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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇納米科學與技術,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
南北高校各有優勢
2011年,北京科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、蘇州大學和南京理工大學五所高校開始招收納米材料與技術專業本科生。五所大學中,北京科技大學、北京航空航天大學和大連理工大學三所北方高校在材料科學上屬傳統名校,而南方院校蘇州大學和南京理工大學把納米材料成果產業化,形成了自己的特點。
北方三所高校算是材料科學與工程領域傳統名校,值得注意的是,它們卻均未設置專門的納米材料研究機構,更多的是依托原有的強勢學科,在傳統材料研究領域引入納米科技,尋求突破。
北京科技大學
北京科技大學原名北京鋼鐵學院,曾被譽為“鋼鐵搖籃”,其材料科學研究側重點是金屬材料。除了材料學院這個重點學院外,從事材料科學研究的還有新金屬國家重點實驗室、高效軋制國家工程研究中心、國家材料服役安全科學中心等機構,側重點也不局限于金屬材料,在無機非金屬、高分子、生物醫藥材料等方面亦有建樹。
目前,北科大納米材料課題組主要研究納米材料制備與表征、納米材料改性、功能納米材料等方面。此外,亦有部分老師研究納米加工、納米組裝、納米器件等應用方向。
北京航空航天大學
與北科大不同,北航材料學院在北航不屬于重點學院,規模較小,師資力量僅百來人,這決定了北航材料學院的研究方向不會太廣。作為航天航空院校,北航材料學院也有自己的優勢,正在籌建的航空科學與技術國家實驗室(航空領域最高級別實驗室),它的側重點在金屬材料、樹脂基復合材料及失效分析、先進結構材料、新型功能材料等方面。
在納米材料上,北航材料學院重點關注納米器件和納米涂層。材料學院的納米材料研究發展趨勢可能是納米技術在航天航空領域的應用。
大連理工大學
大連理工大學的材料學院在金屬材料、材料加工方面實力強,基于大連的地理位置,材料學院還開設了五年制金屬材料工程日語強化班。不過,納米材料與技術專業并非隸屬于材料能源學部,而是化工與環境學部。因而,大連理工大學的納米材料研究偏化工類,包括納米粒子合成化學技術、無機納米功能材料、納米復合材料等方向。納米材料與技術專業開設的專業課中,亦有化工原理、基礎化學、材料化學等化工類課程。可以說,這是大連理工大學納米材料與技術專業的一大特色。
與北方三所高校相比,蘇州大學和南京理工大學納米材料與技術專業的發展方向截然不同。兩所南方高校均成立多個納米材料研發機構,在研究方向上,兩所高校側重于納米材料器件應用,嘗試產業化。這些特點可能與江浙一帶出現納米高新技術企業有關。
蘇州大學
蘇州大學沒有材料科學與工程學院,而是材料與化工學部,研究偏向化工,在無機非金屬、高分子材料方面實力不錯。納米材料與技術專業并沒有開設在材料與化工學部,而是2010年成立的納米科學技術學院。除了納米科學技術學院,蘇州大學研究納米材料的機構還有2008年成立的蘇州大學功能納米與軟物質研究院、2011年成立的蘇州大學-滑鐵盧大學蘇州納米科技研究院。其中,以中科院院士李述湯教授領銜組建的功能納米與軟物質研究院已初具規模,它以功能納米材料和軟物質為研究對象,側重于功能納米材料與器件、有機光電材料與器件、納米生物醫學技術等,尋求在納米器件以及新能源、環保、醫用等領域的應用。
南京理工大學
南京理工大學由軍工學院演變發展而來,其材料科學與工程學院的材料學研究側重于金屬材料及復合材料。不過,南理工是國內最早開展納米材料與技術研究的大學之一,正籌建納米結構研究中心,研究側重點是與納米結構材料相關的分析、材料力學、電化學性能評估等。由南理工化工系和南京部分企業共同支持的南京市高聚物納米復合材料工程技術中心,研究側重點是納米材料制備、應用、納米催化聚合反應、納米復合材料,該中心已與江蘇部分納米企業開展納米技術產業化合作。此外,南理工還共建了金屬納米材料與技術聯合實驗室。
其他高校納米特色
上海交通大學
上海交通大學材料科學與工程學院在各類相關排名中居首,教職工200多人,研究側重點包括金屬材料、復合材料、塑性成形、輕合金精密成型等,在中國是材料科學與工程學子公認的夢想學府。其材料學院也涉及納米材料,比如,復合材料研究所部分老師從事納米復合材料研究,微電子材料與技術研究所從事納米電子材料研究。此外,上海交通大學還成立了微納科學技術研究院,研究方向為納米生物醫學、納米電子學與器件。生物醫藥工程學院也開展納米材料的可控合成與制備、納米生物材料等方面的研究。
清華大學
與北京航空航天大學相似,清華大學材料科學與工程系是學校名氣大于院系實力,每年有數百人爭奪材料系不足30個研究生名額。材料系建有新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室,研究側重點以陶瓷材料為主,同時涉及磁性材料、復合材料、電極材料和核材料。在納米材料方面,清華材料系主要研究納米材料結構、納米材料合成和微納米顆粒等。2010年,清華大學成立了微納米力學與多學科交叉創新研究中心,主要研究微納米器件、納米復合材料在電能存儲上應用和微納米設備研發等。
北京大學
北大材料科學與工程系成立于2005年,教職工10余人,成立之初就把材料科學與納米技術結合起來,欲在納米材料與微納器件方面有所突破。此外,北大成立了納米化學研究中心,教職工7人直博生卻達45人,主要研究領域包括低維新材料與納米器件、納米領域的基本物理化學問題。
西北工業大學
西工大是西部材料科學與工程實力最強的院校,其材料學院師資隊伍近200人,有凝固技術國家重點實驗室和超高溫復合材料國防科技重點實驗室。因此,其研究側重點在凝固,復合材料和金屬材料的實力亦不俗。在納米材料方面,西工大成立了微/納米系統研究中心,致力于航空航天微系統技術、微納器件設計制造技術、微納功能結構技術。總之,西工大的納米材料研究可能集中于納米器件在航天、航空、航海方面的應用。
留學兩大國
納米技術是交叉學科,包括納米科技、物理、化學、數學、分子生物學等課程。報考納米專業或方向的研究生在本科一般學的是材料學、材料物理與化學、凝聚態物理、物理化學等。就留學而言,由于納米材料處于基礎研究階段,容易;各個國家在納米材料方面投入大量資金,使得科研經費相對充足,相比于其他專業容易申請獎學金。這兩點決定了留學攻讀納米技術專業研究生相對容易。
2000年,美國白宮國家納米技術計劃,美國的納米技術得到飛速發展。總體上看,美國的納米技術已經處在納米技術實用化階段,而其他各國仍處在納米技術的基礎研究階段。美國各大高校也爭相進入納米材料各個研究領域——
實力強勁的麻省理工學院在太陽能存儲、航空材料、燃料電池薄膜、封裝材料耐磨織物和生物醫療設備領域的碳納米管、聚合納米復合材料等方面成果顯著。
加州大學伯克利分校注重于納米材料在能源、藥物、環境等方面的應用,已卓有成效。
哈佛大學則側重在生物納米科技,即生物學、工程學與納米科學的交叉領域。
康奈爾大學已經在納米級電子機械設備、碳納米管應用電池、納米纖維等方面獲得突破。
斯坦福大學重在納米晶的光學性能、輸運性能和生物應用,以及納米傳感器、納米圖形技術等。
普渡大學的納米電子學、納米光子學、計算納米技術,尤其是計算納米技術全球領先。
紐約州立大學奧爾巴尼分校專注于納米工程、納米生物科學,其納米技術研究中心是全球該領域最先進的研究機構。
萊斯大學在納米碳材料領域成果顯著,在學校的研究人員中,納米材料研究人員的比重約為四分之一,是美國納米材料研究人員最多的大學之一。
此外,美國有很多研究納米技術的實驗室,它們比較愿意招中國大學生,這一點也值得注意。
日本算是最早開展納米技術基礎及應用研究的國家,早在1981年,日本政府就建立了納米技術扶持計劃。美國公布國家納米技術計劃前,曾派人去日本做調查。日本納米技術的研發特點是企業界是主力軍,它們試圖將納米技術融入到產業中。比如,日本企業紛紛斥巨資建納米技術研究機構,同時建立納米材料分廠實現產業化。此外,企業與大學、科研院所合作,開發納米技術。比如,富士通和德國慕尼黑大學合作,三菱公司和日本京都大學合作。
與美國在納米技術基礎研究和生物工程技術領域領先不同,日本在精細元器件及材料的制造方面獨占鰲頭,日本對納米材料研究的投入不斷加大,也使得去日本讀納米專業是一個不錯的選擇。
Tips:何去何從
納米材料專業畢業生有三大去處。選擇留學深造或進高校、研究院從事研發;進入納米材料行業企業;進入傳統材料企業。
摘要:納米技術為人類帶來的便利:納米技術的發展,不僅可以在治理環境污染方面起到很好的作用,對于有害氣體,污水處理,而且對于磁輻射,廢棄物等治理方面起到了很大的作用,但是隨著納米技術的逐步發展,人類一味的對技術產生依賴心理,在這種情況下我們要用自己的判斷力,增加自己的基本素養,具備獨立思維的能力,合理的運用科技的發展為人類服務。
關鍵詞:納米技術 污水處理 依賴技術 基本素養
中圖分類號:N031 文獻標識碼:A 文章編號:1006-026X(2013)10-0000-02
1.納米技術的定義
納米技術是一種創新的技術,它在非常小的范圍之內之內,來進行對原子,分子的研究,并利用其來進行發展和創新的一門技術,納米機器人,納米馬桶,人類通過電子顯微鏡看到的微觀的人體細胞,病毒等等。利用納米技術制作的材料又與我們經常使用的材料有很大的區別,它發展了吸附等的一系列功能。那么這種新型材料的出現,也將會利用到人類生活的各個方面,帶來了技術創新。
2.納米技術為人類帶來的便利
納米技術的發展為科學技術的發展帶動了新的改革,納米技術的發展也推動了醫學、藝術等方面的發展。醫學中產生了光學傳感設備,對于骨質修復作用產生了重要的作用,同時納米技術在藥物輸送方面產生了重要作用,納米技術在藝術層面也產生了重要的影響,納米畫等作品。納米技術不僅從技術層面關心人類,而且從人的綜合狀態中予以提升。
