自組裝技術在納米復合材料中的應用
『壹』 能幫我舉個納米材料自組裝的例子嗎
自組裝技術最初是基於帶正、負電荷的高分子在基片上交替吸附原理的制膜技術，其成膜驅動力是庫侖力或稱靜電相互作用，所以一開始選用於成膜的物質僅限於陰、陽離子聚電解質，或水溶性的天然高分子，並在水溶液中成膜。到現在用於自組裝膜的材料已不限於聚電解質或水溶性的天然高分子，其成膜驅動力也從靜電力擴展到氫鍵、電荷轉移、主－客體等相互作用，並已成功地制備了各種類型的聚合物納米級超薄膜，同時也初步實現了自組裝膜的多種功能化，使其成為一種重要的超薄膜制備技術。
自組裝技術簡便易行，無須特殊裝置，通常以水為溶劑，具有沉積過程和膜結構分子級控制的優點。可以利用連續沉積不同組分，制備膜層間二維甚至三維比較有序的結構，實現膜的光、電、磁等功能，還可模擬生物膜，因此，近年來受到廣泛的重視。
自組裝的層/層沉積方式與氣相沉積有些相似，但氣相沉積是在高真空下使物質主要是可汽化的，能耐高溫的無機材料，尤其是金屬元素。而高分子不能夠汽化，所以是不適用的。反過來，高分子很適合於自組裝，通常得到的是兩種組分的復合膜，而氣相沉積制備的則通常是同一組分的單層膜。
自組裝制備超薄膜的技術，可用在自組裝導電膜，如有聚苯胺和聚噻酚的組裝膜等；也可用於電致發光器件的制備，如表面負性的CdSe粒子與聚苯乙炔(PPV)的前體組裝，得到納米級的PPV/CdSe膜，具有電致發光性質，隨著電壓改變，膜發光的強度連續可調，換用不同的組分可制備不同顏色的發光膜。另外，帶重氮基高分子的自組裝膜，在光、熱處理後膜間的弱鍵轉變為共價鍵，還可得到對極性溶劑穩定、能夠用於測定光－電轉換等功能的膜。
『貳』 納米材料在各個行業中的應用
納米是英文namometer的譯音，是一個物理學上的度量單位，1納米是1米的十億分之一；相當於45個原子排列起來的長度。通俗一點說，相當於萬分之一頭發絲粗細。就象毫米、微米一樣，納米是一個尺度概念，並沒有物理內涵。當物質到納米尺度以後，大約是在1—100納米這個范圍空間，物質的性能就會發生突變，出現特殊性能。這種既具不同於原來組成的原子、分子，也不同於宏觀的物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。如果僅僅是尺度達到納米，而沒有特殊性能的材料，也不能叫納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在於自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。第一個真正認識到它的性能並引用納米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發法制備超微離子，並通過研究它的性能發現：一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以後，它就失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。磁性材料也是如此，象鐵鈷合金，把它做成大約20—30納米大小，磁疇就變成單磁疇，它的磁性要比原來高1000倍。80年代中期，人們就正式把這類材料命名為納米材料。
在充滿生機的21世紀，信息、生物技術、能源、環境、先進製造技術和國防的高速發展必然對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備及先進製造技術等對材料性能要求越來越高。新材料的創新，以及在此基礎上誘發的新技術。新產品的創新是未來10年對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響力的戰略研究領域，納米材料將是起重要作用的關鍵材料之一。納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象，也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。近年來，納米材料和納米結構取得了引人注目的成就。例如，存儲密度達到每平方厘米400g的磁性納米棒陣列的量子磁碟，成本低廉、發光頻段可調的高效納米陣列激光器，價格低廉高能量轉化的納米結構太陽能電池和熱電轉化元件，用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強高韌納米復合材料等的問世，充分顯示了它在國民經濟新型支柱產業和高技術領域應用的巨大潛力。正像美國科學家估計的「這種人們肉眼看不見的極微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命」。納米材料和納米結構的應用將對如何調整國民經濟支柱產業的布局、設計新產品、形成新的產業及改造傳統產業注入高科技含量提供新的機遇。研究納米材料和納米結構的重要科學意義在於它開辟了人們認識自然的新層次，是知識創新的源泉。由於納米結構單元的尺度（1～100urn）與物質中的許多特徵長度，如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當，從而導致納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同於微觀的原子、分子，也不同於宏觀物體，從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介於宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象，認識新規律，提出新概念，建立新理論，為構築納米材料科學體系新框架奠定基礎，也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題；納米結構設計，異質、異相和不同性質的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點，人們可以有更多的自由度按自己的意願合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件以及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。 1研究形狀和趨勢納米材料制備和應用研究中所產生的納米技術很可能成為下一世紀前20年的主導技術，帶動納米產業的發展。