纳米材料论文精选(九篇)

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第1篇：纳米材料论文范文

1．1炭干凝胶的制备

传统炭凝胶的制备一般经过有机凝胶的形成、干燥和炭化过程3个步骤，炭干凝胶的具体合成步骤如下：首先采用间苯二酚和甲醛为原料在碱性催化剂下合成聚合物中间体，再经过进一步的交联形成空间网络状结构的气凝胶；然后在常压下直接蒸发干燥；最后在惰性气氛（氮气或氩气）或真空条件下高温炭化。经上述步骤制得的炭干凝胶具有比表面积大、导电性能好等特性。炭干凝胶是指在干燥步骤采用常压干燥的方式制备所得的材料。尽管常压干燥会引起材料孔道塌陷，但因其成本低廉成为近年来研究的热点。

1．2炭干凝胶的改性

近年来，国内外学者采用掺杂和复合的方法对炭干凝胶进行改性，改善并提升了其物理化学性质，使其更为广泛地应用于各个领域。

1．2．1氮掺杂炭干凝胶

Castilla等采用3－羟基吡啶等为氮源合成了氮掺杂炭干凝胶，研究结果表明，采用不同的原料配比和不同的炭化温度（500～900℃）可以得到一系列氮含量不同的炭干凝胶。Gorgulho等在间苯二酚和甲醛为原料的基础上，添加三聚氰胺和尿素为氮源，成功合成了氮掺杂炭干凝胶，以调控炭干凝胶的表面功能基团。结果表明，经过氮源掺杂合成的炭干凝胶，材料的表面碱度均有提升。

1．2．2金属掺杂炭干凝胶

为了增强炭干凝胶的导电、催化等性能，很多学者成功制备了各种金属掺杂的炭干凝胶。Pramanik等成功合成了锰、钴和钙等金属掺杂的炭干凝胶，研究了金属掺杂对材料比表面积及形貌的影响。研究结果表明，当间苯二酚与甲醛摩尔比为0．35，初始酚醛树脂溶液pH为3．0，掺杂的锰盐同间苯二酚质量比为11％时，得到的锰掺杂炭干凝胶比表面积最大。Liu等对铁、钴和镍掺杂的炭干凝胶进行了表征，并对其磁性进行了检测。结果表明，不同金属掺杂对炭干凝胶的结构性质有显著影响，3种金属掺杂的炭干凝胶在室温下均呈现出典型的铁磁特性。

1．2．3炭干凝胶复合材料

Gomes等采用溶胶－凝胶法合成了二氧化钛－炭干凝胶的复合材料，炭干凝胶作为载体增强了二氧化钛与铂颗粒的结合作用，该复合材料也成功应用于铂纳米颗粒的光化学沉积。此外，Fernández等成功合成了碳纳米管－炭干凝胶的复合材料，通过循环伏安法、充放电等手段对该复合材料的电化学性质进行测试后发现，碳纳米管的引入提升了材料的电容，而且在提升材料有效固相电导率的同时，还提升了液相电导率。

2炭干凝胶的应用研究进展

2．1储氢

近年来，多孔炭材料因其具有高比表面积和轻质的网状结构被广泛地应用于储氢领域。Tian等采用酸性催化剂合成了炭干凝胶，并测试了其储氢性能。结果表明，在pH为4．8的条件下合成的炭干凝胶，比表面积为1924m2／g，微孔容积为0．86cm3／g。在温度为77K以及压力为3．9MPa的条件下，合成所得炭干凝胶的储氢量为4．65％（wt，质量分数），证实了炭干凝胶是一种极具前景的储氢材料。

2．2电化学领域

炭干凝胶由于具有成本低廉、高比表面积和高电导率等优良性能，是一种理想的电极材料。FernNdez等将炭干凝胶用于电化学超级电容器，通过循环伏安法、计时电势分析法及交流阻抗测试研究了电容器阻抗理化参数同电化学行为之间的关系，研究结果表明炭干凝胶具有极高的比电容，可达280F／g。此外，炭凝胶电容器电吸附去除水溶液中重金属和无机盐的研究表明炭干凝胶用作电吸附剂在水体净化等领域拥有广阔的应用空间。

2．3催化剂及其载体

炭干凝胶所具备的比表面积大、稳定性好、高度交联的多孔结构等特性使之成为催化剂及其载体的最佳选择。Xin等采用锰掺杂的炭干凝胶作为催化剂，进行了液相放电等离子体去除微囊藻毒素的研究，随着炭干凝胶的加入，微囊藻毒素的去除率从75．3％提升到90．2％，并提出了相应的氧化－吸附动力学模型。Xu等将炭干凝胶作为金催化剂的载体，并筛选了用于苯甲醇选择性氧化的最佳载体，原因在于炭干凝胶材料表面具有足量的含氧官能团。Rodrigues等同样将金催化剂负载于炭干凝胶上，并将其用于甘油的氧化，通过改变炭干凝胶的中孔大小来改变催化剂的选择性。此外，Ale－gre等将铂负载在炭干凝胶上用来催化甲醇的电氧化，同催化剂Pt／E－TEK相比，其催化性能提升了2倍多。炭干凝胶还可以用作用作质子交换膜燃料电池的催化剂载体，该催化剂具有较高的循环电压和一氧化碳及甲醇氧化电流，并且在采用炭干凝胶作为催化剂载体的燃料电池中，贵金属颗粒的烧结趋势很小。还有许多研究人员将炭干凝胶作为催化剂用于污染物的催化氧化。CA等研究了炭干凝胶以及二氧化铈掺杂的炭干凝胶催化臭氧氧化的性能。对草酸的催化臭氧氧化结果表明，所有的催化剂均能在1h内将其全部降解。

2．4环境保护领域

在环境保护领域，炭干凝胶已广泛地应用于水处理方面。Ca等将炭干凝胶应用于亚甲基蓝的吸附。结果表明，炭干凝胶微孔容积和微孔比表面积的增加能够显著提升其对亚甲基蓝的吸附量，并且通过朗格缪尔模型计算得到的结合能同商业的微孔活性炭相比有了45倍的提升。Figueiredo等将制备得到的炭干凝胶用于2种阴离子染料的吸附，获得了良好的吸附效果。Almazan等研究了炭干凝胶结构特性对于挥发性有机物甲基碘动力学吸附的影响，结果表明吸附量同孔容密切相关，而且内扩散的传质阻力同孔结构密切相关。此外，Girgis等将炭干凝胶用于水中铜离子的吸附，吸附量为32～130mg／g，该研究为去除水体中的重金属离子提供了一种新型的纳米级多孔性炭材料。

