微纳米材料与应用技术
生物医学微纳米技术平台与服务
纳米材料生物医学应用
Nanoscale 2016, 8(16), 8553-8558
Nanoscale 2016, 8, 16902–16915
Nanoscale, 2017, 9, 16175-16182纳米材料产品展示
不同尺寸和形貌的磁性纳米颗粒
东纳生物磁性纳米颗粒具有优异的磁性、分散性和稳定性，可广泛应用于纳米探针构建、磁共振造影与分子影像、磁热疗、药物载体及靶向诊疗一体化研究等。
共沉淀法磁性纳米颗粒高温热解法磁性纳米颗粒 PEG化磁性纳米颗粒
高温热解法制备的不同尺寸和形貌的磁性纳米颗粒
(a~d)单分散球形(1)、立方形(2)及星形(3)磁性纳米颗粒的
TEM、HRTEM、SAED及结构模拟示意图
不同尺寸和形貌的金纳米材料
东纳生物提供高质量金纳米材料，包括金纳米颗粒、金纳米棒、金纳米笼、金纳米三角片等，广泛应用于生物标记、传感器构建、暗场成像、构建纳米药物载体、光热治疗、表面增强拉曼成像等领域。同时，东纳生物亦可提供油溶性以及PEG 化金纳米材料，满足科研工作者不同的实验需求。
（传统法制备的金纳米颗粒则形貌不规则）
金纳米棒的电镜照片、溶液颜色以及吸收光谱
金-银纳米梭的电镜照片、溶液颜色以及吸收光谱
银包金纳米长方体的电镜照片、溶液颜色以及吸收光谱
柠檬酸钠修饰的金纳米笼的电镜照片、溶液颜色以及吸收光谱
金纳米片的电镜照片、溶液颜色以及吸收光谱
柠檬酸修饰金纳米花的电镜照片、溶液颜色以及吸收光谱 不同表面银纳米颗粒
东纳生物银纳米材料因其优异的表面等离子激元共振(SPR)的特性，已经在催化、生物和化学传感、非线性光学、表面增强拉曼散射、细胞毒性、抗菌试验、放疗增敏、暗场成像、电子学等多个领域广泛研究和应用。
PVP/PAA修饰银纳米颗粒柠檬酸修饰银纳米颗粒 PEG化银纳米颗粒
●不同尺寸银纳米颗粒
东纳生物可以提供5-100nm范围内不同尺寸的银纳米颗粒，尺寸均一，为物理、化学及生物效应的尺寸依赖性研究提供了理想的模型材料。
●功能微球
东纳生物提供多种尺寸平板和羧基PS微球、荧光微球、时间分辨荧光微球以及磁性微球，在分析化学、生物医学研究、体外诊断等领域有广泛的应用，尤其是多种功能表面的高性能磁珠，满足您分子/免疫诊断及细胞分选等多方面的需求。
PS羧基微球 PS荧光微球羧基磁性微球
NanoEast TM纳米材料生物医学应用目录
生物医学磁性纳米材料
磁纳米颗粒的批量制备、质量控制及肝靶向造影剂
单分散磁性纳米颗粒的控制制备、表面PEG化修饰及肿瘤被动靶向成像应用
基于磁性脂质纳米颗粒的肿瘤诊疗一体化
主动靶向超小氧化铁磁性纳米探针
磁性纳米探针评价肿瘤EPR效应异质性及指导用药
磁性靶向性肿瘤治疗外泌体构建
主动靶向氧化铁磁性纳米探针及肿瘤靶向递药与成像应用
可注射热敏多功能磁性凝胶用于肿瘤影像指导下的磁感应热消融
生物医学金银纳米材料
胶体金免疫层析应用
生物医用金纳米材料诊疗一体化应用
纳米金暗场成像应用
PEG化纳米金CT造影剂
拉曼成像用PEG化纳米金
光声成像用PEG化金纳米棒
多模态医学影像纳米探针
CT荧光碘油纳米乳造影剂
超声/磁共振双模态纳米探针
磁共振/荧光双模态纳米探针
高分辨和活体小动物CT检测平台
Hiscan Micro CT显微成像系统与纳米造影剂
生物医学功能磁性微球
MagBeads TM磁性微球系列产品
磁珠法核酸提取试剂盒
NanoEast TM系列核酸提取试剂盒
PCR扩增产物快速定量试纸条
Nanoeasy TM核酸定量试纸条
生物医学磁性纳米材料
磁性纳米材料（主要是颗粒材料，如Fe3O4、 -Fe2O3纳米颗粒）因其丰富的磁学特性和良好的生物相容性，在磁共振成像对比剂、磁靶向药物载体、细胞与生物分子分离、生物传感与检测以及磁感应肿瘤热疗等生物医学领域有广泛的应用。如著名的戴诺免疫磁珠（Dynabeads?）已经能够广泛用于生物分离与纯化。纳米氧化铁磁性液体作为MRI造影剂已经进入临床应用阶段，包括美国Advanced Magnetics公司及德国Schering公司等已经开发出十几种产品并部分通过批准上市。德国MagForce公司已经将纳米氧化铁磁性液体（Nanotherm?）用于临床神经胶质瘤的磁感应肿瘤热疗。所有这些面向生物医学的应用，磁性纳米材料高性能（如磁感应性强、影像对比增强效果好、交流磁热效应高等）、稳定（化学、分散及磁稳定性）和一致性（制备时的批间一致性）至关重要，东纳生物开发的磁性纳米颗粒产品满足这些需求，并致力于为客户提供优秀的产品、技术服务以及综合解决方案。
磁性纳米颗粒的生物医学应用
磁纳米颗粒的批量制备、质量控制及肝靶向造影剂
在磁共振造影用纳米氧化铁弛豫率国家标准物质研制及获准生产许可的基础上，我们发展了DMSA 修饰的四氧化三铁纳米颗粒（Fe 3O 4/DMSA ，阴性对比剂），表面修饰羧基，高比表面积，高表面负电荷，高负载量，其磁共振成像对比增强效果佳，分散性、稳定性好。体内肝脾网状内皮系统含有大量巨噬细胞，会吞噬进入体内的纳米颗粒，从而将纳米颗粒富集于肝脏，实现肝的被动靶向。
纳米氧化铁弛豫率国家标准物质制备装置
单分散磁性纳米颗粒的控制制备、表面PEG化修饰及肿瘤被动靶向成像应用我们采用高温热解法，通过精确的热力学和动力学控制，制备得到不同尺寸和形貌的磁性纳米颗粒，并且通过磷脂PEG进行表面修饰，得到PEG修饰的脂质结构磁性纳米颗粒。PEG作为一种美国FDA批准的极少数能作为体内注射药用的聚合物，具有高的水溶性、抗蛋白吸附能力和良好的生物相容性。将其修饰在磁性纳米材料表面可以有效降低颗粒与血浆蛋白的相互作用，降低颗粒毒性，延长体内血液循环时间。材料经PEG修饰后，通过肿瘤增强的渗透与滞留作用(Enhanced Permeability and Retention, EPR)，有效避免肝、脾及骨髓摄取，被动靶向到肿瘤组织。
不同形貌和尺寸的磁性纳米颗粒
磁性纳米颗粒的表面修饰构建磁性脂质结构纳米颗粒
PEG化磁性纳米颗粒对小鼠皮下移植瘤的被动靶向磁共振成像（尾静脉注射）（Chemistry of Materials, 2013, 25, 3702, Biomaterials 2014，35：9126）
●基于磁性脂质纳米颗粒的肿瘤诊疗一体化
