(8.3)-納米材料-前景燦爛

6納米材料——前景燦爛21世紀最有前途的材料

21世紀社會經(jīng)濟發(fā)展的三大支柱之一引領(lǐng)人們認識自然的新層次6.1納米材料概述

6.1.1納米科技與納米材料的概念

(1)納米科技和納米材料的含義納米（nanometer）是長度單位，用nm表示。1nm=10-9m

1nm粒子的大小對于一個足球來說，相當(dāng)于把一個足球和整個地球做比較。

1、宇觀（Cosmoscopic）是指用天文望遠鏡等各種宇宙探測器能觀察到的宇宙尺度，大致為0.1光秒~150億光年。宇觀是我國著名天文學(xué)家戴文賽于1962年提出的新概念．2、遙觀（Remotesensoscopic）是指用衛(wèi)星遙感技術(shù)能觀察到的尺度，大致為1km~30000km.3、宏觀（Macroscopic）是指人眼能夠直接觀察到的尺度，為0.1mm~1km.4、顯微觀（Optico-microscopic）是指以放大幾百倍的光學(xué)顯微鏡能觀察到的尺度，大致為1μm~100μm.5、介觀（Mesoscopic）是指介于顯微觀與微觀之間的尺度，大致為1nm~100nm，所以也稱為納米觀.6、微觀（Microscopic）是指原子與小分子的尺度，大致為0.1nm~1nm.7、皮米觀（Picoscopic）介于原子和原子核之間的尺度，大致為1pm~100pm.8、飛米觀（Fentoscopic）是指原子核的尺度，大致為1fm~10fm.9、亞飛米觀（Subfentoscopic）是指夸克和電子的尺度，大致為1am.皮米、飛米、亞飛米觀總稱為渺觀.課外小知識納米科技是研究結(jié)構(gòu)尺度在1（0.1）～100nm范圍內(nèi)材料體系的運動規(guī)律、相互作用及其實際應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。在納米尺寸范圍內(nèi)認識和改造自然，通過直接操作原子、分子創(chuàng)制新的物質(zhì)。多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科體系

納米材料系指特征尺寸在納米數(shù)量級(通常指1~100nm)的極細顆粒組成的固體材料（如金屬、無機非金屬、高分子及復(fù)合材料等）。三維空間尺寸中至少有一維處于納米量級的材料

①對顆粒(或粉體)材料而言是指每一個顆粒的直徑大??；②對多層薄膜材料而言是指每一層薄膜的厚度；③對于纖維來說是指纖維的橫截面直徑；④納米材料還可以指將納米超微粉體加到其它非納米基體(如聚合物材料)中仍保持其納米尺寸并存在納米尺度界面的材料，稱為納米復(fù)合材料；⑤如果宏觀上看是一個塊體材料，而其顯微結(jié)構(gòu)單元(如晶粒)是在納米尺度，可稱之為納米結(jié)構(gòu)材料。(2)納米材料的結(jié)構(gòu)單元

(1)零維指空間三維均在納米尺度，如納米顆粒、納米原子團簇（幾個至幾百個原子的聚集體）等；(2)一維指在空間有兩維處于納米尺度，如納米線/絲、納米棒、納米管等；(3)二維指在三維空間中有一維處于納米尺度，如納米薄膜、多層膜等。(4)三維指由納米基本結(jié)構(gòu)單元組成的納米結(jié)構(gòu)和納米塊體材料等。

(3)納米材料是“21世紀最有前途的材料”不僅是尺寸減小，在靠近納米尺度過程中會出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象、新特性、新規(guī)律。

“我相信納米科技將在信息時代的下一個階段占中心地位，并發(fā)揮革命的作用，正如20世紀70年代初以來微米技術(shù)所起的作用那樣；在材料學(xué)的領(lǐng)域中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料小到納米尺度時會出現(xiàn)一些常規(guī)材料所不具備的新特性，于是納米材料學(xué)誕生了；在生物學(xué)的領(lǐng)域中，人們期待利用納米技術(shù)制造納米尺度的藥物“導(dǎo)彈”，直接命中腫瘤，期待著制造納米尺度的病理探測器，放到人體中進行癌癥的早期診斷，于是納米生物(醫(yī)藥)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)運而生，……?！?.1.2納米材料的分類從三維外觀尺度進行分類Ni納米顆粒納米纖維中科院近物所劉杰研究員主持的“西部之光”項目：重離子徑跡中納米微針的形成和制備取得重要進展，金納米線陣列的相關(guān)研究成果已在國際納米科技領(lǐng)域的著名期刊《納米技術(shù)》(Nanotechnology)上發(fā)表(Vol.17,1922-1926,2006)。

