纳米技术的未来展望论文

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纳米技术的未来展望论文

　　纳米技术的未来展望论文篇1

　　一：纳米科技的起源：

　　纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R．Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇怪现象。

　　与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。

　　纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。

　　与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。

　　1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微

　　学大会在美国巴尔的摩同时召开，正式宣告了纳米科技作为一门学科的诞生。其后，《纳米技术》、《纳米生物学》、《纳米粒子研究》等国际性专业期刊也相继问世。至此，纳米科技正式步入科学殿堂，并迅速成为一颗耀眼的新星。

　　二：纳米科技的发展前景

　　鉴于纳米科技对高新技术产业的重要影响，世界上掀起了纳米技术研究的热潮，很多国家纷纷制订纳米技术研究开发专门计划，争取抢占21世纪科技战略制高点。综合分析国内外纳米科技发展现状，目前，纳米科技的发展大致有几个方面的发展趋势。

　　材料与制造：纳米技术将对材料制备产生根本变革：将合成并建造尺寸和性能可控、重量更轻、强度更高、加工性更好的材料；以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的或自然界不存在的材料，以及其他生物材料和仿生材料。

　　纳米电子与器件：将研制更节能、更价廉、使计算机的效率提高百万倍的纳米结构微处理器、更高工作频率的宽带网、海量的存储器、集传感、数据处理和通讯为一体的智能器件等。

　　环境和能源：发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被损坏的环境；提高监测环境的传感器灵敏度；更有效地处理核废料；利用纳米过滤器分离核燃料中的同位素；成倍提高太阳能电池的能量转换率。

　　医学和卫生：纳米技术将给医学带来变革：利用纳米器件进行基因诊断，以及早发现癌细胞，并主动搜索和攻击癌细胞或修补损伤组织；为药物在体内输运提供新的方式和路线；预防移植后的排斥反应。

　　生物技术和农业：生物合成为制造新的化学品和新药提供了新方式。通过在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等，对动植物的基因进行改善和治疗，将药物和基因植入动物体内，利用纳

　　米阵列测试DNA，了解生物的基因和基因表达。

　　航空与航天：纳米器件在航空航天领域的应用，不仅可增加有效载荷，更重要的是可使耗能指标指数成倍地降低。这方面的研究内容还包括：设计和制造重量更轻、强度更高、热稳定性更好的纳米结构材料；为微型航天器研制用纳米集成的测试、控制和电子设备；研制低能耗、抗辐射、高性能的计算机。

　　科学与教育：纳米科学将极大地改变人们对客观世界的认知水平，推动物理、化学、生物学、材料科学、数学和工程学等学科的发展。

　　国家安全：由于纳米技术对经济社会的广泛渗透，拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家将在国家经济和国防安全方面处于有利地位。通过先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用，可极大地提高军队在预警、导弹拦截等方面的反应速度；通过纳米机械学、微小机器人的应用，可提高部队的灵活性并增加战斗的有效性；通过纳米材料技术的应用，可大大提高舰船、潜艇和战斗机等武器装备的耐腐蚀性、吸波性和隐蔽性。

　　由于人们在原子、分子水平上对物质控制能力的提高，纳米科技发展的进程正在逐步加快。2000年10月，中国政府明确提出了将新材料和纳米科学的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务，这为中国21世纪纳米科技的快速发展奠定了重要基础。近年来，中国的纳米材料研究取得了重要进展，引起了国际上的关注，使中国的基础研究在国际上占有了一席之地，应用开发研究也出现了新局面。相信在各方的共同努力下，中国定会为纳米科技的发展做出更大的贡献。

　　纳米技术的未来展望论文篇2

　　一、纳米材料的基本性能

　　纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成（大小范围：1~100纳米），由于量子力学效应，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。也正是由于这些特性使纳米材料具有研究的意义。

　　1、力学特性

　　与传统材料相比，纳米结构材料的力学性能有显著的变化。其中一些材料的强度和硬度成倍提高（如晶粒尺寸为14nm的pd试样）。而一些纳米材料受热状态下的力学性能也提高明显。高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。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，这种特性在纳米陶瓷等领域已经得到广泛应用。

　　2、热学特性

　　普通的材料当其处于纳米状态或具有纳米结构是会有很高的热容量。一些纳米材料的热导率很低，认购非常有效地阻隔热能的固体传导和气体传导。可以做绝热材料。与此同时，还有些纳米材料具有完全相反的热学特性。他们的热交换性能非常好，是非常好的散热材料。

　　3、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。

　　4、磁学性质

　　当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过#url#，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#url#。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。

　　二、纳米材料的主要应用

　　纳米材料的物理特性优越与传统材料，使得纳米材料的开发应用成为21世纪的一个重要课题。目前，纳米技术主要有几个应用领域。

　　1、高性能纳米陶瓷

　　随着纳米技术的研究和应用，一些由纳米材料制成的产品陆续出现，其中，纳米碳纤管，纳米陶瓷等，纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能，它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应，这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域，并将会对高技术和新材料的开发产生重要作用。

