纳米技术（共12篇）
纳米技术 篇1
纳米材料与纳米技术
学院：自动化学院
专业年级： 2015级物联网工程 学生姓名：梁建业 学号：3115001473
4班 摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要了解纳米材料和纳米技术，介绍它的一些相关的应用及其在国内外的现状，并尝试预测它的发展趋势。与此同时，也共同探讨下其存在的问题。首先，让我们来简单地了解下纳米材料和纳米技术吧！一． 什么是纳米材料？
纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1~100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。
按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。
按纳米尺度在空间的表达特征，纳米材料可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料、一维纳米材料（如纳米线、棒、丝、管和纤维等）、二维纳米材料（如纳米膜、纳米盘和超晶格等）、纳米结构材料即纳米空间材料（如介孔材料。
按形态，纳米材料可分为纳米颗粒材料、纳米固体材料（也称纳米块体材料）、纳米膜材料以及纳米液体材料（如磁性液体纳米材料和纳米溶胶等）。
按功能，纳米材料可分为纳米生物材料、纳米磁性材料、纳米药物材料、纳米催化材料、纳米智能材料、纳米吸波材料、纳米热敏材料以及纳米环保材料等）。
二．什么是纳米技术？
纳米技术（nanotechnology）是指在0.1~100nm空间尺度上操纵原子和分子，对材料进行加工，制造具有特定功能的产品或对物质及其结构进行研究的一门综合性的高新技术学科。其实通俗的讲就是“use little things to finish the big work”。我们在分子原子这样的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技产品，他们往往具有相比于一般材料更优良的性能，具有很高的实用价值和研究价值。而将纳米应用到测量等方面，又可以达到高精度的效果，比如扫描隧道显微镜(STM)、原子显微镜(AFM)的发明等。另外还有：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学等方面的应用。
三． 纳米技术的特异性质及其相关的应用。
1.纳米技术的具有的个性效应。
小尺寸效应是指：随着颗粒尺寸的不断减小，当进入纳米量级的时候，颗粒的光、声、电磁和热力学等物理性质将发生根本性变化的一类现象。比如磁性的纳米颗粒的矫顽力异常之高，而且其有很多应用，磁性车票、磁性钥匙、磁性信用卡等都是应用这一性质；又如纳米二氧化钛陶瓷一改传统陶瓷在室温下可弯曲，塑性形变可达到100%，这就克服了传统陶瓷性非常脆的弱点。
量子尺寸效应是指：随着颗粒的尺寸进入纳米量级，电子能级也随之从连续转变为离散的，也就是量子化的了，而且能级间距也发生了分裂。这时纳米微粒的磁、光、声、热、电等性能有了根本性的转变，例如实验结果表明，纳米银是绝缘体。表面效应是指：伴随着颗粒尺寸的不断减小，颗粒总的表面积大幅度变大，表面原子数急剧上升，与此同时，纳米材料的表面能也急剧变大，这种现象称之为表面效应。由于表面原子活化能大，所以它们具有非常高的活性，很不稳定，就更容易与其他物质结合。我们熟悉的现象：纳米金属微粒在空气中就能够燃烧。
宏观量子隧道效应是指：一些宏观量，例如量子相干器件中的磁通量、纳米颗粒的电导率、超微颗粒的磁化强度等也具有隧道效应的现象。
2.纳米技术的特殊性质。
（一）力学性质
高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。
（二）磁学性质
当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm2。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
（三）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
（四）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。
（五）光学性质
纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。
（六）生物医药材料应用
纳米粒子比红血细胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。
纳米材料和纳米技术的现状： 一．国内的研究现状：
与国外相比,由于我们自身的某些特殊原因,国内对纳米材料的研究起步晚,确切的应该是20世纪80年代,到现在仅仅三十来年的时间,但在纳米材料其特异性能的诱惑下，在以中科院为龙头的引导下，我国对纳米材料的研究一直保持高速发展，并取得很多重大成果，使我国对纳米材料的研究在总体水平上达到国际先进水平，当然这些成就的取得得益于国家对纳米高端技术的高度重视，近年来纳米材料已经成为社会热点话题，纳米材料的应用研究正如火如荼地进行，我国已经进入了基础研究与应用研究并重的新局面。由于我国纳米材料研究方面已经取得的骄人成果，使我们的研究情况在国际上都占有一定的地位。目前，我国纳米材料研究资助项目，主要以金属和无机非金属材料主，占80%左右，高分子和化学合成材料是另一个重要方向，都有所突破。而纳米结构材料研究集中在纳米晶、纳米粉、纳米薄膜、纳米材料、纳米材料改性、增强增韧、纳米结构和纳米特性研究;纳米功能材料的重点领域为纳米信息材料、纳米环境材料、纳米传感材料、热电光磁环境下的特性研究。信息领域包括纳米信息材料、纳米电子学、纳米器件等，是材料、物理、信息相互交叉、促进的领域。生命领域主要集中资助生物材料及应用，如生物纳米传感、检测等。矿物和岩土介质中纳米颗粒的分布和形成机理及应用研究则是地球科学的主要内容。
二．国外的研究现状：
科学家很早就预言纳米技术将在21世纪科技舞台上扮演重要的角色。日本通产省政府与1990年做出资助两项十年计划的重要决定，分别是量子装置计划和关于原子技术的计划，因此日本也就成为了世界上大规模大投入研究纳米技术的先导国。日本的公司和研究所主要集中研究材料的加工和制造，包括先进的医疗诊断器械和微电子应用方面。纳米技术广泛而细致，包括如纳米颗粒的合成、加工，以及具有纳米结构的材料的制造等。目前，从总体实力上客观评价，在纳米材料合成和组装研究方面美国处于领先地位，欧洲和日本紧随其后；在生物方法以及其实际应用方面，美国和欧洲又要强一点，日本稍逊一点点；纳米分散和涂层方面美国与欧洲相近，日本的研究较晚一些，但日本在纳米装置领域和固体材料方面相当强悍，比美国、欧洲都先进。发展趋势
一．纳米材料的发展趋势
