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納米材料研究的新進展及在21世紀的戰略地位
 
時間:2008-6-18 10:15:44  查看次數:3796

在充滿生機的21世紀,信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防的高速發展必然對材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越??;航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術等對材料性能要求越來越高。新材料的創新,以及在此基礎上誘發的新技術。新產品的創新是未來10年對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響力的戰略研究領域,納米材料將是起重要作用的關鍵材料之一。納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象,也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。近年來,納米材料和納米結構取得了引人注目的成就。例如,存儲密度達到每平方某時400G的磁性納米棒陣列的量子磁盤、成本低廉、發光頻段可調的高效納米陣列激光器、價格低廉高能量轉化的納米結構太陽能電池和熱電轉化元件、用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強高韌納米復合材料等的問世,充分顯示了它在國民經濟新型支柱產業和高技術領域應用的巨大潛力。正像美國科學家估計的“這種人們肉眼看不見的極微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命”。納米材料和納米結構的應用將對如何調整國民經濟支柱產業的布局、設計新產品、形成新的產業及改造傳統產業注入高科技含量提供新的機遇。
研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次,是知識創新的源泉。由于納米結構單元的尺度(1~100urn)與物質中的許多特征長度,如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當,從而導致納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子,也不同于宏觀物體,從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象,認識新規律,提出新概念,建立新理論,為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎,也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題;納米結構設計,異質、異相和不同性質的納米基元(零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲)的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點,人們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、新方法設計納米結構原理性器件以及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。
1研究形狀和趨勢
納米材料制備和應用研究中所產生的納米技術很可能成為下一世紀前20年的主導技術,帶動納米產業的發展。世紀之交世界先進國家都從未來發展戰略高度重新布局納米材料研究,在千年交替的關鍵時刻,迎接新的挑戰,抓緊納米材料和柏米結構的立項,迅速組織科技人員圍繞國家制定的目標進行研究是十分重要的。
納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個領域的影響和滲透一直引人注目。進入90年代,納米材料研究的內涵不斷擴大,領域逐漸拓寬。一個突出的特點是基礎研究和應用研究的銜接十分緊密,實驗室成果的轉化速度之快出乎人們預料,基礎研究和應用研究都取得了重要的進展。美國已成功地制備了晶粒為50urn的納米Cu的決體材料,硬度比粗晶Cu提高5倍;晶粒為7urn的Pd,屈服應力比粗晶Pd高5倍;具有高強度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關注,晶粒的納米化為解決這一問題帶來了希望,納米金屬間化合物 FqsAJZCr室成果的轉化,到目前為止,已形成了具有自主知識產權的幾家納米粉體產業,睦次鸚米氧化硅。氧化鈦、氮化硅核區個文的易實他借個緲陽放寬在納米添加功能陶瓷和結構陶瓷改性方面也取得了很好的效果。
根據納米材料發展趨勢以及它在對世紀高技術發展所占有的重要地位,世界發達國家的政府都在部署本來10~15年有關納米科技研究規劃。美國國家基金委員會(NSF)1998年把納米功能材料的合成加工和應用作為重要基礎研究項目向全國科技界招標;美國DARPA(國家先進技術研究部)的幾個計劃里也把納米科技作為重要研究對象;日本近匕年來制定了各種計劃用于納米科技的研究,例如 Ogala計劃、ERATO計劃和量子功能器件的基本原理和器件利用的研究計劃,1997年,納米科技投資1.28億美元;德國科研技術部幫助聯邦政府制定了1995年到2010年15年發展納米科技的計劃;英國政府出巨資資助納米科技的研究;1997年西歐投資1.2億美元。據1999年7月8日《自然》最新報道,納米材料應用潛力引起美國白宮的注意;美國總統克林頓親自過問納米材料和納米技術的研究,決定加大投資,今后3年經費資助從2.5億美元增


加至5億美元。這說明納米材料和納米結構的研究熱潮在下一世紀相當長的一段時間內保持繼續發展的勢頭。
2國際動態和發展戰略
1999年7月8日《自然》(400卷)發布重要消息 題為“美國政府計劃加大投資支持納米技術的興 起”。在這篇文章里,報道了美國政府在3年內對納米技術研究經費投入加倍,從2.5億美元增加到5億美元??肆侄僮芡趁髂?月將向國會提交支持納米技術研究的議案請國會批準。為了加速美國納米材料和技術的研究,白宮采取了臨時緊急措施,把原1.97億美元的資助強度提高到2.5億美元?!睹攔桃抵蕓?月19日報道,美國政府決定把納米技術研究列人21世紀前10年前11個關鍵領域之一,《美國商業周刊》在掌握21世紀可能取得重要突破的3個領域中就包括了納米技術領域(其它兩個為生命科學和生物技術,從外星球獲得能源)。美國白宮之所以在20世紀即將結束的關鍵時刻突然對納米材料和技術如此重視,其原因有兩個方面:一是德科學技術部1996年對2010年納米技術的市場做了預測,估計能達到14400億美元,美國試圖在這樣一個誘人的市場中占有相當大的份額。美國基礎研究的負責人威廉姆斯說:納米技術本來的應用遠遠超過計算機工業。美國白宮戰略規劃辦公室還認為納米材料是納米技術最為重要的組成部分。在《自然》的報道中還特別提到美國已在納米結構組裝體系和高比表面納米顆粒制備與合成方面領導世界的潮流,在納米功能涂層設計改性及納米材料在生物技術中的應用與歐共體并列世界第一,納米尺寸度的元器件和納米固體也要與日本分庭抗禮。1999年7月,美國加尼福尼亞大學洛杉礬分校與惠普公司合作研制成功100urn芯片,美國明尼蘇達大學和普林
斯頓大學于1998年制備成功量子磁盤,這種磁盤是由磁性納米棒組成的納米陣列體系,10-”bit/s尺寸的密度已達109bit/s,美國商家已組織有關人員迅速轉化,預計2005年市場為400億美元。1988年法國人首先發現了巨磁電阻效應,到1997年巨磁電阻為原理的納米結構器件已在美國問世,在磁存儲、磁記憶和計算機讀寫磁頭將有重要的應用前景。
最近美國柯達公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體,預計將給彩色印橡帶來革命性的變革。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品的改性等方面很可能給傳統產業和產品注入新的高科技含量,在未來市場上占有重要的份額。納米材料在3分快三开奖查询今天方面的應用研究也使人矚目,正是這些研究使美國白宮認識到納米材料和技術將占有重要的戰略地位。原因之二是納米材料和技術領域是知識創新和技術創新的源泉,新的規律新原理的發現和新理論的建立給基礎科學提供了新的機遇,美國計劃在這個領域的基礎研究獨占“老大”的地位。
面對這種挑戰的形勢,中國在這個領域的研究能不能繼續保持第二階梯的前列位置,能不能在下世紀前周年,在納米材料和技術的市場中占有[

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