2.1 納米技術帶來了科技層面的改革
例如,納米技術制作的微型器械,按照人類的操作任意運動,將微小的顆粒,劃分成原子或者分子,再按照自己的想法任意拼接,這些器械不僅可以按照人類的想法任意工作,而且具有自我還原的能力。納米材料是一種新型的材料,這也體現了從認識―實踐―認識的客觀規律。人類之所以能制作出納米儀器,利用納米材料的主要原因是人類對于納米世界認識的比較深入全面,然后再利用納米材料制作出納米設備,這也是令一個再認識―實踐―認識的過程,推動了從不斷認識到實踐的過程,體現出了發展是靠不斷運動的哲學道理。
2.2 納米技術體現了物質和意識的關系
物質決定意識,意識對物質有反作用。人類推動了納米材料的發展,最主要的原因在于人類對納米世界有了非常客觀的認識,了解了它的運動發展規律,通過人類對于納米世界的學習和研究,來創造出納米材料,而這種材料的創造體現了物質決定意識,意識對物質起到了發作用。
2.3 納米技術同時體現了由量變到質變的一個過程
物質的質變有兩種來源,一種形式是量變達到一定程度就會產生質變,質變的另一種形式就是在總量不變的前提下,內部組織自己行的排列與組合,從而產生質變,納米技術一方面是利用納米結構的特點而生產的一種納米材料,另一種就是利用原子,分子中間的距離變化,重新組合,而產生的質變生產的納米材料,這就體現了由量變到質變的過程,
2.4 納米技術加強了人們對于排列結構的認識
原子,或分子之間的距離,位置不同就會形成新的不同的物質,納米技術也就是利用了這一特點,而形成的技術。納米技術完成了從生物到非生物的跨越,在醫學上生產出新的微型儀器,置放在人體中代替,或者彌補人體某些部分臟器的功能,通過改變人體細胞的組織結構,利用納米技術孕育出新的生命,
3.納米技術帶來的消極影響
納米就會造成人類社會的危害,人類的想象和發明沒有邊界,納米技術的產生就是對原子分子進行重新的排列組合,在這種非常方便的狀況下,納米技術也會生產出任何東西,這是一件可怕的事情,在這種沒有節制的的狀態下,納米技術就像病毒一樣無限蔓延開來,可以想象一下,我們周圍到處存在著納米儀器,有有利于人類發展的儀器設備,醫藥用品,也有限制人類發展的納米病毒,學生利用納米儀器來應付考試,小偷利用納米儀器進行偷竊,人人都有納米設備防身,這是一件多么可怕的事情。
人類如果過度依賴技術,就會將人類和技術之間的關系發生改變,不是技術為人類服務,而是人類對技術的崇拜,人的思想會隨著發生改變,產生混亂和偏執,基本理論的缺失。
技術會導致人缺乏用自己的思維,一味的對技術產生依賴心理。有些觀點認為納米技術可以解決任何問題,此觀點認為,所有的物質存在方式都是按照自己的規律存在的,萬事萬物的存在都有自己的規則,相互之間也有自己的的特點,遵循著某種法則,依照納米技術的原理,人類社會的存在方式也可以任意組合,相互之間可以打亂,再進行新的排列組合,有的觀點認為,人的思維,與任何一種社會存在進行排列組合,所有的存在都可以依照納米技術的存在方式來進行發展,有機界和無機界,非生物和生物,任何物種都可以排列組合,有些組合還沒有實現,得依據納米技術的發展狀況,需要進一步學習研究。更有甚者認為人的思維是由大腦控制的,為了改變人的思維方式完全可以像納米技術那樣,將人的大腦細胞與大腦結構重新進行排列組合,這種思想是非常可怕的。
依照這種推論,我們要想讓剛種的樹苗,瞬間長大,完全可以改變它內部細胞生長結構,要想讓剛出生的嬰兒長大,改變他的細胞排列結構,要想讓養的家禽快速長大,只要改變體內細胞的排列結構,這是一件多么可怕的事情,況且這種言論還沒有成立,納米技術的無限制發展就會對人類社會帶來危害,使人的思維發生錯亂,
這也是一種拜物的想法,一味的抬高技術的發展,而降低了人的主觀能動性,人服務于技術,技術是最高的物質,失去了人在社會中的主導地位,雖然這樣的想法沒有辦法去證明它的合理性,但也很難證明它的不合理性,但是能夠確定的是,如果按照這種狀況發展下去,人類社會的發展將會被阻撓。
4.面對納米技術的優劣是該如何解決
根據納米技術的發展而產生的一些消極理論,我們必須做一些考慮,針對性的提出一些意見,來限制其肆意發展。阻止其危害人類社會。納米技術的發展一方面促進了人類社會的發展,為人類的醫學,藝術,技術各個方面提供了積極地影響,而另一方面納米技術的肆意發展又導致了人的異化,對人類社會的發展產生了阻礙,這種現象也是不可避免的,事物的發展總是存在這兩面的,如果利大于弊,它就是正面的,可繼續發展的,如果弊大于利,就要引起人們的反思,那么從納米技術的發展狀況來看,它更多地是造福人類,但是在它為人類帶來方便的同時又對社會的發展產生了阻礙。對于這一利大于弊的現狀,針對于它的利弊我們一方面要改變人的觀念發揚正面的力量;另一方面,應該采取一些相關的政策措施,針對性的阻礙它的負面影響。
4.1 改變人們的觀念發揚正面力量
在科技不斷發展的今天,從人的本身開始,從知識文化層面,提高人本身的素養,對科學技術重新認識,樹立科學的文化精神。只有這樣,當新的的技術出現時,就不會出現違背科學文化而出現的不合于人的倫理道德的事情,人類尊重科學知識,但不盲目崇拜,對科學技術的態度,要合理保護。只有這種科學知識觀念扎根在人的腦海中,任何消極的觀念都不會滋生,另一方面,科學技術的發展的最要的目的,是以為人類共同利益而服務的,我們應該分出什么任務是共同的,這就需要對人類自身修養的提高與豐富,當面對共同利益時,聯合起來,共同發展,當科學技術不符合人的共同利益時,人的自我修養自我意識,就可以提醒自己,科學技術的發展危害到人的共同利益時,要知道杜絕其發展,人的思想也是一步一步完善起來的,科學技術也在發展的階段,雖然人類很難預測科技發展的后果,但由于人類有基本的科學素養,基本的科學文化,人類在面臨科學發展的時候,最基本要做到的是科學技術的發展要與人類社會的發展,相互協調。
科學技術是一種被人類用來創造的東西,是人類達到某種目的的手段或者媒介,是人類可以掌控的東西,在這個時候就對創造者有要求,創作發明者本著為人類共同利益的原則,選擇性的發展科學技術哲學,納米技術也一樣,當它符合人的共同利益的時候我們大力發展,當它沒有邊界肆意發展,為社會的發展總成阻礙,危害人類的共同利益,違反公共道德,反人類的基本素養,創造者就要摒棄它,限制其發展,當然在不同的年代,各個國家對于科學技術發展,納米技術的發展的衡量標準是不一樣的,在這個時候,首先納米技術的發展要符合當時,符合國家的需求,符合人們的共同利益,不能超越人類的道德底線,不同年代,不同國家的國情,科學技術的發展,要和當時國家的人們素質,國慶的發展相互協調,整體性推動人類發展的歷史進程。始終不能違反人類的共同需求,和人性發展的基本素質的本質要求。
4.2 納米技術的發展應從政治、教育、法律等方面來約束和規范
從政治方面國家應該出抬相應的政策引導納米技術的發展朝向符合國家利益,人民根本利益的方向發展,明確規定杜絕哪些科學技術的發展。最大化的實現人民根本利益的。要杜絕不良技術的發展滋生,不僅僅要依靠政策的導向,嚴重的情節要依靠法律的武器,徹底消滅不符合人類發展規律的科技發展,有些人為了自己私利,不顧人類發展的根本利益,利用科學技術,發展生產一些危害人類的利益,危害社會健康的一些科技,在這種情況之下,國家的法律應該做出明確的規定,對于這類,危害人類,危害社會發展的行為,予以法律的制裁。目前我們的國家正處于發展中的階段,以上說的政策導向。和法律法規還需要一個發展過程,科學技術,尤其是納米技術的發展是一個新型的事物,人類對它的了解是一個非常模糊的狀態,所以難免會造成一些違背大眾基本文化原則的事情,所以人類要樹立這種科技發展的文化觀,在每朝每代,社會輿論,難免是人類發展的一個催化劑,我們應該樹立正確的輿論導向,人人心里樹立正確的和意識,引導科學技術從正確的方向發展,當科學技術,違背大眾輿論的時候,人類要積極站出來,對不良的發展想象造成壓力,時刻朝向正確健康的方向發展。
結語:納米技術是一種新型的科學技術,是科技發展的一場革命,它將人類帶進了另一個新的先進的世界,它的發展造福了大眾,另一個新的光明的世界已經到來,任何事物的發展都有雙層的利害關系,納米技術的發展也如此,人類不能被異化,要樹立對科學技術發展的認識和基本素養,并通過政治、文化、法律等一列的約束和導向,使科學技術朝正確的方向發展,造福人類。
參考文獻:
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學貫中西 赤心報國促交流
朱教授作為海外留學杰出的歸國人才,2003年回國以后,為了適應納米多學科交叉研究、聯合攻關和相應人才培養新需要,他利用自己與澳大利亞和美國材料領域尤其是納米材料領域科學家有廣泛的學術合作關系和學術聯系,率先簽署了“中國―澳大利亞功能納米材料聯合實驗室合作協議”和“昆士蘭大學學術合作協議”,創建了我國目前在功能納米材料前沿領域唯一的中國-澳大利亞功能納米材料聯合實驗室,打造了一個由院士、教授、副教授、博士后、博士及碩士生組成的研究團隊(包括10余名中國科學院院士和澳大利亞聯邦教授院士組成的實驗室學術委員會),形成了一個有特色的、多學科交叉的納米研究國際合作和研究生聯合培養(尤其是聯合授予博士學位)平臺。聯合實驗室研究方向被集中在當前納米材料界的熱點問題:通過非平衡熱力學過程來可控制備、加工、改性、組裝納米結構和器件。以超快過程新效應和納米尺寸新效應為理論基礎,以非平衡熱力學過程為工具,將不同材料整合或改性成一個全新的納米結構或器件,實現其全新功能。
朱教授先后聯合澳洲和美國科學家申請合作研究項目10余項,聯合培養研究生10余名,邀請澳洲、美國等國知名院士、教授、專家來華訪問、講學、交流、合作20多人次。共計實現了中澳、中美研究人員互訪交流合作近100人次,合作申請專利6項,30余篇,相關合作成果被重點推選在2010上海世博會澳大利亞-中國科技周上展示。
