纳米科学与技术范文

导语：如何才能写好一篇纳米科学与技术，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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文章编号：1003-1383（2013）01-0106-04 中图分类号：R319 文献标识码：A

纳米（符号为nm）是一种度量单位。1 nm=1/100万mm。“纳米材料”的概念是20世纪80年代初形成的，指的是物质的颗粒尺寸小于100 nm的具有小尺寸效应的零维、一维、二维、三维材料的总称。目前在口腔医学临床上使用的材料相当广泛，运用于口腔的纳米材料称之为口腔纳米材料，对口腔临床修复治疗起到了非常重要的作用。随着纳米材料和纳米技术的兴起，新型的纳米材料开始在口腔医学领域[1]应用，对现有口腔材料的改性和创新具有重要意义。纳米材料具有以下主要特点：纳米粒子大小在1～100 nm；有大量的自由表面或界面；纳米单元之间存在着相互作用，作用或强或弱。因为具有以上特性，纳米材料具有包括表面或界面效应、小尺寸效应、量子尺寸、宏观量子隧道效应[2]。纳米材料与组成相同的微米晶体材料比较具有其许多优异的性能[3]，主要表现在催化、磁性、光学、力学等许多方面。纳米高分子材料的应用涉及多方面，主要为介入性诊疗、免疫分析、药物控制释放载体等[4]。纳米技术涉及许多领域，包括纳米合成技术、纳米装置技术、微加工技术等，在口腔医学方面采用的纳米技术称之为口腔纳米技术[5]。现就纳米材料与纳米技术在口腔内外科学中的应用进行如下概括综述。

纳米技术与纳米材料在口腔内科学中的应用 1.纳米复合树脂 从以化学方式固化的复合树脂到光固化灯照射固化的复合树脂及双固化型复合树脂。用复合树脂修复牙体缺损已有40多年历史。复合树脂的基本组成部分是无机填料，根据无机填料的粒径大小分为大颗粒型、超微颗粒型和混合填料型。混合填料型树脂填料粒径近几年不断向纳米级发展。如今推出的适用于所有充填通用型纳米复合树脂，将是最有希望的新型复合树脂。为改善牙科树脂的性能，目前多采用许多增加强度和增加韧性的方法。在树脂中加入种类、数量、大小不相同的无机填料，虽然使复合树脂的强度得到提高，但同时又使树脂的韧性降低。而在树脂中运用纳米粒子来填充，可使复合树脂强度与韧性增加。使复合树脂的强度增强的纳米粒子包括纳米二氧化硅[6]、纳米氧化锆[7]、纳米羟基磷灰石[8]、纳米氧化钛[9]等。由于纳米粒子具有以下独特的性能，如非配对原子多，表面缺陷少，比表面积大，能与聚合物发生较强物理结合或化学结合，使粒子与基体间界面粘结时，对更大的载荷都能承受，从而使纳米复合树脂具有更高的强度和韧性。为使材料发生聚合时不收缩或收缩减小，在光化聚合丙烯酸脂或异丁烯酸脂基的向列液晶单体中，加入二氧化硅纳米微粒和较高含量的金属氧化物，使形成高分子量的聚合物粘结性增强，

体积收缩减小。二氧化锆用于口腔科具有X射线阻射性高、强度高和硬度高等优点，纳米氧化锆复合树脂光学透明性极高，是理想的口腔科复合树脂增强材料。口腔临床使用的树脂充填材料，放射阻射性弱，如发生继发龋坏时，X线片上很难将充填材料与继发龋进行鉴别，若将氧化钽纳米粒子通过运用纳米技术填充入树脂材料中，形成具有放射阻射性的新型纳米复合树脂材料，材料的物理强度会得到增强。而将氧化钽纳米粒子加入玻璃离子材料中，能使材料克服容易溶解的不足，同时强度增强，与一般的复合树脂相比，具有更好的耐磨性。该材料主要是依靠纳米机械结合，来提高其耐磨性。如果把纳米多孔二氧化硅凝胶加入树脂材料中，使新形成的材料具有不相同的结构，耐磨性能得到提高。有学者将纳米材料加入复合树脂中，发现能使其具有抗菌性能。Xu等在口腔科复合树脂中加入熔附了纳米硅颗粒的晶须和纳米二钙或四钙磷酸盐，可达到自修复的目的[10，11]。宋欣等人在复合树脂中加四针状氧化锌，发现该材料不仅能提高树脂的机械性能，还使树脂具有抗菌作用[12]。Niu等也在复合树脂中加入四针状氧化锌，使复合树脂具有抗菌性能的同时机械性能也增强[13]。由有机高分子材料和各种纳米单元通过多种方式复合成型的新型复合材料就是纳米填料复合树脂，是一种含有纳米单元相的纳米复合材料。纳米复合树脂与过去的复合树脂相比较性能上有更大提高，其优势就是色泽更逼真，抛光性与持久性更佳，超强强度更耐磨，可以广泛用于前牙或后牙。