(1)纳米尺度。通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元,制备更轻更强的材料,并具有寿命长、维修费用低等特点;以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的生物材料和仿生材料;由于纳米技术能使物质的物理、化学性能发生根本的改变,如纳米陶瓷硬如钢铁,而纳米钢却能像橡胶那样富有弹性等。所以,纳米技术被认为是21世纪材料技术的发展方向。(2)航天和航空。这方面的研究主要包括:研制低能耗、抗辐射、高性能计算机;微型航天器用纳米集成的测试、控制仪器和电子设备;抗热胀、耐磨损的纳米结构涂层材料。(3)国家安全。通过纳米电子器件在信息控制中的应用,使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应;用纳米机械设备控制,国家核防卫系统的性能将大大提高;通过纳米材料的应用,可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性有很大提高,可用于舰船、潜艇和战斗机等。二．纳米技术的发展趋势(1)微电子和计算机。纳米结构的微处理器的效率将提高100万倍,并实现兆兆比特的存储器(提高1000倍);研制集成纳米传感器系统。(2)环境和能源。发展绿色能源和环境处理技术,减少污染和恢复被破坏的环境;制备孔径1nm的纳孔材料作为催化剂的载体,用以消除水和空气中的污染;成倍提高太阳能电池的能量转换效率。
(3)医学。纳米粒子将使药物在人体内的传输更方便,将来用纳米结构“组装”一种寻找病毒的药物进入人体后,可对艾滋病、癌症、病毒性感冒等进行治疗;在人工器官外涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应;研究与人体友好的人工组织、器官复明和复聪器件等。
(4)生物。在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等,在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能,生物仿生化学药品和生物可降解材料;动植物的基因改善和治疗,测定DNA的基因芯片等。存在的问题： 一．社会危害
纳米材料（包含有纳米颗粒的材料）本身的存在并不是一种危害。只有它的一些方面具有危害性，特别是他们的移动性和增强的反应性。只有某些纳米粒子的某些方面对生物或环境有害，我们才面临一个真的危害。二．健康问题
纳米颗粒进入人体有四种途径：吸入，吞咽，从皮肤吸收或在医疗过程中被有意的注入（或由植入体释放）。一旦进入人体，它们具有高度的可移动性。在一些个例中，它们甚至能穿越血脑屏障。
纳米粒子在器官中的行为仍然是需要研究的一个大课题。基本上，纳米颗粒的行为取决于它们的大小，形状和同周围组织的相互作用活动性。它们可能引起噬菌细胞（吞咽并消灭外来物质的细胞）的“过载”，从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们可能因为无法降解或降解缓慢，而在器官里集聚。还有一个顾虑是它们同人体中一些生物过程发生反应的潜在危险。由于极大的表面积，暴露在组织和液体中的纳米粒子会立即吸附他们遇到的大分子。这样会影响到例如酶和其他蛋白的调整机制。三．环境问题
主要担心纳米颗粒可能会造成未知的危害。四．社会风险
纳米技术的使用也存在社会学风险。在仪器的层面，也包括在军事领域使用纳米技术的可能性。（例如，在MIT士兵纳米技术研究所[1]研究的装备士兵的植入体或其他手段，同时还有通过纳米探测器增强的监视手段。
尽管到目前为止，纳米材料与纳米技术仍然是个饱受争议的话题，对人类的危害还是个未知数，但随着科技的发展,我相信这些问题都将会被妥善解决。纳米的应用领域将不断拓展,将会产生革命性的变革。预计不久的将来,纳米科技将深入到各行各业乃至千家万户,并将成为今后二三十年科技发展的主导技术。
[参考文献] [1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].中国工程咨询, 2000,(4):38-41.[2]夏秦海.纳米技术与环境保护[J].环境保护,2001,(3): 44.[3]张立德.纳米材料研究的进展与我国的对策[J].科技导 报,2000,(10):33-34 [4]百度百科
纳米技术 篇2
纳米技术是一门在0.1—100nm空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工、制造具有特定性能的产品，或对物质进行研究、掌握其原子和分子的规律和特征的高新技术学科，被认为是“今后十年最可能使人类发生巨大变化的十项技术”之一。
纳米技术包含下列四个主要方面：（1）纳米材料。当物质到纳米尺度以后，即0.1—100nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，又不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。（2）纳米动力学。主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等。用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺，特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百μm，而宽度误差很小。（3）纳米生物学和纳米药物学。如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，dna的精细结构，等等。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，用于定向杀癌细胞。（4）纳米电子学。包括基于量子效应的纳米电子器件，纳米结构的光/电性质，纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装，等等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更快，是指响应速度要快。更冷，是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度，纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。
二、研发纳米技术的重要意义
在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术、新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方英寸400G的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉。高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。