　　2、纳米电子器件

　　纳米电子器件与威电子器件的主要差别是，在微电子器件中垫子更多地表现出粒子性，在纳米电子器件中电子更多地表现出波动性。当今被重点研究的纳米电子器件主要有：电子共振隧穿器件、二维电子气（2DEG）器件、量子点接触器件、量子点场效应晶体管、量子线的非线性、纵向库伦阻塞结构等。

　　3、纳米薄膜材料

　　纳米薄膜是指由尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜，或将纳米晶粒镶嵌在某种薄膜中构成复合膜，以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜。与普通薄膜相比，纳米薄膜具有许多独特的性能，如：巨电导、巨磁电阻效应、巨霍尔效应、可见光发射等。此外纳米薄膜还可以作为气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示材料及超导材料等。

　　4、生物医学中的纳米技术应用

　　从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。

　　5、其他领域

　　除此之外，纳米材料还在诸如海水净化、航空航天、环境能源、微电子学等其他领域也有着逐渐广泛的应用，纳米材料在这些领域都在逐渐发挥着光和热。

　　三、纳米材料的发展前景

　　近几年来，国际上关于纳米材料和纳米结构的研究出现了新的趋势：准一维纳米材料形成了新的研究热点；纳米组装材料和纳米结构微阵列的制备科学和技术；对于纳米材料奇特物性起因的研究不断深入；纳米材料和纳米结构的制备技术和其它技术相结合；纳米膜与复合膜；半导体纳米量子点。

　　种种迹象看来，纳米技术的发展会趋向更多样化和结构复杂化。而随之带来的必定会是人类对于纳米量级物体的精确空间控制技术的发展，到那时。由纳米零件组装出复杂的纳米机器人将不再只出现在科幻小说上。科学家们预言，实用的生物分子计算机将于今后几年问世，它将对未来世界产生重大影响。制造这类计算机离不开纳米技术。生物纳米计算机和纳米机器人的结合体则是另一类更高层次上的可以进行人机对话的装置，它一旦研制成功，有可能在1秒钟完成数十亿次操作，届时人类的劳动方式将产生彻底的变革。

　　目前纳米科学技术正处在重大突破的前夜，它已取得一系列成果，使全世界为之震动，并引起关心未来发展的全世界科学家的思索。人们正注视着纳米科学技术领域不断涌现出的奇异现象和新进展，这一领域前景十分诱人。它与其它学科相互渗透和交叉，可以形成许多新的学科或学科群，其有关发展将对经济建设、国防实力、科技发展乃至整个社会文明进步产生巨大影响。

　　参考文献：

　　卢柯、卢磊等《金属纳米材料力学性能和研究进展》.金属学报2000年8月姚兰芳、沈军、周斌等《纳米材料制备技术》化学工业出版社2011年4月陈光华、邓金祥《纳米薄膜技术与应用》化学工业出版社2004年1月张中太林元华《纳米材料及其应用前景》材料工程 2000 第3期

　　纳米技术的未来展望论文篇3

　　摘要:纳米技术作为一门新兴的技术，在多个领域具有非常重要的应用，尤其是极大地推动了新型建材的发展，介绍了纳米技术在新型建筑涂料、复合水泥、自洁玻璃、陶瓷、防护材料等方面的应用，通过论述可知，纳米材料在新型建材领域具有很好的发展应用前景。

　　关键词:纳米技术;新型建材;应用;前景

　　1 纳米涂料的应用

　　通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差，耐老化、耐洗刷性差，光洁度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的解决这一问题，纳米涂料具有下述优越的性能:

　　(1)具有很好的伸缩性，能够弥盖墙体细小裂缝，具有对微裂缝的自修复作用。

　　(2)具有很好的防水性，抗异物粘附、沾污性能，抗碱、耐冲刷性。

　　(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。

　　(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔和，手感柔和，漆膜平整，改善建筑的外观等。

　　虽然国内外对纳米涂料的研究还处在初步阶段，但是已在工程上得到了较广泛的应用，如北京纳美公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷，效果良好。在首体改造工程中，使用纳米涂料1700吨，涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。

　　2 纳米水泥的应用

　　普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小，同时其自身也存在一些固有的缺陷，使其在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏。为了解决这一问题就必须加速对具有特殊性能混凝土的研发，而纳米混凝土就能有效的解决这样问题，纳米混凝土，与普通混凝土相比，纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显著提高，同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能，因而可用于一些特殊的建筑设施中(如国防设施)。通常在普通混凝土中加入纳米矿粉(纳米级SiO2、纳米级CaCO3)或者纳米金属粉末已达到纳米混凝土的性能，而且通过改变纳米材料的掺量还能配置出防水砂浆等。目前开发研制的纳米水泥材料包括纳米防水复合水泥，纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。