世紀之交世界先進國家都從未來發展戰略高度重新布局納米材料研究，在千年交替的關鍵時刻，迎接新的挑戰，抓緊納米材料和柏米結構的立項，迅速組織科技人員圍繞國家制定的目標進行研究是十分重要的。納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個領域的影響和滲透一直引人注目。進入90年代，納米材料研究的內涵不斷擴大，領域逐漸拓寬。一個突出的特點是基礎研究和應用研究的銜接十分緊密，實驗室成果的轉化速度之快出乎人們預料，基礎研究和應用研究都取得了重要的進展。美國已成功地制備了晶粒為50urn的納米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒為7urn的pd，屈服應力比粗晶pd高5倍；具有高強度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關注，晶粒的納米化為解決這一問題帶來了希望，根據納米材料發展趨勢以及它在對世紀高技術發展所佔有的重要地位，世界發達國家的政府都在部署本來10～15年有關納米科技研究規劃。美國國家基金委員會（nsf）1998年把納米功能材料的合成加工和應用作為重要基礎研究項目向全國科技界招標；美國darpa（國家先進技術研究部）的幾個計劃里也把納米科技作為重要研究對象；日本近年來制定了各種計劃用於納米科技的研究，例如 ogala計劃、erato計劃和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究計劃，1997年，納米科技投資1.28億美元；德國科研技術部幫助聯邦政府制定了1995年到2010年15年發展納米科技的計劃；英國政府出巨資資助納米科技的研究；1997年西歐投資1.2億美元。據1999年7月8日《自然》最新報道，納米材料應用潛力引起美國白宮的注意；美國總統柯林頓親自過問納米材料和納米技術的研究，決定加大投資，今後3年經費資助從2.5億美元增加至5億美元。這說明納米材料和納米結構的研究熱潮在下一世紀相當長的一段時間內保持繼續發展的勢頭。 2國際動態和發展戰略 1999年7月8日《自然》（400卷）發布重要消息 題為「美國政府計劃加大投資支持納米技術的興起」。在這篇文章里，報道了美國政府在3年內對納米技術研究經費投入加倍，從2.5億美元增加到5億美元。柯林頓總統明年2月將向國會提交支持納米技術研究的議案請國會批准。為了加速美國納米材料和技術的研究，白宮採取了臨時緊急措施，把原1.97億美元的資助強度提高到2.5億美元。《美國商業周刊》8 月19日報道，美國政府決定把納米技術研究列人21世紀前10年前11個關鍵領域之一，《美國商業周刊》在掌握21世紀可能取得重要突破的3個領域中就包括了納米技術領域（其它兩個為生命科學和生物技術，從外星球獲得能源）。美國白宮之所以在20世紀即將結束的關鍵時刻突然對納米材料和技術如此重視，其原因有兩個方面：一是德科學技術部1996年對2010年納米技術的市場做了預測，估計能達到14400億美元，美國試圖在這樣一個誘人的市場中佔有相當大的份額。美國基礎研究的負責人威廉姆斯說：納米技術本來的應用遠遠超過計算機工業。美國白宮戰略規劃辦公室還認為納米材料是納米技術最為重要的組成部分。在《自然》的報道中還特別提到美國已在納米結構組裝體系和高比表面納米顆粒制備與合成方面領導世界的潮流，在納米功能塗層設計改性及納米材料在生物技術中的應用與歐共體並列世界第一，納米尺寸度的元器件和納米固體也要與日本分庭抗禮。1999年7月，美國加尼福尼亞大學洛杉礬分校與惠普公司合作研製成功 100urn晶元，美國明尼蘇達大學和普林斯頓大學於1998年制備成功量子磁碟，這種磁碟是由磁性納米棒組成的納米陣列體系，10bit／s尺寸的密度已達109bit／s，美國商家已組織有關人員迅速轉化，預計2005年市場為400億美元。1988年法國人首先發現了巨磁電阻效應，到1997年巨磁電阻為原理的納米結構器件已在美國問世，在磁存儲、磁記憶和計算機讀寫磁頭將有重要的應用前景。最近美國柯達公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體，預計將給彩色印橡帶來革命性的變革。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷製品的改性等方面很可能給傳統產業和產品注入新的高科技含量，在未來市場上佔有重要的份額。納米材料在醫葯方面的應用研究也使人矚目，正是這些研究使美國白宮認識到納米材料和技術將佔有重要的戰略地位。原因之二是納米材料和技術領域是知識創新和技術創新的源泉，新的規律新原理的發現和新理論的建立給基礎科學提供了新的機遇，美國計劃在這個領域的基礎研究獨占「老大」的地位。 3國內研究進展我國納米材料研究始於80年代末，「八五」期間，「納米材料科學」列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，組織相關的科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題，國家「863」新材料主題也對納米材料有關高科技創新的課題進行立項研究。1996年以後，納米材料的應用研究出現了可喜的苗頭，地方政府和部分企業家的介入，使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。目前，我國有60多個研究小組，有600多人從事納米材料的基礎和應用研究，其中，承擔國家重大基礎研究項目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：中國科學院上海硅酸鹽研究所、南京大學。中國科學院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國科技大學、中國科學院化學研究所、清華大學，還有吉林大學、東北大學、西安交通大學、天津大學、青島化工學院、華東師范大學，華東理工大學、浙江大學、中科院大連化學物理研究所、長春應用化學研究所、長春物理研究所、感光化學研究所等也相繼開展了納米材料的基礎研究和應用研究。我國納米材料基礎研究在過去10年取得了令人矚目的重要研究成果。