和TiO2改性沥青的路用性能指标，如针入度、软化点、延度、复数剪切模量、车辙因子及疲劳因子等，证明纳米材料掺量只需要很小（0.5%），就能提高材料性能[6]。范俊峰等采用关联度分析法研究了两种纳米材料的质量分数与改性沥青性能之间的关系，发现纳米材料的加入显著改善了沥青的高温稳定性[7]。刘大梁等利用纳米碳酸钙（粒径1540nm）产品，对基质70沥青进行改性，内掺8%时，可明显降低沥青25e针入度，提高软化点和粘度，沥青混合料高温车辙试验中的动稳定度也提高了1倍，且在低温弯曲性能和水稳定性方面不存在明显的消极影响[8]。但这些研究多没有考虑纳米粉体改性沥青的工艺及稳定性问题等方面，生产工艺简单，也没有经过实体路面上的性能检验。

相对而言，研究更多的为层状硅酸盐与沥青的纳米复合技术。层状硅酸盐具有大的比表面积和径厚比，与聚合物可形成二维有序插层或剥离纳米结构，能够显著改善聚合物的力学性能、热性能和阻隔性能。早在20世纪90年代Yano就合成了具有不同透气参数的聚酰胺/蒙脱土纳米复合材料，发现这种材料具有非常卓越的气密性能，当掺量为2%（质量分数）时，复合材料的透气性能即能降低50%。尼龙基层状硅酸盐纳米复合材料中，硅酸盐含量为2%（体积分数）时可显著提高复合材料的拉伸强度和热弯曲温度，且冲击强度不会发生很大变化[9]。因此，这种以商品化聚合物为基体的层状硅酸盐纳米复合材料也开始应用在改性沥青的研究上。

总的说来，这些层状硅酸盐粘土矿物可以明显提高改性沥青的强度和耐高温性能，如提高软化点和剪切模量等。同时由于层状结构出现在沥青内部，具有一定的阻隔空气、水分、有机溶剂的功能，延缓沥青老化和毛细水的深入，从而延长沥青的使用寿命。但在实际应用中，由于使用量大，如何在现场实现硅酸盐矿物在沥青中的完全剥离和分散均匀还是个问题，且由于这些粘土矿物具有自乳化特点，如何避免其消极影响，还需要对沥青路面实际使用性能进行具体研究。

3纳米分析技术的应用

美国西部研究院多年从事沥青材料的微观学研究，A.T.Paul利用原子力显微镜研究了8种沥青的微观和纳米级范围内的表面能和吸附特性。将样品做成微米层次的薄膜，基于Johnson、Kendell和Roherts接触方法，利用ALF对表面能进行检测和吸附能力的评价。结果表明，沥青膜的脱附力与沥青油源有关；同时利用原子力显微镜（AFM）对集料表面的沥青和沥青添加剂混合物进行图像的量化处理，表明不同集料上同种沥青的微形貌和结构不同。西部研究院采用的显微可视技术可用于改性沥青、基质沥青，能够良好、快速地测量出沥青集料之间的粘结性能，以有效地预测沥青路面的疲劳裂缝和水损害性能。在未来的工作中，西部研究院将对沥青显微结构如何随温度改变的问题进行研究，按照路面服务期内的温度范围，设定不同温度区间，研究和确定集料表面改性沥青与未改性沥青微观结构的改变情况。这些结果与老化期间的路面现场特性有一定的相关性，对于具体的路用行为具有更深入的解释意义。

参考文献：

[1]张立德，牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京：科学出版社.2001

[2]JoeWButton，EmmanuelGFernando，DanRMiddleton.Synthesisofpavementissuesrelatedtohigh-speedcoddidors（FHWA/TX-05/047561）[R].2004

[3]PeterTaylor，KrishnaRajan，BjornBirgisson，etal.Reportoftheworkshoponanotechnologyforcementandconcrete[R].Flourida，2007

[4]USDepartmentofTransportation.Federalhighwayadministration.Long-lifeconcretepavementsinEuropeandcananda（FHWA-PL-07-027）[R].2007

[5]LiuRichard，ZhangZhibin，etal.Nanotechnologysynthesisstudy：Researchreport（FHWA/TX-07/0-5239-1）[R].2006

[6]叶超，陈华鑫.纳米SiO2和纳米TiO2改性沥青路用性能研究[J].新型建筑材料，2009，36（6）：82

[7]范俊峰，朱庆文，黄维新.关联度分析法在纳米改性沥青中的应用[J].咸阳师范学院学报，2009，24（2）：21

[8]刘大梁，岳爱军，陈琳.纳米碳酸钙改性沥青及混合料性能研究[J].长沙交通学院学报，2004，20（4）：70

纳米材料研究报告范文

以下为2011年世界十大科技进展新闻。

1.英国发明超薄“纳米片”制备方法

英国牛津大学等机构的研究人员发明出通用快捷的纳米片制备方法，能够将多种材料制成只有一层原子的超薄纳米片。研究人员在《科学》杂志上报告说，只要将具有层状结构的原材料置于某些溶剂中，然后利用超声波对之进行振荡，就可以使这些材料分解成只有一层原子的纳米片。实验显示，氮化硼、二硫化钼、二硫化钨等物质都可以通过这种方法制成纳米片。本次研究所发明的方法简单快捷、成本低廉且产量高，有望在工业中大规模制备纳米片材料。纳米片可以制成各种薄膜，根据原材料性质的不同而用于诸多领域，如用于生产半导体和下一代电子器件等。本次研究将可能为这些工业领域带来革命性进步。

