纳米技术的优缺点篇1
摘要：文章阐述了一些制备Zno纳米半导体材料的常用技术，如模板制备法、物理气相沉积、脉冲激光沉积、分子束外延、金属有机化合物气相沉积，并分析了各种方法的优缺点。关键词：Zno；模板制备法;pVD;pLD;金属有机化合物气相沉积随着科学和商业的飞速发展，人们对纳米半导体材料有了更加深入的认识，对其在光学器件和电学器件方面的应用产生了浓厚的兴趣。最初人们在研究ZnSe和Gan等短波长纳米半导体材料方面取得了一定的进展，Gan制备蓝绿光LeD的技术已经相当成熟。但是，由于ZnSe稳定性较差，一直使之无法商品化生产。在长期的对宽带半导体材料的科学研究中，人们发现Zno半导体纳米材料具有更多的优点。Zno是一种新型的宽禁带半导体氧化物材料，室温下能带宽度为3.37eV，略低于Gan的3.39eV，其激子束缚能（60meV）远大于Gan（25meV）的激子束缚能。由于纳米Zno在紫外波段有较强的激子跃迁发光特性，所以在短波长光子学器件领域有较广的应用前景。此外，Zno纳米半导体材料还可沉积在除Si以外的多种衬底上，如玻璃、al2o3、Gaas等，并在0.4-2μm的波长范围内透明，对器件相关电路的单片集成有很大帮助，在光电集成器件中具有很大的潜力。本文阐述了近年来Zno纳米半导体材料的制备技术，并对这些技术的优缺点进行了分析。Zno是一种应用较广的半导体材料，在很多光学器件和电学器件中有很广泛的应用，由此也产生了多种纳米半导体器件的制备方法，主要有以下几种：1模板制备法模板制备法是一种用化学方法进行纳米材料制备的方法，被广泛地用来合成各种各样的纳米棒、纳米线、纳米管等。此种方法使分散的纳米粒子在已做好的纳米模板中成核和生长，因此，纳米模板的尺寸和形状决定了纳米产物的外部特征。科学家们已经利用孔径为40nm和20nm左右的多孔氧化铝模板得到了高度有序的Zno纳米线。郑华均等人用电化学阳极氧化-化学溶蚀技术制备出了一种新型铝基纳米点阵模板，此模板由无数纳米凹点和凸点构成，并在此模板上沉积出Zno纳米薄膜。此外，李长全、傅敏恭等人以十二烷基硫酸钠为模板制备出Zno纳米管。该方法优点：较容易控制纳米产物的尺寸、形状。缺点：需要模板有较高的质量。2物理气相沉积（pVD）
物理气相沉积可以用来制备一维Zno纳米线和二维Zno纳米薄膜，原理是通过对含Zn材料进行溅射、蒸发或电离等过程，产生Zn粒子并与反应气体中的o反应，生成Zno化合物，在衬底表面沉积。物理气象沉积技术已经演化出三种不同的方法，它们是真空蒸发法，真空溅射法和离子镀，离子镀是目前应用较广的。离子镀是人们在实践中获得的一种新技术，将真空蒸发法和溅射法结合起来，在高真空环境中加热材料使之汽化后通入氢气，在基体相对于材料间加负高压，产生辉光放电，通过电场作用使大量被电离的材料的正离子射向负高压的衬底，进行沉积。张琦锋、孙晖等人用气相沉积方法已经制备出了一维Zno纳米半导体材料。优点：所得到的纳米产物纯度高，污染小；薄膜厚度易于控制；材料不受限制。但是这种方法对真空度要求较高。3脉冲激光沉积(pulsedLaserDeposition)脉冲激光沉积也称pLD，常用于纳米薄膜的制备。其工作原理就是用特定波长和功率的激光脉冲聚焦光束，溅射真空状态下特定气压中的加热靶材，激光束与靶材相互作用而产生的粒子团喷射到衬底表面，通过控制气流速度控制材料在衬底表面的沉积速度。牛海军等人用一种新颖的垂直靶向脉冲激光沉积(VtpLD)方法,在常温常压空气环境下,在玻璃基底上得到Zno纳米薄膜。该方法优点：制备的薄膜物质比例与靶材相同；实验控制条件较少，易于控制；衬底温度要求较低。缺点：薄膜杂志较多；单纯溅射产生的粒子团密度不易控制，因此无法大面积生长均匀的薄膜。4分子束外延(molecularBeamepitaxy)分子束外延(mBe)技术可以制备高质量薄膜。mBe技术可以在特定超高真空条件下较为精确的控制分子束强度，把分子束入射到被加热的基片上，可使分子或原子按晶体排列一层层地“长”在基片上形成薄膜。分子束外延设备主要包括超高真空系统、分子束源、样品架、四极质谱计QmS和反射式高能电子衍射装置RHeeD。周映雪等人利用分子束外延(mBe)和氧等离子体源辅助mBe方法分别在三种不同衬底硅(100)、砷化镓(100)和蓝宝石(0001)上先制备合适的缓冲层，然后在缓冲层上得到外延生长的Zno薄膜。该方法优点：生长速度极慢，每秒1～10；薄膜可控性较强；外延生长所需温度较低。缺点：真空环境要求较高；无法大量生产。目前常用于生长高质量的Zno薄膜分子束外延有两种：一种是等离子增强，另一种是激光，两种方法均已生长出高质量的Zno薄膜。5金属有机化合物气相沉积(metalorganicChemicalVaporDeposition):金属有机化合物气相沉积(moCVD)是一种利用有机金属在加热衬底上的热分解反应进行气相外延生长薄膜的方法。反应室是moCVD的核心部分，它对外延层厚度、组分均匀性、异质结界面梯度、本底杂质浓度以及产量有极大的影响。按反应室形状的不同，可分为水平式反应室和立式反应室，同时根据反应室的压力又可分为常压moCVD和低压moCVD。刘成有利用moCVD方法制备出高质量的Zno薄膜。在一定衬底温度及压强下,制备出Zno纳米管。该方法优点是：薄膜可控性较强；适合大批量生产。其缺点有：需精确控制；传输气体有毒性。但目前不仅利用moCVD法已生长出较高质量的Zno薄膜，而且还获得了mgZno三元系薄膜。除上述纳米材料的常用制备技术，还有很多其他方法。随着科技的发展和高质量纳米产品的需求，人们对纳米半导体材料的研究会更加深入，对其生长机理理解的更为透彻，随之纳米半导体材料制备技术将不断地发展和完善。高质量纳米半导体产品会不断出现，并被广泛的应用于人们的生活中。参考文献：[1]谢自力,张荣,修向前,等.Gan纳米线材料的特性和制备技术[J].纳米技术与精密工程,2004,2(3):187-192.[2]张利宁,李清山,潘志峰.模板合成法制备Zno纳米线的研究[J].量子电子学报,2006,(4).[3]李长全,傅敏恭.十二烷基硫酸钠为模板制备Zno纳米管新方法的研究[J].无机化学学报,2006,(9).[4]张琦锋,孙晖,潘光虎,等.维纳米结构氧化锌材料的气相沉积制备及生长特性研究[J].真空科学与技术学报,2006,26(1).[5]牛海军,樊丽权,李晨明,等.垂直靶向脉冲激光沉积制备Zno纳米薄膜[J].光电子•激光2007,18(3).[6]周映雪,俞根才,吴志浩,等.Zno薄膜的分子束外延生长及性能[J].发光学报,2004,(3).[7]刘成有.moCVD法生长Zno纳米管及光学性能评价[J].通化师范学院学报,2007,28(4).[8]鞠振刚,张吉英,蒋大勇.moCVD生长mgZno薄膜及太阳盲紫外光电探测器[J].发光学报,2008,(5):865-868.
