纳米科学和技术精选(九篇)
前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的纳米科学和技术主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。
第1篇：纳米科学和技术范文
1 纳米的概念
纳米（符号为nm）是长度单位，1nm=1×10-9m。“纳米材料”的概念是20世纪80年代初形成的，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。
纳米材料具有以下主要特点：纳米粒子大小在1～100nm；有大量的自由表面或界面；纳米单元之间存在着相互作用，作用或强或弱。纳米材料与组成相同的微米晶体材料比较具有其许多优异的性能，主要表现在催化、磁性、光学、力学等许多方面。
2 纳米材料在口腔内科中的应用
2.1纳米复合树脂
复合树脂的基本组成部分是无机填料，根据填料的粒径大小分为大颗粒型、超微颗粒型和混合填料型。混合填料型树脂填料粒径近几年不断向纳米级发展。使复合树脂的强度增强的纳米粒子包括纳米二氧化硅、纳米氧化锆、纳米羟基磷灰石等。为使材料发生聚合时不收缩或收缩减小，在光化聚合丙烯酸脂或异丁烯酸脂基的向列液晶单体中，加入二氧化硅纳米微粒和较高含量的金属氧化物，使形成高分子量的聚合物粘结性增强，体积收缩减小。二氧化锆用于口腔科具有X射线阻射性高、强度高和硬度高等优点。纳米氧化锆复合树脂光学透明性极高，是理想的口腔科复合树脂增强材料。将氧化锆纳米粒子通过运用纳米技术填充入树脂材料中，材料的物理强度会得到增强。而将氧化锆纳米粒子加入玻璃离子材料中，能使材料克服容易溶解的不足，同时强度增强，与一般的复合树脂相比，具有更好的耐磨性。研究人员在口腔科复合树脂中加入熔附了纳米硅颗粒的晶须和纳米二钙或四钙磷酸盐，可达到自修复的目的。
2.2纳米粘结材料
随着纳米技术的日益发展，将纳米杂化树脂作为基质，用它与硅基纳米材料发生共聚，从而得到高强度、热稳定、耐久性的高粘结性材料。这种材料不仅能很好地克服酸蚀过程中造成的牙本质小管闭合问题，而且能在牙体和材料之间发挥较高的粘结性，使粘接技术和粘接材料达到一个更高更新的水平。牙本质过敏是口腔内科临床上常见病多发病，是牙齿上暴露的牙本质在受到外界刺激，如温度、化学性、机械性刺激后，引起牙齿的酸、软、疼痛症状，这主要是牙本质暴露后，牙本质小管内的液体，即牙本质液对外界刺激产生机械性反应所引起。临床主要是通过在暴露的牙本质表面涂布粘结剂来缓解敏感症状。在临床口腔常用的光固化粘结剂中加入一些纳米材料，主要是利用纳米粘结材料来封堵牙本质小管，可以使牙本质过敏得到迅速和永久的治愈。
2.3纳米根管充填材料
随着纳米羟基磷灰石生物材料的出现，能很好解决填充材料存在的关于生物相容性的难题。经过大量临床研究，发现纳米羟基磷灰石的结构与天然骨的无机成分很相似，均有良好的生物相容性，两者可以紧密结合，结合后周围组织未见有炎症和细胞毒性的发生，其对骨组织还有良好的诱导性。材料的组成和构造与脊柱动物硬组织相似，生物相容性良好。研究指出，用纳米羟基磷灰石根充与传统氧化锌丁香油糊剂根充两者相比较，在根管壁密合度方面，前者明显优于后者。纳米羟基磷灰石具有良好的根尖封闭特性，用其作根管封闭剂可减少微渗漏的出现。纳米羟基磷灰石材料本身无杀菌作用，将碘或其他抗生素加入其中可以使该材料的抑菌和抗菌效果提高。对难治性根尖周炎应用无机抗菌剂作为根管充填剂进行根管治疗，取得很好临床疗效。本身没有成骨性的纳米羟基磷灰石，可为新生骨的沉积提供合适的生理基质，引导牙骨质不断沉积来封闭根尖处的根尖孔。
3 纳米技术与纳米材料在口腔外科中的应用
3.1纳米技术在拔牙麻醉上的应用
随着纳米技术的发展，口外医生可将纳米粒子活性麻醉剂悬液直接涂布在牙龈和牙龈沟内，在声学信号或程序化的化学反应链的指引下，经牙齿的薄弱区牙颈部，药物通过牙本质小管到达牙髓腔，达到无痛麻醉，给患者减少疼痛和恐惧感。
3.2纳米复合体材料修复骨缺损
羟基磷灰石作为新兴的材料，可大量用于口腔骨组织缺损的修复，如牙槽骨再造、牙周骨组织缺损、颌骨囊肿等。纳米羟基磷灰石的晶体无细胞毒性，生物相容性好，故认为其是多种口腔疾患造成天然骨质缺陷最好的替代物。纳米羟基磷灰石材料既可作为骨形成的支架，而且还对骨细胞有引导的作用。有学者用纳米羟基磷灰石复合胶原植入术，对牙周病造成骨组织缺损的患者进行临床治疗及疗效观察，取得令人满意的临床效果。羟基磷灰石复合胶原与周围组织相容性好，其组成和构造跟天然骨相似，本身无细胞毒性，对牙周膜细胞的生长和新生骨的形成有促进作用，故认为它是一种良好的组织工程支架材料。
3.3纳米控释系统在肿瘤治疗中的应用
纳米控释系统包括纳米粒子和纳米胶囊，它们直径在10～500nm之间。药物可以通过吸附作用、附着作用位于粒子表面或者通过溶解、包裹作用位于粒子内部。在外磁场的引导下，将磁性纳米颗粒作为药剂载体引导到肿瘤患者的患病部位，对病变部位进行定位治疗这样可以减少治癌药的毒副作用，提高药物疗效。作为抗恶性肿瘤药物的输送系统，纳米控释系统被认为是最有发展的应用之一。大量研究显示，具有纳米级的一些抗肿瘤药物，延长在肿瘤内停留时间，肿瘤生长缓慢，同时减少对组织器官的毒性和副作用，减少药物剂量。纳米脂质载体在肿瘤造影和成像等方面具有较好的优势，因为其对药物、基因、成影剂有较好的包封率。
4 结论
由此可见，纳米技术的快速发展，为口腔材料学的研究提供了一种全新的方法。使我们能以全新的思维模式在纳米水平来重新探索和研究材料的成份与结构，从而为口腔医学领域研制出更好更理想的口腔材料。
参考文献：
[1] 陈治清：口腔生物材料学 化学工业出版社 2009
[2] 刘秀丽，刘曦.复方羟基磷灰石充填根管临床疗效观察 西安医科大学学报 2010
第2篇：纳米科学和技术范文
关键词：纳米技术;纳米材料
前言
自从1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支开始，纳米技术便一步一步进入人们的生活。纳米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之间的物质组成的体系运动规律和相互作用，以及实际应用中的技术问题的科学技术。从材料的结构层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。纳米技术不是一门单一的新型学科或者技术，它广泛应用于各类学科中，其中在机械工程中的应用对于机械工程学科的技术变革起到了不可估量的作用。纳米技术运用到机械方面尤其是产生了微型机械技术已经成为21世纪研究的核心技术，很多国家在纳米技术上开始了越来越多的研究。
