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關(guān)鍵詞 納米技術(shù) 化工 應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TQ02文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application Analysis of Nanotechnology in Chemical Industry

WANG Jingxia

(Department of Chemistry and Chemical Engineering of Jining University, Jining, Shandong 273155)

AbstractWith the development of science and technology, nanotechnology has been more and more into people's daily lives, and the chemical industry as a pillar industry of national economy, apply nano-materials and nano technology-based high-tech to chemical production, will certainly have a positive role in promoting. Therefore, this paper analyzes the application of nanotechnology in chemical industry.

Key wordsnanotechnology; chemical; application

1 納米技術(shù)的特點(diǎn)

納米是一種新的度量單位，當(dāng)物質(zhì)達(dá)到或者接近納米尺度范圍以后就會(huì)形成一種特殊的結(jié)構(gòu)層次，使其本身所具有的諸如強(qiáng)度、韌度、比熱、導(dǎo)電磁等性能發(fā)生突變，從而表現(xiàn)出一些新的性能。這種性能既不同于原來內(nèi)部結(jié)構(gòu)中單個(gè)的原子或分子，也不同于宏觀物質(zhì)所構(gòu)成的材料的性能。下面就對(duì)納米材料所表現(xiàn)出的一些特殊性能進(jìn)行細(xì)致分析：

（1）力學(xué)性能。提高材料的硬度、韌性以及強(qiáng)度一直都是材料研究的主要方向。而具有納米結(jié)構(gòu)的材料則能夠表現(xiàn)出更強(qiáng)的力學(xué)性能，由于納米材料的強(qiáng)度與粒子直徑成反比，而材料中粒子的細(xì)化以及高密度的存在極大程度的降低了納米材料的位錯(cuò)密度，使得臨界位錯(cuò)圈直徑遠(yuǎn)大于納米粒子的直徑，這也就避免了在納米結(jié)構(gòu)中發(fā)生位錯(cuò)滑移和增殖，即納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。（2）磁學(xué)性能。當(dāng)粒子間的尺寸達(dá)到納米范圍內(nèi)時(shí)，粒子間的相互作用就會(huì)發(fā)生變化從而影響到物質(zhì)材料的宏觀磁性。在納米結(jié)構(gòu)中，各粒子的磁性隨著方向的變化而改變，所表現(xiàn)出的磁性 也與粒子的形狀、結(jié)構(gòu)以及內(nèi)應(yīng)力有關(guān)，并且具有明顯的體積效應(yīng)。（3）電學(xué)性能。在納米結(jié)構(gòu)中，由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大其電阻也就高于同類的粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)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(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。（4）熱學(xué)性能。由于在納米結(jié)構(gòu)中的界面原子的密度很低并且排列混亂，也就削弱了彼此間的藕合作用，所以就使得納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值。因此，在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

2 納米技術(shù)在化工行業(yè)中的應(yīng)用

由于納米結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、韌度、比熱、導(dǎo)電磁等性能上都明顯優(yōu)于同類型的物質(zhì)材料，因此可以利用這些納米技術(shù)制造出一些具有特殊功能的材料，并將其運(yùn)用到化工行業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。目前，納米材料已經(jīng)在高力學(xué)性能環(huán)境中得到了廣泛的應(yīng)用，在化工行業(yè)當(dāng)中利用納米技術(shù)制造的超微復(fù)合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、表面涂層以及劑等都有著非常重要的應(yīng)用。

在化工生產(chǎn)的過程中，為了提高化學(xué)反應(yīng)的速度和反應(yīng)速率，要在反應(yīng)過程中添加一些催化劑。傳統(tǒng)的催化劑存在著明顯的缺點(diǎn)，造成生產(chǎn)原料巨大浪費(fèi)的同時(shí)也大大降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，甚至還會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境危害，而如果使用納米材料作為催化劑，利用其表面活性中心多這一特點(diǎn)，可以有效地提高化學(xué)反應(yīng)速度和反應(yīng)速率。由于納米材料所具有的特殊性能，將其利用于表面涂層技術(shù)當(dāng)中也是化工行業(yè)研究的重點(diǎn)。表面涂層技術(shù)按照用途的不同可以分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。其中結(jié)構(gòu)涂層的作用是用來提高和穩(wěn)固基體材料本身所具有的性能，例如有用來增強(qiáng)基體材料的硬度以及耐磨性、抗氧化能力、耐熱耐腐蝕性等的結(jié)構(gòu)涂層。而功能涂層則是指給基體材料增加一些本身并不具備的功能，從而提高基體材料的整體性能，例如有增加導(dǎo)電性、絕緣性的電學(xué)功能涂層，增加光反射、光吸收以及消光的光學(xué)涂層以及增加熱敏、濕敏、氣敏的敏感性涂層等等。而納米結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度以及韌性方面都有極強(qiáng)的優(yōu)越性，能夠很好地起到靜電屏蔽的作用，因此用納米材料做為表面涂層，能夠很好保護(hù)基體材料的同時(shí)也可以使其本身的功能得到進(jìn)一步的提升。另外，也可以在傳統(tǒng)表面涂層的基礎(chǔ)上配合使用納米材料，即為納米復(fù)合體涂層。這種將納米結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)涂層技術(shù)相融合，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的方式，將傳統(tǒng)的表面涂層工藝提升到一個(gè)新的高度。由此不難看出，納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用。

納米技術(shù)在精細(xì)化工領(lǐng)域也有著極為廣泛的應(yīng)用。由于精細(xì)化工的涵蓋面非常廣，產(chǎn)品數(shù)量眾多，并且涉及到人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。因此，將以納米技術(shù)為主的高新科技融入其中，進(jìn)一步改造和提升精細(xì)化工的產(chǎn)品性能是其未來發(fā)展的趨勢(shì)。例如利用納米結(jié)構(gòu)制造高強(qiáng)度的聚合物材料、研制納米色素以及納米感光膠片等等。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料也能夠發(fā)揮其重要作用。在橡膠中加入以納米材料作為添加劑，可以有效地提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力，并且能夠增強(qiáng)相交的耐磨度。將納米材料運(yùn)用到塑料生產(chǎn)當(dāng)中，可以很好的提高塑料的強(qiáng)度和韌性，并且能夠增加塑料本身的致密性以及防水性能。而且在粘合劑和密封膠當(dāng)中添加SiO2，利用SiO2表面的一層有機(jī)材料使其具有了親水性這一特點(diǎn)，在添加到密封膠以及粘合劑當(dāng)中，使之能夠迅速形成一種硅石結(jié)構(gòu)，從而限制了膠體流動(dòng)，加快固化速度，并且由于顆粒尺寸很小，可以進(jìn)一步提高粘合劑的粘結(jié)效果以及密封膠的密封性。

目前，我國(guó)納米技術(shù)在化工行業(yè)中應(yīng)用正在穩(wěn)固前行，所以還需要加大科技創(chuàng)新，以及對(duì)基礎(chǔ)技術(shù)的研究工作，建立出一套完整技術(shù)創(chuàng)新體系和管理機(jī)制，提高我國(guó)化工行業(yè)整體效益和競(jìng)爭(zhēng)力，為企業(yè)創(chuàng)造出一個(gè)良好的發(fā)展環(huán)境，也只有這樣才能順應(yīng)時(shí)代的潮流，使傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)工藝在新形勢(shì)下重新煥發(fā)生機(jī)，并且?guī)?dòng)整個(gè)化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 我國(guó)納米技術(shù)應(yīng)用的展望

納米技術(shù)雖然起源于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但是目前在我國(guó)也具有極大的發(fā)展?jié)摿?，?guó)家也在不斷提升對(duì)這方面的關(guān)注程度，一方面增加對(duì)納米技術(shù)的研究經(jīng)費(fèi)，并密切關(guān)注納米技術(shù)以及納米材料的基礎(chǔ)研究工作。另一方面積極推動(dòng)地方政府和企業(yè)對(duì)于納米技術(shù)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了以基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品應(yīng)用的完整體系?，F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)一些納米材料的研究也取得了令人矚目的成就。在物理、化學(xué)方面采用多種方法研制出的高密度、性能優(yōu)越的納米陶瓷，以及制備出的金屬合金氧化物、碳化物等納米化合物，并且建立了相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)備，能夠真正意義上做到控制納米微粒的尺寸大小，制成納米薄膜以及其它納米材料與傳統(tǒng)材料相比較而言，在強(qiáng)度、硬度、韌性以及擴(kuò)散度、可塑性、導(dǎo)電率等方面都有顯著提升。并且我國(guó)還在世界上首次發(fā)現(xiàn)了氧化鋁晶粒在拉伸疲勞中應(yīng)力集中區(qū)所表現(xiàn)出的超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)、磁光效應(yīng)以及自旋波共振等領(lǐng)域也取得了卓越的成就；設(shè)計(jì)并研制出了納米復(fù)合氧化物體系，它對(duì)中紅外波段吸收率高達(dá) 92％，并將其應(yīng)用于紅外保暖纖維。目前，納米材料和納米技術(shù)這項(xiàng)誕生于二十一世紀(jì)的嶄新技術(shù)已經(jīng)逐漸打破了人們的傳統(tǒng)生活理念，并從根本上解決了人類所面臨的諸如能源、環(huán)境保護(hù)以及醫(yī)藥衛(wèi)生等重大問題。

4 結(jié)語

伴隨著社會(huì)的高速發(fā)展必將會(huì)對(duì)能源、環(huán)境、材料技術(shù)提出新的要求，并且對(duì)其性能的要求也會(huì)越來越高。因此，以納米材料為基礎(chǔ)的納米技術(shù)的誕生，將在未來對(duì)整個(gè)社會(huì)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。因此可以預(yù)見，不斷出現(xiàn)的新型納米材料，以及納米技術(shù)的不斷改良，在未來將是納米技術(shù)的時(shí)代，所以現(xiàn)在要加倍重視對(duì)納米技術(shù)的研究工作。

參考文獻(xiàn)

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[3]馮新建.納米技術(shù)及其在化工行業(yè)中應(yīng)用[J].新疆化工,2008.

篇2

納米（nm）是長(zhǎng)度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來說，納米是一個(gè)很小的單位，不如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德。費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。1991年，美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。

二、納米技術(shù)在防腐中的應(yīng)用

納米涂料必須滿足兩個(gè)條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因?yàn)榧{米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對(duì)流變性的影響，如納米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流掛；第二、耐候性的改善。利用納米粒子對(duì)紫外線的吸收性，如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車面漆等；第三、力學(xué)性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強(qiáng)大的界面結(jié)合力，可提高涂層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。

納米技術(shù)的應(yīng)用為涂料工業(yè)的發(fā)展開辟了一條新途徑，目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團(tuán)聚，納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過簡(jiǎn)單的混配得到。同時(shí)納米粒子種類很多，性能各異，不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達(dá)到所期望的性能和功能，需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。

納米涂料雖然無毒，但由于改性技術(shù)原因，性能并不理想，加上價(jià)格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價(jià)格原因未能大量應(yīng)用。國(guó)外公司如美國(guó)的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國(guó)的Hrubach、法國(guó)的SNCZ、英國(guó)的BritishPetroleum、日本的帝國(guó)化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料，性能不錯(cuò)，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國(guó)防銹顏料的開發(fā)整體水平落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統(tǒng)防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴(yán)重，對(duì)人體的傷害很大，目前已被許多國(guó)家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國(guó)防銹涂料業(yè)也蓬勃發(fā)展，也可以生產(chǎn)納米漆。

我國(guó)自主生產(chǎn)的產(chǎn)品目前已通過國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢驗(yàn)站、機(jī)械科學(xué)院武漢材料保護(hù)研究所等國(guó)內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析和檢測(cè)，同時(shí)還經(jīng)過加拿大國(guó)家涂料信息中心等國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的技術(shù)分析，結(jié)果表明其具有目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品無可比擬的防銹性能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，是防銹涂料領(lǐng)域劃時(shí)代產(chǎn)品，復(fù)合鐵鈦粉及其防銹漆通過國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的鑒定后已在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