3结语与展望

炭干凝胶作为一种新型的纳米材料。具有许多独特的性能，在近年来引起了广泛关注。针对目前存在的问题，炭干凝胶今后努力的方向大致为以下几个方面。

（1）制备工艺的完善与创新。

虽然目前国内外已经成功合成了不同孔径结构的炭干凝胶，并采用各种手段对其进行了性能改良，但是离实现产业化还有一定的距离。寻求适合工业发展的制备工艺，简化流程、降低生产成本是今后努力的方向。

（2）理论体系的完善。

尽管目前已经对炭干凝胶合成的机理有了很深入的研究，但如何实现孔径结构的完全可控还需要进一步的研究。此外，在炭干凝胶网络结构的形成机理以及聚合单体的生长动力学等方面也需要进一步的努力。

（3）应用领域的进一步拓展。

第2篇：纳米材料论文范文

自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。从研究的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手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。

第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为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和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，基保包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。

如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。著名诺贝尔奖金获得者，美国物理学家费曼曾预言“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子…，那将创造什么样的奇迹”。就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。美国加利福尼亚大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《自然》杂志上，指出纳米尺度的图案材料是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。可见，纳米结构的组装体系很可能成为纳米材料研究的前沿主导方向。

二、纳米材料研究的特点

1、纳米材料研究的内涵不断扩大

第一阶段主要集中在纳米颗粒（纳米晶、纳米相、纳米非晶等）以及由它们组成的薄膜与块体，到第三阶段纳米材料研究对象又涉及到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料（包括凝胶和气凝胶），例如气凝胶孔隙率高于90％，孔径大小为纳米级，这就导致孔隙间的材料实际上是纳米尺度的微粒或丝，这种纳米结构为嵌镶、组装纳米微粒提供一个三维空间。纳米管的出现，丰富了纳米材料研究的内涵，为合成组装纳米材料提供了新的机遇。

2．纳米材料的概念不断拓宽

1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构的材料的含意还包括纳米组装体系，该体系除了包含纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，因此，纳米结构材料内涵变得丰富多彩。

3．纳米材料的应用成为人们关注的热点

经过第一阶段和第二阶段研究，人们已经发现纳米材料所具备的不同于常规材料的新特性，对传统工业和常规产品会产生重要的影响。日本、美国和西欧都相继把实验室的成果转化为规模生产，据不完全统计，国际上已有20多个纳米材料公司经营粉体生产线，其中陶瓷纳米粉体对常规陶瓷和高技术陶瓷的改性、纳米功能涂层的制备技术和涂层工艺、纳米添加功能油漆涂料的研究、纳米添加塑料改性以及纳米材料在环保、能源、医药等领域的应用，磨料、釉料以及纸张和纤维填料的纳米化研究也相继展开。纳米材料及其相关的产品从1994年开始已陆续进入市场，所创造的经济效益以20％速度增长。

三、纳米材料的发展趋势

1．加强控制工程的研究

在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效应和渗流效应；三是通过设计纳米丝、管等的阵列体系（包括有序阵列和无序阵列）来获得所需要的特性。

2．近年来引人注目的几具新动向

（1）纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头。日本Nippon钢铁公司闪电化学阳极腐蚀方法获得6H多孔碳化硅，发现了蓝绿光发光强度比6H碳化硅晶体高100倍：多孔硅在制备过程中经紫外辐照或氧化也发蓝绿光；含有Dy和Al的SiO2气凝胶在390nm波长光激发下发射极强的蓝绿光，比多孔Si的最强红光还高出1倍多，250nm波长光激发出极强的蓝光。

（2）巨电导的发现。美国霍普金斯大学的科学家在SiO2一Au的颗粒膜上观察到极强的高电导现象，当金颗粒的体积百分比达到某临界值时，电导增加了14个数量级；纳米氧化镁铟薄膜经氢离子注入后，电导增加8个数量级；

第3篇：纳米材料论文范文

硅基材料是一种最为常用的无机催化剂载体，其表面存在着丰富的活性基团硅羟基(Si—OH)和暴露的硅氧烷键(Si—O—Si)。其中硅羟基基团可以以孤立(单羟基)、成对(双羟基)和缔合(邻羟基)等不同的形式存在于硅胶表面(图2)。这些硅羟基是强吸附的极性基团，并且可以通过脱水缩合形成化学键来锚定一些功能离子液体催化剂。然而，硅氧烷是疏水基团，仅可以吸附某些非极性溶剂分子。一般而言，可以通过对硅胶预处理来选择控制其表面硅羟基的类型、浓度和表面分布，从而改善硅基材料表面键合相的性能。目前研究最多的无机硅基材料主要包括非孔的无定形SiO2和有序介孔硅基材料(MCM-41，SBA-15，SBA-16等)。功能离子液体杂化硅基材料的方法主要有物理吸附和共价键结合的方法(图3)。其中物理吸附主要是通过硅基材料表面与功能离子液体的静电作用来束缚离子液体活性组分。这种方法制备出的催化剂在反应过程中容易流失活性组分，因此催化剂的稳定性相对较差。化学共价键结合的方法(阳离子或阴离子结合)可以有效地将功能离子液体活性组分锚定在无机硅基材料的表面上，从而表现出优异的催化性能和稳定性。

