纳米混悬剂研究进展
作者：wangyu 科研信息来源：文献资料点击数：531 更新时间：2007-4-3
[关键词]：纳米混悬剂,西罗莫司,阿瑞吡坦,胰岛素
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目前40％以上的在研药物存在水溶性差的问题，这使潜在的优良品种不能上市或者不能充分发挥疗效。因此解决难溶性药物生物利用度低的问题非常迫切。目前常用的共溶剂增溶、环糊精包合和乳剂等技术都有一定的局限性，例如共溶剂存在有机溶剂毒副作用、配伍时药物析出等问题；环糊精包合对药物分子的大小有特殊要求；乳剂则要求药物在油相中有较高的溶解度。
1994年Muller等在研发的纳米混悬剂(nanosuspensions)可以较好的解决以上问题。利用表面活性剂的稳定作用，将药物颗粒分散在水中，通过粉碎或者控制析晶技术形成稳定的纳米胶态分散体。不论是难溶于水的药物还是既难溶于水又难溶于油的药物，都可以通过此方法制备得到相应的纳米混悬剂。作为一种中间剂型，纳米混悬剂可以进一步制备为适合口服、注射或其他给药途径的药物剂型，从而提高药物的吸收和生物利用度。而且纳米混悬剂能提高制剂中的药物含量，特别适合大剂量、难溶性药物的口服和注射给药。此外，由于处方中不含载体和共溶剂，注射给药的毒副作用很低。
制剂特点
纳米混悬剂是“纯的”药物纳米粒子的胶态分散体系。与传统意义上的基质骨架型纳米体系不同，纳米混悬剂无需载体材料，它是通过表面活性剂的稳定作用，将纳米尺度的药物粒子分散在水中形成的稳定体系。
由于纳米混悬剂的特性，其在各种给药途径中都体现出独特的优势（表1）：如处方简单、制备快速、有利于降低活性化合物的筛选成本、提高药物溶出度和生物利用度、摒除附加成分造成的刺激性和毒副作用以及较低的给药体积等。
表1 药物纳米混悬剂的特点——————————————————————————————————————————
给药途径剂型特点特点——————————————————————————————————————————
口服给药粒度小增加药物吸收速度和吸收率，提高生物利用度
药物含量高增加黏膜黏附性,延长胃肠道滞留时间,减少吸收的个体差异性
避免了首过代谢,且可靶位给药治疗淋巴系统疾病
注射给药无载体或共溶剂减少毒性,降低给药体积(尤其是肌肉、皮下和皮内注射)
药物含量高经单核细胞吞噬,减少毒性,增加有效性
采用吐温-80使载脂蛋白E沉积在纳米粒上,通
过大脑内皮细胞上的受体促进大脑吸收
吸入给药粒度小对肺泡巨噬细胞靶向给药,增加呼吸道的药物吸收,减少全身性吸收——————————————————————————————————————————
制剂制备
纳米混悬剂的制备主要有两个方面，即处方筛选和工艺优化。处方筛选主要是选择表面活性剂的种类及其用量，以提高产品的长期稳定性；工艺优化是通过调整生产工艺如高压均质机的压力和循环次数等参数，获得理想的粒径分布。
表面活性剂的筛选
为了制备稳定的纳米混悬剂，避免纳米粒子的凝聚和增大，必须筛选恰当的表面活性剂。一般可选择离子型和非离子型表面活性剂，离子型表面活性剂可使纳米粒子间产生静电排斥；非离子聚合物则使纳米粒子间产生立体排斥。研究显示，合用两种类型的表面活性剂可以使制剂具有更好的长期稳定性。
采用直接均质法制备纳米混悬剂时，表面活性剂的种类和用量仅影响产品的长期稳定性，并不影响产品的粒径。MUller等采用直接均质法制备布帕伐醌纳米混悬剂，处方中加入适量泊洛沙姆(poloxamer)188和聚乙烯醇（PVA），3个月后药物粒径没有显著变化。但是当药物的含量高达10%时，6个月后药物存在再分散难的问题；处方中如加入水凝胶或者将产品进行冷冻干燥，所得产品稳定性可保持在，年以上。
采用微量沉淀法或者乳化均质法制备纳米混悬剂时，表面活性剂的种类和用量可影响晶体的形成，选择不同的表面活性剂及其配比可以获得不同粒径分布的产品。Kocbek等采用乳化均质法制备布洛芬纳米混悬剂，处方中含有0.25％吐温-80时产品粒径为158.1nm，含有0.5十二烷基硫酸钠(SDS)时产品粒径为263.2nm,选用poloxamer188、PVA或者联合使用多种表面活性剂作为稳定剂时，产品的粒径都有所差异。
制备工艺
制备纳米混悬剂的方法主要有碾磨法、超声法和高压均质法。前两种制备方法都有碾磨介质或者金属残留，而高压均质法的金属残留量低，并且易于工业化生产。
直接均质法(direct homogenization)
直接均质法是利用高压均质机造成的空化和气穴效应，将微粉化的药物颗粒进一步粉碎为纳米尺度的粒子，同时降低药物粒径的多分散性（PI）。采用直接均质法可避免有机溶剂的加入，适用于既难溶于水也难溶于油的药物，而且工艺的重现性较好。研究显示，产品的粒径是由药物本身的硬度、高压均质的压力以及循环次数决定的。通过调整高压均质机的压力和循环次数可以得到合适粒径分布的产品。随着循环压力的增加，粒径降低，最后可以达到一个恒定值，即为最佳粒径；多分散性随循环次数的增加而降低。但是高压均质机压力的增大和药物粒径的减小并没有线性关系，因为高压均质的过程是破坏药物颗粒的不完美晶体，粒径越小，药物晶体越完美，破碎所需的能量也就越高。研究显示1500bar 的压力便可以将药物粉碎到较小的晶体，而压力增加到4000bar时，并没有得到更细小的晶体。
微量沉淀法(microprecipitation)
微量沉淀法是首先将药物溶解在与水互溶的有机溶剂中，然后将药液加入到水中，通过控制析晶条件来组建纳米粒子的方法。其析晶过程涉及结晶核的初始建立和粒子的随后生长两相。制备稳定的纳米混悬剂需要成核速率高但生长速率低，两者进行的速率取决于温度、药物的过饱和度和机械搅拌的速度。所以微量沉淀法需要筛选恰当的有机溶剂及其比例，以及选择适当的析晶温度和搅拌速度。
由于微量沉淀法是将药物从溶解状态转化为混悬状态，因而消耗的机械力比