三、納米材料在涂料中應(yīng)用展前景預(yù)測(cè)

據(jù)估算，全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已達(dá)到500億美元。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家政府和大的企業(yè)紛紛啟動(dòng)了發(fā)展納米技術(shù)和納米計(jì)劃的研究計(jì)劃。美國(guó)將納米技術(shù)視為下一次工業(yè)革命的核心，2001年年初把納米技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，在納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準(zhǔn)備像微電子技術(shù)那樣在這一領(lǐng)域獨(dú)占領(lǐng)先地位。日本也設(shè)立了納米材料中心，把納米技術(shù)列入新五年科技基本計(jì)劃的研究開發(fā)重點(diǎn)，將以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境保護(hù)等并列為四大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。德國(guó)也把納米材料列入21世紀(jì)科研的戰(zhàn)略領(lǐng)域，全國(guó)有19家機(jī)構(gòu)專門建立了納米技術(shù)研究網(wǎng)。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際，納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)的發(fā)展和生存環(huán)境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻(xiàn)。從某種意義上說，21世紀(jì)將是一個(gè)納米世紀(jì)。

由于表面納米技術(shù)運(yùn)用面廣、產(chǎn)業(yè)化周期短、附加值高，所形成的高新技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品、以及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的改造升級(jí)，產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)前景極好。

在納米功能和結(jié)構(gòu)材料方面，將充分利用納米材料的異常光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、敏感特性、催化與化學(xué)特性等開發(fā)高技術(shù)新產(chǎn)品，以及對(duì)傳統(tǒng)材料改性；將重點(diǎn)突破各類納米功能和結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和表征技術(shù)。多功能的納米復(fù)合材料、高性能的納米硬質(zhì)合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了廣泛的機(jī)遇。各類納米材料的產(chǎn)業(yè)化可能形成一批大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)，將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響；納米技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，將產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，促使涂料更新?lián)Q代，為涂料成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品開創(chuàng)了突破性的新紀(jì)元。

納米涂料已被認(rèn)定為北京奧運(yùn)村建筑工程的專用產(chǎn)品，展示出該涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價(jià)值。它利用獨(dú)特的光催化技術(shù)對(duì)空氣中有毒氣體有強(qiáng)烈的分解，消除作用。對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內(nèi)空氣更加清新。經(jīng)測(cè)試，對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99％以上，有長(zhǎng)期的防霉防藻效果。納米改性內(nèi)墻涂料，實(shí)際上是高級(jí)的衛(wèi)生型涂料，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理，較低的表面張力，具有高強(qiáng)的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強(qiáng)勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，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，抗紫外線能力極強(qiáng)。使用壽命達(dá)15年以上。顆粒徑細(xì)小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng)，使其牢牢結(jié)合成一體，附著力強(qiáng)，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍涂料，除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外，可在10℃到25℃之內(nèi)正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規(guī)定，使建筑行業(yè)施工縮短了工期，提高了功效，又創(chuàng)造出高質(zhì)量。

四、結(jié)語

由于目前應(yīng)用納米材料對(duì)涂料進(jìn)行改性尚處在初級(jí)階段，技術(shù)、工藝還不太成熟，需要探索和改進(jìn)。但涂料的各種性能得到某些改進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果足以證明，納米改性涂料的市場(chǎng)前景是非常好的。

[論文關(guān)鍵詞]納米材料應(yīng)用

[論文摘要]科技的發(fā)展，使我們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究的越來越透徹。納米技術(shù)便由此產(chǎn)生了，主要對(duì)納米材料和納米涂料的應(yīng)用加以闡述。

參考文獻(xiàn)：

[1]橋本和仁等［J］.現(xiàn)代化工.1996(8):25～28.

篇3

關(guān)鍵詞：納米材料的特性；制備方法；應(yīng)用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.198

1 納米材料的特性

當(dāng)物體的粒子的直徑減小到納米這一數(shù)量級(jí)時(shí)，能夠使一些材料的聲、、電、磁、熱性等呈現(xiàn)一些新的特性。對(duì)納米體材料的一些特性可以用“更輕、更高、更強(qiáng)”進(jìn)行概括。

2 制備方法

2.1 物理制備納米材料的方法

在早期常將較粗的固體物質(zhì)進(jìn)行粉碎，如超聲波粉碎法、蒸氣快速冷卻法、蒸氣快速油面法等方法。隨著時(shí)代的方法近年來出現(xiàn)了一些新的方法，如旋轉(zhuǎn)涂層法，通過控制轉(zhuǎn)速來獲得不同空隙的顆粒.然后再在其表面積一層膜，最后經(jīng)過熱處理的方法得到納米顆粒的陣列。

（1）真空蒸發(fā)獲得納米材料。利用電弧高頻加熱對(duì)需要處理的固體材料進(jìn)行加熱，使之形成等離子體，然后對(duì)該材料進(jìn)行驟冷，最后凝結(jié)成納米材料。納米材料的微粒徑可通過改變通入氣體的種類或壓力等方法進(jìn)行控制。具體操作過程是將需要蒸發(fā)的材料放人柑鍋中，先更高程度的真空，然后向里面注人少量的惰性氣體，然后再加熱，最后蒸發(fā)形成納米微粒。

（2）利用等離子體蒸發(fā)凝聚獲得納米材料這種方法是把一種或多種固體顆粒注人到等離子體中，使之蒸發(fā)，再通過驟冷裝置獲得納米微粒。

2.2 化學(xué)制備納米微粒的方法

化學(xué)法制納米材料的方法是通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)，把分子或原子制備成納米物質(zhì)，其中包括化學(xué)氣相沉積（CVD）法、化學(xué)氣相冷凝法（CVC）等。

（1）化學(xué)氣相沉積法是目前最廣泛的方法，這種方法是在一個(gè)加熱的襯底上，通過幾種氣態(tài)元素形成納米材料的過程，這種方法可以可分成熱分解反應(yīng)沉積的方法和化學(xué)反應(yīng)沉積的方法。使用這種方法能均勻的對(duì)整個(gè)基體進(jìn)行沉積。缺點(diǎn)是襯底的溫度比較高。隨著科技的進(jìn)步，由此產(chǎn)生了許多的新技術(shù)，比如等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法及激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積的方法等。

（2）化學(xué)氣相冷凝法制備納米材料是通過熱解有機(jī)高分子獲得納米顆粒。

（3）化學(xué)沉淀法的方法是通過在金屬鹽類的水溶液中適當(dāng)控制條件使沉淀劑與金屬離子進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)生難溶化合物形成沉淀，然后經(jīng)分離、熱分解得到納米微粒?；瘜W(xué)沉淀法有多種如直接沉淀法、共沉淀法等。

2.3 物理化學(xué)方法制納米材料

一般在實(shí)踐情況下是不會(huì)只用物理或只用化學(xué)方法進(jìn)行制作納米材料的，很多是結(jié)合了物理和化學(xué)兩種方法的，主要方法有

（1）熱等離子體法是用等離子體將金屬等粉末融化后進(jìn)行蒸發(fā)然后再冷凝，從而制成納米微粒，這種方法是制作金屬臺(tái)金系列納米微粒比較有效的方法。比如用電弧的方法混合等離子體，它能有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)法存在的一些缺陷，如等離子槍功率小、使用年限比較短和熱轉(zhuǎn)化的效率比較低等一些缺點(diǎn)。

（2）利用激光加熱蒸氣的方法，這種方法是用激光快速加熱熱源，使反應(yīng)物分子內(nèi)部能夠很快地吸收能量和傳遞能量，氣體在很短的時(shí)間內(nèi)就能反應(yīng)的長(zhǎng)大和終止.這種方法可以很快生成表面潔凈納米的顆粒。

（3）利用輻射合成法來制作納米顆粒，這種方法是用用輻射臺(tái)成法制備納米材料，它的制備工藝一般是比較簡(jiǎn)單的，可以在常溫常壓下進(jìn)行操作，制備周期時(shí)間比較短，生成的粒度比較容易易控制，生成的效率也是較高的，使用這種方法不僅可制備純度比較高的金屬粉末，還可制備各種氧化物納米粒子以及納米復(fù)臺(tái)材料，所以納米材料的輻射法制備近年來得到了很大的發(fā)展。

3 納米技術(shù)的一些技術(shù)應(yīng)用

（1）納米材料的用途十分的廣泛，比如目前在許多醫(yī)藥領(lǐng)域使用了納米技術(shù)，這樣能使藥品生產(chǎn)非常的精細(xì)，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的藥品。由于納米材料所使用的顆粒比較小，所以這種藥品在人體內(nèi)的傳輸是相當(dāng)方便的，有些藥品會(huì)采用多層納米粒子包裹，這種智能藥物到人體后可直接并攻擊癌細(xì)胞或者對(duì)有損傷的組織進(jìn)行修復(fù)。納米技術(shù)也可以用來監(jiān)測(cè)診少量血液，通過對(duì)人體中的蛋白質(zhì)的分析診斷出許多種疾病。

（2）在家電方面，選用那么材料制成的產(chǎn)品有許多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外線防老化等的作用。在電子工業(yè)方面應(yīng)用那么材料技術(shù)可以從擴(kuò)大其產(chǎn)品的存儲(chǔ)容量，目前是普通材料上千倍級(jí)的儲(chǔ)器芯片已經(jīng)投入生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)方面的應(yīng)用是可以把電腦縮小成為“掌上電腦”，使電腦使用起來更為方便。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域未來將出現(xiàn)多功能納米膜。這種納米膜能夠?qū)瘜W(xué)或生物制劑造成的污染進(jìn)行過濾，從而改善環(huán)境污染。在紡織工業(yè)方面通過在原始材料中添加納米ZnO等復(fù)配粉體材料，再通過經(jīng)抽絲、織布，最終能夠制成除臭或抗紫外線輻射等特殊功能的服裝，這些產(chǎn)品可以滿足國(guó)防工業(yè)要求。

（3）最新型的納米偵察衛(wèi)星是采用的是納米元件和按照納米進(jìn)行加工方的方法組裝而成的，它的質(zhì)量小于10kg。納米衛(wèi)星的體積雖然只有一般比麻雀稍微大一點(diǎn)，但是卻擁有非常強(qiáng)大的運(yùn)算能力，在太空中數(shù)十顆甚至數(shù)百顆這樣的納米衛(wèi)星連接在一起就可以織成“天網(wǎng)”，形成納米衛(wèi)星偵察系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全球各個(gè)地區(qū)的覆蓋和偵察，在軍事上是的應(yīng)用是非常的重要的，能實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)對(duì)高空無“死區(qū)”的偵查。納米飛行偵察系統(tǒng)屬于是一種比較微型化的飛行系統(tǒng)，它能夠攜帶多種探測(cè)偵查設(shè)備，他們具有非常高的信息處理和導(dǎo)航和通信的能力。該系統(tǒng)的其主要功能是對(duì)敵方進(jìn)行秘密的部署，關(guān)鍵時(shí)候可以到敵方信息資源庫和相關(guān)武器系統(tǒng)的內(nèi)部或附近地區(qū)進(jìn)行監(jiān)視敵方的情況，與此同時(shí)也可對(duì)敵方的各種雷達(dá)、通信設(shè)備等實(shí)施有效監(jiān)視和干擾。它能夠附著在敵方的建筑物或者機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行監(jiān)聽，有時(shí)也可以直接把敵方目標(biāo)的位置坐標(biāo)傳送到我方發(fā)送到我方的炮兵發(fā)射基地進(jìn)行發(fā)射導(dǎo)彈，這能夠有效地引導(dǎo)精確制導(dǎo)武器進(jìn)行有效地攻擊。當(dāng)然除了可以放在飛行的納米飛行器上，還有其它理性的的納米傳感器和偵查設(shè)備。他們的體積一般都比較小不容易被發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部都裝有非常敏銳的傳感器。還有一些傳感器廣泛的分布在一些武器裝備的表面，這種傳感器叫做環(huán)境傳感器，它能夠察覺比較細(xì)微的外部環(huán)境的一些“刺激”，用來對(duì)武器系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。潛艇的蒙皮改用納米材料以后能夠靈敏地察覺水流、水壓等一些極為細(xì)微的外部環(huán)境環(huán)境的變化，同時(shí)及時(shí)反饋給潛艇的中央控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最低限度地降低噪聲，通過對(duì)水波的變化的“察覺”能夠判斷來襲的敵方魚雷，使?jié)撏Ъ皶r(shí)有效的進(jìn)行規(guī)避；這能用比較低輻射功率完成“敵我識(shí)別，能有效的避免免誤傷自己。