2.纳米粘结材料 从BisGMA粘结剂和酸蚀技术用于口腔临床以来，在口腔临床粘结治疗方面获得很大进步。口腔内环境有其独特性，使许多粘接材料和粘接技术没有达到理想要求。随着纳米技术的广泛运用，纳米材料的日益发展，将纳米粒子加入现有的口腔粘结材料中进行改性外，还把纳米杂化树脂（poss）作为基质，用它与硅基纳米材料发生共聚，从而得到高强度、热稳定、耐久性的高粘结性材料。这种材料不仅能很好地克服酸蚀过程中造成的牙本质小管闭合问题，而且能在牙体和材料之间发挥较高的粘结性，使粘接技术和粘接材料达到一个更高更新的水平。牙本质过敏是口腔内科临床上常见病多发病，是牙齿上暴露的牙本质在受到外界刺激，如温度、化学性、机械性刺激后，引起牙齿的酸、软、疼痛症状，这主要是牙本质暴露后，牙本质小管内的液体，即牙本质液对外界刺激产生机械性反应所引起。临床主要是通过在暴露的牙本质表面涂布粘结剂来缓解敏感症状。在临床口腔常用的光固化粘结剂中加入一些纳米材料，不仅能提高其粘结力，还可作为牙本质过敏治疗的封闭材料。主要是利用纳米粘结材料来封堵牙本质小管，可以使牙本质过敏得到迅速和永久的治愈。

3.纳米根管充填材料 临床上用于做根管治疗的根充材料要求有以下特点：其一，能把炎症始发地彻底清除，能使根管封闭、死腔消灭，从而防止微生物进入根管内，阻止根管再次受到感染；其二，材料自身有恢复组织病变的能力，对根尖孔的钙化闭合有促进作用。因羟基磷灰石颗粒的尺寸较大，如单纯使用羟基磷灰石作为根管充填材料，在根管充填后形成的整体脆性较大，弹性模量与牙根牙本质不匹配，从而出现明显的微渗漏。随着纳米羟基磷灰石生物材料的出现，能很好解决根充材料存在的关于生物相容性的难题。经过大量基础和临床研究，发现纳米羟基磷灰石的结构与天然骨的无机成分很相似，均有良好的生物相容性，两者可以紧密结合，结合后周围组织未见有炎症和细胞毒性的发生，其对骨组织还有良好的诱导性。材料的组成和构造与脊柱动物硬组织相似，生物相容性良好[14～16]。将纳米羟基磷灰石制成糊剂用于充填根管，大多数病例根尖透影区变小或消失，临床症状消失，成功率达93.2%。根尖周围组织有病变的牙齿，成功率达93.8%。王艳玲[17]研究指出，用纳米羟基磷灰石根充与传统氧化锌丁香油糊剂根充两者相比较，在根管壁密合度方面，前者明显优于后者。纳米羟基磷灰石具有良好的根尖封闭特性，用其作根管封闭剂可减少微渗漏的出现。不少学者把具有良好的生物相容性，可使病变组织愈合加快，根充不会被组织吸收的纳米羟基磷灰石作为根管充填材料和根尖屏障材料，对其可行性进行了大量的临床研究[18～22]，取得良好的疗效。纳米羟基磷灰石材料本身无杀菌作用，将碘或其他抗生素加入其中可以使该材料的抑菌和抗菌效果提高[23]。张海燕等[24]对难治性根尖周炎应用无机抗菌剂作为根管充填剂进行根管治疗，取得很好临床疗效。本身没有成骨性的纳米羟基磷灰石，可为新生骨的沉积提供合适的生理基质，引导牙骨质不断沉积来封闭根尖处的根尖孔。有临床报道将其用于年轻恒牙的根管充填特别合适。

纳米技术与纳米材料在口腔外科学中的应用 1.纳米技术在拔牙麻醉上的应用 拔牙麻醉时的注射操作和疼痛往往让患者感到害怕和恐惧。临床上可使用丁卡因进行组织的表面麻醉或局部注射碧兰麻来减轻患者的疼痛，但有时仍会出现诸多问题如麻醉镇痛不全、血肿、面神经暂时性麻痹等。随着纳米技术的发展，口外医生可将纳米粒子活性麻醉剂悬液直接涂布在牙龈和牙龈沟内，在声学信号（如超声波）或程序化的化学反应链（电化学机制）的指引下，经牙齿的薄弱区牙颈部，药物通过牙本质小管到达牙髓腔，达到麻醉效果。比牙本质小管管径（1～4 μm）小数百倍甚至数千倍的纳米粒子，可由信号引导，从牙本质小管灌流到牙髓腔内，起到麻醉效果，实现牙科无痛麻醉，给患者减少疼痛和恐惧感。