通過乙醛還原硝酸銀的溶液，使銀納米線在陽極氧化鋁薄膜的孔道中生長，反應(yīng)3h，獲得較密集的納米線。由圖可見，銀納米線呈現(xiàn)整齊均一的平行排列，長度達30mm，直徑約為53.6nm。楊培東小組研制出的納米線紫外激光器制備出的氧化鋅和氮化鎵納米線

據(jù)美國國家科學(xué)基金會（NSF）官方網(wǎng)站5月15日報道，NSF將2007年艾倫·沃特曼獎（AlanT.WatermanAward）授予加州大學(xué)伯克利分校的化學(xué)家楊培東。在較短的時間內(nèi)，楊培東的實驗室開發(fā)出了制造復(fù)雜納米線結(jié)構(gòu)的新穎而有效的方法。通過控制自組裝納米線及其方向，楊培東和同事開發(fā)出了多種納米設(shè)備，比如寬度僅100納米的能夠產(chǎn)生紫外激光的金屬線，有望縮小下一代計算機芯片的定向納米線結(jié)構(gòu)以及類似太陽能板但更加經(jīng)濟環(huán)保的納米線序列。倫斯勒理工學(xué)院一個研究團隊將碳納米管與金屬納米線結(jié)合

納米薄膜佛羅里達大學(xué)科研人員最新研制出了一種新型碳素納米薄膜，它的質(zhì)量比鋼輕10倍，但強度卻是鋼的250倍。這種新型材料用途廣泛，可用于航空、軍事、太空以及日常生活等各個領(lǐng)域。這種納米材料可用于計算機和手機屏幕上，它產(chǎn)生的亮度與現(xiàn)在的陰極管和液晶屏幕技術(shù)相當(dāng)。同時它的導(dǎo)熱性能良好，非常適合制造成散熱裝置，它的散熱效果比目前計算機和電子設(shè)備所使用的散熱器的性能還要好。在將來，納米薄膜還能幫助人類生產(chǎn)出體積更小的電子設(shè)備。這種納米薄膜還能負載強大的電流，因此它可以外包在飛機的表層。當(dāng)發(fā)生雷擊的時候，電流就會迅速通過機身發(fā)散出去，不會對機載設(shè)備產(chǎn)生危害。同時，它還可以保護機載電子設(shè)備避免其受到電磁的干擾和破壞。另外，這種材料還能讓軍用飛機屏蔽敵方的電磁信號，使雷達無法偵測到飛機。碳素納米薄膜已列入美國新型復(fù)合材料發(fā)展與生產(chǎn)計劃當(dāng)中。美軍目前十分關(guān)心這種新型材料在軍事方面的用途。實際上，美國軍事實驗室和美國空軍科學(xué)研究辦公室已分別投資2500萬美元和1200萬美元用于研究這種新型納米材料的應(yīng)用。6.1.3納米材料的研發(fā)現(xiàn)狀與展望(1)納米材料的發(fā)展歷程

①沙漠中的異想天開——納米材料的誕生

1959年諾貝爾獎獲得者理查德·費曼對納米概念的預(yù)言納米材料的鼻祖------德國的物理學(xué)家H.格蘭特(Gleiter)教授在1984年首次用惰性氣體凝聚法制備了具有清潔表面的黑色納米金屬（Fe、Cu、Au、Pa）粉末粒子，然后在真空室中原位加壓成納米固體材料（nanometersizedmaterials），并提出納米材料界面結(jié)構(gòu)模型。1974年，科學(xué)家唐尼古奇最早使用納米技術(shù)一詞描述精密機械加工。1982年，科學(xué)家發(fā)明研究納米的重要工具—掃描隧道顯微鏡，使人類首次在大氣和常溫下看見原子，為我們揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進作用。1990年7月，第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議在美國巴爾的摩舉辦，標(biāo)志著納米科學(xué)技術(shù)的正式誕生②形成納米材料研發(fā)的新熱潮