已採用了多種物理、化學方法制備金屬與合金（晶態、非晶態及納米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，建立了相應的設備，做到納米微粒的尺寸可控，並製成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表徵、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復合微粒和粉體的製取等各個方面都有所創新，取得了重大的進展，成功地研製出緻密度高、形狀復雜、性能優越的納米陶瓷；在世界上首次發現納米氧化鋁晶粒在拉伸疲勞中應力集中區出現超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應、磁光效應和自旋波共振等方面做出了創新性的成果；在國際上首次發現納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬gd；設計和制備了納米復合氧化物新體系，它們的中紅外波段吸收率可達 92％，在紅外保暖纖維得到了應用；發展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法；發現全緻密納米合金中的反常hall－petch效應。近年來，我國在功能納米材料研究上取得了舉世矚目的重大成果，引起了國際上的關注。一是大面積定向碳管陣列合成：利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術，用這種技術合成的納米管，孔徑基本一致，約20urn，長度約100pm，納米管陣列面積達到 3mm 3mm。其定向排列程度高，碳納米管之間間距為100pm。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場發射陰極等方面有著重要應用前景。這方面的文章發表在1996年的美國《科學》雜志上。二是超長納米碳管制備：首次大批量地制備出長度為2～3mm的超長定向碳納米管列陣。這種超長碳納米管比現有碳納米管的長度提高1～2個數量級。該項成果已發表於1998年8月出版的英國《自然》雜志上。英國《金融時報》以「碳納米管進入長的階段」為題介紹了有關長納米管的工作。三是氮化嫁納米棒制備：首次利用碳納米管作模板成功地制備出直徑為3～40urn、長度達微米量級的發藍光氮化像一維納米棒，並提出了碳納米管限制反應的概念。該項成果被評為1998年度中國十大科技新聞之一。四是硅襯底上碳納米管陣列研製成功，推進碳納米管在場發射平面和納米器件方面的應用。五是制備成功一維納米絲和納米電纜，該成果研究論文在瑞典召開的1998年第四屆國際納米會議宣讀後，許多外國科學家給予高度評價。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶；發現了非水溶劑熱合成技術，首次在300℃左右製成粒度達30urn的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻（crn）、磷化鈷（cop）和硫化銻（sbs）納米微晶，論文發表在1997年的《科學》雜志上。七是用催化熱解法製成納米金剛石；在高壓釜中用中溫（70℃）催化熱解法使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉，論文發表在1998年的《科學》雜志上。美國《化學與工程新聞》雜志還發表題為「稻草變黃金---從四氯化碳（cc14）製成金剛石」一文，予以高度評價。我國納米材料和納米結構的研究已有10年的工作基礎和工作積累，在「八五」研究工作的基礎上初步形成了幾個納米材料研究基地，中科院上海硅酸鹽研究所、南京大學、中科院固體物理所、中科院金屬所、物理所、中國科技大學、清華大學和中科院化學所等已形成我國納米材料和納米結構基礎研究的重要單位。無論從研究對象的前瞻性、基礎性，還是成果的學術水平和適用性來分析，都為我國納米材料研究在國際上爭得一席之地，促進我國納米材料研究的發展，培養高水平的納米材料研究人才做出了貢獻。在納米材料基礎研究和應用研究的銜接，加快成果轉化也發揮了重要的作用。目前和今後一個時期內這些單位仍然是我國納米材料和納米結構研究的中堅力量。在過去10年，我國已建立了多種物理和化學方法制備納米材料，研製了氣體蒸發、磁控濺射、激光誘導cvd、等離子加熱氣相合成等10多台制備納米材料的裝置，發展了化學共沉澱、溶膠一凝膠、微乳液水熱、非水溶劑合成和超臨界液相合成制備包括金屬、合金、氧化物、氮化物、碳化物、離子晶體和半導體等多種納米材料的方法，研製了性能優良的多種納米復合材料。近年來，根據國際納米材料研究的發展趨勢，建立和發展了制備納米結構（如納米有序陣列體系、介孔組裝體系、mcm－41等）組裝體系的多種方法，特別是自組裝與分子自組裝、模板合成、碳熱還原、液滴外延生長、介孔內延生長等也積累了豐富的經驗，已成功地制備出多種准一維納米材料和納米組裝體系。這些方法為進一步研究納米結構和准一納米材料的物性，推進它們在納米結構器件的應用奠定了良好的基礎。納米材料和納米結構的評價手段基本齊全，達到了國際90年代末的先進水平。綜上所述，「八五」期間我國在納米材料研究上獲得了一批創新性的成果，形成了一支高水平的科研隊伍，基礎研究在國際上佔有一席之地，應用開發研究也出現了新局面，為我國納米材料研究的繼續發展奠定了基礎。10年來，我國科技工作者在國內外學術刊物上共發表納米材料和納米結構的論文2400多篇，在國際上排名第五位，其中納米碳管和納米團簇在1998年度歐洲文獻情報交流會上德國馬普學會固體所一篇研究報告中報道中國科技工作者發表論文已超過德國，在國際排名第三位，在國際歷次召開的有關納米材料和納米結構的國際會議上，我國納米材料科技工作者共做邀請報告24次。到目前為止，納米材料研究獲得國家自然科學三等獎1項，國家發明獎2項；院部級自然科學一、二等獎3項，發明一等獎3項，科技進步特等獎1項；申請專利 79項，其中發明專利佔50％，已正式授權的發明專利6項，已實現成果轉化的發明專利6項。最近幾年，我國納米科技工作者在國際上發表了一些有影響的學術論文，引起了國際同行的關注和稱贊。在《自然》和《科學》雜志上發表有關納米材料和納米結構制備方面的論文6篇，影響因子在6以上的學術論文（phys．rev．lett，j．ain．chem．soc ．）近20篇，影響因子在3以上的31篇，被sci和ei收錄的文章占整個發表論文的 59％。 1998年 6月在瑞典斯特哥爾摩召開的國際第四屆納米材料會議上，對中國納米材料研究給予了很高評價，指出這幾年來中國在納米材料制備方面取得了激動人心的成果，在大會總結中選擇了8個納米材料研究式作取得了比較好的國家在閉幕式上進行介紹，中國是在美國、日本、德國、瑞典之後進行了大會發言。
4 納米產業發展趨勢