1.1物理吸附束缚功能离子液体Hlderich等［31，32］报道不同金属氯化物的Lewis酸性离子液体(Al-ILs，Sn-ILs和Fe-ILs)杂化的非孔的无定形SiO2材料(图4)。他们分别通过芳香化合物的液相和气相酰基化反应对这些催化材料进行评价，发现这些新型的离子液体杂化SiO2催化材料表现出较高的催化活性和选择性，尤其是Fe-ILs/SiO2催化剂表现出最好的催化性能。但是，这些催化材料在液相反应过程中表现出明显的活性组分流失的问题，而在气相反应过程中则可以避免活性组分流失的问题。因此，对于这种物理吸附来束缚离子液体的催化剂其本质的催化过程是否属于多相催化存在质疑。Karimi等［33］将一种疏水的Brnsted酸性离子液体引入到—SO3H改性的有序介孔硅基材料SBA-15的纳米孔道内(图5)。这种带电的离子液体与相邻的磺酸基团的静电相互作用将其有效地束缚在SBA-15的纳米孔道内，同时由于两者的协同作用加强了酸强度，从而在室温下对醇和羧酸的酯化反应表现出了优异的催化性能(产率93%)。另外，由于离子液体本身的疏水性质促进了反应物的传质扩散性能和产物水分子的脱除。

1.2化学键结合锚定功能离子液体化学键结合的方法是一种最为普遍有效的杂化方法，这种方法可以将离子液体稳定地锚定在载体的表面和孔道内。Luo等通过共缩合的方法将二元的Brnsted酸性离子液体嫁接在硅胶的表面，这种酸性离子液体杂化的SiO2催化材料能够有效地催化多组分反应一步合成氨基烷基萘酚，并且该催化剂能够循环使用6次没有明显的失活(图6)。Yang等报道了一种首先用离子液体改性的SBA-16的介孔纳米笼，然后将一种含氮的卡宾Pd的配合物催化剂(NHC-Pd/SBA-16-IL)引入到纳米笼内，这种新型的催化材料结合了均相催化剂和SBA-16纳米笼微环境的共同优点，对Suzuki偶联反应和Heck反应表现出优异的催化性能和重复使用性能(图7)。Han等制备了一种离子液体杂化的Al-MCM-41催化材料，这种催化剂表面同时具有Lewis和Brnsted酸性位点，能够有效催化CO2和环氧氯丙烷的环加成反应(图8)。Park等在合成SBA-15的过程中原位引入ImCl离子液体，利用微波辐射直接合成了一种离子液体杂化的薄片状SBA-15介孔催化材料(图9)。这种催化剂的孔道长度(200～500nm)可以通过有机硅烷和硅酸钠的摩尔比来控制合成，并且其孔道的长度和离子液体的担载量对Knoevenagel缩合反应具有一定的影响。结果发现7.5%的ILs能够合成出较短的介孔孔道，有利于反应物的传质和扩散，从而表现出最佳的催化性能。Guan等报道了一种一步共缩合制备乙烯基磺酸离子液体杂化的SiO2催化材料，并将这种催化剂应用于一系列的酯化反应，结果发现该催化剂表现出较好的催化活性和重复使用性。

2离子液体杂化磁性纳米材料

磁性催化纳米材料在催化应用中更容易实现催化剂和反应体相的分离，因此磁性杂化催化材料引起了越来越多的关注。Fe3O4是最常见的磁性材料，其合成方法简单，表面可以选择功能化，同时也很适合制备核壳结构的新型材料。Alper等通过有机硅烷咪唑离子液体改性Fe3O4纳米颗粒，改性后的Fe3O4纳米颗粒由于表面存在烷基链在有机溶剂中更趋于稳定，不容易发生团聚。通过引入贵金属前驱体K2PtCl4，经肼还原得到负载Pt纳米粒子的磁性催化剂。这种催化剂在炔烃的选择加氢反应中可以高选择性得到顺式产物，并且通过磁性诱导很容易回收利用(图11)。Taher等根据相同的方法首先用有机硅烷功能化的咪唑离子液体对磁性纳米Fe3O4表面进行改性，然后进一步引入均相含氮杂环的卡宾Pd的配合物催化剂。通过Suzuki偶联反应对该催化剂进行了活性评价，结果发现该催化剂能够有效催化该反应，而且对不同底物的偶联反应均表现出优异的催化性能。同时，在磁场的作用下很容易分离，循环使用5次后反应产率依然能够保持93%。丙基三甲氧基硅烷(MPS)偶联剂首先对Fe3O4纳米粒子改性来引入活性官能团乙烯基，然后在其表面用1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑硫酸氢盐(［VSim］［HSO4］)和交联剂1，4-丁基-3，3-双-1-乙烯基咪唑硫酸盐原位嫁接离子液体，制备出一种Brnsted酸性离子液体杂化的磁性纳米Fe3O4催化剂。这种催化剂可以作为一种有效的磁性固体酸催化剂来催化乙醛合成二乙酰化合物，并且可以通过磁性诱导分离重复使用(图13)。无机硅包覆磁性纳米Fe3O4核壳结构材料是另外一种磁性材料。功能离子液体杂化这种核壳类型的磁性催化材料也有一些相关报道。制备这种杂化材料的主要方法一般是通过TEOS原位水解包覆磁性纳米Fe3O4，通过控制TEOS的摩尔量和水解条件来控制核壳结构;然后使其与有机硅烷类型的离子液体硅烷化，从而将离子液体活性组分锚定在其表面(图14)。Luo等［43］报道了3-磺丁基-1-(3-丙基三乙氧基硅烷)咪唑硫酸氢盐的二元Brnsted酸性离子液体杂化的磁性SiO2-Fe3O4催化材料，这种催化剂具有准均相催化剂的特点，可以有效催化三组分(双甲酮、醛、2-萘酚)缩合合成苯氧杂葱酮。Karimi等［44］合成一种含有PdCl42－的离子液体杂化磁性SiO2-Fe3O4催化材料，该催化剂在水相中对Suzuki-Miyaura偶联反应表现出非常高的催化活性，而且对不同卤代芳烃普遍适用。最重要的是，这些离子液体杂化的核壳结构催化材料都能够在外界磁场的作用下迅速分离，继续循环使用。