聯合實驗室創建與正式成立引起近100家行業媒體關注與報道,標志著中澳雙方合作進入一個新的歷史階段。聯合實驗室將聯合中澳雙方實驗室技術力量,進一步發揮中澳雙方實驗室各自的優勢和特長,開展納米科學與技術在生物能源、信息技術、生態環境等領域中前沿戰略性的研究與應用,推動和促進物理、化學、材料、生物醫學等學科的交叉發展,為發展我國的納米科學做出貢獻。同時在促進亞太地區納米研究的國際交流與合作上扮演重要角色。
兢兢業業科研方面結碩果
1986年,朱教授在中國科學院固體物理所開始納米材料研究,是中國為數不多最早開展納米研究的科學家和國際功能納米材料領域青年學術帶頭人之一。親歷了納米材料科學和技術研究三個發展階段。在納米材料設計、制備、改性及納米結構穩定性方面有二十余年的研究經驗。近十五年在澳大利亞國立大學、美國伊利諾大學香檳分校、阿貢國家實驗室、杰弗遜國家實驗室、Univ of Georgia的納米科學與工程中心及廈門大學等單位,用多種非平衡方法制備出納米粒子、納米膜、納米孔、多孔硅、納米球殼有機無機復合結構、納米線和納米管及其宏觀有序陣列等新型低維納米結構(多種結構屬首次發現),并對各種納米結構穩定性進行了大量系統的電鏡原位和非原位觀察。發展了納米結構亞穩性新理論。工作得到Nature編委重視和許多位國際知名同行專家高度評價。
他認為,納米結構是一個非平衡的亞穩結構,具有很大不確定性,納米實驗是一個長期的、仍需不斷實踐的過程,納米研究不能僅停留在其表面現象或被其表面現象所迷惑,而是要深入系統探究其物理本質。他首次指出現有數學工具和物理概念原理不再適用于非平衡、非線性、非對稱有序納米現象的描述,納米學科研究本質是對傳統學科的不斷挑戰和突破過程,納米學科的建立必須是傳統學科的一個質飛躍,這個突破飛躍不是依靠個人就能夠完成的,需要經過長期甚至幾代人學術理論、科研實踐的長時間積累。為了能全面系統證明他提出的“納尺寸(nanosize)”和“納時間(nanotime)”新概念和建立相應的納米穩定性新的理論體系,他目前手頭已積累大量實驗室數據和論文稿件,并沒有為了一時的功利和榮譽,而急于發表。
教書育人 桃李滿園爭天下
回國后,朱教授利用自己雙語和國外經歷優勢, 每學年為廈門大學開設并承擔了四門研究生雙語課程和一門本科生雙語課程。他已先后指導博士后2名、博士生5名(畢業一名)、碩士生10余名(畢業6名)、本科生畢業論文20余名。并在教學方面實現以下改革:1)他提倡培養學生學習興趣、主動性,強調要授予學生自己得到知識的方法,而不僅是知識的傳教;2)他采用中英文相結合的方式講解,授課形式不僅局限于講解,而且穿插形式靈活多變的學生自己講座、提問和討論;3)他特別注意科研對教學的促進與融合,通過教學研究與自己最新科研成果轉換,開發、凝練了內容新穎、方法靈活的開放式創新性本科和研究生實驗教學和課程教學方式,自編課件, 把具基礎性、研究性、前沿性及學科最新發展成果引入到教學中來。其中, 朱賢方負責的《大學物理實驗》課程在2007年獲得福建省省級精品課程稱號,目前正在積極爭取申請國家省級精品課程。
朱教授極推動和參與了廈門大學985工程建設論證申請、凝聚態物理省重點學科建設申請、校院十一五211工程建設論證申請、校納米學科建設和其他學科建設工作。
另外,他以學術帶頭人身份申請和組建了廈門大學凝聚態物理國家重點學科、物理系工程碩士、福建省材料重點實驗室、材料科學與工程系一級博士和碩士授權點、生物材料系博士和碩士授權點及電子工程系一級博士和碩士授權點、智能型生物醫用材料團隊及光電子與信息技術創新團隊。
精勤不倦的他,而今仍奮戰在教育第一線上……
關鍵詞:納米技術;納米材料
前言
自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上,正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支開始,納米技術便一步一步進入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之間的物質組成的體系運動規律和相互作用,以及實際應用中的技術問題的科學技術。從材料的結構層次來說,它介于宏觀物質和微觀原子、分子的中間領域。納米技術不是一門單一的新型學科或者技術,它廣泛應用于各類學科中,其中在機械工程中的應用對于機械工程學科的技術變革起到了不可估量的作用。納米技術運用到機械方面尤其是產生了微型機械技術已經成為21世紀研究的核心技術,很多國家在納米技術上開始了越來越多的研究。
1.關于納米技術
所謂的納米技術就是指用單一的分子、原則制造物質的一種科學技術,納米科學技術已經成為了將很多現代的先進科學技術作為了基礎科學技術,并且成為了現代科學和現代技術進行組合的重要產物之一,現代科學主要包括分子生物學、介觀物理、量子力學和混沌物理,現代技術主要包括核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術,微電子技術以及計算機技術,納米技術一定會引發起一系列的全新的科學技術,比如納米機械學、納米材科學以及納電子學等等。
2.微型納米軸承
在沒有納米技術之前,軸承的體積都很大,因此會有較大的摩擦力,一般都是依靠油減少摩擦力,但減少并不意味著可以避免摩擦力。運用納米技術開發的微型納米軸承幾乎沒有摩擦力,美國科學家研制的這種微型軸承具有兩個明顯的特點,首先是非常小,該軸承的直徑僅有一根頭發的萬分之一,而運用在機電系統中的其直徑更是只有1nm。僅有微型機械的千分之一。其次,幾乎沒有摩擦力,這種納米微型軸承的摩擦力比起以往研制的微型軸承,納米微型軸承的摩擦力都不到其最小值的千分之一。
3.納米材料運用
合肥大學研制成功了納米新型陶瓷刀具,這標志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細化品粒。因為對于品粒的細化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時,這種納米技術的應用也大大優化了其力學性能,納米材料加入到傳統的金屬陶瓷中對其力學性能來說是個很大的提供,刀具的壽命也提高到2倍以上。
4.納米耐磨復合涂層的應用
由于納米材料的顆粒之間往往都存在著庫侖力、范德華力,有些顆粒甚還與化學鍵結合,這也就導致了陶瓷的顆粒極其容易團聚,并且顆粒之間越小其進行的團聚就越緊,也就使其應有的性能很難得到充分的發揮,這個問題也就能夠通過施加機械能和化學作用這兩種力式來進行解決,但是,硬團聚的顆粒之間緊密結合,僅僅通過化學作用是遠遠不夠的,必須要對其輔助很大的機械力,這些機械力主要包括剪切力和撞擊力。
5.納米技術馬達
納米技術馬達的最新一代是由一家美國公司生產的,Mano Muscle公司生產這款納米技術馬達首先亮世于中國的深圳,從體積方面測量,新一款的納米技術馬達僅有傳統電磁馬達體積的二十分之一。其功率能夠負載大約四千克的重量,使用壽命更是達到了100萬次,性能如此良好,但其長度卻不到一根火柴桿的長度。該馬達通過采用納米技術制造的智能材料,將傳統的銅、鐵、磁等材料替代,因此,新一代的馬達相比于傳統馬達具有許多優點。重量更輕,幾乎沒有噪音,而制造成本也更低。目前這種微型馬達在機械中的運用并不是很廣泛,主要運用于汽車的電動車窗方面。
6.納米磁性液體用于旋轉軸的動態密封
通常靜態的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環作為密封元件。旋轉條件下的動態密封一直是未能解決的問題,無法在高速、高真空條件下進行動態密封。納米技術的出現促進了磁性液體密封技術的產生。南京大學已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。在電子計算機的硬盤轉處已普遍采用磁性液體的防塵密封,除此之外磁性液體還可于制造新型劑,巧妙利用磁場原理改善效果。納米技術在機械工程中的應用舉不勝舉,通過以上這些新型技術的產生,我們不難看出納米技術對于機械工程的發展有著深遠影響。同時,相對于傳統機械工程來說,也正是因為納米技術有很多優勢才能取得這樣顯著的成果。
6.1納米磁性液體在旋轉軸中應用的尺寸效應
在納米技術領域,其顯著成果之一就是在旋轉軸中,對傳統的尺寸單位進行了縮小,以前的計量單位級為毫米,而今則是納米級,而1納米僅相當于1毫米的百萬分之一,如果運用在機械工程之中,那么機械的體積會因為納米技術的應用而極大的降低,在此基礎上就有了微型機械為代表的新型機械的誕生和生產。實際上,這種微型化并不僅僅是單純意義上的尺度上發生了重大變化,而更多的是指可以成批進行制作生產微傳感器、集合微結構、微驅動器、微電路等處置裝置于一體的微型機電系統。
6.2 納米磁性液體在旋轉軸中應用的摩擦性能
納米技術最為顯著的一個特征就是其摩擦性能,在機械工程中,特別是結構和尺寸比較大的機械,由于摩擦力的影響,各種軸承對會因摩擦出現損傷,對機械的磨損非常嚴重。而納米材料,則幾乎處在一種無摩擦的狀態,非常好的克服了摩擦的問題。
6.3 納米磁性液體在旋轉軸中應用的材料以及多元化
納米技術的應用使原材料能夠以一種更加微小的形態出現,而且性能強大。其首先不僅改良了傳統的材料,同時通過采用納米科技,更多更新的新材料也不斷涌現。磁性液體密封技術證明了磁性液體能夠能夠被磁場控制的特性,另外在材料的應用過程中,通過向其添加一定的微量元素,還能夠使材料獲得更好的效果。
7.結語
納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉,顯示了其強大的科技含量,但是在其運用中,我們仍有很多方面亟待解決:如何準確表征納米材料的各種精細結構;怎樣從結構上分析、解釋納米材料的新特性;能否利用某種標準來預測微區尺寸減少到多大時,材料表現出特殊的性能等等。對于這些問題,我們仍需深入研究,以便納米技術更好地服務于機械工程領域。
參考文獻:
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.
