纳米技术结课论文

第一篇：纳米技术结课论文

纳米技术

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论文特色：

本论文详细的介绍了关于碳纳米管技术的各种制备方法，以及一些新的制备碳纳米管的思路，体现了这种新型材料的优缺点。摘要：

概述了碳纳米材料的发展及它们的性能和应用。同时介绍了一些比较成熟的制备纳米材料的技术。此基础上分析了碳纳米管的形成过程和碳纳米管的微观结构。

纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物

纳米技术包含下列四个主要方面：

1、纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。

2、纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。

3、纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，DNA的精细结构等。有了纳米技术，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件使构成新的材料。

4、纳米电子学：包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。

在这门课程中学习了许多高端的材料与技术，其中给我印象最深的是碳纳米管的制备。

碳纳米管作为一维纳米材料，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。由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。

碳纳米管具有良好的力学性能碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。其光学、热学以及电学性能都很好。

目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。

电弧放电法：生产碳纳米管的主要方法。将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使

用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。

激光烧蚀法：在一长条石英管中间放置一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶，该管则置于一加热炉内。当炉温升至一定温度时，将惰性气体冲入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区时，在催化剂的作用下生长成CNTs。

固相热解法：令常规含碳亚稳固体在高温下热解生长碳纳米管的新方法，这种方法过程比较稳定，不需要催化剂，并且是原位生长。但受到原料的限制，生产不能规模化和连续化。

聚合反应合成：在碳纳米管制备方法中，聚合反应合成法一般指利用模板复制扩增的方法。

科学家近期发现，在强酸、超声波作用下，碳纳米管可以先断裂为几段，再在一定纳米尺度催化剂颗粒作用下增殖延伸，而延伸后所得的碳纳米管与模板的卷曲方式相同。

于是科学家设想，如果通过这种类似于DNA扩增的方式对碳纳米管进行增殖，那么只需找到少量的扶手椅式纳米管或锯齿形纳米管，便可在短时间内复制、扩增出数量几百万倍于模板数量的、同类型的碳纳米管。这可能会成为制备高纯度碳纳米管的新方式。

作为纳米技术的重要研究课题，碳纳米管的制备是我最感兴趣的部分。不仅让我认识了这种新型材料，还让我了解了许多前沿科技。虽然纳米技术这门课就要结束了，但我对纳米技术的兴趣不会削减，日后在先下的时间里我想我会尝试

着升入了解纳米技术。

参考文献：

王敏炜, 李凤仪, & 彭年才.(2002).碳纳米管——新型的催化剂载体.新型炭材料, 17(3), 75-79.肖静.(2008).碳纳米管.现代塑料加工应用, 20(1), 15-15.胡平, and 范守善.“碳纳米管/UHMWPE 复合材料的研究.” 工程塑料应用 26.1(1998): 1-3

第二篇：纳米技术结课论文

“纳米技术”结课论文

——纳米技术在医学方面的应用

以前提起“纳米”这个词语，只知道是一个长度单位，对其了解甚微，而随着近几年纳米技术日新月异的发展和广泛应用，感觉“纳米技术”、“纳米级别”、“纳米原料”等等这样的词汇越来越频繁的出现在耳边。现在纳米技术已在不知不觉中进入我们的生活，并引领了当今科技日趋向微元化发展的方向。

由于纳米技术的好奇，并且渴望对它进一步了解，本学期选修了“纳米技术”这门课，八个星期的课程感觉收获还是很大的，老师认真的讲解和生动的教学内容，填补了我在“纳米技术”这一知识领域的空白，至少对“纳米技术”不再感到陌生。在课上不仅学到了纳米技术的理论基础、发展历史、技术分类，还了解了它在很多科技方面的应用。

纳米技术（nanotechnology）是指在0.1～100nm空间尺度上操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科。其实通俗的讲就是“use little things to finish the big work”。我们在分子原子这样的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技产品，他们往往具有相比于一般材料更优良的性能，具有很高的实用价值和研究价值。而将纳米应用到测量等方面，又可以达到高精度的效果，比如扫描隧道显微镜(STM)、原子显微镜(AFM)的发明等。另外还有：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等方面的应用。