2.纳米复合体材料修复骨缺损 随着口腔材料学不断发展，羟基磷灰石作为新兴的材料，可大量用于口腔骨组织缺损的修复，如牙槽骨再造、牙周骨组织缺损、颌骨囊肿等。研究表明：羟基磷灰石所具有的许多特征与多种因素有关，尤其与它的颗粒直径大小有密切关系。如果颗粒直径大小在1～100 nm，羟基磷灰石则会具有特有的生物学特点。纳米羟基磷灰石的晶体构造与自然骨中的无机成分相比较，两者极为相似，都可以通过氢键方式与蛋白质及多糖结合在一起。无细胞毒性，生物相容性好，故认为其是多种口腔疾患造成天然骨质缺陷最好的替代物[25～29]。纳米羟基磷灰石材料既可作为骨形成的支架，而且还对骨细胞有引导的作用。有学者用纳米羟基磷灰石复合胶原植入术，对牙周病造成骨组织缺损的患者进行临床治疗及疗效观察，取得令人满意的临床效果[30，31]。羟基磷灰石复合胶原与周围组织相容性好，其组成和构造跟天然骨相似，本身无细胞毒性，对牙周膜细胞的生长和新生骨的形成有促进作用，故认为它是一种良好的组织工程支架材料。清华大学材料科学与工程系研制的纳米羟晶/胶原仿生骨，用来修复家兔颅颌骨实验性穿通性骨缺损，因仿生骨有良好的生物相容性，对骨组织的再生、修复起到促进作用，从而取得良好的骨创愈合效果，达到骨创的关闭和骨性桥接。有学者用纳米羟基磷灰石人工骨充填慢性根尖周炎及根尖囊肿手术后的骨缺陷区内以及下颌智齿拔除后的牙槽窝内，均取得令人满意的疗效。颌骨囊肿是口腔科的一种常见疾病，为减少术后出现感染概率，缩短术后修复时间，防止患者面部出现畸形，可加入纳米羟基磷灰石人工骨，纳米羟基磷灰石人工骨在充填骨缺损的同时，使感染问题得以解决，而且对骨诱导作用明显，手术操作简便易行，应在口腔外科临床工作中广泛推广。

3.纳米控释系统在肿瘤治疗中的应用 纳米控释系统包括纳米粒子和纳米胶囊，它们直径在10～500 nm之间。药物可以通过吸附作用、附着作用位于粒子表面或者通过溶解、包裹作用位于粒子内部。在外磁场的引导下，将磁性纳米颗粒作为药剂载体引导到肿瘤患者的患病部位，对病变部位进行定位治疗，这样可以减少治癌药的毒副作用，提高药物疗效。恶性肿瘤血管组织的通透性较大，细胞的吞噬能力较强，用静脉给药方式把纳米粒子运送到肿瘤组织，可使药物疗效得到提高，降低毒副作用和减少给药量。Lebold T等[32]把针孔结构的纳米硅石当作载体，结合多柔比星，将两者制成薄膜，与其他给药方式比较其释药时间显著延长。作为抗恶性肿瘤药物的输送系统，纳米控释系统被认为是最有发展的应用之一。纳米颗粒乳剂载体与分散于人体内的癌细胞容易融合，临床上可利用它将抗癌药物包裹。有人用聚乙烯吡咯烷酮纳米粒子将抗癌药物紫杉醇包裹用于肿瘤治疗，结果表明，含紫杉醇的纳米粒子与同浓度游离的紫杉醇在治疗肿瘤疗效方面，前者疗效明显增加。大量研究显示，具有纳米级的一些抗肿瘤药物，延长在肿瘤内停留时间，肿瘤生长缓慢，同时减少对组织器官的毒性和副作用，减少药物剂量。纳米脂质载体在肿瘤造影和成像等方面具有较好的优势[33]，因为其对药物、基因、成影剂有较好的包封率。

综上所述，随着纳米材料与纳米技术的兴起和快速发展，为口腔材料学的研究提供了一种全新的方法和手段。使我们能以全新的思维模式从纳米水平来重新探索和研究材料的成份与结构，从而为口腔医学领域研制出更好更理想的口腔材料。

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“DNA鸭子”与“纳米猛兽”

在《纳米艺术概论》一书中，纳米艺术被定义为“使用纳米技术手段、方法创作的，纳米尺度或反映纳米题材的艺术”。在微纳米艺术作品中，纳米画与纳米浮雕的区分已经很模糊了，对于由若干个分子或者是原子在基体材料表面拼成的图形，实际上我们已经很难说它是浮雕或者是纳米画。尽管如此，我们仍然可以将微纳米动物艺术作品分为平面的微纳米动物绘画、浮雕和雕塑。

