新型熱門納米材料研究進(jìn)展

【摘要】：納米材料具有著獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，引起了人們濃厚的興趣和關(guān)注。本文主要探討了當(dāng)今世界多種新型熱門納米材料技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】：納米材料;半導(dǎo)體;磁性;復(fù)合;高分子

1. 引言

在充滿生機(jī)的21世紀(jì)，生物技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、能源環(huán)境，以及國防的高速發(fā)展對材料提出更高的需求，新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來極具有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域。

納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中有著十分重要影響的研究對象。曾經(jīng)有人預(yù)測在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過基因技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的決定性技術(shù)。近年來，納米技術(shù)與材料化學(xué)、熱力學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科都有著交叉滲透，納米材料的發(fā)展變化日新月異，相繼出現(xiàn)了磁性納米材料、半導(dǎo)體納米材料、納米高分子復(fù)合材料等新型化學(xué)材料。

2. 新型納米材料應(yīng)用

2.1 半導(dǎo)體納米材料

2.1.1半導(dǎo)體納米材料概述

與金屬材料相比，半導(dǎo)體中的電子動(dòng)能較低，，其德布羅意波長較長， 因而對空間的限制比較敏感。當(dāng)空間某一方向的尺度限制與電子的德布羅意波長可比擬時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受限， 而被量子化地限制在離散的本征態(tài)，從而失去一個(gè)空間自由度，或者說減少了一維。因此，通常適用的電子的粒子行為在此材料中不再適用， 這種新型的材料稱為半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)， 也就是半導(dǎo)體納米材料。

2.1.2 半導(dǎo)體納米材料研究進(jìn)展

半導(dǎo)體納米材料所具有的獨(dú)特性 質(zhì)，使其在光電子器件、量子電子器件以及光學(xué)非線性性質(zhì)制造的光學(xué)器件等領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用。

80 年代以來， 半導(dǎo)體納米材料的研究已逐漸成為凝聚態(tài)物理學(xué)中一個(gè)新的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，為進(jìn)一步發(fā)展固體電子學(xué)提供了物理基礎(chǔ)。特別是，近十幾年來迅速發(fā)展起來的X 射線、紫外光、電子束及離子束納米微刻 技術(shù)使得超小納米材料的制作成為可能， 現(xiàn)代科技對電子器件小型化、高速化、多功能化的要求更成為納米材料研究的一個(gè)強(qiáng)大推動(dòng)力。

2.2 磁性納米材料

2.2.1 磁性納米材料概述

納米磁性材料是20世紀(jì)70年代后逐步生產(chǎn)、發(fā)展、壯大的新型磁性材料。 納米磁性材料包括納米磁粉材料、納米磁性液體和納米磁膜材料。

2.2.2 磁性納米材料研究進(jìn)展

從上世紀(jì)50年代開始，人們就對鎳納米微粒的低溫磁性進(jìn)行了研究，提出了磁宏觀量子隧道效應(yīng)的概念，并在60年代末期研制成了磁性液體。80年代以后，人們開始研究納米磁性微粒的磁宏觀量子隧道效應(yīng)，現(xiàn)已成為基礎(chǔ)研究的重要課題之一。1988年首先在Fe/Cr多層膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁電阻效應(yīng)，叩開了新興的磁電子學(xué)的大門，為納米磁性材料的研究開拓了新的領(lǐng)域。從20世紀(jì)后期延續(xù)至今，磁性材料進(jìn)入了前所未有的興旺發(fā)達(dá)時(shí)期，并融入到信息行業(yè)，成為信息時(shí)代重要的基礎(chǔ)性材料之一。

2.3 復(fù)合納米材料

2.3.1 復(fù)合納米材料概述

納米復(fù)合材料是由聚合物、纖維、橡膠與納米材料組合而成的。與傳統(tǒng)材料相比，納米復(fù)合材料性能優(yōu)異。根據(jù)納米顆粒在基體材料中的分散狀態(tài)大致可分為三類：第一類是由不同成分、不同相或者不同種類的納米粒子復(fù)合而成的納米固體;第二類是將納米粒子分散到常規(guī)的三維固體中，如把金屬納米粒子分散到另一種金屬或合金中;第三類是將納米微粒分散到二維的薄膜材料中。又可以分為均勻彌散和非均勻彌散兩類。均勻彌散是指納米微粒在薄膜中均勻分布，非均勻彌散是指納米微粒隨機(jī)地、混亂地分散在薄膜基體中。