關鍵詞: 納米技術;納米材料;摩擦性能
Key words: nano technology;nano-materials;friction properties
中圖分類號:TH16 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)29-0143-01
0引言
自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上,正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支開始,納米技術便一步一步進入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0.1~100 nm之間的物質組成的體系運動規律和相互作用,以及實際應用中的技術問題的科學技術。從材料的結構層次來說,它介于宏觀物質和微觀原子、分子的中間領域。納米技術不是一門單一的新型學科或者技術,它廣泛應用于各類學科中,其中在機械工程中的應用對于機械工程學科的技術變革起到了不可估量的作用。納米技術運用到機械方面尤其是產生了微型機械技術已經成為21世紀研究的核心技術,很多國家在納米技術上開始了越來越多的研究,在機械工程方面對于納米技術的應用主要有以下幾方面。
1微型納米軸承
傳統的軸承體積較大,摩擦力也只能靠來減少,但仍不可避免。美國科學家研制的這種幾乎沒有摩擦的微型納米軸承主要有兩個特點:第一是微型,他的直徑只有一根頭發的萬分之一,應用在機電系統的微型軸承更是只有1nm,是微型機械的千分之一大小。第二是極小的摩擦力。若軸承體積小,那么套在一起的管子之間的摩擦力便會暴露出微型軸承的弱點,摩擦力大時甚至無法使用。這種納米軸承與通常制造的微型機械的軸承相比,摩擦力僅為其最小值的千分之一。
2納米材料運用
合肥大學研制成功了納米新型陶瓷刀具,這標志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細化品粒。因為對于品粒的細化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時,這種納米技術的應用也大大優化了其力學性能,納米材料加入到傳統的金屬陶瓷中對其力學性能來說是個很大的提供,刀具的壽命也提高到2倍以上。
3納米技術馬達
新一代的納米技術馬達是由美國Nano Muscle公司生產,這種微型馬達首次在深圳面世,該產品體積只有傳統電磁馬達體積的二十分之一,長度甚至比火柴桿還短,卻能負載四千克的重量,壽命可達100萬次。這種馬達主要是用納米技術制造的智能材料代替傳統的銅線圈和磁鐵,因而比傳統馬達更輕、成本更低,同時噪音很低,可以成為世界上最靜音的馬達。這種微型馬達在機械中運用不多,主要用于玩具和汽車的電動車窗,這項研究也已在深圳進行研發和生產。
4納米磁性液體用于旋轉軸的動態密封
通常靜態的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環作為密封元件。旋轉條件下的動態密封一直是未能解決的問題,無法在高速、高真空條件下進行動態密封。納米技術的出現促進了磁性液體密封技術的產生。南京大學已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。在電子計算機的硬盤轉處已普遍采用磁性液體的防塵密封,除此之外磁性液體還可于制造新型劑,巧妙利用磁場原理改善效果。納米技術在機械工程中的應用舉不勝舉,通過以上這些新型技術的產生,我們不難看出納米技術對于機械工程的發展有著深遠影響。同時,相對于傳統機械工程來說,也正是因為納米技術有很多優勢才能取得這樣顯著的成果。
第一,納米技術的尺寸效應。納米技術的主要效果之一便是縮小了傳統尺寸的單位,將毫米進化為納米,一納米相當于十億分之一米。納米技術應用在機械中,可以大大降低機械的體積,從而形成了新型機械――微型機械。這種不是傳統機械單純地在尺度上微小型化,而通常是指可以成批制作的集合微機構、微驅動器、微能源以及微傳感器和控制電路、信號處理裝置等于一體的微型機電系統。他們大部分都是運用納米技術的成果,因而它遠遠超出了傳統機械的概念和范疇,而是基于現代科學技術,并作為整個納米科技重要組成部分和用一種嶄新的思維方式與技術路線指導下的產物。
第二,納米技術使材料多元化,應用多元化。納米技術是原材料形成更微小的形態,功能也更加強大,不僅能改良傳統材料,又能源源不斷地產生出新的材料。磁性液體密封技術便是證明,利用磁性液體可以被磁場控制的特性,將納米單位的液體置于磁場之內,從而達到密封的效果。同時在材料運用中可將微量的元素融入到基礎材料中,達到更好的效果。納米復合氧化鋯是成功應用在工業上的納米材料,這種材料提高了材料的耐高溫性能和導氧及儲氧功能,因此廣泛運用于汽車發動機系統中。
第三,納米材料摩擦性能。納米技術最顯著的特性就是其擦性能,在機械中,各種軸承等都存在著摩擦,但是納米材料的出現,使得各類機械結構尺寸便小,同時對于過小的零件,摩擦力便顯的尤為重要,摩擦力如果相對較大,則零件便會造成磨損。但是納米技術也同樣克服了這一問題,現已出現納米材料幾乎無摩擦的狀態。美國科學家研制的這種微型納米軸承可在運動是無磨損和撕裂,達到了理想的效果。
第四,納米技術節能效果。納米技術實現了“小材大用”,帶來的又一優勢便是節能和環保。在納米技術的應用中,產生了很多新型材料,它們減少了很多不必要的消耗,使得傳統的機械工程中需要的大量材料迅速降低,對于原材料的節約起到了驚人的效果。德國不萊梅應用物理所已研制成功并且申請了一項專利,即用納米Ag代替微米Ag制成導電膠,可節省Ag粉50%,用這種導電膠焊接金屬和陶瓷,涂層不需太厚,而且涂層表面平整,效果理想。
納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉,顯示了其強大的科技含量,但是在其運用中,我們仍有很多方面亟待解決:如何準確表征納米材料的各種精細結構;怎樣從結構上分析、解釋納米材料的新特性;能否利用某種標準來預測微區尺寸減少到多大時,材料表現出特殊的性能等等。對于這些問題,我們仍需深入研究,以便納米技術更好地服務于機械工程領域。
參考文獻:
關鍵詞:納米材料;納米技術;特征;方式
目前,隨著生物技術、信息技術以及能源技術等的迅猛發展,社會各個領域對材料的要求越來越高,所以,利用先進的科學技術,開發和利用新型材料,成為提高科技水平的必要途徑。
1.納米材料的特征
1.1納米材料具有表面效應
納米微粒的尺寸較小,表面積較大,而且原子在表面上占有很大的比例,而隨著粒徑的減少,表面積迅速增大,從而使得表面的原子數急劇增加。所以,納米材料性質的變化,是與納米粒子的表面原子數、總原子數以及粒徑的變化有關的。
1.2納米材料具有體積效應
納米粒子的體積效應是指當納米粒子的尺寸與傳導電子的德布羅意波長相當或者較短時,周期性的邊界條件遭到破壞,內壓、磁性、光吸收、熱阻、化學活性、熔點以及催化性等特性與宏觀顆粒的相比發生了變化,同時,納米材料的體積效應拓寬了納米粒子的應用范圍。
1.3納米材料具有小尺寸效應
當超細微粒的尺寸與德布羅意、光波波長以及超導態的相干長度或者投射深度等物理特性尺寸相當或者更小時,晶體周期性的邊界條件被破壞;非晶態納米微粒的顆粒表面層附近原子的密度減小,導致光、聲、電磁和熱力學等特征都隨著尺寸的縮小而發生明顯的變化。
1.4納米材料具有量子尺寸效應
納米材料的量子尺寸效應是指當納米粒子的尺寸下降到某一值時,金屬粒子納米面附近電子能級由準連續變為離散能級,而且,納米半導體微粒存在著不連續的最高被占據的分子軌道能級和最低未被占據的分子軌道能級,從而出現能隙變寬的現象。比如,超導相向正常相轉變、光吸收增加、金屬熔點降低等。
2.納米技術的具體應用方式
2.1納米技術應用于陶瓷領域
作為三大支柱材料之一,陶瓷材料在日常生活和工業生產中占有重要的地位,但是,傳統的陶瓷材料具有質地脆、韌性差、強度低的缺點,應用范圍有限,而隨著納米技術的開發和應用,納米陶瓷成為彌補陶瓷材料缺陷的重要資源。盡管在技術方面納米陶瓷還存在著諸多的不足,但是其具有室溫性能優良、抗彎強度較大、高溫力學性能較好等優點,并且已經廣泛應用于軸承、切削刀具、和汽車發動機部件等方面,另外,由于納米陶瓷材料能夠適應強腐蝕、超高溫等苛刻的環境,所以具有非常廣闊的發展空間。
2.2納米技術應用于微電子學
作為納米技術的重要組成部分,納米電子學是根據納米粒子的量子效應來設計、制備納米量子器件的一種技術,其最終目標是進一步減小集成電路,研制出由單原子或者單分子構成的、能夠使用于不同室溫的各種器件。目前,通過納米電子學已經成功研制出各種納米器件。紅、綠、藍三基色可調諧的納米發光二極管、單電子晶體管以及超微磁場探測器等已經問世,而且,隨著碳納米管的研制成功,納米電子學的發展速度不斷提高,因而,立足于最新的物理理論和最先進的工藝手段,按照全新的理念構造電子系統,開發物質潛在儲存和處理信息能力的納米電子學,可以實現信息采集和處理能力的革命性突破,成為信息時代的發展核心。
2.3納米技術應用于生物工程
分子可以保持物質化學性質不變,所以,作為一種很好的信息處理材料,每一個生物分子本身就是一個微型的處理器,在運動過程中,可以預測方式,進行狀態變化,其原理與計算機的邏輯開關相似,因而,可以利用生物分子的特性和納米技術,設計量子計算機。目前,雖然分子計算機僅僅處于理想階段,但是,科學家已經考慮利用幾種生物分子制造計算機的組件。比如紫紅質細菌,它不僅具有很好的穩定性和特異的光、熱、化學物理特性,而且其奇特的光學循環可以用于儲存信息,來代替計算機信息處理和信息存儲的作用。盡管,在未找到具有開關功能的微型器件的情況下,目前尚未出現商品化的分子計算機,但是,納米計算機的出現,將會突破傳統極限,極大地提高單位體積物質的儲存和信息處理的能力,促進電子學的發展。
2.4納米技術應用于光電領域
納米技術的快速發展,加強了微電子與光電子之間的聯系,在光電信息傳輸、處理、顯示、運算和存儲等方面,光電器件的性能不斷提高。把納米技術用在現有雷達的信息處理上,可以使其能力提高10倍到幾百倍,甚至可以利用納米技術進行高精度的對地偵察,但是,想要獲取高分辨率的圖像,則需要依靠先進的數字信息處理技術。因此,在光電領域合理應用納米技術,成為科學技術發展的重要動力。
2.5納米技術應用于醫學
在納米技術不斷發展的過程中,醫學上逐漸引入納米技術。研究人員發現,生物體內線度在15~20nm的RNA蛋白復合體和多種病毒也是納米粒子,這些納米粒子比紅血球小,可以在血管中自由流動,因而,假如將超微粒子注入到血夜里,可以通過血管輸送到人體各個部位。另外,利用納米w粒作為載體的病毒誘導物方式已經應用于臨床動物實驗之中,并且將服務于人類。此外,科學家們設想利用納米技術制造出分子機器人,檢測、診斷身體各個部位,并且實施特殊治療,來清除心臟動脈脂肪沉積物、疏通腦血管中的血栓甚至吞噬病毒、殺死癌細胞,所以,在不久的將來,高血壓、艾滋病和癌癥等疑難雜癥可能會通過納米技術得以解決。
2.6納米技術應用于其它方面
在溝通交流方面,利用納米技術制成含有納米電腦的可人一機對話并且具有自我復制能力的納米裝置;利用納米羥基磷酸鈣為原料,制作人的牙齒、關節等仿生納米材料;在軍事方面,通過昆蟲作平臺,把分子機器人植入昆蟲的神經系統,來控制昆蟲的飛向,收集敵方情報,可以起到很大的干擾功能。
論文摘要:充滿生機的二十一世紀,以知識經濟為主旋律和推動力正引發一場新的工業革命,節省資源、合理利用能源、凈化生存環境是這場工業革命的核心,納米技術在生產方式和工作方式的變革中正發揮重要作用,它對化工行業產生的影響是無法估量的。這里主要介紹納米材料在化工領域中的幾種應用。
納米材料(又稱超細微粒、超細粉末)是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統,其結構既不同于體塊材料,也不同于單個的原子。其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,擁有一系列新穎的物理和化學特性,在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。
納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征,引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質,使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來,它在化工生產領域也得到了一定的應用,并顯示出它的獨特魅力。
一、納米材料的特殊性質
(一)力學性質