（1）信息產業中的納米技術：信息產業不僅在國外，在我國也佔有舉足輕重的地位。2000年，中國的信息產業創造了gdp5800億人民幣。納米技術在信息產業中應用主要表現在3個方面：①網路通訊、寬頻帶的網路通訊、納米結構器件、晶元技術以及高清晰度數字顯示技術。因為不管通訊、集成還是顯示器件，都要原器件，美國已經著手研製，現在有了單電子器件、隧穿電子器件、自旋電子器件，這種器件已經在實驗室研製成功，而且可能在2001年進入市場。 ②光電子器件、分子電子器件、巨磁電子器件，這方面我國還很落後，但是這些原器件轉為商品進入市場也還要10年時間，所以，中國要超前15年到20年對這些方面進行研究。③網路通訊的關鍵納米器件，如網路通訊中激光、過濾器、諧振器、微電容、微電極等方面，我國的研究水平不落後，在安徽省就有。④壓敏電阻、非線性電阻等，可添加氧化鋅納米材料改性。
（2）環境產業中的納米技術：納米技術對空氣中20納米以及水中的200納米污染物的降解是不可替代的技術。要凈化環境，必須用納米技術。我們現在已經制備成功了一種對甲醛、氮氧化物、一氧化碳能夠降解的設備，可使空氣中的大於10ppm的有害氣體降低到0.1ppm，該設備已進入實用化生產階段；利用多孔小球組合光催化納米材料，已成功用於污水中有機物的降解，對苯酚等其它傳統技術難以降解的有機污染物，有很好的降解效果。近年來，不少公司致力於把光催化等納米技術移植到水處理產業，用於提高水的質量，已初見成效；採用稀土氧化鈰和貴金屬納米組合技術對汽車尾氣處理器件的改造效果也很明顯；治理淡水湖內藻類引起的污染，最近已在實驗室初步研究成功。
(3)能源環保中的納米技術：合理利用傳統能源和開發新能源是我國當前和今後的一項重要任務。在合理利用傳統能源方面，現在主要是凈化劑、助燃劑，它們能使煤充分燃燒，燃燒當中自循環，使硫減少排放，不再需要輔助裝置。另外，利用納米改進汽油、柴油的添加劑已經有了，實際上它是一種液態小分子可燃燒的團簇物質，有助燃、凈化作用。在開發新能源方面國外進展較快，就是把非可燃氣體變成可燃氣體。現在國際上主要研發能量轉化材料，我國也在做，它包括將太陽能轉化成電能、熱能轉化為電能、化學能轉化為電能等。
(4)納米生物醫葯：這是我國進入wto以後一個最有潛力的領域。目前，國際醫葯行業面臨新的決策，那就是用納米尺度發展制葯業。納米生物醫葯就是從動植物中提取必要的物質，然後在納米尺度組合，最大限度發揮葯效，這恰恰是我國中醫的想法。在提取精華後，用一種很少的骨架，比如人體可吸收的糖、澱粉，使其高效緩釋和靶向葯物。對傳統葯物的改進，採用納米技術可以提高一個檔次。
(5)納米新材料：雖然納米新材料不是最終產品，但是很重要。據美國測算，到21世紀30年代，汽車上40％鋼鐵和金屬材料要被輕質高強材料所代替，這樣可以節省汽油40％，減少co2，排放40％，就這一項，每年就可給美國創造社會效益1000億美元。此外，還有各種功能材料，玻璃透明度好但份量重，用納米改進它，使它變輕，使這種材料不僅有力學性能，而且還具有其他功能，還有光的變色、貯光，反射各種紫外線、紅外線，光的吸收、貯藏等功能。
(6)納米技術對傳統產業改造：對於中國來說，當前是納米技術切入傳統產業、將納米技術和各個領域技術相結合的最好機遇。首先是家電、輕工、電子行業。合肥美菱集團從1996開始研製納米冰箱，可折疊的pvc磁性冰箱門封不發霉，用的是抗菌塗料，裡面的果盤都採用納米材料，發展輕工、電子和家用電器可以帶動塗料、材料、電子原器件等行業發展；其次是紡織。人造纖維是化纖和紡織行業發展的趨勢，中國紡織要在進入wto後能占據有利地位，現在就必須全方位應用納米技術、納米材料。去年關於保溫被、保溫衣的電視宣傳，提到應用了納米技術，特殊功能的有防靜電的、阻燃的等等，把納米的導電材料組裝到裡面，可以在11萬伏的高壓下，把人體屏蔽，在這一方面，紡織行業應用納米技術形勢看好；第三是電力工業。利用納米技術改造20萬伏和11萬伏的變壓輸電瓷瓶，可以全方位提高11萬伏的瓷瓶耐電沖擊的性能，而且釉不結霜，其它綜合性能都很好；第四是建材工業中的油漆和塗料，包括各種陶瓷的釉料、油墨，納米技術的介入，可以使產品性能升級。
1999年8月20日《美國商業周刊》在展望21世紀可能有突破性進展的領域時，對生命科學和生物技術、納米科學和納米技術及從外星球上索取能源進行了預測和評價，並指出這是人類跨入21世紀面臨的新的挑戰和機遇。諾貝爾獎獲得者羅雷爾也曾說過：70年代重視微米的國家如今都成為發達國家，現在重視納米技術的國家很可能成為下一世紀先進的國家。挑戰嚴峻，機遇難得，我們必須加倍重視納米科技的研究，注意納米技術與其它領域的交叉，加速知識創新和技術創新，為21世紀中國經濟的騰飛奠定雄厚的基礎。
對於納米科技，科學的態度是積極參與，腳踏實地地推動這一前沿科技的健康發展，既不需要商業炒作，也不需要科學炒作。
參考資料：http://bbs.texindex.com.cn/dispbbs.asp?boardID=2&ID=31153
『叄』 納米技術在科技生產和生活中的應用
納米材料的研究最初源於十九世紀六十年代對膠體微粒的研究，二十世紀六十年代後，研究人員開始有意識得通過對金屬納米微粒的制備和研究來探索納米體系的奧秘。1984年，德國薩爾布呂肯的格萊特(Gleiter)教授把粒徑為6nm的金屬鐵粉原位加壓製成世界上第一塊納米材料，開創納米材料學之先河。1990年7月，在美國巴爾的摩召開了第一屆國際納米科學技術學術會議(Nano- ST)，標志著納米材料學作為一個相對獨立學科的誕生。
1990年，美國國際商用機器公司的科學家利用隧道掃描顯微鏡上的探針，在鎳表面用36個氙原子排出「IBM」三個字母。科學家們從這種能操縱單個原子的納米技術中,看到了設計和製造分子大小的器件的希望。1993年，中國科學院北京真空物理實驗室操縱原子成功寫出「中國」二字，標志著我國開始在國際納米科技領域佔有一席之地。
九十年代以來，准一維納米材料的研製一直是納米科技的前沿領域。1991年1月，日本築波 NEC實驗室的飯島澄男(S. Iijima)首次用高分辨分析電鏡觀察到碳納米管，這些碳納米管為多層同軸管，也叫巴基管(Bucky tube)。2000年10月，美國賓州大學研究人員在Science上發表文章稱，納米碳管的質量是相同體積鋼的六分之一，卻具有超過鋼 100倍的強度。不僅具有良好的導電性能, 還是目前最好的導熱材料。納米碳管優異的導熱性能將使它成為今後計算機晶元的熱沉，也可用於發動機、火箭等的各種高溫部件的防護材料。最新的研究表明，碳納米管當中的空腔不僅可以充當微型試管、模具或模板，而且將第二種物質封存在這個約束空間還會誘導其具備在宏觀材料中看不到的結構和行為。計算機模擬顯示，封存在碳納米管中的水能夠以新的冰相存在，在合適的條件下，碳納米管中液相和固相的明顯界線將會消失，液體物質將會連續地轉變成固體，而不發生明顯的凝固過程。
