王廷懿

摘要：納米材料具備小尺寸效應(yīng)，在電學(xué)、熱力學(xué)以及催化等多個(gè)方面有獨(dú)特的性能，被稱作21世紀(jì)最具發(fā)展前景的材料?；诖?，本文將納米材料作為研究對(duì)象，對(duì)其技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用進(jìn)行分析。首先介紹了納米技術(shù)的發(fā)展概況，然后闡述了納米材料的性能，最后介紹了納米材料的具體應(yīng)用，以期為相關(guān)研究提供理論參考。

關(guān)鍵詞：納米材料；納米技術(shù)；界面效應(yīng)

引言：

納米技術(shù)最早出現(xiàn)于1974年，納米材料則于80年代出現(xiàn)，納米材料的定義為粒徑在1-100納米之間具有特殊物理化學(xué)性能的材料。在經(jīng)過數(shù)十年的研究分析，我國(guó)也研發(fā)了先進(jìn)的納米材料，促進(jìn)了我國(guó)納米材料的發(fā)展，目前常用的納米材料制備方法分為物理和化學(xué)兩種，不同制造方法生產(chǎn)的納米材料有不同的應(yīng)用范圍與應(yīng)用方式。對(duì)納米材料的分析可以提升我國(guó)材料行業(yè)的研發(fā)水平，縮短我國(guó)與國(guó)際領(lǐng)先水平的差距。

一、納米材料的技術(shù)發(fā)展概況

相比于我國(guó)，國(guó)外對(duì)納米材料技術(shù)就開展了研究。在二十世紀(jì)90年代，納米材料及相關(guān)技術(shù)在世界范圍內(nèi)引起了巨大的轟動(dòng)。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家及地區(qū)紛紛開始了大規(guī)模的納米材料及技術(shù)研究，發(fā)展至今已經(jīng)進(jìn)入了工業(yè)化實(shí)施的階段。我國(guó)展開納米材料及技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚，在二十世紀(jì)80年代，我國(guó)政府才將納米材料及技術(shù)的研發(fā)列入國(guó)家“重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目”以及“攀登計(jì)劃”中，并在90年代中期達(dá)到了高潮。目前，我國(guó)納米材料的研發(fā)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，并在多個(gè)領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。

二、納米材料的性能分析

第一，幾何結(jié)構(gòu)效應(yīng)。在納米材料的結(jié)構(gòu)中，由于主體層板之間的相互作用較弱，所以施加外力時(shí)十分容易被打破。由于這樣的性質(zhì)，使其在涂料領(lǐng)域有著較為優(yōu)異的觸變性能。

第二，結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)。該性能是納米材料具有的較為獨(dú)特的一種性能，這意味著納米材料在經(jīng)過特定的途徑進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改變后，在特定的條件下能夠恢復(fù)至原有的結(jié)構(gòu)，具有著可逆性。

第三，界面效應(yīng)。利用有機(jī)分子對(duì)納米材料進(jìn)行插層處理后，有機(jī)分子鏈會(huì)對(duì)主體層板產(chǎn)生纏繞作用[1]。這種纏繞作用的實(shí)質(zhì)就是無機(jī)層狀材料的有機(jī)化。其中，有機(jī)化的程度受到插層的數(shù)量及種類影響。所以，選擇不同的插層材料，就能夠?qū)缑嫘?yīng)進(jìn)行控制。

三、納米材料的具體應(yīng)用

（一）納米電子學(xué)、光電子學(xué)以及磁學(xué)

現(xiàn)階段，在納米電子學(xué)、光電子學(xué)以及磁學(xué)的發(fā)展中，已經(jīng)能夠?qū)⒐杓呻娐分形㈦娮悠骷木€寬縮小至70nm左右。目前國(guó)際上電子器件的線寬最窄能夠達(dá)到130nm[2]。若將硅集成電路中的微電子器件的線寬做的更小，則會(huì)使電子通過絕緣層，引起電路的短路。

在現(xiàn)階段的研究中，優(yōu)化納米電子電路的措施有兩種：第一，在利用光刻法進(jìn)行集成電路的制作中，通過雙光子光束技術(shù)的量子糾纏態(tài)，能夠?qū)⒓呻娐分形㈦娮悠骷木€寬在極限值的基礎(chǔ)上縮小至25nm；第二，新材料的研制。利用新材料對(duì)原有材料硅進(jìn)行取代，可以使用納米碳管、蛋白質(zhì)二極管、分子電線等進(jìn)行。