（4）納米材料技術(shù)現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于遺傳育種中，該技術(shù)能夠結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)并且已經(jīng)在培育新品種方面取得了很大的進(jìn)展。這種技術(shù)是通過納米手段將染色體分解為單個(gè)的基因，然后對(duì)它們進(jìn)行組裝，這種技術(shù)整合成的基因產(chǎn)品的成功率幾乎可以達(dá)到100%。經(jīng)過實(shí)踐證明，科研人員能夠讓單個(gè)的基因分子鏈展現(xiàn)精細(xì)的結(jié)構(gòu)，并可以通過具體的操縱其實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)改變其性能，從而形成納米圖形，這樣就能使人們可以在更小的世界范圍內(nèi)、更加深的一種層次上進(jìn)行探索生命的秘密。

（5）納米材料技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理方面的應(yīng)用，目前有一種新型的納米級(jí)凈水劑有非常強(qiáng)的吸附能力，它是一般凈水劑的20倍左右。納米材料的過濾裝置，還能有效的去除水中的一些細(xì)菌，使礦物質(zhì)以及一些微量元素有效的保留下來，經(jīng)過處理后的污水可以直接飲用。納米材料技術(shù)的為解決大氣污染方面的問題提供了新的途徑。這種技術(shù)對(duì)空氣中的污染物的凈化的能力是其它技術(shù)所不可替代的。

現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)建立十多條的納米材料和技術(shù)的生產(chǎn)線。納米復(fù)合材料、纖維的改性、納米材料在能源和環(huán)保等方面的應(yīng)用與開發(fā)已在我國(guó)興起。國(guó)內(nèi)納米技術(shù)注冊(cè)的公司已經(jīng)近百個(gè)，一些知名的企業(yè)家對(duì)納米技術(shù)的關(guān)注，已經(jīng)為我國(guó)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)注入了新的活力。相信在不久將來，納米材料技術(shù)將會(huì)應(yīng)用很快的應(yīng)用于我國(guó)的船舶行業(yè)。

4 結(jié)語

目前世界上的的納米物質(zhì)和產(chǎn)品的種類非常的多，制作方法上也是五花八門，但總體上看還很不完整.從納米材料的發(fā)展角度看，需要開發(fā)一些比較簡(jiǎn)單的，能夠大規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)的方法.從對(duì)納米顆粒的基礎(chǔ)來看，需要開發(fā)能夠進(jìn)行嚴(yán)格控制其微粒尺寸的制備方法.這些工作的進(jìn)展將有助于以后更好的開發(fā)納米材料的用途，從而創(chuàng)立新的電子學(xué)材料、光學(xué)材料、傳感器等。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹茂盛.納米材料導(dǎo)論[M]納米材料應(yīng)用，2014（6）

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關(guān)鍵詞：H2O2；無酶；傳感器；檢測(cè)

1 概述

過氧化氫（H2O2）被廣泛應(yīng)用于化工、印染、食品等行業(yè)。H2O2也是生物體系中一種重要的物質(zhì)，因此H2O2的檢測(cè)具有重要的意義。電化學(xué)法檢測(cè)H2O2主要采用電流型生物傳感法。生物傳感法又分為酶法和無酶法。酶法具有高選擇性和靈敏度，但酶易受外界因素（溫度、介質(zhì)、溫度、濕度等）影響，因此，無酶法備受關(guān)注。

2 金屬納米材料構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

2.1 貴金屬納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

金屬納米材料，特別是貴金屬納米材料，具有多重氧化態(tài)和吸附特性，具有較高的催化活性。Pt、Pd、Au、Ag由于具有較高的催化活性，均可構(gòu)建無酶H2O2傳感器。傳感器性能會(huì)受到電極材料、材料修飾方法及納米材料形貌的影響。采用Pt納米粒子修飾的玻碳電極（GCE）比ITO檢測(cè)限低2個(gè)數(shù)量級(jí)。PdNPs/MWCNTs/Nafion修飾GCE相對(duì)于PdNPs修飾GCE對(duì)H2O2的檢測(cè)具有更寬的線性范圍。金納米粒子的形貌會(huì)影響H2O2的靈敏度[1]。GCE表面的金納米微球（AuNSs）和金納米棒（AuNRs）的比例為1：3和1：5時(shí)，對(duì)H2O2檢測(cè)的靈敏度分別為 54.53μ AmM-1和58.51μAmM-1，均比金納米粒子修飾GCE（11.13 μAmM-1）高很多。

2.2 雙金屬納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

近年來，雙金屬納米材料相對(duì)于單一金屬納米材料既具有較高的催化活性，又具有納米材料獨(dú)特的性能，因此引起人們廣泛的興趣。AuAg、AuPt、AuPd、PtPd[2，3]、PtSe、PtIr、PdRh可用于構(gòu)建無酶H2O2傳感器。啞鈴型PtPd/Fe3O4納米復(fù)合材料構(gòu)建的無酶H2O2傳感器[2]，對(duì)H2O2的還原具有較高的催化性能，與PtPd納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器[3]相比，PtPd/Fe3O4具有更低的檢測(cè)限，可能是PtPd納米粒子與Fe3O4納米材料協(xié)同作用的結(jié)果。

2.3 金屬氧化物納米粒子構(gòu)建的無酶H2O2傳感器

金屬氧化物納米材料是新型半導(dǎo)體材料，因其納米顆粒的粒徑極小、比表面積極大，而表現(xiàn)出截然不同于其他材料特性，在光學(xué)、電子學(xué)、傳感器、特殊催化、染料敏化太陽能電池等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。MnO2[4]、TiO2[5]、CO3O4[6]、CuO[7，8]和Cu2O可以構(gòu)建無酶H2O2傳感器。但大多數(shù)金屬氧化物納米粒子基于H2O2的電催化氧化，因此具有較高的檢測(cè)電位。MnO2與磷酸雙酯復(fù)合膜電極[4]、TiO2/MWNTs修飾電極[5]、CO3O4修飾電極[6]對(duì)H2O2檢測(cè)電位分別為0.65V（vs. SCE）；0.4V（vs. Ag/AgCl）；0.42V（vs. SCE）。檢測(cè)電位過高會(huì)影響實(shí)際生物樣品的分析。基于CuO納米材料修飾電極檢測(cè)電位較低，分別為0.1V（vs. Ag/AgCl）[7]和-0.3V（vs. SCE）[8]，因?yàn)镃uO對(duì)H2O2既有氧化作用，又有還原作用。CuO更適合構(gòu)建無酶H2O2傳感器。

3 結(jié)束語

貴金屬、雙金屬和金屬氧化物納米材料構(gòu)建的無酶H2O2傳感器對(duì)H2O2的檢測(cè)具有操作方便、快速，靈敏度高，穩(wěn)定性高，重現(xiàn)性好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，也存在一些缺點(diǎn)，例如檢測(cè)受到空間限制，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

感謝浙江省嘉興學(xué)院南湖學(xué)院院內(nèi)科研重點(diǎn)課題項(xiàng)目：半導(dǎo)體納米材料的可控合成及其在無酶電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用（N41472001-10）項(xiàng)目的資助。

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篇5

首先，由于介孔二氧化鈦具有高比表面積，發(fā)達(dá)有序的孔道結(jié)構(gòu)，而且，孔徑尺寸在一定條件下是可以協(xié)調(diào)的，主要是它的表面易于改性等特點(diǎn)，可以有效的促進(jìn)二氧化鈦的光催化，以及光電轉(zhuǎn)換等功能得以實(shí)現(xiàn)，研究這一材料可以有效的提高我國(guó)的航天和生物材料、空氣凈化等領(lǐng)域的技術(shù)，使我國(guó)在這些領(lǐng)域取得巨大的突破，這一材料的研究成果可以應(yīng)用到生活的方方面面，從而一定程度上提高了人們生活的品質(zhì)，使得人們的生活更加便利［3］。其次，國(guó)內(nèi)專家對(duì)介孔二氧化鈦功能納米材料的研究可以進(jìn)一步提升在世界該類研究領(lǐng)域的地位，為以后的技術(shù)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，彌補(bǔ)世界研究領(lǐng)域的缺憾。另外，應(yīng)該注意總結(jié)和解決制備材料中的科學(xué)問題，例如如何控制納米材料顆粒尺寸、顆粒尺寸分布、團(tuán)聚和解團(tuán)聚等問題的解決和控制，這對(duì)于獲得高質(zhì)量的納米材料和納米固體有一定的指導(dǎo)意義。

2方法研究

2．1介孔二氧化鈦方法研究因?yàn)槎趸佋诓牧峡茖W(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，目前最主要的研究方法是水熱法、溶劑熱法、模板法、溶膠凝膠法等合成方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)二氧化鈦結(jié)構(gòu)與形態(tài)的控制［4］。

2．1．1水熱分解法主要是采用兩步水熱法合成二氧化鈦介孔球，首先是反應(yīng)過程中將乙酸鈦與乙二醇混合均勻，將此混合液加到丙酮與水的混合液中得到前驅(qū)體，最后將前驅(qū)體在加熱條件下回流，即可得到二氧化鈦介孔球。在利用水熱法分解二氧化鈦介孔材料的過程中，由于含鈦的前驅(qū)體對(duì)反應(yīng)體系中的水較為敏感，從而導(dǎo)致水解速度過快，所以得到的反應(yīng)物往往是不規(guī)則的形態(tài)，從而由于顆粒的嚴(yán)重聚集，得不到分散較優(yōu)的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，模板法和溶劑熱法便在這種情況下出現(xiàn)。

2．1．2模板法模板法一般分為軟模板法和硬模板法。主要以軟模板法為例研究，采用軟模板法可以得到二氧化鈦介孔球其具體步驟是以有序的二氧化硒小球?yàn)槟０?，將模板侵濕在甲基丙烯酸甲酯溶液中，利用HF溶液將內(nèi)部將二氧化硒小球刻蝕，剩下的聚甲基丙烯酸甲酯的網(wǎng)眼，再將聚甲基丙烯酸甲酯的網(wǎng)眼侵濕在含鈦前驅(qū)體中，最后將所得的產(chǎn)物在400攝氏度的空氣中煅燒就可以得到二氧化鈦介孔小球［5］。利用模板法合成二氧化鈦材料，最后一步都是對(duì)模板劑的除去，利用煅燒法除去模板劑，有利于結(jié)晶性的提高，但是不利于最后的材料成型，而利用化學(xué)溶劑進(jìn)行除劑，會(huì)造成材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使樣品受到污染。

2．1．3溶劑熱法溶劑熱法既能克服水熱法水解過快的缺點(diǎn)，也能克服模板法除去模板劑的復(fù)雜等缺陷，一般使用的溶劑主要有單一溶劑和混合溶劑兩種，在利用溶劑熱法的時(shí)候，一般是將一種或幾種的前驅(qū)體溶解在有機(jī)溶劑中，雖然這種方法相對(duì)簡(jiǎn)單易于控制，但是前驅(qū)體在有機(jī)溶劑中的形式卻不是很樂觀。

2．2納米二氧化鈦摻雜方法分析二氧化鈦是紫外線光響應(yīng)的光催化劑，所以二氧化鈦對(duì)可見光的吸收相對(duì)較弱，因此制造光催化劑就變得尤為重要。目前使用較多的是對(duì)二氧化鈦材料進(jìn)行摻雜，包括金屬摻雜和非金屬摻雜、共摻雜以及貴金屬負(fù)載等，利用這種方法可以得到結(jié)晶性好、電子－空穴復(fù)合率低和具有可見光響應(yīng)的二氧化鈦。因此利用不同的合成方法，可以得到不同形貌的二氧化鈦的材料，如納米球、納米管、納米線以及三維的微球結(jié)構(gòu)等新材料。這些新的材料被應(yīng)用到了太陽能電池和鋰離子電池、生物技術(shù)、污水處理等方面，并且取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益［6］。