3离子液体杂化高分子聚合材料

功能离子液体杂化的高分子聚合物材料在催化领域也逐渐受到了越来越多的关注。高分子聚合物由于其化学结构的多样性，可控的选择合成以及表面丰富的有机官能团使其非常适合用来后合成改性。目前，作为催化剂载体的高分子聚合材料主要有聚苯乙烯(PS)、改性树脂、聚乙二醇(PEG)、交联二乙烯基苯、聚电解质和壳聚糖等。You等［45］首次报道了一种新颖的氨基酸离子液体杂化的聚苯乙烯材料。他们首先制备了一种离子液体功能化的聚苯乙烯(PS)小球，然后与脯氨酸离子交换，从而合成出一种脯氨酸离子液体杂化的聚苯乙烯催化材料。这种催化剂能够有效催化咪唑和对芳香化合物的芳基化反应(图15)。Guan等［46］报道了一种硫酸氢盐酸性离子液体杂化的聚苯乙烯小球催化材料。他们首先定向合成了一种具有氯乙基官能团的功能聚苯乙烯小球，然后通过与咪唑季铵化形成离子液体前驱体，进一步与磺内酯作用以及硫酸交换，最终制备出一种酸性离子液体杂化的聚苯乙烯多相催化剂(图16)。该催化剂在酯化反应中表现出优异的催化活性，TON值达到43.8，并且催化剂可以重复使用13次没有明显的失活。Chi等合成了较长烷基链的1-己基-3-甲基咪唑离子液体杂化的聚苯乙烯材料，并将其用于催化亲电取代反应，结果发现这种多相催化材料的催化性能优于均相的离子液体催化性能(图17)。Shen等［49］报道了一种离子液体杂化聚电解质材料，他们首先分别合成一种羧基化的离子液体和氨基化的聚电解质，然后通过酰胺化作用将离子液体嫁接在聚电解质材料上，并且将这种杂化材料用于直接电催化氧化β-酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)反应。Luo等合成了一种双阴离子酸性咪唑离子液体杂化的聚乙二醇材料，这种材料是一种具有吸湿性的棕色液体，可以在空气中和加热条件下稳定存在。他们发现这种材料在低温下不能溶解在甲苯溶剂中，但是升高温度可以使其溶解。根据这样的特性他们通过改变温度来控制溶液的相转变过程，并且将这种温控的两相催化体系应用于三组分(芳香醛、丙二腈和5，5-二甲基-1，3-环己二酮)缩合反应合成吡喃类化合物。这种催化剂不仅呈现出优异的催化性能，并且对不同取代基的芳香化合和活泼亚甲基化合物的缩合产物得到了较高的产率。另外，这种催化剂可以通过温控来选择回收重复利用(图18)。

4离子液体杂化纳米碳材料

近些年来，纳米碳材料的合成和应用是研究热点。纳米碳材料主要包括C60，单壁碳纳米管(single-walledcarbonnanotubes，SWNTs)、多壁碳纳米管(multi-walledcarbonnanotubes，MWNTs)、纳米碳球和石墨烯(图19)。其中，多壁碳纳米管和石墨烯一直受到广泛的关注，这是因为他们的碳原子以sp2杂化为主，形成了高度离域化的π电子共轭体系，而且表面的缺陷和端口都会形成具有较强化学活性的碳原子，使得他们具有特殊的化学反应性，通过一定的化学反应可对其表面进行化学功能化处理来引入官能团(如羧基和卤素)。Chen等用3-乙基-1-乙烯基咪唑四氟硼酸离子液体(［VEIM］BF4)对碳纳米管(CNTs)进行预处理，利用乙烯基与CNTs表面发生的自由基聚合反应，在其表面形成离子液体聚合物，进一步在其表面引入贵金属Pt和PtRu纳米粒子。结果发现这种离子液体聚合膜在CNTs表面呈正电性，可以阻止贵金属纳米粒子的团聚长大。与普通CNTs负载的贵金属Pt和PtRu纳米粒子相比，通过离子液体聚合膜改性后的纳米粒子的粒径更小，并且分布更均匀。这种杂化材料作为电催化剂对甲醇的直接氧化表现出较好的性能(图20)。Wang等在N，N-二环己基碳二亚胺(DCC)偶联剂的作用下将1-(3-氨丙基)-3-甲基咪唑溴化物离子液体与CNTs表面的羧基发生缩合作用，形成一种离子液体杂化的CNTs材料。通过阴离子交换的过程将贵金属前驱体K2PtCl4引入到杂化材料的表面，然后用维生素C还原，制备出Pt纳米粒子沉积在离子液体杂化的CNTs的表面上。结果发现有通过改变离子液体的量来控制合成的Pt纳米粒子在CNTs表面的分散度，Pt纳米粒子的平均粒径大约为3nm(图21)。Lee等［54，55］报道了氨基咪唑溴化物离子液体共价键杂化的MWNTs，这种离子液体在水中具有非常好的溶解性，因此他们将杂化后的ILs-MWNTs分散到水体系中，加入贵金属前驱体Na2PdCl4，在室温下用H2还原，制备出离子液体稳定Pd纳米粒子杂化的MWNTs材料。这种催化材料对烯烃的加氢反应表现出优异的催化性能(图22)。Kim等利用离子液体杂化的石墨烯来锚定Mn3O4纳米粒子。他们首先用氨基功能的离子液体修饰氧化石墨烯表面，在N，N-二环己基碳二亚胺(DCC)环境下使氨基与羧基缩合来固定氨基离子液体，再锚定Mn3O4纳米粒子。这种杂化材料被用来作为Zn-空气电池的电化学催化剂，结果发现离子液体不仅仅增加了电池系统的传导性，而且可以与石墨烯协同催化氧化还原反应(图23)。Lee等报道了一种Au-ILs杂化的石墨烯材料，他们研究发现Au纳米粒子在离子液体杂化的石墨烯表面可以加强电子转移速率，降低电荷转移的阻抗，增大电催化的面积。