研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（0.1—100nrn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，因而纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，又不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。
纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为21世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在社会上的应用前景非常广阔，纳米技术不仅会推动新产品的开发，而且将为改善人们的生活环境，提高生活质量作出不可估量的贡献。纳米技术将成为21世纪新型技术的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的时代。
三、对纳米技术未来发展的展望
纳米技术将从根本上改变未来制造的两种基本类型方式———连续制造和离散制造。连续制造是指批量物质或材料的生产，例如化学品或金属卷材。离散制造是指单个配件的生产，例如螺栓或元件（集成电路）或组装系统（计算机）。对于纳米尺度制造来说，原子、分子与团簇都是生产“原料”。因此，纳米尺度制造的生产工艺和设备与目前应用于大于100nm的微制造工艺与设备将会有很大不同。纳米制造未来的研究方向包括以下几个。
1. 材料开发
了解和模拟纳米尺度物质合成、操控及监测的现象和工艺，这是开发新型纳米制造技术所需的；开发表征、监测、筛选、分离和控制纳米结构大小/形状/多分散性和表面或体积特征的方法。
2. 制造纳米系统的材料操控与控制
分子、大分子、纳米颗粒及纳米尺度组件的定位、定向、分散、集群和导向自我组装，非共价键和信息内容是不可或缺的；纳米材料的包装和输运，如通过超声和纳米流化床；纳米自组装结构融入功能器件和系统。
3. 与微观和宏观系统相结合
把自下而上和自上而下的制备技术融入低本高效的优化生产制造中；制造技术的尺度放大、并行和集成能力，如平行探针或束阵列等方法。
4. 制造工具
改造和控制表面组成/结构，以确保随后组装的稳定性和功能性；开发可支撑的、用户与环境友好、廉价而高产的制图技术；开发和运用纳米结构复制方法；纳米制造结构和性能的低本高效清除/修复/接缝技术，等等。
5. 测量和标准工具
纳米颗粒与结构的化学和结构表征技术（除几何形状特征外）；开发三维加工和非破坏性表面下探测技术；把在线传感与监测技术同制造方法融合在一起；远程制作和远程表征设备和仪器，等等。
参考文献
[1]张立德.纳米材料[M].北京:化工出版社, 2002.
纳米技术找寻 篇3
纳米是一个长度单位，1纳米=10－9米。纳米技术是在01纳米～100纳米的尺度空间内研究电子、原子、分子的内在运行规律和特性的崭新技术。它的涵盖面十分广泛，包括纳米电子技术、纳米材料技术、纳米机械制造技术、纳米显微技术以及纳米物理学和纳米生物学等不同学科和领域。
纳米技术是世纪之交异军突起的新兴技术，它的出现，标志着人类在改造自然方面进入了一个新的层次，即从微米层次深入到原于、分子级的纳米层次，使人类最终能够按照自己的意愿操纵单个原子和分子，以实现对微观世界的有效控制。专家们认为，正像产业革命、抗生素、核能和微电子技术的出现和应用所产生的巨大影响一样，纳米技术将创造人们想像不到的推动新世纪前进的奇迹。纳米技术的发展不但会开创一个科学技术的新时代，还将会对社会各领域引发重大变革。有人甚至断言，人类迎来的21世纪将是“纳米时代”。
纳米技术一出现，许多国家将其列为“关键技术”范围，投入巨资进行研究开发。纳米技术的研究与开发时间虽然很短，但已取得了令人瞩目的成果，向世人展示了其诱人的发展前景。近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地，日本和西欧1997年在这个领域的支出超过了美国。日本、德国、英国、瑞典、瑞士和欧盟都在具体的纳米技术领域创造了中心优势，日本在纳米设备和强化纳米结构领域具有优势，欧洲在分散、涂层和新仪器应用方面处于领先地位。美国目前虽在合成、化学品和生物方面处于领先地位，但是在纳米装置、纳米设备的生产、极精确工程、陶瓷和其他结构材料方面落后于其他国家。
纳米科技发展简史
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，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。20世纪70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想。1974年，科学家唐尼古奇最早使用“纳米技术”一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示出一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极的促进作用。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的1/6，强度却是钢的l0倍，成为纳米技术研究的热点。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等。1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文名字和1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。l997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存储容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量。此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
美国纳米技术的开发情况
美国科学家正试图利用精确控制形状和成分的纳米“砖块”合成出自然界中没有的材料，然后可以把这些材料组装成更轻更强的较大结构，这种结构还可能具有可设计性。美国国家科学和技术委员会发布的一份研究报告描述了这些预计会出现的特种新奇材料的特性。这些材料将具有多种功能，并能够感知环境变化以及做出相应的反应。研究人员预计，还会出现强度是钢铁的10倍的材料、重量只有纸张的1／10的材料、具有顺磁性或者超导电性的材料、透明材料和具有更高熔点的材料。把纳米技术用于存储器，可使整个国会图书馆的信息放入一个只有糖块大小的装置中。
西北大学开发的一种比色传感器，已经成功地探测出发疽和结核杆菌。科学家把探测对象的DNA附加在纳米大小的黄金微粒上，当互补的微粒在溶液中存在时，黄金微粒会紧紧地结合在一起，改变悬浮液的颜色。这种传感器更加简单，且成本只是现有技术的1／10。