1.关于纳米技术
所谓的纳米技术就是指用单一的分子、原则制造物质的一种科学技术，纳米科学技术已经成为了将很多现代的先进科学技术作为了基础科学技术，并且成为了现代科学和现代技术进行组合的重要产物之一，现代科学主要包括分子生物学、介观物理、量子力学和混沌物理，现代技术主要包括核分析技术、扫描隧道显微镜技术，微电子技术以及计算机技术，纳米技术一定会引发起一系列的全新的科学技术，比如纳米机械学、纳米材科学以及纳电子学等等。
2.微型纳米轴承
在没有纳米技术之前，轴承的体积都很大，因此会有较大的摩擦力，一般都是依靠油减少摩擦力，但减少并不意味着可以避免摩擦力。运用纳米技术开发的微型纳米轴承几乎没有摩擦力，美国科学家研制的这种微型轴承具有两个明显的特点，首先是非常小，该轴承的直径仅有一根头发的万分之一，而运用在机电系统中的其直径更是只有1nm。仅有微型机械的千分之一。其次，几乎没有摩擦力，这种纳米微型轴承的摩擦力比起以往研制的微型轴承，纳米微型轴承的摩擦力都不到其最小值的千分之一。
3.纳米材料运用
合肥大学研制成功了纳米新型陶瓷刀具，这标志着利用纳米材料制作新型金属陶瓷刀具的问世。这项研究史载金属弹词中加入了纳米氧化钛从而细化品粒。因为对于品粒的细化可以增加材料的硬度和甚至断裂任性。同时，这种纳米技术的应用也大大优化了其力学性能，纳米材料加入到传统的金属陶瓷中对其力学性能来说是个很大的提供，刀具的寿命也提高到2倍以上。
4.纳米耐磨复合涂层的应用
由于纳米材料的颗粒之间往往都存在着库仑力、范德华力，有些颗粒甚还与化学键结合，这也就导致了陶瓷的颗粒极其容易团聚，并且颗粒之间越小其进行的团聚就越紧，也就使其应有的性能很难得到充分的发挥，这个问题也就能够通过施加机械能和化学作用这两种力式来进行解决，但是，硬团聚的颗粒之间紧密结合，仅仅通过化学作用是远远不够的，必须要对其辅助很大的机械力，这些机械力主要包括剪切力和撞击力。
5.纳米技术马达
纳米技术马达的最新一代是由一家美国公司生产的，Mano Muscle公司生产这款纳米技术马达首先亮世于中国的深圳，从体积方面测量，新一款的纳米技术马达仅有传统电磁马达体积的二十分之一。其功率能够负载大约四千克的重量，使用寿命更是达到了100万次，性能如此良好，但其长度却不到一根火柴杆的长度。该马达通过采用纳米技术制造的智能材料，将传统的铜、铁、磁等材料替代，因此，新一代的马达相比于传统马达具有许多优点。重量更轻，几乎没有噪音，而制造成本也更低。目前这种微型马达在机械中的运用并不是很广泛，主要运用于汽车的电动车窗方面。
6.纳米磁性液体用于旋转轴的动态密封
通常静态的密封都是采用橡胶、塑料或金属等材料制成的“O”形环作为密封元件。旋转条件下的动态密封一直是未能解决的问题，无法在高速、高真空条件下进行动态密封。纳米技术的出现促进了磁性液体密封技术的产生。南京大学已试制成水基、烷基、二脂基、硅油等多种类型的磁性液体。在电子计算机的硬盘转处已普遍采用磁性液体的防尘密封，除此之外磁性液体还可于制造新型剂，巧妙利用磁场原理改善效果。纳米技术在机械工程中的应用举不胜举，通过以上这些新型技术的产生，我们不难看出纳米技术对于机械工程的发展有着深远影响。同时，相对于传统机械工程来说，也正是因为纳米技术有很多优势才能取得这样显著的成果。
6.1纳米磁性液体在旋转轴中应用的尺寸效应
在纳米技术领域，其显著成果之一就是在旋转轴中，对传统的尺寸单位进行了缩小，以前的计量单位级为毫米，而今则是纳米级，而1纳米仅相当于1毫米的百万分之一，如果运用在机械工程之中，那么机械的体积会因为纳米技术的应用而极大的降低，在此基础上就有了微型机械为代表的新型机械的诞生和生产。实际上，这种微型化并不仅仅是单纯意义上的尺度上发生了重大变化，而更多的是指可以成批进行制作生产微传感器、集合微结构、微驱动器、微电路等处置装置于一体的微型机电系统。
6.2 纳米磁性液体在旋转轴中应用的摩擦性能
纳米技术最为显著的一个特征就是其摩擦性能，在机械工程中，特别是结构和尺寸比较大的机械，由于摩擦力的影响，各种轴承对会因摩擦出现损伤，对机械的磨损非常严重。而纳米材料，则几乎处在一种无摩擦的状态，非常好的克服了摩擦的问题。
6.3 纳米磁性液体在旋转轴中应用的材料以及多元化
纳米技术的应用使原材料能够以一种更加微小的形态出现，而且性能强大。其首先不仅改良了传统的材料，同时通过采用纳米科技，更多更新的新材料也不断涌现。磁性液体密封技术证明了磁性液体能够能够被磁场控制的特性，另外在材料的应用过程中，通过向其添加一定的微量元素，还能够使材料获得更好的效果。
7.结语
纳米材料在机械工程中改变甚至颠覆了传统模式的运转，显示了其强大的科技含量，但是在其运用中，我们仍有很多方面亟待解决：如何准确表征纳米材料的各种精细结构;怎样从结构上分析、解释纳米材料的新特性;能否利用某种标准来预测微区尺寸减少到多大时，材料表现出特殊的性能等等。对于这些问题，我们仍需深入研究，以便纳米技术更好地服务于机械工程领域。
参考文献：
第3篇：纳米科学和技术范文
[关键词]纳米机器人；纳米科技；生物医学
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.32.068
随着纳米科技的不断发展，产生了纳米机器人技术，研制可编程的纳米机器人。纳米机器人涉及分子仿生学和电子控制技术的范围，以分子水平的生物学原理来设计研制出可对纳米空间级进行操作的“功能分子器件”，研发出能操控生物分子的纳米级结构，突破了传统机器结构的限制，纳米机器人的研发已成为当今科技的前沿热点，具有较强的创新性和前瞻性，备受世人瞩目，具有广泛的应用前景。
1 国内外研究现状