5离子液体杂化金属有机骨架材料

金属有机骨架(MOFs)配位聚合物是一种新纳米多孔材料。近年来，它们在气体储存、吸附和分离，药物的储存和缓释以及多相催化等领域引起了广泛的研究。MOFs材料是利用有机桥联配体与无机金属离子通过超分子自组装而形成的有机-无机杂化类多孔框架材料(图24)。这种材料本身的骨架结构、化学组成以及孔径可以通过选择不同金属离子和有机配体来控制合成。因此，这种具有开放骨架结构的MOFs材料呈现出很多独特的化学和结构特性，如较大比表面积、高孔隙率、化学和结构多样性等。另外，本身结构中的金属中心和有机配体可以作为一些功能位点来引入一些催化活性的客体分子，从而形成一种新型的杂化材料。目前，功能离子液体杂化的金属有机骨架材料正处于起步阶段，相关的研究报道相对较少。但是，这样一个新的杂化理念已经引起了一定的关注，尤其是在催化领域，这种新颖的材料表现出一些独特的催化特性。其中研究最多的金属有机骨架材料主要是一些化学稳定性较好的MOFs材料，如MIL-101，HKUST-1和ZIF-8，这些材料非常适合后合成改性。尤其是MIL-101和HKUST-1，其本身具有金属不饱和空位(CUS)，这种CUS可以用来引入富电子的含氮离子液体(图25)。Luo等首次利用一种含有双氮原子的杂化化合物作为一种化学桥在MIL-101的纳米笼内合成了Brnsted酸性离子液体。这种新颖的离子液体杂化的MOFs材料结合离子液体催化剂和MIL-101纳米笼微环境的共同优点，在缩醛反应中表现出优异的催化性能。与传统的均相离子液体催化剂相比，这种多相催化剂更有利于反应物的扩散和与催化活性中心的接触，促进了副产物半缩醛进一步转化为缩醛产物，从而提高了缩醛产物的选择性，该催化剂可以重复使用6次(图26)。Jhung等［紧接着报道了一种Lewis酸性离子液体(1-丁基-3-甲基氯化铝)杂化的MIL-101材料，这种材料可以有效地吸附脱出燃料油中的硫组分。Luo等报道了一种氨基功能化的碱性离子液体杂化的金属有机骨架HKUST-1材料。他们首先制备了一种氨基功能化的碱性离子液体，然后通过后合成改性的方法将离子液体引入到HKUST-1的纳米孔穴内，通过—NH2与Cu-CUS形成配位键来束缚离子液体活性组分。这种催化材料对苯甲醛和乙二腈的Knoevenagel缩合反应具有非常好的催化活性。最重要的是制备的这种微孔杂化材料对不同分子尺寸的芳香醛呈现出选择催化的性能，对于较大的分子，其催化活性较差，只有当分子尺寸与催化剂的孔结构相匹配，反应物才可以自由顺利地扩散到催化剂的纳米孔穴内，与活性中心接触。

6结论与展望

第4篇：纳米材料论文范文

1982年，Boutonmt首先报道了应用微乳液制备出了纳米颗粒：用水合胼或者氢气还原在W／O型微乳液水核中的贵金属盐，得到了单分散的Pt，Pd，Ru，Ir金属颗粒（3～nm）。从此以后，不断有文献报道用微乳液合成各种纳米粒子。本文从纳米粒子制备的角度出发，论述了微乳反应器的原理、形成与结构，并对微乳液在纳米材料制备领域中的应用状况进行了阐述。

1微乳反应器原理

在微乳体系中，用来制备纳米粒子的一般是W／O型体系，该体系一般由有机溶剂、水溶液。活性剂、助表面活性剂4个组分组成。常用的有机溶剂多为C6～C8直链烃或环烷烃；表面活性剂一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸钠］。AOS、SDS（十二烷基硫酸钠）、SDBS（十六烷基磺酸钠）阴离子表面活性剂、CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）阳离子表面活性剂、TritonX（聚氧乙烯醚类）非离子表面活性剂等；助表面活性剂一般为中等碳链C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反应器（Microreactor）或称为纳米反应器，反应器的水核半径与体系中水和表面活性剂的浓度及种类有直接关系，若令W＝［H2O／［表面活性剂］，则由微乳法制备的纳米粒子的尺寸将会受到W的影响。利用微胶束反应器制备纳米粒子时，粒子形成一般有三种情况（可见图1、2、3所示）。

（l）将2个分别增溶有反应物A、B的微乳液混合，此时由于胶团颗粒间的碰撞，发生了水核内物质的相互交换或物质传递，引起核内的化学反应。由于水核半径是固定的，不同水核内的晶核或粒子之间的物质交换不能实现，所以水核内粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸银和氯化钠反应制备氯化钠纳粒。

（2）一种反应物在增溶的水核内，另一种以水溶液形式（例如水含肼和硼氢化钠水溶液）与前者混合。水相内反应物穿过微乳液界面膜进入水核内与另一反应物作用产生晶核并生长，产物粒子的最终粒径是由水核尺寸决定的。例如，铁，镍，锌纳米粒子的制备就是采用此种体系。

（3）一种反应物在增溶的水核内，另一种为气体（如O2、NH3，CO2），将气体通入液相中，充分混合使两者发生反应而制备纳米颗粒，例如，Matson等用超临界流体一反胶团方法在AOT一丙烷一H2O体系中制备用Al（OH）3胶体粒子时，采用快速注入干燥氨气方法得到球形均分散的超细Al（OH）3粒子，在实际应用当中，可根据反应特点选用相应的模式。

2微乳反应器的形成及结构

和普通乳状液相比，尽管在分散类型方面微乳液和普通乳状液有相似之处，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作为纳米粒子制备的反应器。但是微乳液是一种热力学稳定的体系，它的形成是自发的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技术要求不高，并且液滴粒度可控，实验装置简单且操作容易，所以微乳反应器作为一种新的超细颗粒的制备方法得到更多的研究和应用。

2．1微乳液的形成机理

Schulman和Prince等提出瞬时负界面张力形成机理。该机理认为：油/水界面张力在表面活性剂存在下将大大降低，一般为l～10mN／m，但这只能形成普通乳状液。要想形成微乳液必须加入助表面活性剂，由于产生混合吸附，油/水界面张力迅速降低达10-3～10-5mN／m，甚至瞬时负界面张力Y＜0。但是负界面张力是不存在的，所以体系将自发扩张界面，表面活性剂和助表面活性剂吸附在油/水界面上，直至界面张力恢复为零或微小的正值，这种瞬时产生的负界面张力使体系形成了微乳液。若是发生微乳液滴的聚结，那么总的界面面积将会缩小，复又产生瞬时界面张力，从而对抗微乳液滴的聚结。对于多组分来讲，体系的Gibbs公式可表示为：