具体来说当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。而这其中我对纳米技术在医学方面的应用较为感兴趣。我认为利用纳米技术研发新型药品、制造高性能的医疗器械非常值得关注，据我了解到：纳米技术与医学的结合已形成了新兴边缘学科——纳米医学，即在分子水平上利用分子工具和人体的知识，从事的疾病诊断、医疗、预防、保健和改善健康状况等。在认识生命的分子基础上，人们可以设计制造大量的具有奇特功效的纳米装置，他们能够发挥类似于组织和器官的功能；他们可以在人体的各处畅游甚至出入细胞，在人体的微观世界里完成畸变的基因修复、扼杀刚刚萌芽的癌细胞、捕捉侵入人体的细菌和病毒、探测机体内化学或生物化学成分的变化、适时地释放药物和人体所需的微量物质、及时改善人的健康状况等特殊使命。

概括来说，纳米技术在医学上的应用大致有以下几个方面：

1、纳米生物医学材料的应用

由于纳米材料结构上的特殊性，赋予纳米材料独特的小尺寸效应和表面/界面效应，使其在性能上与微米材料具有显著性差异，表现出诸多优异的性能和全新的功能。目前，纳米生物医学材料的探索应用有：纳米人工红细胞、纳米人工线粒体、纳米人工眼球、纳米人工鼻等。

2、纳米技术在临床诊断与检测中的应用 包括纳米激光单原子分子探测技术、微小探针技术(纳米探针)、纳米细胞检疫器(纳米秤)、纳米传感器等，可以更为快捷更为敏锐的捕捉到患者体内的症结所在，并采取更及时更有效的治疗措施，很大程度上提高了临床诊断的效率和准确率。

3、纳米技术在临床治疗中的应用 包括：药物治疗、基因治疗、纳米机器人、肿瘤治疗、肿瘤治疗、捕获病毒的纳米陷阱、器官移植（可避免人工器官的排异反应）、手术治疗（由微创变为无创）等。（其中纳米技术在药物方面的应用涉及以下几点：①提高药物的吸收利用度；②控制释放系统；③提高药物作用的靶向性；④建立新的给药途径；⑤促进药物通过生物屏障。）

从这些应用来看，我们不难发现，纳米技术在医学中的广泛应用必将使新世纪的医学产生一个质的飞跃，有了纳米技术的辅助，医学材料性能变得更优异、疾病诊断变得更准确、临床治疗变得更可靠更及时，从这些方面来讲，纳米技术为医学研究学者攻克医学难题治疗疑难病症提供了更大的可能性，为广大医疗工作者带来了方便快捷，也给患者们送去了福音。相信纳米技术会在今后的科技发展中起到越来越举足轻重的作用。

第三篇：纳米技术结课论文

浅谈纳米技术在隐身材料制备方面的应用

摘要: 在人类发展的历史中，隐身的人类长久以来的一个大胆而美好的创想，但受限于我们的认知和科技的水平，对于隐身方面的研究还仅仅只是存在于人们天马行空的想象中而很少能付诸实践。但20世纪以来，科学技术在各方面都取得了长足的进展，在隐身材料制备方面的也取得了不小的成就。本文将从目前比较先进的纳米技术入手讨论其在纳米隐身材料制备方面的应用，通过介绍纳米隐身材料的特性和吸波机理，以及国内外纳米隐身材料的研究进展情况，并对纳米隐身材料今后 的发展方向进行了展望。关键词：纳米技术；隐身材料；吸波机理；发展展望