在传统临床应用中，疾病的诊断和治疗是两个独立过程，诊断用药和治疗用药使用也是两种独立的药物。比如癌症患者，为接受相应仪器诊断，通常要使用造影剂，治疗时，还要使用其他药物。这样就会带来一些问题：第一，诊断和治疗过程间隔时间较长，容易贻误最佳治疗时机，增加患者的痛苦和风险；第二，诊断与治疗不同步，因此往往还没有确诊就已经开始治疗；第三，长期给药会带来一些安全性问题。由此可见在临床上如能实现诊疗一体化就可帮助医生在提高诊断准确率的同时，对疾病进行治疗，可大大减轻患者两次医疗过程两次用药的痛苦和风险。
基于PEG化磁性纳米颗粒的肿瘤靶向成像纳米探针兼顾磁共振造影和磁感应热疗的功能，同时可负载脂溶性荧光分子进行荧光成像，以及联合纳米颗粒磁感应的热成像，实现多模态成像指导下的肿瘤靶向治疗。这些研究目前已在肿瘤诊疗领域显示出良好的优势和临床应用价值。
新生血管靶向的肿瘤多模态成像及磁感应热疗
（Biomaterials 2014，35：9126；Nanoscale 2016, 8, 16902）
●主动靶向超小氧化铁磁性纳米探针
采用高温热解法制备了尺寸超小（5nm）的磁性纳米颗粒，由于超小的尺寸和大的比表面积，使得其成为阳性磁共振造影剂。通过表面PEG修饰和进一步靶向分子修饰可得到肿瘤主动靶向的磁性纳米探针。通过MRI、组织定性及定量分析等实验手段验证了RGD修饰的超小磁性Fe3O4纳米探针在小鼠体内不易被单核吞噬系统（MPS）所截留、拥有长循环特性的同时，能够实现对肝脏肿瘤的主动靶向MRI T1加权成像。相较于传统的肝肿瘤MRI T2加权造影模式——使肝正常组织变暗，这种创新的阳性造影模式能够更加有效、更加准确地对更加微小的肝肿瘤进行诊断。首次实现对肝脏肿瘤组织的主动靶向MRI T1加权成像，这不仅大大提升了肝脏肿瘤磁共振诊断的准确度和灵敏度，同时有效地降低了由注射纳
米探针所带来的潜在金属毒性风险，因此其将在肝肿瘤的早期诊断中表现出巨大的优势。
主动靶向超小氧化铁磁性纳米探针结构及物性参数
主动靶向超小氧化铁磁性纳米探针体内靶向原位肝肿瘤
（Theranostics 2016, 6(11),1780-1791）
磁性纳米探针评价肿瘤EPR效应异质性及指导用药
为了评价肿瘤EPR效应的异质性，构建了一种水动力尺寸32nm的PEG化磁性纳米探针，对多只4T1乳腺癌小鼠模型进行磁共振成像，发现不同小鼠肿瘤确实被动靶向成像效果不同。根据成像效果差异，将小鼠分成三组，分布给与载紫杉醇纳米胶束药物进行治疗，发现磁共振成像效果好的小鼠获得了更好的治疗效果。这个研究为发展影像学指导纳米药物用药提供了新的手段。
PEG化磁性纳米探针评价肿瘤EPR效应异质性及指导用药
（Nanoscale, 2018, 10, 1788 - 1797）
磁靶向性肿瘤治疗外泌体构建
来自天津大学天津材料复合与功能化重点实验室的研究者发表在ACS NANO期刊上的《Blood Exosomes Endowed with Magnetic and Targeting Properties for Cancer Therapy》通过对外泌体进行“磁化”和载药，赋予外泌体磁靶向性和抗肿瘤药物特性，大大提高了利用外泌体来进行肿瘤治疗的效率。
磁性靶向性肿瘤治疗外泌体构建（ACS Nano 2016, 10(3), 3323-3333）
本文通过在外泌体表面负载超顺磁性氧化铁纳米颗粒，使外泌体在常温条件下带有磁性，能够快速响应外部磁场，从而达到磁靶向的目的；同时在磁化的外泌体中加入抗肿瘤药物阿霉素，从而达到治疗的效果。
文章中利用磁场引导功能化外泌体来进行荷瘤小鼠治疗的效果明显强于单纯阿霉素，和未经外部磁场引导的功能化外泌体，克服了由单纯外泌体进行肿瘤治疗的一些主要障碍。为后续肿瘤靶向治疗提供了新的解决方法和思路。
●主动靶向氧化铁磁性纳米探针及肿瘤靶向递药与成像应用
为了提高材料的肿瘤靶向效果，选择特定的主动靶向配体(如抗体、转铁蛋白、叶酸、短肽等)进一步表面偶联是一种行之有效的方法。这种功能化后的磁
性纳米材料，靶向性选择结合特定肿瘤细胞，可以提高材料在肿瘤处的浓度和富集时间。依靠磁性纳米颗粒主动靶向性，还可以在纳米颗粒脂质双层内负载化疗药物，从而实现靶向药物递送，并且对药物在体内的分布及治疗效果进行实时成像和监视。
负载药物的磁性脂质纳米颗粒表面偶联抗体实现肿瘤靶向成像和递药
●可注射热敏多功能磁性凝胶用于肿瘤影像指导下的磁感应热消融
基于磁性纳米颗粒发展了一种可注射热敏多功能磁性凝胶，实现了在超声、磁共振、荧光、热成像多模态指导下的肿瘤高效磁感应热消融治疗。以水包油纳米乳为交联点，PEG-DA分子为温敏桥连剂，高温热解法合成的具有优异磁感应升温性能和高结晶度的锌铁氧体磁性纳米颗粒均匀分散于其中，构成了磁性纳米乳凝胶。该磁性纳米乳凝胶在25°C室温下因PEG-DA分子两端疏水性基团被包裹在中间具有强亲水性的PEG链中，使得凝胶具备流动性，可通过注射器注射，在体温37°C时，PEG-DA分子伸展，两端疏水性基团从PEG链中暴露出来，并插入相邻纳米乳油滴之中，使得纳米乳液滴之间相互连接，形成三维网络状结构，进而迅速凝胶化并停留在肿瘤组织内，同时没有泄露和扩散。施加交变磁场，磁性纳米颗粒在凝胶中取向排列产热，纳米乳乳滴间相互交联聚集增强热的累积，肿瘤组织被迅速加热到60度而正常组织温度低于42度，红外热成像实时检测温度变化，5分钟单次短暂治疗即达到消融效果。整个治疗过程在多模态影像的引导下进行，因纳米乳液滴对超声信号有增强作用，超声成像系统可指导凝胶在注射过程中注射位置的精确性，尽可能使得纳米乳凝胶的注射位置在肿瘤组织中央；磁性纳米颗粒除了作为磁感应热源，同时还可作为磁共振成像增强对比剂，对于凝胶治疗前后位置形态变化具有指导作用；近红外热成像仪实时监控磁感应热疗过程中肿瘤组织及周围温度，并及时反馈以调节交变磁场功率，确保周围正常组织不受损伤。水凝胶的三维网络结构可负载荧光分子，使得磁性水凝胶具备术中可视化观察滞留及术后降解的能力。通过对术后肿瘤组织的观察，我们发现热消融三天之后，肿瘤组织即开始消退并结痂变黑，两周之后结痂脱落，一月后伤口愈合，饲养六个月并未发现肿瘤复发情况；组织病理学检测也显示治疗后的肿瘤细胞细胞膜及核膜受损，随着时间推移，肿瘤细胞逐渐消失，从微观角度证实了磁感应热消融优异的治疗效果。我们设计的治疗体系将更加安全，操作简单，效果显著，以期在实体瘤磁感应热疗领域有更好地发展。
可注射磁感应热敏凝胶介入热消融治疗肿瘤
超声、荧光、磁共振及热成像指导下的肿瘤磁感应热消融治疗
（Nanoscale, 2017, 9, 16175-16182）
生物医学金银纳米材料
