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纳米科学技术现状如何?

作者:admin 发布日期:2017/5/16 关注次数: 二维码分享

纳米科学技术现状如何?-纳米技术的应用怎么样呢? 科学领域你了解多少?杨凌华翼纳米医药科技有限公司小编为您来介绍:

纳米技术已成功用于许多领域,包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲,包括如下领域:

1、纳米技术在新材料中的应用

2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用

3、纳米技术在制造业中的应用

4、纳米技术在生物、医药学中的应用

5、纳米技术在化学、环境监测中的应用


6、纳米技术在能源、交通等领域的应用

7、纳米技术在农业中的应用

8、 纳米技术在日常生活中的应用

日常生活

衣 在纺织和化纤制品中添纳米微粒,可以除味杀菌。化纤布挺括结实,但有烦人的静电现象,加入少量金属纳米微粒就可消除静电现象。

食 利用纳米材料,冰箱可以抗菌。纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经面世。利用纳米粉末,可以使废水彻底变清水,完全达到饮用标准,纳米食品色香味俱全,还有益健康。

住 纳米技术的运用,使墙面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦洗。含有纳米微粒的建筑材料,还可以吸收对人体有害的紫外线。

行 纳米材料可以提高和改进 交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的理想材料,能大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米球润滑添加剂可以在机车发动机加入,起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪音、减少污染物排放、保护环境的作用。纳米卫星可以随时向驾驶人员提供交通信息,帮助其 安全驾驶。

医 利用 纳米技术制成的微型药物输送器,可携带一定剂量的药物,在体外电磁信号的引导下准确到达病灶部位,有效地起到治疗作用,并减轻药物的不良的反映。用纳米制造成的微型机器人,其体积小于红细胞,通过向病人血管中注射,能疏通脑血管的血栓。清除心脏动脉的脂肪和沉淀物,还可“嚼碎”泌尿系统的结石等。 纳米技术将是健康生活的好帮手。

具体应用简介

纳米抗血栓中药

用亲脂型二元纳米协同界面包复的中药成分将使人类健康的头号威胁——心脑血管疾病得到更加有效的治疗,并将使中国文明的重要组成部分——中药走向世界。因为这样的纳米中药将具有普通中药数百万倍的物理活性(治疗效果),可以畅通无阻地到达因脂肪堆积而造成的血管栓塞和组织病变部位,并因亲和而与脂肪溶合,同时释放出治疗的有效成分,从而使药物的靶向性提高数百万倍。

纳米孔膜

利用二元协同纳米界面技术平台制备的纳米孔膜,将彻底解决油漆、涂料的潮解脱落问题,并可方便地大规模生产带有呼吸作用的纳米防水涂料和带有反渗析作用的纳米超滤膜,这将给人类的日常生活,甚至给海水淡化技术带来革命性变化,从根本上解决人类日益严重的缺水问题。

纳米修复材料

利用 纳米技术还可以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料,制作生物材料和仿生材料,并能在材料破坏过程中进行纳米级的损伤诊断和修复。例如, 纳米球是一种以多元合金为原料的纳米级尺度的球状原子团簇,能够吸附在受损的摩擦表面,形成新的超高硬度、极低摩擦系数、抗磨损、耐腐蚀的保护膜,实现润滑、修复和保护作用,实验显示其摩擦阻力仅为普通润滑剂的1/3。同时,纳米球润滑剂在润滑和修复的同时,提高了机械密封型,控制燃料和空气比重,燃料燃烧更充分,增强发动机动力,减少不完全燃烧过程中产生的多种有害气体污染,实现节能和减排的目的。纳米材料在仪器、化妆品、医药、印刷、造纸、电子、通信、交通、建筑及军事等方面都得到越来越多的应用。

纳米自洁表面处理和涂料

如果将透明、疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在大楼表面或瓷砖、玻璃上,大楼就不会被空气中的油污弄脏,瓷砖和玻璃也因不会沾上水蒸气而永远透明。任何粘在表面上的物质,经阳光的照射,都会在纳米涂料的催化作用下,变成可以蒸发的气体或者容易被擦掉的物质,建筑物不再总是脏乎乎的,家庭里的卫浴设备也不必每天清洗了。将这种纳米颗粒放到织物纤维中去,做成的衣服不会沾上灰尘,省去不少洗衣服的麻烦。氧化物纳米颗粒较大的本领是在电场作用下或在光的照射下迅速改变颜色。平常人们戴的变色镜的变色速度较慢,用纳米材料做成的变色镜就不一样了,变色速度很快,用它做士兵的防护激光镜是再好不过了。

新型纳米光源和太阳能转换器

用纳米氧化物材料做成广告板,在电、光的作用下,会变得更加绚丽多彩。半导体纳米材料的较大用处是可以发出各种颜色的光,可以做成超小型激光光源,它还可以吸收太阳光中的光能,把它们直接变成电能。这种技术一旦实现,太阳能汽车、太阳能住宅就会成为现实,到那时,人们居住的环境将更加美丽,空气更加清新。

纳米传感器

半导体纳米材料做成的各种传感器可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化,这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米传感系统能进行病症的早期诊断,利用纳米材料还能制作耐用且人体友好的人工组织和器官、复明和复聪器件,提高病人的生活质量。

纳米导向药物和皮肤护理保健品

如果在人体外部加以导向,可利用纳米药物阻断毛细血管来饿死癌细胞,药物治疗的效果会大大提高。纳米颗粒还可以用于人体的细胞分离或细胞染色,也可以用来携带DNA进行基因缺陷治疗。如果把纳米药物做成膏药贴在 患处,药物可以通过皮肤直接被吸收,而无须针管注射,少去了注射的感染。把不容易被人体吸收的药物或食品,如维生素等做成纳米粉或纳米粉的悬浮液,这种就极易被人体吸收。