--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi

（式中γ为油/水界面张力，Гi为i组分在界面的吸附量，ui为I组分的化学位，Ci为i组分在体相中的浓度）

上式表明，如果向体系中加入一种能吸附于界面的组分（Г＞0），一般中等碳链的醇具有这一性质，那么体系中液滴的表面张力进一步下降，甚至出现负界面张力现象，从而得到稳定的微乳液。不过在实际应用中，对一些双链离子型表面活性剂如AOT和非离子表面活性剂则例外，它们在无需加入助表面活性剂的情况下也能形成稳定的微乳体系，这和它们的特殊结构有关。

2．2微乳液的结构

RObbins，MitChell和Ninham从双亲物聚集体的分子的几何排列角度考虑，提出了界面膜中排列的几何排列理论模型，成功地解释了界面膜的优先弯曲和微乳液的结构问题。

目前，有关微乳体系结构和性质的研究方法获得了较大的发展，较早采用的有光散射、双折射、电导法、沉降法、离心沉降和粘度测量法等；较新的有小角中子散射和X射线散射、电子显微镜法。正电子湮灭、静态和动态荧光探针法、NMR、ESR（电子自旅共振）、超声吸附和电子双折射等。

3微乳反应器的应用——纳米颗粒材料的制备

3．1纳米催化材料的制备

利用W／O型微乳体系可以制备多相反应催化剂，Kishida。等报道了用该方法制备

Rh／SiO2和Rh/ZrO2载体催化剂的新方法。采用NP－5/环已烷／氯化铑微乳体系，非离子表面活性剂NP－5的浓度为0.5mol/L，氯化铑在溶液中浓度为0．37mol／L，水相体积分数为0．11。25℃时向体系中加入还原剂水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇锆的环乙烷溶液，强烈搅拌加热到40℃而生成淡黄色沉淀，离心分离和乙醇洗涤，80℃干燥并在500℃的灼烧3h，450℃下用氧气还原2h，催化剂命名为“ME”。通过性能检测，该催化剂活性远比采用浸渍法制得的高。

3．2无机化合物纳粒的制备

利用W／O型微乳体系也可以制备无机化合物，卤化银在照像底片乳胶中应用非常重要，尤其是纳米级卤化银粒子。用水一AOT一烷烃微乳体系合成了AgCl和AgBr纳米粒子，AOT浓度为0．15mol／L，第一个微乳体系中硝酸银为0．4mol／L，第二个微乳体系中NaCl或NaBr为0．4mol／L，混合两微乳液并搅拌，反应生成AgCl或AgBr纳米颗粒。

又以制备CaCO3为例，微乳体系中含Ca(OH)2，向体系中通入CO2气体，CO2溶入微乳液并扩散，胶束中发生反应生成CaCO3颗粒，产物粒径为80～100nm。

3．3聚合物纳粒的制备

利用W／O型微乳体系可以制备有机聚丙烯酸胺纳粒。在20mlAOTt——正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亚甲基双丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入过硫酸铵作为引发剂，在氮气保护下聚合，所得产物单分散性较好。

3．4金属单质和合金的制备

利用W／O型微乳体系可以制备金属单质和合金，例如在AOT－H2O－n—heptane体系中，一种反相微胶束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微胶束中含有0.2mol/LNaBH4，混合搅拌，产物经分离、干燥并在300℃惰性气体保护下结晶可得镍纳米颗粒。在某微乳体系中含有0．0564mol/L，FeC12和0．2mol／LNiCl2，另一体系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合两微乳体系进行反应，产物经庚烷、丙酮洗涤，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。

3．5磁性氧化物颗粒的制备

利用W／O型微乳体系可以制备氧化物纳米粒子，例如在AOT－H2O－n－heptane体系中，一种乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一体系中含有NH4OH，混合两种微乳液充分反应，产物经离心，用庚烷、丙酮洗涤并干燥，可以得到Fe3O4纳粒（r=4nm）。

3．6高温超导体的制备

利用W／O型微乳体系可以合成超导体，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳体系中，一个含有机钇、钡和铜的硝酸盐的水溶液，三者之比为1：2：3；另一个含有草酸铵溶液作为水相，混合两微乳液，产物经分离，洗涤，干燥并在820℃灼烧2h，可以得到Y－Ba－Cu—O超导体，该超导体的Tc为93K。另外在阴离子表面活性剂IgegalCO－430微乳体系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的盐及草酸盐溶液，最终可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu—O超导体，经DC磁化率测定，可知超导转化温度为Tc＝112K，和其它方法制备的超导体相比，它们显示了更为优越的性能。

目前对纳米颗粒材料的研究方法比较多，较直接的方法有电镜观测（SEM、TEM、STEM、STM等）；间接的方法有电子、X一射线衍射法（XRD），中子衍射，光谱方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，红外光谱，拉曼光谱，紫外一可见分光光度法（UV－VIS），荧光光谱及正电子湮没，动态激光光散射（DLS）等。

第5篇：纳米材料论文范文

关键词：纳米材料,化工,应用

1前言

纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）由表面（界面）结构组元构成，是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，粒径介于原子团簇与常规粉体之间，一般不超过100nm，而且界面组元中含有相当量的不饱和配位键、端键及悬键。其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。近年来，纳米材料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。

2纳米材料特性

2.1具有很强的表面活性

纳米超微颗粒很高的“比表面积”决定了其表面具有很高的活性。免费论文参考网。在空气中，纳米金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂、贮气材料和低熔点材料。将纳米微粒用做催化剂，将使纳米材料大显身手。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细银粉可以成为乙烯氧化的催化剂；超细的镍粉、银粉的轻烧结效率，超细微颗粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器，作为吸咐氢气等气体的储藏材料，还可作为陶瓷的着色剂，用于工艺品的美术图案中。免费论文参考网。

2.2具有特殊的光学性质

所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用这个特性可以制造高效率的光热、光电转换材料，以很高的效率将太阳能转变为热能、电能。另外还有可能应用于红外敏感元件、红外隐身材料等。

2.3具有特殊的热学性质

大尺寸的固态物质其熔点往往是固定的，超细微化的固态物质其熔点却显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为突出。例如，金的常规熔点为1064℃，当其颗粒的尺寸减小到10纳米时，熔点会降低27℃，而减小到2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，完全可采用塑料。采用超细银粉浆料，可使片基上的膜厚均匀，覆盖面积大，既省材料又提高质量。