直接均质法小，适用于稳定性较差的药物。但是由于制备过程中使用了有机溶剂，可能会导致有机溶剂残留的问题，并且可能在去除有机溶剂时造成药物粒径的变化。
乳化均质法(lipid emulsions)
乳化均质法是将药物首先制备成O/W型纳米乳，然后控制药物在乳滴中析出制得纳米混悬剂。首先将药物溶解在一种与水不互溶的有机溶剂中（如乙酸乙酯、三乙酸甘油酯、氯仿等）；然后将药液加入到含有表面活性剂的水溶液中，使用高剪切搅拌器搅拌形成初乳，然后使用高压均质机将初乳进一步均化为纳米乳，最后将纳米乳加入到大量水中，使内相有机溶剂向水相扩散，同时析出药物纳米颗粒。药物析出的同时结合使用高压均质机可以得到更好的粒径分布。利用此方法研制的紫杉醇白蛋白纳米混悬剂（Abraxane）已在美国上市。
理化性质评价
当固体颗粒的粒径小于1～2μm时，粒子的饱和溶解度受到粒径大小的影响，即小粒子的溶解度大，而大粒子的溶解度小，这便导致小粒子逐渐溶解而大粒子逐渐变大，该现象称为奥氏熟化现象（Ostwald ripening）。为了防止这种现象的发生，必须筛选适当的处方增加纳米混悬剂的物理稳定性，同时优化制备工艺保证最终产品具有较窄的粒径分布。此外，为了研究药物纳米混悬剂的释药性能，还需要对药物的晶型、释药速率等进行考察。
粒径及其多分散性
研究显示，除表面活性剂外，粒径分布也是影响纳米混悬剂稳定性的重要因素，因此在研发纳米混悬剂的过程中，决定处方是否成功首先要考察粒径及其分布，并且进行加速试验，考察温度和机械力对粒径及其分布的影响。
根据纳米混悬剂的不同特征，多种技术可测定粒径及其多分散性。质子相关光谱(PCs)可以检测3nm～3μm范围内的粒子，是常用检测粒径及其多分散性（PI＜0.3具有较好的稳定性）的仪器；激光衍射(LD)检测速度快，可以检测到较大的粒子或者聚集的纳米粒子（检测范围为0.02～2000μm），其中99%的数据对大粒子敏感，在注射剂检测中具有重要意义。此外，在制备注射用纳米混悬剂时，也可以使用库尔特计数法检测大粒子。
非离子型表面活性剂与Zeta电位
对于纳米混悬液，粒子之间的排斥作用也有利于胶态分散体的长期稳定。如果单一的使用离子型表面活性剂，那么达到稳定所需的最低Zeta电位约为±30mV; 但是联合使用离子型和非离子型表面活性剂时，即使Zeta电位低于临界值，也具有良好的物理稳定性，因为非离子型表面活性剂赋予粒子足够的立体排斥作用，此时Zeta电位只要达到±20mV即可。
制剂晶型以及外观研究
如果药物存在多晶型，那么不同的晶型会影响药物的释药速率和疗效。目前通常采用差示扫描量热法和X线衍射测定药物的晶型状态，另外也可以采用电镜观察纳米混悬剂的形态。
在制备纳米混悬剂时可以根据需要加入适当的抑晶剂，控制核心药物处于无定型状态。一般是加入一个水溶性极低的物质如Miglyol，它与药物结合降低药物颗粒表面的界面张力，同时在药物表面形成致密界面，减少内部药物分子向水相的扩散，从而抑制奥氏熟化现象，稳定内部无定型的药物粒子。
饱和溶解度和溶出速率
不论何种给药途径，纳米混悬剂中的固体纳米颗粒必须溶解成为分子形式后
才可以发挥治疗作用，而药物分子的形成速度取决于纳米颗粒的溶出速率。在适当的溶出介质中，结合透析法和溶出度测定方法可以测定不同纳米混悬液的溶出速率。根据Ostwald- Freundlich方程和Noyes-Whitney方程，增加纳米粒子的饱和溶解度可提高药物的溶出速率，从而进一步提高药物在胃肠道的扩散和吸收。透析法和传统的饱和溶解度测定方法（将药物的过饱和溶液在恒温条件下搅拌或振摇直到溶解达到平衡）结合，可以测定纳米混悬剂中纳米粒子的饱和溶解度。此外，根据不同的药物粒径，也可选择超滤法或直接过滤法测定药物的饱和溶解度。
应用实例
一项医药技术理论转化为实际产品往往需要几十年的时间，而纳米混悬剂在短短几年内就实现了产品上市。第一项纳米晶体的专利是90年代初由Nanosysterms公司（现在为Elan公司）申请的：到2000 年第一个纳米混悬剂产品西罗莫司(Rapamune)成功上市，它是口服片剂，每片含有1mg或者2mg 西罗莫司，临床结果显示它的生物利用度比口服的溶液剂高21％；随后第一个静脉给药纳米混悬剂一一白蛋白结合紫杉醇的纳米粒注射混悬液(Abraxane)也成功上，它摒除了表面活性剂Cremophor-EL,避免了给药前的抗过敏治疗，提高了患者的顺应性。目前还有不少处在临床研究中的其他纳米混悬剂品种（表2）。表2 已上市和开发中的固体颗粒纳米混悬剂制剂———————————————————————————————药名(商品名) 适应证研发公司———————————————————————————————
西罗莫司(Rapamune) 抑制免疫Elan Nanosystems
阿瑞吡坦(Emend)止吐Elan Nanosystems
紫杉醇(Abraxane) 转移性乳腺癌美国生命科学(American
Bioscience)
细胞因子抑制剂局限性回肠炎Elan Nanosystems
诊断剂造影剂Elan Nanosystems Thymectacin 抗癌Elan Nanosystems
白消安(Busulfan) 抗癌SkyePharma
布地奈德(Budesonide) 哮喘Elan Nanosystems 银湿疹,特应性皮炎NUCRYST
磷酸钙疱疹黏膜疫苗佐剂BioSante
胰岛素糖尿病BioSante
未公开抗感染Baxter NANOEDGE
未公开抗癌Baxter NANOEDGE ———————————————————————————————
合作制药公司给药途径进展———————————————————————————————惠氏(Wyeth)口服已上市
默克(Merck) 口服已上市
美国制药合作伙伴(American静脉Ⅲ期临床
Pharmaceutical Partners)
Cytokine PharmaSciences 口服Ⅱ期临床