1991年，碳納米管被人類發(fā)現(xiàn)，它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強度卻是鋼的10倍，成為納米技術(shù)研究的熱點。諾貝爾化學(xué)獎得主斯莫利教授認為，納米碳管將是未來最佳纖維的首選材料，也將被廣泛用于超微導(dǎo)線、超微開關(guān)以及納米級電子線路等。1993年，繼1989年美國斯坦福大學(xué)搬走原子團“寫”下斯坦福大學(xué)英文名字、1990年美國國際商用機器公司在鎳表面用36個氙原子排出“IBM”之后，中國科學(xué)院北京真空物理實驗室自如地操縱原子成功寫出“中國”二字，標(biāo)志著我國開始在國際納米科技領(lǐng)域占有一席之地。1994年在美國波斯頓召開的MRS秋季會議上正式提出納米材料工程。它是納米材料研究的新領(lǐng)域，是在納米材料研究的基礎(chǔ)上通過納米合成、納米添加發(fā)展新型的納米材料，并通過納米添加對傳統(tǒng)材料進行改性、擴大納米材料的應(yīng)用范圍，開始形成了基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究并行發(fā)展的新局面。1997年，美國科學(xué)家首次成功地用單電子移動單電子，利用這種技術(shù)可望在20年后研制成功速度和存貯容量比現(xiàn)在提高成千上萬倍的量子計算機。1999年，巴西和美國科學(xué)家在進行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，它能夠稱量十億分之一克的物體，即相當(dāng)于一個病毒的重量；此后不久，德國科學(xué)家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破了美國和巴西科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)造的紀錄。

2000年4月，美國能源部桑地亞國家實驗室運用激光微細加工技術(shù)研制出智能手術(shù)刀，該手術(shù)刀可以每秒掃描10萬個癌細胞，并將細胞所包含的蛋白質(zhì)信息輸入計算機進行分析判斷。

2001年紐約斯隆-凱特林癌癥研究中心的戴維·沙因貝格爾博士報道了把放射性同位素錒-225的一些原子裝入一個形狀像圓環(huán)的微型藥丸中，制造了一種消滅癌細胞的靶向藥物。

2001年1月當(dāng)時的美國總統(tǒng)克林頓簽署并發(fā)表了一份歷史上罕見的“美國國家納米技術(shù)倡議”，它把納米技術(shù)稱之為領(lǐng)導(dǎo)下一次工業(yè)革命的技術(shù)?！霸O(shè)想一下，強度是鋼的10倍而重量很小的材料；國會圖書館的所有資料被儲存在一塊方糖大小的物質(zhì)上；在癌癥只有幾個細胞時就能發(fā)現(xiàn)它們”。“如果有人問我哪個科學(xué)和工程領(lǐng)域最可能對未來產(chǎn)生突破性的影響，我會說是納米科學(xué)和工程?！奔{米技術(shù)在美國2010年:80萬納米科技人才,GDP1萬億美元,200萬個就業(yè)機會能源部的8項優(yōu)先研究中，6項有關(guān)納米材料本世紀前10年幾個關(guān)鍵領(lǐng)域之一制定了“國家納米技術(shù)倡議”(NNI):納米材料納米電子學(xué)、光電子學(xué)和磁學(xué)納米醫(yī)學(xué)和生物學(xué)軍工:隱形飛機表面涂料、艦船表面納米涂料美國總統(tǒng)布什2003.12.3日簽署了《21世紀納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，批準(zhǔn)聯(lián)邦政府在從2005財政年度開始的4年中共投入約37億美元，用于促進納米技術(shù)的研究開發(fā)1962年,久保(Kubo):久保理論國會:21世紀前20年的立國之本著名大企業(yè):納米實用化技術(shù)的計劃三菱化工建立了(富勒烯)納米碳管生產(chǎn)線自潔凈玻璃、光催化凈化水或空氣納米技術(shù)在日本韓國：全國納米技術(shù)研究院、納米顯示技術(shù)印度：像抓軟件產(chǎn)業(yè)那樣抓納米科技德國：把發(fā)展納米技術(shù)定位在新能源、新環(huán)境，全面帶動納米技術(shù)在各個領(lǐng)域的發(fā)展法國：國家納米科技中心、納米產(chǎn)業(yè)基金世界都在迎接納米時代的到來納米技術(shù)在其它國家1993年，中科院操縱原子寫字納米技術(shù)在中國