2.4具有特殊的磁学性质

小尺寸磁性超微颗粒与大块磁性材料有显著不同，大块纯铁的磁矫顽力约为80安／米，而当颗粒尺寸减小到2×10-2微米以下时，其矫顽力可增加1000倍。若进一步减小其尺寸，大约小于6×10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已制成高储存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等;利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成了用途广泛的磁流体。

2.5具有特殊的力学性质

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和一定的延展性，这样就使纳米陶瓷材料具有了新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，就是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的，这也足以说明大自然是纳米材料的成功制造者。纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属——陶瓷复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。

2.6宏观量子隧道效应

由于电子既具有粒子性又具有波动性，因此它存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。目前研制的量子共振隧道晶体管就是利用量子效应制成的新一代电子器件。

3纳米材料在化工生中应用

由于纳米材料的特殊结构和特殊性能，使纳米材料在化工生产中得到了广泛的应用，主要应用在以下几方面。

3.1橡胶改性

炭黑纳米粒子加入到橡胶中后可显著提高橡胶的强度、耐磨性、抗老化性，这一技术早已在橡胶工业中运用。

纳米技术在制造彩色橡胶中也发挥了独特的作用，过去的橡胶制品一般为黑色（纳米级的炭黑较易得到）。若要制造彩色橡胶可选用白色纳米级的粒子（如白炭黑）作补强剂，使用纳米粒子级着色剂，此时橡胶制品的性能优异。

3.2塑料改性

3.2.1对塑料增韧作用

纳米粒子添加到塑料中，对增加塑料韧性有较大的作用。用纳米级SiC/Si3N4粒子经钛酸酯处理后填充LDPE，当添加量为5％时冲击强度最大，缺口冲击强度为55.7kj/m2，是纯LDPE的2倍多；断裂伸长率到625 ％时仍未断裂，为纯LDPE的5倍。用纳米级CaCO3，改性HDPE，当纳米级CaCO3含量为25％时，冲击强度达到最大值，最大冲击强度为纯HDPE的1.7倍，断裂伸长率在CaCO3含量为16％时最大，约为660％超过纯HDPE的值。

3.2.2塑料功能化

塑料在家用电器及日用品中的应用非常广泛，在塑料中添加具有抗菌性的纳米粒子，可使塑料具有抗菌性，且其抗菌性保持持久。现已应用此技术生产了抗菌冰箱，实际上就是在制造冰箱塑件时，使用的塑料原料中添加了某种纳米粒子，利用该纳米粒子的抗菌特性，使塑料具有抗菌杀菌的功能，国内某公司采用该项技术率先开发出无菌塑料餐具、无菌塑料扑克等产品，受到市场的欢迎。

3.2.3通用塑料的工程化

通用塑料具有产量大、应用广、价格低等特点，但其性能不如工程塑料，而工程塑料虽性能优越，但价格较高。在通用塑料中加入纳米粒子能使其达到工程塑料的性能，用纳米技术对通用聚丙烯进行改性，其性能达到了尼龙6的性能指标，而成本却降低1／3。

3.3化学纤维改性

近年来出现了各种新型的功能性化学纤维，其中不少是应用了纳米技术，如日本帝人公司将纳米ZnO和纳米SiO2混入化学纤维， 得到具有除臭及静化空气功能的化学纤维，这种化学纤维被广泛用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等；日本仓螺公司将纳米ZnO加入到聚酯纤维中，制得了防紫外线纤维， 该纤维除了具有防紫外线功能外，还具有抗菌、消毒、除臭的功能。

3.4涂料改性

在各类涂料中添加纳米材料，如纳米TiO2，可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，广泛应用于医院和家庭内墙涂饰。可制造出防紫外线涂料，应用于需要紫外线屏蔽的场所，例如涂在阳伞的布料上，制成防紫外线阳伞。还可以制造出吸波隐身涂料，用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业领域及其他需要电磁波屏蔽场所的涂敷。在涂料中添加纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍提高，涂料的质量和档次大大升级，据称，纳米改性外墙涂料的耐洗刷性可由原来的1000多次提高到1万多次，老化时间延长2倍多。纳米ZnO 添加到汽车金属闪光面漆中，可制造出汽车专用变色漆。

3.5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。纳米粒子作催化剂，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。

3.6在其它精细化工方面的应用

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。如在橡胶中加入纳米SiO 2 ，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。免费论文参考网。国外已将纳米SiO 2 ，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。在有机玻璃中加入Al 2 O 3 ，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TiO 2 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。纳米SiO 2 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。

4结束语

第6篇：纳米材料论文范文

纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC,BC等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。由于纳米粒子的尺寸效应和表面效应,使得纳米复相材料的熔点和相转变温度下降,在较低的温度下即可得到烧结性能良好的复相材料。由纳米颗粒构成的纳米陶瓷在低温下出现良好的延展性。纳米TiO2陶瓷在室温下具有良好的韧性,在180°C下经受弯曲而不产生裂纹。纳米复合陶瓷具有良好的室温和高温力学性能,在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面具有广泛的应用,在许多超高温、强腐蚀等许多苛刻的环境下起着其它材料无法取代的作用。随着陶瓷多层结构在微电子器件的包封、电容器、传感器等方面的应用,利用纳米材料的优异性能来制作高性能电子陶瓷材料也成为一大热点。有人预计纳米陶瓷很可能发展成为跨世纪新材料,使陶瓷材料的研究出现一个新的飞跃。纳米颗粒添加到玻璃中,可以明显改善玻璃的脆性。无机纳米颗粒具有很好的流动性,可以用来制备在某些特殊场合下使用的固体剂。

二、纳米材料在涂料方面的应用

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。

三、纳米材料在催化方面的应用

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。

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。

四、纳米陶瓷材料增韧改性

陶瓷材料作为材料的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此来克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷,这就需要解决:粉体尺寸、形貌和分布的控制,团聚体的控制和分散,块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。Gleiter指出,如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成,则能够在低温下变为延性的,能够发生100%的塑性形变。并且发现,纳米TiO2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性,在180℃经受弯曲而不产生裂纹。

许多专家认为,如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题,从而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的纳米陶瓷,则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。上海硅酸盐研究所研究发现,纳米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在经室温循环拉伸试验后,其样品的断口区域发生了局部超塑性形变,形变量高达380%,并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线。Tatsuki等人对制得的Al2O3-SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验,结果发现伴随晶界的滑移,Al2O3晶界处的纳米SiC粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中,从而增强了晶界滑动的阻力,也即提高了Al2O3-SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力。

论文关键词：纳米技术化工生产催化应用

第7篇：纳米材料论文范文

纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

二、纳米技术在防腐中的应用

纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。

纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。

纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。

我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。

三、纳米材料在涂料中应用展前景预测据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。

由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。

在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。

纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。

纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。

四、结语

由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。

[论文关键词]纳米材料应用

[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。

参考文献：

[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.