金纳米颗粒、金纳笼、金纳米星以及各向异性的金纳米棒，由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像如暗场散射成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术。另外在医学诊断和无创光热治疗，联合治疗等方面有广泛的应用。
PEG化金纳米粒子可以避免纳米材料在合成过程中所吸附的表面活性剂所造成的生物毒性，进一步提高其水溶性、生物相容性和体内循环时间，从而获得
更加良好的诊断、成像和光热治疗的能力。通过PEG 的官能团-COOH ，-NH 2连接生物分子，利用生物分子的特异性识别作用，使得金纳米粒子表面偶联特异性分子实现对肿瘤的主动靶向诊断和治疗研究。基于PEG 化金纳米颗粒/金纳米棒的肿瘤靶向成像载药探针兼顾CT 成像，光声成像和靶向载药治疗，在实时监控肿瘤发展的同时给予其针对性的靶向治疗，并且对药物在体内的分布及治疗效果进行实时成像和监视。这些研究目前已在肿瘤诊疗领域显示出良好的优势和临床应用价值。金纳米棒的近红外吸收能将光转化为热并传递给肿瘤细胞，并将其杀死，对肿瘤具有热疗效果。
金纳米颗粒的生物医学应用
胶体金免疫层析应用
免疫胶体金技术是一种新的免疫学方法，该技术是一种将胶体金颗粒与包括抗原、抗体在内的许多蛋白质标记形成免疫金复合物的技术。目前在生物医学各领域得到了日益广泛的应用。在过去的十年里，基于膜上的快速诊断技术的发展为金标免疫试剂创造了巨大的市场。使用免疫金标技术制备的标记物作为检测系统中的指示试剂，应用在检测传染病、环境污染物、毒品、早孕以及兽医等领域。这种技术的应用很大程度上提高了体外诊断技术的简便性和快速性。
胶体金免疫层析试纸包被技术
生物医用金纳米材料诊疗一体化应用
金纳米颗粒，金纳笼，及各向异性的金纳米棒，金纳米星由于具有较高的电子密度、较大的吸收截面、特殊的表面等离子共振光学特性、优良的生物相容性和化学稳定性而被广泛应用于生物成像如暗场散射成像、双光子荧光成像、光声断层成像、光学相干断层扫描、X射线计算机断层扫描、表面增强拉曼散射成像等生物成像技术。另外在医学诊断和无创光热治疗，联合治疗等方面有广泛的应用。
PEG化金纳米粒子可以避免纳米材料在合成过程中所吸附的表面活性剂所造成的生物毒性，进一步提高其水溶性、生物相容性和体内循环时间，从而获得更加良好的诊断、成像和光热治疗的能力。通过PEG的官能团-COOH，-NH2连接生物分子，利用生物分子的特异性识别作用，使得金纳米粒子表面偶联特异性分子实现对肿瘤的主动靶向诊断和治疗研究。
基于PEG化金纳米颗粒和金纳米棒的三合一疗法示意图
(Nature Materials, 2016, 15, 1128-1138)
Conde等人于《Nature Materials》报道了一种基于金纳米材料修饰技术的基因治疗、化疗和光热治疗的三合一疗法。这种多功能金纳米材料由：（1）含有荧光分子、化疗药物及靶向多肽的金纳米棒；（2）含有siRNA和靶向多肽的金纳米颗粒。金纳米颗粒用来输送siRNA来抑制Kras（一种致癌基因）表达。而金纳米棒有近红外吸收而产生热能，释放化疗药物，起到化疗、热疗双重作用。
三合一金纳米复合物提高活体结肠癌治疗效果
(Nature Materials, 2018, 10, 1788 - 1797)
●纳米金暗场成像应用
纳米金表面偶联酶标抗体，构建针对乳腺癌细胞表面HER2的纳米探针，纳米金联合辣根过氧化酶催化底物产生DAB聚集体，该聚集体协同纳米金共同增强暗场成像，从而实现对肿瘤细胞的暗场检测。
酶标纳米金探针用于乳腺癌HER2标记和暗场成像
（Nanoscale 2016, 8(16), 8553-8558；Analyst 2014, 139, 5661-5664）
●PEG化纳米金CT造影剂
X射线计算机断层扫描 (CT)利用人体不同的组织对X射线的透过率的不同，可对人体内部骨骼和组织进行成像。目前的X射线造影剂主要是基于碘的造影剂如水溶性含碘有机小分子、包入脂质体的碘造影剂、PEG包裹的碘聚合物、连接到聚乙烯壳的碘等。含碘造影剂造影时间短，易于迅速被肾脏清除，且具有肾毒性。与碘相比，金具有更高的原子序数（Au：79; I：53），及更高的X射线吸收系数（100 KeV, Au：5.16 cm2?g-1；碘：1.94 cm2?g-1）。单位质量的Au与碘相比
造影效果要好约2.7倍。PEG 化纳米金Micro-CT 造影剂具有很好的生物相容性、水溶性与稳定性，以及更长的体内循环时间及较缓的清除速度，是Micro-CT 的极佳造影剂。
小鼠尾静脉注射纳米金造影剂后Micro-CT 即刻及随时间衰减的图像（心脏）
纳米金用于CT 造影
● 拉曼成像用PEG 化纳米金
具有表面等离子体共振特性的纳米金材料作为一种安全无毒的金属纳米材料在生物医学领域被广泛应用。纳米金材料用作表面增强拉曼散射(SERS)检测基底,进行生物分子(DNA 、蛋白质)的识别检测、疾病的快速诊断、生物医学成像技术等方面的应用一直是人们研究的热点。东纳生物研发生产多种尺寸金纳米颗粒，不同长径比金纳米棒，金纳米三角片，金纳米壳以及金纳米笼，越来越多地应用在拉曼成像研究中。
PEG 化金纳米颗粒负载拉曼分子与检测示意图
● 光声成像用PEG 化金纳米棒
光声成像结合了光学成像和声学成像的优点, 是一种很有发展前景的无损伤约医学成像技术。当纳秒量级的脉冲激光照射生物组织时, 组织内的吸收体吸收激光能量, 局部的温度发生瞬时改变, 导致体积的膨胀而产生光声信号。PEG 化金纳米棒可以避免纳米材料在合成过程中所吸附的表面活性剂所造成的生物毒性，进一步提高其水溶性、生物相容性和体内循环时间，同时金纳米棒优异的光热转化能力使之成为光声成像良好的造影剂。
多模态医学影像纳米探针
●超声/磁共振双模态纳米探针
携带磁性纳米颗粒的微气泡载体材料，由于兼具优良的磁学特性和声学特性，逐渐发展成为一个集超声/磁共振双模式显影、基因及药物的靶向传输与一体的多功能诊疗一体化平台。超声/磁共振双模态纳米探针随着磁性纳米颗粒装载量的增加，微气泡作为T2磁共振显影造影剂效果越明显，且能够显著延长超声显影的时间，经优化之后的磁性微气泡进行了体内MRI/US显影实验，证实了其在体内同样具有良好的MRI/US双模式显影效果。因此，这种表面装载超顺磁性纳米颗粒的微气泡因其“高装载量”，“高磁性”，MRI/US显影效果的“可调控性”及潜在的耦联其它活性物质的优点，显示出了良好的生物医学应用潜力。