Photogen静脉Ⅰ/Ⅱ期临床
NewBiotics./Ilex Oncology静脉Ⅰ/Ⅱ期临床
Supergen鞘内Ⅰ期临床
Sheffield Pharmaceuticals肺部Ⅰ期临床
无局部Ⅰ期临床
无口服Ⅰ期临床
无口服Ⅰ期临床
未公开口服静脉临床前研究
未公开口服静脉临床前研究———————————————————————————————结语
纳米混悬剂是一种普遍适用于难溶性药物的制剂形式，它最初旨在通过简单的工艺和处方提高难溶性药物的生物利用度，同时避免大量附加成分对患者的毒副作用。近年来，药剂工作者日益重视纳米混悬剂的表面修饰，得以改变药物体内药动学性质；此外，纳米混悬剂技术在多肤及蛋白质类药物领域的研究也备受期待。相信，纳米混悬剂将拥有更为灿烂的前景。
关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有
纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研 究进展 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展自上世纪末以来, 纳米科学和技术有了长足的进展，其中纳米材料的一个重要特性是，将体系的尺寸减小到一个特定的范围(如 1~100 nm)时，在不添加任何其他组分的情况下，纳米体系的电子结构会发生变化。量子力学已经证明，大量原子组成的固体材料的价电子为连续的“能带”，当这类体相材料在某一方向上被缩小，特别是缩小到纳米尺度时，电子在该方向的运动就受到空间的束缚和限域，这种限域效应将会改变电子运动特性、导致体系电子结构特别是价电子结构的改变，从而可能会产生量子突变。这种体系尺寸对电子特性的调变为催化剂的催化特性进行调控提供了一种很好的途径[1]。. 近几年，部分研究团队在利用纳米材料的限域效应对催化剂的改性以及催化过程的研究等方面开展了创新性的研究工作，并且大量具有影响力的研究报道和文章被发表出来，其中中国科学院大连化学物理所包信和院士团队在这方面的工作开展的较早也很突出。该团队在铂金属颗粒表面加载了过渡金属氧化物，制备出了具有界面限域效应的TMO/Pt非均相逆催化剂（Oxide-on-Metal Inverse Catalysts），利用界面限域效应对催化体系结构和电子特性的影响作用，改善了在催化过程（特别是在催化氧化反应）中传统非均相催化剂容易出现的催化活性中心的失活以及催化功能的失效等问题[2]。 图1两种金属催化体系的结构示意图 (A)传统的氧化物作为载体的金属催化体系(Oxide supported metal system) 和 (B)过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系(oxide-on-metal system)
纳米材料的研究进展及其应用 姓名：李若木 学号：115104000462 学院：电光院
1、纳米材料 1.1纳米材料的概念 纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著不同。 1.2纳米材料的发展 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。
2、纳米材料：石墨烯 2.1石墨烯的概念 石墨烯（Graphene）是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。 石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，如果用一块面积1平方米的石墨烯做成吊床，本身重量不足1毫克便可以承受一只一千克的猫。 石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。 另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。 石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光；导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体（monocrystalline silicon）高，而电阻率只约10-6 Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。 作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
1.国内外研究现状和发展趋势 （1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis. 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011）。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高，表现出明显的协同抗菌作用（RSC Adv. 2012）。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术，结合溶胶-凝胶技术把锐钛
纳米催化剂