科学家采用原子力显微镜探针，拨动DNA分子链在材料基体表面上拼绘的“DNA鸭子”，是一张扫描探针显微镜（SPM）的照片；DNA鸭子的轮廓线宽度为10余纳米，鸭子身高几百纳米，立体度很小，故可以归结为纳米画范畴。美国犹他大学机械工程系学生Ecsedy与该校艺术技术交叉研究中心合作的纳米浮雕作品，作品中的“纳米猛兽”，采用聚焦的电子束在材料表面“雕刻”而成。整个动物的身高为几百微米，立体度为百十微米。

从制作工艺来看，微纳米动物艺术作品可以分为传统手工艺的作品和微纳米加工技术的作品。基于传统手工艺的代表是当代英国微雕大师Willard Wigan创作的《针孔里的车马》。整个马车的长度约一毫米，马的腿、尾巴、耳朵等细节的尺寸仅为百微米。该微雕作品的创作过程实际上和宏观的雕刻作品相似，只不过创作或欣赏过程中均需要高倍的显微镜，同时，它的创作对雕刻的工具也有很高的要求。基于微纳米加工技术的的作品创作时通常需要扫描探针显微镜，或能够产生聚焦的离子/电子束设备，同时还对实验条件有苛刻要求。

从作品的尺度来讲，微纳米动物艺术作品可以分为百微米量级的以及微纳米量级的两大类。一般来说，基于传统手工艺的作品大都属于百微米量级的，这些作品的整体尺寸近乎毫米量级，但局部细节属于百微米量级。基于微纳米加工技术的作品则大多属于微纳米量级。百微米量级的作品通常在高倍的光学显微镜下就能看得清楚，而要欣赏微纳米量级的作品，则通常需要分辨率更高的电子显微镜，甚至扫描探针显微镜。

从计算机虚拟与现实的角度来看，微纳米动物艺术作品可以分实际的纳米动物作品和计算机虚拟设计的作品。

从作品的创作机理来看，微纳米动物艺术作品可分为基于物理方法和化学方法的作品。一般来说，传统手工创作的作品大多属于物理方法；另外，依靠扫描探针显微镜的探针，拨动纳米颗粒、分子，或者在材料基体表面刻画出动物的形象等，也属于物理方法。从作品创作的必然性和偶然性来看，又可分为有意识的，以及偶然间得到的作品。

针孔里的车马

传统的微雕技术：微雕艺术作品通常都是在高倍的光学显微镜下完成的。以《针孔里的车马》为例，为了制作针眼中的车马，作者使用极其微小的刻刀对金颗粒、砂糖或者沙粒进行微雕；雕刻这些作品时，注意力要高度集中，呼吸均匀，并利用两次心跳的间隔来工作；微雕完成后，再移植到针孔中去。整个创作过程中，任何细微的失误都会导致整个创作的失败。

离子/电子束刻蚀技术：采用电磁场加速和聚焦带电的离子或电子，进而可对材料的表面进行刻蚀，由于离子和电子的德布罗意（物质波）波长很短，因而刻蚀精度更高。离子/电子束光刻主要包括聚焦离子/电子束刻蚀和离子/电子投影刻蚀等。遗憾的是，离子/电子束刻蚀技术效率低下，很难在实际生产中得到应用，但这并不妨碍科学艺术家用它开展纳米雕刻艺术创作。

双光束聚合技术：近年来，一种被称作“双光束聚合”的技术已经被发展到三维纳米构型的加工，并被用于材料表面微观塑像的构建。最为典型的当数日本科学家的雕刻作品《纳米公牛》。该纳米牛的高度与红血球直径相当，高约数十微米。在纳米公牛像的制造过程中，科学家使用两股激光射线照射浸在合成树脂溶液中的材料表面，溶液中只有被两股激光射线交叉照射到的那部分树脂才凝固起来，形成雕塑件的“部件”，这样的部件的精度为120纳米。

扫描探针显微镜技术：上世纪80年代，扫描探针显微镜（SPM）的发明使人们对物质世界的认识与改造深入到了原子和分子层次。现在SPM已经发展为一大类型的显微技术，包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、扫描力显微镜、近场光学显微镜、弹道电子发射显微镜、热扫描显微镜和静电力显微镜等。SPM不仅可以对材料表面进行微观成像，还能对材料表面进行微加工，因此被科学家誉为纳米世界的“眼”和“手”。

化学催化气相沉积技术：美国伦斯勒工业大学约翰·哈特教授使用大约1.5亿根纳米碳管制作了一组花花公子的兔子画像，每个微型兔子头像包含上亿个纳米碳管，这些纳米碳管像丛林中的树木一样垂直地排列着，每个纳米碳管都是中空圆柱体结构，其直径仅为人体头发的五万分之一。