近年来，国内外对纳米机器人的研究越来越热，并取得了一定的进展，部分国家已经研制出纳米机器人的样机。美国在纳米机器人的设计和研究领域处于世界领先水平。纽约大学的科学家研制出一个双足分子机器人，该机器人可以运送原子，可以作为精密医学的工具。加利福尼亚大学的科学家研制出一种能够凭借自身生长的肌肉行走的微型机器。科学家将鼠心肌细胞附着在约200μm长的硅制框架上，这些心肌细胞在接近自然状况的培养环境中生长分裂，长成了约100μm的肌肉，这些肌肉吸收溶液中的葡萄糖后就能够自主收缩和舒张，从而带动硅制框架缓慢向前行走，形成了微型机器人，为纳米机器人动力系统的研制提供了有效方法，这种方法在医学上能够用来清除血管内的脂肪斑。哥伦比亚大学研制出一种 “纳米蜘蛛”微型机器人，该机器人只有4nm大小，由DNA分子构成，能够跟随DNA的运行轨迹移动，在二维体表面可以行走100nm，可用于医疗领域，进行疾病诊断、协助手术过程、清理血管垃圾等。加拿大、法国、日本、瑞士、以色列、德国等国也在纳米机器人领域开展了富有成效的研究工作。加拿大蒙特利尔理工大学在纳米机器人的运动控制方面取得了进展：在计算机控制下，成功地引导了一个微型装置在活体动脉内以10cm/s的速度运动。法国国家科研中心则成功地利用特种显微镜仪器，让一个分子做出了各种动作。日本东京大学的科学家成功地将2个分子机器人组装在一起，形成了一个分子机器复合体，紫外线和可见光能够为这个超微型分子机器提供动力。利用光的控制，这个分子机器人能够充当“机器人外科医生”，可穿行于人体血管以及杀死癌细胞。瑞士苏黎世实验室和巴塞尔大学、韩国等都研制出了不需要电池的纳米机器人，为纳米机器人未来在医疗中的应用拓宽了方向。以色列的科学家发明了一种只有几毫米大小的微型机器人，该机器人能够凭借细小的附属肢体在血管里附着和移动，科学家通过在病人体外制造磁场来控制这些附属肢体的动作，所制造的磁场能够使微型机器人的肢体发生振动，并且在血管中进行运动。在纳米加工或操作的自动化装置方面，德国曾经研制出具有信息处理、导航和通信能力的微型直升机，这种基于多方面纳米技术的微型飞机可以旋停、低飞、高飞，可以实现侦察、引导导弹攻击目标等功能。我国纳米机器人的研究工作开展不多，研究工作主要集中在沈阳、重庆、上海、北京等地，其中北京在生物纳米机器人的部分领域已经达到国际先进水平。
当前生物纳米机器人研究工作已从第一代生物机械简单结合系统（例如用碳纳米管作结构件，分子马达作为动力组件，DNA关节作为连接件等）发展到第二代由原子或分子装配的具有特定功能的分子器件（例如直接用原子、DN断或者蛋白质分子装配成生物纳米机器人），未来还将向第三代包含纳米计算机在内的进行人机对话的操控性纳米机器人发展。第三代生物纳米机器人目前还处于设想阶段。目前，在全世界范围内用于严格意义上纳米加工或操作的自动化装置发展较少，包括以环境扫描电镜为平台的多功能微纳操作、表征及微加工系统等，能对微小零部件进行纳米级加工的“纳米车床”等主要还停留在概念设计阶段。
2 纳米机器人
一般认为，纳米机器人是根据分子水平的生物学原理为设计原型，在纳米尺度上应用生物学原理，研制可编程的分子机器人。它是纳米机械装置与生物系统有机结合的产物。当人体某个部分感染时往往会服用或注射抗生素，但是抗生素在血液里会被稀释，真正起到治疗效果的只有一小部分药物，大部分人则可以直接把小剂量的药物送至感染部位，减少了副作用，还提高了治疗效果。在生物医学上，科学家还利用纳米技术制造纳米机器人，让它在人的血管网络中漫游，进行巡逻和检查，尽早发现异常细胞，而且可以对人体内细胞组织进行修复。它不仅可以完成早期诊断工作，更重要的是可以充当微型医生发挥治疗作用，解决传统医生难以解决的问题，如：杀死癌细胞、疏通血栓、清除动脉脂肪沉积物等。这种简单的机器人，可以是一个人造红细胞，约由1800 万个主要是碳的原子构成，能模仿正常的充满血红素的血红细胞行为，该装置上的压力传感器可接收医生的信号，在人体内的它们还可以实时监测人体在不同条件下的各类信息，如不同时间人体内不同位置处的各类化合物的水平，从而形成动态图像，形成了一种新的医学成像方法。纳米机器人还可以用来为人体器官做手术、为脑部动手术等。
3 纳米机器人的应用
目前，纳米机器人尚在研究开发阶段，但其潜在应用十分广泛，主要体现在医疗和军事上。
3.1 纳米机器人在医疗上的应用
在生物医学上，纳米技术具有无限的潜力，纳米机器人的研制成功成为纳米研发领域的骄傲。纳米机器人不但能够修复细胞与基因，还能够清除体内垃圾、养护血管。
（1）细胞与基因的修复。随着人类对物质控制能力的不断进步，分子大小的机械部件将会诞生，它们可以组装成比细胞还要小的微型机器。人工制造的“细胞修复机”在纳米计算机的操纵下，可以对原子逐个进行操作，修正DNA的错误，维护个别细胞的成分，从而达到对整个基因细胞的修复。
（2）清理体内垃圾。人体是一个保持自然平衡的有机体，新陈代谢的过程可以起到吸收新鲜养分、排除有害物质的作用。但有时候人体自身平衡出现问题，无法实现自我平衡。例如，人体铅、汞中毒后，机体无法排出，也无法分解这些元素。这时，如果让纳米机器人进入体内，就会极具目的性地把这些有害物质清出体内，使人体恢复自然平衡。
（3）养护血管。人体的脑部血管有些地方天生脆弱，平时很难被察觉，但在意外情况下，可能会突然发生破裂，导致脑溢血。如果让纳米机器人事先进入血管，仔细检查，并且一一修复那些脆弱血管，就可以避免这类悲剧的发生。有时血管中会产生血栓，堵塞血液正常流动。如果将纳米机器人导入血管，可以把血栓打成小碎片，避免血栓的进一步扩大。
3.2 纳米机器人在军事上的应用
世界各国的军备竞赛已经延伸到了纳米领域，各国都在探索利用纳米技术进行军事装备的升级与改造。多国已经开展了有关纳米机器人在军事应用上的探索，主要体现在以下几个方面。
（1）用于传统的武器装备中。纳米机器人用于传统的武器技术装备，能够改善装备材料、工艺、控制系统、制导系统、运输和储存方式，提高传统武器技术装备的技术性能，使作战装备的杀伤效能得到有效提高。
（2）用于开发新的人体作战手段和方式。特殊的纳米微型组件能够堵住人体的脸、鼻、口、眼或粘住手、脚等，利用其这一特性，可以限制敌军的活动。
（3）研制纳米武器。纳米武器是纳米机器人在军事应用上的另一个研究热点，如果将纳米武器注入到人造或杂交的昆虫体内，昆虫便将这些纳米武器传播到敌国军民的身体中，造成巨大的杀伤力。同时，纳米机器人还可通过自我复制或自我繁殖的方法迅速在敌方阵营中扩散。随着纳米武器的诞生和大量运用，传统的作战方式不断更新，纳米技术水平的高低对战争的胜负影响越来越大。
4 纳米机器人发展的前景展望