超声/磁共振双模态纳米探针模型及透射电镜图
（Soft Matter 2015, 11, 5492-5500）
●磁共振/荧光双模态纳米探针
分子荧光成像技术随着新型荧光指示物的发现和检测仪器的革新而得到快速发展，其有望从分子和细胞水平实现肿瘤细胞的靶向成像及早期诊断。荧光成像具有对人体无创伤、非侵入、高灵敏和可进行在体实时多目标成像的优点，但是荧光成像存在空间分辨率较低、解剖背景不清晰的弱点。相比之下，磁共振成像（MRI）因其空间和软组织分辨率高、无创、无辐射等优点，被认为最具前景的分子成像技术。为此，基于荧光高灵敏功能成像与磁共振结构成像的双模态成像探针具有重要的研究意义。
磁共振/荧光双模态造影
（Journal of Biomaterials and Tissue Engineering 2015, 5(5), 347-356）
CT荧光碘油纳米乳造影剂
CT荧光碘油纳米乳造影剂是一种水包油型双模态碘油纳米乳造影剂，以CT 和荧光成像为技术基础，以纳米乳为合成平台，制备出CT-荧光双模态碘油纳米乳，通过静脉注射可同时用于对患者进行CT和荧光造影，即CT-荧光双模态造影，实现两种显像模式的优势互补，以便对疾病进行综合与精确地诊断，进一步推动临床医学和影像诊断学的发展。叶酸修饰的CT荧光碘油纳米乳造影剂通过在CT荧光碘油纳米乳表面修饰叶酸，从而达到主动靶向肿瘤的目的。
量子点-碘油纳米乳动脉粥样硬化斑块CT/荧光双模态造影
（Biomaterials 2013, 34, 209-216）
高分辨和活体小动物CT检测平台
南京东纳生物科技有限公司与苏州海斯菲德信息科技有限公司强强联合，共同打造显微CT与纳米造影剂联合检测平台，将为广大科研工作者提供强有力的显微成像、结构分析等手段。
Hiscan M1001 Micro-CT System最高分辨率可达4 m,最大扫描范围可达到
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
课程名称：化工新材料概论姓名：邓元顺 学号：1208110201 专业：化学工程与工艺班级：化工122
浅析纳米材料的发展及应用 摘要：纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义是指纳米颗粒构成的固体材料， 其中米颗粒的尺寸最多不超过100nm。广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。【2】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命等方面的重要作用和应用前景。 Abstract：Nanometer material is the abbreviation of nano structured materials.The narrow sense refers to the solid material of nano particles, in which the size of the meter particles is not more than 100nm. Generalized refers to a variety of solid ultrafine materials which are limited by nano scale (1-100nm) in the one-dimensional direction at least in one dimension.. Nanotechnology is the most promising technology in the world today. Nano materials in mechanics, magnetism, electricity, heat, optics and life and so on the important role and the application prospect. 关键词：纳米材料纳米技术发展应用 前言：纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目。【1】美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心” 一、纳米材料的发展史 1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”
纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米技术是新世纪一项重要的技术，为多个行业带来了深远影响。纳米技术包含几个方面：纳米电子学，纳米生物学，纳米药物学，纳米动力学，以及纳米材料。其中，纳米材料主要集中在纳米功能性材料的生产，性能的检测。其独特性使它应用很广，那么，纳米材料用在哪方面呢 1、特殊性能材料的生产 材料科学领域无疑会是纳米材料的重要应用领域。高熔点材料的烧结纳米材料的小尺寸效应（即体积效应）使得其在低温下烧结就可获得质地优异的烧结体（如SiC、WC、BC等），且不用添加剂仍能保持其良好的性能。另一方面，由于纳米材料具有烧结温度低、流动性大、渗透力强、烧结收缩大等烧结特性，所以它又可作为烧结过程的活化剂使用，以加快烧结过程、缩短烧结时间、降低烧结温度。例如普通钨粉需在3 000℃高温时烧结，而当掺入%%的纳米镍粉后，烧结成形温度可降低到1200℃-1311℃。复合材料的烧结由于不同材料的熔点和相变温度各不相同，所以把它们烧结成复合材料是比较困难的。 纳米材料的小尺寸效应和表面效应，不仅使其熔点降低，且相变温度也降低了，从而在低温下就能进行固相反应，获得烧结性能好的复合材料。纳米陶瓷材料的制备通常的陶瓷是借助于高温高压使各种颗粒融合在一起制成的。由于纳米材料粒径非常小、熔点低、相变温度低，故在低温低压下就可用它们作原料生产出质地致密、性能优异的纳米陶瓷。纳米陶瓷具有塑性强、硬度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨的性能，它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应，这些都将成为材料开拓应用的一个崭新领域，并将会对高技术和新材料的开发产生重要作用。 2、生物医学中的纳米技术应用 从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也