一、研究背景与意义：

随着电子科技的迅速发展，雷达，毫米波，红外，激光，声波等探测技术趋于成熟，使得未来战场上武器系统特别是一些大型的作战武器，如飞机、坦克、导弹、舰艇等所面临的威胁日益增加。为了提高在战场上的生存能力、防御能力和攻击能力的隐身技术普遍受到了世界各国的高度重视。在二战期间，各国为了降低特征信号以提高飞机生存能力强烈需求的推动下纷纷开展隐形材料的制备，并取得一定的成就，像美国F-117 A“夜鹰”隐形飞机的诞生。隐身技术的发展关键在于隐身材料技术的发展。现代化的战争对吸波材料的性能提出了越来越高的要求，一般传统意义的吸波材料已经很难满足薄、轻、宽、强的综合要求，各国都在积极开发新型的吸波材料。

纳米隐身材料是目前隐身材料研究中一个非常活跃的热点，纳米材料具有很多与众不同的特异性能，主要表现为具有纳米尺 寸效应、宏观量子隧道效应、界面效应、纳米非均匀性等特点，使其在光、电、磁等物理方面具有独特的性质，可导致微波的高磁导率、高磁损耗，实现微波的宽频带强吸收，而且具有兼容性好、质量轻、厚度薄等特点，是一种具有很大发展潜力的新一 代 隐身材料。

二、纳米技术的材料特性及吸波机理： 1.纳米技术材料特性：

纳米材料是指材料组分的特性尺寸在纳米量级(1～100nm)的材料，纳米隐身 材料是指以磁性纳米材料或结构为主体构成的一种复合型隐身材 料，由 于结构和组成的特殊性，纳米隐身材料具有一些独特的特，主要体现在以下几个方面 ：

(1)特性尺寸在1～l00 nm之内，低于微波频段趋肤深度，可以避开趋肤效应 的制约。

(2)磁性金属纳米材料具有高饱和磁化强度及形状各向异性，其微波频段的磁 导率和磁损耗可比磁性金属微米颗粒吸收剂高2个 以上等级，该特点可使纳米 隐身材料具有大幅度的提高低频段吸波性能的潜力。

(3)通过调整吸波材料的成分、组成、结构等可进行微波电磁谱频率响应特性 调控，这为设计宽频隐身材料提供了可能性。

(4)磁性金属纳米材料与电介质复合组成周期或准周期结构，并出现大量界面，通过结构和成分的优化设计，使阻抗由表及里渐变，可实现阻抗匹 配。

2、吸 波 机 理：

当材料粒子尺寸在纳米级时，量子效应使纳米的电子能级发生分裂，分裂能级间隔正好处于与微波对应的能量范围(1 0^-2 ～10^-5e V)内，从而导致新的吸波效应。同时由于比表面积大、表面原子比例高、悬挂键增多，因而截面极 化和多重散射成为重要的吸波机制。另外，磁性纳米粒子具有较高的矫顽力，可引起大的磁滞损耗，以上吸波机理尚需进一步完善和深入研究。

三、纳米隐身材料举例：

1、隐身斗篷：

美国科学家用硅纳米材料制造了一种隐身斗篷，使普通 的光学检测无法发现放置在斗篷下的物品。这种新隐身斗篷完全由绝缘材料制造，在光学频率中，它们往往是透 明的。斗篷由矩形的硅片制成，厚250 nm。硅片可以作为一个光 波导，光线仅限于在这个垂直高度中向前后两个方向自由传播。在纳米硅材料上，研究人员精心设计了一些孔：每个孔直径为 110 nm，这就使得斗篷周围的光波发生完全弯 曲，就好像河水流过岩石一样。它表明，当光线的方向发生改变，物品的隐身是可以实现的。这个隐身斗篷覆盖的区域为 3．8 m 左右，可以在波长1400 nm一1800n m之间操作，由于其介质组成和设计特性，比以前更容易制造，且具有(覆盖区域)向上的拓展性。