2．2．1金屬摻雜對(duì)二氧化鈦進(jìn)行金屬摻雜，同樣可以達(dá)到減小帶隙寬度的目的。在金屬摻雜的試驗(yàn)中，摻雜后可以改進(jìn)納米晶體在非極性溶劑中的溶解度和分散性，使得二氧化鈦的材料的精密度進(jìn)一步提高，使得分解出的納米材料更好的被應(yīng)用到航空和航天類高精密度的行業(yè)中。

2．2．2非金屬摻雜因?yàn)槎趸伨哂休^大的帶隙能，對(duì)可見光的反應(yīng)較差，因此可以通過二氧化鈦的非金屬摻雜，讓非金屬元素參與到二氧化鈦的導(dǎo)帶的雜化中，從而可以有效的解決導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的能量差，最終研制出可見光感應(yīng)的催化劑。

2．2．3共摻雜對(duì)二氧化鈦進(jìn)行單一元素的摻雜，只能在一定程度上增大二氧化鈦的價(jià)帶能或者減小其導(dǎo)帶能，從而減小二氧化鈦的帶隙寬度，最后將其改性為可見光感應(yīng)的催化劑，然后，可以同時(shí)對(duì)二氧化鈦價(jià)帶和導(dǎo)帶能進(jìn)行處理，使二氧化鈦價(jià)帶能級(jí)頂部增大，同時(shí)使其導(dǎo)帶能級(jí)底部降低，所以，對(duì)二氧化鈦進(jìn)行多種元素共摻雜的研究和探索就出現(xiàn)了。對(duì)二氧化鈦材料進(jìn)行共摻雜的研究在不斷更新，可以進(jìn)一步歸納為:金屬－金屬共摻雜，金屬－非金屬共摻雜以及非金屬－非金屬摻雜［7］。

3介孔二氧化鈦的應(yīng)用方向

近幾年來，我國(guó)加大了對(duì)二氧化鈦技術(shù)的研究力度，介孔二氧化鈦納米材料得到了廣泛的應(yīng)用和普及，漸漸影響了人們的日常生活和工作，強(qiáng)力推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步伐，其中面積體積大，孔分布廣且均勻是二氧化硅納米材料最為突出的特性，在這種研究背景下，相關(guān)的工作人員進(jìn)行了大范圍的研究活動(dòng)，并生產(chǎn)出了依附離子、鋰離子及太陽能電池，光催化劑等專業(yè)應(yīng)用技術(shù)。

3．1光催化劑光催化劑主要的應(yīng)用原理是電子空穴對(duì)，良好的量子運(yùn)作效率和完全無毒無害是它的主要特點(diǎn)，由于二氧化鈦具有比較高的穩(wěn)定性，針對(duì)這種物理化學(xué)特性，利用相關(guān)光子的激發(fā)，成為電子，在這個(gè)過程中當(dāng)催化劑被來自光子的能量進(jìn)行大幅度吸收時(shí)，充分利用這一部分的能量大于間隙的空間，用強(qiáng)光照射半導(dǎo)體，從而刺激其產(chǎn)生電子空穴對(duì)現(xiàn)象。這種過程的主要目的是可以自主自發(fā)的與表面吸附的物體發(fā)生還原氧化反應(yīng)，這種技術(shù)經(jīng)常被應(yīng)用在殺菌或者是殺毒方面。經(jīng)過現(xiàn)代專業(yè)的專家學(xué)者相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦材料經(jīng)過相關(guān)的金屬摻雜技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)踐，將大幅度影響可見光性的二氧化硅化學(xué)反應(yīng)。

3．2太陽能電池技術(shù)現(xiàn)階段，很多的介口二氧化硅納米材料在光敏性的太陽能電池方向得到了廣泛地應(yīng)用，這一部分得到了很多專家學(xué)者的關(guān)注，首先在光敏性太陽能材料的選擇上，更大的體表面積和節(jié)能上面具有有序性是其考慮選擇的前提條件，它的主要發(fā)展技術(shù)最大程度上將太陽的光能轉(zhuǎn)為電能，二氧化硅材料的好壞將直接影響其轉(zhuǎn)化率的高低，也決定了太陽能電池技術(shù)的整體水平，目前在這種應(yīng)用中，具有相互性和連通性的介孔二氧化硅薄膜最為人們普遍使用。在我國(guó)青海和寧夏等地區(qū)，利用太陽能光進(jìn)行發(fā)電，全面服務(wù)于人們的生活和工作中，保證了發(fā)電的質(zhì)量和效率，太陽能電池技術(shù)不僅僅反映了中國(guó)科學(xué)的進(jìn)步，還推動(dòng)了整體二氧化鈦納米技術(shù)的發(fā)展步伐，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)能源的可持續(xù)發(fā)展提高根本動(dòng)力［8］。

3．3鋰離子電池技術(shù)由于介口二氧化硅納米材料的自身特色，鋰離子電池技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，首先這種技術(shù)具有體積小，容量大的特點(diǎn)，具有比較低的毒性，因此被廣泛的應(yīng)用和普及，這種鋰離子電池技術(shù)成本小，效率高，在生產(chǎn)過程中簡(jiǎn)單安全，經(jīng)過大量的用戶使用，獲得了普遍的好評(píng)，在制作過程中可以根據(jù)自身要求來進(jìn)行電壓設(shè)計(jì)，制成各種容器。

3．4離子吸附介口二氧化硅材料近幾年被專注于我國(guó)的臟污水處理方面，主要是將介口二氧化硅的化學(xué)物質(zhì)與其他化合物發(fā)生反應(yīng)，將水中的化合物進(jìn)行吸附交換，從而將臟水中的砷化合物進(jìn)行處理，最終達(dá)到離子吸附清潔的目的。

4介孔二氧化鈦應(yīng)用研究展望

通過以上具體的研究我們可以看出，介孔二氧化鈦納米材料在我國(guó)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，介孔二氧化鈦納米材料通過相關(guān)過程的摻雜，以及合成得到了深度的研究，從傳統(tǒng)意義上來說，模板法、凝膠溶膠、溶劑、水熱法等等，是其主要采用的合成方法，采用的合成方法不同導(dǎo)致二氧化鈦?zhàn)罱K表現(xiàn)的面貌不同。通過二氧化鈦材料自身的性能因素，我們可以看出，國(guó)內(nèi)的研究產(chǎn)物主要應(yīng)用為鋰離子電池，有無有害物質(zhì)處理，太陽能電池，和光催化劑等等，在人們的生活和工作的方方面面都有不同程度的影響，將這些技術(shù)得以深度的研究和開發(fā)，最終對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)文化的進(jìn)步有積極的促進(jìn)作用。其次，二氧化鈦納米技術(shù)在人們的醫(yī)學(xué)和建筑方面都有一定的造詣。例如，先進(jìn)的介孔二氧化鈦納米技術(shù)對(duì)人類移植血管，支架血管，和人造器官方面具有良好的應(yīng)用，可以在一定程度上阻礙增殖細(xì)胞的發(fā)生，最后介孔二氧化鈦可以應(yīng)用于光催化和消滅細(xì)菌的技術(shù)之中，在一定程度上減少了室內(nèi)材料危險(xiǎn)的發(fā)生，保證了安全性，其次，介口二氧化鈦納米技術(shù)在生物和保護(hù)生態(tài)方面發(fā)揮著積極的作用。國(guó)內(nèi)相關(guān)納米技術(shù)研究者認(rèn)為，對(duì)納米材料展開研究，就一定要將納米材料的表征研究和納米材料的制備科學(xué)放在首先考慮的前提。作為物理問題，對(duì)制備科學(xué)本身的概念以及流程應(yīng)該進(jìn)行深入的研究，對(duì)于制備材料中出現(xiàn)的科學(xué)問題應(yīng)注意及時(shí)的進(jìn)行解決和總結(jié)。

5結(jié)論

篇6

【關(guān)鍵詞】納米纖維；納米塑料；納米技術(shù)發(fā)展

1 引言

目前，我們主要朝著兩個(gè)方向來發(fā)展納米技術(shù)，他們分別是開發(fā)新材料，如巴基球以及納米管等等，和運(yùn)用新科技來減少現(xiàn)在正在使用的材料，例如金屬氧化物的用量等等。一些含有氟聚合物和特種復(fù)合材料中已經(jīng)慢慢運(yùn)用到了碳納米管，除此以外，鈦白粉和粘土以及SiO2等之中也運(yùn)用到了納米技術(shù)。納米氧化物和材料、納米粘土以及碳納米管市場(chǎng)都是納米材料市場(chǎng)的組成部分。德固薩公司是一家以生產(chǎn)先進(jìn)的納米氧化鈰、氧化銦以及氧化鋅為名的公司，它在2004年到2008年之間投資在納米研究領(lǐng)域有2500萬美元。密歇根大學(xué)目前正在跟比較前沿的巴斯夫公司合作，研究開發(fā)納米立方體。這種立方體在中壓時(shí)可以吸附氫氣，在釋放壓力時(shí)又可以放出氫氣，它是由含有苯和本基因有機(jī)體以及氧化鋅分子組合而成的多孔結(jié)構(gòu)。其實(shí)，目前已經(jīng)有多家公司開始從事聚合物納米技術(shù)的研究，并且還出產(chǎn)了許多商業(yè)化產(chǎn)品。

2 化工中如何運(yùn)用納米技術(shù)

2.1 開發(fā)運(yùn)用碳納米管

運(yùn)用碳納米管，我們可以制成儲(chǔ)氣能力極強(qiáng)的儲(chǔ)氫材料，然后將它運(yùn)用于燃料電池等領(lǐng)域。除此外，碳納米管還可以制成具備高強(qiáng)度的碳Z-T-維材料以及將它作為增強(qiáng)填料形成各種復(fù)合材料。如果再大氣中制取因，則可以大大地降低費(fèi)用，這是日本豐橋（Toyohashi）技術(shù)科學(xué)大學(xué)與Futaba公司以及Tokai碳素公司聯(lián)合開發(fā)研究出來的新方法。如果用200-300A的20V直流電在兩個(gè)石墨電極之間，便會(huì)產(chǎn)生電弧，在這種情況下，陽極是不斷地消耗的，在4000-10 000K下快速蒸發(fā)時(shí)候，電弧噴射便產(chǎn)生了。如果將電弧噴射快速急冷，讓它到冷卻板上，我們就可以得到納米碳顆粒了，這種產(chǎn)物越有30%納米管[3]和約70%碳顆粒凝聚體。碳納米管可以用于生產(chǎn)高性能塑料的蓄電池、燃料電池電極材料以及電子元件和增強(qiáng)材料，目前，世界上擁有著最大規(guī)模的碳納米管生產(chǎn)裝置的公司就是日本三井化學(xué)公司，它的生產(chǎn)能力為120t/d 。美國(guó)西南納米技術(shù)公司和大陸菲利普斯合作，它們的目標(biāo)市場(chǎng)之一是應(yīng)用于塑料參混物，現(xiàn)在正在不斷加快低成本碳納米管的商業(yè)化步伐。美國(guó)公司zeyo第一次提出了大大提高材料的導(dǎo)電和力學(xué)性能，可用于改性聚氨酯的單壁碳納米管和多壁碳納米管添加劑產(chǎn)品。我國(guó)的碳納米管技術(shù)也是列于世界前位的，目前我國(guó)清華南風(fēng)納米粉體技術(shù)產(chǎn)業(yè)化啊工程中心的碳納米管批量生產(chǎn)技術(shù)在國(guó)際上是最高的。