电化学在制备纳米材料方面的应用 摘要：应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类，着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法，并对其应用前景做了展望。 关键词：电化学纳米材料电沉积 1 前言 纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当材料的粒子尺寸小至纳米级时，材料就具有普通材料所不具备的三大效应：(1)小尺寸效应，指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应；(2)表面效应，指纳米微粒表面原子与总原子数之比。纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加，原子配位不足及高的表面能，使得这些表面原子具有高的活性，极不稳定，使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性；(3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。研究发现，一些宏观量，如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应，才使它表现出：(1)高强度和高韧性；(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点；(3)异常的导电率和磁化率；(4)极强的吸波性；(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。 自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”，我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。 由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，因此，纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。 目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中，机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高，生产成本高；化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域，同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂，具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质，但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。 应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比，电化学制备方法主要具有以下优点：1、适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多；2、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控，在技术上困难较小、工艺灵活，易于实验室向工业现场转变；3、常温常压操作，避免了高温在材料内部引入的热应力；4、电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长，可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。 电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理，并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法 与传统的纳米晶体材料制备相比，电沉积法具有以下优点：(1)晶粒尺寸在1~100 nm内；(2)
纳米技术 1510700224 韦甜甜纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术，也称毫微技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。 1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。 利用纳米技术将氙原子排成IBM纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。 在我国，纳米技术早已融入到大众的生活了，包括很多涂料、纤维材料、燃料、高分子合成和纺织品加工处理技术等等。其实纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。 纳米技术内容 1、纳米材料 当物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的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。 过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 为什么磁畴变成单磁畴，磁性要比原来提高1000倍呢？这是因为，磁畴中的单个原子排列的并不是很规则，而单原子中间是一个原子核，外则是电子绕其旋转的电子，这是形成磁性的原因。但是，变成单磁畴后，单个原子排列的很规则，对外显示了强大磁性。 这一特性，主要用于制造微特电机。如果将技术发展到一定的时候，用于制造磁悬浮，可以制造出速度更快、更稳定、更节约能源的高速度列车。 2、纳米动力学 主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统（MEMS),用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等.