纳米催化剂进展 中国地质大学，材化学院，武汉430000 摘要：简要介绍了纳米催化剂的基本性质、其相对于其他催化剂的优势，并较详细地介绍了纳米催化剂类型、部分应用以及相对应类型催化剂例子的介绍，以及常见的制备方法及其表征手段，最后介绍了部分国内和国外纳米催化剂的应用，并对其发展方向进行一定的预测。 关键词：纳米催化剂应用制备催化活性进展 近年来, 纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域, 其中最典型的 实例就是纳米催化剂(nanocatalysts—NCs)的出现及与其相关研究的蓬勃发展。NCs具有比表面积大、表面活性高等特点, 显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外, NCs还表现出优良的电催化、磁催化等性能,已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。本文主要就近年来NCs 的研究进展进行了综述。 1.纳米催化剂的性质 1.1表面效应 通常所用的参数是颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等，有研究表明，当微粒粒径由10nm减小到1nm时, 表面原子数将从20%增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大, 使表面原子稳定性降低, 极易结合其它原子来降低表面张力。此外,Perez等认为NCs的表面效应取决于其特殊的16种表面位置, 这些位置对外来吸附质的作用不同, 从而产生不同的吸附态, 显示出不同的催化活性。 1.2体积效应 体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时, 晶态材 料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小, 使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 1.3量子尺寸效应 当纳米颗粒尺寸下降到一定值时, 费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级, 此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化
智能复合材料最新研究进展与发展趋势 1.绪论 智能复合材料是一类能感知环境变化，通过自我判断得出结论，并自主执行相应指令的材料，仅能感知和判断但不能自主执行的材料也归入此范畴，通常称为机敏复合材料。智能复合材料由于具备了生命智能的三要素：感知功能(监测应力、应变、压力、温度、损伤) 、判断决策功能(自我处理信息、判别原因、得出结论) 和执行功能(损伤的自愈合和自我改变应力应变分布、结构阻尼、固有频率等结构特性) ，集合了传感、控制和驱动功能，能适时感知和响应外界环境变化，作出判断，发出指令，并执行和完成动作，使材料具有类似生命的自检测、自诊断、自监控、自愈合及自适应能力，是复合材料技术的重要发展。它兼具结构材料和功能材料的双重特性。 在一般工程结构领域，智能复合材料主要通过改变自身的力学特性和形状来实现结构性态的控制。具体说就是通过改变结构的刚度、频率、外形等方面的特性，来抑制振动、避免共振、改善局部性能、提高强度和韧性、优化外形、减少阻力等。在生物医学领域，智能复合材料可以用于制造生物替代材料和生物传感器。在航空航天领域，智能复合材料已实际应用于飞机制造业并取得了很好的效果，航天飞行器上也已经使用了具有自适应性能的智能复合材料。智能复合材料在土木工程领域中发展也十分迅速。如将纤维增强聚合物（FRP）与光纤光栅（OFBG）复合形成的FRP—OFBG 复合筋大大提高了光纤光栅的耐久性。将这种复合筋埋入混凝土中，可以有效地检测混凝土的裂纹和强度，而且它可以根据需要加工成任意尺寸，十分适于工业化生产。本文阐述了近年来发展起来的形状记忆、压电等几种智能复合材料与结构的研究和应用现状，同时展望了其应用前景。 2.形状记忆聚合物（Shape-Memory Polymer）智能复合材料的研究 形状记忆聚合物（SMP）是通过对聚合物进行分子组合和改性，使它们在一定条件下，被赋予一定的形状（起始态），当外部条件发生变化时，它可相应地改变形状并将其固定变形态。如果外部环境以特定的方式和规律再次发生变化，它们能可逆地恢复至起始态。至此，完成“记忆起始态→固定变形态→恢复起始态”的循环，聚合物的这种特性称为材料的记忆效应。形状记忆聚合物的形变量最大可为200％，是可变形飞行器
生物医用材料的研究进展 生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料, 它是研究人工器官和医疗器械的基础, 己成为材料学科的重要分支, 特别是随着生物技术的莲勃发展和重大突破, 生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。研究动态 迄今为止 ,被详细研究过的生物材料已有一千多种 ,医学临床上广泛使用的也有几十种 ,涉及到材料学的各个领域。当前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料, 具体体现在以下几个方面: 1. 提高生物医用材料的组织相容性 途径不外乎有两种, 一是使用天然高分子材料, 例如利用基因工程技术将产生蛛丝的基因导入酵母细菌并使其表示; 二是在材料表面固定有生理功能的物质, 如多肽、酶和细胞生长因子等, 这些物质充当邻近细胞、基质的配基或受体 ,使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。 2. 生物医用材料的可降解化 组织工程领域研究中 ,一般应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了具备一定的机械性能外, 还需具有生物相容性和可降解性。 英国科学家创造了一种可降解淀粉基聚合物支架。以玉米淀粉为基本材料, 分别加入乙烯基乙烯醇和醋酸纤维素 ,再分别对应加入不同比例的发泡剂 (主要为羧酸 ), 注塑成型后就能够获得支撑组织再生的可降解支架。 3. 生物医用材料的生物功能化和生物智能化 利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面 ,经过表面修饰构建新一代的分子生物材料 ,来引发我们所需的特异生物反应 ,抑制非特异性反应。例如将一种名叫玻璃粘连蛋白 (ＶＮ)的物质固定到钛表面, 发现固定ＶＮ的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。4．开发新型医用合金材料