纳米技术的优缺点篇2
关键词：纳米技术；药物制剂；应用分析
随着不断研究给药系统理论，高分子科学得到了高速的发展，药物系统的剂型和研究品种也一致增多和变化。新兴的科技逐渐的应用于药物制剂中，相比较来说纳米技术已经比较成熟，现在已经在各个领域以及医药卫生行业广泛应用，尤其是药物制剂上。经过研究发现，大部分物质得到纳米的尺度后，就可能出现性能突变，表现为一些不同于分子形式和宏观形式的特殊性能，这些特点均可以列入新型药物开发中，也说明药物研发开始了一个新的时代。由于现代药学制剂的研究主要是运用新型科室的手段，将过去药物的束缚摒弃，制造新型的药物，让药物具有更多的优点，这些优点纳米药物均具备，使其能够帮助人们更好的战胜疾病。
一、何为纳米技术
纳米属于一种长度单位，用符号表现为nm。1纳米等于1毫微米，是一米的十亿分之一，约为10个原子的总长度。做一个形象的比喻，假如说一个头发的直径是0.05mm，将其径向剖为5万根，每根的厚度大约就是1nm。
纳米技术是研究在0.1～100nm结构尺寸范围内的原子、电子以及分子的特性以及运动规律，这属于一项新兴的技术，也属于纳米级的制造技术。科学家在长时间研究后发现，在物质的构成上，纳米尺度下隔离的原子或者分子具有很多新的特性，合理的运用这些设备能够制造出一些特定的功能，换句话说就是纳米技术。纳米技术也就是一种用单个分子、原子射程物质的技术。
二、纳米技术与药物制剂
在药剂学领域所说的纳米范围包括了超过100nm的亚微米粒子，正是因物质的物理空间出现了变化，才导致物质的生物学特性、理化特性等出现了巨大的改变。在药学领域应用纳米技术，已经作为一种前沿科学，被研究人员不断的探索。最近几年，在药物制备方面已经广泛应用纳米技术，同时经过研究发现，纳米技术能够加强药物的稳定性，降低刺激胃肠道的成都，引起的不良反应术后，而且药物的利用度很高等诸多优点。大部分药剂学中指的纳米粒指的是纳米药物及纳米载体，所说的纳米药物是说通过纳米技术能够直接将原料药加工诶纳米粒，纳米粒从本质上上即为超粉技术以及微粉化技术进一步的发展；纳米载体也是说将多种未见溶解和分散的纳米粒，具体是指纳米球、聚合物胶囊、聚合物纳米囊以及纳米脂质体等等。纳米药物制剂与过去的药物制剂相比，具有明显的优势。
以下主要介绍纳米技术制备用于纳米新型药物的几种形式：
（1）纳米乳液为一类运用纳米微乳化技术制成的微粒直径属于纳米级同时动力学和热力学稳定的胶体分散体系。微乳液主要是由水相、油相、表面活性剂以及助表面活性剂构成的一种外观透明或者半透明的液体稳定体系。微乳液是在微乳化技术下形成的制剂，是物质或者药物更有助于穿透生物膜同时被吸收。纳米乳液的主要作用是促进药物通过皮肤进行吸收，延长药物的消除半衰期，提高其生物利用度。
（2）纳米凝胶主要是一种新型的运用纳米技术载药系统，通过纳米级聚合物在结果上网格组成水凝胶颗粒，主要包括化学凝胶和物理凝胶两种。化学凝胶是由交联共价键形成，物理凝胶是由非共价键形成，使其具有良好的稳定性能和较强的负载能力，发挥靶向治疗的效果，生物利用度较高，效果好。
（3）固体脂质纳米粒（SLn）多是指物质粒直径在10～1000nm，表现为固态胶体颗粒状，主要是常温下固态的合成或者天然类脂为载体的一种新型给药系统。通过研究发现，SLn不仅能够对药物的释放速度进行控制，同时还可以避免药物出现泄漏或者药物发生降解，能够发挥很好的靶向治疗等诸多优点。
（4）聚合物纳米粒分天然和人工合成两种，多在10～1000nm之间的粒径，呈固态胶体颗粒，属于一种低毒、高效的靶向药物载体。聚合物纳米粒已经被广泛应用与人工化学合成药物以及蛋白类药物等方面，发展前景广阔。
（5）纳米药物结晶：主要是运用多种不同的技术将药物转变为纳米微粒，直径多不超过1000nm，分散形成所说的纳米晶体。其具有毒性低等优势，但是纳米药物结晶基本适合用于全部药物类型，甚至是一些对水存在高度敏感性的药物，也可以制备成为纳米结晶。
三、小结
纳米技术主要用于药物制剂中生产的新型药物，具体有纳米凝胶、微乳液、固体脂质纳米粒等等，通过研究发现这类新型药物制剂能够对改善药物的稳定性、控制药物的释放、提升药物的生物利用度、减低药物的不良反应以及提升药物的靶向治疗等等。在药物制剂中应用新型纳米技术避免了过去药物制剂中存在的问题和缺陷。在药物制剂上纳米技术发挥了明显的效果。纳米技术还在不断的进步和完善，相信不久的将来必然会出现多种新型纳米药物制剂，与此同时也提醒我们注意应用纳米药物的前提是遵循自然规律，更快更好的促进药物制剂的发展，使其更好的为人类服务。
参考文献：
[1]马莉，魏玉辉，段好刚等.地西泮固体脂质纳米粒的制备及大鼠经鼻腔给药的药动学研究[J].中国药学杂志.2011，24（01）：548-549
[2]梁健钦，刘华钢.白藜芦醇固体脂质纳米粒制备工艺及形态学研究[J].中国实验方剂学杂志.2010，30（14）：105-106
[3]杨涛，吕扬，杜冠华.影响仿制药物临床疗效的因素分析[J].中国药学杂志.2010，36（19）：697-698
纳米技术的优缺点篇3
关键词：纳米科学纳米技术纳米管纳米线纳米团簇半导体
nanoscienceandnanotechnology–theSecondRevolution
abstract:thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:nanoscience,nanotechnology,nanotubes,nanowires,nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
i.引言
纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。例如，美国政府2001财政年度在纳米尺度科学上的投入要比2000财政年增长83%，达到5亿美金。有两个主要的理由导致人们对纳米尺度结构和器件的兴趣的增加。第一个理由是，纳米结构（尺度小于20纳米）足够小以至于量子力学效应占主导地位，这导致非经典的行为，譬如，量子限制效应和分立化的能态、库仑阻塞以及单电子邃穿等。这些现象除引起人们对基础物理的兴趣外，亦给我们带来全新的器件制备和功能实现的想法和观念，例如，单电子输运器件和量子点激光器等。第二个理由是，在半导体工业有器件持续微型化的趋势。根据“国际半导体技术路向（2001）“杂志，2005年前动态随机存取存储器（DRam）和微处理器（mpU）的特征尺寸预期降到80纳米，而mpU中器件的栅长更是预期降到45纳米。然而，到2003年在mpU制造中一些不知其解的问题预期就会出现。到2005年类似的问题将预期出现在DRam的制造过程中。半导体器件特征尺寸的深度缩小不仅要求新型光刻技术保证能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件设计和制造方案，因为当moS器件的尺寸缩小到一定程度时基础物理极限就会达到。随着传统器件尺寸的进一步缩小，量子效应比如载流子邃穿会造成器件漏电流的增加，这是我们不想要的但却是不可避免的。因此，解决方案将会是制造基于量子效应操作机制的新型器件，以便小物理尺寸对器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我们能够制造纳米尺度的器件，我们肯定会获益良多。譬如，在电子学上，单电子输运器件如单电子晶体管、旋转栅门管以及电子泵给我们带来诸多的微尺度好处，他们仅仅通过数个而非以往的成千上万的电子来运作，这导致超低的能量消耗，在功率耗散上也显著减弱，以及带来快得多的开关速度。在光电子学上，量子点激光器展现出低阈值电流密度、弱阈值电流温度依赖以及大的微分增益等优点，其中大微分增益可以产生大的调制带宽。在传感器件应用上，纳米传感器和纳米探测器能够测量极其微量的化学和生物分子，而且开启了细胞内探测的可能性，这将导致生物医学上迷你型的侵入诊断技术出现。纳米尺度量子点的其他器件应用，比如，铁磁量子点磁记忆器件、量子点自旋过滤器及自旋记忆器等，也已经被提出，可以肯定这些应用会给我们带来许多潜在的好处。总而言之，无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。
ii.纳米结构的制备———首次浪潮
有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）。“build-up“的优点是个体纳米部件的制备成本低以及工艺简单快捷。有多种方法如气相合成以及胶体化学合成可以用来制备纳米元件。目前，在国内、在香港以及在世界上许多的实验室里这些方法正在被用来合成不同材料的纳米线、纳米管以及纳米团簇。这些努力已经证明了这些方法的有效性。这些合成方法的主要缺点是材料纯洁度较差、材料成份难以控制以及相当大的尺寸和形状的分布。此外，这些纳米结构的合成后工艺再加工相当困难。特别是，如何整理和筛选有着窄尺寸分布的纳米元件是一个至关重要的问题，这一问题迄今仍未有解决。尽管存在如上的困难和问题，“build-up“依然是一种能合成大量纳米团簇以及纳米线、纳米管的有效且简单的方法。可是这些合成的纳米结构直到目前为止仍然难以有什么实际应用，这是因为它们缺乏实用所苛求的尺寸、组份以及材料纯度方面的要求。而且，因为同样的原因用这种方法合成的纳米结构的功能性质相当差。不过上述方法似乎适宜用来制造传感器件以及生物和化学探测器，原因是垂直于衬底生长的纳米结构适合此类的应用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(mBe)、化学气相淀积（moVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。在“build-down”方法中有几条不同的技术路径来制造纳米结构。最简单的一种，也是最早使用的一种是直接在衬底上刻蚀结构来得到量子点或者量子线。另外一种是包括用离子注入来形成纳米结构。这两种技术都要求使用开有小尺寸窗口的光刻版。第三种技术是通过自组装机制来制造量子点结构。自组装方法是在晶格失配的材料中自然生长纳米尺度的岛。在Stranski-Krastanov生长模式中，当材料生长到一定厚度后，二维的逐层生长将转换成三维的岛状生长，这时量子点就会生成。业已证明基于自组装量子点的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子点器件的饱和材料增益要比相应的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3个量级。阈值电流密度低于100a/cm2、室温输出功率在瓦特量级（典型的量子阱基激光器的输出功率是5-50mw）的连续波量子点激光器也已经报道。无论是何种材料系统，量子点激光器件都预期具有低阈值电流密度，这预示目前还要求在大阈值电流条件下才能激射的宽带系材料如iii组氮化物基激光器还有很大的显著改善其性能的空间。目前这类器件的性能已经接近或达到商业化器件所要求的指标，预期量子点基的此类材料激光器将很快在市场上出现。量子点基光电子器件的进一步改善主要取决于量子点几何结构的优化。虽然在生长条件上如衬底温度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。自组装量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。
