纳米技术论文

第一篇：纳米技术论文

锂离子电池纳米材料研究

制药工程学院制药工程专业2014级一班胡波142010106 摘要锂离子电的核心是选择高能储锂电极材料，纳米材料以其独特的物理化学性能应用作为锂离子电池电极材料，具有减小极化，增大充放电电流密度，提高放电容量和循环稳定性等优点，有利于高性能、高容量和高功率电池的发展。纳米电极材料具有非常广阔的应用前景，但目前已有的研究基本处于实验开发阶段，且主要集中在制备方法上，其微观结构和电化学性能沿需进一步研究探讨。关键词锂离子电池纳米材料

Abstract The main task in Lithium-ion battery research is how to find out the material with high storage Lithium.Nano-scale material is used to be the positive electrode of Lithium-ion battery for its special physical and chemical performances.In this paper, the applying actuality of Nano-scale anode and cathode materials of Lithium-ion battery are introduced.The performances and the preparation methods of the materials are also recommended.Key words Lithium-ion battery, nano-scale material, 1.电极

锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。

优点：（1）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（2）可发生在块体材料中不可能出现的反应；

（3）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（4）短的电子输运路径（允许在低电导或高功率下使用）。缺点：（1）有自放电现象，差的循环性能及寿命；

（2）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，限制应用；（3）电极合成过程可能会更加复杂。2.正极材料的性能和一般制备方法

为了获得较高的单体电池电压，倾向于选择高电势的嵌锂化合物。正极材料应满足：（1）在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；（2）温和的电极过程动力学；（3）高度可逆性；

（4）全锂化状态下在空气中的稳定性。

成功的商品化电极材料在制备工艺上都有其独到之处，这是国内目前研究的差距所在，各种制备方法优缺点列举如下。（1）固相法：一般选用碳酸锂等锂盐和钴化合物或多元化合物研磨混合后，进行烧结反应:。此方法优点是工艺流程简单，原料易得；缺点是所制得正极材料电容量有限，原料混合均匀性差，制备材料的性能稳定性不好，批次与批次之间质量一致性差。（2）络合物法：用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体，再烧结制备。该方法的优点是分子规模混合，材料均匀性和性能稳定性好，正极材料电容量比固相法高；缺点是材料振实密度低，生产使用困难。

（3）溶胶凝胶法：利用上世纪70年代发展起来的制备超微粒子的方法，制备正极材料，该方法具备了络合物法的优点，而且制备出的电极材料电容量有较大的提高；缺点是成本较高，技术还属于开发阶段]。（4）离子交换法：用离子交换法制备的LiMnO2，获得了可逆放电容量达270mA·h/g高值，它具有所制电极性能稳定，电容量高的特点。但过程涉及溶液重结晶蒸发等费能费时步骤，距离实用化还有相当距离。（5）橄榄石型的磷酸铁锂材料，近年研究已经取得了很大的进展，已经在部分产品中应用，它具有安全性高（不存在爆炸的理论危险），使用寿命长（是钴酸锂的4倍）、可以大电流充放电等优异性能；缺点是生产成本高、材料堆积密度小，不利于生产控制，还不能应用到手机和电脑上。

3.负极材料的性能和一般制备方法 负极材料的电导率一般都较高，则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂的化合物，如各种碳材料和金属氧化物。可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料要求具有：（1）在锂离子的嵌入反应中自由能变化小；（2）锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率；（3）高度可逆的嵌入反应；（4）有良好的电导行；

（5）热力学上稳定，同时与电解质不发生反应。锂离子电池中所用碳材料尚存在两方面的问题：

（1）电压滞后，即锂的嵌入反应在0～0．25V之间进行（相对于Li＋／Li）而脱嵌反应则在1V左右发生；

（2）循环容量逐渐下降，一般经过12～20次循环后，容量降至400～500mA·h/g。一般制备负极材料的方法可综述如下。

（1）在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；

（2）将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到的硬碳；（3）高温热分解有机物和高聚物制备的含氢碳；（4）各种金属氧化物其机理与正极材料类似；