1993年，美國IBM公司Almaden實驗室Bethune等人和Iijima同時報道了觀察到單壁碳納米管(Single- walled Carbon Nanotubes)。1996年，因發現C60獲得諾貝爾獎的斯莫利(Smalley)和他的研究組合成了成行排列的單壁碳納米管束。同年，中科院物理所解思深研究員的研究組用化學氣相法制備出面積達3mm×3mm的大面積碳納米管陣列，它可用作極好的場發射平面顯示器件。他們還於 1998年合成了當時最長的2毫米長度的纖維級碳納米管。
除了碳納米管外，科研人員還合成了其他的納米管材料，如BxCyNz、NiCl2、類酯體、 MCM-41管中管、水鋁英石、b-(g-)環糊精納米管聚集體及定向排列的氮化硅納米管等[1]。准一維納米材料中除了空心的納米管以外還有實心的納米棒、納米線、量子線。圖1為我們研究組合成的氧化硅納米線，直徑為5-120nm，從線末梢到根部，長度為10-70mm。1997年，法國學者 Colliex在利用分析電弧放電得到包覆異質納米殼體的C-BN-C管，由於它的幾何結構類似於同軸電纜，直徑又為納米級，故稱其為同軸納米電纜(coaxial nanocable)。由於同軸納米電纜具有的獨特結構，將在納米結構器件中佔有重要的地位。
1996年，中國科技大學謝毅博士利用苯熱合成法制備出產率很高、平均粒度為30nm的氮化鎵粉體。1997年，清華大學范守善教授制備出直徑為3-50納米、長度達微米量級的氮化鎵納米棒，首次把氮化鎵制備成一維納米晶體，提出碳納米管限制反應的概念。1999年，他與美國斯坦福大學戴宏傑教授合作，實現硅襯底上碳納米管陣列的自組織生長。
1997年，美國紐約大學科學家發現，DNA（脫氧核糖核酸）可用於建造納米層次上的機械裝置。2000年，美國朗訊公司和英國牛津大學的科學家用DNA的鹼基配對機制製造出了一種每條臂長只有7納米的納米級鑷子。
1998年，中國科技大學錢逸泰院士的研究組用催化熱解法，從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被國際刊物譽為「稻草變黃金」。
1999年，北京大學電子系薛增泉教授的研究組在將單壁碳納米管組裝豎立在金屬表面，組裝出性能良好的掃描隧道顯微鏡用探針。同年，中科院金屬所成會明博士合成出高質量的碳納米材料，使我國新型儲氫材料研究躍上世界先進水平。
1999年巴西和美國科學家用碳納米管制備了世界上最小的「秤」，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當於一個病毒的重量；不久，德國科學家研製出稱量單個原子重量的「納米秤」，打破了先前的紀錄。同年，美國科學家在單個分子上實現有機開關，證實在分子水平上可以發展電子和計算裝置。
中科院沈陽金屬所的盧柯小組在納米材料及相關亞穩材料領域取得了突出的成績。他發展的利用非晶完全晶化制備緻密納米合金的方法已與惰性氣體蒸發後原位加壓法、高能球磨法成為當前制備金屬納米塊材的三種主要方法之一。他們發現的納米銅的室溫超塑延展性，被評為2000年中國十大科技新聞。
從發現納米碳管始，科學家們不斷研製出越來越細的納米碳管。2000年，解思深組利用常現電弧放電方法制備出內徑為 0.5nm的碳納米管。同年，香港科技大學的湯子康博士即宣布發現了世界上最細的純碳納米碳管¾0.4nm碳管，這一結果已達到碳納米管的理論極限值。12月柏林的馬克斯—玻恩研究所研製出1nm直徑的薄壁納米管，創出薄壁納米管研製的新記錄。
2001年初，中國科技大學朱清時院士的研究組首次直接拍攝到能夠分辨出化學鍵的C60單分子圖像，這種單分子直接成像技術為解析分子內部結構提供了有效的手段，使科學家可以人工「切割」和重新「組裝」化學鍵，為設計和制備單分子級的納米器件奠定了基礎。3月，美國喬治亞理工學院留美中國學者王中林教授的研究組利用高溫固體氣相法，在世界上首次合成了獨特形態且無缺陷的半導體氧化物納米帶狀結構。這是繼納米管、納米線之後納米家族增加的新的成員。它有望解決納米管在大規模生產時穩定性的問題，並在納米物理研究和納米器件應用上有重要的作用。6月，香港科技大學沈平教授的研究組在單根純碳納米碳管中觀察到超導特性。這一觀察表明，當納米碳管細到一定程度時，其材料性質將發生突變。從應用上來講，納米碳管超導性的發現，將有助解決電子在集成半導體器件中傳輸時的發熱問題。
由上可見，在納米基礎研究領域，中國並不落後¾自90年代初，科技部、國家自然科學基金委、中國科學院等單位就啟動了有關納米材料的攀登計劃、國家重點基礎研究項目等，投入數千萬元資金支持納米基礎研究；中國的納米科學家，在國際上取得了一系列令人矚目的成果，相繼在《Science》、《Nature》等權威雜志上發表了高水平的論文，使中國在納米材料基礎研究方面，尤其是納米結構的控制合成方面，走在比較前沿的位置，繼美、日、德之後，位居世界第四。但是，在納米器件上總體來說研究層次還不是很高，手段離國外還有很大的差距。
二、 納米科技的應用
在納米材料中，由於納米級尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度等物理特徵尺寸相當或更小，使得晶體周期性的邊界條件被破壞；納米微粒的表面層附近的原子密度減小；電子的平均自由程很短，而局域性和相乾性增強。尺寸下降還使納米體系包含的原子數大大下降，宏觀固定的准連續能帶轉變為離散的能級。這些導致納米材料宏觀的聲、光、電、磁、熱、力學等的物理效應與常規材料有所不同，體現為量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀隧道效應等。目前描述納米材料中的基本物理效應主要是從金屬納米微粒研究基礎上發展和建立起來的，要准確把握納米科技中現象的本質，必須要在理論上實現從連續系統物理學向量子物理學的轉變。
當今科技的發展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存儲和超快傳輸等特性為納米科技和納米材料的應用提供了廣闊的空間。美國制定的「國家納米技術倡議」(NNI)中所列納米科學與技術涉及的領域很寬泛，但最基本的有三個，即納米材料，納米電子學、光電子學和磁學，納米醫學和生物學。
1 納米電子學、光電子學和磁學