美国半导体工业协会制定了一个处理器、传感器、存储器和传输设备的开发路线图，但是这个路线图只延伸到了2010年，并且只达到了大小为100纳米的结构，这比全部是纳米结构的装置要大。这个协会说，科学发现发展成商业上可行的技术需要时间。该协会预计，纳米技术还要再过10年～15年才能成熟。这个估计部分是基于磁阻效应从发现到产品上市所需的时间。1988年，科学家在经过特殊处理的纳米厚的有磁与无磁薄层中发现了巨大的磁阻效应。到1991年，IBM公司展示了简便制造小型样品的能力，到1997年12月就生产出了替代计算机磁头的商业产品。
美国康奈尔大学的一个科研小组最近制成了400架“纳米直升机”，现在正在实验室中对其进行性能实验。这是纳米技术的一个新成果。这些“纳米直升机”之所以被称为“纳米直升机”，是因为它有一个用金属镍制成的螺旋桨，并且利用它的生物分子部件将人体内产生的一种名叫ATP的物质转换成能量，利用这个能量它们可以在人的细胞内“飞翔”和着陆。科学家希望它们能帮助医生清除细胞的缺陷和释放药物。该生物分子部件坐落在一个也是由金属镍制成的柱体上。在实验中发现，该螺旋桨每秒钟可以转8周，而且，令人惊讶的是，只要将上述的镍螺旋桨、生物分子部件和镍柱体等3个部件放在一起，它们就可以在由ATP转换成的能量驱动下自行组装成“纳米直升机”。不过，科学家目前只是在实验室中对其进行性能实验，而且在400架“纳米直升机”中，目前只有五架工作正常。但是参与研制的科学家指出，他们的实验结果已经显示，在人体生物能量的驱动之下，这种三件式的“纳米直升机”能自行组装、维护和修理，这已经是一个大突破了。
尽管美国在纳米研究和开发上仍处于世界领先水平，但是美国的优势最近几年却在下降。1950年，美国的国内生产总值占发达国家总和的40％，开展的研究开发是世界其他国家总和的2倍～3倍。到1997年，美国的国内生产总值只占全世界国内生产总值的27％，开展的研究开发只占世界的40％。美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府将纳米科技基础研究方面的投资从l997年的116亿美元增加到2001年的497亿美元。
中国纳米科技成就卓越
近年来，中国科学家在纳米科技领域屡创佳绩，世界权威科学刊物或者相关国际会议上，中国人频频在纳米领域“露脸”，让世界为之瞩目。1993年，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地，并居于国际科技前沿。l998年，清华大学范守善小组成功地制造出直径为3纳米～50纳米、长度达微米量级的氮化镓半导体一维纳米棒，使中国在国际上首次把氮化镓制备成一维纳米晶体。1998年，美国《科学》杂志上刊登了中国科学家的论文。中国科学家用非水热合成法，制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金——从四氯化碳制成金刚石。”近年来，中国科学院物理研究所的解思深研究员率领的科研小组，不仅合成了世界上最长的“超级纤维”碳纳米管，创造了一项“3毫米的世界之最”，而且合成出世界上最细的碳纳米管。l999年上半年，北京大学纳米技术研究取得重大突破，电子学系教授薛增泉领导的研究组在世界上首次将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，并组装出世界上最细且性能良好的扫描隧道显微镜用探针。l999年，中科院金属研究所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使中国新型储氢材料研究一举跃上世界先进水平。这种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可能做成燃料电池驱动汽车。不久前，中科院金属研究所卢柯博士率领的小组，在世界上首次直接发现纳米金属的“奇异”性能——超塑延展性，纳米铜在室温下竟可延伸50多倍而“不折不挠”，被誉为“本领域的一次突破”，它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的。
纳米技术 数学作文 篇4
人类社会是在不断征服自然和不断攀登科技顶峰而前进的，纳米技术也是如此。20世纪50年代末，物理学家开始认识到“物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性”。经过几十年的艰苦探索，纳米技术取得了关键性的突破，1990年IBM公司使用扫描探针移动35个原子，组成了IBM三个字母，创造了人类最“微乎其微”的伟大奇迹，纳米神话令世界震惊。随后，从大西洋到太平洋，各个发达国家纷纷制定发展战略，投入巨资抢占纳米科技战略高地
那么，纳米究竟是什么东西？纳米（nm）实际上是一种计量单位，从宏观的角度上看1米等于100万微米，而1微米等于1000纳米；从微观上看，纳米是描述原子、分子等尺寸及其距离，1纳米仅等于十亿分之一米，人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米。纳米小得可爱，却威力无比，它可以对材料性质产生影响，并发生变化，使材料呈现出极强的活跃性。科学家们说，纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾，会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久。
纳米技术应用广泛
纳米技术传感器 篇5
传感器材料是传感器技术的重要基础，材料科学的进步使传感器技术越来越成熟，种类越来越多，采用纳米材料制作的传感器具有庞大的界面，提供大量物质通道，导通电阻很小，有利于传感器向微型化发展。纳米技术传感主要包括纳米化学/生物传感器、纳米气体传感器和其它类型的纳米传感器（压力、温度和流量等）。开发纳米传感器的厂家包括安捷伦(Agilent)、波音、Dow Corning、IBM、Lockheed Martin、摩托罗拉和三星，还有像Ambri和Nanomix这样的新兴公司，
NanoMarkets, LC是位于美国弗吉尼亚州的一个市场研究、咨询公司，由来自享有盛誉的CIR, Inc.的Lawrence Gasman和Robert Nolan于2月发起创办，其主要业务是分析微米级和纳米级技术进步所带来的市场机遇。该公司日前发布报告，预测全球纳米技术传感器市场规模将增长到28亿美元，到市场规模可望达到172亿美元。主要的应用领域包括医药和保健、军事和国土安全、工业控制和机器人、网络和通信、环境监测等。
纳米技术与环境工程 篇6
纳米技术与环境工程
纳米技术和纳米材料是当前材料领域的研究热点,这为解决人类生存环境所面临的日益严重的`环境问题提供了新型的手段和方法,简要综述了纳米技术和纳米材料,着重介绍了纳米材料及纳米科技在有机、无机污水处理以及空气净化等环境保护领域的应用进展情况.