2.2 納米催化劑

根據(jù)商務(wù)通訊公司的報(bào)道，在全球，納米催化劑的市場(chǎng)資金將會(huì)越來越多，應(yīng)用領(lǐng)域也將會(huì)越來越大，其包含有煉油和石化行業(yè)、化學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域、食品加工和環(huán)保領(lǐng)域等等。納米的催化性能以及吸附能得到了不斷增強(qiáng)，這是由于納米的表面積不斷增大以及納米微粒粒徑不斷減小的后果，除此之外，正是由于這些獨(dú)特的效應(yīng)，使得一些原來不能反應(yīng)的能夠進(jìn)行反應(yīng)了，而且也使得能反應(yīng)的反應(yīng)效率得到提高，有效地控制了反應(yīng)效率。瑞士技術(shù)研究院開發(fā)了一種可應(yīng)用于環(huán)氧化反應(yīng)，并且低費(fèi)用、高效的納米顆粒二氧化鈦，這就是二氧化硅催化劑。與穿透的環(huán)氧化催化劑相比，此種基于相同的材料但產(chǎn)生副產(chǎn)物很少的催化劑能夠大大地提高轉(zhuǎn)化率。所謂的環(huán)氧化物，就是生產(chǎn)表面活性劑、許多聚合物以及醫(yī)藥的關(guān)鍵中間體。

2.3 納米復(fù)合材料

由于納米粒子具備著量子尺寸效應(yīng)、表面界面效應(yīng)以及小尺寸效應(yīng)，這些 效應(yīng)和聚合物耐腐蝕卻容易加工以及密度小的特點(diǎn)結(jié)合以后，就使得他們能夠成為和常規(guī)不同的復(fù)合材料。它們分別包括了有納米塑料、輪胎納米聚合物、納米功能性纖維等。因?yàn)榫酆衔锛{米復(fù)合材料的快速崛起，所以傳統(tǒng)的塑料產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了新的力量，聚合物復(fù)合材料提高了傳統(tǒng)材料的性能，體現(xiàn)了更加優(yōu)異的綜合性能。除此之外，納米聚合物在輪胎中的運(yùn)用能夠起到節(jié)省能源的作用。意大利Nova—mont公司與別的公司合作，開發(fā)出能夠大大減少輪胎滾動(dòng)阻力的淀粉聚合物。最后，納米技術(shù)的進(jìn)步還使得功能性聚酯等纖維應(yīng)用了納米材料，得到進(jìn)步。一些含有納米材料的功能性纖維陸續(xù)出現(xiàn)，其中能夠防輻射、變色、抗菌等等功能引起了人們的關(guān)注。

2.4 納米材料在石油工業(yè)的應(yīng)用展望

納米材料在油田開發(fā)和石油化工方面都得到了應(yīng)用。為了能夠解決好低參透油田的注水開采的最終采收率低和開采速度慢的問題，我國(guó)在實(shí)際注入過程中采用了新型降壓注水劑納米聚硅材料。實(shí)際證明，這種材料能夠提高低滲透壓注水井的吸水功能。除此之外，又因?yàn)榧{米表面積很大而且表面活性中心也多，所以它也是一種很好的催化材料。如果把一般的鉑、鎳、鐵等金屬催化劑制成納米微粒的話，納米它就可以大大地改善催化效果。

2.5 納米材料

俄羅斯科學(xué)家曾經(jīng)將納米合金粉末和納米銅粉末加到油中，可是使得油的使用壽命延長(zhǎng)，而且性能得到十倍以上的提高，降低磨損率。目前，油田現(xiàn)場(chǎng)的油氣井在完井時(shí)套管的管扣劑普遍采用的是黃油或是絲扣油，但是這種油經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)咬扣的現(xiàn)象，除此之外，這兩種油的減摩效果也不是很理想，所以卸扣和上扣的勞動(dòng)強(qiáng)度也得到增強(qiáng)。針對(duì)套管和油管目前正在使用的絲扣油具有的缺點(diǎn)，根據(jù)納米材料低彈性模量以及硬度大的特點(diǎn)，和納米粒子抗磨特征，為了能夠達(dá)到減小上卸扣的困難以及避免咬扣或是粘扣的目標(biāo)，提出了把納米粒子加入在先有絲扣油中作為添加劑的建議。

2.6 存在的問題與發(fā)展方向

盡管納米材料有著非常好的發(fā)展前景，但是我們也要認(rèn)識(shí)到許多方面到目前為止也是美好的想象或者還處于試驗(yàn)階段，必須還要解決離實(shí)際應(yīng)用之路上的很多問題。

首先，雖然功能性納米材料的成本算是比較低的，但是目前我們制備工藝還大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，所以納米技術(shù)發(fā)展存在的一個(gè)關(guān)鍵問題是工業(yè)化設(shè)備問題。其次，其材料形式也是作為催化劑的納米材料的一個(gè)很重要的問題。如果直接用顆粒存于反映體系之中，那我們就必須考慮它的回收難易性和活性再生難以及抗污染性等問題。還有就是在目前的水平中，納米二氧化鈦燈光催化劑的催化效率還處于比較低的水平，因?yàn)樗鼉H僅只能利用波長(zhǎng)低于400nm的太陽光。最后，納米粒子在基礎(chǔ)油中必須均勻、穩(wěn)定地分散，這是它作為油添加劑被應(yīng)用的前提。我們相信這些難題將會(huì)隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)張都會(huì)慢慢得到解決，納米材料也會(huì)在應(yīng)用中顯示它的無比優(yōu)越性。

篇7

一、納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃概述

1．納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃與納米信息學(xué)2012年5月，即在材料基因組計(jì)劃頒布11個(gè)月之后，美國(guó)“國(guó)家納米計(jì)劃（”NationalNanotechnologyInitiative，NNI）提出納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃，以確保美國(guó)在納米領(lǐng)域可持續(xù)設(shè)計(jì)方面繼續(xù)保持其國(guó)際領(lǐng)先地位。該計(jì)劃旨在建立一個(gè)直接面向問題、面向需求的納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施，從而加快美國(guó)在納米領(lǐng)域技術(shù)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新的速度。從計(jì)劃的內(nèi)容與目標(biāo)不難看出，此項(xiàng)計(jì)劃與材料基因組計(jì)劃有諸多相似相通的地方。提到納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃，必須要提及納米信息學(xué)（nanoinformatics）這一重要的概念。納米信息學(xué)指的是開發(fā)和實(shí)施有效的機(jī)制以幫助相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)納米技術(shù)信息進(jìn)行收集、驗(yàn)證、儲(chǔ)存、分享、發(fā)掘、分析和應(yīng)用，覆蓋整個(gè)納米領(lǐng)域，影響到研究、開發(fā)以及應(yīng)用的方方面面。一個(gè)不斷完善的納米信息學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施將通過不斷改善實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的再現(xiàn)性，以及通過促進(jìn)工具和模型的開發(fā)和驗(yàn)證，而將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信息加以應(yīng)用，從而確保國(guó)家納米技術(shù)可持續(xù)性發(fā)展。因此，納米信息學(xué)將為納米材料和產(chǎn)品的合理設(shè)計(jì)，研究方向最優(yōu)化和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從這個(gè)角度來看，納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃和納米信息學(xué)的發(fā)展同時(shí)也為材料基因組計(jì)劃的實(shí)施提供了必要的補(bǔ)充與幫助。

2．納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃的基礎(chǔ)與助推力（1）多元化的合作團(tuán)隊(duì)建立一個(gè)由科學(xué)家，工程師和技術(shù)人員組成的多樣性的協(xié)作團(tuán)隊(duì)，對(duì)于美國(guó)納米技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用至關(guān)重要，它們是美國(guó)納米技術(shù)核心競(jìng)爭(zhēng)力的中堅(jiān)力量。該團(tuán)隊(duì)涉及納米技術(shù)研究、開發(fā)乃至產(chǎn)業(yè)化的方方面面，包括多方面的研究力量，主要有：實(shí)驗(yàn)科學(xué)家、計(jì)算科學(xué)家和理論家，產(chǎn)業(yè)工程師，負(fù)責(zé)材料合成、測(cè)試、質(zhì)量監(jiān)控等的技術(shù)人員。（2）跨學(xué)科的協(xié)作網(wǎng)絡(luò)建立一個(gè)靈活的可以開展多學(xué)科知識(shí)協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)，有效銜接基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究、建立模型和應(yīng)用開發(fā)，對(duì)于提高研發(fā)效率具有重要的作用?？煽康挠?jì)算模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)具有理想性能的納米材料并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理。此外，模型在開發(fā)新概念以及加深人們對(duì)納米級(jí)材料的性能和行為的理解方面也起著重要作用。因此，當(dāng)模型和實(shí)驗(yàn)結(jié)果在網(wǎng)絡(luò)中能夠被迅速分享時(shí)，基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)就可以更加有效迅速地連接起來，從而有的放矢提高研發(fā)效率。（3）可持續(xù)的計(jì)算工具箱一套能夠促進(jìn)實(shí)驗(yàn)分析和理解納米材料的計(jì)算工具對(duì)于完成納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃而言至關(guān)重要。計(jì)算工具能夠幫助人們發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前理論框架中不明顯或難以表現(xiàn)出來的材料的性能與現(xiàn)象之間的關(guān)系。因此，經(jīng)過驗(yàn)證、易于訪問且得到良好維護(hù)的模擬軟件將對(duì)納米材料的性能和行為做出可靠的模擬，從而有效幫助納米材料的設(shè)計(jì)與開發(fā)。（4）堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃迫切需要建立一個(gè)堅(jiān)實(shí)的納米技術(shù)數(shù)據(jù)和信息基礎(chǔ)，將納米材料設(shè)計(jì)、合成、性能、現(xiàn)象以及對(duì)生物和環(huán)境的影響等方面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。開源數(shù)據(jù)與軟件、開放獲取的方式、通用的數(shù)據(jù)傳送與存檔格式、標(biāo)準(zhǔn)化的詞表等都是建立這一基礎(chǔ)的必要條件，對(duì)研究人員管理與儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有重要的意義，同時(shí)也將極大地促進(jìn)不同學(xué)科間研究人員的數(shù)據(jù)共享與彼此合作。

3．納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃與材料基因組計(jì)劃相互促進(jìn)、共同發(fā)展材料基因組計(jì)劃是美國(guó)眾多行業(yè)眾多機(jī)構(gòu)為加速本國(guó)先進(jìn)材料的發(fā)現(xiàn)和鞏固制造業(yè)的地位而共同做出的努力。納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃與材料基因組計(jì)劃的合作涉及納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃的所有方面，特別是研究方法和數(shù)據(jù)方面的建設(shè)。通過相互間合作與交流，納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃與材料基因組計(jì)劃將實(shí)現(xiàn)互利共贏。因此，這里所介紹的納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃將直接為材料基因組計(jì)劃作出貢獻(xiàn)。納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃試圖通過模型、模擬工具和數(shù)據(jù)庫的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米級(jí)尺度和亞微秒領(lǐng)域里各種現(xiàn)象的預(yù)測(cè)。相比來說，材料基因組計(jì)劃的范圍要寬得多，既包括納米級(jí)別也包括宏觀尺度的材料信息。納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃的實(shí)施對(duì)材料基因組計(jì)劃來說，將是其重要和有利的補(bǔ)充。納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃取得的重要成果，如數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化，使實(shí)驗(yàn)科學(xué)家與理論家相結(jié)合以加速材料設(shè)計(jì)的方法等可適用于材料基因組計(jì)劃的其他相關(guān)領(lǐng)域。同樣，通過材料基因組計(jì)劃開發(fā)出的與納米材料相關(guān)的方法和標(biāo)準(zhǔn)等也可以在納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃的工作中進(jìn)行探索，測(cè)試和評(píng)估。通過持續(xù)的交流與合作，在這2項(xiàng)計(jì)劃指引下合作的各部門成果將推動(dòng)整個(gè)時(shí)間與空間范圍內(nèi)材料的研究與開發(fā)，以進(jìn)一步提高美國(guó)在材料與制造領(lǐng)域甚至更廣泛領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)能力。