2、纳米织造隐身衣：

纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。美国印第安那州普渡大学的材料学专家弗拉吉米尔 · 沙 拉耶夫造 出了隐身衣。普通的材料无论如何看似光滑，对于微粒子来说都好像雨点打在鸟巢体育场那样大的粗糙核桃壳上 一样，总是会向各个角度产生反射。只有把结构做到比光予还要小，才有可能做出足以让光线如H 激流经过鹅卵石一般 的流线体。沙拉耶夫正是这样完成了他的隐身衣的材料。随后，他依靠一排从中心点开始像一个圆形的梳子沿轮辐方向向外辐射的微型针，将光的折射和扭曲减少到几乎为零，使得 围绕着隐身衣的光线发生弯曲，致使人们看不见斗篷。

3、中国纳米隐身材料研究：

成都电子科技大学研制的纳米针形磁性金属粉多层纳米膜复合吸波材料，通过改变纳米针形磁性金属粉成分，可以有效地控制其频率特性，有利于展宽吸收 频带。赵东林 ¨ 曾系统地报道了雷达波吸收剂的研究进展，并详细介绍了一些 纳米粒子作为电磁波吸收剂在隐身技术上 的应用，认为纳米ZnO在这方面具有很好的功效。

四、关于纳米隐身材料的展望：

纳米隐身技术随着纳米材料技术的发展而发展，在纳米材料的制备合成技术不断取得进展和基础理论日趋完善的基础上，纳米隐身材料也必将取得更快 的发展。国外开展纳米隐身的研究较早，投人力度大，已经系统研究了磁性纳 米材料的微波电磁谱理论、材料系列、制备方法、性能表征和测试方法，研 制出多种不同的纳米隐身材料，取得了实际性进展;我国纳米隐身材料的研究 处于初步阶段，投入较少，虽开展了理论、物性及制备方法等方面的研究，但 涉及到纳米隐身材料的电磁波传输、耗 散机理与设计方面的研究较少，还有 很多关键技术没有攻克，应加大基础研究力度，使我国的纳米隐身技术迈上一 个新的台阶。

作为21世纪的大学生，我们要努力学习科学文化知识，紧跟时代发展得潮流，为我国纳米技术的发展贡献出自己的力量。也感谢老师这一学期的授课，让我学到了不少东西。

五、参考文献： [1] 于海涛，庄海燕，庄 焱.纳米隐身材料的研究进展及发展趋势[J].材料开 发与应用,2011.[2] 倪星元，等.纳米材料制备技术[M].化学工业出版社, 2008.[3] 韩少华.纳米织造隐身衣[J].科技博览。

说明邮件：

鉴于我对纳米技术了解有限，所以文中大部分专业知识来自于互联网和相关论文书籍，本文的特色是将各方面知识整合起来，为人们呈现了一个比较清晰的关于纳米隐身材料简介，可作为一般的科普文，因为文中相关细节知识以及专业知识匮乏，所以不能算一篇好文，望老师批评指正，学生将虚心接受。

第四篇：纳米材料与纳米技术选修结课论文

考试序列号__88__

通识教育课程论文

论文题目：纳米材料与纳米技术的发展及应用

课程名称: 纳米材料与纳米技术 学院 外国语学院 专业班级 15级科技英语2班 学 号 3115006865 姓 名 刘辉鹰 联系方式 *** 任课教师 陶平均

2016年10月31日 摘要：

1、纳米是一种几何尺寸的度量单位，1纳米=百万分之一毫米。

2、纳米技术带动了技术革命。

3、利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管，“饿死”癌细胞。

4、如果在卫星上用纳米集成器件，卫星将更小，更容易发射。

5、纳米技术是多科学综合，有些目标需要长时间的努力才会实现。

6、纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流，它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。

7、纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况，可让医生对症下药。

和生物技术一样，纳米科技也有很多环境和安全问题（比如尺寸小是否会避开生物的自然防御系统，还有是否能生物降解、毒性副作用如何等等）。

1、纳米材料与纳米技术的定义：

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

纳米科学技术是介于微观与宏观之间的介观物理，关于纳米科学技术的定义很多，具有代表性的说法有：如英国科学家阿尔培特.佛朗克斯教授把纳米技术定义为“在0.1-100纳米尺度范围起关键作用的科学技术领域。”美国“国家纳米技术倡议”（NNI）即推荐采用科普作家伊凡.阿莫托在一本小册子中的提法：“纳米科学和纳米技术一般是指，在纳米尺度上，则从一纳米到几百纳米介观范围内，所从事的工作范畴”。