（5）作为一种嵌锂材料，碳纳米管、巴基球C60等也是当前研究的一个新热点，成为纳米材料研究的一个分支。4.电解液

锂离子电池的进展不仅需要电极性能的提高，也需要依靠电解液性能的增强。固态聚合物电解质代表了电池所需性能的终极形式。最理想的聚合物电解质是那些无溶剂薄膜形成的，如聚乙烯（乙烯氧化物），PEO和锂盐（LiX），如LiPF6或LiCF3SO3。然而这些材料在室温下差的离子传导性使之无法实现那么高的期望；1998年，Croce, F.等在Nature上宣告将纳米级无机填充物分散于无溶剂、聚醚基的电解质中，可以使其传导性增加数个量级。电解质输运性能提高的原因可用Maier开发出的不同种类掺杂模型来解释。可能与无机纳米粒子的表面状态跟聚合物链或锂盐阴离子之间发生的路易斯酸基交互作用有关。事实上，人们也在开发其它可以达到高导率的聚合物电解质。与这方面相关的有聚合物-盐纳米结构和离子液体的控制。

第二篇：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

[1]夏和生,王琪.纳米技术进展[J].高分子材料科学与工程,2001,17(4):1-6.[2]罗明良,蒲春生,卢凤纪,等.纳米技术及材料在环保中的应用与展望[J].化工新型材料,2001,29(7):27-28.[3]欧忠文,徐滨士,丁培道,等.纳米润滑材料应用研究进展[J].材料导报,2000,14(8):28-30.[4]肖奇,邱冠周,胡岳华,等.纳米TiO2制备及其应用新进展[J].材料导报,2000,14(8):35-37,74.

第三篇：纳米技术论文

纳米材料的应用及未来小望

（北京交通大学 软件学院 软件工程 15301111 张子开）由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。8.1陶瓷增韧

陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与延展性。8.2磁性材料方面的应用

磁性金属和合金一般都有磁电阻现象，所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻改变的现象，人们把这种现象称为磁电阻。所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍。巨磁电阻效应是近10年来发现的新现象。磁性液体的主要特点是在磁场作用下可以被磁化，可以在磁场作用下运动，但同时它又是液体，具有液体的流动性。在静磁场作用下，磁性颗粒将沿着外磁场方向形成一定有序排列的团链簇，从而使得液体变为各向异性的介质。当光波、声波在其中传播时（如同在各向异性的晶体中传播一样），会产生光的法拉第旋转、双折射效应、二向色性以及超声波传播速度与衰减的各向异性。此外，磁性液体在静磁场作用下，介电性质亦会呈现各向异性。这些有别于通常液体的奇异性质，为若干新颖的磁性器件的发展奠定了基础。纳米微晶软磁材料目前沿着高频、多功能方向发展，其应用领域将遍及软磁材料应用的各方面，如功率变压器、脉冲变压器、高频高压器、可饱和电抗器、互感器、磁屏蔽、磁头、磁开关、传感器等，它将成为铁氧体的有力竞争者。新近发现的纳米微晶软磁材料在高频场中具有巨磁阻抗效应，又为它作为磁敏感元件的应用增添了多彩的一笔。研制纳米复合稀土永磁材料，通常软磁材料的饱和磁化强度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向异性又远高于软磁材料，如将软磁相与永磁相在纳米尺度范围内进行复合，就有可能获得兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料。微磁学理论表明，稀土永磁相的晶粒尺寸只有低于20 nm时，通过交换糯合才有可能增大剩磁值。

8.3纳米材料在催化领域的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～18倍。

8.4在浆料方面的应用 纳米材料用作导电浆料，导电浆料是电子工业的原材料，由于纳米材料可使块体材料的熔点大大降低，因此用超银粉制成的导电浆料可以在低温下烧结，此时基片可以不用耐高温陶瓷，甚至可采用塑料等低温材料。8.5在精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。

9纳米材料的应用前景

纳米材料的应用前景是十分广阔的，如：纳米电子器件，医学和健康，航天、航空和空间探索，环境、资源和能量，生物技术等。我们知道基因DNA具有双螺旋结构，这种双螺旋结构的直径约为几十纳米。用合成的晶粒尺寸仅为几纳米的发光半导体晶粒，选择性的吸附或作用在不同的碱基对上，可以“照亮”DNA的结构，有点像黑暗中挂满了灯笼的宝塔，借助与发光的“灯笼”，我们不仅可以识别灯塔的外型，还可识别灯塔的结构。简而言之，这些纳米晶粒，在DNA分子上贴上了标签。目前，我们应当避免纳米的庸俗化。尽管有科学工作者一直在研究纳米材料的应用问题，但很多技术仍难以直接造福于人类。现阶段纳米材料的应用主要集中在纳米粉体方面，属于纳米材料的起步阶段，应该指出这不过是纳米材料应用的初级阶段，可以说这并不是纳米材料的核心，更不能将“纳米粉体的应用”等同与纳米材料。

