我國納米材料發展現狀與規劃

摘 要：納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中富有活力、對未來經濟社會發展有重要影響的研究對象，是納米科技中最活躍和應用的重要組成部分。

關鍵詞：納米材料；發展現狀；規劃

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 24-0000-01

二十一世紀信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防高速發展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對材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術對材料性能要求越來越高。新材料和新產品的創新，是未來十年對經濟社會發展、國力增強有影響力的戰略研究領域，納米材料將起重要作用。納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），它是一個很小單位，如人的頭發絲直徑為7000-800Onm，人體紅細胞直徑為3000-50OOnm，一般病毒的直徑在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸在微米量級；又如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。納米材料的條件：材料的特征尺寸在1-1OOnm之間；材料具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

一、納米材料的性能

使納米材料具有微波吸收性能、高表面活性、強氧化性、超順磁性，以及特殊的光學、催化、光催化、光電化學、化學反應、化學反應動力學和物理機械性質。納米材料的應用將是傳統材料、功能材料的一次革命。

納米材料用于復合材料中，將使復合材料的發展產生巨大變化。納米復合材料分兩大類：由金屬/陶瓷、金屬/金屬、陶瓷/陶瓷組成的無機納米復合材料；由聚合物/無機、聚合物/聚合物組成的聚合物納米復合材料。用于環氧樹脂納米復合材料的無機納米材料有：SiO2、TiO2、Al203、CaCO3、ZnO、黏土等。納米材料能大大提高環氧復合材料的力學性能、耐熱性、韌性、抗劃痕能力，達到提高耐熱性和韌性效果。當前環氧納米復合材料研究重點是，納米材料在基體中均勻分散方法、復合方法、效應、規律和機理研究；環氧納米復合材料應用研究。納米材料和技術為環氧涂料、膠粘劑、電子材料、塑料、復合材料和功能材料的發展增添了高科技含量，將使環氧材料的發展和應用產生巨大變化。

二、納米材料發展現狀

目前我國在功能納米材料研究上取得了重大成果，一是大面積定向碳管陣列合成。利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術，該技術合成的納米管，孔徑一致2Ourn，長度1OOpm，納米管陣列面積達3mmX3mm。其定向排列程度高，碳納米管之間間距1OOpm。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示場發射陰極等方面有重要應用前景。二是超長納米碳管制備。首次大批量制備出長度為2～3mm超長定向碳納米管列陣，它比現有碳納米管長度提高1-2個數量級。三是氮化嫁納米棒制備。首次利用碳納米管作模板成功制備出直徑為3-4Ourn、長度達微米量級的發藍光氮化像一維納米棒，提出了碳納米管限制反應概念。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功，推進碳納米管在場發射平面和納米器件方面的應用。五是唯一維納米絲和納米電纜，應用溶膠-凝膠與碳熱還原相結合的新方法，首次合成了碳化或納米絲外包覆絕緣體S10Z和TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜，以及以S江納米絲為芯的納米電纜，當前在國際上僅少數研究組能合成這種材料。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶，發現了非水溶劑熱合成技術，首次在3000C左右制成粒度達3Oum的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻、磷化鉆和硫化銻納米微晶。七是用催化熱解法制成納米金剛石，在高壓釜中用中溫（700C）催化熱解法，使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉。

三、納米材料存在的問題

目前納米技術還存在著沒有攻克的難題。納米有很多理論上設想的特性沒有開發出來。其瓶頸：怎樣采用有效方法把材料由大顆粒粉碎到納米級的顆粒，雖有電弧法、等離子法，但效果不好，所得到微細顆粒直徑很難分布在一個窄的范圍內，納米級顆粒所占比例不高；即使得到了納米級的顆粒，但在應用過程中顆粒是否還是以納米形式存在，因為納米顆粒表面有很強的活性，顆粒和顆粒之間易粘結到一起，變成大顆粒，失去了納米特性。

這兩大問題制約著納米技術的發展，目前還沒有得到解決。實驗室可以得到小量的納米材料，但不具大量生產能力。有一些產品嘗試納米材料，其中大部分用的不是真正納米材料，而是比納米大很多的微米級顆粒。應用納米技術的產品在實驗室出現了，市場上沒有。

皮膚對納米材料的吸附和毒性；納米顆粒進入飲用水時的后果；納米顆粒對操作者肺部組織影響的研究和在通風道中納米顆粒對動物的影響；已變成海洋或淡水水域沉積物的納米顆粒對環境的影響；在什么條件下，納米顆粒可能吸收或釋放環境污染物。專家認為，美國政府正努力評估納米技術的生物和醫學影響。

四、納米材料的發展

我國納米材料研究始于80年代末，納米材料科學列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，組織相關科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關高科技創新的課題進行立項研究。1996年以后，納米材料的應用研究出現了可喜形式，地方政府和部分企業家的介入，使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。目前，我國有60多個研究小組，有600多人從事納米材料的基礎和應用研究。

我國納米材料基礎研究在過去十年取得了重要研究成果。已采用了多種物理、化學方法制備金屬與合金氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，裝備了相應設備，做到納米微粒的尺寸可控，制成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表征、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復合微粒和粉體的制取等方面都有創新和重大進展，成功研制出致密度高、形狀復雜、性能優越的納米陶瓷；在世界上首次發現納米氧化鋁晶粒，在拉伸疲勞中應力集中，區出現超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應、磁光效應和自旋波共振等方面取得了創新性成果；在國際上首次發現納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬Gd；設計和制備了納米復合氧化物新體系，它們的中紅外波段吸收率可達92%，在紅外保暖纖維得到了應用；發展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法；發現全致密納米合金中的反常效應。

參考文獻：

[1]張立德.我國納米材料技術發展現狀、挑戰與對策[J].中國經貿導刊，2002（16）.