作 者：张明珠 黄希 范薇 吴静 Zhang Mingzhu Huang Xi Fan Wei Wu Jing 作者单位：北京工业职业技术学院,北京,100042 刊 名：北京工业职业技术学院学报 英文刊名：JOURNAL OF BEIJING POLYTECHNIC COLLEGE 年，卷(期)：2008 7(3) 分类号：X132 关键词：纳米材料 环境保护 污水处理 空气净化
纳米技术 篇7
关键词：纳米,纳米材料,纳米技术,智能材料
材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质, 但不是所有物质都可以称为材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命, 又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。新材料的出现以及材料科学技术的重大突破, 都会引起科学技术的重大变革, 都会加速社会发展的进程。纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域, 它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础, 许多科技新领域的突破都迫切需要纳米材料和纳米科技支撑, 传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。
1 纳米及纳米材料
纳米是物理上的长度单位, 用nm表示。1m等于10亿nm。l纳米相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说, 相当于万分之一头发丝粗细。长度单位主要有;光年、千米、米、分米、厘米、毫米、丝米、忽米、微米、纳米、埃。所以纳米是长度单位中非常小的单位。用肉眼是看不到这么小的长度, 所以必须利用显微镜才能观察到。纳米是一个长度单位, 本身并没有物理内涵。当物质颗粒大小达, 到纳米尺度以后, 大约是在lnm~100nm这个范围空间, 物质的性能就会发生突变, 出现特殊性能。这种既不同于原来的原子、分子, 也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料, 即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米, 而没有特殊性能的材料, 也不能叫纳米材料。第一个真正认识判定它的性能并引用纳米概念的是日本科学家, 他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子, 并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后, 它就失去原来的性质, 表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此, 像铁钴合金, 把它做成大约20nm~30nm大小, 磁畴就变成单磁畴, 它的磁性要比原来高1 000倍。80年代中期, 人们就正式把这类材料命名为纳米材料。
2 纳米材料的种类
纳米材料分为纳米颗粒和纳米固体, 纳米颗粒 (颗粒的尺寸, 一般指直径不超过10nm最大不超过100nm) 也称超微粒。纳米固体也称为纳米结构材料, 由纳米颗粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维等统称为纳米固体。
3 纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法很多, 一般有物理的、化学的、机械的方法等等。最常见的方法是在惰性气体环境中采用凝聚技术制备纳米材料。制作过程就是将金属原材料置于一个电加热的蒸发皿中, 然后将蒸发皿放在充满惰性气体的密闭容器内加热蒸发。在蒸发皿的上部放置一个冷凝系统使得受热蒸发的金属原子 (或原子簇) 在冷凝器外壁沉积下来, 蒸发、冷凝过程结束后, 抽出惰性气体, 在真空状态下, 取下冷凝器上的金属微细颗粒。压制成块, 便得到这种金属的纳米固体材料。纳米材料制备技术迫切需要解决的问题是如何提高制备的速度和率, 降低成本, 尽快使纳米材料的科学技术转化为生产力。
4 纳米材料的奇异特性
在纳米量级内, 物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小。材料的纯度越来越高, 缺陷却越来越少。因而, 纳米结构材料与普通结构材料相比, 在力学、磁学、光学、声学、电学、热学等方面都有很大差异。第一, 强度和硬度都有很大提高。例如, 由纳米的铁晶体颗粒压制而成的铁纳米结构材料与普通钢铁材料相比, 强度提高12倍, 硬度提高超过100倍;第二, 熔点降低。例如金的熔点为1 064℃, 加工成10nm左右的粉末的熔点降到940℃, 加工至2nm左右时, 熔点降到327℃;第三, 表面活性增强, 具有很强的催化作用。因纳米材料是由众多尺度很小的纳米颗粒所制成。表面积显著增大, 表面能也相应增加, 同时随着颗粒尺度的藏小, 颗粒表面的原子数占颗粒的总原子数的比例迅速增大。因此, 纳米颗粒的表面活性大大增强, 因而使材料具有很强的催化作用, 例如:在火箭燃料中添加少量的镍纳米颗粒。可以成倍提高燃料的燃烧效率;第四, 纳米颗粒对光有极强的吸收能力。例如, 金属纳米颗粒对光的反射率很低, 一般低于1%, 所有的金属在纳米颗粒状态下都呈现为黑色。纳米颗粒尺寸越小, 材料颜色越黑。第五, 材料的磁学性能和电学性能与常规材料却有很大差别。很多在常规下导电的物质, 当制成纳米材料时就不导电了, 而不导电的物质在制成纳米材料后却能够导电。
5 纳米材料的神奇妙用
第一, 纳米陶瓷发动机。一般材料制成的发动机所能承受的温度比较低, 燃料因此不能充分燃烧, 不仅效率低, 造成能源的浪费, 而且会污染环境。陶瓷材料所能经受的温度比金属高得多, 因此纳米陶瓷发动机具有耐高温、效率高、燃料能充分燃烧、减少大气污染等优点;
第二, 纳米传感器。可用纳米材料制成光传感器、可燃气体泄漏报警器、湿度传感器等等;
第三, 可制成纳米微机械零件与微电子器件, 从而使未来的计算机、卫星、电视、机器人等的体积变得越来越小;
第四, 纳米催化剂。铜的纳米颗粒是冶金和石油化工中的优良催化剂, 在制造高分子聚合物化学工业的反应中, 铜的纳米颗粒催化剂有极高的活性和选择性;
第五, 纳米光学材料。纳米材料具有普通光学材料不具备的光学特征。因而在现代的光学通讯中有着许多重要的应用。用纳米材料制成的光纤材料可能降低传输光信号的损耗;
第六, 纳米机械—细菌大小的机器人。用纳米技术可以制成比细菌还小的机器人。这种机器人中的发动机, 依靠人体细胞中一种叫做磷酸腺苷的物质分子所驱动, 这种物质能够给细胞提供能量。可以用这种机器人来治疗心脑疾病;
第七, 碳纳米管的妙用。所谓碳纳米管是指一种栅网组成的胶带状的石墨薄片, 厚度只有一个碳原子大小, 大约在百万分之一毫米到百万分之十毫米之间。它具有极高的强度和柔软性以及极强的导电能力。主要用来制成人工肌肉、航天器的燃料储罐等等。
参考文献
[1]李春霞, 李立平, 酒金婷, 王柏华.纳米粒子的表面改性研究进展[D].第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集, 2002.