　　纳米防水水泥是通过在水泥中添加XPM水泥外加剂的纳米材料而制成的，该纳米外加剂掺入水泥后，可以加快水泥诱导期和加速期的水化反应，改善水泥凝固的三维结构，同时提高水泥石的密实度，增强了防水性能。

　　纳米敏感水泥是在水泥中加入对周围环境变化十分敏感的纳米材料，从而达到改善水泥制品温敏、湿敏、气敏、力敏等性能。根据添加的敏感材料的不同可将纳米敏感水泥用于化工厂的建设、高速路面的铺设等。

　　纳米环保复合水泥是利用纳米材料的光催化功能，从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及表面自清洁等功能。通常是选用TiO2作为纳米添加剂。

　　纳米隐身复合材料是通过使用具有吸收电磁波功能的纳米材料(纳米金属粉居多)，在电磁波照射时，纳米材料的表面效应使得原子与电子运动加剧，促使电子能转化为热能，加强对电磁波的吸收，从何使材料能够在很宽的频带范围内避开雷达、红外光的侦查，这一材料常用于军事国防建筑等。

　　3 纳米玻璃的应用

　　普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物，形成难以清洗的有机污垢，同时，水在玻璃上易形成水雾，影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层TiO2纳米薄膜形成的纳米玻璃，则能有效的解决上述缺陷，同时TiO2光催化剂在阳光作用下，可以分解甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。

　　4 纳米技术在陶瓷材料中的应用

　　陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了广泛的应用(如铺贴墙面的瓷砖)，但是陶瓷易发生脆性破坏，因而在使用过程中也受到了一定的限制。使用纳米材料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能，能够吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度，同时具有良好的抗烧蚀性，火箭喷气口的耐高温材料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温材料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新材料在更大的范围内改变材料的力学性质，具有非常广阔的应用前景。

　　5 纳米技术在防护材料中的应用

　　通常是在胶料中加入炭黑等以提高材料的防水性能，但这种材料的耐腐蚀性以及耐侯性较差，易老化，研制具有高强、耐腐蚀、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在积极研究的问题，纳米防水材料能够很好满足上述要求，北京建筑科学研究院就成功的研制了具有较好耐老化性能的纳米防水卷材，该类防水卷材具有很好的强度、韧性、抗老化性以及光稳定性、热稳定性等。纳米防水卷材具有叫广泛的应用前景，如建筑顶面、地下室、卫生间、水利堤坝以及防潜工程等。

　　6 纳米保温材料

　　随着我国推行节能减排的方针，工程界也越来越注重建筑的保温节能性能，我国目前使用的比较多的仍是聚氨酯、石棉等传统隔热保温材料，这些材料在使用过程中容易产生一些对人体有害的物质，如石棉与纤维制品含有致癌物质，聚氨酯泡沫燃烧后释放有毒气体，而通过使用纳米材料开发研制的保温材料则能避免这些弊端，如以无机硅酸盐为基料，经高温高压纳米功能材料改性而成的保温材料不仅具有很好的保温效果，同时对人体也无损害，是一种绿色环保保温材料。

　　7 纳米技术在其粘合剂以及密封材料和润滑剂方面的应用

　　对于一些在深海中作业的结构以及其他特殊环境下工作的构件，它们对结构的密封性的要求非常高，已超过了普通粘合剂和密封剂所能满足的范围。国外通过在普通粘合剂和密封胶中添加纳米SiO2等添加剂，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能都大大提高。其工作机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有永久性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构的胶体流动，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。大型建材机械等主机工作时的噪声达到上百分贝，用纳米材料制成的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生根好的润滑作用，大大降低噪声，又能延长装备使用寿命，具有非常好的应用前景。

　　8 结语

　　纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为二十一世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在建筑材料方面的应用前景非常广阔，纳米技术不仅会推动建材新产品的开发，还将为改善人们的生活环境，提高生活质量做出不可估量的贡献。纳米功能材料已成为国内外研究的热点，目前研究开发工作正处于刚刚起步阶段，还有很多问题还未很好的解决，需要将进一步加速对纳米材料的研究以及推广应用。纳米材料将成为21世纪新型建筑材料的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的材料时代—纳米材料时代。

　　参考文献

　　[1]@张立德.纳米材料[M].北京:化工出版社，2002.

　　[2]@宋小杰.纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用[J].安徽化工，2008，(8):14-17.

　　[3]@杨毅，姜炜，刘宏英，李凤生.纳米复合技术在新型建材中的应用[J].中国粉体技术，2006，(1):43-48.

　　[4]@魏志强，王政军，乔红霞等.纳米技术在建筑材料中的发展与应用[J].中国粉体技术，2005，(1):45-48.

　　[5]@唐辉宇，陈丽娟.纳米技术与环保建材[J].四川建材，2005，(1):6-8.

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