2.3.2 復(fù)合納米材料研究進(jìn)展

由于納米粒子具有出色的小尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)及量子尺寸效應(yīng)，它與聚合物密度小、耐腐蝕易加工等優(yōu)良特性結(jié)合后，呈現(xiàn)出不同于常規(guī)聚合物復(fù)合材料的性能。同時(shí)，因?yàn)榧庸ず啽悖Ч黠@， 業(yè)界對聚合物納米復(fù)合材料的市場前景持樂觀態(tài)度。

目前世界各國都在積極進(jìn)行納米復(fù)合材料研發(fā)。納米技術(shù)在塑料、化纖、橡膠原料領(lǐng)域的應(yīng)用引人注目，但我們還需注意到，納米復(fù)合材料的市場化應(yīng)用還有很長的路要走。

2.4 高分子納米材料

2.4.1高分子納米材料概述

納米高分子材料也稱為高分子納米微粒或高分子超微粒，其粒徑尺度在1～lO0nm范圍內(nèi)。納米高分子材料主要通過微乳液聚合的方法得到。這種超微粒子具有巨大的比表面積，出現(xiàn)了一些普通微米材料所不具備的新性質(zhì)和新功能，已引起了廣泛的注意。

2.4.2 高分子納米材料研究進(jìn)展

目前，納米高分子材料的應(yīng)用已涉及免疫分析、藥物控制釋放載體及介入性診療等許多方面。納米高分子材料作為載體，與各類藥物之間都有良好的相容性，因此能夠負(fù)載或包覆多種藥物，同時(shí)可以更有效地控制藥物的釋放速度。

高分子膠束作為新型納米靶向給藥系統(tǒng)是功能高分子材料的又一新應(yīng)用。當(dāng)?shù)陀诘团R界溶解溫度（LCST），膠束的熱敏外層為親水性，在血液循環(huán)中轉(zhuǎn)運(yùn)藥物，不易被RES吞噬;當(dāng)高于LCST時(shí)，熱敏外層呈疏水性，膠束破壞而發(fā)生聚集，釋放藥物。通常腫瘤部位常有較高的溫度，利用該生理病理特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)靶向。

納米高分子粒子還可以用于某些疑難病的介入性診斷和治療。納米粒子的直徑比紅血球（6—9μm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動(dòng)，因此可以注入各種對機(jī)體無害的納米粒子到人體的各部位，檢查病變和進(jìn)行治療。人們已經(jīng)制備出一些納米生物醫(yī)用復(fù)合材料，如1994年英國W.Bontleld等研究人員利用高分子量的聚乙烯與納米級羥基磷灰石（HA）成功地合成了納米復(fù)合材料，其方法就是將納米HA與熔融的高分子量聚乙烯高速攪拌下混合。

3. 總結(jié)

21世紀(jì)，新型納米產(chǎn)品的發(fā)展已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成下一世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)的基礎(chǔ)。納米技術(shù)將以空前的影響力和滲透力改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活方式，改變科學(xué)方法和技術(shù)發(fā)展的軌跡。各種新型的納米材料逐漸走向熱門，將成為材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)大放異彩的明星，在生物、醫(yī)療、化學(xué)、材料、電子等多重領(lǐng)域發(fā)揮舉足輕重的作用。 同時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)看到，納米科技作為國際上剛剛興起的一門新興的學(xué)科領(lǐng)域，有許多重要的基礎(chǔ)問題還未解決，其全面走向應(yīng)用尚需時(shí)日。而且現(xiàn)在也需要重視避免納米技術(shù)引發(fā)的事故，認(rèn)真防止納米技術(shù)濫用給人類帶來的危害。

參考文獻(xiàn)：

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