纳米材料的研究进展与应用

纳米材料的研究进展及其应用

姓名：***

学号：************

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。

纳米材料在医学领域的应用研究进展

【摘 要】在最近几年，纳米材料和纳米技术迅速发展，得到了科学界的重视。由于纳米材料的特殊的尺寸效应，纳米颗粒、纳米管以及各种纳米技术在医学方面的应用正蓬勃发展，势头十足。但在医学领域发展的同时，人们也逐渐认识到其中的一些问题，如纳米材料的生物毒性等。本文主要综述纳米科技在基医学、药学、临床医学和预防医学中的应用研究进展 、问题及改进。

【关键词】纳米材料 纳米科学 纳米技术 药物载体 医学 生物毒性 毒理学

1 引言

纳米仅是一个长度单位，1 nm = 10-9m，当物质进入纳米尺度时，会展现出特有的理化性质，如: 小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等［1］。随着纳米技术的不断发展，各种纳米材料逐渐进入了我们的视野。碳纳米材料主要包括碳纳米管、富勒烯［2］、石墨烯和纳米钻石及其衍生物，是目前应用非常广泛的一类纳米材料，现有的研究结果表明，碳纳米材料在组织工程、药物 /基因载体、生物成像、肿瘤治疗、抗病毒 /抗菌以及生物传感等生

物医学领域中具有潜在的应用前景。

2 纳米材料在医学领域的应用

2. 1 纳米材料在生物医学领域的应用

应用于生物体内应用的纳米材料，它本身既可以是具有生物活性，也可以不具有生物活性，但它在满足使用需要时还必须易于被生物体接受，而不引起不良反应。目前纳米微粒在这方面的应用十分的广泛，如生物芯片、纳米生物探针、核磁共振成像技术、细胞分离和染色技术、作为药物或基因载体、生物替代纳米材料、生物传感器等很多领域［3］。

纳米探针一种探测单个活细胞的纳米传感器，探头尺寸仅为纳米量级，当它插入活细胞时，可探知会导致肿瘤的早期DNA 损伤。一些高选择性和高灵敏度的纳米传感器可以用于探测很多细胞化学物质，可以监控活细胞的蛋白质和感兴趣的其他生物化学物质。随着纳米技术的进步，最终实现评定单个细胞的健康状况。使用纳米生物荧光探针可以快速准确的选择性标记目标生物分子，灵敏测试细胞内的失踪剂，标记细胞，也可以用于细胞表面的标记研究。 纳米微粒在生物医学上的应用远不止上面提到的这些，利用纳米微粒技术制备生物替代纳米材料、生物传感器等也已有很大发展。如纳米人工骨的研究成功［4］，并已进行临床试验。功能性纳米粒子与生物大分子如多肽、蛋白质、核酸共价结合，在靶向药物输运和控制释放、基因治疗、癌症的早期诊断与治疗、生物芯片和生物传感器等许多方面显示出诱人的应用前景和理论研究价值。

暑

假

实

习

论

文

题 目: 纳米材料及其应用

学 院 软件与通信工程学院

学生姓名 XXX 学 号 XXXX

专 业 电子科学与技术 届 别 2011届

指导教师 白耀辉博士 李刚博士 尧文元博士

二O一一 年 七 月

纳米材料及其应用

内容摘要

1.纳米材料定义

2.国内外研究进展

3.应用领域及原理

应用领域

◇纳米技术在陶瓷领域方面的应用

◇纳米技术在微电子学上的应用

◇纳米技术在生物工程上的应用

应用原理

◇量子尺寸效应

◇小尺寸效应

◇纳米材料的热学特性

◇纳米材料的磁学特性

◇纳米材料的光学特性

4.制备方法

◇激光诱导化学气相沉积法

◇低温等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）

◇液相法制备纳米材料

一． 纳米材料定义

纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100~102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。

从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序，通常大晶体的连续能带分裂成接近分子轨道的能级，高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。纳米相材料跟普通的金属、陶瓷，和其他固体材料都是由同样的原子组成，只不过这些原子排列成了纳米级的原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。其常规纳米材料中的基本颗粒直径不到100 nm，包含的原子不到几万个。一个直径为3 nm的原子团包含大约900个原子，几乎是英文里一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条300多米长的帆船跟整个地球的比例。

纳米材料在医学成像与治疗中的应用研究

随着科技的不断进步和发展，纳米材料作为一种具有独特性质的材料，逐渐成为医学领域中的研究热点。纳米材料在医学成像和治疗中的应用已经取得了显著的进展，并显示出巨大的潜力。本文将重点探讨纳米材料在医学成像和治疗中的应用研究。

一、纳米材料在医学成像中的应用研究

医学成像是一项重要的临床技术，在疾病诊断和治疗中发挥着关键的作用。纳米材料具有较小的尺寸和特定的物理化学性质，使其在医学成像中具有独特的优势。

1. 磁共振成像（MRI）中的纳米材料应用

纳米材料在MRI中具有良好的应用前景。通过将纳米材料作为MRI对比剂，可以提高图像的对比度和分辨率。例如，纳米粒子作为MRI对比剂，可以在磁场中产生明显的信号，从而更好地显示被检测物体的形态和结构。

2. 荧光成像中的纳米材料应用

纳米材料的荧光性能使其在荧光成像中具有广泛的应用潜力。例如，通过将纳米材料与荧光染料结合，可以实现对细胞和组织的高灵敏度、高特异性的检测和成像。

3. CT扫描中的纳米材料应用 纳米材料在CT扫描中的应用主要体现在增强剂方面。纳米材料具有较高的X射线吸收能力，可以提供更明显的对比效果，从而改善CT图像的质量。

二、纳米材料在医学治疗中的应用研究

除了在医学成像方面的应用，纳米材料在医学治疗中也发挥着重要的作用。利用纳米材料的特殊性质，可以实现精确的靶向治疗和药物释放，提高治疗效果并减少副作用。

1. 纳米药物传输系统

纳米材料可以作为药物传输平台，将药物通过纳米颗粒的载体实现靶向输送。这种系统可以提高药物传输的效率，使药物更好地作用于靶位，从而减少对正常组织的损伤。

2. 纳米材料在光热治疗中的应用

纳米材料在光热治疗中被广泛应用。通过将纳米材料注入患者体内，利用纳米材料对光的敏感性，在外界光的刺激下，产生局部升温效应，从而破坏肿瘤组织并实现治疗效果。

3. 纳米材料在基因治疗中的应用

纳米材料可以作为长链RNA或DNA的载体，用于基因治疗。通过纳米材料的传递，可以将基因材料转运到细胞内，实现基因的修复或调控，从而达到治疗疾病的效果。