一、文献调研部分（获取综述的参考文献—精读全文）1．利用中文（期刊、学位论文、会议论文）数据库，检出中文切题题录（批量），选择记录文摘格式10篇（其中学位论文要求不少于2篇、期刊论文6篇）； [1]叶灵. 纳米材料的应用与发展前景[J]. 科技资讯. 2011(20) 摘要: 很多人都听说过"纳米"这个词,但什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。着名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 [2]赵雪石. 纳米技术及其应用前景[J]. 适用技术市场. 2000(12) 摘要: 纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的前景,使得纳米技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。 [3]何燕,高月,封文江. 纳米科技的发展与应用[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2010(02) 摘要：纳米科技是21世纪的主导产业,世界各国把纳米科技的研究和应用作为战略重点。在第五次科学技术革命中,新材料家族被推上新一轮科技革命的顶峰。在新材料和新技术中,纳米材料和纳米技术无疑将成为核心材料和核心技术。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子,制造新功能器件,从而开拓人类崭新的生活模式。文章概述了纳米科技的发展过程及纳米材料的性质与制备,介绍了纳米技术在部分领域的应用,并简述了纳米技术对未来社会的巨大影响及潜在的、令人鼓舞的发展前景。 [4]何彦达. 纳米材料的应用及展望[J]. 科技风. 2010(01) 摘要：纳米材料(尺寸在1-100纳米范围内)又称超细微粒、超细粉末,是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 [5]樊东黎. 纳米技术和纳米材料的发展和应用[J]. 金属热处理. 2011(02) 摘要：<正>2005年12月在克利夫兰召开了由美国金属学会和克利夫兰纳摩网主办的美国纳米技术应用峰会。许多实体企业,如波音、福特、通用、洛克希德、蒂姆肯等公司高管出席会议和发言。会议的特点是着重于纳米。 [6]张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16) 摘要：由于独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,以下概述了纳米材料的应用与发展前景。 [7]杨萍. 多功能复合纳米材料的制备及其光分析应用研究[D]. 中国科学技术大学 2012 摘要：纳米材料具有独特的化学、物理和生物性能,引起了人们的极大关注。多功能复合结构纳米材料能够将不同功能的纳米材料整合到一个纳米器件中,从而为现代工业、生物医学
纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用 【摘要】目前纳米技术应用广泛，在高强金属材料应用方面尤为突出。本文针对现有主要几种纳米增强金属材料制备工艺方法进行概述并比较，讨论其优缺点。最后还探讨了纳米相增强制备技术未来的发展趋势和改进方向，并对纳米结构材料应用领域和前景进行展望。 【关键词】纳米增强制备方法优缺点 随着科技进步，各个领域对于相关材料的性能要求日益提高。纳米增强技术是改善材料性能的重要方法之一，其在金属材料领域尤其应用广泛。在电子、汽车、船舶、航天和冶金等行业对高性能复合材料需求迫切，选用最佳制备方法制备出性能更优良的纳米材料是当前复合材料发展的迫切要求。 1 纳米增强技术概述 纳米相增强金属材料是由纳米相分散在金属单质或合金基体中而形成的。由于纳米弥散相具有较大的表面积和强的界面相互作用，纳米相增强金属复合材料在力学、电学、热学、光学和磁学性能方面不同于一般复合材料，其强度、导电性、导热性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。 1.1 机械合金化法 机械合金化法（MA）是一种制备纳米颗粒增强金属复合材料的有效方法。通过长时间在高能球磨机中对不同的金属粉末和纳米弥散颗粒进行球磨，粉末经磨球不断的碰撞、挤压、焊合，最后使原料达到原子级的紧密结合的状态，同时将颗粒增强相嵌入金属颗粒中。由于在球磨过程中引入了大量晶格畸变、位错、晶界等缺陷，互扩散加强，激活能降低，复合过程的热力学和动力学不同于普通的固态过程，能制备出常规条件下难以制备的新型亚稳态复合材料。 1.2 内氧化法 内氧化法（Internal oxidation）是使合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化，使增强颗粒转化为氧化物，之后在高温氢气气氛中将氧化的金属基体还原出来形成金属基与增强颗粒的混合体，最后在一定的压力下烧结成型。因将材料进行内氧化处理，氧化物在增强颗粒处形核、长大，提高增强粒子的体积分数及材料的整体强度，这样可以提高材料的致密化程度，且可以改善相界面的结合程度，使复合材料的综合力学性能得到提高。 1.3 大塑性变形法 大塑性变形法（Severe plastic deformation）是一种独特的纳米粒子金属及金属合金材料制备工艺。较低的温度环境中，大的外部压力作用下，金属材料发
纳米材料的研究内容及进展 摘要 纳米科技是在80年代末，90年代初逐步发展起来的前沿、交叉性新兴科技领域，也是21世纪最 前沿，最富有活力的学科领域之一，是继信息技术和生物技术之后，又一深刻影响人类和社会经济发 展的重大技术，它的迅猛发展将在新世纪影响到几乎所有的工业领域，有些甚至产生革命性的变化。 关键词：纳米材料研究内容进展 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年对发展、振兴、国力增强最有力的战略领域，纳米 材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米科技研究的深入发展和产业化的迅速推进对高水平研发人 员和高级技术人才提出了越来越迫切的需求，世界发达国家已经在全面部署纳米科技的教育，以期为 形成现实生产力做准备。 一纳米材料的研究内容 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，也是纳米中最为活跃、最接近的重要组成部分。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某时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，提出新概念，建立新，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新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。 