2、纳米材料与纳米技术的现状

目前纳米材料及技术的应用也越来越广泛，在专业电子信息产业，纳米技术的应用将为电子信息产业的发展克服以强场效应、量子隧穿效应等为代表的物理限制，以功耗、互联延迟、光刻等为代表的技术限制和制造成本昂贵、用户难以承受的经济限制，制造出基于量子效应的新型纳米器件和制备技术。具有量子效应的纳米信息材料将提供不同于传统器件的全新功能，从而产生出新的经济增长点。这将是对信息产业和其他相关产业的一场深刻的革命。这些技术的突破将全面地改变人类的生存方式，它所带来的经济价值是难以估量的。正如美国《新技术周刊》指出，纳米技术在电子信息产业中的应用，将成为21世纪经济增长的一个主要发动机，其作用可使微电子学在21世纪对世界的影响相形见绌。纳米技术将在生物医学、药学、人类健康等生命科学领域有重大应用。在纳米生物材料、微细加工、光学显示、生物信息和分子生物学等技术积累的基础上，发展生物芯片技术、形成新型生物分子识别的专家系统、临床疾病检测系统、药物筛选系统和生物工业活性监测系统等实用化技术，具有重要的社会与经济前景。预计到!“-#年，仅纳米技术在生物医药领域中的应用，全球市场将达到2000亿美元。

纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。

纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。

就熔点来说，纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子特有的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。

一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体，当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时，即形成单磁区之磁性物质。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时，将成为优异的磁性材料。

纳米粒子的粒径（10纳米～100纳米）小于光波的长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。金属在适当的蒸发沉积条件下，可得到易吸收光的黑色金属超微粒子，称为金属黑，这与金属在真空镀膜形成高反射率光泽面成强烈对比。纳米材料因其光吸收率大的特色，可应用于红外线感测器材料。

3、纳米材料与技术的发展趋势：

自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段：

第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。

第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

而今天，从技术创新的发展趋势来看，需要更精致、环境友好、更具有智能化的技术创新。

纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

高级纳米技术，有时被称为分子制造，用于描述分子尺度上的纳米工程系统（纳米机器）。无数例子证明，亿万年的进化能够产生复杂的、随机优化的生物机器。在纳米领域中，我们希望使用仿生学的方法找到制造纳米机器的捷径。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出：高级纳米技术虽然最初会使用仿生学辅助手段，最终可能会建立在机械工程的原理上。

单纯由大到小（top down）的创新思维和方法已经面临挑战，纳米科学技术的研究方法（approaches），即提出了全新的创新思维和方法，这里有两种方法：第一是继续沿着古已有之的”由大到小“（top down）思路和方法干下去，不过这里的”小“可不是原有意义上的毫米、微米的小，而是在纳米尺度（0.1-100nm）上的小，在这么”小“的地方出现的景观同传统意义上的毫米、微米尺度上的出现的景象根本不同，在这里真正的发生了量子力学上的波粒二像性。现在用这种方法（top down），可以在宏观块体材料（如半导体）上利用机械和蚀刻技术制造纳米尺度结构。纳米材料的制备的种种方法，还是这一方法。估计二十一世纪的前半叶，甚至更长时间，这种方法还起到支柱作用。但是它创造的文明会是非常辉煌的。第二种方法，就是实现量子物理学界的奇才费曼所预言的那样”物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性“。即”由小到大"（bottom up）的方法，人们按需要用一个个原子或一个个分子组装创造出有机和无机物品。这方面的创新工作已取得一些成果，见诸报端的不少，但离真正的实用还要走很长的路。