二、啟示與建議

材料基因組計(jì)劃后，我國(guó)學(xué)術(shù)界迅速做出了反應(yīng)。在中國(guó)科學(xué)院和工程院的推動(dòng)下，計(jì)劃的當(dāng)年，近百名材料領(lǐng)域的科學(xué)家會(huì)聚北京香山，召開了“材料科學(xué)系統(tǒng)工程”會(huì)議，并提出建設(shè)集理論計(jì)算、數(shù)據(jù)庫和測(cè)試三位一體的共用平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)材料示范突破以及成立多方協(xié)作的指導(dǎo)委員會(huì)等建議。在過去的2年多里，在中國(guó)工程院、中國(guó)科學(xué)院、科技部等機(jī)構(gòu)以及上海市、北京市等地方政府的努力下，我國(guó)的材料基因組計(jì)劃正在逐步落到實(shí)處，其研究理念也越來越多地被學(xué)術(shù)界所接受和采納，不同學(xué)科背景的研究人員也逐漸投身此中。十幾年前的“人類基因組計(jì)劃”，我國(guó)盡管在后期也有少量參與，但是并沒有能抓住那次重大科學(xué)計(jì)劃的先機(jī)。因此，面臨比“人類基因組計(jì)劃”更為廣泛的“材料基因組計(jì)劃”，我國(guó)政府和相關(guān)機(jī)構(gòu)能夠迅速做出響應(yīng)并踏實(shí)努力，確實(shí)有很大的進(jìn)步且值得肯定。但在趕超的過程中，我們決不能簡(jiǎn)單照搬國(guó)外計(jì)劃的內(nèi)容與方案，而應(yīng)深入消化吸收，并結(jié)合自身情況做出適合國(guó)情的選擇與決定。

1．積極鼓勵(lì)并大力發(fā)展原創(chuàng)的材料計(jì)算軟件美國(guó)材料科學(xué)家已經(jīng)通過不斷改進(jìn)計(jì)算方法，在計(jì)算預(yù)測(cè)模型上取得了不少成果，只是苦于一直沒有合適的平臺(tái)向制造業(yè)分享這些研究成果。材料基因組計(jì)劃正是為他們提供了一個(gè)向材料科學(xué)家和制造商在內(nèi)的整個(gè)材料科學(xué)界共享數(shù)據(jù)和計(jì)算工具的平臺(tái)。當(dāng)然在建立這個(gè)平臺(tái)的過程中，隨著交流與合作的加深，還將伴隨計(jì)算工具與方法的不斷改進(jìn)與提高。而我國(guó)在材料計(jì)算軟件上的開發(fā)幾近空白，幾乎沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通用程序包。除了個(gè)別單打獨(dú)斗的研究小組，我國(guó)材料計(jì)算大都依靠外國(guó)商用軟件，在使用上有很大的局限性。因此，我國(guó)推動(dòng)材料基因組計(jì)劃的發(fā)展，首先亟需解決的是形成規(guī)?；拈L(zhǎng)期穩(wěn)定的開發(fā)隊(duì)伍，開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的各種模型、算法和大規(guī)模科學(xué)計(jì)算軟件，擺脫國(guó)外軟件的壟斷和限制，為我國(guó)新材料產(chǎn)業(yè)的全面發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2．依托現(xiàn)有基礎(chǔ)將數(shù)據(jù)庫建設(shè)細(xì)化對(duì)材料的性能進(jìn)行成功模擬和預(yù)測(cè)取決于2個(gè)基本要素，一是計(jì)算模擬方法和軟件，另一個(gè)就是材料數(shù)據(jù)庫。從材料領(lǐng)域的廣度和深度，不難看到建立材料數(shù)據(jù)庫將會(huì)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，需要政府、學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界通力合作，需要投入大量的人力物力和時(shí)間才能完成。高度規(guī)范化的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是決定這項(xiàng)計(jì)劃成敗的關(guān)鍵。美國(guó)政府也并沒有從零開始建設(shè)，而是依托納米技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃的實(shí)施或者IBM和哈佛大學(xué)這樣的機(jī)構(gòu)自身的基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)。我國(guó)可考慮依托“863”“、973”、國(guó)家科技支撐項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等現(xiàn)有科技計(jì)劃，對(duì)已完成項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理歸納，在統(tǒng)一的加工、標(biāo)引與建設(shè)規(guī)范的指導(dǎo)下，逐步建設(shè)完成整個(gè)材料領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫。2014年3月正式開通的“國(guó)家科技報(bào)告服務(wù)系統(tǒng)”，可系統(tǒng)查閱國(guó)家科技計(jì)劃項(xiàng)目所產(chǎn)生的科技報(bào)告，涵蓋國(guó)家科技投入產(chǎn)生的大量科技信息和數(shù)據(jù)。如果能夠設(shè)計(jì)合理的字段與入口，也極有可能對(duì)材料領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫的建設(shè)起到支撐與幫助作用。

篇8

關(guān)鍵詞：新型材料；包裝；設(shè)計(jì)

新型材料在現(xiàn)階段的應(yīng)用當(dāng)中非常廣泛，從包裝這一工作來說，新型材料的利用使包裝工作提升到了一個(gè)新的層次。包裝對(duì)產(chǎn)品的銷售來說，是非常重要的環(huán)節(jié)，好的包裝能夠幫助產(chǎn)品擁有更加廣闊的市場(chǎng)。在此，本文主要對(duì)新型材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行一定的分析。

新型材料的特點(diǎn)

目前，新型材料的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了預(yù)期。從客觀的角度來說，由于新型材料的特點(diǎn)十分顯著，因此在包裝工作中，得到了很大程度上的青睞。首先，新型材料能夠與包裝相輔相成。在過去，由于材料的性質(zhì)和類別有限，因此包裝一直在某一個(gè)階段徘徊，雖然創(chuàng)意不斷，但是客觀上的材料有限，包裝工作因此沒有獲得太大的進(jìn)步?，F(xiàn)階段研發(fā)的新型材料，完全可以和包裝相配套，并且按照要求去設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，達(dá)到了完美結(jié)合。其次，新型材料是完全的環(huán)保、低碳、綠色材料。對(duì)于目前的社會(huì)來說，污染問題十分嚴(yán)重，如果材料依然遵循高耗能、高化學(xué)成分、不易分解等方式去生產(chǎn)，勢(shì)必導(dǎo)致惡性循環(huán)。從調(diào)查的結(jié)果來看，目前的新型材料能夠循環(huán)再利用，并且通過簡(jiǎn)單的加工和整理方式，制造或者整理出全新的材料，進(jìn)一步提高包裝的質(zhì)量。

新型材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.納米材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

納米技術(shù)自從誕生以來，就備受矚目?，F(xiàn)在，納米技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到材料生產(chǎn)和制作當(dāng)中，納米材料在應(yīng)用到包裝設(shè)計(jì)中以后，展現(xiàn)出了非常好的效果。首先，氧化物納米微粒的顏色多樣，并且能夠通過復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色。從這一點(diǎn)來看，在以后的包裝工作中，就可以減少涂料的應(yīng)用，間接的降低涂料對(duì)空氣造成的污染，同時(shí)由于氧化物納米微粒的顏色具有多樣性特點(diǎn)，又省去了染色環(huán)節(jié)，天然的顏色對(duì)包裝來說，更有效果。其次，納米靜電屏蔽涂料具有很好的靜電屏蔽特性，同時(shí)克服了炭黑靜電屏蔽涂料顏色的單調(diào)性。從以上兩點(diǎn)來看，納米材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，能夠促進(jìn)很多領(lǐng)域的發(fā)展，比方說電子產(chǎn)品領(lǐng)域等等。

2.新型聚合物材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

新型聚合物材料在包裝設(shè)計(jì)中應(yīng)用的時(shí)候，獲得了很多工作人員的青睞。由于現(xiàn)階段的生活趨向高端化，因此聚合物材料的應(yīng)用呈現(xiàn)出幾何倍數(shù)的增長(zhǎng)。在此，本文主要對(duì)以下幾種新型聚合物材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行一定的闡述：

（1）Kraton A。在包裝設(shè)計(jì)工作中，很多人都在為“外表”犯愁，有些材料是性質(zhì)較好，但是美觀度不夠；有些材料是包裝以后較為美觀，但是總體效果不好，會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。為了進(jìn)一步提高包裝設(shè)計(jì)的效果，研發(fā)人員對(duì)多種聚合物材料研究以后，開發(fā)出了Kraton A這種新型聚合物材料。此種材料的分子結(jié)構(gòu)不同于一般的聚合物材料，并且能夠被良好的控制，在特殊用途中，展現(xiàn)出了較高的水準(zhǔn)。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于，可以提高包裝薄膜的粘性、彈性、美觀度等等。可以說是一個(gè)非常全面的材料。

（2）Nature Works PLA。除了上述的材料以外，Nature Works PLA也是一種新型聚合物材料，并且具有非常獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，這種材料具有很好的生物降解性、生物相容性和生物可吸收性。也就是說，這種材料對(duì)自然環(huán)境的降解能力要求較低，并且會(huì)在短時(shí)間內(nèi)有效的降解，避免造成過大的損害。其次，這種材料能夠取代玻璃紙。包裝設(shè)計(jì)工作在長(zhǎng)期以來，為了保證外表光鮮亮麗，因此一直在使用玻璃紙。但是玻璃紙的污染程度是非常高的，并且在很多情況下，都需要人工進(jìn)行清理和回收，通過一系列的方式來解決后續(xù)問題。自從應(yīng)用Nature Works PLA以后，很多的包裝不僅在外表上更加自然、環(huán)保，同時(shí)得到了很多企業(yè)的認(rèn)可，并且促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

對(duì)新型材料在包裝設(shè)計(jì)中應(yīng)用的思考

在科技迅速進(jìn)步的今天，新型材料的應(yīng)用的確帶來了很大的積極影響，但是未來的發(fā)展道路很漫長(zhǎng)，僅僅依靠現(xiàn)階段的一些成果并不能應(yīng)付更廣闊的的市場(chǎng)和需求。所以，在日后需要加強(qiáng)研究，主推多元化的新型材料，擴(kuò)大使用范圍，提升功能性，讓新型材料對(duì)包裝設(shè)計(jì)產(chǎn)生更大的促進(jìn)作用。

總結(jié)

本文對(duì)新型材料在包裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的分析，從總體情況來看，新型材料還是值得信賴的，并且包裝設(shè)計(jì)工作也表現(xiàn)出了較大的進(jìn)步。在未來的工作當(dāng)中，相信新型材料能夠獲得一個(gè)更廣闊的未來，推動(dòng)包裝設(shè)計(jì)獲得一個(gè)質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)：

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[2]馬靚.生物降解塑料聚乳酸（PLA）的研究及其在包裝領(lǐng)域的應(yīng)用[J].包裝工程，2010（03）.