很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。
在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。只有获得在尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。
iii.纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于Gan材料量子点的横向尺寸要小于8纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。
—电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至2纳米的图形可以制作出来。在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（proximityeffect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。这项技术的主要缺点是相当费时。例如，刻写一张4英寸的硅片需要时间1小时，这不适宜于大规模工业生产。电子束投影系统如SCaLpeL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。
—聚焦离子束光刻是一种机制上类似于电子束光刻的技术。但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。它能刻出特征尺寸细到6纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。
—扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。此项技术已经用来刻划金属（ti和Cr）、半导体（Si和Gaas）以及绝缘材料（Si3n4和silohexanes），还用在LB膜和自聚集分子单膜上。此种方法具有可逆和简单易行等优点。引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为1mm/s量级）。然而，最近在原子力显微术上的技术进展—使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到4mm/s。此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的还有待于观察。直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。
—多孔膜作为淀积掩版的技术。多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范围。制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。用这项技术已制造出含有细至40nm的空洞的钨、钼、铂以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到Si3n4膜上，图形中空洞直径20nm，空洞之间间距40nm。在聚苯乙烯基体中的自组织形成的聚异戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱体）可以被臭氧去掉或者通过锇染色而保留下来。在第一种情况，空洞能够在氮化硅上产生；在第二种情况，岛状结构能够产生。目前利用倍塞共聚物光刻技术已制造出Gaas纳米结构，结构的侧向特征尺寸约为23nm,密度高达1011/cm2。
—与倍塞共聚物图形制作术紧密相关的一项技术是纳米球珠光刻术。此项技术的基本思路是将在旋转涂敷的球珠膜中形成的图形转移到衬底上。各种尺寸的聚合物球珠是商业化的产品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比较困难的。用球珠单层膜已能制备出特征尺寸约为球珠直径1/5的三角形图形。双层膜纳米球珠掩膜版也已被制作出。能够在金属、半导体以及绝缘体衬底上使用纳米球珠光刻术的能力已得到确认。纳米球珠光刻术（纳米球珠膜的旋转涂敷结合反应离子刻蚀）已被用来在一些半导体表面上制造空洞和柱状体纳米结构。
—将图形从母体版转移到衬底上的其他光刻技术。几种所谓“软光刻“方法，比如复制铸模法、微接触印刷法、溶剂辅助铸模法以及用硬模版浮雕法等已被探索开发。其中微接触印刷法已被证明只能用来刻制特征尺寸大于100nm的图形。复制铸模法的可能优点是ellastometric聚合物可被用来制作成一个戳子，以便可用同一个戳子通过对戳子的机械加压能够制作不同侧向尺寸的图形。在溶剂辅助铸模法和用硬模版浮雕法（或通常称之为纳米压印术）之间的主要差异是，前者中溶剂被用于软化聚合物，而后者中软化聚合物依靠的是温度变化。溶剂辅助铸模法的可能优点是不需要加热。纳米压印术已被证明可用来制作具有容量达400Gb/in2的纳米激光光盘，在6英寸硅片上刻制亚100nm分辨的图形，刻制10nmX40nm面积的长方形，以及在4英寸硅片上进行图形刻制。除传统的平面纳米压印光刻法之外，滚轴型纳米压印光刻法也已被提出。在此类技术中温度被发现是一个关键因素。此外，应该选用具有较低的玻璃化转变温度的聚合物。为了取得高产，下列因素要解决：
1）大的戳子尺寸
2）高图形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）压印温度和压力的优化
5）长戳子寿命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已经被制作出来。已有少量研究工作在试图优化压印温度和压力，但显然需要进行更多的研究工作才能得到温度和压力的优化参数。高图形密度戳子的制作依然在发展之中。还没有足够量的工作来研究戳子的寿命问题。曾有研究报告报道，覆盖有超薄的特氟隆类薄膜的模板可以用来进行50次的浮刻而不需要中间清洗。报告指出最大的性能退化来自于嵌在戳子和聚合物之间的灰尘颗粒。如果戳子是从ellastometric母版制作出来的，抗穿刺层可能需要使用，而且进行大约5次压印后需要更换。值得关心的其他可能问题包括镶嵌的灰尘颗引起的戳子损伤或聚合物中图形损伤，以及连续压印之间戳子的清洗需要等。尽管进一步的优化和改良是必需的，但此项技术似乎有希望获得高生产率。压印过程包括对准、加热及冷却循环等，整个过程所需时间大约20分钟。使用具有较低玻璃化转换温度的聚合物可以缩短加热和冷却循环所需时间，因此可以缩短整个压印过程时间。
iV．纳米制造所面对的困难和挑战
上述每一种用于在衬底上图形刻制的技术都有其优点和缺点。目前，似乎没有哪个单一种技术可以用来高产量地刻制纳米尺度且任意形状的图形。我们可以将图形刻制的全过程分成下列步骤：
1．在一块模版上刻写图形
2．在过渡性或者功能性材料上复制模版上的图形
3．转移在过渡性或者功能性材料上复制的图形。
很显然第二步是最具挑战性的一步。先前描述的各项技术，例如电子束光刻或者扫描微探针光刻技术，已经能够刻写非常细小的图形。然而，这些技术都因相当费时而不适于规模生产。纳米压印术则因可作多片并行处理而可能解决规模生产问题。此项技术似乎很有希望，但是在它能被广泛应用之前现存的严重的材料问题必须加以解决。纳米球珠和倍塞共聚物光刻术则提供了将第一步和第二步整合的解决方案。在这些技术中，图形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分来确定。然而，用这两种光刻术刻写的纳米结构的形状非常有限。当这些技术被人们看好有很大的希望用来刻写图形以便生长出有序的纳米量子点阵列时，它们却完全不适于用来刻制任意形状和复杂结构的图形。为了能够制造出高质量的纳米器件，不但必须能够可靠地将图形转移到功能材料上，还必须保证在刻蚀过程中引入最小的损伤。湿法腐蚀技术典型地不产生或者产生最小的损伤，可是湿法腐蚀并不十分适于制备需要陡峭侧墙的结构，这是因为在掩模版下一定程度的钻蚀是不可避免的，而这个钻蚀决定性地影响微小结构的刻制。另一方面，用干法刻蚀技术，譬如，反应离子刻蚀(Rie)或者电子回旋共振（eCR）刻蚀，在优化条件下可以获得陡峭的侧墙。直到今天大多数刻蚀研究都集中于刻蚀速度以及刻蚀出垂直墙的能力，而关于刻蚀引入损伤的研究严重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深处探测到刻蚀引入的损伤。当器件中的个别有源区尺寸小于100nm时，如此大的损伤是不能接受的。还有就是因为所有的纳米结构都有大的表面-体积比，必须尽可能地减少在纳米结构表面或者靠近的任何缺陷。