在21世纪，纳米科学技术将成为科学技术发展的主流。纳米机器人的发展是化学、物理、生物、工程、医学、材料科学等多门学科发展的结果，必将促进21世纪科学技术大军的跨学科教育。纳米机器人将对21世纪初的经济与社会产生深刻影响，也许可与信息技术、细胞生物学、遗传生物学与分子生物学的影响匹敌。从应用的范围和潜力方面讲，无论是军用还是民用，纳米机器人的未来是不可估量的，由于其不同的功能，高表面积与体积比，纳米结构对于化学和生物传感器、医疗设备、触媒、光电材料和纳米元件非常重要。多种材料选择加上不同的合成策略，产生了不同形态的纳米材料，如纳米级薄膜、纳米线、纳米管、纳米带、纳米粒子和纳米多孔结构等。这种多功能的和多成分分层的异晶结构是非常有用的，必将在许多方面影响我们的生活，从纳米汽车到纳米电子技术，随着纳米机器人技术逐渐产业化和日趋成熟，其产业化和市场化的前景是十分可观的。
5 结 论
随着科学技术的不断发展，纳米机器人已经与信息技术、生命科学技术等一起成为科学技术进步的重要方向。纳米机器人的设计与制造已成为世界上人们关注的热点，成为21世纪科学技术进步的发展动力。纳米机器人的发展方向是多种技术的综合应用，以实现各种技术的优势互补。因此要想通过纳米机器人的研发带动纳米技术的整体蓬勃发展，还需要研究人员不断开拓创新，逐一解决研发中的各种问题，为早日突破纳米机器人技术占领世界技术至高点奠定基础，最终使纳米机器人早日走入人民生活，造福人类。
参考文献：
[1]顾宁，黄岚，张宁，等.制造纳米电子器件的技术途径[J].华北工学院测试技术学报，2000，14（4）：241.
[2]付宏刚，刘克松，王江，等.功能纳米结构的组装[J].哈尔滨工业大学学报，2005，37（5）：978.
[3]崔铮，陶佳瑞.纳米压印加工技术发展综述[J].世界科技研究与发展，2004，26（1）：7.
[4]王素娜，江国庆，游效曾，等.无机分子纳米材料的研究进展[J].无机化学学报，2005，21（1）：1.
第4篇：纳米科学和技术范文
关键词：纳米技术；食品科学；应用
一、纳米技术
自从上个世纪90年代出现纳米技术后，在纳米技术领域的新概念、新名词、新材料不断涌现，使得人们对纳米技术的理解不够透彻，对其研究也处于初级阶段。其实，纳米技术是一门基础研究与应用研究多学科交叉的科学，不管是在原子、分子或者是在超分子角度上对其分析，纳米技术都堪称是一项新的、空前的技术创新，对今后物理学的发展起着重要作用。纳米技术的目标主要是根据纳米结构所具有的特性和功能，结合人们的需求，对材料进行加工，并制造具有特定功能的产品，给人们带来全新的技术革命。此外，在设计过程中在原子、分子的水平上运用纳米技术进行材料设计，进而制造出具有全新性质和各种功能的材料，从而满足人们日益增长的生活需求。
二、纳米食品的概述
所谓纳米食品，指的是在食品加工、生产或包装过程中采用了纳米技术手段的食品。但是，纳米食品不仅仅是采用纳米技术将食品的尺寸加工至纳米级别，也涉及到通过纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。从而使经过纳米技术加工的食品在营养、吸收等方面会很大的提高，在这方面应用最广泛主要有维生素制剂、钙、硒等矿物质制剂、豆奶与纳米添加营养素的钙奶茶等。但是，由于人们对纳米技术研究的局限性决定了纳米食品也存在一些问题，从而使得纳米食品的安全日益受到人们的关注。因为，在纳米食品生产过程中主要采用球磨法使食品的尺寸变小而达到纳米级别，从而不可避免地产生粉料污染，同时，纳米技术给食品所带来的危害与不利影响等，目前我们还无法预测，难以判断纳米材料是否对人体有害。目前，我国乃至国际上的纳米食品行业还没有形成一个统一的、有效的标准，无法对纳米食品进行安全性评价，也不利于食品健康的管理与监控。此外，据研究部分纳米食品存在一些有害成分，采用球磨法对食品进行加工，所制备得到的纳米粉末更容易进入细胞甚至细胞核内，进而对人体所产生的危害也没有研究清楚。
三、纳米技术在食品科学中的应用分析
1.微乳化技术和纳米胶囊制备技术
所谓的微乳液，就是通过将两种互不相溶的液体形成的吉布斯自由能最小、状体均匀并且稳定，各向同性、粒径大小为l～100纳米、外观透明或半透明的分散体系，而制备该微乳液的技术也称为微乳化技术。自从上个世纪末以来，人们加大对微乳理论和应用的研究，并将微乳化技术已应用于纳米颗粒、微胶囊和纳米胶囊的制备。采用纳米技术，将微胶囊制备成具有粒径大小在10～1 000纳米尺寸的新型材料。由于纳米胶囊颗粒微小，形成胶体溶液，易于分散和悬浮在水中，并形成清澈透明的液体，从而使所载的药物或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，进而有利于提高疗效的目的，增加药品生产效率。
在食品包装行业，纳米技术的应用最为普遍，并且该技术能给人们带来极大的利益。因为，在包装材料过程中，只需加入一定的纳米微粒就能够有效地增加包装材料的抗菌性能与密封效果，从而更好地为食品包装提高质量安全保障。同时，在冰箱制造行业也能看到纳米技术的应用情况，通过纳米技术能够有效地生产出一些抗菌性的冰箱，从而满足人们日常生活需求。此外，由于纳米材料的尺寸微小（纳米级别），并体现出特殊的功能，在食品包装过程中加入一定的纳米微粒有利于改变对现有包装材料的性能，从而进一步保证食品的安全。甚至已有不少人研究纳米技术在玻璃和陶瓷容器等领域的应用，通过加入纳米颗粒，可以有效地增加了脆性材料的韧性与强度，还可以有效地吸收紫外线防止塑料包装由于时间过长而出现老化、变质等现象，进而增加食品包装的使用寿命，促进食品包装行业的发展。
2.纳米技术在超细微粒和纳米粒子制备中的应用
在当今的高新技术研究领域中，超细微粒尤其是纳米粒子已经成为人们研究的热门方向，并是当今急需加大研究投入的领域。经过超细化处理后的物质，粒子之间的接触面积增大，比表面积也大大增加，界面能显著提高，表面能会发生巨大变化，从而显现出独特的物理与化学性能。通常情况下，制备超细粒子的方法为超细碾磨法，例如市场上比较普遍的具有强抗氧化性的超细绿茶粉与具有强结合水能力的超细面粉等。研究表明，粒子越小越有助于人体的吸收消化，约1 000纳米的超细绿茶粉呈现出较好的营养消化和吸收率，其营养价值大大超出普通的绿茶粉。又近年来迅速发展起来的新技术――超临界流体制备超细微粒技术，也属于纳米技术制备超细粒子的范畴，该技术可以较准确地控制结晶过程，对粒子尺寸进行精确的控制，从而生产出的超细微粒粒径小且粒度分布均匀，该技术在医疗药物制造行业较为普遍，具有诱人的应用前景。