10小结

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪是纳米技术的时代，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。

参考文献及资料

[1] 赵保华．纳米材料在化工生产中的应用[J]．中小企业管理与科技(下旬刊)，2009

[2]王中林.纳米材料表征[M].北京：化学工业出版社，2006

[3] 张艳辉．纳米材料在化工领域的应用[J]．内蒙古石油化工，2008

[4] 李凤生.纳米/微米复合技术及应用[M].北京：国防工业出版社，2002 [5]李道华，喻永红.纳米材料的合成技术及其研究进展[J].西昌学院学报，2004

第四篇：纳米技术论文

神奇的纳米世界

班级：市场营销1003

学号：9110100403

姓名：刘清草

神奇的纳米世界的选修课堂，让我深入的了解到了纳米世界的神奇，让我知道这门新科技对于人类社会的进步将起到决定性的作用。纳米技术也不断的改革人类生活的各个方面，对人类社会的改革将是巨大而深远的。

何为纳米技术？纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用，是在纳米尺度上研究物质的特性，通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术。纳米是1米的十亿分之一。自从扫描隧道显微镜发明以后，世界上便诞生了以0．1纳米～100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学，这就是纳米科技。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界，它的最终目标是直接以原子和分子来构造具有特定功能的产品。

纳米科技是一门崭新的，具有划时代意义的前沿性学科。著名科学家钱学森指出:“纳米科技是21世纪科技发展的重点，会是一次技术革命，而且还会是一次产业革命”。随着世界发达国家对纳米研究的深入，我国对纳米材料和技术也非常重视，为推动我国纳米技术成果产业化．国家通过财政投资并带动社会投资．希望通过5—10年的努力．造就一批具有市场竞争力的纳米高科技骨干企业。已先后安排了许多纳米科技的研究项目，并取得显著成绩，纳米技术在许多方面已达到国际领先水平。

纳米技术的起源

1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。

1990年在美国召开了第一届纳米技术国际学术会议，成为纳米科技发展进步的一个重要标志。

从20世纪90年代起，纳米科技得到迅速发展，新名词、新概念，不断涌现，像纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米生物学等。科学家预言，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将超过计算机工业，并成为未来信息时代的核。正如中国著名科学家钱学森所说的那样，纳米将会带来一次技术革命，从而将引起21世纪的又一次产业革命。

科学家为我们勾勒了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子器件，巨型计算机装入口袋里；通过纳米化，易碎的陶瓷可变成有韧性的，成为一种重要材料；世界上还将出现1微米以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，如对基因进行定点等。

以微电子技术为代表的微米科技，曾经并且正在对世界产生深远的影响。比微米更深入微观世界的纳米将使人类进一步掌握物质的规律，改造微观世界的武器。

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。

如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

为什么磁畴变成单磁畴，磁性要比原来提高1000倍呢？这是因为，磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。

这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。

⒉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。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。在研究方面还要相应地检测准原子尺度的微变形和微摩擦等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

理论上讲：可以使微电机和检测技术达到纳米数量级。

⒊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。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞。

⒋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。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷,更小,是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。

目前!纳米技术已经广泛应用于光学、医学、半导体、信息通讯、一年的营业额可达500亿美元。有预测说，到2010年，纳米技术的市场容量将达到14400亿美元。于细微处见神奇，见微知著的纳米科技将彻底改变目前的产业结构，并且孕育着巨大的商机。

科学界普遍认为：纳米技术，信息技术与生物技术，是21世纪最有影响力的三大关键技术，不仅对人类社会的进步起到了重要的作用，而且对与促进各国经济、文化的发展起到了关键性的作用。有专家曾经预言，21世纪是纳米的时代，在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”。