随着器件持续微型化的趋势的发展，普通光刻技术的精度将很快达到它的由光的衍射定律以及材料物理性质所确定的基本物理极限。通过采用深紫外光和相移版，以及修正光学近邻干扰效应等措施，特征尺寸小至80nm的图形已能用普通光刻技术制备出。然而不大可能用普通光刻技术再进一步显著缩小尺寸。采用X光和eUV的光刻技术仍在研发之中，可是发展这些技术遇到在光刻胶以及模版制备上的诸多困难。目前来看，虽然也有一些具挑战性的问题需要解决，特别是需要克服电子束散射以及相关联的近邻干扰效应问题，但投影式电子束光刻似乎是有希望的一种技术。扫描微探针技术提供了能分辨单个原子或分子的无可匹敌的精度，可是此项技术却有固有的慢速度，目前还不清楚通过给它加装阵列悬臂樑能否使它达到可以接受的刻写速度。利用转移在自组装薄膜中形成的图形的技术，例如倍塞共聚物以及纳米球珠刻写技术则提供了实现成本不是那么昂贵的大面积图形刻写的一种可能途径。然而，在这种方式下形成的图形仅局限于点状或者柱状图形。对于制造相对简单的器件而言，此类技术是足够用的，但并不能解决微电子工业所面对的问题。需要将图形从一张模版复制到聚合物膜上的各种所谓“软光刻“方法提供了一种并行刻写的技术途径。模版可以用其他慢写技术来刻制，然后在模版上的图形可以通过要么热辅助要么溶液辅助的压印法来复制。同一块模版可以用来刻写多块衬底，而且不像那些依赖化学自组装图形形成机制的方法，它可以用来刻制任意形状的图形。然而，要想获得高生产率，某些技术问题如穿刺及因灰尘导致的损伤等问题需要加以解决。对一个理想的纳米刻写技术而言，它的运行和维修成本应该低，它应具备可靠地制备尺寸小但密度高的纳米结构的能力，还应有在非平面上刻制图形的能力以及制备三维结构的功能。此外，它也应能够做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而时至今日，仍然没有任何一项能制作亚100nm图形的单项技术能同时满足上述所有条件。现在还难说是否上述技术中的一种或者它们的某种组合会取代传统的光刻技术。究竟是现有刻写技术的组合还是一种全新的技术会成为最终的纳米刻写技术还有待于观察。
另一项挑战是，为了更新我们关于纳米结构的认识和知识，有必要改善现有的表征技术或者发展一种新技术能够用来表征单个纳米尺度物体。由于自组装量子点在尺寸上的自然涨落，可信地表征单个纳米结构的能力对于研究这些结构的物理性质是绝对至关重要的。目前表征单个纳米结构的能力非常有限。譬如，没有一种结构表征工具能够用来确定一个纳米结构的表面结构到0.1À的精度或者更佳。透射电子显微术(tem)能够用来研究一个晶体结构的内部情况，但是它不能提供有关表面以及靠近表面的原子排列情况的信息。扫描隧道显微术（Stm）和原子力显微术（aFm）能够给出表面某区域的形貌，但它们并不能提供定量结构信息好到能仔细理解表面性质所要求的精度。当近场光学方法能够给出局部区域光谱信息时，它们能给出的关于局部杂质浓度的信息则很有限。除非目前用来表征表面和体材料的技术能够扩展到能够用来研究单个纳米体的表面和内部情况，否则能够得到的有关纳米结构的所有重要结构和组份的定量信息非常有限。
V.展望
纳米技术的优缺点篇4
【关键词】：人造石材；纳米二氧化钛；光催化；杀菌
一、前言
随着国内房地产行业的蓬勃发展，室内建筑装饰材料已进入高速发展期。天然大理石质感柔和，美观庄重，格调高雅，花色繁多，是装饰豪华建筑的理想材料，使用石材进行室内装修，已经越来越被人所接受。但是天然石材同样也有很多缺点，譬如天然大理石内部缺陷多，色差大，加工易破损，且带有部分辐射等。由于天然石材属于不可再生资源，随着大规模的开采，优质天然石矿源越来越少，伴随的是对自然环境的严重破坏。为改变这种局面，国外很早就开始人造石材的开发与利用，人造石材对原料的要求不高，各种天然石材开采之后的尾矿都可以作为人造石材的主要原料进行使用。人造石材在吸收了天然石材优点的同时，也规避了天然石材的各种缺点，比如内部结构无缺陷，无辐射，无色差，易加工等优点。随着人们对人造石材的认识以及国内各大厂家不断加大新产品的开发力度，人们选择人造石材进行室内装饰的比例已经越来越高。
随着生活水平的提高，我们对健康的要求也越来越强烈，但是，生活中无所不在的细菌在不断的危害着我们的健康，如果有一种材料能够自动杀死细菌，保护我们的健康，无疑将会得到我们更多的青睐。针对市场的这种需求，我们公司进行了这种杀菌人造石产品的研制，我的研究课题就是怎样使人造石材具有这种自动杀菌功能，保护人们的健康。
二、杀菌机理
目前抗杀菌材料按作用机理主要分为二类：第一类是重金属离子的杀菌，在材料成分里添加可杀菌的重金属材料如含银、铜离子的化工原料等，利用重金属离子的析出进行杀菌，但因为其对人体也有一定的危害，现在很多国家都已经不允许采用此方法来进行杀菌；第二类是纳米二氧化钛光催化杀菌，在材料表面涂覆一层二氧化钛薄膜，利用二氧化钛在光照下能使空气中的氧气变成活性氧，使水产生活性氧自由基的特性，从而发挥抗杀菌的作用。本次研究使用纳米二氧化钛的光催化原理进行杀菌人造石材的研制。
二氧化钛的杀菌机理：当二氧化钛纳米粒子受到不小于禁带宽度能量光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴和二氧化钛纳米粒子表面吸附的水反应生成氧化性很高的•oH自由基，活泼的•oH自由基可以将细菌等有机物氧化成Co2和H2o。这一系列反应可以用下列反应式表示为：
在光照下，二氧化钛表面产生了非常活泼的羟基自由基，超氧离子自由基以及•oH自由基，这些氧化性很强的活泼自由基，能够将各种有机物及细菌直接氧化成Co2和H2o。
有研究表明，纳米粒子的光催化活性明显优于体相材料，一般认为这主要是由以下原因造成的：纳米半导体粒子所具有的量子尺寸效应使其导带与价带能级变为分立的能级，能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。这意味着纳米半导体粒子获得了更强的还原和氧化能力，从而提高其光催化活性。因此，虽然钛白粉也有一定的光催化效果，且价格便宜，但因为反映速度慢，效果不够明显。而纳米二氧化钛有很强的量子尺寸效应，一般选择tio2做为杀菌材料，都是使用tio2纳米粉体。
三、超洁亮技术
纳米二氧化钛材料的杀菌特性如此优秀，但是要怎样将这种杀菌材料应用到人造石杀菌产品的工业化生产中呢，目前，我主要采用陶瓷行业相对比较成熟的“超洁亮”技术来进行工业化生产。
“超洁亮”技术通过一种简单、经济的制膜工艺，在陶瓷抛光砖的表面形成一层不影响抛光砖表面花色的、透明、持久有效的亲水性纳米材料保护膜层，该纳米保护膜不仅能完全填塞修补砖面的气孔和微裂纹，使砖面具有极强的双疏防污功能，同时可防水性和油性物质污染，还可抗菌和防腐，达到自洁的效果。
保护膜层的材料是一种液体纳米功能性材料，材料的粒度在5nm～1μm之间。陶瓷抛光砖表面的毛细气孔和微裂纹一般在几个μm到几十个μm之间，防护膜材料的粒径达到纳米级.超洁亮生产线通过特殊的磨具，配以额定的磨具工作压力、工作转速和反应温度（由磨具摩擦热提供），对砖面用纳米材料进行恰到好处的挤压和抛刷。在此额定工作条件下，超细纳米材料水剂被强制快速均匀地渗透和挤压进抛光砖表面的微孔和凹坑中，使抛光砖表面的微孔和微裂纹迅速得到填充，多余的材料同时被磨具刷扫清除。
涂覆到瓷砖表面的防护材料通过材料的物理、化学作用，在一定的时间内，形成高分子聚合物。聚合过程中体积发生一定程度的膨胀，加上微孔和微裂纹的压迫作用，形成坚固的分子键，成为与抛光砖表面结成一体的、紧密的、高强度、高硬度的致密防护膜，阻止各种污物向瓷砖内渗透，达到保持砖面防污效果和极强的抗磨性。
四、试验过程及效果
我用二氧化钛纳米粉体及超洁亮纳米液，配制成全新的超洁亮纳米液，进行杀菌型人造石材的试制试验，试验步骤如下：
1.配料―根据人造石材配方将各种大理石颗粒、添加剂、色料、不饱和树脂等原材料混合搅拌均匀；
2.压制―将配制好的原料注入特定的压制容器中，在真空下加压振动，使空气尽量排出，压制一定时间后拆模放置，让方料自然固化；
3.开介―根据需要，将人造石方料开介成所需要的规格，一般主要是加工成市场通用的标准厚度人造石板材；
4.抛光―将开介好的人造石板材固定厚度，并进行表面抛光处理；
5.超洁亮―选择两块人造石板材分别进行超洁亮处理，一块用全新配制的纳米液处理，一块采用普通纳米液进行处理；
6.抗菌对比试验―超洁亮处理完的两块人造石板材自然放置一天，然后在显微镜下观测板材表面的有机微生物数量；
7.试验结论：通过观测发现，添加了二氧化钛纳米粒子进行超洁亮的人造石板材表面有机微生物数量相比另外一块产品有明显减少。
另外我还做了钛白粉与二氧化钛纳米粒子的对比试验，发现添加钛白粉处理的板材，其表面有机微生物数量也要少于普通处理板材，但和二氧化钛纳米粒子处理过的产品比较，还是存在一定差距。
五、结束语
利用二氧化钛的表面光催化杀菌效果及陶瓷行业的“超洁亮”技术，我们成功开发出具有自杀菌效果的人造石材，这种石材具有以下优点：
1.在光照的情况下自动清洁与杀菌，可保护人们身体健康，尤其是有小孩的家庭，减少小孩子因细菌污染而导致生病；
2.生产技术难度小，成本低，“超洁亮”技术应用在建材行业已经非常普遍，纳米二氧化钛的生产已经工业化，不存在任何的技术瓶颈；
纳米技术的优缺点篇5
关键词：纳米技术，技术应用，技术问题
引言：现在各种产品一直朝着集成化和微型化的方向发展，但不同的器件必然受到尺寸上的物理约束。纳米材料的优势也因此凸显，目前纳米材料在磁、光、电、传感等方面都有许多重要的应用[2]。但与其他新技术一样，纳米技术仍存在着不少问题。主要原因是部分企业对纳米材料技术的期望过高，急功近利的思想导致忽略了它的弊端。
1纳米技术新应用的概述
1.1纳米技术在制材上的新应用――纳米陶瓷材料及高透明材料
在微米级基体中引入纳米分散相进行复合，可使材料的断裂强度、断裂韧性大大提高，同时还可提高其硬度、弹性模量以及抗疲劳破坏性能。纳米陶瓷材料正是利用这一点才得以广泛的应用。由于纳米微粒表面分率高，而且纳米粒子的粒径远小于可见光的波长，因此具有很高的穿透性。于是各种高透明纳米材料也应运而生。目前，国外已用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末成功配制了军事隐身涂料。
1.2纳米技术在电磁领域的新应用――磁性纳米微粒
磁性纳米微粒[3]由于尺寸小，具有单磁畴结构与矫顽力高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。磁性纳米微粒除了上述应用外，还可作抗癌药物磁性载体，细胞磁分离介质材料，复印机墨粉材料以及磁墨水和磁印刷材料。近几年用铁基纳米晶巨磁阻抗材料研制的磁敏开关具有灵敏度高、体积小、响应快等优点，广泛用于自动控制、速度和位置测定、防盗报警系统和汽车导航、点火装置等。
1.3纳米技术在水泥材料中的应用――纳米矿粉
混凝土是现代应用最广泛、最重要的工程材料，利用纳米技术和纳米矿粉开发新型的混凝土可大幅度提高混凝土强度、施工性能和耐久性能。纳米矿粉不但可以填充水泥的空隙，提高混凝土的流动度，更重要的是可改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土强度、抗渗性与耐久性均得以提高。
1.4其他应用[4]