高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低,位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大,增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大,所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生,這就是納米晶強化效應。
(二)磁學性質
當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2,在這情況下,感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%,已不能滿足需要,而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%,可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭,具有相當高的靈敏度和低噪音。
(三)電學性質
由于晶界面上原子體積分數增大,納米材料的電阻高于同類粗晶材料,甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變(SIMIT)。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點,有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。
(四)熱學性質
納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值,這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。
二、納米材料在化工行業中的應用
(一)在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經驗進行,不僅造成生產原料的巨大浪費,使經濟效益難以提高,而且對環境也造成污染。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,可大大提高反應效率,控制反應速度,甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10~15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑,特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒,可近似地看成是一個短路的微型電池,用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時,半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。
(二)在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結構的特殊性,具有一般材料難以獲得的優異性能,顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術,添加納米材料,可獲得納米復合體系涂層,實現功能的飛躍,使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層,抗氧化、耐熱、阻燃涂層,耐腐蝕、裝飾涂層等;功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層,導電、絕緣、半導體特性的電學涂層,氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料,可進一步提高其防護能力,實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層,可利用其光學特性,達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料,可以達到減少光的透射和熱傳遞效果,產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料,所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子,在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性,因而能起到靜電屏蔽作用,而且氧化物納米微粒的顏色不同,這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色,克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中,將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中,能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景,將為涂層技術帶來一場新的技術革命,也將推動復合材料的研究開發與應用。(三)在精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域,產品數量繁多,用途廣泛,并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音,并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域,納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡膠中,可以提高橡膠的耐磨性和介電特性,而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料,可以提高塑料的強度和韌性,而且致密性和防水性也相應提高。
納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學,主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代,為此,國家科委、中科院將納米技術定位為“21世紀最重要、最前沿的科學”。納米材料的應用涉及到各個領域,在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生,將對人類社會產生深遠的影響,并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題,特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。
參考文獻:
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[2]嚴東生,馮端,材料新星?納米材料科學,湖南科學技術出版社,1998年.
關鍵詞:納米,中醫藥,經濟,技術
引言:通過現在的問題反映,首先提出一些納米技術的需求,再而闡述了納米中醫藥的現狀接著提出納米中藥化的好處和現在存在的一些問題,通過筆者的分析,一步一步的攝入了納米技術在當前中國的國情來說要發展,提出一些相對的解決方法。引入納米技術是社會的要求。最后說明自己的觀點(總結)。
隨著經濟的發展,環境問題變得越來越嚴重。從而導致發病率變得越來越高。如果還是單靠過去的一味中藥很難把病情完全治好。加上現在環境問題的特為嚴重和社會的需求量增多。很多中藥材都是靠人工培育,但人工培育的功效始終比不上天然的。雖然實行了中醫藥的政策,解決了老百姓的看病難,看病貴的問題。但始終是不能從根本解決問題。加上納米技術的進一步發展,因此將納米技術融入中醫藥是社會的要求,社會的主流。納米技術使中醫藥的藥效得到更好的發揮。
那先由我們看看納米中醫藥的發展
納米中藥制備技術的研究現狀
醫學上的發展就目前來說,提出最多的是中西合作和中醫藥現代化,但我們在中醫藥的現狀中發現很多問題,例如上面所提的民生問題,為此我們要想一下有沒有更好的方案解決目前的問題,隨著經濟的發展我,我國的納米技術已達到一定的程度,并取得一定的成效,為使中藥面向世界,并形成醫學科新的經濟增長點,應將現代的高新技術引入到中藥制劑之中。隨著科學技術的飛速發展,中藥的現代化生產已成為現實。納米技術的出現使得超微粉碎成為全世界各個生產領域的先進技術,日益顯現出它強大的生命力和蘊藏的無窮財富。對于中國的國藥—中草藥尤為如此。可以說中藥超微粉碎是中藥的一次飛躍性革命。如果中國能勝利的打完這場“革命”,在醫學生又是一個新的焦點。納米技術是如何引進中醫藥中呢?首先注意的是納米粒制備的關鍵是控制粒子的粒徑大小和獲得較窄且均勻的粒度分布,減小或消除粒子團聚現象,保證用藥有效、安全和穩定。
根據目前的科技情況。納米藥物粒子的制備技術可以分為三類,機械粉碎法、物理分散法和化學合成法。通過宏觀到微觀的轉型,實現了微觀世界的并且是醫學界的狂飆式發展。
中醫藥的理論基于對宏觀的自然界,而納米技術科研研究則是微觀技術,現在把宏觀與微觀技術的有機組合能不能在醫學上形成一們嶄新的“宏微”中醫理論學科呢?至于宏觀中醫藥大家對它有了一定的了解,現在我只是對微觀進行闡述。納米科學與技術,有時簡稱為納米技術,是研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用。納米技術的引入是醫學微觀化,一方面由于納米技術的引入為攜帶提供了一定的方便,以前,無論什么看一次病總要大袋小袋的提著,這只是對病者,如果像醫院或一些醫護機構,當他們想購買大量藥物時不是很麻煩。引入納米技術在這里就起了相當重要的作用,比如運輸大量的藥物,現在只須小盒便能搞定;另一方面,害怕吃藥嗎?害怕打針嗎?不用怕,納米技術中藥話可以幫助你,把納米級藥物制成藥膏然后貼于患處,可以通過皮膚直接接受不需要注射。由于納米技術是對藥物的微觀化,比如將藥物磨成粉狀,加大了與病菌的接觸面積,例如中藥超細后的產品除用于散劑、顆粒劑、膠囊劑、片劑、中藥口服散劑、膠囊劑、微囊外,把藥物微化,這樣可以提高藥物在體內的生物利用度。增強中藥的療效,再者,納米技術在中藥加工方面的應用能保持中藥原有成分的基礎,使藥效充分析出。另外,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復損傷組織。在人工器官移植領域,只要在器官外面涂上納米粒子,就可以預防器官移植的排異反應。使用納米技術的新型診斷儀,只需檢測少量的血液,就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。在抗癌的治療方面,德國一定醫院的研究人員將一些極其細小的氧化鐵納米顆粒,注入患者的癌瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,使患者癌瘤里的氧化鐵納米顆粒升溫到45-47攝氏度,這溫度足以燒毀癌細胞,而周圍健康組織不會受到傷害。同時,配合使用納米藥物來阻斷腫瘤血管生成,餓死癌細胞。納米中藥化不知那些好處,據了解,納米中藥化將藥物加工成納米級的微細粒子,病人服藥時,首先減輕病人的痛苦,有些病人怕吃藥,如果制成了粒子狀,病人一般是比較易接受,藥物的真對性特別的強,藥物就可能針對性地直達病灶,激活中藥細胞活性成分,直接攻擊病毒、細菌、重金屬、毒質,細胞壁或細胞膜等障礙將不復存在,這樣中藥療效可大大速率,盡快的減輕病人的痛苦,如治療消化道疾病的藥品“思密達”經納米化處理后其藥效提高了3倍。中藥藥效的加大、加快,使中藥可與西藥相媲美,為今后中藥的發展創造了條件。使中藥具有新的功能將中藥加工至納米尺寸之后,其細胞內原有不能被釋放出來的某些活性成分由于破壁而被釋放出來,有可能使納米中藥具有新的功能。此外,由于其給藥途徑,藥物吸收方式等的改變,可能在藥代動力學、藥效學、藥理學、藥物化學等方面產生新的作用。并且中藥有沒有西藥那樣很多副作用,發展納米中醫藥看來是必然的事了。特別的,一些科學家預言:由于納米微粒的尺度一般比生物體內的細胞、紅血球小得多,所以,有可能把含有計算機功能、人機對話功能和有自身復雜能力的納米機器人送入體內而又不嚴重干擾細胞的正常生理過程。通過體外控制操作,獲取體內多種生化反應的連續的動態信息,從而破解中藥復雜的作用機制。
納米中醫藥也存在一定的問題,那是值得我們深慮:
1.成分的混亂;由于納米中藥化加大了藥的效用,但同時也是所需藥的成分難以把握,例如你本來是需要的是5兩A藥材6兩B藥材4兩C藥材,但當你納米化時,你會使藥用發生了變化,使得吸收的藥的分量不同,可能導致A多了或少了。納米技術中藥化使得生物利用度、溶出度較低等得以糾正,療效得以增強。這種改變性質的作用使得傳統中藥所含的有效成分及其藥效變得面目全非。嚴重的會造成安全隱患。為此對研究和發展納米中藥化造成了巨大的壓力。