我國高度重視納米材料的研究工作，納米材料科學(xué)已作為國家基礎(chǔ)性研究重大關(guān)鍵項目列入國家”八五”攀登計劃。國家自然科學(xué)基金、國家863計劃、973計劃和國防科技研究規(guī)劃也都列入了納米材料研究項目，取得了相當(dāng)進展。中科院物理所制備出大面積碳納米管陣列；合成了當(dāng)時最長的纖維級碳納米管中國科技大學(xué)：氮化鎵粉體清華大學(xué)：氮化鎵納米棒中國科技大學(xué)：從四氯化碳制備出金剛石納米粉，被譽為“稻草變黃金”(2)納米材料發(fā)展的三個階段第一階段（1990年之前）。主要是在實驗室探索,用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體,合成塊體(包括薄膜),研究評估表征的方法,探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。第二階段（1990～1994年前）。人們關(guān)注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能,設(shè)計納米復(fù)合材料,通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合,納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)合材料的合成及物性的探索,一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。第三階段（1994年至今）納米組裝體系。其基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及所組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無序地排列。錢學(xué)森(1991)：“我認為，納米左右和納米以下的結(jié)構(gòu)是下一階段科技發(fā)展的重點，會是一次技術(shù)革命，從而將在21世紀又是一次產(chǎn)業(yè)革命。”納米技術(shù)將改變生產(chǎn)方式，導(dǎo)致生活方式變革，帶領(lǐng)我們創(chuàng)建嶄新的21世紀。(3)前景展望

6.2納米材料的特性與性能6.2.1納米材料的結(jié)構(gòu)特征(1)納米材料的特殊結(jié)構(gòu)納米材料二維結(jié)構(gòu)模型黑球代表晶內(nèi)原子；白球代表界面處原子

晶體組元：由所有晶粒中的原子組成，嚴格位于晶格位置上界面組元：處于各晶粒之間的界面原子組成，這些原子由超微晶粒的表面原子轉(zhuǎn)化而來納米晶粒和由此產(chǎn)生的高濃度界面是納米材料的兩個重要特征納米晶Fe78B13Si晶粒大小與平均正電子壽命的關(guān)系由于結(jié)構(gòu)和化學(xué)上偏離正常多晶結(jié)構(gòu)，所表現(xiàn)的各種性能也明顯不同于通常多晶體。

(2)納米材料中的特殊效應(yīng)①表面效應(yīng)（界面效應(yīng)）

納米材料的顆粒尺寸小,位于表面的原子所占的體積分數(shù)很大,產(chǎn)生相當(dāng)大的表面能,這種表面原子的活性不但引起納米微粒表面輸運和構(gòu)型的變化,進而大大提高原子的自擴散系數(shù)，同時也引起表面電子自旋、構(gòu)象、電子能譜的變化等。表面效應(yīng)是納米微粒及其固體材料的最重要的效應(yīng)之一。②小尺寸效應(yīng)（體積效應(yīng)）

當(dāng)納米微粒的粒徑小到與其光波波長或德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時，納米微粒晶體的周期性邊界條件被破壞，而導(dǎo)致其呈現(xiàn)出與相應(yīng)塊體材料顯著不同的物理性質(zhì)（如聲、光、電、磁、熱等）變化的現(xiàn)象，此即納米粒子的小尺寸效應(yīng)。

表6.2納米微粒的特性

③量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子尺寸達到納米量級時，金屬費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。能帶理論表明，金屬納米微粒包含的原子數(shù)有限，能級間距發(fā)生分裂。當(dāng)能級間距大于熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時，納米微粒的磁、光、聲、熱、電及超導(dǎo)電性與宏觀物體有顯著不同。金屬Ag為良導(dǎo)體，但其納米微粒粒徑＜20nm時，會呈現(xiàn)電絕緣性。④宏觀量子隧道效應(yīng)

在微觀納米尺度，當(dāng)具有電位勢差的兩導(dǎo)體間的距離小到一定程度時，電子將存在一定幾率，穿透兩導(dǎo)體間的勢壘，從一端向另一端躍遷，該現(xiàn)象即被稱為隧道效應(yīng)。躍遷形成的電流稱為隧道電流。隧道電流對兩導(dǎo)體間的距離非常敏感，如果把距離減少0.1nm，隧道電流就會增大一個數(shù)量級，這也可稱量子隧道效應(yīng)。6.2.2納米材料奇異的性能表6.3納米晶金屬與通常多晶或非晶態(tài)的性能

表6.4納米材料的一些特性及其應(yīng)用

6.3納米材料的應(yīng)用

由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學(xué)材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。（一）陶瓷增韌陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。納米陶瓷（二）磁性材料方面的應(yīng)用