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，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米Cu的决体材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；晶粒为7urn的Pd，屈服应力比粗晶Pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望，纳米金属间化合物 FqsAJZCr室成果的转化，到为止，已形成了具有自主知识产权的几家纳米粉体产业，睦次鹦米氧化硅。氧化钛、氮化硅核区个文的易实他借个缈阳放宽在纳米添加功能陶瓷和结构陶瓷改性方面也取得了很好的效果。 二纳米材料的研究进展 根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10～15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（NSF）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国DARPA（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近匕年来制定了各种计划用于纳米科技的研究，例如 Ogala计划、ERATO
纳米材料应用的新进展 来源：全球电源网 世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数， 理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将 纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复 合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀
纳米材料的定义、特点和应用前景 中国科学院上海硅酸盐研究所作者：张青红 图1 图2 图3 什么是纳米材料？ 纳米(nm)和米、微米等单位一样，是一种长度单位，一纳米等于十的负九次方米，约比化学键长大一个数量级。纳米科技是研究由尺寸在0.1至100纳米之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术。可衍生出纳米电子学、机械学、生物学、材料学加工学等。 纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。由于其组成单元的尺度小，界面占用相当大的成分。因此，纳米材料具有多种特点，这就导致由纳米微粒构成的体系出现了不同于通常的大块宏观材料体系的许多特殊性质。纳米体系使人们认识自然又进入一个新的层次，它是联系原子、分子和宏观体系的中间环节，是人们过去从未探索过的新领域，实际上由纳米粒子组成的材料向宏观体系演变过程中，在结构上有序度的变化，在状态上的非平衡性质，使
体系的性质产生很大的差别，对纳米材料的研究将使人们从微观到宏观的过渡有更深入的认识。 纳米材料的特点？ 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来得到不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望得到新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以得到带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术得到了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千平方米，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 纳米材料的应用前景 纳米材料的应用前景是十分广阔的，如：纳米电子器件，医学和健康，航天、航空和空间探索，环境、资源和能量，生物技术等。我们知道基因DNA具有双螺旋结构，这种双螺旋结构的直径约为几十纳米。用合成的晶粒尺寸仅为几纳米的发光半导体晶粒，选择性的吸附或作用在不同的碱基对上，可以“照亮”DNA的结构，有点像黑暗中挂满了灯笼的宝塔，借助与发光的“灯笼”，我们不仅可以识别灯塔的外型，还可识别灯塔的结构。简而言之，这些纳米晶粒，在DNA分子上贴上了标签。目前，我们应当避免纳米的庸俗化。尽管有科学工作者一直在研究纳米材料的应用问题，但很多技术仍难以直接造福于人类。2001年以来，国内也有一些纳米企业和纳米产品，如“纳米冰箱”，“纳米洗衣机”。这些产品中用到了一些“纳米粉体”，但冰箱和洗衣机的核心作用任何传统产品相同，“纳米粉体”赋于了它们一些新的功能，但并不是这类产品的核心技术。因此，这类产品并不能称为真正的“纳米产品”，是商家的销售手段和新卖点。现阶段纳米材料的应用主要集中在纳米粉体方面，属于纳米材料的起步阶段，应该指出这不过是纳米材料应用的初级阶段，可以说这并不是纳米材料的核心，更不能将“纳米粉体的应用”等同与纳米材料。 下面我们选用几副插图来说明纳米材料。 图一：二氧化钛纳米管。多种层状材料可形成管状材料，最为人们所熟悉的是碳纳米管。图一为二氧化钛纳米管的透射电镜照片，这种管是开口、中空管，比表面积能达到400m2/g，可能在吸附剂、光催化剂等方面有应用前景。 图二：晶内型纳米复相陶瓷，颜色较浅的大晶粒内部有一些深色的颗粒，在陶瓷收到外力破坏时，这些晶内的深色颗粒像一颗颗钉子，抑制裂纹扩散，起到对陶瓷材料的增强和增韧作用。 图三：二氧化钛纳米颗粒的透射电镜照片。可以看出二氧化钛仅为7纳米左右。人们不仅要问：如此小的纳米颗粒肉眼能否看到？商家提供的“纳米粉体”能看得到吗？如此小的晶粒用肉眼是看不到的，可以借助于电子显微镜来看。由于这些晶粒聚集在一起，我们可以看到聚集后的粉体，除了能感觉到“纳米粉体”更膨松外，不借助科学的表征方法，我们难以区别它们。 在材料科学家和其他科学家经过不懈努力后，取得了重大突破，在一些先进国家相继建立了受控聚变实验装置，进行科学实验。更令人兴奋的是，受控核聚变经过近半个世纪的努力，它的科学可行性已由现有的实验结果外推确认，图2为其实验装置Tokamak示意图。而最具说服力的实验是1991年11月JET和1993年12月TFTR的D-T实验，证明受控核聚变已不是可望而不可及的幻想，而是经过努力可望在本世纪中叶付诸应用的有效能源。