利用离子交换复合工艺，使层状无机纳米材料在极性分子的作用下发生膨胀、层离，均匀分散在水介质中。他们在层间进行交换作用，抗菌或净化成分进入层间后，把层与层撑开，在层间交替形成分子级支柱，从而形成各种不相同的纳米复合抗菌材料、净化空气材料。这种纳米复合抗菌材料和净化空气材料可净化甲醛、苯等有害挥发物。利用纳米技术还可开发可净化二氧化碳并产生负离子具有森林功能的建材以及粘合剂及密封胶。将纳米二氧化硅作为添加剂加到粘合剂和密封胶中，会大大提高粘结效果和密封性能。
2纳米技术的问题
尽管纳米材料用途很广，但由于过分强调纳米技术的先进性，导致出现了一系列的问题。首先，由于纳米材料的特殊性质，对生命健康和生态环境产生的负面效应和不确定性让人担忧。由于纳米粒子无孔不入，在研发、生产、存储、运输等方面都有各种问题，而且其毒性还未知。它与其他物质的接触面积很大，反应也会很剧烈。第二，对纳米技术的盲目性导致了“纳米热”。近年来政府一直把“纳米技术”列为发展重点，于是不少企业冒充纳米企业，享受国家的优惠税收政策，并为了谋利推出“伪纳米”产品。其导致的恶果是国家的有限资金不能有效地应用到真正的纳米材料技术研究和开发中，严重影响了纳米产业的发展。第三，虽然中国在纳米技术的理论建立上取得了不少成绩，但在研制开发与产业化的实践中却显得力量不足。由于纳米技术是高新技术，实际工程中，很多理论与定理都会有误差，但这方面的专业人才紧缺，直接了导致纳米技术研究的滞后。第四，纳米技术作为高新技术，必须投入大量资金，但由于各种原因，往往不能取得相应的回报，资金大量流失，却毫无成果。
3结论与展望
纳米技术是对于未来经济和社会的发展将产生重大影响的一种关键性前沿技术，这是世界各国科学家的共识。纳米材料在各个科学领域都有着非常广泛的应用前景。可预料在不久的将来，纳米技术不仅会推动产品的开发，还将改善人们的生活质量，改善人们的生活环境。在未来的15-20年内，与纳米技术相关的产品市场规模将达1万亿美元，可见其前景广阔。但是，由于纳米材料自身处于发展阶段，还有各种各样的问题有待解决。在某种意义上，它还是一种不确定的技术，我们对它的认识也仅处于初始阶段。如何构建一个既普遍有效，又能够满足和包容不同价值体系的纳米技术准则，将成为纳米技术今后发展面临的一大挑战。
参考文献：
[1]张金升，纳米材料和技术与发展新型建材.中国建材装备，2002，(2)
[2]崔铮.纳米加工技术及其应用.北京：高教出版社,2005[CuiZ.nanofabricationtechnologiesandapplica2tions.Beijing：Highereducationpress,2005(inChinese)]
纳米技术的优缺点篇6
由于篇幅限制，本文下面着重介绍聚合物纳米药物。迄今为止，用于纳米药物输送的载体主要是聚合物［12］。因为聚合物主要有以下优点：分子量大，由于epR效应，作为载体能使药物在病灶部位停留较长时间，延长疗效。可通过调节聚合物物理化学性能和自身降解而达到缓释或控释药物的目的。易功能化，可把一些具有靶向作用或控释功能的组分键合在聚合物粒子表面。可调控的生物降解性，避免药物释放后聚合物载体材料在人体器官聚积，产生毒副作用。（1）聚合物键合药物。聚合物键合药物又称为聚合物前药，它们的生物活性取决于键合的小分子药物是否能够在病变区被及时释放出来。传统的小分子化疗药物在给药过程中遇到许多问题，如在水中溶解性和稳定性较差、体内迅速清除、毒副作用大等。聚合物键合药物采用化学桥联稳定药物分子，将小分子药物以可降解的化学键键合到聚合物骨架上，可以有效避免纳米颗粒在体内循环过程中不必要的药物泄露，而通过不同的化学键的选择，特别是那些对病变局部环境敏感的化学键，比如pH和酶敏感化学键，可以实现在肿瘤组织或肿瘤细胞内的可控释放，这使得其相对于通过物理相互作用包载型的纳米药物更加具有优势。常见的聚合物骨架包括聚乙二醇（peG）、聚谷氨酸（pGa）、聚n-（2-羟丙基）甲基丙烯酰胺（Hpma）。Duncan等研发了一系列Hpma抗肿瘤键合药物，目前正在进行临床i、ii期研究。化疗药物是以Gly-phe-Leu-Gly键合到聚合物骨架上。通过细胞内溶酶体的酶解作用，键合的抗肿瘤药物可以被有效地释放出来，达到了细胞内给药的要求［13］。再比如将galactose键合到聚合物骨架上可以有效地增加这些纳米药物的肝靶向性［14］。（2）聚合物-蛋白质结合体：聚乙二醇和多糖经常用于制备蛋白质高分子共价结合体。获FDa批准可在临床上使用的聚合物-蛋白质结合体大多数是由聚乙二醇制备的（peGylation）。peGylation可增加蛋白质的水溶性和稳定性，又可降低其相应的免疫原和抗原性，从而延长药物在体内的循环半衰期［15，16］。如罗氏公司生产的peGasys（peginterferonalfa-2a）可以使干扰素在血清中的半衰期提高50-70倍［17］。高分子蛋白质结合体的制备方法有：带有功能基团的高分子链与蛋白质活性部位直接连接；将与蛋白质具有特异结合作用的分子首先与高分子以共价键结合，而后实现高分子与蛋白质的特异性结合。目前关注的热点之一是对于具有治疗作用的蛋白质和催化功能的酶等生物特异性蛋白质，与高分子结合后如何保持其生物功能的问题。（3）Rna纳米颗粒：在药物开发史上，化学药物和蛋白质药物已出现，Rna药物或以Rna为目标的药物将是药物开发的第三个里程碑。Rna是由腺嘌呤（a）、尿嘧啶（U）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）构成的一种核糖核酸高分子.与watson-Crick的Dna碱基配对（a-t，G-C）的双螺旋链的结构不同，Rna的二级结构里经常出现一些非传统的碱基配对如环环相互作用。通过底端向上的“自组装”技术，包括模板法和非模板法，Rna分子可以构建种类繁多的和具有生物功能的纳米结构。Rna纳米治疗剂的独特之处在于，其支架、配体和治疗剂都是由Rna组成，由于其均匀的纳米级尺寸、良好的生物相容性、低毒性和目标特异性，使其有利于在活的机体内应用而不会在正常器官内积累［18］，为癌症的治疗提供了参考意见。郭培宣等人于1986年构建phi29Dna组装马达，是至今所能构建最强大的生物马达。1987年郭等人［19，20］报道了phi29噬菌体中由pRna（packagingribonucleicacid，简称pRna）驱动的纳米马达。该纳米马达的功能是包裹Dna并将Dna运送到病毒衣壳中，atp为这种Rna马达提供能量。随后，郭的研究团队证明pRna分子可以经过改造构建成二聚体、三聚体和六聚体的纳米颗粒，从而开创了Rna纳米技术［21，22］。利用此技术，该团队研发了一系列多功能Rna纳米治疗剂，可用于靶向治疗肿瘤，且不会损伤正常组织。例如［23-26］，利用重新改变结构的Rn段携带多达4个治疗和诊断模块构建出了超稳定的X形Rna纳米颗粒。这些Rna纳米颗粒可纳入沉默基因的小干扰Rna，调控基因表达的micro-Rna，靶向癌细胞的核酸适体，或是能够催化化学反应的核酶［27］。（4）固体聚合物纳米粒子。其制备方法包括单体聚合成聚合物纳米粒子和聚合物后分散自组装形成固体纳米粒子。常见聚合物载体有聚氰基丙烯酸烷酯、聚乳酸、聚（乳酸-乙醇酸），以及天然大分子如壳聚糖和白蛋白等。药物通过物理吸附或化学键合方法引入载体。abraxane是第一个获FDa批准的聚合纳米粒子药物，用于乳腺癌、肺癌和胰腺癌的治疗，由白蛋白纳米粒子和键合的paclitaxel组成，尺寸约130nm［28］。聚合纳米粒子作为药物载体除需具备生物相容性和生物降解性之外，单分散性要好。将纳米粒子表面接枝peG可有效增强分散性和在体内的循环稳定性。此外，研发多功能纳米粒子以便提高靶向性也是当今研究的一个热点。（5）聚合物纳米胶束。常见小分子表面活性剂形成的胶束稳定性较差，不适于药物运输。而聚合物纳米胶束，具有载药量高、载药范围广、稳定性好，体内滞留时间长等优点［29，30］。常用于难溶性药物、大分子药物及基因治疗药物的载体，还可实现靶向给药，具有广泛的应用前景。聚合物纳米胶束通常是由具有亲水部分和疏水部分的两亲嵌段共聚物在水中自组装形成的纳米级大小的核-壳型胶束，尺寸大约20-100nm。其中亲水部分多由peG组成，疏水部分多由聚乳酸、聚环氧丙烷、聚氨基酸组成。目前至少有6种聚合物纳米胶束抗肿瘤药物进行临床研究。纳米药物是具有巨大发展前景的新型药物，其在医药领域的发展必将引起疾病诊断和治疗的革命。目前，纳米医药技术的基础理论及纳米药物的制备工艺等还很不完善。基础理论方面，人们对纳米药物在体内的行为，包括组织分布、药代动力学和药效，以及它们与载体的化学结构和物理性能之间的相互关系，都缺乏深入和系统的研究；从制备工艺来讲，制备工艺要求操作方便、成本低、易于工业化放大生产，产品性能要稳定。因此，纳米技术在医药领域中的研究还需做大量的工作。其未来发展方向是增强载药量、提高靶向作用及控释能力、降低超敏反应［31］。
2纳米生物医用材料
纳米生物医用材料是纳米材料与生物医用材料的交叉，在人类康复工程中发挥重要作用。纳米生物医用材料将解决临床对伤口敷料、人造皮肤、人造血管和组织工程支架、高性能组织修复、器官替换的迫切需求［32-34］，而且已显示出巨大的潜在应用价值。材料支架在组织工程中起着重要作用［35］。模仿天然的细胞外基质结构而制成的纳米纤维生物可降解材料已开始应用于组织工程的修复和再生。由于软骨再生能力有限，软骨组织工程领域的发展具有重要意义，特别是在治疗老龄化社会日益流行的大关节骨关节炎方面［36］。嵇伟平等采用塑性变形和化学处理方法在ti6a14V合金上制得一种新型多孔纳米晶体，通过体外实验研究了成骨细胞在纳米ti6a14V合金表面的黏附情况。结果表明，与普通钛合金相比，纳米表面钛合金早期就能使成骨细胞伪足伸展良好，促进成骨细胞紧密贴壁和早期融合，与细胞黏附相关的integrinβ1的表达也高于普通钛合金，为将纳米技术应用到人工关节等植入器械领域提供了新的方向［37］。还可以将纳米骨材料［38］植入体内填充各类型的骨缺损，其网状结构可生长出很多新生的骨细胞，所有填的纳米骨材料，最后会降解消失，骨缺损部能完全被新生骨取代。目前医用纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合骨充填材料已投入市场，对骨缺损的恢复具有较好的作用。纳米技术与生物医学的结合，为医学界提供了全新的思路，在医学领域的应用已取得一定成果。但目前大多数研究还处于动物实验阶段，仍需大量临床试验予以证实，纳米材料应用的生物安全性也有待进一步提高。这就要求生物医学研究者与纳米材料的研究人员合作需进一步加强，制造出更先进的生物医用纳米材料。