（1）納米稀土永磁材料由于納米材料的磁化過程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進行,即使不磁化也是永久性磁體,因此可用作永磁性材料。（2）納米磁流體材料（即磁性液體材料）磁流體是將強磁性納米粒子穩(wěn)定地分散于水或油等分散介質(zhì)中所形成的分散體系,它在通常重力場和磁場作用下不發(fā)生凝聚和沉降。（三）納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)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。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進行的反應(yīng)也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。（四）納米材料在光學(xué)方面的應(yīng)用納米微粒由于小尺寸效應(yīng)使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學(xué)特性，如光學(xué)非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等，都與納米微粒的尺寸有很強的依賴關(guān)系。研究表明，利用納米微粒的特殊的光學(xué)特性制成的各種光學(xué)材料將在日常生活和高技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。①紅外反射材料

高壓鈉燈以及各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，這就表明有相當(dāng)多的電能轉(zhuǎn)化為熱能被消耗掉，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能來照明。同時，燈管發(fā)熱也會影響燈具的壽命。如何提高發(fā)光效率，增加照明度一直是亟待解決的關(guān)鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個問題提供了一個新的途徑。20世紀80年代以來，人們用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結(jié)果不但透光率好，而且有很強的紅外線反射能力。有人估計這種燈泡亮度與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝嗤瑫r，可節(jié)省約15％的電能。②優(yōu)異的光吸收材料

納米微粒的量子尺寸效應(yīng)等使它對某種波長的光吸收帶有藍移現(xiàn)象。納米微粒粉體對各種波長光的吸收帶有寬化現(xiàn)象。納米微粒的紫外吸收材料就是利用這兩個特性。通常的納米微粒紫外吸收材料是將納米微粒分散到樹脂中制成膜，這種膜對紫外有吸收能力依賴于納米粒子的尺寸和樹脂中納米粒子的摻加量和組分。目前，對紫外吸收好的幾種材料有：30～40nm的TiO2納米粒子的樹脂膜；Fe2O3納米微粒的聚酯樹脂膜。前者對400nm波長以下的紫外光有極強的吸收能力，后者對600nm以下的光有良好的吸收能力，可用作半導(dǎo)體器件的紫外線過濾器．③隱身材料

由于納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標(biāo)，起到了隱身作用。美國F117隱形轟炸機美國B2隱形轟炸機（五）納米技術(shù)與材料在環(huán)境保護方面的作用

隨著納米技術(shù)的悄然崛起，納米環(huán)保也會迅速來臨，拓展人類利用資源和保護環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。①納米技術(shù)在治理有害氣體方面的應(yīng)用納米技術(shù)可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產(chǎn)生。納米級催化劑用于汽車尾氣催化，有極強的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產(chǎn)生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進行尾氣凈化處理。②納米技術(shù)在污水處理方面的應(yīng)用

污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細菌病毒等。污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題。污水中的貴金屬是對人體極其有害的物質(zhì)。它從污水中流失，也是資源的浪費。新的一種納米技術(shù)可以將污水中的貴金屬如金、釕、鈀、鉑等完全提煉出來，變害為寶。一種新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10~20倍。（六）納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用眾所周知，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小單位。生物分子是很好的信息處理材料，每一個生物大分子本身就是一個微型處理器，分子在運動過程中以可預(yù)測方式進行狀態(tài)變化，其原理類似于計算機的邏輯開關(guān)，利用該特性并結(jié)合納米技術(shù)，可以此來設(shè)計量子計算機。美國南加州大學(xué)的Adelman博士等應(yīng)用基于DNA分子計算技術(shù)的生物實驗方法，有效地解決了目前計算機無法解決的問題—“哈密頓路徑問題”，使人們對生物材料的信息處理功能和生物分子的計算技術(shù)有了進一步的認識。

到目前為止，還沒有出現(xiàn)商品化的分子計算機組件?？茖W(xué)家們認為：要想提高集成度，制造微型計算機，關(guān)鍵在于尋找具有開關(guān)功能的微型器件。美國錫拉丘茲大學(xué)已經(jīng)利用細菌視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)制作出了光導(dǎo)“與”門，利用發(fā)光門制成蛋白質(zhì)存儲器。此外，他們還利用細菌視紫紅質(zhì)蛋白質(zhì)研制模擬人腦聯(lián)想能力的中心網(wǎng)絡(luò)和聯(lián)想式存儲裝置。納米計算機的問世，將會使當(dāng)今的信息時代發(fā)生質(zhì)的飛躍。它將突破傳統(tǒng)極限，使單位體積物質(zhì)的儲存和信息處理的能力提高上百萬倍，從而實現(xiàn)電子學(xué)上的又一次革命。（七）納米科技在其他方面的應(yīng)用使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細，并在納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藥品。將藥物儲存在碳納米管中，并通過一定的機制來激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進入人體后可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。醫(yī)學(xué)納米機器人