2.最大太阳能飞机首次跨国飞行成功

瑞士制造的世界最大的太阳能飞机――“太阳驱动”号5月13日在飞行12小时59分后，在比利时首都布鲁塞尔降落，飞行距离630公里，成功完成首次跨国飞行。“太阳驱动”号翼展长度为63.4米，机翼上覆盖着太阳能电池板，为飞机上总重达400公斤的4个蓄电池充电。“太阳驱动”号自身重量约1 600公斤，仅相当于一辆小货车。这次飞行平均时速50公里，最高时速达70公里，平均飞行高度1 828米，最高达到3 600米。太阳能飞机可充当空中观测和通信平台，其独特之处在于当气象条件允许时，这种飞机可源源不断地获取太阳能，长时间在某一空域盘旋工作。

3.科学家成功“抓住”反物质原子长达一千秒

欧洲核子研究中心的科研人员6月5日在英国《自然•物理》杂志上报告说，他们成功地将反氢原子“抓住”长达一千秒的时间，也就是超过16分钟，这有利于对反物质性质进行精确研究。科学家在论文中说，他们在这一轮研究中，先后用磁场陷阱抓住了112个反氢原子，时间从1/5秒到一千秒不等。分析还显示，这次抓住的反氢原子大多数处于基态，也就是能量最低、最稳定的状态。这有可能是人类迄今首次制造出的基态反物质原子。如果能让反物质原子在基态存在10分钟到30分钟，就可以满足大多数实验的需要。

4.美国研制出世界上第一束生物激光

美国波士顿市哈佛医学院的物理学家MalteGather和Seok-HyunYun研制出世界上第一束生物激光。这种生物激光的关键是绿色荧光蛋白（GFP）。研究人员将一些产生了GFP的细胞置于两面镜子之间――它们的距离仅仅相当于一个细胞的宽度，即只有约20微米。为了发出激光，细胞中的GFP需要被另一束激光――约1毫微焦耳的低能蓝光脉冲所激发。虽然这种激光很微弱，但能被清晰地探测到，而用于生成激光的这个细胞仍然存活。科学家推测，这种生物激光能够在新型传感器或光基治疗中找到应用，例如，这种激光的使用通过使已有药物产生反应从而杀死癌

细胞。

5.美国研制成功反激光器

美国耶鲁大学的科研人员2月17日在《科学》杂志上报告说，他们研制成功一种反激光器，进入这一装置的激光光束将彼此干涉进而互相抵消。该装置在未来的量子计算机等领域具有潜在用途。研究者介绍说，传统激光器吸收电能，并在非常窄的频率范围内释放光。反激光器则吸收激光光束，最终释放热能，这些热能很容易转化为电能。此外，传统激光器利用“增益介质”，比如半导体物质来产生聚焦光束，而反激光器则利用硅作为“损耗介质”来捕获激光光束。这一装置最明显的应用是高能计算机领域，还可以用作随意开关的光学开关，相关技术也会在放射学领域派上用场。

6.美国“好奇”号火星探测器发射升空

11月26日从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空的探测器主要用于探索火星过去或现在是否存在适宜生命生存的环境。“好奇”号个头与小汽车相当，重约900公斤，是2004年登陆火星的“机遇”号和“勇气”号火星车的5倍多，长度约为它们的两倍。以核燃料钚提供动力的“好奇”号携带的探测设备更多、更先进，在火星表面的连续行驶能力也更强。经过约5.6亿英里（约合9亿公里）的旅程后，它预计于2012年8月6日在火星着陆，展开为期一个火星年（约687个地球日）的探测。

7.晶体中量子纠缠态信息存储成功

加拿大卡尔加里大学科学家和德国科学家合作首次成功在一种特殊晶体中存入光量子纠缠态的编码信息，该项研究成果是量子网络发展的一个里程碑，有望在不久的将来让量子网络成为现实。目前的网络通信，信息是通过光脉冲在光纤中传输实现的。传输的信息可存储在计算机硬盘里以备使用。而量子网络与光纤网络的传输原理相似，但传输载体却非使用光脉冲。在量子通信中，也需要存储和提取数据信息。量子网络的一大优势是可以保护信息在传输过程中不被第三方截取。

8.中外科学家完成马铃薯基因组测序

14个国家的29个机构联合成立“国际马铃薯基因组测序协作组”，其中包括中国农业科学院蔬菜花卉研究所、深圳华大基因研究院等。经过6年艰苦努力，该协作组发现，马铃薯基因组包含约3.9万个基因，几乎是人类基因数量的两倍。这项研究成果刊登在英国《自然》杂志上，并成为最重要的封面论文。论文通信作者之一、中国农业科学院蔬菜花卉所黄三文博士说，有了全基因组序列图，将加速马铃薯新品种的培育，原本需要10年至12年的育种过程将有望缩短至5年左右。此外，它还将有助于培育抗病、高营养、高产等优良特性的马铃薯新品种。中国在这项国际合作项目中发挥了主导作用。

9.日本研制出世界最快计算机

日本IT业巨头富士通公司和日本理化研究所共同宣布已经在神户合作开发出一款运算速度可以达到每秒1.051万万亿次的超级计算机。这款新型超级计算机名为“京”，这是全球首款运算速度越过1万万亿次大关的“超级运算机器”。“京”采用864座机柜，连接超过8.8万块CPU，这些处理器经过设计能够进行联合运算。富士通此次并未给出“京”的耗电量水平数据，但是根据它在今年6月份达到每秒1 000万亿次运算水平的时候，其实测功率约为9.89兆瓦，也就是大约每年989万美元的用电费用。

10.荷兰制造出世界最小的分子“电动车”