计算机纳米工程建模技术：计算机辅助纳米工程设计软件是近几年才出现的新生事物。这些软件是依据生命科学、物理化学、分子物理力学等工程原理来构建纳米器件的综合设计工作平台，软件充分体现了纳米器件“从上到下”及“从下到上”的设计思想。这些软件为创作包括纳米动物形象在内的纳米艺术作品提供了平台。目前，许多纳米艺术家利用这些软件，开展了纳米艺术创作的尝试。

篇3

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自然的新层次，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，如电子的德布洛意波长、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，认识新规律，提出新概念，建立新理论，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、新方法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。

1研究形状和趋势

纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。

纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。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问题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，到目前为止，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。 加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。

2国际动态和发展战略 斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10－”bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。

最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 为了使中国科学院在世纪之交乃至下一世纪在纳米材料和技术研究在国际上占有一席之地，在国际市场上占有一份额，从前瞻性、战略性、基础性来考虑应该成立中国科学院纳米材料和技术研究中心，建议北方成立一个以物质科学中心为基础的研究中心（包括金属研究所），在南方建立一个以合肥地区中国科学院固体物理所和中国科技大学为基础的研究中心，主要任务是以基础研究为主，做好基础研究与应用研究的衔接和成果的转化。 3国内研究进展

我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介人，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。

目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学烹北大学、西安交通大学、天津大学。青岛化工学院、华东师范大学＼华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学 近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到 3mmX3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是唯一维纳米丝和纳米电缆：应用溶胶一凝胶与碳热还原相结合的新方法，首次合成了碳化或（TaC）纳米丝外包覆 绝缘体SIOZ和 TaC纳米丝外包覆石墨的纳米电缆，以及以S江纳米丝为芯的纳米电缆，当前在国际上 仅少数研究组能合成这种材料。该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（CrN）、磷化钻（COZP）和硫化锑（Sb。S。）纳米微晶，在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜中用中温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金?从四氯化碳（CC14）制成金刚石”～文，予以高度评价。

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一、纳米技术知识基础设施计划概述

1．纳米技术知识基础设施计划与纳米信息学2012年5月，即在材料基因组计划颁布11个月之后，美国“国家纳米计划（”NationalNanotechnologyInitiative，NNI）提出纳米技术知识基础设施计划，以确保美国在纳米领域可持续设计方面继续保持其国际领先地位。该计划旨在建立一个直接面向问题、面向需求的纳米技术知识基础设施，从而加快美国在纳米领域技术发现与技术创新的速度。从计划的内容与目标不难看出，此项计划与材料基因组计划有诸多相似相通的地方。提到纳米技术知识基础设施计划，必须要提及纳米信息学（nanoinformatics）这一重要的概念。纳米信息学指的是开发和实施有效的机制以帮助相关机构对纳米技术信息进行收集、验证、储存、分享、发掘、分析和应用，覆盖整个纳米领域，影响到研究、开发以及应用的方方面面。一个不断完善的纳米信息学基础设施将通过不断改善实验数据的再现性，以及通过促进工具和模型的开发和验证，而将数据转换成信息加以应用，从而确保国家纳米技术可持续性发展。因此，纳米信息学将为纳米材料和产品的合理设计，研究方向最优化和风险评估奠定坚实的基础。从这个角度来看，纳米技术知识基础设施计划和纳米信息学的发展同时也为材料基因组计划的实施提供了必要的补充与帮助。

2．纳米技术知识基础设施计划的基础与助推力（1）多元化的合作团队建立一个由科学家，工程师和技术人员组成的多样性的协作团队，对于美国纳米技术的研究、开发和应用至关重要，它们是美国纳米技术核心竞争力的中坚力量。该团队涉及纳米技术研究、开发乃至产业化的方方面面，包括多方面的研究力量，主要有：实验科学家、计算科学家和理论家，产业工程师，负责材料合成、测试、质量监控等的技术人员。（2）跨学科的协作网络建立一个灵活的可以开展多学科知识协作的网络，有效衔接基础实验研究、建立模型和应用开发，对于提高研发效率具有重要的作用。可靠的计算模型能够准确地预测和设计具有理想性能的纳米材料并进行风险评估和管理。此外，模型在开发新概念以及加深人们对纳米级材料的性能和行为的理解方面也起着重要作用。因此，当模型和实验结果在网络中能够被迅速分享时，基础研究与应用开发就可以更加有效迅速地连接起来，从而有的放矢提高研发效率。（3）可持续的计算工具箱一套能够促进实验分析和理解纳米材料的计算工具对于完成纳米技术知识基础设施计划而言至关重要。计算工具能够帮助人们发现在当前理论框架中不明显或难以表现出来的材料的性能与现象之间的关系。因此，经过验证、易于访问且得到良好维护的模拟软件将对纳米材料的性能和行为做出可靠的模拟，从而有效帮助纳米材料的设计与开发。（4）坚实的数据基础纳米技术知识基础设施计划迫切需要建立一个坚实的纳米技术数据和信息基础，将纳米材料设计、合成、性能、现象以及对生物和环境的影响等方面实验数据进行整合。开源数据与软件、开放获取的方式、通用的数据传送与存档格式、标准化的词表等都是建立这一基础的必要条件，对研究人员管理与储存实验数据具有重要的意义，同时也将极大地促进不同学科间研究人员的数据共享与彼此合作。