3.纳米技术在食品检测中的应用
随着计算机技术的飞速发展，使得纳米传感器技术也得到了惊人的发展，并已在食品安全监测中得到广泛的应用。所谓纳米生物传感器技术，采用选择性结合靶分子的生物探针，对食品进行安全监测的技术。因为，纳米材料本身就是非常敏感，对于不均匀的生物与化学物质反应灵敏，将纳米技术与生物学、计算机技术、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件，并提高食品安全监测效率。例如与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加简便、高效的纳米生物传感器。近年来，人们通过纳米生物传感器技术可以实现对食品安全、临床诊断与治疗的快速、有效、灵敏地检测。例如，在传统的检测领域，尤其是监测微量细菌时需要扩增或富集样本中的目标菌，从而无形中增加监测步骤，同时过程繁琐而费时费力，然而，利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器，不仅能够大大减少检测所需的时间，还可以提高检测的灵敏度，进而提高监测效率与精确度。
四、结语
综上所述，由于纳米材料发展比较晚，各方面的研究还不够完善，纳米技术也存在一些不足和缺陷。但是，这并不影响纳米技术在食品工业中的应用，随着人们对纳米技术研究的不断深入，我相信在不久的将来纳米技术将会引发一场新的食品科学的革命，为食品行业带来巨大的经济效益与发展空间，也会使人们的饮食结构和生活方式发生巨大的变化，引领人们走进一个全新的食品行业，进而提在很大程度上提高人们的生活水平。
参考文献：
第5篇：纳米科学和技术范文
Abstract: Nano technology research and development is a major breakthrough for technology development and has been applied in all areas of society. Using nano technology in mechanical engineering is its core. Its performance are in many aspects. This article attempts to show off the application of nano technology in this area from examples, and comes to the change of traditional mechanical engineering.
关键词: 纳米技术;纳米材料;摩擦性能
Key words: nano technology;nano-materials;friction properties
中图分类号:TH16 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)29-0143-01
0引言
自从1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上,正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支开始,纳米技术便一步一步进入人们的生活。纳米科技是研究由尺寸在0.1~100 nm之间的物质组成的体系运动规律和相互作用,以及实际应用中的技术问题的科学技术。从材料的结构层次来说,它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。纳米技术不是一门单一的新型学科或者技术,它广泛应用于各类学科中,其中在机械工程中的应用对于机械工程学科的技术变革起到了不可估量的作用。纳米技术运用到机械方面尤其是产生了微型机械技术已经成为21世纪研究的核心技术,很多国家在纳米技术上开始了越来越多的研究,在机械工程方面对于纳米技术的应用主要有以下几方面。
1微型纳米轴承
传统的轴承体积较大,摩擦力也只能靠来减少,但仍不可避免。美国科学家研制的这种几乎没有摩擦的微型纳米轴承主要有两个特点:第一是微型,他的直径只有一根头发的万分之一,应用在机电系统的微型轴承更是只有1nm,是微型机械的千分之一大小。第二是极小的摩擦力。若轴承体积小,那么套在一起的管子之间的摩擦力便会暴露出微型轴承的弱点,摩擦力大时甚至无法使用。这种纳米轴承与通常制造的微型机械的轴承相比,摩擦力仅为其最小值的千分之一。
2纳米材料运用
合肥大学研制成功了纳米新型陶瓷刀具,这标志着利用纳米材料制作新型金属陶瓷刀具的问世。这项研究史载金属弹词中加入了纳米氧化钛从而细化品粒。因为对于品粒的细化可以增加材料的硬度和甚至断裂任性。同时,这种纳米技术的应用也大大优化了其力学性能,纳米材料加入到传统的金属陶瓷中对其力学性能来说是个很大的提供,刀具的寿命也提高到2倍以上。
3纳米技术马达
新一代的纳米技术马达是由美国Nano Muscle公司生产,这种微型马达首次在深圳面世,该产品体积只有传统电磁马达体积的二十分之一,长度甚至比火柴杆还短,却能负载四千克的重量,寿命可达100万次。这种马达主要是用纳米技术制造的智能材料代替传统的铜线圈和磁铁,因而比传统马达更轻、成本更低,同时噪音很低,可以成为世界上最静音的马达。这种微型马达在机械中运用不多,主要用于玩具和汽车的电动车窗,这项研究也已在深圳进行研发和生产。
4纳米磁性液体用于旋转轴的动态密封
通常静态的密封都是采用橡胶、塑料或金属等材料制成的“O”形环作为密封元件。旋转条件下的动态密封一直是未能解决的问题,无法在高速、高真空条件下进行动态密封。纳米技术的出现促进了磁性液体密封技术的产生。南京大学已试制成水基、烷基、二脂基、硅油等多种类型的磁性液体。在电子计算机的硬盘转处已普遍采用磁性液体的防尘密封,除此之外磁性液体还可于制造新型剂,巧妙利用磁场原理改善效果。纳米技术在机械工程中的应用举不胜举,通过以上这些新型技术的产生,我们不难看出纳米技术对于机械工程的发展有着深远影响。同时,相对于传统机械工程来说,也正是因为纳米技术有很多优势才能取得这样显著的成果。