2.由于納米技術是一種微觀的世界,如果科學家對藥物不是有充分的了解,當實行微觀處理時可能會導致一些藥物的分量不夠或減少了別的分量,另外,需要謹慎地掌握納米粒度與相關中藥所含有效成分分子組成和分子量的關系,以防為獲得納米微粒而損壞了藥物的有效成分。納米級的研究并不像宏觀的研究那么簡單,如果一些技術錯誤了,結果可能要重做。
3.納米中藥因其粒度超細,表面效應和量子效應顯著增加,使得藥物的有效成分獲得了高能級的氧化或還原潛力,從而影響藥物穩定性,增加了保質和儲存的困難。
4.加大了鑒別的難度,即超細狀態下的中藥是否還具有普通粉碎時所有的顯微特征?如果原有的顯微特征發生了改變,則又應建立何種更精細的鑒別方法?這是個重大的問題,對于納米級的研究,考的是先進的技術。
5.納米尺度的物質存在著生物安全性威脅問題,如果不能夠有效地防止納米尺度物質的接觸或者攝入,可能會引起多系統的復雜病變。
所謂萬物都有雙面性,納米中醫藥的引入一定上給我們帶來了很多好處,但也有一些負面的影響,綜合中國現在的情況,許多專家都認為發展納米中醫藥是利大于弊。那就根據我國的國情出發,如何將納米技術中醫藥引入。何如加大對納米技術中醫藥的發展呢?
1.由于各級的懶散性比較強,如果國家不統一制定完全的行業技術標準,可能會導致某些地方的藥用不高或某些地方的納米中藥技術只是一個夢想。如果國家有了一定的機構管理,一定的技術標準,那樣可以使納米藥物統一化,安全化。所以國家應成立你執迷中醫藥的研究中心,一方面集中科研相關的技術連接,另一方面可以組織協調科研機構,高校試驗室以及產業界的公共參與,進行重點攻關。
2.國家政府必須認真重視納米醫藥的發展,畢竟市場是一個充滿“利潤”式的社會,很多時候,如果國家不重視藥物的安全管理,可能不導致藥物市場混亂,同時國家有必要組織一定實力和特色的中藥類高校與納米研究機構進行強強聯合,通過集大家之智慧來進行納米中醫藥化。這就是國家要加強宏觀調控對納米藥物的管理。
3.由于納米中藥化是剛剛引進來的一個新學科,很多方面還沒有完善,特別是納米對技術的要求高,所以國家應增加國內納米重要的博士研究站,在較高會議上培養和吸引綜合性的科研人才投身到這個領域中去
4.加強國內研究基地的建設。改善基礎設施條件,增加專項的投入,并重視知識產權的保護,加大納米中醫藥的財政支出,因為外國對這方面有了一定的認識,由于他們的技術含量高,納米技術早就名噪一時,所以,國家可以加大中外的合作,另外還有派人到外國學習先進的技術,通過只是的交流,國與國的合作,進一步提高中醫藥的納米技術的發展。
總結:納米技術是2l世紀最具發展前景的領域之一,它給中醫藥的現代化提供了新的思路和方法。通過對比中國的利弊,實行納米中藥化的轉型不但可以促進經濟的發展和提供取藥的方面,在歷史上也是一次偉大的改革,在一定的程度上提高了醫學家納米中醫藥的定位,而且在國外也是中醫的地位提得更高。科學技術的迅猛發展,中醫藥也逐步走向世界,面臨著前所未有的機遇和巨大的發展空間—納米技術中藥化,然而,基于其獨特的理論體系,現代科學技術尚難與之有機地結合起來,這也成為阻礙中醫藥發展的最主要因素。隨著納米技術在中藥研究開發領域的一些應用基礎研究上獲得突破,它必將極大地促進中藥現代化的進程。在中醫理論的指導下,中藥納米化技術作為實現中藥現代化的關鍵技術,必將推動我國的中藥盡可能快地走向國際市場。
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納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征,引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后,世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質,使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來,它在化工生產領域也得到了一定的應用,并顯示出它的獨特魅力。
1.在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經驗進行,不僅造成生產原料的巨大浪費,使經濟效益難以提高,而且對環境也造成污染。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,可大大提高反應效率,控制反應速度,甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10~15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑,特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒,可近似地看成是一個短路的微型電池,用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時,半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。
光催化反應涉及到許多反應類型,如醇與烴的氧化,無機離子氧化還原,有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氮反應,水凈化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2,既有較高的光催化活性,又能耐酸堿,對光穩定,無毒,便宜易得,是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道,選用硅膠為基質,制得了催化活性較高的TiO/SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒,對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究,是未來催化科學不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。
2.在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結構的特殊性,具有一般材料難以獲得的優異性能,顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術,添加納米材料,可獲得納米復合體系涂層,實現功能的飛躍,使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層,抗氧化、耐熱、阻燃涂層,耐腐蝕、裝飾涂層等;功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層,導電、絕緣、半導體特性的電學涂層,氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料,可進一步提高其防護能力,實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層,可利用其光學特性,達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料,可以達到減少光的透射和熱傳遞效果,產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料,所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子,在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性,因而能起到靜電屏蔽作用,而且氧化物納米微粒的顏色不同,這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色,克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中,將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中,能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景,將為涂層技術帶來一場新的技術革命,也將推動復合材料的研究開發與應用。
3.在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域,產品數量繁多,用途廣泛,并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音,并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域,納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡膠中,可以提高橡膠的耐磨性和介電特性,而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料,可以提高塑料的強度和韌性,而且致密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2,作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中,使其密封性和粘合性都大為提高。此外,納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2,可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的;而加入A12O3,不僅不影響玻璃的透明度,而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優良的紫外線屏蔽性能,而且質地細膩,無毒無臭,添加在化妝品中,可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業。最近又開發了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2,能夠強烈吸收太陽光中的紫外線,產生很強的光化學活性,可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物,具有除凈度高,無二次污染,適用性廣泛等優點,在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境科學領域,除了利用納米材料作為催化劑來處理工業生產過程中排放的廢料外,還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染,并能對這些制劑進行過濾,從而消除污染。
4.在醫藥方面的應用
21世紀的健康科學,將以出入意料的速度向前發展,人們對藥物的需求越來越高。控制藥物釋放、減少副作用、提高藥效、發展藥物定向治療,已提到研究日程上來。納米粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便。用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體,可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織;使用納米技術的新型診斷儀器,只需檢測少量血液就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病,美國麻省理工學院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物,稱之為“定向導彈”。該技術是在磁性納米微粒包覆蛋白質表面攜帶藥物,注射到人體血管中,通過磁場導航輸送到病變部位,然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流動,因此可以用來
檢查和治療身體各部位的病變。對納米微粒的臨床醫療以及放射性治療等方面的應用也進行了大量的研究工作。據《人民日報》報道,我國將納米技術應用于醫學領域獲得成功。南京希科集團利用納米銀技術研制生產出醫用敷料——長效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產原理是通過納米技術將銀制成尺寸在納米級的超細小微粒,然后使之附著在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用,通過納米技術處理后的銀表面急劇增大,表面結構發生變化,殺菌能力提高200倍左右,對臨床常見的外科感染細菌都有較好的抑制作用。