3．纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划相互促进、共同发展材料基因组计划是美国众多行业众多机构为加速本国先进材料的发现和巩固制造业的地位而共同做出的努力。纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划的合作涉及纳米技术知识基础设施计划的所有方面，特别是研究方法和数据方面的建设。通过相互间合作与交流，纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划将实现互利共赢。因此，这里所介绍的纳米技术知识基础设施计划将直接为材料基因组计划作出贡献。纳米技术知识基础设施计划试图通过模型、模拟工具和数据库的发展，以实现对纳米级尺度和亚微秒领域里各种现象的预测。相比来说，材料基因组计划的范围要宽得多，既包括纳米级别也包括宏观尺度的材料信息。纳米技术知识基础设施计划的实施对材料基因组计划来说，将是其重要和有利的补充。纳米技术知识基础设施计划取得的重要成果，如数据格式标准化，使实验科学家与理论家相结合以加速材料设计的方法等可适用于材料基因组计划的其他相关领域。同样，通过材料基因组计划开发出的与纳米材料相关的方法和标准等也可以在纳米技术知识基础设施计划的工作中进行探索，测试和评估。通过持续的交流与合作，在这2项计划指引下合作的各部门成果将推动整个时间与空间范围内材料的研究与开发，以进一步提高美国在材料与制造领域甚至更广泛领域的竞争能力。

二、启示与建议

材料基因组计划后，我国学术界迅速做出了反应。在中国科学院和工程院的推动下，计划的当年，近百名材料领域的科学家会聚北京香山，召开了“材料科学系统工程”会议，并提出建设集理论计算、数据库和测试三位一体的共用平台、实现重点材料示范突破以及成立多方协作的指导委员会等建议。在过去的2年多里，在中国工程院、中国科学院、科技部等机构以及上海市、北京市等地方政府的努力下，我国的材料基因组计划正在逐步落到实处，其研究理念也越来越多地被学术界所接受和采纳，不同学科背景的研究人员也逐渐投身此中。十几年前的“人类基因组计划”，我国尽管在后期也有少量参与，但是并没有能抓住那次重大科学计划的先机。因此，面临比“人类基因组计划”更为广泛的“材料基因组计划”，我国政府和相关机构能够迅速做出响应并踏实努力，确实有很大的进步且值得肯定。但在赶超的过程中，我们决不能简单照搬国外计划的内容与方案，而应深入消化吸收，并结合自身情况做出适合国情的选择与决定。

1．积极鼓励并大力发展原创的材料计算软件美国材料科学家已经通过不断改进计算方法，在计算预测模型上取得了不少成果，只是苦于一直没有合适的平台向制造业分享这些研究成果。材料基因组计划正是为他们提供了一个向材料科学家和制造商在内的整个材料科学界共享数据和计算工具的平台。当然在建立这个平台的过程中，随着交流与合作的加深，还将伴随计算工具与方法的不断改进与提高。而我国在材料计算软件上的开发几近空白，几乎没有自主知识产权的通用程序包。除了个别单打独斗的研究小组，我国材料计算大都依靠外国商用软件，在使用上有很大的局限性。因此，我国推动材料基因组计划的发展，首先亟需解决的是形成规模化的长期稳定的开发队伍，开发自主知识产权的各种模型、算法和大规模科学计算软件，摆脱国外软件的垄断和限制，为我国新材料产业的全面发展打下坚实的基础。

2．依托现有基础将数据库建设细化对材料的性能进行成功模拟和预测取决于2个基本要素，一是计算模拟方法和软件，另一个就是材料数据库。从材料领域的广度和深度，不难看到建立材料数据库将会是一项庞大的系统工程，需要政府、学术界、产业界通力合作，需要投入大量的人力物力和时间才能完成。高度规范化的系统数据库是决定这项计划成败的关键。美国政府也并没有从零开始建设，而是依托纳米技术知识基础设施计划的实施或者IBM和哈佛大学这样的机构自身的基础进行建设。我国可考虑依托“863”“、973”、国家科技支撑项目、国家自然科学基金等现有科技计划，对已完成项目的实验数据进行整理归纳，在统一的加工、标引与建设规范的指导下，逐步建设完成整个材料领域的数据库。2014年3月正式开通的“国家科技报告服务系统”，可系统查阅国家科技计划项目所产生的科技报告，涵盖国家科技投入产生的大量科技信息和数据。如果能够设计合理的字段与入口，也极有可能对材料领域的数据库的建设起到支撑与帮助作用。