神奇的纳米技术 篇8
什么是纳米材料
纳米材料可分为纳米超微粒子与纳米固体材料。纳米超微粒子是指粒子尺寸为1-100纳米的超微粒子，纳米固体是指由纳米超微粒子制成的固体材料。而人们习惯于把组成或晶粒结构控制在100纳米以下的长度的材料称为纳米材料。
纳米技术在电子产品上的应用
科技水平的不断进步，使纳米技术在电子行业得到了很大的发展。纳米管制成的显示器与液晶显示器相比，功耗更低，具有绚丽、清晰的图像。此外还有磁记录、纳米敏感材料等。
纳米于环保
随着人们生活水平的日益提高及人们对环保的重视程度的不断加强，空气质量与工业废水处理已成为衡量一个城市生活质量的标准。纳米材料由于其特有的表面吸附特性， 使其在净化空气与工业废水处理方面有着很大的发展前景。
纳米技术和我们
在纺织和化纤制品中添加纳米微粒，可以除味杀菌。化纤布虽然结实，但有烦人的静电现象，加入少量金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料，冰箱可以抗菌。纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经面世。利用纳米粉末，可以使废水彻底变清水，达到饮用标准。纳米食品色香味俱全，还有益健康。
纳米材料可以提高和改进交通工具的性能。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的理想材料，能大大提高发动机效率，延长发动机工作寿命。
利用纳米技术制成的微型药物输送器，可携带一定剂量的药物，在体外电磁信号的引导下准确治疗。纳米机器人，其体积小于红细胞，能疏通脑血管的血栓，清除心脏动脉的脂肪和沉淀物，还可“嚼碎”泌尿系统的结石等。
纳米技术 篇9
课时练
第一课时
一、读拼音，写汉字。
1.bīnɡ
xiānɡ（）里面用到一种纳米涂层，具有杀菌和
chú
chòu（）
功能，能够使食物
bǎo
zhì
qī（）
更长。
2.纳米技术可以实现
í
bìnɡ（）的早期检测与
yù
fánɡ（），让人们更加
jiàn
kānɡ（）。未来的纳米机器人可以通过血管直达
bìnɡ
zào（），杀死癌细胞。
二、给下面画线的字选择正确的意思，填在相应的括号里。
疾：
①疾病；
②痛苦；
③痛恨；
④急速猛烈。
群马疾驰（）
疾恶如仇（）
积劳成疾（）
疾苦（）
三、写出下列词语的近义词。
预防（）
健康（）
普通（）
新奇（）
先进（）
四、根据解释写词语。
1.是指通过一平面图形或立体(如圆、圆锥截面、球、立方体)
中心到边上两点间的距离。
（）
2.通常是指在电磁、可见光、红外、声学等方面难以探测或跟踪的战斗机，其中最主要的就是电磁隐形。
（）
3.测定目标位置的无线电装置或系统。
（）
4.不能施展力量，指使不上劲或没有能力去做好某件事情、解决某个问题。
（）
【参考答案】
一、1.冰箱
除臭
保质期
2.疾病
预防
健康
病灶
二、④
③
①
②
三、预防（防御）
健康（健壮）
普通（寻常）
新奇（别致）
先进（优秀）
四、1.直径
2.隐形战斗机
3.雷达
4.无能无力
第二课时
一、在括号里填上合适的词语。
（）的特性
（）的隐形战斗机
（）的物质
（）的变化
二、阅读课文片段，回答问题。
纳米技术就在我们身边。
冰箱里如果使用一种（），就会具有（）
和（）的功能，能够使食物（）
和蔬菜（）
更长。
有一种叫“（）
”的神奇材料，比（）结实百倍，而且非常（），将来我们有可能坐上“（）”
到（）
旅行。
在（）
隐形战机上，用到一种（），能够把探测（）
吸收掉，所以雷达根本看不见它。
1.根据课文内容，将短文补充完整。
2.找出本段的中心句，用“
”
画出来。
3.有一种叫“碳纳米管”的神奇材料，比钢铁结实百倍，而且非常轻，将来我们有可能坐上“碳纳米管天梯”
到太空旅行。
这句话用到的说明方法是（）的说明方法。
4.写出下列词语的反义词。
先进（）
吸收（）
神奇（）
5.本段中介绍了（）
种纳米技术，分别是（）、（）、（）。
三、填空。
《纳米技术就在我们身边》
是著名科学家
写的一篇科普文章，从、两个方面介绍了纳米技术在我们生产生活中的运用。
【参考答案】
一、（新奇）的特性
（最先进）的隐形战斗机
（小小的物质
（深刻）的变化二、1.纳米涂层
杀菌
除臭
保质期
保鲜期
碳纳米管
钢铁
轻
碳纳米管天梯
太空
最先进的纳米吸波材料
雷达波
2.纳米技术就在我们身边。
3.作比较
4.先进（落后）
吸收（排泄）
神奇（普通）
5.三
纳米涂层
碳纳米管
纳米吸波材料
三、刘忠范
纳米技术领域科技术语的标准化 篇10
术语和命名方法是标准化的.重要工作内容.针对纳米技术的快速发展和纳米产业的不断扩大,各国和各大标准化组织都开展了纳米科技术语的标准化工作.文章主要介绍这方面的动态和进展,以期为从事纳米科技领域的专家学者和开发人员提供参考.