制冷剂的淘汰与替代进展华中科技大学何国庚
目录 一、制冷剂替代 二、我国的行动 三、HFCs的削减 四、房间空调器行业制冷剂替代 五、R290房间空调器标准进展 六、R290制冷剂D的应用进展 七、制冷剂的替代正当时
一、制冷剂替代
1834年在伦敦工作的美国发明家帕金斯(Jacob Perkins)正式 呈递了乙醚在封闭循环中膨胀制冷的英国专利申请(No．6662)。这是蒸气压缩式制冷机的雏型， 1874年德国人林德(Linde)建造第一台氨制冷机后，氨压缩式制冷机在工业上获得了较普遍的使用。1929年发现氟利昂，氟利昂制冷剂快速发展，并在应用中超过氨制冷机 1974年美国加利福尼亚大学的莫利纳（M.J.Molina)和罗兰(F.S.Rowland)教授首次指出卤代烃中的氯原子会破坏大气臭氧层。 1980年代初，南极考察发现南极上空的臭氧空洞。 1987年，《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》诞生1995年的诺贝尔化学奖授予了这两位教授以表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面作出的杰出贡献。
1834年在伦敦工作的美国发明家帕金斯(Jacob Perkins)正式呈递了乙醚在封闭循环中膨胀制冷的英国专利申请(No. 6662)。这是蒸气压缩式制冷机的雏型。 1874年德国人林德(Linde)建造第一台氨制冷机后，氨压缩式制冷机在工业上获得了较普遍的使用。 1929年发现氟利昂，氟利昂制冷剂快速发展，并在应用中超过氨制冷机
1974年美国加利福尼亚大学的莫利纳 （M.J.Molina)和罗兰(F.S.Rowland)教授首次指出卤代烃中的氯原子会破坏大气臭氧层。1980年代初，南极考察发现南极上空的臭氧空洞。 1987年，《关于破坏臭氧层物质的蒙特利尔议定书》诞生。 1995年的诺贝尔化学奖授予了这两位教授以表彰他们在大气化学特别是臭氧的形成和分解研究方面作出的杰出贡献。
碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法
年月纳米光催化剂研究现状与展望 马成乡 太原学院山西太原030032 摘要：随着水污染环境问题的日益严重，纳米光催化剂的研究也逐渐的开展起来。本文在分析影响纳米光催化剂性能因素的基础上，探讨了纳米光催化剂的研究现状，并对该材料的发展进行了相关探讨。 关键词：纳米光催化剂；影响因素；研究现状 随着我们国家经济的不断发展，生态环境的污染呈现出不断恶化的趋势，各种环境污染事件开始被社会媒体广泛的暴露出来。在种类比较多的环境污染物中，有机物的比例占到了50%以上。其中天然有机物对环境水体的污染比较小，大多数人工有机物对水体环境的污染程度较大。光催化技术与其他治理环境污染的技术相比，并不需要进行二次净化处理，而且这种纳米光催化剂可以循环使用。 一、影响纳米光催化剂的因素研究 影响纳米光催化剂的性能的因素主要体现在以下几个方面：1.催化剂的晶体结构：通常用作光催化剂的TiO 2具有两种晶体结构，分别为锐钦矿型和金红石型。有的研究结构表明，如果在锐钦矿型的晶体上进行金红石型晶体的生产，能够有效的促进锐钦矿型晶体多污染物的吸收。2.纳米催化剂粒径的影响：催化剂粒径的大小对其催化性能具有着比较重要的影响。很多研究结果表明，随着催化剂粒径的降低，光谱能够响应的范围也就越来越广。尤其当光催化剂离子达到纳米级别时，将会具有更高的氧化还原能力。但是随着纳米粒径的进一步减小，光的载流子在表面符合的概率会进一步增加，也就意味着光催化剂性能的下降。3.比表面积的影响：在反应物质比较充足的情况下，表面积越大，催化剂的活性也就越高；另外催化剂表面的活性中心是并不稳定的。 在反应体系与催化剂的反应条件方面主要影响因素表现在以下几个方面：1.反应的温度：一般来说温度对于光子的表面迁移和吸附以及解吸并不会产生比较明显的影响，所以在某种程度上问对对光催化反应的影响比较小。光催化剂在光的作用下进行各类有机物的催化反应过程时，反应速率与温度比较符合阿伦尼乌斯方程的描述。2.溶液PH 值得影响：溶液的PH 值对半导体的能带分布和表面的性质具有较高的影响。徐成杰等人在研究TiO2在降解有机物的过程中发现，当溶液的PH 值为7时，其降解的效率达到最低。3.光强度的影响：当环境中光的强度较低时，降解速率与光照强度程线性关系；中等光照强度，两者呈现平方根线性关系；当进一步增加光照强度时，催化速率的增加并不明显。 二、纳米光催化的掺杂改性以及复合半导体纳米催化剂的研究 当前纳米的光催化性能研究主要集中在TiO 2的光催化剂掺杂改性研究。在很多学者的研究之中，为了进一步减少自由电子与空穴相互复合的概率，可以在二氧化钛中掺杂少量的稀土离子。非金属离子的掺杂可以使得辐射光谱的范围进一步增强，进而可以提高可见光的利用效率。最近十年以来，双组份甚至是多组分掺杂已经成为纳米光催化剂TiO 2改性研究的热点。美国华盛顿大学的S AKATania 等学者采用溶胶凝胶法制备了La-N-TiO 2光催化剂，ES R 实验研究表明，这种经过掺杂改性的催化剂在500-678nm 光源的照耀下，对于乙醛的降解具有优异的效果。 最近几年以来半导体复合光催化剂的研究引起了学者的广泛注意。从本质上来说，半导体复合就是指一种物质粒子对另外一种物质粒子的修饰。目前的研究结果表明复合半导体比单一半导体具有更好的光催化效果。Tang 等人制备了CaIn 2O 4复合半导体，在亚甲基蓝120min 的脱色实验内，其脱色率可以达到96%。