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[关键词] 纳米技术 体育 应用 思考

随着科学技术的发展，如何将纳米科技真正应用于体育运动，使运动训练更加科学化，使运动员的运动能力和运动技术水平得到更充分的发挥，运动成绩的提高更加有保证已经成为研究重点。

一、体育与纳米技术

1.利用纳米技术进行运动员的科学选材。由于纳米科技推动了微观生物学的发展进程，运用人类基因组计划和纳米技术，有助于我们对人类基因组中与运动成绩密切相关的基因加以认识和了解。有研究表明，人类基因组中有某些与人类运动能力密切相关的基因，其多态性的差异，有可能是造成人们运动能力和训练效果巨大个体差异的最终原因。该领域的研究，为人们进行有效的基因选材提供了理论基础，也为提高运动成绩提供事半功倍的方法。例如在运动员的选材方面，利用纳米加工技术进行DNA的分离和提取，可以快速有效地决定其基因序列，在分子水平上对其遗传、发育进行研究，实现更高层次的基因选材。

2.利用纳米科技揭示人体对各项运动能力的适应度和对各项运动能力的遗传度，找到运动训练在人体生长发育过程中的关键阶段(如青春期)的影响及作用机制。通过开发一种可以植入皮下微型生物芯片，模拟健康人体内的葡萄糖检测系统监测机体在运动过程中血糖水平，然后根据人体需要，适时释放糖等物质，维持机体在运动过程中的血糖水平，有效地提高机体的运动能力。

3.利用纳米技术进行体育运动与健康关系的研究。利用纳米微粒技术，可以灵敏地检测各种组织的特异性蛋白，探讨某些运动性疾病的发病机制，有效地对运动员进行医务监督，维护运动员的健康。通过纳米级敏感器可以监视运动训练导致的细胞内结构的形态与数目的变化，以及这些变化所反映各器官功能结构的功能状态。纳米科技在中国传统医学中的应用，使传统中医药对运动损伤与运动性疾病的预防和治疗具有更好的效果。

4.利用纳米技术防止运动性疲劳和加快其恢复过程。关于运动性疲劳发生的机制，目前虽然有许多假说，但确切的疲劳机制还有待于进一步研究。由于纳米科技在医学上的突破，将对运动疲劳机制尤其是在中枢神经系统方面及其靶器官和靶细胞的研究将更加深入，人们可以利用纳米生物芯片直接研究机体在运动过程中骨骼肌、心肌、肝脏和神经等组织的代谢过程，探讨中枢和外周运动性疲劳及其恢复的生物学机制，并且可以通过某些手段(如纳米药物)抑制导致运动性疲劳的基因表达或诱导加速恢复的基因表达。

5.利用纳米技术防止运动损伤与运动性疾病的临床诊断与治疗。纳米医学材料的研制，对于人造器官、人造肌肉、骨骼、关节皮肤等成为永久性的非排斥性。用纳米机械潜入人体的血管和器官，对人体进行检查和治疗，并且可以进入毛细血管以及器官的细胞内，对损伤的细胞进行治疗和处理，甚至可以从细胞基因组中除掉“有害”的DNA，或把正常的DNA安装到细胞基因组中。

6.利用纳米技术对运动员进行机能评定。在人们全面了解运动引起机体产生适应性变化的基因调节机制后，人们可以通过基因工程技术和纳米技术对运动员的疲劳状态、运动训练的适应性及其免疫功能等进行基因诊断。这种诊断一般是在基因的转录水平上进行评定，可以较早地发现运动员在运动工程中的机能变化,具有较好的应用价值。

7.利用纳米技术了解控制运动营养水平，使运动员的营养代谢趋于更加合理和平衡。通过纳米级敏感器使运动员的营养代谢处于一个精细、准确、严密的监控中。运动员所需的营养素完全按照运动项目特点和个人的生理特点进行补充和调配，使运动员的营养变得合理化、科学化。

8.利用纳米技术对体育运动进行精确客观的定量分析。利用纳米技术对运动时人体的骨骼、肌肉、血液组织以及心血管系统、呼吸系统、消化系统等各器官系统对运动训练的适应性进行客观的精确的定量分析，不仅使运动训练更具有科学性，也大大地提高运动员训练的成材率。

二、纳米技术在竞技体育中的作用

1.纳米相材料技术。这是一种通过控制结构纳米颗粒的大小而制造出强度、颜色和可塑性都能满足人们需要的相材料，这种纳米相材料除微观结构与普通材料完全不同外，在宏观上也表现出许多奇妙特征，如纳米相铜强度比普通铜高5倍，纳米陶瓷摔不碎等。这种纳米相材料技术已应用在体育器械、场地和服装的改进方面。就拿撑杆跳运动员使用的撑杆来讲，撑杆跳高最早使用的撑竿是竹竿，1942年美国运动员达姆首次在国际比赛中使用了轻合金撑竿而创下了4.77米世界记录。可以想象应用纳米相技术，将会生产出具有“个性化”(根据撑竿跳项目的特点和竞赛规则的要求及运动员自身的生理和技能特征的)撑竿，使该项目的世界记录再有突破。