3纳米诊断学
纳米诊断学是纳米生物技术在分子诊断中的应用，对于发展个性化治疗具有重要意义。目前纳米生物技术在临床诊断方面的研究主要集中在纳米生物传感器［39，40］和成像技术［41，42］、使用制造纳米机器人在细胞水平上进行维修，生物标志物的提取及测定等［43，44］领域，以疾病的早期诊断和提高疗效为目标。
3.1体外生物分子检测
超灵敏的生物分子检测方法可以服务于临床诊断［45，46］。由于待测分子含量很少，因此，对方法的检测灵敏度有很高要求。纳米材料特有的性质可以极大地提高分子检测的灵敏度和简便性［47，48］，人们研究了各种各样的超微量生物分子检测的信号放大方法［49，50］。丁良等［51］利用纳米晶体中阳离子交换反应释放的阳离子来诱导荧光染料，用于痕量生物分子的检测，取得良好效果。实验表明基于ZnS纳米簇的阳离子交换放大器的检测性能优于酶联免疫吸附测定法（eLiSa），检测限低1000倍。标志着利用便携式床旁检测设备检测生物标记物成为可能。
3.2体内诊断
3.2.1注射peG-Glu-Gnps后肿瘤的轮廓很容易与周围组织区别开来，这种复杂的探针可以实现体内疾病的早期诊断，大大有助于癌症或癌转移的早期发现［52］。另外开发体内神经递质参与脑化学的监测是一项具有挑战性的工作，有助于进一步理解生物分子在病理和生理上的作用。Liu等［53］报道了一种新型的封装有金纳米颗粒的玻璃毛细管来感应大脑多巴胺，结果表明，全氟磺酸改进au/GCne可成功用于监测麻醉大鼠纹状体的多巴胺。Kempen等用光学显微镜和扫描电镜定位、观察金纳米粒子聚集的脑肿瘤模型，发现纳米颗粒仅在含有脑肿瘤细胞的区域内聚集，在正常脑组织周围没有发现［54］。3.2.2量子点（半导体纳米晶体）量子点是以CdSe为核、CdS或ZnS为壳的核-壳型纳米体，具有优良的光谱性能。水溶性的量子点在生物化学等研究领域显示了极其广阔的应用前景。它的细胞毒性低，可用于活细胞及体内非同位素标记的生物分子的超灵敏检测。李朝辉等［55］利用反相微乳液技术，以Cdte量子点为核，Sio2为壳，一步制备了表面带有氨基和磷酸基团的核壳型量子点荧光纳米颗粒.该颗粒水溶性好，大小均匀，有效改善了Cdte量子点的不稳定性，成功实现了对肝实质细胞的识别。由于量子点技术有其独特的标记特点，它必将成为今后生物分子检测的尖端技术，为Dna检测（Dna芯片）、蛋白质检测（蛋白质芯片）和探索蛋白质-蛋白质之间（抗原-抗体、配体-受体、酶-底物）反应原理提供更先进的方法。同时也将极大推动生物显像技术和生物制药技术的迅猛发展，给疾病的诊断和治疗带来巨大进步。3.2.3纳米磁性颗粒较大尺度的磁性纳米颗粒呈现铁磁性，在交变磁场的作用下可通过磁滞现象产热，用于癌症的靶向热疗［56］。而粒径小于20nm的磁性纳米颗粒通常显现出超顺磁性，可被广泛应用于临床诊断领域。目前在临床诊断方面较为成熟、发展较快的应用主要包括：磁共振成像、生物分离、细胞筛选等。（1）磁共振成像（mRi）作为一项新的医学影像诊断技术，近年来发展十分迅速，所提供的特有信息对诊断疾病具有很大的潜在优越性。利用超顺磁性氧化铁磁性纳米颗粒在生物体组织内的特异性分布，有助于提高该部位肿瘤与正常组织的mRi对比度，因而作为造影增强剂被应用于mRi，进行肿瘤及其他疾病的诊断［57］。（2）生物分离。因磁性纳米颗粒具有易操控性、比表面积大等优点，使功能化的磁性纳米颗粒的应用具有很大的吸引力［58］。当前磁分离的研究涉及生物领域的多个方面，如血液中金属离子的去除，蛋白质、核酸等的富集、固定化酶的回收与重复等［59］。Yan课题组［60］利用磁性氧化铁粒子作为载体固定蛋白酶a，并利用其能够与乙肝病毒表面抗原抗体发生特异性结合的性质，达到测定乙肝病毒的目的。（3）细胞筛选。当组织或血液中仅有微量癌细胞的时候，通过特定的技术就可以精确地检测到，从而实现对疾病的早期诊断和治疗，必将为病人获得宝贵的治疗时间，提高治愈率。所以细胞筛选具有重要的意义。免疫磁珠细胞筛选法可在几分钟内从复杂的细胞混合物中分离出很高纯度的细胞。mousavi等［61］等开发了一种新型的与金纳米条结合的微流控芯片，利用高效免疫磁珠法捕捉人血中极少量的细胞，可以达到简单而有效的检测高纯度目标细胞的目的。可以预见，在未来，更加精确的细胞筛选技术将是一个非常热门的研究方向［62］。虽然功能化的磁性纳米材料已经有了广泛的应用，但如何设计更简单的制备过程和更新颖的功能化方式以使材料本身具有更好的分散性和使用寿命，仍是研究者们探索的方向.3.2.4纳米生物传感器在癌症研究领域，利用纳米技术制成的传感器可望使各种癌症的早期诊断成为现实［63］。纳米传感器灵敏度很高，在进行血液检测时，当传感器中预置的某种癌细胞抗体遇到相应的抗原时，传感器中的电流会发生变化，通过这种电流变化可以判断血液中癌细胞的种类和浓度。目前越来越多的风险投资正在涌入这一领域，但这一技术在实用中还有一些技术难题需要解决。今后可能会有多种纳米传感器集成在一起被置入人体，以用来早期检测各种疾病。3.2.5生物芯片生物芯片是基因生物学与纳米技术相结合的产物，它不同于半导体芯片，它是在很小的几何尺度的表面积上，装配一种或集成多种生物活性分子，仅用微量生理或生物采样，即可同时检测和研究不同的生物细胞、生物分子和Dna的特性，以及它们之间的相互作用，获得生命微观活动的规律。具有集成、并行和快速检测的优点，生物芯片技术已经成为21世纪生物医学工程的前沿科技。基于纳米结构阵列的蛋白质芯片和微流控芯片技术在诊断学和生物传感技术方面的应用具有巨大的潜力［64］。ali等［65］制备的基于氧化镍纳米棒的微流控生物芯片，采用电化学检测法来测定人体血液中的总胆固醇浓度，线性范围为1.5-10.3mmol/L，灵敏度高达0.12ma•mmol-1•cm-2。Dna芯片技术可以快速分析大量的基因信息，从而使生物医学工作者可以研究并收集基因表达和变异信息，还可用于监测不同的人体细胞和组织基因表达，以检测癌症或其它疾病所对应的基因的变化。3.2.6纳米机器人纳米技术与分子生物学的结合将开创分子仿生学新领域。“纳米机器人”是根据分子水平的生物学原理为设计原型，设计制造可对纳米空间进行操作的“功能分子器件”。以色列科学家研发出一种“胶囊相机”，将摄像头内置入比普通感冒药稍大的胶囊内，以大约每秒14张照片的频率拍摄消化道内的情况，并同时传回外置的图像接收器，可进行人体消化道肿瘤监测。还可将纳米机器人注入人体血管内，进行全身健康检查，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，用于动脉粥样硬化的治疗；可吞噬病毒，杀死癌细胞；可将纳米机器人以插入导管的方式引入到尿道或胆道里内，直接到达结石所在的部位，并且直接把结石击碎，进行肾结石、胆结石的治疗；还可进行人体器官的修复工作、作整容手术、从基因中除去有害的Dna，把正常的Dna安装在基因中，这样可以从根本上治愈遗传缺陷或病毒，使机体正常运行。未来发展趋势是当机器人医生发现可疑病变组织后，立即能伸出“手”来取样进行活检。纳米机器人在体内的生物传感与智能配送生物活化剂有很大潜力［66］。
4纳米材料和纳米生物技术的安全性问题
随着纳米技术的迅速发展，不可避免地导致含有纳米颗粒的工业废水的排放［67］，纳米材料的潜在的免疫毒性机制所引起的不良反应还没有得到足够的重视［68］。纳米颗粒可直接穿透人体皮肤引发多种炎症；可穿透细胞膜，将异物带入细胞内部，对人体脑组织、免疫与生殖系统等方面造成损害等。如二氧化钛容易在饮用水中聚集，从而污染环境、影响健康。接触二氧化钛纳米微粒后，人体肺部将可能出现炎症。银纳米颗粒目前已被大量使用。研究表明，即使它在环境中的聚集量很低，也会对水中无脊椎动物造成伤害。碳纳米管是工业和实验所需的材料，注射了碳纳米管的老鼠会产生动脉粥状化、线粒体脱氧核糖核酸损伤等反应。当摄入量较大时，对肌肉细胞也有毒性，会对人体健康有不利影响。但尽管纳米生物技术的应用有一定安全性的问题，它的应用也会越来越广泛，同时这也为纳米技术将来的发展指明了方向——如何提高其安全性问题是研究的目标之一。
5发展前景
纳米技术的优缺点篇7
纳米材料与器件近年来发展迅速。一方面，材料性能日益多功能化，集成力、电、磁、热、光等多场复合效应；另一方面，材料的微观结构也变得复杂而富有层次，对其宏观性能产生深刻影响。例如，在热电材料中，界面、缺陷和量子局域效应被广泛用于提升热电优值；在钙钛矿太阳能电池中，极性电畴壁被认为给电子和空穴提供分离的高速输运通道；而在高密度磁阻存储器件中，纳米结构对磁电耦合和输运至关重要。从诸多热点领域所选取的这三个典型实例表明，发展多场复合效应的新型功能材料与器件是当今纳米科技的重要趋势，而显著的尺寸、界面和量子效应也给材料与器件的宏观性能带来深刻影响，需要在纳米尺度综合调控和定量测量。
当前，对材料微观结构的表征和宏观性能的测量已较为成熟：在显微结构上，能在原子尺度精确确定材料物相和成分；在宏观性能上，表征电、光、磁、力、热响应及其耦合也加深了人们对多场物性的理解。这些成熟的单项技术表明，在单分子及纳米层面调控并测量材料电、光、磁、力、热及其耦合响应时机已经到来，也是推动先进功能材料与器件发展的大势所趋。然而由于表征技术的限制，人们对纳米尺度多场物性的关注还不多，相关调控和测量仍处于襁褓之中。
为揭示光电、热电、磁电材料和器件的微观结构、局域响应和宏观性能的关联，分析铁电极化对光电转换的调控，界面和缺陷对热电输运的影响以及微纳结构和磁电耦合的相互作用，中国科学院深圳先进技术研究院牵头，联合华南师范大学、清华大学以及南京大学，共同承担了国家重点研发计划“纳米科技”重点专项-纳米尺度多场物性与输运性质测量及调控。该项目旨在发展基于多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，在纳米尺度综合定量测量调控材料电学、光学、磁学、力学和热学多场物理及输运性质，为研究先进功能材料与器件中的关键科学问题提供强有力工具。