作 者：葛广路 朱星 GE Guanglu ZHU Xing 作者单位：葛广路,GE Guanglu(中国科学院纳米检测与标准重点实验室,国家纳米科学中心,北京,100190)
朱星,ZHU Xing(中国科学院纳米检测与标准重点实验室,国家纳米科学中心,北京,100190;北京大学物理学院,北京,100871)
刊 名：中国科技术语 英文刊名：CHINA TERMINOLOGY 年，卷(期)： 12(1) 分类号：N04 关键词：纳米技术 标准化 国际标准化组织
惠普纳米技术延长摩尔定律寿命 篇11
惠普高级院士兼加州Palo Alto惠普实验室量子科研小组主任Stan Williams
“人类真正的计算时代还没有开始。”6月5日，惠普高级院士（Senior Fellow）兼加州Palo Alto惠普实验室量子科研（Quantum Science Research，QSR）小组主任Stan Williams在展示其最新研究成果时，骄傲地告诉记者，而这也是他和整个QSR小组的口号。“在未来，一个小小的手机就比现在的计算机功能强大。那时计算机的计算能力，以及人机交互的智能化水平，与现在相比至少要提高一万倍。”
架构设计别出心裁
据Stan介绍，根据现有的工艺，在单位面积上集成晶体管电路几乎已经达到了现有半导体材料的极限，如果再一味地专注于将晶体管做小，那么半导体材料的物理、化学性能将发生质的变化，而摩尔定律也将不可避免地与物理学法则发生冲突，很快就会走到尽头。因此，Stan和他的量子科研小组成员提出了一套采用纳米技术的独特方案，能够大大延长摩尔定律的寿命。
QSR提出了一个独特的体系构架交叉矩阵（Crossbar Array），把原来处在同一水平面的连接线和逻辑单元在一个三维的角度来解决。具体来说，就是把连接线都去掉，把逻辑单元都“挤”在一起，再用波导管，也就是光来替代传统的金属连接线。这样做的好处，是在单位面积内的逻辑更紧密。另外，光传递信息不会损耗能量，而且电子也容易控制，因此功率可以减少许多。与此同时，由于逻辑单元的距离更近，计算速度也大大提高了。“从微观的角度来说，我的愿景是在将来能够把光子和电子有机结合，光子用来传送信息，电子用来计算。”Stan这样表示。
芯片技术遥遥领先
Stan向记者展示了一张通过原子显微镜拍摄的随机存储器的照片。“这个存储器的每一个存储单元都比世界上最小的细菌还小，它的存储密度是每平方厘米100GB。”Stan告诉记者，由于每个存储单元都很小，因此有些单元可能会出现故障。为了保证存储单元的可靠性，Stan和他领导的小组采用的办法是用一个额外的单元再加上一个数学理论技术，来支持和保证它“又密又便宜又可靠”地进行存储。“这个存储器技术实际上很像我们所说的印刷技术，它和原来的半导体技术是完全不同的。半导体讲求最小尺寸，而我们实验室中的最小尺寸和市场上目前的最小尺寸相比，领先了至少10年。”
根据美国《Small Times Magazine》在全世界范围内的调查，在微纳米（芯片技术）领域，惠普公司的专利和发明最多，也被该杂志认为是最先进的。据Stan介绍，惠普的微纳米技术已经开始在惠普的打印机中应用，同时还通过授权的方式，与一些生产厂商展开合作。尽管Stan未透露惠普对QSR小组在研发上的投入，不过他表示，在未来的3～4年时间里，通过技术转让的资金收入，就可以让实验室达到收支平衡的状态。
“虽然惠普公司不是一家纯粹意义上的芯片厂商，但是惠普公司一直致力于芯片设计。举例来说，惠普每年设计生产的芯片，如果按照面积来计算的话，将是英特尔的4倍。”Stan表示。他指出，现在的计算机里，实际上CPU只有10%的时间是真正在做工作，另外90%的时间都是在等待。如果业界有办法把CPU闲置的时间利用起来的话，现有的计算能力就会得到一个巨大的提高。
链接:惠普实验室量子科研小组大事记
1999年，发明第一个电子开关式分子接口；
2000年，在MIT（麻省理工学院）技术回顾中，上述发明被评为“2000年最重要的五项专利技术”之一；
2002年，Stan Williams被《Scientific American》评选为“50位顶级技术领袖”之一;同年，该实验室发明世界上最高密度的电子寻址存储器；
2005年，发明交叉点阵逻辑门，并提出发明电路设计编码理论；
全球纳米技术领域专利计量分析 篇12
图1显示出世界纳米技术领域基本发明专利申请的年度分布情况 (1980-2007年) 。从图1可以清楚看出, 进入21世纪后, 纳米技术领域的专利申请增长速度很快, 尤其是2003年之后, 纳米专利申请增长异常迅猛。2000年, 纳米基本发明专利申请为952项, 2007年纳米专利申请已增至8 691项 (截至2007年11月16日, 下同) , 比2000年增长了812.92%, 即增长了八倍多, 由此可见, 进入21世纪后世界纳米技术呈突飞猛进的发展势头。
2 纳米专利国家分布