第一,纳米技术的尺寸效应。纳米技术的主要效果之一便是缩小了传统尺寸的单位,将毫米进化为纳米,一纳米相当于十亿分之一米。纳米技术应用在机械中,可以大大降低机械的体积,从而形成了新型机械――微型机械。这种不是传统机械单纯地在尺度上微小型化,而通常是指可以成批制作的集合微机构、微驱动器、微能源以及微传感器和控制电路、信号处理装置等于一体的微型机电系统。他们大部分都是运用纳米技术的成果,因而它远远超出了传统机械的概念和范畴,而是基于现代科学技术,并作为整个纳米科技重要组成部分和用一种崭新的思维方式与技术路线指导下的产物。
第二,纳米技术使材料多元化,应用多元化。纳米技术是原材料形成更微小的形态,功能也更加强大,不仅能改良传统材料,又能源源不断地产生出新的材料。磁性液体密封技术便是证明,利用磁性液体可以被磁场控制的特性,将纳米单位的液体置于磁场之内,从而达到密封的效果。同时在材料运用中可将微量的元素融入到基础材料中,达到更好的效果。纳米复合氧化锆是成功应用在工业上的纳米材料,这种材料提高了材料的耐高温性能和导氧及储氧功能,因此广泛运用于汽车发动机系统中。
第三,纳米材料摩擦性能。纳米技术最显著的特性就是其擦性能,在机械中,各种轴承等都存在着摩擦,但是纳米材料的出现,使得各类机械结构尺寸便小,同时对于过小的零件,摩擦力便显的尤为重要,摩擦力如果相对较大,则零件便会造成磨损。但是纳米技术也同样克服了这一问题,现已出现纳米材料几乎无摩擦的状态。美国科学家研制的这种微型纳米轴承可在运动是无磨损和撕裂,达到了理想的效果。
第四,纳米技术节能效果。纳米技术实现了“小材大用”,带来的又一优势便是节能和环保。在纳米技术的应用中,产生了很多新型材料,它们减少了很多不必要的消耗,使得传统的机械工程中需要的大量材料迅速降低,对于原材料的节约起到了惊人的效果。德国不莱梅应用物理所已研制成功并且申请了一项专利,即用纳米Ag代替微米Ag制成导电胶,可节省Ag粉50%,用这种导电胶焊接金属和陶瓷,涂层不需太厚,而且涂层表面平整,效果理想。
纳米材料在机械工程中改变甚至颠覆了传统模式的运转,显示了其强大的科技含量,但是在其运用中,我们仍有很多方面亟待解决:如何准确表征纳米材料的各种精细结构;怎样从结构上分析、解释纳米材料的新特性;能否利用某种标准来预测微区尺寸减少到多大时,材料表现出特殊的性能等等。对于这些问题,我们仍需深入研究,以便纳米技术更好地服务于机械工程领域。
参考文献:
第6篇：纳米科学和技术范文
【关键词】纳米技术 纳米材料 食品安全
1 纳米技术的概述
纳米技术是20世纪末兴起并迅速发展的N高科技技术，随着研究的深入和科学的发展，纳米技术已经日趋成熟并广泛的应用于各种领域，近年来纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业，在此技术上开发、生产了许多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品，纳米材料在食品安全上也发挥着越来越重要的作用。
纳米是一种几何尺寸的度量单位，一纳米为百万分之一毫米，即十亿分之一米的长度。以纳米为基础的纳米技术在20世纪90年代初起得到迅速发展并先后兴起了一系列的像纳米材料学、纳米电子学、纳米化学、纳米生物学、纳米生物技术和纳米药物学，纳米技术就是一种多学科的交叉技术，最终实现利用纳米机构所具有的功能制造出有特殊功能的产品和材料。因此，利用纳米技术制造出来的材料就具有微观性和一些普通材料所不具有的功能。
随着纳米技术的发展，纳米食品生产也取得了很大的成就。目前，纳米食品产品超过300种，一些带有纳米级别添加剂的食品和维生素已经实现商业化。据预测纳米食品市场在2010年将达到204亿美元，因此纳米技术在食品上的研究有着很大的发展潜力。
2 纳米技术在食品上的研究和应用
纳米技术在食品上的研究和应用主要包括纳米食品加工、纳米包装材料和纳米检测技术等方面。
2.1 纳米技术在纳米食品加工中的应用
所谓纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品。纳米食品不仅仅是指利用了纳米技术的食品，更大程度上指的是纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。尤其是利用纳米技术改造过结构的食品在营养方面会有一个很大的提高，在这方面应用最广泛主要有钙、硒等矿物质制剂、维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶等。
然而纳米食品也存在一些问题，首先由于对于纳米食品的加工主要是球磨法，这就使得在纳米食品生产的过程中容易产生粉料污染，同时现有的纳米技术也会产生成材料的功能性无法预测，纳米结构的稳定性不高等问题。纳米食品还存在另外问题那就关于纳米食品的安全检测并没有个一个同一的标准。目前，国际上尚未形成统一的针对纳米食品的生物安全性评价标准，大多数是短期评价方法，短期的模型很难对纳米食品的生物效应有彻底的认识。而部分纳米食品存在一些有害成分，并且经过纳米化后，这些物质更加容易进入细胞甚至细胞核内，因此副作用也就越大，而这些由于安全检测的标准不统一可能在检测的时候检测不出来，因此纳米食品的安全标准有待进一步统一。虽然纳米食品存在一系列的问题但是纳米技术在食品包装和保险技术中却得到了很好的应用。
2.2 纳米技术在食品包装中的应用
首先，在已有的包装材料中加入一定的纳米微粒可以增加包装材料的抗菌性从而产生杀菌功能。目前一些冰箱的生产技术中已经应用了这种技术生产出了一些抗菌性的冰箱。
其次，由于纳米材料的特殊性质，加入一定的纳米微粒还可以改变现有的包装材料的性能，从而进一步保证食品的安全。目前，部分学者已经成功的将纳米技术应用于改进玻璃和陶瓷容器的性能，增加了其韧性。同时，由于纳米微粒对紫外线有吸收能力，因此在塑料包装材料中加入一些纳米微粒还可以防止塑料包装的老化，增加使用寿命。从而为食品生产提供了性能更加优越的包装容器。
第三，由于纳米材料的力磁电热的性质，使得纳米材料有着优越的敏感性。一些学者已经在研究将纳米材料的敏感性应用到防伪包装上面并取得了一定的成就。新的防伪包装的产生，无疑能够进一步加强普通食品和纳米食品的安全。