项目的主要研究内容分为以下四个方面：（1）发展纳米尺度多场激励调控与测量技术：通过微纳加工研发制备多功能扫描探针，结合原子力显微镜环境下宏观复合加载系统，以及宏观微观协同的跨尺度测试分析和模拟，实现纳米尺度多场物理及输运性质的综合测量与调控，为深入研究光电转换、热电输运、以及磁电耦合性能提供强有力的工具和方法。（2）研究极化调控光电转换：制备一系列材料与器件，在单分子层面，运用扫描探针定量测量极性分子在多场激励下的光电子激发、复合及输运，揭示电极化调控有机无机钙钛矿光电转换及光控开关的微观机理和失效过程，阐明微纳结构、极性和缺陷对新型太阳能电池性能的影响和调控，进而提出光电器件设计调控新方法。（3）研究纳米尺度热电输运：在微纳尺度，运用扫描探针定量测量热电材料在跨尺度多场载荷下的局域响应，揭示界面、缺陷和复合结构对热电输运的影响及其失效过程，探索磁场光场对自旋塞贝克效应的调制以及声子、光子和载流子的相互作用，阐明微纳结构和缺陷对高性能热电材料输运性质的影响，进而提出热电材料设计调控新方法。（4）多场调控磁电器件：针对磁、电、光、热、力对多铁性磁电序参量的调控及电输运的影响，运用扫描探针定量测量磁电介质在跨尺度复合载荷下的局域响应，研究单分子磁体各向异性和弛豫，揭示磁电有序及演化与微观结构的关联，特别是受缺陷的影响及其失效机理，进而提出磁电材料设计调控新方法。
项目预期将开发基于多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，实现在纳米尺度综合调控、定量测量材料多场物理及输运性质，并以此解决先进功能材料与器件的一系列关键科学问题，进而形成一系列原创、具有自主知识产权的新思想（如宏观微观协同调控测试）、新技术（如多功能扫描探针激励和多场原子力显微样品加载）、新方法（如跨尺度实验测试、数据采集、和计算模拟）和新发现（如光电、热电、磁电多场物性和耦合新机制），推动纳米技术、高速低能耗信息处理与存储、微电子器件、高效清洁能源、以及精密仪器等产业和领域的发展。
纳米技术的优缺点篇8
石墨烯是目前业界公认的“材料之王”，其在材料属性方面拥有多项“世界之最”，如最强导电性、最硬材料、超高强度、超高导热率、超高透光率等。有行业专家表示，石墨烯材料在储能、电子元器件、复合材料等多个领域有望带来一场巨大的变革。
从目前已经公布的消息来看，韩国、日本和中国在石墨烯的应用和产业化方面走在世界的前面。但总体而言，目前市面上还缺乏相关产品的销售，特别是石墨烯的薄膜的相关应用产品。毋庸置疑的是，石墨烯离真正的产业化尚有一定的距离。
着眼“材料之王”工业化提速，北京清大际光科技发展有限公司坚守“技术是王道”的法则，通过前沿技术+顶尖设备，为石墨烯、碳纳米角等新材料的尽快“出炉”趟出了一条新路子。
北京清大际光科技发展有限公司，创建于2005年，是一家高新技术企业，位于北京中关村科技园昌平园区。清大际光致力两大块主业：自动化设备和研发新材料。“一流的科研团队，国家重点实验室和北京大学的重要依托，是我们研发碳纳米角、石墨烯等新材料、实现产学双赢的坚强后盾，也是我们掌握具有核心竞争力技术与设备的秘诀。”清大际光总经理孙清友表示。
清大际光2013年研制成功国内外第一条（用电弧法制造）年产50吨石墨烯、碳纳米角产品自动化生产线，填补了国内外空白，成为备受行业关注的焦点。
许多人好奇，用电弧法制造石墨烯究竟优势何在？对此，孙清友进行了“揭秘”：电弧法生产石墨烯，石墨烯墨层规则，品型好、缺陷少、纯度高，层数为2层10层，具有较好导电率，在有机溶剂中易分散（石墨烯）。
石墨烯除具有出类拔萃的“常规功能”外，还可以通过化学改性制备的柔性石墨烯纸，可制良好的透明导电膜；石墨烯复合材料，石墨烯也可作为催化剂载体……
正是目前市场对石墨烯、碳纳米角制备的需求，清大际光推出的自动化生产线，填补了国内外空白，目前产品远销世界10多个国家和地区，成为许多企业实施石墨烯、碳纳米角工业化战略的“神兵利器”。
二
清大际光运用创新设备制造的纳米碳新材料，有诸多可圈可点之处。
采用直流电弧法制备的石墨烯，产品为氮原子掺杂石墨烯，石墨尺寸为100-200nm，含2-6个石墨层，无金属残留。电弧法制备的石墨烯尺寸较小，作为锂离子电池负极材料时，锂离子的迁移径短，因而具有出色的高倍率充放电性能。换句话说，锂离子电池若融含了石墨烯的特殊能量，扮演“升级版”“换代版”的角色将毫无悬念。
现用事例加深一下印象。美国加州大学一个研究团队研制的微型石墨烯超级电容，最神奇的地方在于它充电和放电速度是常规电池的100-1000倍。这意味着，如果手机用上它，充满一次电大概只需要5秒钟。并且还不用担心太冷或太热的环境的影响。
基于石墨烯的太阳能电池转化率达15.6%，这是2012年佛罗里达大学的研究人员的文章内容。他们做了一个很靠谱的实验，将一层掺杂剧有三氟甲磺酰-酰胺（tFSa）的石墨烯镀在硅晶片上，再使有这块硅晶片制成一个太阳能电池，这块太阳能电池的有效转化率可达到8.6%。现在另外一个团队称他们放弃使用硅材料，而是使用基于石墨烯材料制成了一个太阳能电池，该太阳能电池测得的有效转化率达到了15.6%，刷新了之前的记录。
清大际光在制造单层碳纳米角方面同样技高一筹。据了解，单层碳纳米角（简称碳纳米角）是最近几年来继碳纳米管之后的又一种新兴的碳纳米材料。单根碳纳米角直径2-5nm，一端为封闭的锥形结构，另一端开口，长度为10-20nm。碳纳米角通常为以直径为80-100nm的球形聚集体存在，聚集体的形貌有dahlia，budt和seed三种类型。
碳纳米角的比表面积大并且具有中空结构，在催化剂载体、药物载体、燃料电池（目前已广泛应用于电子浆料复合材料，水环境污染处理，气体存储，药物释放-病毒、肿瘤光治疗，燃料电池负极材料、催化材料，纳米复合催化剂，天然气催化剂载体，石油催化剂载体）等方面具有广阔的应用前景。
清大际光建立了直流电弧放电制备碳纳米角的方法，目前正致力于实现碳纳米角在能量存储和催化剂载体等方面的应用。
富勒烯，也是清大际光锻造的一个强项。富勒烯金属包合物在材料和生物医学等领域具有诱人的应用前景，是当今材料研究领域的一大热点。清大际光发现和建立了直流电弧法催化合成富勒烯金属包合物的方法，该方法萃取效果明显提高。他们通过优化合成和分离条件，合成分离了一系列基于不同富烯勒碳笼的金属包合物，并利用各种表征手段对其进行了分了结构和电子结构方面的分析。
清大际光推出的球形石墨，是以优质高碳天然鳞片石墨为原料，采用先进加工工艺对石墨表面进行改性处理，生产的不同细度，形成椭圆球形的石墨产品。
球形石墨材料具有良好的导电性，结晶度高，理论嵌锂容量高，充放电们低且平坦等特点，是目前作为锂离子电池负极材料重要部分，是国内外锂离子电池生产用负极材料的换代产品。具有优良的导电性和化学稳定性，充放电容量高，循环寿命长，绿色环保。
清大际光在碳纳米管的制造中，利用直流电弧放电法，实现了单层与双层碳纳米管的高产率制备，并发展了成熟的纯化路线，可获得高纯度的单层与双层碳纳米管。单层碳纳米管通常以管束形式存在，碳纳米管之间存在很强的范德华力。功能化的碳纳米管在电子器件、生物医学等领域具有重要的应用价值。
纳米技术的优缺点篇9
其中，我国缺粮的省份主要集中在经济发达、人口稠密的珠三角、长三角等沿海省份。相关统计显示，上海、北京、天津、广东、浙江、福建、青海、海南成为最缺粮的8个省市，广东省统计局曾《2007年广东农业农村经济情况及2008年展望》称，广东粮食自给率不足40%，年缺口达2400万吨，需要从湖南、江西、广西等省份调配，是内地第一缺粮大省。
此外，作为广东最主要粮食调入来源地湖南，大米正面临着重金属污染的威胁。这使得广东人忧心忡忡，怎么解决安全大米的来源问题，成为让当地政府头疼的问题。还记得，上世纪90年代中期，“广东粮”名噪一时，以金源米业为代表的一批沿海地区加工企业开创了国内大米品牌建设的先河。之后，伴随改革开放的步伐，珠三角地区被庞大的经济浪潮席卷，无暇顾及大米等农产品品牌发展。时隔二十年，广东省于今年5月份盛大发起“广东省十大名牌系列农产品评选推介活动”，此举旨在重振广东省农业产品的品牌价值和整体素质，推助“广东粮”重返历史舞台。
近日，记者跟随广东省十大名牌农产品推介活动报道组深入广东省各地市，走访了多家大型粮食生产企业，令记者体会颇深的是，广东省粮食生产、加工行业正暗香涌动，各地粮企，如诸侯争霸，势均力敌，各有千秋，谁是这其中的领头羊俨然不太重要，在保证外来大米的安全加工之外，广东粮企齐头并进保护广东本土米业成为其中可窥之处。
广东粮企在发挥各自优势的同时，如何携手为全国人口第一大省广东省乃至港澳地区把好粮食安全的大门，即已决定了“广东粮”是否能够重返历史舞台。
近期，本刊连载的“广东省十大名牌农产品评选活动系列报道”曾报道了广东省产粮大市云浮市罗定地区以产稻多、产好稻为广东人提供放心大米，本期记者带您继续走进广东粮食另一主产区――以江门、惠州等地为主的珠三角洲片区。
最本土――台山“珍香”米
如果你说泰国香米最好吃，怕是因为没有吃过台山米，台山米被阅米无数的岭南人视为最具饭香味的大米。台山米，顾名思义产自广东省江门市台山地区，该地自古盛产丝苗米。台山是广东省知名的侨乡，远在异乡的侨胞们，只要能吃上一口台山大米，便可慰藉思乡之情，因此台山米不仅在广东省内受欢迎，早已跟随华侨的脚步香飘海外。在业内，由于台山米成熟早，品质好，成为各类配方米中要想提高大米品质首选的优质配方米。
台山水稻年播种面积达108万多亩，种植优质丝苗米面积达99.8%，年产量达40万吨，成为广东省优质粮生产大市和“全国粮食生产先进县”，由于台山地区产出丝苗米品质优良，2013年被中国粮食行业协会认定为“中国优质丝苗米之乡”。素有“广东第一田”之称的都斛就坐落在境内，万亩水稻种植区不但是台山市粮食主产区，还成为当地一道亮丽的风景。
台山地区之所以能产出优质大米，是由于台山地处珠江三角洲西部，气候温润，土壤肥沃，据广东省地质调查院对珠三角富硒土壤的调查报告显示，台山拥有富硒优质土壤量据广东省首位，此外台山市拥有大小水库等679宗，大部分农田采用水库水灌溉，水质优良。好田好水自然产好米。
台山优质丝苗米素有“米中碧玉”之称，而以台山原产优质丝苗米为原料的“珍香”牌丝苗米则是其中的典范。该品牌大米，米粒细长、晶莹透亮、无心白腹白、饭味清香、软而不粘、冷而不硬，特别有米香味。“珍香”米出自台山市粮食购销总公司，是广东省内少有的国有独资粮食购销企业。该公司自2003年以来，就以“订单农业”为纽带，每年与近2000户农民订单种植2万多亩优质稻米。从源头上确保了品牌大米农药残留绝不超出国家标准，以点带面地保证了台山大米的优良品质。
台山米之所以有名，还由于台山大米是业内公认的纯本地米，如“珍香”牌丝苗米一直以100%的台山原产优质丝苗稻为原料，最大程度地保留了台山大米的本土味道。
“做粮食就是做良心”，台山市粮食购销总公司一位负责人向记者表示。该公司一年拿去检测的大米样品多达291种，到目前为止，未出现一次检测不合格的情况。安全可靠，独具本土特色的台山米;是最能代表广东本土大米的名牌大米之一。