第8篇：纳米材料论文范文

一

由于上学比较早， 16岁时，卢柯考入华东工学院（现为南京理工大学）。卢柯所在的班有38名学生，他的入学成绩在班中排倒数第二。因为入学成绩低，他制定了一个学习计划，要在一定的时间里赶上东部地区的同学。他先从自己最薄弱的学科――英语入手，每天晨跑结束后，他都会带上英语词典背单词。久而久之，英语词典都被他翻烂了，他的英语成绩也从入学时的31分变为90分。

卢柯的专业是金属材料及热处理。对专业课，他更是刻苦钻研，成绩始终优异。在学习“金属热处理原理与工艺”时，教科书中的一句话引起了他的注意：“马氏体组织的晶体取向可以构成24种晶体模型。”可教科书中仅介绍了一种马氏体组织的晶体模型。“其余23种晶体模型是怎样构成的呢？” 卢柯想。于是，他查阅了各种资料，了解马氏体组织的其余23种晶体模型，遇到不懂的地方，就向老师求教。一番探究后，他终于掌握了马氏体组织可能存在的24种晶体模型。

在进行毕业论文设计时，卢柯等4名同学在指导老师的带领下，去江苏省南京市溧水县的活塞环厂实习。当时，活塞环厂自行组装了一套激光处理设备，但引进的那台激光器在对活塞环的表面进行加热硬化处理时，输出功率不够。由于活塞环厂没有这方面的技术人员，厂方便请他们帮助解决。这可是一个不小的难题，指导老师与卢柯等人在一起反复讨论，寻求解决办法。最后，卢柯想出了一个巧妙的解决方案――在活塞环的表面涂上一层黑色非晶态的釉，以提高它对激光热量的吸收率。而解决这个问题用到的相关知识，卢柯并没有学过，这些知识是他在查找资料的过程中掌握的。

二

1985年，卢柯来到中科院金属研究所攻读硕士学位，他将研究方向锁定为金属纳米材料。

20世纪80年代初，德国科学家首先提出“纳米”这个概念，一纳米等于一米的十亿分之一。此后，纳米材料研究一直成为最活跃的研究领域，许多国家的科学界都将其作为主攻目标。

进行纳米材料研究需要将智慧和经验融合在一起，需要创新的观念和实干精神。在读硕士研究生的几年中，卢柯如饥似渴地阅读了关于材料科学的大量外文著作，积极关注纳米材料领域最新的研究成果。1988年，中科院金属所计划送卢柯去日本读博士，这让他的同学羡慕不已。但卢柯选择留在中科院金属所读博士。他的理由是：科学研究是靠人来做的，能不能做好，取决于人的能力。好成绩不一定非要在最好的条件下才能取得，有时候，简陋的条件更能激发人的创造力。

厚积薄发，卢柯在攻读博士学位期间，对非晶态金属的晶化动力学及其微观机制进行了深入的研究，提出了非晶态金属的新晶化机制。他的研究成果解决了多年来一直困扰着科学界的纳米材料孔隙大、密度小、易断裂等问题，成为当今国际上纳米材料的3种主要制备方法之一。他也因此于1989年荣获首届“中国科学院院长奖学金特别奖”。

1990年，在非晶态金属新晶化机制研究的基础上，卢柯提出了制备纳米晶体的新方法――非晶晶化法，该方法具有工艺简单、晶粒度易于控制、界面清洁且不含微孔洞等优点。这一研究成果使中国跻身世界纳米晶体研究的先进行列。

三

做材料研究最难的事情是找问题。如何才能找到问题呢？卢柯有自己的理解：“实际上，问题全在书里面，全在具体的工作中。问题是已知的，要学会在已知和未知之间找到突破口。只有与别人多交流才能产生灵感的火花。”因此，卢柯经常与师长、同事、学生展开讨论，许多灵感的火花就是在一次次的讨论中迸发出来的。

有了灵感，卢柯就会立刻钻进实验室里，半年、一年，甚至两三年地埋头研究。可结果常常与预想的完全不一样，这让他很沮丧。可几天后，卢柯就调整好心态，再去寻找新的研究突破口。

卢柯说：“我取得的成绩只是工作的1%，其余99%的工作都失败了。 搞研究要敢于承认失败。失败了，再换一个思路接着研究，这样没有什么事情是不可能的。”

2000年，卢柯领导的科研组发现：纳米金属铜在室温下具有超塑延展性。他的论文在国际权威刊物《科学》上发表后，获得世界同行的普遍好评。纳米材料的“鼻祖”葛莱特教授认为，这项工作是“纳米材料领域的一次突破，它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的”。这一研究成果被评为“2000年中国十大科技进展新闻”。

第9篇：纳米材料论文范文

1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划

由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。

（1）发达国家和地区雄心勃勃

为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。

日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。

欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。

（2）新兴工业化经济体瞄准先机

意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。

中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。

（3）发展中大国奋力赶超

综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。

2、纳米科技研发投入一路攀升

纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。

美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。

日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。

在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。

中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。

就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。

另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。

3、世界各国纳米科技发展各有千秋

各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。

（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下

根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。

2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。

在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。

另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。

（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头

据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。

专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。

（3）就整体而言纳米科技大国各有所长

美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。

虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。

日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。

在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。

日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。

日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。

欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。

中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。

4、纳米技术产业化步伐加快

目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。

美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。

美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。

日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。

欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。