納米粒子的宏觀隧道效應確立了微電子器件微型化的極限。納米電子學、光電子學及磁學微電子器件的極限線寬，以硅集成電路而言，普遍認為是70nm左右。目前國際上最窄線寬已為130nm，在十年以內將達到極限。如果將硅器件做的更小，電子會隧穿通過絕緣層，造成電路短路。解決納米電子電路的思路目前可分為兩類，一類是在光刻法製作的集成電路中利用雙光子光束技術中的量子糾纏態，有可能將器件的極限縮小至25nm。另一類是研製新材料取代硅，採用蛋白質二極體，納米碳管作引線和分子電線。新概念器件的形成，單原子操縱是重要的方式。1997年，美國科學家成功地用單電子移動單電子，這種技術可用於研製速度和存儲容量比現在提高上萬倍的量子計算機。2001年7月，荷蘭研究人員製造出在室溫下能有效工作的單電子納米碳管晶體管。這種晶體管以納米碳管為基礎，依靠一個電子來決定「開」和「關」狀態，由於它低耗能的特點，將成為分子計算機的理想材料 。在新世紀，超導量子相干器件、超微霍爾探測器和超微磁場探測器將成為納米電子學中器件的主角。
利用納米磁學中顯著的巨磁電阻效應(giant magnetoresistance，GMR)和很大的隧道磁電阻(tunneling magnetoresistance, TMR)現象研製的讀出磁頭將磁碟記錄密度提高30多倍，瑞士蘇黎世的研究人員制備了Cu、Co交替填充的納米絲，利用其巨磁電阻效應制備出超微磁場感測器。磁性納米微粒由於粒徑小，具有單磁疇結構，矯頑力很高，用作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。1997年，明尼蘇達大學電子工程系納米結構實驗室採用納米平板印刷術成功地研製了納米結構的磁碟，長度為40納米的Co棒按周期性排列成的量子棒陣列。由於納米磁性單元是彼此分離的，因而稱為量子磁碟。它利用磁納米線陣列的存儲特性，存貯密度可達400Gb×in-2。利用鐵基納米材料的巨磁阻抗效應制備的磁感測器已問世，包覆了超順磁性納米微粒的磁性液體也被廣泛用在宇航和部分民用領域作為長壽命的動態旋轉密封。
2 納米醫學和生物學
從蛋白質、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結構也是生命現象中基本的東西。細胞中的細胞器和其它的結構單元都是執行某種功能的「納米機械」，細胞就象一個個「納米車間」，植物中的光合作用等都是「納米工廠」的典型例子。遺傳基因序列的自組裝排列做到了原子級的結構精確，神經系統的信息傳遞和反饋等都是納米科技的完美典範。生物合成和生物過程已成為啟發和製造新的納米結構的源泉，研究人員正效法生物特性來實現技術上的納米級控制和操縱。
納米微粒的尺寸常常比生物體內的細胞、紅血球還要小，這就為醫學研究提供了新的契機。目前已得到較好應用的實例有：利用納米SiO2微粒實現細胞分離的技術，納米微粒，特別是納米金(Au)粒子的細胞內部染色，表麵包覆磁性納米微粒的新型葯物或抗體進行局部定向治療等。
正在研製的生物晶元包括細胞晶元、蛋白質晶元(生物分子晶元)和基因晶元(即DNA晶元) 等，都具有集成、並行和快速檢測的優點，已成為納米生物工程的前沿科技。將直接應用於臨床診斷，葯物開發和人類遺傳診斷。植入人體後可使人們隨時隨地都可享受醫療，而且可在動態檢測中發現疾病的先兆信息，使早期診斷和預防成為可能。
納米生物材料也可以分為兩類，一類是適合於生物體內的納米材料，如各式納米感測器，用於疾病的早期診斷、監測和治療。各式納米機械繫統可以快速地辨別病區所在，並定向地將葯物注入病區而不傷害正常的組織或清除心腦血管中的血栓、脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。另一類是利用生物分子的活性而研製的納米材料，它們可以不被用於生物體，而被用於其它納米技術或微製造。
3 在國防科技上的應用
納米技術將對國防軍事領域帶來革命性的影響。例如：納米電子器件將用於虛擬訓練系統和戰場上的實時聯系；對化學、生物、核武器的納米探測系統；新型納米材料可以提高常規武器的打擊與防護能力；由納米微機械繫統製造的小型機器人可以完成特殊的偵察和打擊任務；納米衛星可用一枚小型運載火箭發射千百顆，按不同軌道組成衛星網，監視地球上的每一個角落，使戰場更加透明。而納米材料在隱身技術上的應用尤其引人注目。
在雷達隱身技術中，超高頻(SHF，GHz)段電磁波吸波材料的制備是關鍵。納米材料正被作為新一代隱身材料加以研製。由於納米材料的界面組元所佔比例大，納米顆粒表面原子比例高，不飽和鍵和懸掛鍵增多。大量懸掛鍵的存在使界面極化，吸收頻帶展寬。高的比表面積造成多重散射。納米材料的量子尺寸效應使得電子的能級分裂，分裂的能級間距正處於微波的能量范圍，為納米材料創造了新的吸波通道。納米材料中的原子、電子在微波場的輻照下，運動加劇，增加電磁能轉化為熱能的效率，從而提高對電磁波的吸收性能。美國研製的「超黑粉」納米吸波材料對雷達波的吸收率達99％，法國最近研製的CoNi納米顆粒被覆絕緣層的納米復合材料，在2-7GHz范圍內，其m¢和m¢¢幾乎均大於6。最近國外正致力於研究可覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段的納米復合材料，並提出了單個吸收粒子匹配設計機理，這樣可以充分發揮單位質量損耗層的作用。納米材料在具備良好的吸波功能的同時，普遍兼備了薄、輕、寬、強等特點。納米材料中的硼化物、碳化物，鐵氧體，包括納米纖維及納米碳管在隱身材料方面的應用都將大有作為。
圖2是我們研究組利用溶膠－凝膠法制備的b-納米碳化硅粉的透射形貌照片，一次顆粒尺度約為 20nm。經微波網路矢量分析儀測量其介電損耗(tgd)達到9.28，而其它碳化硅粉的介電損耗在0.2-0.6之間，因而具備了在常溫和高溫下吸收超高頻段電磁波的潛力。
4 納米陶瓷的補強增韌
先進陶瓷材料在高溫、強腐蝕等苛刻的環境下起著其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料難以克服的弱點。英國材料學家Cahn曾評述，通過改進工藝和化學組分等方法來克服陶瓷脆性的嘗試都不太理想，無論是固溶摻雜的氮化硅、相變增韌的氧化鋯要在實際中作為陶瓷發動機材料還不能實現。納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑之一。