采用納米大分子：“生物部件”與小分子無機物晶體結(jié)構(gòu)組合，采用納米電子學(xué)控制裝配成納米機器人，將會給人類醫(yī)學(xué)科技帶來深刻的革命，使現(xiàn)在許多的疑難病癥得到解決。家電

用納米材料制成的納米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外線等作用，可用處作電冰霜、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料。

電子計算機和電子工業(yè)

可以從閱讀硬盤上讀卡機以及存儲容量為目前芯片上千倍的納米材料級存儲器芯片都已投入生產(chǎn)。計算機在普遍采用納米材料后，可以縮小成為“掌上電腦”。

紡織工業(yè)

在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)配粉體材料，經(jīng)抽絲、織布，可制成殺菌、防霉、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝，可用于制造抗菌內(nèi)衣、用品，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。機械工業(yè)

采用納米材料技術(shù)對機械關(guān)鍵零部件進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高機械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命。

（八）納米科學(xué)技術(shù)在精細化工方面的應(yīng)用

粘合劑和密封膠

國外已將納米材料如納米SiO2作為添加劑加入到粘合劑和密封膠中，使粘合劑的粘結(jié)效果和密封膠的密封性都大大提高。其作用機理是在納米SiO2的表面包覆一層有機材料，使之具有親水性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米SiO2形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)掏膠體流動，固體速度加快，提高粘接效果，由于顆粒尺寸小，更增加了膠的密封性。在各類涂料中添加納米SiO2可使其抗老化性能、光潔度及強度成倍地提高，涂料的質(zhì)量和檔次自然升級。因納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料（即抗老化），加之其極微小顆粒的比表面積大，能在涂料干燥時很快形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時增加涂料的強度和光潔度。

涂料自然界的現(xiàn)象給了科學(xué)家無限的想象與創(chuàng)意。把透明疏油、疏水的納米材料顆粒作成涂料涂刷在建筑物表面(例如Ispo公司)，大樓不會被空氣中的油污弄臟，鍍在窗戶玻璃表面上，玻璃也如同荷葉一般自凈而永遠透明。或?qū)⑦@種納米顆粒放到纖維中，做成防塵的衣物，也許可省去不少洗衣的麻煩。

橡膠

納米Al2O3粒子加入橡膠中可提高橡膠的介電性和耐磨性。納米SiO2可以作為抗紫外輻射、紅外反射、高介電絕緣橡膠的填料。添加納米SiO2的橡膠，彈性、耐磨性都會明顯優(yōu)于常規(guī)的白炭黑作填料的橡膠。

各種助劑塑料

納米SiO2對塑料不僅起補強作用，而且具有許多新的特性。利用它透光、粒度小，可使塑料變得更致密，可使塑料薄膜的透明度、強度和韌性、防水性能大大提高。在有機玻璃生產(chǎn)時加入表機經(jīng)修飾的納米SiO2可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；在有機玻璃中添加納米Al2O3既不影響透明度又提高了高溫沖擊韌性。纖維

以納米SiO2和納米TiO2經(jīng)適當(dāng)配比而成的復(fù)合粉體作為纖維的添加劑，可制得滿足國防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。納米微粒與樹脂結(jié)合用于紫外線吸收，如防曬油、化妝品中普遍加入納米微粒。如納米TiO2、ZnO、SiO2等。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)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。化妝品6.4實現(xiàn)“在原子和分子水平上制造材料和器件”

如果有一種超微型鑷子，能夠鉗起分子或原子并對它們隨意組合，制造納米機械就容易多了。科學(xué)家在10日出版的英國《自然》雜志上報告說，他們用DNA（脫氧核糖核酸）制造出了一種納米級的鑷子。利用DNA基本元件堿基的配對機制，可以用DNA為“燃料”

控制這種鑷子反復(fù)開合。

20世紀80年代初期，IBM公司蘇黎世實驗室的兩位科學(xué)家G．Binnig和H．Roher發(fā)明了掃描隧道顯微鏡。

這種新型顯微儀器的誕生，使人類能夠?qū)崟r地觀測到原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)，對表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及微電子技術(shù)的研究有著重大意義和重要應(yīng)用價值。為此這兩位科學(xué)家與電子顯微