T ony 等人研制除了Fe 2O 3-S nO 2、CuO-SnO 2等类型的复合纳米半导体光催化剂。 三、展望 纳米光催化剂对当前环境问题的解决提供了比较合理的方案，但是目前环境中的光催化剂研究还停留在实验室阶段，并没有得到广泛的应用。目前影响纳米光催化性能的因素主要包括了催化剂的晶体结构、比表面积、反应温度、PH 值等因素；其次对纳米光催化的掺杂改性以及复合半导体纳米催化剂的研究现状进行了一定的分析，指出在以后的污水处理方面，应该设计比较简单的工艺组合反应来处理废水中的污染物，使得纳米光催化剂能够真正的从实验室走向社会。 参考文献： [1]GuoX.,Yang J.,Deng Y.et.al Hydrothermal synthesis and photoluminescence of hierarchic al lead tungstate superstructures re f f ects of reaction temperature and surf actanats[J].European Journalof Inorganic Chemistry,2013,2010(11):1736-1742. [2]SeguraPA,Frane oisM,Ga gnonC,etal.Reviewof theoeeurreneeo f anti-inf eetivesin contaminatedwastew atersandnatUr alanddrinkingw a ters[J].EnvironHealthpersP,2012,117(5):675-684. 管理创新 2014129
高分子纳米生物材料的发展现状及前景 纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。巨大的需求与技术支撑，使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景，对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义 纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。 1纳米科技与高分子材料的邂逅 高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。 高分子纳米复合材料的应用及前景 由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。 纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。如纳米A-Al2O3/环氧树脂体系,粒径27nm,用量1%~5%(质量分数)时,玻璃化转变温度提高,模量达极大值,用量超过10%(质量分数)后,模量下降[79]。又如插层原位聚合制备的聚合物基有机)无机纳米级复合材料(聚酰胺/粘土纳米复合材料等)具有高强度、高模量、高热变形温度等优点,目前已有产品出现,用作自行车、汽车零部件等[55]。尤其引人注目的是高分子纳米复合材料在功能材料领域方面的应用,包括磁性、电学性质、光学性质、光电性质及敏感性质等方面。 磁性纳米粒子由于尺寸小,具有单磁畴结构,矫顽力很高,用它制作磁记录材料可以提高记录密度,提高信噪比;一般要求与聚合物复合的纳米粒子,采用单磁畴针状微粒,且不能小于超顺磁性临界尺寸(10nm)。 利用纳米粒子的电学性质,可以制成导电涂料、导电胶等,例如用纳米银代替微米银制成导电胶,可以节省银的用量;还可以用纳米微粒制成绝缘糊、介电糊等。另外可用于静电屏蔽材料,日本松下公司应用纳米微粒Fe2O3、TiO2、Cr2O3、ZnO等具有半导体特性的氧化物粒子制成具有良好静电屏蔽的涂料,而且可以调节其颜色;在化纤制品中加入金属纳米粒子可以解决其静电问题,提高安全性。 利用复合体系的光学性能,可以制成如下材料:(1)优异的光吸收材料。例如在塑料制品表面上涂上一层含有吸收紫外线的纳米粒子的透明涂层,可以防止塑料
doi ：10.3969/j.issn.2095-4468.2013.04.111 纳米流体研究进展 李云翔，解国珍*，安龙，田泽辉 （北京建筑大学，北京 100044） [摘 要] 本文综述了纳米流体的研究进展。1995年美国Argonne 国家实验室的 Choi 等提出将纳米级金属或非金属氧化物颗粒添加到换热工质中制备出新型换热工质“纳米流体”的方法，而且指出纳米流体的稳定性是纳米流体能否进行科学研究和实际应用的关键问题。纳米流体的导热系数、粘度等物性是反映介质流动与换热的关键因素。为使纳米流体成功地应用于工业实际，必须对其传热特性做深入研究。研究发现，目前诸多文献对纳米流体强化沸腾传热存在争议，部分研究成果证明纳米流体能强化传热，而另外的研究成果则认为纳米颗粒的添加非但不能强化传热甚至出现恶化现象。 [关键词] 纳米流体；导热系数；粘度；分散稳定性 Review on Research of Nanofluid LI Yun-xiang, XIE Guo-zhen *, AN Long, TIAN Zei-hui (Beijing University of Civil Engineering and Arthitecture, Beijing 100044, China) [Abstract] The research status of nanofluid was reviewed in the present study. Nanofluid was firstly proposed by Choi et al. of U.S. Argonne National Laboratory in 1995, and it was prepared by adding nanoscale metal or nonmetal