納米陶瓷具有類似於金屬的超塑性是納米材料研究中令人注目的焦點。例如，納米氟化鈣和納米氧化鈦陶瓷在室溫下即可發生塑性形變，180℃時，塑性形變可達100%。存在預制裂紋的試樣在180℃下彎曲時，也不發生裂紋擴展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）報道用納米SiC顆粒復合氧化鋁材料的強度可達到1GPa以上，而常規的氧化鋁基陶瓷強度只有350-600MPa。Al2O3/SiC納米復合材料在1300℃氬氣中退火2小時後強度提高到1.5GPa，它的高力學性能是與納米復相陶瓷的精細顯微結構直接相關的。德國馬普冶金材料研究所的科研人員將聚甲基硅氮烷在高溫下裂解後，製得的a-Si3N4微米晶與a-SiC納米晶復合陶瓷材料。它具有良好的高溫抗氧化性能，可在1600℃的高溫使用（氮化硅材料的最高使用溫度一般為1200-1300℃）。他們最新進展是通過添加硼化物提高材料的熱穩定性，利用生成BN的包覆作用穩定納米氮化硅晶粒，將這種Si-B-C-N陶瓷的使用溫度進一步提高到2000℃，這是迄今國際上使用溫度最高的塊體陶瓷材料。
目前，納米陶瓷粉體的制備較為成熟，新工藝和新方法不斷出現，已具備了生產規模。納米陶瓷粉體的制備方法主要有氣相法、液相法、高能球磨法等。氣相法包括惰性氣體冷凝法、等離子法、氣體高溫裂解法、電子束蒸發法等。液相法包括化學沉澱法、醇鹽水解法、溶膠-凝膠法、水熱法等。我們研究組提出利用原位選擇性反應法制備了納米晶TiC和TiN復合TZP的復合粉料，為陶瓷材料的顯微結構設計提供了新的研究思路。納米陶瓷的緻密化手段也趨於多樣化，其中微波燒結和放電等離子體燒結(SPS)具有良好的效果。美國賓州大學陳一葦教授利用無壓燒結制備平均粒徑為60nm的緻密Y2O3塊體材料，為發展納米陶瓷帶來新的希望。2001年6月，日本經濟產業省報道將納米陶瓷等新型材料應用於飛機部件製造技術。
5 納米科技在其它方面的應用
納米顆粒的比表面積大、表面反應活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力強的優異性質使其在化工催化方面有著重要的應用。納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等已直接用作高分子聚合物氧化、還原及合成反應的催化劑，大大提高了反應效率。使用納米鎳粉作為反應催化劑的火箭固體燃料，燃燒效率可提高 100倍，用硅載體鎳催化丙醛的氧化反應，當鎳的粒徑在5nm以下，反應選擇性發生急劇變化，醛分解反應得到有效控制，生成酒精的轉化率迅速增大。
小型化本身並不代表納米技術，納米材料和納米科技有著明確的尺度和性能方面的定義。製造納米器件目前主要的方法還是通過「由上而下」(top down)盡力降低物質結構維數來實現，而納米科技未來發展方向是要實現「由下而上」( bottom up)的方法來構建納米器件。目前此方面的嘗試有兩類，一類是人工實現單原子操縱和分子手術，日本大阪大學的研究人員利用雙光子吸收技術在高分子材料中合成了三維的納米牛和納米彈簧，使功能性微器件的制備接受有了新的突破。另一類是各種體系的分子自組裝技術，已由分子自組裝構建的納米結構包括納米棒、納米管、多層膜、孔洞結構等。美國貝爾實驗室的科學家利用有機分子硫醇的自組裝技術制備直徑為1-2nm的單層的場效應晶體管，這種單層納米晶體管的制備是研製分子尺度電子器件重要的一步。這方面的工作現在還僅限於實驗室研究階段。
『肆』 納米材料的應用
五、納米材料的主要應用
藉助於納米材料的各種特殊性質，科學家們在各個研究領域都取得了性的突破，這同時也促進了納米材料應用的越來越廣泛化。
1.在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒於作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，非凡是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大於半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。
光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸鹼，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，製得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。
2、在生物醫學中應用
從蛋白質、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結構也是生命現象中基本的東西。細胞中的細胞器和其它的結構單元都是執行某種功能的「納米機械」，細胞就象一個個「納米車間」，植物中的光合作用等都是「納米工廠」的典型例子。遺傳基因序列的自組裝排列做到了原子級的結構精確，神經系統的信息傳遞和反饋等都是納米科技的完美典範。生物合成和生物過程已成為啟發和製造新的納米結構的源泉，研究人員正效法生物特性來實現技術上的納米級控制和操縱。納米微粒的尺寸常常比生物體內的細胞、紅血球還要小，這就為醫學研究提供了新的契機。目前已得到較好應用的實例有：利用納米SiO2微粒實現細胞分離的技術，納米微粒，特別是納米金(Au)粒子的細胞內部染色，表麵包覆磁性納米微粒的新型葯物或抗體進行局部定向治療等。
正在研製的生物晶元包括細胞晶元、蛋白質晶元(生物分子晶元)和基因晶元(即DNA晶元)等，都具有集成、並行和快速檢測的優點，已成為納米生物工程的前沿科技。將直接應用於臨床診斷，葯物開發和人類遺傳診斷。植入人體後可使人們隨時隨地都可享受醫療，而且可在動態檢測中發現疾病的先兆信息，使早期診斷和預防成為可能。納米生物材料也可以分為兩類，一類是適合於生物體內的納米材料，如各式納米感測器，用於疾病的早期診斷、監測和治療。各式納米機械繫統可以快速地辨別病區所在，並定向地將葯物注入病區而不傷害正常的組織或清除心腦血管中的血栓、脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。另一類是利用生物分子的活性而研製的納米材料，它們可以不被用於生物體，而被用於其它納米技術或微製造。