4、纳米材料与纳米技术的应用：

1、天然纳米材料

海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。

生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。

2、纳米磁性材料

在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

3、纳米陶瓷材料

传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、纳米传感器

纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。

5、纳米倾斜功能材料

在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。

6、纳米半导体材料

将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。

7、纳米催化材料

纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。

镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600 ℃降低到室温。

8、医疗上的应用

血液中红血球的大小为6 000～9 000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。碳材料的血液相溶性非常好，21世纪的人工心瓣都是在材料基底上沉积一层热解碳或类金刚石碳。但是这种沉积工艺比较复杂，而且一般只适用于制备硬材料。

介入性气囊和导管一般是用高弹性的聚氨酯材料制备，通过把具有高长径比和纯碳原子组成的碳纳米管材料引入到高弹性的聚氨酯中，我们可以使这种聚合物材料一方面保持其优异的力学性质和容易加工成型的特性，一方面获得更好的血液相溶性。

实验结果显示，这种纳米复合材料引起血液溶血的程度会降低，激活血小板的程度也会降低。

使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、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传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。通过纳米粒子的特殊性能在纳米粒子表面进行修饰形成一些具有靶向，可控释放，便于检测的药物传输载体，为身体的局部病变的治疗提供新的方法，为药物开发开辟了新的方向。

9、纳米碳管

1991年，日本的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的，如图所示。

这种由碳原子组成的管状物的直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。

在空气中将纳米碳管加热到700 ℃左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的芯部。由于纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝可能成为新型的超导体。

纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。

5、纳米材料与纳米技术存在的问题：

尽管纳米材料在生物医学领域产生的革命性的变化，但是纳米材料的安全性问题同时也非常值得我们关注。任何一门技术都具有双面性，即有有利的一面也会存在有害的一面，纳米材料也不例外。

对纳米材料安全性的研究工作最早的是英国牛津大学和蒙特利尔大学的科学家在1997年发现防晒霜中的TiO2和ZnO纳米颗粒会破坏皮肤细胞的DNA。直到2003年3月，美国化学会年会上的有关纳米颗粒对生物可能存在危害的报告才引起了世界对纳米材料安全性的广泛关注。纽约罗切斯特大学的研究者让大鼠在含有粒径为20nm的聚四氟乙烯（特氟龙）颗粒的空气中生活15分钟，大多数实验大鼠在随后4小时内死亡；而另一组生活在含120nm特氟龙颗粒的空气中的大鼠，则安然无恙。

参考文献：

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第五篇：纳米技术论文

纳米“武装”的交通环境

交通运输学院

肖昊玮

Cover letter 当新兴的纳米技术碰到棘手的交通环保问题，会擦出怎样不同的火花，会激发出什么独具创意的解决灵感？本文将为您一一呈现。摘要

目前环境问题是全球热点，交通污染问题也引起了越来越多的关注，为了交通在服务人们出行的同时，更好的保护好我们的环境，人们已做出很多方面的努力与探索。而随着纳米技术的兴起，人们开始考虑将纳米技术应用于交通领域，来改善目前的交通环境问题。本文通过对纳米技术的理论性分析，即通过纳米技术应用前后的参数分析，进而论述其运用在交通领域上的可行性，以及对现有的应用于交通废气处理、噪音处理及污水处理等方面的纳米技术进行研究与探讨，来阐明纳米技术的的确确在交通环保方面具有其特有的优势，纳米环保值得推而广之，让交通更好的服务我们的生活。背景与意义

纳米，这个曾经轰动一时的新兴词汇，这个曾经让世人感到好奇的计量单位，现如今正在以其特有的科学魅力，一步步地改变着我们的世界。当下正是科技水平飞速发展、日新月异的时代，随之而来的交通环境问题是亟待解决的，交通工具为我们出行提供便利的同时带来的尾气成为了清新空气的“最大杀手”，其此起彼伏的鸣笛

声带来的噪音污染也让我们的耳朵备受煎熬，轮渡在客运货运方面做出诸多贡献的同时，也带来了水污染这样令人头疼的问题。随着纳米技术的悄然崛起，纳米环保也会迅速来临。科学技术的不断发展，纳米技术的日臻完善和成熟，将纳米技术愈发广泛地应用于交通领域，会对我们的交通生活的改善作用日益凸显出来。而且，纳米技术拓展了人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件。理论基础