第五篇：生物纳米技术论文

纳米技术成就“天梯”梦

1895年，俄罗斯科学家首次提出太空梯概念：通过一根10万公里长的超强度缆线将人类送入太空，缆线的一端位于地球赤道附近的某座海上浮动平台上，而另一端则连在太空中一颗与地球同步的人造卫星上。地球引力以及向心加速度产生的拉力，将会使超级缆绳绷紧，太空电梯将利用太阳能或激光能作为动力，搭载人或其他物体的“太空电梯”将可以沿着这条超级缆绳上上下下来回太空。

伴随具有前瞻性的天梯设想的诞生，建造天梯的问题也应运而生。就我个人对天梯建造的理解，它所面临的问题有：

首先，天梯的建造亟待解决的问题：用何种材料建造太空升降舱赖以起落的缆绳，这种材料必须比目前已知的各种纤维更坚固也更轻便，才能承受住太空升降舱的重量，从理论上计算，制作缆索的材料强度必须达刚强度的180倍左右。可想而知，天梯的建造对建造材料提出的要求近乎苛刻。

其次，天梯的建造需要大量的材料，为此建造材料能否批量生产这也是一个重要问题。并且这种材料生产所需原料是否广泛，最终能否得到商业推广。这样看来，生产出足够的天梯建设材料所需要的时间也并非一朝一夕。

第三，天梯的建造材料所需长达10万公里长，那么建造材料即使产生，我们应该用何种技术将建造材料单元连接起来，拼接完成后，长达10万公里长的天梯还能达到强度要求吗，这值得我们深思。第四，打造一架“太空电梯”显然也超出了任何机构和公司的财力，因为天梯建造材料的研究经费注定是不菲的，此外，这项新的技术革命需要大量的人力、物力，到最终生产制造出一条10万公里长的缆绳，显然更是一笔天文数字般的造价。

第五，假设天梯建成后，一条漫漫10万公里长的路途，应该用什么来提供动力，强大的地心引力对天梯的动力系统提出了严格的要求。另外天梯建成后，天体能够携带进入太空的质量极限是多少，相比火箭载人航天技术，成本是否大幅降低。

最后，天梯建成，一条条深入太空的天梯，上下穿梭的运输载体，将面临各国领空及主权问题，这些都需要协商。最重要的是，天梯能否安全运行，现如今，比比皆是的太空垃圾对天梯存在构成严重的威胁。

总而言之，天体建造需要面临的问题太多太多„„

但伴随科学技术的飞速发展，天梯建造所面临的问题都将得到很好的解决。第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，纳米科学技术正式诞生。所谓的纳米技术，是指对大小在１００纳米以下的物质进行操作，用数千个分子或原子制造新型材料或微型器件的科学技术。纳米材料具有许多诱人的特点：其产品的体积仅仅为分子般大小，但精密和复杂程度宛如人体的细胞，坚硬程度为钢铁的100倍。这种材料的诞生为天梯的建造提供了可靠的保障。有望使人类将天体这一梦想变成现实。

关于第一问题，科学家指出，为了建造这一太空天梯，最重要的问题就是寻找到足够强韧的缆线材料，事实上，人类目前已经发明出了可以制造“太空电梯”缆绳的材料，那就是在1991年发明出来的碳纳米管。这种由碳纳米材料构成的复合带，由一片片的碳纳米纤维组成，其强度和韧度远远超过任何一种建筑材料。从理论上说，如果用这种材料造出直径1毫米的碳纳米绳，该纳米绳就可以承载60吨的重量；而一根1米宽、像纸一样薄的碳纳米缆绳的强度，就足以支撑起一架“太空电梯”。利用这种碳纳米技术，人类将可以在地球与月球、火星以及金星之间架起长达10万公里的太空天梯，这一规模庞大的项目将不再是梦。

关于第二问题，目前，碳纳米材料来源广泛，虽然目前只有美国、日本等少数国家具有生产这一材料的能力，但据科学家计算，生产出足够的天梯建设材料只需五年时间。为此，科学家们对十年后建成上述太空天梯充满信心。他们表示届时需要航天飞机帮助运送建筑材料，天梯与地球相连的地方可能位于赤道附近，天梯平台类似火箭的发射平台。一位科学家预言，15年之后，人类将可以登上这一太空天梯饱览宇宙美景。