3、在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，並且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，並顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、塗料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優於用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且緻密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機玻璃製造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2，可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優良的紫外線屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到塗料、塑料、人造纖維等行業。最近又開發了用於食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強烈吸收太陽光中的紫外線，產生很強的光化學活性，可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優點，在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境科學領域，除了利用納米材料作為催化劑來處理工業生產過程中排放的廢料外，還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染，並能對這些制劑進行過濾，從而消除污染。
4、在國防科技的應用
納米技術將對國防軍事領域帶來革命性的影響。例如：納米電子器件將用於虛擬訓練系統和戰場上的實時聯系；對化學、生物、核武器的納米探測系統；新型納米材料可以提高常規武器的打擊與防護能力；由納米微機械繫統製造的小型機器人可以完成特殊的偵察和打擊任務；納米衛星可用一枚小型運載火箭發射千百顆，按不同軌道組成衛星網，監視地球上的每一個角落，使戰場更加透明。而納米材料在隱身技術上的應用尤其引人注目。 在雷達隱身技術中，超高頻(SHF，GHz)段電磁波吸波材料的制備是關鍵。納米材料正被作為新一代隱身材料加以研製。由於納米材料的界面組元所佔比例大，納米顆粒表面原子比例高，不飽和鍵和懸掛鍵增多。大量懸掛鍵的存在使界面極化，吸收頻帶展寬。高的比表面積造成多重散射。納米材料的量子尺寸效應使得電子的能級分裂，分裂的能級間距正處於微波的能量范圍，為納米材料創造了新的吸波通道。納米材料中的原子、電子在微波場的輻照下，運動加劇，增加電磁能轉化為熱能的效率，從而提高對電磁波的吸收性能。美國研製的「超黑粉」納米吸波材料對雷達波的吸收率達99％，法國最近研製的CoNi納米顆粒被覆絕緣層的納米復合材料，在2-7GHz范圍內，其m￠和m￠￠幾乎均大於6。最近國外正致力於研究可覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段的納米復合材料，並提出了單個吸收粒子匹配設計機理，這樣可以充分發揮單位質量損耗層的作用。納米材料在具備良好的吸波功能的同時，普遍兼備了薄、輕、寬、強等特點。納米材料中的硼化物、碳化物，鐵氧體，包括納米纖維及納米碳管在隱身材料方面的應用都將大有作為
5、其他領域
除此之外，納米材料還在諸如海水凈化、航空航天、環境能源、微電子學等其他領域也有著逐漸廣泛的應用，納米材料在這些領域都在逐漸發揮著光和熱。
『伍』 可以簡要介紹一下什麼是納米自組裝嗎原理，應用什麼的，最好有鏈接詳細介紹。
我正好做這方面的研究。
納米材料的概念就不用說了吧。
納米自組裝是指納米顆粒、薄膜等由於之間的靜電力、電偶極作用、外電場作用、流體場作用，甚至在溶液乾燥過程中，都會相互結合成具有特殊形貌（比如大的多面體、花狀、多孔狀等）的顆粒。
比如下面的
『陸』 納米自組裝材料或自組裝技術有哪些種類
自組裝技術最初是基於帶正、負電荷的高分子在基片上交替吸附原理的制膜技術，其成膜驅動力是庫侖力或稱靜電相互作用，所以一開始選用於成膜的物質僅限於陰、陽離子聚電解質，或水溶性的天然高分子，並在水溶液中成膜。到現在用於自組裝膜的材料已不限於聚電解質或水溶性的天然高分子，其成膜驅動力也從靜電力擴展到氫鍵、電荷轉移、主－客體等相互作用，並已成功地制備了各種類型的聚合物納米級超薄膜，同時也初步實現了自組裝膜的多種功能化，使其成為一種重要的超薄膜制備技術。
自組裝技術簡便易行，無須特殊裝置，通常以水為溶劑，具有沉積過程和膜結構分子級控制的優點。可以利用連續沉積不同組分，制備膜層間二維甚至三維比較有序的結構，實現膜的光、電、磁等功能，還可模擬生物膜，因此，近年來受到廣泛的重視。
自組裝的層/層沉積方式與氣相沉積有些相似，但氣相沉積是在高真空下使物質主要是可汽化的，能耐高溫的無機材料，尤其是金屬元素。而高分子不能夠汽化，所以是不適用的。反過來，高分子很適合於自組裝，通常得到的是兩種組分的復合膜，而氣相沉積制備的則通常是同一組分的單層膜。
自組裝制備超薄膜的技術，可用在自組裝導電膜，如有聚苯胺和聚噻酚的組裝膜等；也可用於電致發光器件的制備，如表面負性的CdSe粒子與聚苯乙炔(PPV)的前體組裝，得到納米級的PPV/CdSe膜，具有電致發光性質，隨著電壓改變，膜發光的強度連續可調，換用不同的組分可制備不同顏色的發光膜。另外，帶重氮基高分子的自組裝膜，在光、熱處理後膜間的弱鍵轉變為共價鍵，還可得到對極性溶劑穩定、能夠用於測定光－電轉換等功能的膜。
『柒』 納米材料在現實生活中的應用
1、納米結構材料
包括純金屬、合金、復合材料和結構陶瓷，具有十分回優異的機械、力學及熱力性能答。可使構件重量大大減輕。
2、納米催化、敏感、儲氫材料
用於製造高效的異質催化劑、氣體敏感器及氣體捕獲劑，用於汽車尾氣凈化、石油化工、新型潔凈能源等領域。
3、納米光學材料
用於製作多種具有獨特性能的光電子器件。如量子阱GaN型藍光二極體、量子點激光器、單電子晶體管等。
4、納米結構的巨磁電阻材料
磁場導致物體電阻率改變的現象稱為磁電阻效應，對於一般金屬其效應常可忽略。但是某些納米薄膜具有巨磁電阻效應。在巨磁電阻效應發現後的第6年，1994年IBM公司研製成巨磁電阻效應的讀出磁頭，將磁碟記錄密度一下子提高了17倍。
這種材料還可以製作測量位移、角度的感測器，廣泛應用於數控機床、汽車測速、非接觸開關、旋轉編碼器中。
5、納米微晶軟磁材料
用於製作功率變壓器、脈沖變壓器、扼流圈、互感器等。
6、納米微晶稀土永磁材料
將晶粒做成納米級，可使釹鐵硼等稀土永磁材料的磁能積進一步提高，並有希望製成兼備高飽和磁化強度、高矯頑力的新型永磁材料（通過軟磁相與永磁相在納米尺度的復合）。