另外，在部分民用領(lǐng)域以及宇航領(lǐng)域中，利用鐵基納米材料所制備的傳感器、超順磁性納米微粒的磁性液體等得到了廣泛的應(yīng)用。

（二）納米醫(yī)學(xué)以及生物學(xué)

在生命現(xiàn)象中，納米結(jié)構(gòu)是一種基本的成分，例如，DNA、RNA、蛋白質(zhì)、病毒等，尺寸都在1-100nm之間。在細(xì)胞中，細(xì)胞器以及其他結(jié)構(gòu)可以看做是具有特定功能的納米機(jī)械，而在神經(jīng)系統(tǒng)中，信息的反饋與傳遞都是納米技術(shù)的體現(xiàn)?？梢哉f，生物過程和生物合成對(duì)于新型納米結(jié)構(gòu)的制作提供了靈感，目前，相關(guān)研究人員對(duì)于模仿生物特性實(shí)現(xiàn)納米級(jí)技術(shù)控制方面的研究較為重視。

現(xiàn)階段，正在大力研發(fā)的生物芯片包括生物分子芯片（蛋白質(zhì)芯片）、DNA芯片（基因芯片）、細(xì)胞芯片等等，都是納米生物工程領(lǐng)域的研究熱門，相關(guān)研究成果將直接應(yīng)用于人類遺傳診斷、藥物開發(fā)以及臨床診斷等。

（三）納米材料的技術(shù)在國(guó)防科技上的應(yīng)用

納米材料及其技術(shù)對(duì)于國(guó)防科技領(lǐng)域也有著較為重要的影響。具體來說，將納米電子器件用于虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，能夠加強(qiáng)與戰(zhàn)場(chǎng)之間的實(shí)時(shí)聯(lián)系；將納米探測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于化學(xué)、生物以及核武器的探測(cè)，能夠提升對(duì)常規(guī)武器的打擊以及防護(hù)的能力；利用納米衛(wèi)星，能夠使發(fā)射的效應(yīng)運(yùn)載火箭依照不同的軌道裕興，對(duì)地球的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行無死角的監(jiān)視，使得戰(zhàn)場(chǎng)更加透明。

納米材料在隱身技術(shù)上的使用是國(guó)防軍事領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)，目前，我國(guó)研制的準(zhǔn)四代戰(zhàn)斗機(jī)殲20，殲20總體上采用了隱身設(shè)計(jì)，正面RCS值（即雷達(dá)反射截面積，飛機(jī)對(duì)雷達(dá)波的有效反射面積）大于F22（美國(guó)研制的五代機(jī)）。

（四）納米材料的技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

相比與其他的物質(zhì)顆粒，納米顆粒的比表面積更大、表面反應(yīng)的活性較高、催化效率以及吸附能力相對(duì)較好，所以在我國(guó)化工催化方面得到了廣泛的應(yīng)用。例如，銀、鉑黑、氧化鐵、氧化鋁等納米粉材作為氧化劑，能夠在高分子聚合氧化、還原以及合成反應(yīng)中有著更高的反應(yīng)效率。

在航天領(lǐng)域，通過在火箭固體燃料的燃燒反應(yīng)中添加納米鎳粉作為催化劑，能夠?qū)⒃械娜紵侍岣?00倍?？梢哉f，納米材料及其技術(shù)在多個(gè)行業(yè)中都有著較為廣泛的應(yīng)用。

總結(jié)：

綜上所述，納米材料具有良好的應(yīng)用前景，需要通過合理應(yīng)用進(jìn)行推廣。通過本文的分析可知，納米材料具備多功能特征，其獨(dú)有的幾何結(jié)構(gòu)效應(yīng)、結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)以及界面效應(yīng)等性能，拓展了納米材料的應(yīng)用范圍。在納米電子學(xué)、光電子學(xué)、磁學(xué)、納米醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、國(guó)防科技以及其他領(lǐng)域中，納米材料技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛，有助于我國(guó)各個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]李申，彭超，蔣志平，楊艷娟，高遠(yuǎn)，李國(guó)旺.納米技術(shù)及納米材料的研究應(yīng)用和發(fā)展趨勢(shì)[J].河南建材，2016（01）：127-130.

[2]樊東黎.納米技術(shù)和納米材料的發(fā)展和應(yīng)用[J].金屬熱處理，2011，36（02）：125-132.