纳米技术应用前景十分广阔,经济效益十分巨大,美国权威机构预测,2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元,纳米技术未来的应用将远远超过 计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性,纳米功能涂层材料的设计和应用,将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出,纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域,将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”我国以 纳米材料和 纳米技术注册的公司有近100个,建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产,象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入 纳米技术的新型油漆,不仅耐洗刷性提高了十几倍,而且无毒无害无异味。 纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。

纳米电子元器件

纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起,它具有芯片的功能,又可以探测到电磁波、光波(包括可见光、红外线和紫外线等)信号,同时还能执行电脑的指令。如果将这一集成器件安装在卫星上,可以使卫星的重量大大减小。当前人们已经在考虑用“小鸟”卫星部分地代替现有的卫星系统。如果在卫星上用纳米集成器件,“小鸟”卫星将更小,更容易发射,成本也更低。

纳米碳管的应用

各国科学家正在努力研究的碳纳米管是一种非常独特的材料。它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”,内部是空的,外部直径只有几到几十个纳米。

这样的材料很轻,但是很结实。它的密度是钢的1/6而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是较好不过的了。如果用碳纳米管做绳索,是唯一可以从月球上挂到地球表面,而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球到月球的电梯,人们到月球定居就很容易了。纳米管的细尖极易发射电子,用于做电子枪,可以制成几厘米厚的壁挂式电视屏,这是电视制造业新的方向。

纳米材料超高物理活性应用

想像一下只包含几百个或几千个原子、分子的“纳米颗粒”,按照一般的经验,原子与原子之间的距离为0。2纳米左右,由此可以估计出在尺寸为1纳米的立方体“颗粒”中,每一边上只能排列5个原子,总体可容纳125个原子,但是其中有98个原子在表面上。我们知道,表面上的原子只受到来自内部一侧的原子的作用。因此,它们很容易与外界的气体、流体甚至固体的原子发生反应,也就是说十分活泼。实验发现,如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒,一遇到空气就会燃烧、发生爆炸。有人认为用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力,可以用做新型火箭的固体燃料,也可用做烈性炸药。另外,用纳米金属颗粒粉体做催化剂,可加快化学反应过程,大大提高化工合成的出产率。

纳米高强度材料

如果把金属纳米材料颗粒粉体制成块状金属材料,它会变得十分结实,强度比一般金属高十几倍,同时又可以像橡胶一样富于弹性。人们幻想在下一个世纪,总有一天会制造出如此神奇性质的纳米钢材和纳米铝材。用这种材料制造汽车、飞机或轮船,会使它们的重量减少到1/10。到那时,一辆摩托车的重量会变成只有20~30千克。人们日常生活中较常用的陶瓷材料具有硬而脆的特点。硬是指它可以当做 刀具用来切削金属,脆是指它经不住冲击。陶瓷的另一个长处是耐高温,在10000℃的高温下也不变形。用纳米陶瓷粉制成的陶瓷已经表现出一定的塑性。这个问题一旦被彻底解决,会在汽车发动机上大显身手,彻底甩掉发动机的冷却系统,使发动机工作在更高的温度下,汽车将跑得更快、飞机会飞得更高。

纳米单电子元器件

把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内,或者在一根非常细的短金属线内,线的宽度只有几个纳米,就会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制,原来可以在费米动量以下连续具有任意动量的电子状态,变成只能具有某一动量值,也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的较直接结果表现为,在金属颗粒的两端加上电压,当电压合适时,金属颗粒 导电;而电压不合适时,金属颗粒不导电。这样一来,原来在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在 纳米世界就不再成立了。还有一种奇怪的现象,当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时,金属颗粒具有了负电性,它的库仑力足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内,这就切断了电流的连续性,这使人们联想到是否可以发明用一个电子来控制的 电子器件,所谓单电子器件。单 电子器件的尺寸很小,一旦实现,把它们集成起来做成电脑芯片,电脑的容量和计算速度将提高上百万倍。

纳米激光器和高密度信息存储器

实际上,被囚禁的电子并不那么“老实”。按照 量子力学的规律,有时它可以穿过“监狱”的“墙壁”逃逸出来,这种现象一方面预示着在新一代芯片中的逻辑单元将不用连线而相关联,因而需要新的设计才能使单 电子器件变成集成电路;另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根结底,在这一情况下电子应被看成是“波”而不是一个粒子。所以尽管 电子器件已经在实验室里得以实现,但是真要用在工业上还需要时间。被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献,是会使材料发出很强的光。“量子点列激光器”或“级联激光器”的尺寸极小,但发光的强度很高,用很低的电压就可以驱动它们发出蓝光或绿光,用来读写光盘可使光盘的存储密度提高好几倍。如果用“囚禁”原子的小颗粒量子点来存储数据,制成量子磁盘,存储度可提高成千上万倍,会给信息存储技术带来一场革命。

纳米机器人的研发

纳米机器人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”,也称分子机器人;而纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点。

目前,不少国家纷纷制定相关战略或者计划,投入巨资抢占纳米机器人这种新科技的战略高地。《机器人时代》月刊日前指出:纳米机器人潜在用途十分广泛,其中特别重要的就是应用于医疗和军事领域。

每一种新科技的出现,似乎都包涵着无限可能。用不了多久,个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。中国著名学者周海中教授在1990年发表的《论机器人》一文中就预言:到21世纪中叶,纳米机器人将彻底改变人类的劳动和生活方式。

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