oxide into heat transfer fluid. Choi et al. also pointed out that, the stability of nanofluids is the key factor for scientific research and practical application. The thermal conductivity coefficient, viscosity and other physical properties of nano-fluids are the key factors reflecting the flow and heat transfer characteristics. In order to successfully apply nanofluids in industrial practice, the heat transfer chacteristics of nanofluids should be investigated deeply. The existing researches show that, the enhancement effect of nano-fluids is controversial; some research results show that nanofluids may enhance the heat transfer, while some other research results show that there is deterioration effect rather than enhancement effect due to the presence of nano particles. [Keywords] Nanofluid; Thermal conductivity; Viscosity; Dispersivity and stability *解国珍（1954-），男，教授，博士。主要研究方向：制冷与空调设备关键节能新技术研究、CFCs 和HFCs 替代技术研究、纳米微粒对空调制冷系统流体特性影响研究等。联系地址：北京市西城区展览馆路一号北京建筑大学，邮编；100044。 基金项目：国家自然科学基金项目（编号：51176007）；北京供热、供燃气、通风与空调工程重点实验室资助。 0 前言 20世纪90 年代以来，随着能源、化工、汽车、建筑、微电子、信息等领域的飞速发展，使得传统的传热介质在传热性能等方面受到严重的挑战。研究人员开始探索将纳米材料技术应用于强化传热领域，研究新一代高效传热冷却技术。 1995年美国Argonne 国家实验室的Choi 等[1]提出将纳米级金属或非金属氧化物颗粒添加到换热工质中制备出新型换热工质“纳米流体”。由于金属及其氧化物的导热系数远大于液体，而且由于纳米颗粒的小尺度和强表面效应使得其在液体中能够稳定地分散，所以既使得传热工质的换热性能大大提高，也避免了传统微米级材料添加剂沉降造成管路阻塞等不良后果。 本文对目前国内外有关纳米流体研究的几个主要方向进行了概括，包括：纳米流体稳定性的研究、纳米流体物性的研究、纳米流体传热特性的研究，其中既包括实验方面的研究进展也对纳米流体物性以及传热特性的理论研究进行了系统的总结。一方面，这对纳米流体在工业生产中的应用起到参考和提示的作用；也对分析相关实验现象及数据给出合理的解释具有指导意义，对探寻纳米流体传热的物理机制及建立相关模型给出借鉴。另一方面，通过综合考虑目前的研究进展可看出这个领域存在的缺点和不足，以便于对后续的研究提供一定的指导作用。 1 纳米流体的稳定性 为了制备热物理性优良的纳米流体，首先要研究纳米流体的稳定性。美国Argonne 国家实验室KeblinskI 等人[2]指出纳米流体的稳定性是纳米流体 45
纳米材料的发展及研究现状 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厘米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如何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（1～100urn）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，从而导致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，也不同于宏观物体，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以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基
2011年第4期甘肃石油和化工2011年12月 纳米材料研究进展 李彦菊1，高飞2 （1.河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018； 2.中核第四研究设计工程有限公司，河北石家庄050000） 摘要：纳米材料具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。综述了纳米材料 的分类、特性以及应用领域。 关键词：纳米材料；功能材料；复合材料 1前言 纳米（nm）是一个极小的长度单位，1nm=10-9m。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100nm 这个范围空间，物质的性能就会发生突变，呈现出特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、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。