空气净化方面：目前大部分交通工具（如汽车、火车、飞机等）仍以化石燃料为主要能量来源，然而化石燃料却存在明显的污染特质——不易充分燃烧，从容造成空气的污染以及能源的浪费。环境保护和能源高效利用是可持续发展的主旋律，就燃油来说，寻找提高燃油燃烧效率和降低废气排放的途径便成了当务之急。而一般的化学清洗类添加剂（清净剂）加入燃油中的主要作用是防止化油器或喷嘴附着沉积物（胶质），对除去已沉积在燃烧室和油路中的沉积物也有一定作用，但其作用仅仅是维持了发动机的正常工作点，没有从根本上解决燃烧、排放和积碳的问题。这类添加剂降低尾气排放的效果并明显。要提高燃油燃烧的效率，必须提高燃油的雾化程度，也就是增大其比表面积。而纳米燃油添加剂正是通过这样的过程让燃油二次雾化，上万倍地提高了燃油的物理活性。有资料表明，运用纳米技术还可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％。在燃煤中加入的纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物，根本无需进行尾气净化处理。另外我们知道，氢能是新的清洁能源，但储存等方面的问题制约着氢能的开发利用，已有的稀土由于储氢量少，应用受到很大的限制。如能研制成功一种合成的高质量碳纳米材料，则能储存和凝聚大量的氢气，并可以做成燃料电池驱动汽车，可有效避免因机动车尾气排放所造成的大气污染。

噪音控制方面：经检测，飞机、车辆、船舶等主机工作时的噪声可达到上百分贝，容易对人造成干扰和危害。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、摩擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便被得到有效控制。

污水纯净化方面：水运交通是客货运的主力军，而航道是水运交通体系中最为重要的一环，其畅通与否直接关系到水运是否顺利进行。可目前河运航道均或多或少遭受到了污染，其污染物大部分是生活垃圾，有的河段中还遭受到农药等化学制剂的污染，而海航航道则会时常由于原油泄漏而造成大面积水域污染。这些污水问题的处理就显得迫在眉睫。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它是普通净水剂的10～20倍，可将污水中的悬浮物和铁锈、异味等污染物除去，通过纳米孔径的过滤装置，还能把水中的细菌、病毒去除。因细茵、病毒的直径比纳米大而被过滤掉，可水分子以及比水分子还要小的矿物质元素却被保留下来，经过纳米净化后的水体清澈，没有异味，成为高质量的纯净水，甚至完全可以饮用。

应用举例

空气净化方面：目前研制出来并已应用于汽车制造领域的EPS纳米节能燃料装置，就是利用的纳米技术将汽油分子分割成纳米为单位的质子保证充分燃烧，这样应用的结果是，气体燃烧完全有助于动力提升，节约能源。

噪音控制方面：目前研制开发出来的纳米技术润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长它的使用寿命。另外，近年来有关工频电磁场对人体健康的影响问题已众所周知，可现在我们再也不用为防电磁辐射而担忧。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，可以在墙内加入纳米材料层，或者涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。

污水纯净化方面：纳米二氧化钛就是目前运用最为广泛的一种污水处理制剂，其催化、降解、吸附的能力都十分突出，还具有极强的杀菌作用和絮凝能力，能有效地保障河运航道无垃圾、泥沙堵塞的情况发生，以及保证海运航道的原油污染得到最快最及时的处理，从而是水路运输更加安全环保。结论

被称之为21世纪前沿科学的纳米技术在交通环境保护领域有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决交通污染问题将成为未来交通环境保护发展的必然趋势。虽然本文

讲述的都是纳米技术对交通环境改善方面一些小应用，但纳米技术做出的贡献，其影响可是极其深远的。相信被纳米“武装”了的交通环境会变得越来越美，而未来纳米技术对我们生活的贡献也必将是无止境的。参考文献

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