微粒和納粒作為給藥系統,其制備材料的基本性質是無毒、穩定、有良好的生物性并且與藥物不發生化學反應。納米系統主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。
納米生物學用來研究在納米尺度上的生物過程,從而根據生物學原理發展分子應用工程。在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白質特別是酶,從而控制生化反應。這在生化技術、酶工程中大有用處。使納米技術和生物學相結合,研究分子生物器件,利用納米傳感器,可以獲取細胞內的生物信息,從而了解機體狀態,深化人們對生理及病理的解釋。
【關鍵詞】納米技術 電子技術 未來展望
納米技術在近幾年中接連取得一系列的突破諸如碳納米管的出現,納米制造工藝的進步等等。納米技術成為一個國家科技競爭力中非常重要的一個方面,其未來發展前景十分廣闊。隨著納米技術的不斷發展,納米電子技術研究也漸漸取得突破。納米電子技術成為國家信息技術發展那壯大疾馳在世界前列的根本推動力。也成為保持世界電子技術快速發展并使摩爾繼續延續的重要影響因素。本文就當前納米電子技術發展現狀以及未來納米技術可能的發展方向做出思考并提出相關芻議。
1 納米電子技術發展現狀
1.1 納米電子技術優點及地位
傳統硅基電子元件技術將很快面臨其發展瓶頸,電子元件技術若想獲得進一步發展必須對現有技術進行突破,微電子理念作為主流電子發展理念結合當前信息技術實現原理對未來電子元件技術實現必將以納米電子技術為主要突破口,換言之,納米電子技術是未來電子元件技術的必然發展趨勢,是國家信息技術發展的必然選擇,在國家科技發展中占有十分重要的發展地位。納米電子技術有著許多優點,例如納米電子元件體積非常小,集成度極高,運算速度以及處理速度非常快同時有著極小的耗能更低的散熱。無論在制造領域,信息領域還是軍事應用,納米電子技術都⒂兇攀分廣闊的應用。納米電子技術憑借以上優點將能夠實現許多的未被實現的技術諸如量子運算,更大的存儲技術,VR技術,增強現實技術等等。可預見的,納米電子技術應用將在信息領域實現革命性突破。
1.2 納米電子技術現階段成果
在現階段,納米電子技術主要還是以實現納米電子元件以及各種納米電子材料為主。
1.2.1 納米電子材料
納米電子材料研究在現階段取得了很多成果包括納米硅薄膜、納米硅材料以及納米半導體材料等等。現階段對于硅基材料的更種應用還在進行,納米硅材料的出現符合現階段人們對于電子技術發展的需求,納米硅材料應用有許多好處,運用納米硅材料能制造出集成度更高,運行更穩定,能耗更低,效率更優的電子板以及處理器芯片。能夠有效降低高性能計算機的生產成本。納米硅材料相較于一般材料有著明顯的技術優勢,其在生活中的應用能夠為人們帶來更意料之外的便捷。
1.2.2 納米電子元件出現
電子元件的發展一直都在努力實現在單位面積上實現更多電路的集成,所以,在之前的發展中電子元件經歷了集成元件發展,大規模集成元件,超大規模集成元件三個歷史發展。最終相關電子設備由一整個房屋大小微縮到如今的桌面大小。電子元件發展進步有著很重要的意義。基于集成電路的發展進步融合納米技術便出現了納米電子元件。
1.2.3 納米電子技術現實應用
隨著納米電子材料發展以及高度集成的納米電子元件出現,納米電子技術開始真正的運用于醫學軍事等領域中。在醫學領域中,納米傳感器使得現代醫學細微部位研究取得突破,進一步的對人體生化反應中各種化學信息以及電化學信息進行展示。另外,納米電子技術應用高級醫療設備制造出現了一大批如螺旋CT和MRI等高科技醫療設備的問世。納米技術在醫學其他領域也有著十分廣泛的運用,這些都大大推動了醫學行業的發展。
軍事領域的應用更為普遍,專家預測未來的戰爭就是信息化的戰爭,掌握信息多的一方就能夠獲得絕對的主動,納米電子技術推動了軍事化信息戰的發展。不僅如此,納米技術應用與武器制造進而出現制導更精確的導彈,各種微型飛行器,納米裝備等等。軍事領域獲得快速發展。
2 納米電子技術未來發展展望
其實在目前,世界主要國家都已經加強對納米電子技術的重視程度并積極進行著各種各樣的推動納米電子技術發展的計劃。諸如美國的國家納米計劃,歐盟的框架計劃等等。其中主要針對的方向是納米電子學發展,納米信息處理和納米儲存技術等。通過對世界主要國家納米電子技術計劃的分析能夠看出未來主流納米電子技術發展方向為納米信息系統以及納米電子學兩個方面。具體方向將主要集中在新型電子元件開發制造,石墨烯材料研究應用,碳納米管研究應用等等。
通過不斷的開發制造新的納米電子元件進而推動未來納米級計算機技術出現。在未來,能夠通過納米電子技術實現量子晶體管技術,進而推動量子超級計算機出現為世界科技進步做出卓越貢獻。
石墨烯以及碳納米管應用于新一代的半導體材料中,新一代半導體材料將對未來的移動設備進步,未來虛擬現實技術發展,未來增強現實技術發展等等帶來堅實的基礎。
再進一步的暢想,納米電子技術能夠方便的用于人體,結合網絡技術能夠實現人體與網絡的互聯互動,人體的各種數據諸如身份信息,健康信息等等都能得到實時監控遇保護對人們的生活方式進行改變。納米電子技術的不斷突破還將會為太空電梯,海底隧道技術等等高精尖技術的發展帶來推動。
3 結語
納米技術在當前發展迅速并且影響深遠,抓住機遇,集中優勢力量,進一步加強納米電子基礎研究和相關應用研究,搶占納米電子技術高地,是推進我國新一代信息技術的快速發展的必然選擇。加強納米電子學基礎理論研究,順應世界發展潮流,特別是納米電子器件中最基本的載流子輸運現象及其規律的研究是把握好未來納米電子技術的關鍵。
參考文獻
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作者簡介
陳建(1978-),女,遼寧省錦州市人。任職河北省高校工業數據通信與自動化儀表應用技術研發中心,承德石油高等專科學校,講師,大學本科學歷,在職研究生,主要從事電子技術,工業數據通信方面的研究。
關鍵詞:納米,中醫藥,經濟,技術
引言:通過現在的問題反映,首先提出一些納米技術的需求,再而闡述了納米中醫藥的現狀接著提出納米中藥化的好處和現在存在的一些問題,通過筆者的分析,一步一步的攝入了納米技術在當前中國的國情來說要發展,提出一些相對的解決方法。引入納米技術是社會的要求。最后說明自己的觀點(總結)。
隨著經濟的發展,環境問題變得越來越嚴重。從而導致發病率變得越來越高。如果還是單靠過去的一味中藥很難把病情完全治好。加上現在環境問題的特為嚴重和社會的需求量增多。很多中藥材都是靠人工培育,但人工培育的功效始終比不上天然的。雖然實行了中醫藥的政策,解決了老百姓的看病難,看病貴的問題。但始終是不能從根本解決問題。加上納米技術的進一步發展,因此將納米技術融入中醫藥是社會的要求,社會的主流。納米技術使中醫藥的藥效得到更好的發揮。
那先由我們看看納米中醫藥的發展
納米中藥制備技術的研究現狀
醫學上的發展就目前來說,提出最多的是中西合作和中醫藥現代化,但我們在中醫藥的現狀中發現很多問題,例如上面所提的民生問題,為此我們要想一下有沒有更好的方案解決目前的問題,隨著經濟的發展我,我國的納米技術已達到一定的程度,并取得一定的成效,為使中藥面向世界,并形成醫學科新的經濟增長點,應將現代的高新技術引入到中藥制劑之中。隨著科學技術的飛速發展,中藥的現代化生產已成為現實。納米技術的出現使得超微粉碎成為全世界各個生產領域的先進技術,日益顯現出它強大的生命力和蘊藏的無窮財富。對于中國的國藥—中草藥尤為如此。可以說中藥超微粉碎是中藥的一次飛躍性革命。如果中國能勝利的打完這場“革命”,在醫學生又是一個新的焦點。納米技術是如何引進中醫藥中呢?首先注意的是納米粒制備的關鍵是控制粒子的粒徑大小和獲得較窄且均勻的粒度分布,減小或消除粒子團聚現象,保證用藥有效、安全和穩定。
根據目前的科技情況。納米藥物粒子的制備技術可以分為三類,機械粉碎法、物理分散法和化學合成法。通過宏觀到微觀的轉型,實現了微觀世界的并且是醫學界的狂飆式發展。
中醫藥的理論基于對宏觀的自然界,而納米技術科研研究則是微觀技術,現在把宏觀與微觀技術的有機組合能不能在醫學上形成一們嶄新的“宏微”中醫理論學科呢?至于宏觀中醫藥大家對它有了一定的了解,現在我只是對微觀進行闡述。納米科學與技術,有時簡稱為納米技術,是研究結構尺寸在0.1至100納米范圍內材料的性質和應用。納米技術的引入是醫學微觀化,一方面由于納米技術的引入為攜帶提供了一定的方便,以前,無論什么看一次病總要大袋小袋的提著,這只是對病者,如果像醫院或一些醫護機構,當他們想購買大量藥物時不是很麻煩。引入納米技術在這里就起了相當重要的作用,比如運輸大量的藥物,現在只須小盒便能搞定;另一方面,害怕吃藥嗎?害怕打針嗎?不用怕,納米技術中藥話可以幫助你,把納米級藥物制成藥膏然后貼于患處,可以通過皮膚直接接受不需要注射。由于納米技術是對藥物的微觀化,比如將藥物磨成粉狀,加大了與病菌的接觸面積,例如中藥超細后的產品除用于散劑、顆粒劑、膠囊劑、片劑、中藥口服散劑、膠囊劑、微囊外,把藥物微化,這樣可以提高藥物在體內的生物利用度。增強中藥的療效,再者,納米技術在中藥加工方面的應用能保持中藥原有成分的基礎,使藥效充分析出。另外,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復損傷組織。在人工器官移植領域,只要在器官外面涂上納米粒子,就可以預防器官移植的排異反應。使用納米技術的新型診斷儀,只需檢測少量的血液,就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病。在抗癌的治療方面,德國一定醫院的研究人員將一些極其細小的氧化鐵納米顆粒,注入患者的癌瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,使患者癌瘤里的氧化鐵納米顆粒升溫到45-47攝氏度,這溫度足以燒毀癌細胞,而周圍健康組織不會受到傷害。同時,配合使用納米藥物來阻斷腫瘤血管生成,餓死癌細胞。納米中藥化不知那些好處,據了解,納米中藥化將藥物加工成納米級的微細粒子,病人服藥時,首先減輕病人的痛苦,有些病人怕吃藥,如果制成了粒子狀,病人一般是比較易接受,藥物的真對性特別的強,藥物就可能針對性地直達病灶,激活中藥細胞活性成分,直接攻擊病毒、細菌、重金屬、毒質,細胞壁或細胞膜等障礙將不復存在,這樣中藥療效可大大速率,盡快的減輕病人的痛苦,如治療消化道疾病的藥品“思密達”經納米化處理后其藥效提高了3倍。中藥藥效的加大、加快,使中藥可與西藥相媲美,為今后中藥的發展創造了條件。使中藥具有新的功能將中藥加工至納米尺寸之后,其細胞內原有不能被釋放出來的某些活性成分由于破壁而被釋放出來,有可能使納米中藥具有新的功能。此外,由于其給藥途徑,藥物吸收方式等的改變,可能在藥代動力學、藥效學、藥理學、藥物化學等方面產生新的作用。并且中藥有沒有西藥那樣很多副作用,發展納米中醫藥看來是必然的事了。特別的,一些科學家預言:由于納米微粒的尺度一般比生物體內的細胞、紅血球小得多,所以,有可能把含有計算機功能、人機對話功能和有自身復雜能力的納米機器人送入體內而又不嚴重干擾細胞的正常生理過程。通過體外控制操作,獲取體內多種生化反應的連續的動態信息,從而破解中藥復雜的作用機制。
納米中醫藥也存在一定的問題,那是值得我們深慮:
1.成分的混亂;由于納米中藥化加大了藥的效用,但同時也是所需藥的成分難以把握,例如你本來是需要的是5兩A藥材6兩B藥材4兩C藥材,但當你納米化時,你會使藥用發生了變化,使得吸收的藥的分量不同,可能導致A多了或少了。納米技術中藥化使得生物利用度、溶出度較低等得以糾正,療效得以增強。這種改變性質的作用使得傳統中藥所含的有效成分及其藥效變得面目全非。嚴重的會造成安全隱患。為此對研究和發展納米中藥化造成了巨大的壓力。
2.由于納米技術是一種微觀的世界,如果科學家對藥物不是有充分的了解,當實行微觀處理時可能會導致一些藥物的分量不夠或減少了別的分量,另外,需要謹慎地掌握納米粒度與相關中藥所含有效成分分子組成和分子量的關系,以防為獲得納米微粒而損壞了藥物的有效成分。納米級的研究并不像宏觀的研究那么簡單,如果一些技術錯誤了,結果可能要重做。
3.納米中藥因其粒度超細,表面效應和量子效應顯著增加,使得藥物的有效成分獲得了高能級的氧化或還原潛力,從而影響藥物穩定性,增加了保質和儲存的困難。
4.加大了鑒別的難度,即超細狀態下的中藥是否還具有普通粉碎時所有的顯微特征?如果原有的顯微特征發生了改變,則又應建立何種更精細的鑒別方法?這是個重大的問題,對于納米級的研究,考的是先進的技術。
5.納米尺度的物質存在著生物安全性威脅問題,如果不能夠有效地防止納米尺度物質的接觸或者攝入,可能會引起多系統的復雜病變。
所謂萬物都有雙面性,納米中醫藥的引入一定上給我們帶來了很多好處,但也有一些負面的影響,綜合中國現在的情況,許多專家都認為發展納米中醫藥是利大于弊。那就根據我國的國情出發,如何將納米技術中醫藥引入。何如加大對納米技術中醫藥的發展呢?