第四，经过研究发现纳米技术和纳米材料的一些性能能够很好地解决食品的保鲜问题。经过研究发现传统的食品保鲜包装，在起到保鲜功能的同时还能够产生乙烯，而乙烯又反过来加剧了食品的腐蚀，因此可以说传统的食品保鲜包装并没有能够很好的起到保鲜功能。在纳米技术在研究过程中，发现纳米Ag粉具有对乙烯进行催化其氧化的作用。所以只要在现有的保鲜包转材料中加入一些纳米Ag粉，就可以加速传统保鲜包装材料产生的乙烯的氧化从而抑制乙烯的产生，进而产生更好的保鲜效果。
结语
综上所述纳米技术虽然还有一些不足和缺陷，但是经过多年的研究和发展纳米技术已经取得了很大的进步和发展，并且已经开始应用于生产和生活领域。纳米技术和纳米材料以其特殊的性能不仅能够生产出性质更加优越的纳米食品，同时通过改善包装材料还可以进一步提高食品的安全。
参考文献
[1]杨安树，陈红兵.纳米技术在食品加工中的应用[J].食品科技，2007（9）
第7篇：纳米科学和技术范文
【关键词】消防技术；纳米技术；绿色环保
社会经济的增强，使得人们对环保、绿色、新型、科技等的环保发展道路越来越关注。当然，对于如何建立新型消防技术设备成为国家科技人员值得研究创新的问题。科学的火灾研究系统设备是创新新型消防技术研究的基础，实现高效清洁的消防，避免消防过程中消防设备对周边环境和造成破坏等问题需要消防技术的不断创新。
1、现代消防技术对环境的影响
1.1 水污染，现代火灾消防使用的消防水里面含有化学污染物，能起到很好的灭火作用，但是这些水排入河流、鱼塘、树林等，会造成树木大批死亡，河流污染严重，水中的生物无法生存。对生态环境造成严重的破坏。所以，各种现代消防水的不同泄露物和不同的灭火剂给消防污水处理加大了难度，这些水如果处理不当就会形成水体污染，给人们生活会带来困扰。
1.2 空气污染，随着人们消防意识的不断增强，人们在建筑物中加入一些阻燃剂，防止易燃物燃烧，但是这种阻燃剂在发生火灾后，燃烧的气体在空气中形成一种致癌气体。如果火灾现场防护措施不周密，这种致癌气体吸入体内造成的死亡率比火灾中的死亡率更高。
因此，新型、绿色，环保的消防技术是未来社会发展的必然趋势，以此降低空气中的污染气体，减少水污染。
2、纳米技术的发展应用
进入21世纪后，纳米技术的应用越来越受人们的青睐，各领域的开发，研究已是屡见不鲜，但是持续发展创新的空间依然是备受关注，经科学家商讨，纳米技术在未来社会中将会被普及应用，发展前景广阔。
2.1 纳米技术在消防装备中的应用研究
科学家研究过程中发现：纳米材料制成的消防装备头盔能够耐高温，耐腐蚀的要求。防火服具有一定的隔热性，防毒功能，比较耐高温。利用纳米技术制成的防火服要比一般的钢铁强度高几十倍，消防工作人员传在身上比较柔软，在火灾现场也不用考虑被建筑物挂伤，被应建筑碰破等。经科学家讲解，利用纳米技术制成的头盔中装入体积比较小的计算机，能够在紧急大型火灾现场与指挥人员的技术支持系统进行数据传输。
纳米技术制成的防火服能够在任何恶劣环境下进行现场扑救，采用纳米技术的消防棒，喷水枪和 消防胶带都比较轻，在高层建筑火灾救助中，能减轻消防人员的消耗，大大提高了火灾救助效率。
2.2 纳米技术在防火材料中的应用
2.2.1 纳米技术灭火剂。将传统的干粉灭火剂制成纳米材料，由于纳米技术主要是对原子分子进行分析操作结合成一种新型的分子，利用在各种形式的人造结构中。使得含有纳米技术的干粉灭火效率明显提高，而且延长了储存期。
2.2.2 纳米技术阻燃剂。现代灭火中的阻燃剂普遍含有有毒物质，而且造成了火灾事故中的死亡率增大，所以采用纳米技术的阻燃剂尽心相应程度上的防护。目前用的最多的便是微米级的颗粒三氧化二锑，颗粒比较大，分散性强，不利于三氧化二锑阻燃性能发挥。但是聚合物层状的纳米复合材料不仅可以控制有毒气体的发生还具有较强的阻燃性，由于纳米材料颗粒的变小具有更好的延展性能。
2.2.3 纳米防火涂料。纳米防火涂料的重要组成部分：纳米三氧化二锑、氢氧化镁材料；纳米无机和无机纤维。具有很好的分布结构，耐高温，黏粘性强，具有共价键结合的符合树脂等的特点。经过特殊工艺加工，使其与树脂等材料充分复合，使得超薄材料在燃烧后具有高温强度。
2.2.4 纳米技术照明灯。利用纳米技术开发出的照明技术具有节能的特点，能够使用在个人装备上。
2.2.5 纳米技术火灾探测器。利用纳米技术的灵活性特点，将纳米技术制成探测器，定时探测周围环境中的有毒气体，蒸气，烟雾和易燃易易爆物的浓度。能够提高预报探测的效果，减少预报误差。
3、绿色消防产品
3.1 气溶胶：材料本身燃烧可以提供驱动能量；颗粒度比较小能够穿过障碍物在火灾空间中停留较长时间；能够全淹没方式灭火；能够用于密封空间和开放空间。但是气溶胶中的固体颗粒对灭火效率存在一定的影响。
3.2 细水雾：细水雾消防灭火技术最关键的是水本身在细水雾中发生的主要参数。细水雾的直径要求比较严格（
3.3 惰性气体：它的特点是无色、无味、无毒、无腐蚀等，可以说是真正的绿色产品，不会在火灾中对人体造成危害，也不会有任何化学反应。它利用的是惰性气体不容易发生化学反应的性能，释放在燃区中能破坏可燃物所需要的条件。
4、全面开展防火设计研究
尽管各种科研结果证明了现代消防技术创新可以利用纳米技术或是各种绿色消防产品，但是主要还在于消防知识的学习，消防技能的加强。对于安全的消防设计人们对火灾的科学认识好需要加深学习，对一些建筑物进行有效经济的安全消防，但是更符合实际更有效的消防安全工程研究还需要不断完善和发展，将监督消防工程趋于使用。
所以，国家部门组织专门的力量在积极学习外国的研究经验和做法，积极参与国外的研究活动：积极引导消防工作人员对国外科研成就的学习；开展消防安全工程模型评估，验证研究活动；建立国家级的消防安全工程数据分析库；研究火灾中人对或的反应行为和运动规律；确定火灾场景，设定火灾现场；开展灭火数学模型试验；对高层建筑中排烟窗的烟流量烟气流动规律，烟层计算等方法进行研究和探讨；研究不同流域火流量的计算方法和开发应用技术。
结束语
纳米技术是未来创新型消防技术发展的前沿技术，也是深受科学界认可的新型消防技术，不仅科学，而且环保，是绿色道路发展的需要，绿色消防产品的研发还需要进一步完善。
同时，我国消防人员的对消防知识的认识和学习需要不断借鉴和吸收国外研究成果。
参考文献：
[1]杜兰萍.转变观念发展科技创新管理努力建设一支现代化额的公安消防铁军[J].消防科学与技术.2011（12）.