关于第三问题，科学家说，碳纳米材料已经诞生，想要将一定单元长度的碳纳米管编织出长长的缆绳，只需要运用纳米组装技术就可连接起来，强度完全可以达到质量要求。并且，日本已生产出一种复合纤维，同样可以用来连接碳纳米管单元。总之就目前科学技术，显然这一障碍显然已经不能成为制约天梯建造的瓶颈。

关于第四问题，打造一架“太空电梯”的经费是不菲的，但航天局成心投资天梯技术的开拓，也需要把营建使命承包给其余公司，这样就将造价小量化，减轻单个组织或集团的了负担。有人称：“有一个复杂的办法能从事钱的成就，把这个名目列入军事计划中，然后资金人造而然就到位了。”为此，资金同样不会限制天梯的建造。

另外，据迈克尔·莱恩称，他们已经另辟蹊径，将研究重心转移到了造价更小的“月球天梯”上，并梦想能在10年左右时间内建造一架从月球上空5万公里处垂向月球表面的“月球天梯”！因为月球的引力仅为地球的1/6，所以“月球天梯”对缆绳强度的要求将远远小于从地球表面通向太空的“太空电梯”，科学家只需使用一种日本生产的高强度、高耐热性“柴隆”复合纤维，就能实现打造“月球天梯”的梦想！制造“月球天梯”的材料和制造从地球出发的“太空电梯”的材料相比要轻许多，一架小型火箭就能将这些“月球天梯”材料运送到月球上空。莱恩说：“你只需使用一枚标准的阿特拉斯或德尔塔火箭，就能将这些材料发送到月球上空，你并不需要先制造一个类似‘土星5号’般的超级火箭。为此这将大大减少建造天梯的经费，将使天梯的难度缩小。”

关于第五问题，美国NASA近年来一直非常重视“太空电梯”研究项目，并将建造“太空电梯”列为了“百年挑战”计划的一部分，此外从2005年开始，NASA还发起了机器人攀爬缆绳竞赛和测试缆绳强度竞赛。在2009年9月的一场比赛中，一架直升机在千米高空盘旋飞行，直升机上垂下一根用来比赛的钢缆，美国西雅图的“激光动力”公司使用激光能，成功让一个机器人在几分钟时间内沿这根钢缆爬了900米的高度，从而一举赢得了该的“NASA太空电梯光束动力挑战赛”大奖。从中可以看出，在建造过程当中，需要使用激光助推技术来帮我们实现运载。

“月球天悯”的缆绳将从距月球上空至少5万公里的高处垂向月球表面，缆绳的一端固定在月球表面某个面服地球的地点。“月球天栯”运输货物的重量很小，最初建成的‘月球天梯’每次也许只能辐输200公斤ሰ250公斤重的货物。”不譇，如果用它敥采集和蟐输月球矿石标本，已经完全足够了，它将使月球采矿和运回地球的成本大大降低。

令人可喜的是，天梯与当今飞船相比有着诸多优势：上天不需要携带大量燃料，能采不过宇宙飞ሰ的1％；用太空升降舱运送䰀丢人傌行李的褹用仅相当于目前用航天ሰ机运送的0.25％。为此，人们不必拁心天梯的高消耗。关于最后一问题，在“国际太空电梯大会”上，美国NASA将和众多机构举行新的太空电梯竞赛，大会的主题是“如何避免太空电梯被太空垃圾损坏”。会上成功提出解决方案：edde将拴在缆线上负责它的起落，而不是使用传统的火箭增进器送入太空。edde可以征集起大量太空垃圾，将它们送进底层大气熄灭掉，也许由太空站或太空电梯来收受吸收。关于各国领空及主权问题，我相信只要各国际社会制定相应的法律法规，这一问题将得到解决。

天梯建造具有显著的优势，为此，天梯建造已成为各强国争先进行的科学研究前沿，各国投入大量人力物力。我相信，这一举措将促进天梯建造的快速发展。总之，无论天梯建造面临什么问题，伴随科学技术的飞速发展，只要各国及科学家团结协作，这些问题都会解决。最后，我相信，在不久的将来，在纳米技术的帮助下，我们会乘天梯登上太空领略星辰与朝霞的魅力。

论据出处：

美国《今日宇宙》新闻网报

科技日报 新华新闻

苏光路.登上天梯游太空[J].青年科学

邵传贤.架个天梯到太空[J].科学大众(中学版)设想坐电梯上太空美国秘密试验天梯[J].电梯工业