由于《德温特创新索引》数据库中的每条专利记录代表的是一个专利家族, 而每个专利家族又是由一项基本专利和若干项同等专利构成的, 所以47 724条专利记录意味着有47 724个专利家族。利用新兴的国际科学计量学方法进行数据处理, 得出47 724个专利家族共包括124 158个专利号, 这意味着一共有124 158项专利申请, 其中基本专利47 724项, 同等专利为76 434项。由于每个专利号的前两位代码代表的是不同的专利受理机构, 对处理后的数据进行统计分析, 可以得到1963-2007年全球纳米专利申请分布情况, 见图2。从图2可以看出, 1963-2007年期间, 全球纳米专利申请主要分布在欧盟 (22%) 、美国 (19%) 、日本 (14%) 、中国 (13%) 等国家和地区, 一定程度上说明欧盟、美国、日本和中国是纳米技术科研力量最强的国家和地区。
同样的方法, 得到2007年世界纳米专利申请的分布情况, 见图3。图3显示, 除了世界知识产权组织外, 美国、中国大陆、日本和韩国是2007年纳米专利申请的前四强。图3与图2相比较, 可以明显看出, 美国、中国和韩国的纳米专利申请迅速增长的势头。尤其是中国大陆, 2007年纳米专利申请已经跃居全球第二位, 仅次于美国, 而且二者只相差1个百分点, 充分说明中国纳米科研的强劲实力。韩国的发展势头也很迅猛, 但欧盟2007年在纳米领域专利活动却不是很活跃。
4 纳米专利高产机构分布
利用德温特专利分析师软件, 对世界纳米专利申请人进行分析, 得出共有31 143个不同的专利申请人申请过纳米专利, 排除个人申请, 机构申请前10强如表1所示。从表1我们可以清楚地看出, 世界纳米专利申请前10强的机构中, 全部集中于东亚地区和美国。其中美国有3个高产机构, 中国有3个高产机构, 日本和韩国各有2个高产机构。
纳米技术领域专利前10强机构中, 有5个是学术机构, 占据总数的50%, 这充分体现了纳米科学和纳米技术的关系密切、难舍难分的特色。尤其是中国的纳米高产机构, 清一色的是大学, 分别是清华大学、上海交通大学和浙江大学。高产机构中学术机构居多的状况, 也说明纳米新兴技术的特性, 许多专利是学术机构的科研成果, 距离产业化还有一定的距离。
5 纳米专利前沿热点技术领域分布
纳米技术专利热点领域分布反映了纳米技术研发主体的主要研发方向, 同时预示着下一步的产品市场发展趋势。由于经过德温特技术人员标引的“德温特指南代码” (Derwent Manual Codes) , 对研究专利的技术领域分布更具指导意义, 所以我们选择德温特指南代码对全球2007年纳米专利热点技术领域布局进行分析。
利用德温特专利分析师软件, 通过检索我们得到2007年全球纳米专利申请涉及的技术领域共有7 038个, 选择排在前十位的技术领域并将其定义为纳米技术专利热点领域, 见表2。检索结果包括专利热点技术领域的德温特指南代码、每一热点技术领域的专利申请量与该申请量占国际全部申请量的比例、热点技术内容 (有的还包括该技术兴起年份) 等内容。
从表2中可以看出, 2007年全球纳米专利热点技术领域布局涉及到的德温特指南代码技术大类中的D、U、L、E和B五大类:D大类主要是工业生物技术;U大类是半导体和电子、电路技术;L大类是玻璃、制陶、电镀等技术;E大类是化学工程技术;B大类是工业生物技术。由此可见, 目前全球纳米科技研发的热点主要集中在纳米生物医学、纳米电子学和纳米制造技术等领域。尤其是2005年兴起的化学工程技术领域的“炭纳米管技术”, 不到两年的时间就进入了纳米专利热点技术领域的前五强, 发展势头异常迅猛。
6 结语
通过对1963-2007年间全球纳米技术领域专利竞争分析, 得出欧盟、美国、日本和中国是世界纳米专利分布前四强的国家 (地区) 。2007年的纳米专利分布则是美国、中国、日本和韩国位居前四强, 中国和韩国的纳米专利发展非常快。尤其是中国的纳米专利, 在2007年跟世界最强国家美国的纳米专利数量已经非常接近了。全球纳米技术领域专利前10强的高产机构全部集中于美国和东亚地区, 其中学术机构的比例高达50%, 尤其是中国的三个纳米专利高产机构, 全部都是高等院校。全球纳米专利涉及的技术领域多达7 000多个, 这充分说明纳米这项高新技术已经渗透到众多技术领域, 其中前10大热点领域主要集中在工业生物技术、农业生物技术、半导体—电子—电路技术、化学工程技术和纳米制造技术等领域。
纳米专利强国在纳米技术领域采取的重大行动和大量资金投入是其纳米科技力量强大的主要原因之一。美国政府和科技界对推动纳米技术的发展一直非常重视。2001-2005财年, 仅联邦政府在纳米研发上的总支出就超过了40亿美元, 并且年年攀升, 2005年达到了近10亿美元, 如果加上各州和私人部门的投资, 美国每年用于纳米研发上的投资近30亿美元。为了促进纳米科技的发展, 美国还通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》, 使这一重大科技规划以法律形式得以确定。欧盟在第六个研究与科技发展框架计划 (2002-2006年) 中曾将发展纳米技术作为重中之重, 在这一领域的预算总额高达13亿欧元。日本政府每年用于纳米技术研发的投资大约5亿美元。
纳米技术的发展有待于产学研进一步加强合作, 尤其是中国。分析得出, 全球纳米技术领域专利前10强的高产机构中学术机构的比例高达50%, 尤其是中国的三个高产纳米专利机构, 全部都是高等院校, 这种状况一方面说明中国的纳米科技力量主要集中在高等院校, 另一方面也说明中国高等院校跟产业界的合作还有待于进一步加强。
参考文献
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