纳米技术正是利用纳米粒子这些特性实现其在各行各业中的特殊应用［1，2］。纳米技术和纳米材料的科学价值和应用前景已逐步被人们所认识，纳米科学与技术被认为是21世纪的三大科技之一。目前世界各国都对纳米材料和纳米科技高度重视，纷纷在基础研究和应用研究领域对其进行前瞻性的部署，旨在占领战略制高点，提升未来10～20年在国际上的竞争地位。我国政府对纳米科技十分重视，先进的纳米产业正在蓬勃发展［3，4］。 2纳米材料的分类 以“纳米”来命名的材料是在20世纪80年代，它作为一种材料的定义把纳米颗粒限制到1～100nm［5］。在纳米材料发展初期，纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。广义而言，纳米材料是指在3维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。如果按维数［6］，纳米材料的基本单元可以分为3类：①0维，指在空间3维尺度均在纳米尺度，如纳米尺度颗粒，原子团簇等；②1维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等； ③2维，指在3维空间中有1维在纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格等。按化学组成可分为：纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料［7，8］。按材料物性可分为：纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片，人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的［9，10］。 3纳米材料的特性［11，12］ 3.1表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面体 收稿日期：2011-07-05 作者简介：李彦菊（1981-），女，河北廊坊人，硕士，已发表论文10余篇，其中SCI2篇。主要从事纳米材料的研究工作。8
纳米生物材料研究进展 学院：建筑工程学院专业：土木工程 姓名：李春波学号111401140 生物材料又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理，对生物材料、生物所特有的功能，定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初，在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的，包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等，他们互相联系，其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造，才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品，而今天，就让我带领你走进微小，但不失奇妙的纳米生物材料。 纳米，其实是长度单位，原称毫微米，就是10亿分之一米，即100万分之一毫米。如同厘米、分米和米一样，是长度的度量单位。相当于4倍原子大小，比单个细菌的长度还要小。举个例子来说，假设一根头发的直径是0.05毫米，把它径向平均剖成5万根，每根的厚度大约就是一纳米。也就是说，一纳米大约就是0.000001毫米.纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术的发展带动了与纳米相关的很多新兴学科。有纳米医学、纳米化学、纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。全世界的科学家都知道纳米技术对科技发展的重要性，所以世界各国都不惜重金发展纳米技术，力图抢占纳米科技领域的战略高地。我国于1991年召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。十多年来，我国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。目前，我国在纳米材料学领域取得的成就高过世界上任何一个国家，充分证明了我国在纳米技术领域占有举足轻重的地位。 在过去几年中,生物纳米材料的理论与实验研究已成为人们关注的焦点,特别是核酸与蛋白质的生化、生物物理、生物力学、热力学与电磁学特征及其智能复合材料已成为生命科学与材料科学的交叉前沿。目前,纳米生物芯片材料、仿生材料、纳米马达、纳米复合材料、界面生物材料、纳米传感器与药物传递系统等方面已取得很大进展。 1.纳米生物芯片材料 纳米生物芯片材料是一个正在发展的技术，它首先利用生物智能全数字癫痫定位仪查出致痫病灶，并进行精确定位，运用生物芯片技术进行植入病灶顶部，运用生物芯片调节神经兴奋及异常发作的微小电流，芯片植入后(就是出现发作人体也感应不到，因为电流被芯片吸收，就不会出现电流刺激神经和脑细胞，各种肢体抽搐等异常症状即刻消失)。而治疗系统中另一项需同时进行的血液磁化技术，它是依据生物物理学、生物磁学、生物光学、生物化学的原理，将磁、光、氧有机结合形成磁共振作用，以血液为媒介调节机体代谢实现对机体的治疗，它能感应和影响人体电流分布、电荷微粒的运动、膜系统的通透性和生物高分子的磁矩取向等，清除大脑异常电流，稳定神经细胞膜，提高神经细胞兴奋阈，抑制大脑神经元高频放电和冲动的传播。在脑部形成稳定的生物磁场，使异常放电的神经元电位趋于平衡，调整神经网路电失衡。对神经细胞功能失调有整合作用,对缺氧破损的神经细胞有修复作用,可以增进神经细胞的重新生长,针对性的修复受损的神经细胞，从而产生镇静、解痉作用，激发神经自身保护功能，促使神经