篇9

隨著人們對(duì)節(jié)能和環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，太陽能熱水器越來越快進(jìn)入消費(fèi)者的視線，并且逐步的取代了電燃熱水器，成為家電行業(yè)的重要的銷售產(chǎn)業(yè)之一。太陽能行業(yè)的不斷壯大和發(fā)展，使太陽能的核心部件——太陽能內(nèi)膽材料的選擇也日益受到廠家和消費(fèi)者的關(guān)注。

太陽能內(nèi)膽的使用環(huán)境

太陽能熱水器的工作原理：當(dāng)陽光照射到真空管上，光能被真空管內(nèi)管外壁上的選擇性吸收涂層所吸收，并轉(zhuǎn)化為熱能，內(nèi)管里面的水被加熱，水溫升高后，密度變小，與水箱內(nèi)的水形成對(duì)流，使水箱內(nèi)的水溫上升。太陽能熱水器的主要組成部分包括：真空管、支架、內(nèi)膽、保溫層、外皮和電加熱等輔助設(shè)備。

內(nèi)膽作為太陽能熱水器的核心部件其使用環(huán)境如下：

1.長(zhǎng)期與水接觸，在夏季一般使用溫度達(dá)到90℃左右，各別地區(qū)和用戶太陽能內(nèi)的水溫達(dá)到100℃左右。由于長(zhǎng)期與水接觸，還需要對(duì)水加熱，這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問題——內(nèi)膽腐蝕。腐蝕是由于金屬元素、水和溶解于水中的氧氣等發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。水里所含離子、pH值以及冷熱水變化的頻率和水溫導(dǎo)致產(chǎn)生。

2.水箱上水的過程中會(huì)造成冷水和熱水的交替循環(huán)，冷熱沖擊，對(duì)內(nèi)膽的加工和制作提出了較高的要求。

3.在水質(zhì)差的區(qū)域，水垢形成既快且多，在長(zhǎng)期使用中能影響太陽能集熱質(zhì)量，并加速內(nèi)膽腐蝕。

4.太陽能水箱的保溫層采用聚氨脂整體發(fā)泡，內(nèi)膽在發(fā)泡的過程中承受一定的發(fā)泡壓力和發(fā)泡溫度。太陽能熱水器在使用的過程中內(nèi)膽和發(fā)泡料在承受冷熱沖擊等過程中尺寸和性能發(fā)生變化。

目前我公司太陽能熱水器主要采用納米PP內(nèi)膽，納米PP內(nèi)膽專門針對(duì)農(nóng)村地區(qū)用戶而設(shè)計(jì)，而且能夠有效地應(yīng)對(duì)上述問題，剛一推廣就躋身為市場(chǎng)的寵兒。納米內(nèi)膽材料為高分子材料，通過納米粒子在塑料樹脂中的充分分散能使其具有像陶瓷材料一樣的剛性和耐熱性，同時(shí)又保留了塑料本身所具備的韌性、耐沖擊性等，有效地提高了內(nèi)膽的耐熱、耐候、耐磨等性能。

“納米塑料”是一種高科技的新材料，具有很好的發(fā)展前景。與傳統(tǒng)PP材料相比，納米PP復(fù)合材料具有更好的剛性，良好的低溫沖擊性、尺寸穩(wěn)定性和較低的熱膨脹系數(shù)，制成品有極好的表面光滑性。這些特點(diǎn)使其適于制造汽車車身防護(hù)板、汽車保險(xiǎn)杠和設(shè)備儀表組件等。

納米PP內(nèi)膽技術(shù)和加工工藝

納米內(nèi)膽技術(shù)

要了解“納米內(nèi)膽”應(yīng)先了解“納米技術(shù)”，而要了解“納米技術(shù)”必須了解“納米”。

“納米”是長(zhǎng)度的計(jì)量單位，它的尺度是10億分之1米（10-9m）。一般來說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1-100nm）或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10-100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。納米粒子粒徑很小，表面能很大，極易團(tuán)聚，所以如何制取納米粒子本身就是一個(gè)非常復(fù)雜的技術(shù)問題。目前能制造和利用的納米粒子多為無機(jī)納米粒子，能有效地對(duì)塑料進(jìn)行改性的納米粒子是SiO2、TiO2、CaCO3，蒙拓土（MMT）等。

“納米技術(shù)”的核心內(nèi)容是如何解決納米粒子的團(tuán)聚問題，由于納米粒子本身極易團(tuán)聚，要得到單個(gè)分散的納米粒子非常困難，如何使納米粒子均勻地分散到基體中去是“納米技術(shù)”的關(guān)鍵。目前從“納米技術(shù)”的應(yīng)用研究報(bào)導(dǎo)中分析，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的方法有二種：一是納米插層化技術(shù)，即通過插層化處理的n-MMT制成有一定密實(shí)程度、尺寸均勻的母粒，再將這種母粒經(jīng)過拌和共混和造粒，解決納米材料在基體中分散不均勻的難題，制成納米復(fù)合材料；二是利用振動(dòng)磨分散法可使納米粒子在基體中均勻分散，基本不產(chǎn)生團(tuán)聚，真正做到了納米級(jí)分散。

納米PP內(nèi)膽的加工工藝

通常內(nèi)膽的加工方法為中空吹塑，這是一種發(fā)展迅速的塑料加工方法。熱塑性樹脂經(jīng)擠出后或注射成型得到的管狀塑料型坯，趁熱或加熱到軟化狀態(tài)，然后置于對(duì)開模中，閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣，使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內(nèi)壁上，經(jīng)冷卻脫模，即得到各種中空制品。

納米PP內(nèi)膽是采用擠出吹塑法制造的，擠出吹塑是一種制造中空熱塑性制件的方法。擠出工藝是強(qiáng)迫物料通過一個(gè)孔或模具來制造產(chǎn)品。擠出吹塑成型用擠出法先將塑料制成有底型坯，接著再將型坯移到吹塑模中吹制成中空制品。擠出吹塑工藝由5步組成：

1.制造型坯。主要是由擠融裝置擠出半熔塑料型；

2.截取型坯。型坯到達(dá)一定長(zhǎng)度時(shí)，吹塑合模，夾緊模具并切斷型胚。

3.合模吹氣。模具移到吹塑工位，當(dāng)吹氣桿進(jìn)入模具吹氣，使型坯緊貼模具內(nèi)壁而冷卻定型向模腔的冷壁吹脹型胚，調(diào)整模具開口并在冷卻期間保持一定的壓力。

4.打開模具，取出制品。

5.修整飛邊得到成品。

擠出吹塑的影響因素

擠出吹塑制造工藝具有一定的復(fù)雜性，主要受以下幾個(gè)因素的影響。

1.原材料的選擇 在吹塑中原材料的選擇很重要。首先要求原材料的性能滿足制品的應(yīng)用要求，其次是原材料的加工性能必須符合吹塑工藝的要求。低熔體指數(shù)樹脂吹塑時(shí)有利于防止型坯下垂，容易形成壁厚均勻的型坯。但是螺桿轉(zhuǎn)速增高時(shí)，低熔體指數(shù)的樹脂外觀粗糙。因此對(duì)于上述熔體指數(shù)范圍的選用，大中型吹塑制品以防止型坯下垂為主，宜偏低一些；小型吹塑制品選偏高一些。

2.溫度的控制 在擠出型坯過程中溫度控制的精確度對(duì)于型坯質(zhì)量影響很大。例如溫度過低時(shí)型坯表面粗糙，溫度高時(shí)表面光澤好，但型坯下垂嚴(yán)重。

3.螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)擠出型坯的影響 螺桿轉(zhuǎn)速是影響型坯質(zhì)量的一個(gè)重要因素。擠出速度快能夠提高產(chǎn)量，減少型坯下垂，但是型坯表面質(zhì)量下降。尤其是剪切速率增大造成某些塑料，如高密度聚乙烯，可能出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象。所以一股吹塑機(jī)都選用型號(hào)大的擠出裝置，使螺桿轉(zhuǎn)速在70轉(zhuǎn)/分以下。

4.型坯的黏度對(duì)擠出型坯的影響 經(jīng)驗(yàn)證明熔融塑料的剪切應(yīng)力為零時(shí)的表觀粘度。

ηa=158L2ρ/ν式中L——型坯長(zhǎng)度（cm）；ρ——熔體密度（g/cm）；ν——擠出速度（cm/s）。在擠出吹塑時(shí)，可計(jì)算出型坯的表現(xiàn)黏度ηa，然后調(diào)節(jié)熔體溫度使實(shí)際黏度大于計(jì)算值，即可保持型坯的形狀。控制原則：在擠出機(jī)不超負(fù)荷前提下，控制稍低而穩(wěn)定的溫度，提高螺桿轉(zhuǎn)速，可擠出表面光滑、均勻不下垂的型坯。

納米PP內(nèi)膽材料的推廣優(yōu)勢(shì)

我公司自從2008年推廣塑料內(nèi)膽以來已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)三年的時(shí)間，也是業(yè)內(nèi)唯一一家生產(chǎn)加工太陽能塑料內(nèi)膽的廠家。隨著納米PP內(nèi)膽在市場(chǎng)上的大量應(yīng)用和推廣，納米PP內(nèi)膽的優(yōu)勢(shì)也是越來越顯著，它主要具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1.抗酸堿，抗腐蝕。納米PP內(nèi)膽防腐蝕性能優(yōu)于不銹鋼和搪瓷內(nèi)膽。納米PP內(nèi)膽有效阻止了水垢的形成。我國(guó)廣大農(nóng)村的水質(zhì)環(huán)境與城市差距很大，由于農(nóng)村用水多為打井取水，普通淺井一般只能取到淺層地下水，且未經(jīng)過凈化處理，含泥沙、腐蝕性氟氯離子較多。據(jù)國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示：目前全國(guó)有3.2億人用水不安全，這其中有2.6億人的用水屬高氟氯水。

2.保溫隔熱性能優(yōu)異。大幅度提高了保溫效果，延長(zhǎng)了熱水的使用時(shí)間，保溫性能更有效。

3.加工方便，操作簡(jiǎn)單，一次成型。采用中空吹塑的方法，一次成型，加工簡(jiǎn)單方便，無縫無焊點(diǎn)，防漏、密封性好，成型周期短，便于大規(guī)模的生產(chǎn)使用。

4.耐高溫。經(jīng)過對(duì)納米材料的添加改性，增強(qiáng)了材料的耐高溫性能。適用溫度范圍大，能有效防止因環(huán)境外力而造成的開裂，因而使用壽命更長(zhǎng)。

5.低碳環(huán)保，對(duì)人體無傷害。納米PP內(nèi)膽為環(huán)保材料，無毒、無異味，不會(huì)與酸堿發(fā)生反應(yīng)，因此不存在長(zhǎng)期使用金屬容器使人體攝入鋁過量的問題，水質(zhì)符合國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006，不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生任何副作用。

篇10

關(guān)鍵詞：顛覆性技術(shù)；創(chuàng)新；移動(dòng)互聯(lián)；機(jī)器人；人工智能

基金項(xiàng)目：“江蘇省社科應(yīng)用研究精品工程”課題；項(xiàng)目名稱：顛覆性技術(shù)的識(shí)別及培育發(fā)展研究；項(xiàng)目編號(hào)：16SYB-023。

歷史上，每次科技革命時(shí)期，都是顛覆性技術(shù)出現(xiàn)的高峰期?？萍几锩鼧?gòu)成了發(fā)掘和發(fā)展顛覆性技術(shù)的難得歷史機(jī)遇。目前，科W已經(jīng)沉寂了60余年，第三次技術(shù)革命發(fā)生距今接近80年，科技知識(shí)體系積累的內(nèi)在矛盾已經(jīng)凸顯，迫切需要新的重大突破。在物質(zhì)科學(xué)、量子信息科學(xué)、生命科學(xué)、宇宙科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，一些重要的科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)生革命性突破的先兆日益顯現(xiàn)；科技發(fā)展跨學(xué)科趨勢(shì)愈益明顯，新學(xué)科、新知識(shí)、新思想的出現(xiàn)更多體現(xiàn)為學(xué)科交叉融合的方式，許多重大創(chuàng)新出現(xiàn)在學(xué)科交叉領(lǐng)域。當(dāng)今世界已處在新一輪科技革命的前夜，顛覆性技術(shù)大量涌現(xiàn)的時(shí)期即將到來。

一、顛覆性技術(shù)的概念

顛覆性技術(shù)概念最早出自美國(guó)哈弗商學(xué)院克萊頓?克里斯滕森教授1995年出版的《顛覆性技術(shù)的機(jī)遇浪潮》。他認(rèn)為，顛覆性技術(shù)是指這樣一類技術(shù)：它們往往從低端或邊緣市場(chǎng)切入，以簡(jiǎn)單、方便、便宜為初始階段特征，隨著性能與功能的不斷改進(jìn)與完善，最終取代已有技術(shù)，開辟出新市場(chǎng)，形成新的價(jià)值體系。德國(guó)弗郎恩霍夫協(xié)會(huì)認(rèn)為：顛覆性技術(shù)就是指能夠“改變已有規(guī)則”的技術(shù)，即那些與現(xiàn)有技術(shù)相比，在性能或功能上有重大突破，其未來發(fā)展將逐步取代已有技術(shù)，進(jìn)而改變作戰(zhàn)模式或作戰(zhàn)規(guī)則的技術(shù)。