[2]孙伯春.快速提升现代建筑火灾初始处置能力的思考[J].消防科学与技术.2011（6）.
第8篇：纳米科学和技术范文
研究分子层面的纳米技术，开始于150多年前，经过科学家们的不断努力，这项技术在最近十多年来取得了很多进展，那些在50年前还属于科学幻想的技术，如今正逐步变成现实。科学家们在微观世界领域尽展才华，研发出种类繁多的微型马达，在分子层面组装纳米大小的机器人，去执行人类在宏观世界无法实施的任务。
纳米马达以及以此作为原动力的纳米机器到底有何神奇之处，需要我们亲眼去看看。
会变色的杯子
将纳米材料应用于实际，古已有之，最著名的当属考古发现的古罗马时代的“莱克格斯杯”，距今约1 600年，是一只双色高脚玻璃杯，能够随着光线变化显示出不同的颜色。经过科学家研究才知道，玻璃材质里面掺杂了直径50纳米大小的金、银等金属颗粒，很显然，这个玻璃杯采用了与现代纳米科技相同的技术。然而，纳米技术虽然在1 000多年前就得以应用，但是人们对其机理并不清楚，直到最近20多年里，纳米技术才有了重大突破，并在很多领域得到广泛应用。
起初来自物理学家的构想
纳米技术包含的范围很广泛，除了纳米材料之外，如今最受关注的焦点技术领域就是纳米马达。我们总是幻想能够通过纳米机器人进入人的身体内部，修复受损的组织，与入侵的病毒作斗争，不再通过外科手术或者服用药物来治疗疾病，这也是未来医学的发展方向。然而，纳米机器人也需要驱动力，因此研发纳米马达是制造纳米机器人的第一步。
提出“纳米马达”这个构想的，是美国物理学家理查德・费曼，他在1959年12月份加州理工学院举办的美国物理协会年会上，发表了“物质底层大有空间”的演讲，还与同仁们打赌，声称没有人能够制造出尺寸小于400纳米的马达，赌金为1 000美元。
没想到仅仅过了一年，美国电气工程师威廉・麦克莱伦就制造出重量只有200微克、转速达到每分钟2 000转的电气马达，尺寸满足了费曼提出的苛刻要求。费曼的这次打赌虽然输了，却开创了纳米新技术时代。
强大的动力使者
那么什么是纳米马达呢？科技工作者给纳米马达的定义是“能够将化学能、光能、电能等转化为运动动能或者驱动力的纳米装置”。
纳米马达的尺寸都很小，一般为几个纳米或者几十纳米，具备很多优点，比如重量轻、体积小、输出推力大、功耗低、转化效率高等，为体感监测、纳米制造、纳米装配、纳米自组装和纳米驱动等技术领域带来革命性的进步，在纳米电子学和纳米医疗的定向精确输送药物方面，应用潜力和前景十分广阔。
庞大的家族
如今，纳米马达属于热门技术研究领域，研制的微型马达种类各异，形成了花样繁多、性能不同的纳米马达家族。
按照使用原材料的不同，可分为固体材料纳米马达和合成生物分子材料纳米马达，除此之外，纳米马达研究还有一个很重要的分支，那就是直接研究存在于生物体中的分子马达，并拿来直接使用，安装在纳米机器人中，为其提供动力。
第一类纳米马达以纳米管和纳米丝马达为代表。早在2004年，美国宾夕法尼亚大学化学教授阿尤斯曼・森带领团队利用铂金和黄金纳米微粒研制成功大小只有2微米的纳米马达，通过水中稀释的过氧化氢进行化学反应产生气泡来提供动力。这类纳米马达不需要外部磁场、电场和光场提供能源，也能克服纳米尺寸下的微粒受 布朗运动 的影响，而最大的缺点就是必须依赖水和过氧化氢，使其应用范围受限，不能在试管之外得到推广。第二类合成生物分子的纳米马达如今也已经取得了重大的技术突破，科学家们基于奇异合成分子，研发成功多种分子穿梭器和分子转子等纳米机械。
此外，还有按驱动方式将纳米马达分类的方法，可分为单分子酶类纳米马达和纳米泵，以及通过光电能驱动的纳米马达等。
终极目标――纳米机器人
研制纳米马达的最终目标，就是为了制造纳米生物机器人，按照技术发展的先后顺序，纳米机器人的研发可分为三代，也是三个由低到高、由简单到复杂的过程。第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合，结构部件用碳纳米管，动力构件用分子马达，关节用DNA构件；第二代纳米机器人直接利用原子或者分子，装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置；第三代纳米机器人则更进一步，在第二代的基础上安装上纳米控制芯片以及纳米计算机，为纳米机器人创造一个更加宽广的应用舞台。
绿色环保的动力来源
第9篇：纳米科学和技术范文
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
1.在催化方面的应用
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10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
2.在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
3.在其它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。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。版权所有
4.在医药方面的应用
21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米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，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，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。
微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。
纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。