最科学――惠州海纳农业
台山米是最岭南米味的大米代表，而来自惠州市的海纳农业有限公司（以下简称“海纳农业”），则是最会利用科学技术生产优质大米的企业。在农业面源污染日益严重的今天，如何在不用农药化肥的前提下也能长出好庄稼，是划分农业企业是否科学现代的一道分水岭。
中国人有句俗语叫做：一物降一物。“海纳农业”就采用“以虫治虫”的方法来变害虫为益虫为稻田保驾护航。记者在“海纳农业”的天敌昆虫与资源昆虫繁殖中心看到，技术人员拿出一块巴掌大小的纸片，上面密密麻麻的“小黑点”是约5万只微小赤眼蜂，未来这些蜂卡将被分放在稻田间，待虫卵羽化成赤眼蜂后，数万只赤眼蜂如同一个庞大的杀虫部队，捕杀水稻的天敌――水稻螟。
以上是“海纳农业”与中山大学、广东昆虫研究所共同组建的天敌工厂，为病虫害的绿色防控提供保障，除了在稻田释放赤眼蜂防治害虫之外，还采用诱虫灯、性诱剂诱虫，达到“以虫治虫”的目的。据了解，“海纳农业”每年为该公司科研团队投入的科研经费不低于500万元。对科技的高投入，有效保障了该公司发展绿色农业的可持续之路。
“海纳农业”不仅在防虫方面积极投入农业科学技术，在生产大米方面也颇费心思，想借农业高科技手段最大程度挖掘出大米的营养价值。
“海纳农业”董事长兼总经理钟振芳向记者表示，现在的小孩总是喜欢喝碳酸饮料等亚健康饮料，对此，公司科研团队通过三年的研究，研发出一款适合青少年儿童饮用的有机食品“芽米加”糙米奶饮料。据介绍，该饮料采用萌芽糙米，既新鲜去壳的有机稻谷为原料，在一定条件下培养所得到的由幼芽和带糠粉层的胚乳组成的高营养米制品。该饮料富含氨基丁酸，营养价值极高。
“一般80斤稻谷可以加工成40斤大米，真正有营养的部分被浪费了。而利用糙米加工成‘芽米加’饮料，80斤稻谷起码可以转化利用65斤，大大提高了大米的有效利用率。”以米为生，爱米如命的钟振芳娓娓讲述“海纳农业”如何最大程度挖掘大米的价值。
正是由于长期以来对农业科技的重视，“海纳农业”成为广东省最大的优质米生产企业之一。该公司现有水稻种植总面积15万亩，其中公司自有生产基地3.3万亩（其中3万亩通过有机认证），订单合作基地11.7万亩，共24个生产基地。公司年产10万吨大米，其中有机大米占3成，占广东高端米市场的三分之一。
记者采访中了解到，该公司有机米的售价在12.8元/斤左右，明确标有富硒成分的功能大米售价也不过30多元/斤。有机米和富硒功能米的价格均低于市场平均水平。钟振芳告诉记者，有机米的成本决定了其价格比普通大米的价格要高出3倍左右，市面上一些有机大米的价格高出普通大米若干倍，难免有炒作的嫌疑。注重科技应用的“海纳农业”，更以诚信为本。记者获悉，今年下半年，该公司将推出“一分良田”定制活动，公司将认购的田块象征性的划分为以一分地为单位的小块，客户认购后开通手机实时监控服务，水稻生产全程可监控，以此拉近消费者对大米生产企业的信心。
“海纳模式”正以一种全新的定制模式，服务珠三角地区的市民群众。一路采访，“海纳农业”对科技的高度应用，给人留下与众不同的印象。
最有机――珠海“乡意浓”
近几年，全国各地有机大豆、有机大米等有机食品如雨后春笋般冒出。对经济发展嗅觉灵敏的广东人，对农业发展的脉搏同样掌握在先。消费者听说有机大米只是在近几年，而广东地区种植、生产有机稻米的企业早在10年前就已在布局天下。前面提到的“海纳农业”于2000年开始研究有机大米种植技术，与其并驾齐驱的另一有机大米生产企业――广东乡意浓农业科技有限公司成立于1988年，于2002年开始专门生产种植有机大米，是广东省内最早种植有机稻米的企业之一。目前，该公司有机大米种植基地分布在东北、江西、广东清远等5大种植基地，年产量达3000多吨，总种植面积超过2万亩。
该公司一位负责人坦言，有机稻米种植并不容易，其对土壤、水源和空气都要较高的要求。首先，种植过程中添加的有机肥料是专门从具有有机认证的有机肥料公司采购的，绝非普通意义上未经加工的农家肥;其次，生产过程中不使用农药、化肥，以及转基因技术;再次，大米加工过程中，绝不添加任何添加剂;仓储过程绝不使用杀虫剂和传统熏蒸杀虫法，只能用低温恒温控制。确保每一粒大米都是稻谷原粮加工而成的。
珠三角地区经济发展快，土地资源紧缺，不少粮企采取走出去的办法，走出省外，走出国门，去种植更多的优质稻米。“乡意浓”品牌大米，集周边省份最佳的土地资源，大规模种植有机大米，也成为广东优质米生产企业的一种发展模式。
最阳光――惠东“沿海”米
俗语道：靠山吃山，靠海吃海。广东珠三角沿海地区有一种本地人十分喜爱的大米――沿海米，准确来讲，就是沿海地区产出的象牙米。
内陆地区稻谷很容易受到寒露风的侵袭，影响开花率。而惠东沿海一带由于海风会反推寒露风，保护了沿海稻谷不受寒露风侵袭，花开饱满，结出果实粒大圆润，比一般大米更具米香味。
其中惠州市好收成农贸有限公司的万其牌沿海米被评为广东省名牌产品，该大米生产加工企业堪称是惠州人自家的谷仓基地。该公司与科研院所长期合作，建立4000亩水稻试验示范基地，带动50个村的3600户沿海农户种植优质水稻新品种，覆盖惠州地区及汕头沿海地区面积达13万多亩。公司134公顷生产基地获得无公害产地认证。
采访中，记者一行来到该公司位于惠东县稔山镇的水稻种植基地，依山傍海的稔平半岛素有“南方乌克兰”之称，水土十分肥美。只是近海强烈的太阳光照射令人睁不开眼。只见碧绿成片的稻田里，有几只白鹭正在觅食，引自水库的灌溉水渠蜿蜒曲折，稻田风光宜人。这里属于南亚热带季风气候，年平均气温达22摄氏度，年日照时间长达2400小时，为水稻光合作用提供非常有利的生长条件;当地平均降雨量达2200毫米，雨水丰裕;稻谷生长期长达150天，再经过测土配方施肥，土壤涵养好，孕育出的大米颗粒饱满，十分具有米香味。
纳米技术的优缺点篇10
关键词：单壁碳纳米管；多壁碳纳米管；差异
中图分类号：tQ342.7文献标识码：a文章编号：1000－8136（2012）09－0014－02
碳纳米管是一维纳米材料，可称为纳米材料之王，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米材料在纳米材料技术开发中举足轻重，它将影响到国民经济的各个领域，是国际上研究的热点及难点。
碳纳米管按照石墨烯片的层数简单分类为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。此外二者还有其他差异，现综述如下：
1发现时间
单壁碳纳米管：1993年S.iijima［1］等和DS.Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。
多壁碳纳米管：1991年日本neC公司基础研究实验室的电子显微镜专家iijima［2］在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，现在被称做的“Carbonnanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。iijima发现的碳纳米管最小层数为2，含有一层以上石墨片层的则称为多壁碳纳米管。
2结构
单壁碳纳米管：由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小、缺陷少，具有较高的均匀一致性。SwCnts的直径一般在1～6nm，目前观察到的SwCnt的最小直径约为0.33nm，并已能合成直径0.4nm的SwCnts阵列，直径达6nm的SwCnts也已有报道。一般认为，SwCnt的直径大于6nm以后特别不稳定，容易发生SwCnt管的塌陷。而单壁碳纳米管的长度则可达几百纳米到几十微米。单壁碳纳米管的单层结构显示出螺旋特征，根据构成碳纳米管的石墨层片的螺旋性，可以将单壁碳纳米管分为非手性（对称）和手性（不对称）。
多壁碳纳米管：多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。多壁碳纳米管的层间距约为0.34nm，外径在几个纳米到几百纳米，而已发现的最小内径为0.4nm。其长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。
3工艺制备
单壁碳纳米管：激光蒸发法是制备单壁碳纳米管的一种有效方法。用高能Co2激光或nd/YaG激光蒸发掺有Fe、Co、ni或其合金的碳靶制备单壁碳纳米管和单壁碳纳米管束，管径可由激光脉冲来控制。iijima等发现激光脉冲间隔时间越短，得到的单壁碳纳米管产率越高，而单壁碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。用Co2激光蒸发法，在室温下可获得单壁碳纳米管，若采用快速成像技术和发射光谱可观察到氩气中蒸发烟流和含碳碎片的形貌，这一技术使得跟踪研究单壁碳纳米管的生长过程成为可能。激光蒸发（烧蚀）法的主要缺点是单壁碳纳米管的纯度较低，易缠结。
多壁碳纳米管：化学气相沉积法主要用于多壁碳纳米管的合成。其基本原理为含有碳源的气体（或蒸气）流经催化剂表面时分解，生成碳纳米管。常用的碳源气体有C6H6、C2H2、C2H4等。Yacaman等最早采用25%铁/石墨颗粒作为催化剂，常压下700℃时分解9%乙炔/氮气制得碳纳米管。amelincks等采用Co为催化剂，乙烯为碳源得到螺旋状的碳纳米管，中国科学院物理所用化学气相沉积法大批量合成了排列整齐的碳纳米管，而且端口是打开的。
4应用及性能（电容）
单壁碳纳米管：能够严重破坏大肠杆菌等细菌的细胞壁，从而将它杀灭，将有助于解决细菌抗药性这一日益突显的问题。单壁碳纳米管其电容量一般为180F/g，比多壁碳纳米管更高。其电容器功率密度可达20kw/kg，能量密度可达7w・h/kg。
多壁碳纳米管：没有相关的报道指明可以杀灭细菌。多壁碳纳米管其电容量一般为102F/g。
以上是关于单壁碳纳米管和多壁碳纳米管一些差异性的概括，然而二者均具有优异的力学性能、导电性能、热学性能、储氢性能等。
碳纳米管作为最重要的纳米材料之一，其研究越来越得到人们的高度重视，人们相信，碳纳米管在工业领域里大规模应用将在未来几年中出现，碳纳米管的研究也将对纳米技术的未来产生重大影响。
参考文献：
［1］Single－shellcarbonnanotubesof1－nmdiameter.iijimaS,nature,1992,363:603～605.
［2］Helicalmicrotubulesofgraphitecarbon.iijimaS,nature,1991,354:56～58.