纳米材料的制备方法与应用 贾警(11081002) 蒙小飞（11091001） 1引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得。铁纳米微粒以来，由于纳米材料有明显不同于体材料和单个分子的独特性质—小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子轨道效应等，以及其在电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要价值。引起了世界各国科学家的浓厚兴趣。几十年来，对纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了丰硕的成果。纳米材料指其基本组成颗粒尺寸为纳米数量级，处于原子簇和宏观物体交接区域的粒子。颗粒直径一般为1~100nm之间。颗粒可以是晶体，亦可以是非晶体。由于纳米材料具有其特殊的物理、机械、电子、磁学、光学和化学特性，可以预见，纳米材料将成为21世纪新一轮产业革命的支柱之一。 2纳米材料的制备方法 纳米材料有很多制备方法，在此只简要介绍其中几种。 2.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是材料制备的是化学方法中的较为重要的一种，它提供一种再常温常压下合成无机陶瓷、玻璃、及纳米材料的新途径。溶胶-凝胶法制备纳米材料的主要步骤为选择要制备的金属化合物，然后将金属化合物在适当的溶剂中溶解，然后经过溶胶-凝胶过程而固化，在经过低温处理而得到纳米粒子。 2.2热合成法 热合成法制备纳米材料是在高温高压下、水溶液中合成，在经过分离和后续处理而得到纳米粒子，水热合成法可以制备包括金属、氧化物和复合氧化物在内的产物。主要集中在陶瓷氧化物材料的制备中。 2.3有机液相合成 有机液相合成主要采用在有机溶剂中能稳定存在金属、有机化合物及某些具有特殊性质的无机化合物为反应原料，在适当的反应条件下合成纳米材料。通常这些反应物都是对水非常敏感，在水溶剂中不能稳定存在的物质。最常用的反应方式就是在有机溶剂中进行回流制备。 2.4惰性气体冷凝法 惰性气体冷凝法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。其主要过程是在真空蒸发室内充入低压惰性气体，然后对蒸发源采用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体。原料气体分子与惰性气体分子碰撞失去能量，凝集形成纳米尺寸的团簇，然后骤冷。该方法制备的纳米材料纯度高，工艺过程中无其它杂质污染，反应速度快，结品组织好，但技术设备要求高。 2.5反相胶束微反应器法
磁性纳米材料的制备及应用前景 摘要：磁性纳米材料因其具有独特的性质，在现代社会中有着广泛的应用，并越来越受到人们的关注。本文主要介绍了磁性纳米材料的制备及应用前景，概述了纳米磁性材料的制备方法，如机械球磨法，水热法，微乳，液法，超声波法等，总结了纳米磁性材料在实际中的应用，并对其研究前景进行了展望。 Abstract: magnetic nanomaterials due to their unique properties, in the modern society has a wide range of applications, and people pay more and more attention. This paper mainly introduces the magnetic nanometer material preparation and application prospect of nano magnetic materials, summarized the preparation methods, such as mechanical ball milling method, hydrothermal method, microemulsion, liquid method, ultrasonic method, summarizes the nanometer magnetic materials in practical application, and the research prospect.
前言 纳米材料因其尺寸小而具有普通块状材料所不具有的特殊性质，如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，从而与普通块状材料相比具有较优异的物理、化学性能。磁性纳米材料由于其在高密度信息存储，分离，催化，靶向药物输送和医学检测等方面有着广泛的应用，已经受到了广泛关注。磁性复合纳米材料是以磁性纳米材料为中心核，通过键合、偶联、吸附等相互作用在其表面修饰一种或几种物质而形成的无机或有机复合材料。由于社会的发展和科学的进步，磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。随着纳米材料科学与技术的发展，纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注，特别是在提高 信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。目前普遍采用化学法制备铁氧体磁性纳米颗粒，具体有溶胶～凝胶法、化学共沉淀法等，而由于生物合成的磁性纳米颗粒表现出更优良的性质。 1.磁性纳米材料的特点 量子尺寸效应：材料的能级间距是和原子数N 成反比的，因此，当颗粒尺度小到一定的程度，颗粒内含有的原子数N 有限，纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道，能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能，磁能，静电能，光子能等等时，就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。 小尺寸效应：当粒子尺度小到可以与光波波长，磁交换长度，磁畴壁宽度，传导电子德布罗意波长，超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时，原有晶体周期性边界条件破坏，物性也就表现出新的效应，如从磁有序变成磁无序，磁矫顽力变化，金属熔点下降等。 宏观量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力，称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中，发现宏观磁学量如磁化强度，磁通量等也具有隧道效应，这就是宏观量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。 2. 磁性复合纳米材料的制备方法 2.1水热合成法 水热合成法是液相中制备纳米粒子的一种新方法。一般是在100~300摄氏度温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合，通过对加速渗透析反应和物理过程的控制，得到改进的无机物，再过滤，洗涤，干燥，从而得到高纯，超细的各类微粒子。研究发现以FeC13为铁源，AOT为表面活性剂，N2H4·H20（50%）为还原剂水热合成 Fe3O4纳米颗粒时，反应温度和时间，表面活性剂和还原剂浓度对最终产物的尺寸形貌、分散性和磁性有明显影响。还有通过调节水热反
纳米材料的应用及发展前景 摘要 纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并简述了纳米材料在各方面的应用及其在涂料和力学性能材料方面的发展前景。 关键词：纳米材料、纳米技术、应用、发展前景 一、前言 从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃），即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1 纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展