1.由于各級的懶散性比較強,如果國家不統一制定完全的行業技術標準,可能會導致某些地方的藥用不高或某些地方的納米中藥技術只是一個夢想。如果國家有了一定的機構管理,一定的技術標準,那樣可以使納米藥物統一化,安全化。所以國家應成立你執迷中醫藥的研究中心,一方面集中科研相關的技術連接,另一方面可以組織協調科研機構,高校試驗室以及產業界的公共參與,進行重點攻關。
2.國家政府必須認真重視納米醫藥的發展,畢竟市場是一個充滿“利潤”式的社會,很多時候,如果國家不重視藥物的安全管理,可能不導致藥物市場混亂,同時國家有必要組織一定實力和特色的中藥類高校與納米研究機構進行強強聯合,通過集大家之智慧來進行納米中醫藥化。這就是國家要加強宏觀調控對納米藥物的管理。
3.由于納米中藥化是剛剛引進來的一個新學科,很多方面還沒有完善,特別是納米對技術的要求高,所以國家應增加國內納米重要的博士研究站,在較高會議上培養和吸引綜合性的科研人才投身到這個領域中去
4.加強國內研究基地的建設。改善基礎設施條件,增加專項的投入,并重視知識產權的保護,加大納米中醫藥的財政支出,因為外國對這方面有了一定的認識,由于他們的技術含量高,納米技術早就名噪一時,所以,國家可以加大中外的合作,另外還有派人到外國學習先進的技術,通過只是的交流,國與國的合作,進一步提高中醫藥的納米技術的發展。
總結:納米技術是2l世紀最具發展前景的領域之一,它給中醫藥的現代化提供了新的思路和方法。通過對比中國的利弊,實行納米中藥化的轉型不但可以促進經濟的發展和提供取藥的方面,在歷史上也是一次偉大的改革,在一定的程度上提高了醫學家納米中醫藥的定位,而且在國外也是中醫的地位提得更高。科學技術的迅猛發展,中醫藥也逐步走向世界,面臨著前所未有的機遇和巨大的發展空間—納米技術中藥化,然而,基于其獨特的理論體系,現代科學技術尚難與之有機地結合起來,這也成為阻礙中醫藥發展的最主要因素。隨著納米技術在中藥研究開發領域的一些應用基礎研究上獲得突破,它必將極大地促進中藥現代化的進程。在中醫理論的指導下,中藥納米化技術作為實現中藥現代化的關鍵技術,必將推動我國的中藥盡可能快地走向國際市場。
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1電子技術在能源開發利用和節能減排領域的應用
目前,化石燃料仍是世界上主要的電力能源來源,在全世界面臨能源危機的背景下,預計在2060年,電力電子技術將全面投入到可再生能源發電上(風力發電、水力發電、太陽能發電、潮汐能發電、地熱能發電、生物發電等)。這是克服能源危機的重要措施,它們是可再生的綠色能源,對環境和氣候的影響也會得到緩解。目前,我國的東北、華北、西北地區是陸上風能和光伏發電資源主要分布區,預計到2020年風電將達到100~150GW、光伏發電達到20GW規模,大規模、分散性的可再生能源所固有的間歇性、不確定性等問題,對電網的安全穩定運行提出了更高的要求。利用電子技術,通過智能電網的建設,來實現可預測、可控制的可再生能源發電調度與控制,是促進可再生能源發展的前提。同時更為提高清潔能源比重、有效應對全球氣候變化帶來的挑戰打下堅強基礎。目前,電力節能減排是一項非常艱巨的工程,隨著人們的節能減排意識的提高,國家對清潔能源的需求不斷增大、對環境的要求越來越高,必須通過電力電子技術的跨越式發展來解決變流器技術這一瓶頸,通過應用可靠性高的電力電子裝置來提高現有輸電線路的輸送能力。目前人們的汽車的需求量不斷上升,通過電子技術的大力研發,推廣混合動力汽車、電動汽車從而為節能減排貢獻一份力量。
2電子信息科學在體育科研領域的發展
當今世界的科技競爭更多地體現在信息資源的競爭中,國家體育科研的水平直接影響到國宗體育運動整體水平。因此國家體育領域建設的信息化將在我國體育事業中發揮重要作用。首先體現在信息傳播上,由于互聯網能將各種信息包括文字、數據、圖片、音像等信息輸人網中進行互相交流傳播,其特有的遠程文件傳輸FTP,對于體育信息的收集傳遞尤為必需,能夠讓從事體育科研的人員可以及時的了解世界各地的體育新聞以及有關科研資訊的收集,極大地豐富了體育信息的資源,空前加快了體育信息的傳遞速度,為體育科研提供了創造和交流的平臺。其次,WWW和超級文本www簡稱萬維網,它除了交換電子文件外,它還可以被用來進行文本的出版、圖片、圖像等信息的傳輸,更可以通過Webbrowoer(網絡瀏覽器)在Internet網上四處觀光游覽。WWW通常建立各類服務主頁,主頁內容也十分豐富。就體育范圍而言,有國際奧委會、夏季、冬季奧林匹克項目國際單項休育聯合會等提供的不同賽季的賽事安排、競賽成績、體育新聞、體育評論等信息。也有體育廣告和體育服裝器材用品公司等提供的服務信息,介紹新研制的運動服裝、設備、器材等等。也提供新出版的體育期刊、報紙的體育欄目等信息。通常需要在WWW上瀏覽文件,主頁每一頁都有一個統一的資源地址標識(URL),以方便用戶進行信息檢索。最后,對于專利的保護服務,互聯網能夠給用戶提供專利服務,在國內,對于體育專利,可以通過系統的查找,搜尋相關的體育專利信息。對國外體育專利經過專門的網址也可查到。目前,我國對體育專利信息數據庫實行定期的更新和維護,不斷補充和擴展。
3納米電子技術的發展
納米電子技術的發展,已經成為了全世界信息科學技術的趨勢,它在提升國家核心競爭力和實現科技興國戰略中發揮著不可替代的作用。納米電子的研究方向和關鍵技術納米電子技術研究的內容包括納米電子學的基礎理論、納米電子材料、納米電子器件和納米電子系統等主要技術方向。納米電子的關鍵技術主要為納米電子器件的設計、納米的加工與制備、納米電子的表征測量。納米電子技術的最新發展動向與信息技術前景目前納米電子技術在新型的電子元件領域的開發取得了重大成果,特別是碳納米管和石墨烯的發現。碳納米管在納米電子技術領域有著重要的用途使,由于它獨特的結構和良好的導電性,對于實現速度快而功耗小的計算機集成電路有著重要的意義。而石墨烯的發現,可用來制成速度更快、功耗更低的石墨烯芯片,有望成為下一代基于電子自旋的電子元件材料。納米電機技術的進步使集成電路、納米電子計算機、納米電子機械系統的研究有了技術支撐。
4結語
當電子技術與信息科學這一詞在20世紀60到70年代出現的時候,人們并沒有將它看做一門科學而存在。但如今,電子技術和信息科學的發展已經滲透到了生活的方方面面,與人們的生活緊密聯系,人們對它的依賴性也日益提高。作為一門非常活躍的科學技術,它對推動產業信息化、調整社會產業結構、推進社會文明的進步起到了不可替代的作用。面對當今越來越突出的環境和生存問題問題,我們應當充分利用電子技術與信息科學的優勢,使它更好的造福于人類。
作者:李彥哲 單位:哈爾濱廣播電視大學