綜上所述，顛覆性技術(shù)是一種另辟蹊徑、會(huì)對(duì)已有傳統(tǒng)或主流技術(shù)途徑產(chǎn)生顛覆性效果的技術(shù)，可能是完全創(chuàng)新的新技術(shù)，也可能是基于現(xiàn)有技術(shù)的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新型應(yīng)用。顛覆性技術(shù)具有四個(gè)特點(diǎn)：技術(shù)發(fā)展速度快、產(chǎn)生潛在影響范圍廣、可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、帶來顛覆性影響大。與漸進(jìn)性技術(shù)相比，顛覆性技術(shù)在形態(tài)上更具有超越性和突變性，在效能上更具備革命性和破壞性。

二、我國(guó)顛覆性創(chuàng)新的領(lǐng)域選擇

（一）“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃：15個(gè)領(lǐng)域

《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》中明確提出要發(fā)展引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革的顛覆性技術(shù)：加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)變革趨勢(shì)和重大技術(shù)的預(yù)警，加強(qiáng)對(duì)顛覆性技術(shù)替代傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)拐點(diǎn)的預(yù)判，及時(shí)布局新興產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)研發(fā)，在信息、制造、生物、新材料、能源等領(lǐng)域，特別是交叉融合的方向，加快部署一批具有重大影響、能夠改變或部分改變科技、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)格局的顛覆性技術(shù)研究，在新一輪產(chǎn)業(yè)變革中贏得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。重點(diǎn)開發(fā)移動(dòng)互聯(lián)、量子信息、人工智能等技術(shù)，推動(dòng)增材制造、智能機(jī)器人、無人駕駛汽車等技術(shù)的發(fā)展，重視基因編輯、干細(xì)胞、合成生物、再生醫(yī)學(xué)等技術(shù)對(duì)生命科學(xué)、生物育種、工業(yè)生物領(lǐng)域的深刻影響，開發(fā)氫能、燃料電池等新一代能源技術(shù)，發(fā)揮納米技術(shù)、智能技術(shù)、石墨烯等對(duì)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用。

（二）國(guó)家科技重大專項(xiàng)：16個(gè)領(lǐng)域

《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020 年）》確定了核心電子器件、高端通用芯片及基礎(chǔ)軟件，極大規(guī)模集成電路制造技術(shù)及成套工藝，新一代寬帶無線移動(dòng)通信，高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造技術(shù)，大型油氣田及煤層氣開發(fā)，大型先進(jìn)壓水堆及高溫氣冷堆核電站，水體污染控制與治理，轉(zhuǎn)基因生物新品種培育，重大新藥創(chuàng)制，艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治，大型飛機(jī)，高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，載人航天與探月工程等16個(gè)重大專項(xiàng)，涉及信息、生物等戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，能源資源環(huán)境和人民健康等重大緊迫問題，以及軍民兩用技術(shù)和國(guó)防技術(shù)。

（三）中國(guó)科技發(fā)展戰(zhàn)略研究院：20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

2016年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究院科技預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)研究所對(duì)關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)、民生改善乃至綜合國(guó)力提升具有決定性、基礎(chǔ)性的核心技術(shù)，按照科學(xué)（屬于國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈的前沿或核心技術(shù)）、顛覆性（有望取代主流技術(shù)、替代主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)）、重大（有望替代1-2個(gè)主導(dǎo)產(chǎn)品，或顛覆1個(gè)以上行業(yè)的技術(shù)）、可行（經(jīng)過10年努力能夠取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并有望商業(yè)化的技術(shù)）四個(gè)原則，進(jìn)行了預(yù)測(cè)和遴選，遴選出未來能夠改變或部分改變科技、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、軍事現(xiàn)狀與格局的20項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

（四）中國(guó)科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院：7大領(lǐng)域

中國(guó)科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院在的《我國(guó)應(yīng)對(duì)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新需要重點(diǎn)布局的領(lǐng)域》中，認(rèn)為未來十年世界范圍內(nèi)可能出現(xiàn)的顛覆性創(chuàng)新集中在9大領(lǐng)域：先進(jìn)計(jì)算技術(shù)與人工智能、納米技術(shù)與材料科學(xué)、基因與精準(zhǔn)醫(yī)療、能源開發(fā)與存儲(chǔ)、航空航天與地外生命探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)與大數(shù)據(jù)、智能汽車與智慧交通、綠色制造與先進(jìn)制造、教育技術(shù)與知識(shí)自動(dòng)化。

從我國(guó)各機(jī)構(gòu)評(píng)選的技術(shù)來看，出現(xiàn)頻率最高的五大技術(shù)領(lǐng)域是移動(dòng)互聯(lián)、機(jī)器人、3D 打印、人工智能、納米技術(shù)，這五大技術(shù)領(lǐng)域?qū)⑹俏覈?guó)未來顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的主要方向。

三、我國(guó)顛覆性領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新方向

（一）移動(dòng)互聯(lián)領(lǐng)域

大力支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)，突破系統(tǒng)軟件、人機(jī)交互、應(yīng)用開發(fā)、虛擬化等熱點(diǎn)技術(shù)與新興技術(shù)。加快推進(jìn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，重點(diǎn)突破數(shù)據(jù)挖掘、海量數(shù)據(jù)處理、計(jì)費(fèi)、訪問控制等平臺(tái)關(guān)鍵核心技術(shù)。支持開展未來網(wǎng)絡(luò)重大基礎(chǔ)設(shè)施（CENI）項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)研究，加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)孵化，大力推廣基于下一代廣播電視網(wǎng)的創(chuàng)新業(yè)務(wù)及相關(guān)應(yīng)用。充分發(fā)揮移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)生產(chǎn)領(lǐng)域的帶動(dòng)作用，在工程機(jī)械、汽車、食品、電子信息、物流等行業(yè)形成領(lǐng)先的服務(wù)產(chǎn)品。深化移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)在生活領(lǐng)域的引領(lǐng)作用，大力推廣面向餐飲、休閑娛樂、購(gòu)物、旅游等的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，重點(diǎn)發(fā)展移動(dòng)支付、移動(dòng)娛樂、移動(dòng)閱讀、移動(dòng)資訊、移動(dòng)搜索、移動(dòng)位置服務(wù)等。鼓勵(lì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新，重點(diǎn)發(fā)展車載數(shù)據(jù)與資訊、智能交通、基于北斗等多制式智能交通導(dǎo)航、遠(yuǎn)程測(cè)試診斷、在線節(jié)能監(jiān)管、道路救援、食品安全溯源與安防等移動(dòng)信息服務(wù)。

（二）機(jī)器人領(lǐng)域

重點(diǎn)研究智能機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、智能控制和人機(jī)交互等共性技術(shù)，攻克機(jī)器人優(yōu)化建模、精準(zhǔn)感知、多機(jī)器人協(xié)調(diào)等核心技術(shù)。（1）伺服電機(jī)方面：重點(diǎn)發(fā)展根據(jù)機(jī)器人的高速，重載，高精度等應(yīng)用要求，增加驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的瞬時(shí)過載能力，增加驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，驅(qū)動(dòng)增加相應(yīng)的自定義算法接口單元，且采用通用的高速通訊總線作為通訊接口，摒棄原先的模擬量和脈沖方式，進(jìn)一步提高控制品質(zhì)。（2）減速器方面：重點(diǎn)發(fā)展高強(qiáng)度耐磨材料技g、加工工藝優(yōu)化技術(shù)、高速技術(shù)、高精度裝配技術(shù)、可靠性及壽命檢測(cè)技術(shù)以及新型傳動(dòng)機(jī)理的探索，發(fā)展適合機(jī)器人應(yīng)用的高效率、低重量、長(zhǎng)期免維護(hù)的系列化減速器。（3）控制器方面：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)，開發(fā)適用于機(jī)器人控制的通用軟件包；提高機(jī)器人控制器的智能化和網(wǎng)絡(luò)化水平，開發(fā)具有多傳感器信息融合能力的控制器。

（三）3D打印領(lǐng)域

圍繞3D打印重點(diǎn)方向，突破一批原創(chuàng)性技術(shù)。（1）材料方面：針對(duì)金屬3D打印專用材料，優(yōu)化粉末大小、形狀和化學(xué)性質(zhì)等材料特性，開發(fā)滿足3D打印發(fā)展需要的金屬材料；針對(duì)非金屬3D打印專用材料，提高現(xiàn)有材料在耐高溫、高強(qiáng)度等方面的性能，降低材料成本。（2）工藝方面：解決金屬構(gòu)件成形中高效、熱應(yīng)力控制及變形開裂預(yù)防、組織性能調(diào)控，以及非金屬材料成形技術(shù)中溫度場(chǎng)控制、變形控制、材料組份控制等工藝難題。（3）裝備及核心器件方面：加強(qiáng)3D打印專用材料、工藝技術(shù)與裝備的結(jié)合，不斷提高金屬材料3D打印裝備的效率、精度、可靠性，以及非金屬材料3D打印裝備的高工況溫度和工藝穩(wěn)定性，提升個(gè)人桌面機(jī)的易用性、可靠性；重點(diǎn)研制與3D打印裝備配套的嵌入式軟件系統(tǒng)及核心器件，提升裝備軟、硬件協(xié)同能力。

（四）人工智能領(lǐng)域

進(jìn)行人工智能前沿技術(shù)布局，推動(dòng)核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)突破人工智能基礎(chǔ)理論（包括深度學(xué)習(xí)、類腦智能等）、人工智能共性技術(shù)（包括人工智能領(lǐng)域的芯片、傳感器、操作系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、高端服務(wù)器、關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)設(shè)備、中間件等基礎(chǔ)軟硬件技術(shù)）、人工智能應(yīng)用技術(shù)（包括基于人工智能的計(jì)算機(jī)視聽覺、生物特征識(shí)別、復(fù)雜環(huán)境識(shí)別、新型人機(jī)交互、自然語言理解、機(jī)器翻譯、智能決策控制、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等）。加快人工智能基礎(chǔ)資源公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)，包括滿足深度學(xué)習(xí)計(jì)算需求的新型計(jì)算集群共享平臺(tái)、云端智能分析處理平臺(tái)、算法與技術(shù)開放平臺(tái)、智能系統(tǒng)安全情報(bào)共享平臺(tái)等，為人工智能創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供相關(guān)研發(fā)工具、檢驗(yàn)評(píng)測(cè)、安全、標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)業(yè)咨詢等專業(yè)化服務(wù)。加快人工智能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)人工智能在家居、汽車、無人系統(tǒng)、安防、制造、教育、環(huán)境、交通、商業(yè)、健康醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)安全、社會(huì)治理等重要領(lǐng)域開展試點(diǎn)。

（五）納米技術(shù)領(lǐng)域

加強(qiáng)納米技術(shù)研究，重點(diǎn)突破納米材料及制品的制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，積極開發(fā)納米粉體、納米碳管、富勒烯等材料，大力推進(jìn)納米材料在電子信息、生物醫(yī)藥、新能源和節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。針對(duì)信息、能源、環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的迫切需求，開發(fā)納米結(jié)構(gòu)加工與制造的新方法、納米器件集成與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制備技術(shù)。重點(diǎn)研究新型納米電子、光電器件、傳感器件，大力發(fā)展納米晶太陽能電池、新型薄膜太陽能電池、有機(jī)太陽能電池、熱電電池、超級(jí)電容器等技術(shù)，著力突破室內(nèi)空氣污染物、工業(yè)源有毒有害氣體、動(dòng)力機(jī)械尾氣的納米凈化材料及催化凈化技術(shù)，切實(shí)攻克納米顆粒與生物活性物質(zhì)的組裝方法。促進(jìn)納米綠色印刷制版、高密度存儲(chǔ)器、新型顯示、高效能源轉(zhuǎn)化、氣體凈化、疾病快速診斷等納米材料與技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，搶占未來納米材料發(fā)展的制高點(diǎn)。

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