2.纳米复合改进技术。少量纳米材料可以综合改善传统材料的性能。例如美国把AL2O3纳米颗粒加入到橡胶中提高了橡胶的耐磨性和介电特性。

3.纳米器件技术。利用纳米器件技术生产的分子自组织结构可用于电子记忆、数据接收、存储器和传递等，这种器件运用于体育训练将大大增加训练的效率和成绩。

三、纳米技术应用于竞技体育所引起的思考

综上所述，随着科学技术的发展，纳米技术在体育运动中的应用显得日益重要，同时，也会引起一些体育道德和伦理道德问题。同时我们要思考的是：器材的高科技化是否会削弱运动员在竞技体育中的主体地位，从而变相剥夺运动员的竞赛权利？若运动成绩的提高在较大程度上依赖于器械和服装的高科技化，这是否会带来一些新的不公平？器材作弊是否会成为兴奋剂的另一种表现形式？这些是我们必须考虑的。可以通过修改某些项目的器械的设计规则，加强一些项目的器械、服装的申报和检测程序，国际奥委会和各国际单项体育联合会要针对纳米技术等高科技的新成就加强新的检测手段，来杜绝运用器械作弊;通过对运动员、教练员、裁判员和科技工作者等进行个体道德教育，以保证竞技体育更好地弘扬奥林匹克精神。

参考文献:

[1]芸世纪之交的我国运动形态学研究.中国运动医学,2000,19(4):340～341

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1991年，我国召开纳米科技发展战略研讨会，制定了发展战略对策。十多年来，我国纳米材料和纳米结构研究取得了引人注目的成就。我国纳米材料领域的工作者们也以孜孜不倦的探索，推动着纳米材料这门学科不断地前进。这其中，就有一位年轻的学者――刘飞博士。

科研，瞄准前沿

一位年仅三十几岁的学者、一连串前沿成果，刘飞博士称得起“年轻有为”。然而，与大多数年轻人不同，刘飞博士一心一意地埋首于纳米材料领域的研究工作，不沾浮躁之风。在这条道路上，他潜心向前，以“学习”的态度行于斯、研于斯，在一维纳米材料的制备、表征与物性研究的领域上取得了一系列成绩：

首先，在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备中，刘飞使用α―Fe2O3(0001)为基底，以N2和H2为反应气源，首次制备出垂直于基底生长的Fe3O4纳米金字塔阵列。这种新型Fm04纳米材料的阵列很可能在垂直方向上的高密度信息存储中有着潜在的应用，其结果发表在高水平学术杂志AdvMater上。

其次，在单温管式炉设备中，刘飞使用热蒸发冷凝沉积技术在较低的生长温度(

与此同时，刘飞利用真空下高温碳热还原法，首次制备出了大面积垂直于si基底生长的单晶的Boron纳米线和纳米管。扫描电子显微技术(SEM)研究表明所制备出的硼纳米线的长度为5um，平均直径为30nm。透射电子显微镜技术(TEM)和元素维度分布谱技术(ElementMapping)的研究结果都证明所获得的硼纳米材料具有完美的单晶四方结构，它们的生长方向为[001]。电子能量损失谱技术(EELS)研究结果也表明纳米线中硼元素的同时使用开尔文探针技术(KelvlnProbe)首次测试出Boron纳米材料的功函数为4.4eV。并利用改装后的SEM系统中的在位物性测试技术对单根硼纳米线的电导率和场发射特性进行了一系列系统的研究。研究结果表明：单根硼纳米线的电导率为1-8×10-3(n・cm)-1，其开启电场为5.1v／μm，阈值电场为115V／μm；在保持场发射电流为1.05μA的一小时稳定性测试中，单根硼纳米线的电流波动性低于22％并且当电场强度提高到59～74V／μm，单根硼纳米线的场发射电流密度更是达到了2X105-4×105A／cm2，这完全可以满足场发射领域的需要。由于Boron一维纳米材料具有高熔点(2300℃)、高电导率，并且具有独特的“三芯键”结构以及优良的物理和化学特性，所以这种新型纳米材料的发现以及进一步研究很有可能为纳米科学和技术的发展开创了一个崭新的领域。相关科研成果分别发表在知名科学杂志AdvancedMaterla／sc和Uitramzcroscopy上，并由世界上著名的德国的“Nanowerk”网站和国内知名的“科学网”网站分别进行了“Spotlight”报导和专题报导。

除此以外，刘飞使用化学气相沉积技术实现了对不同形貌AIN纳米结构(纳米棒，纳米锥和纳米火山口)垂直阵列的可控生长。为了研究其纳米结构场发射特性的影响因素，刘飞对比了不同形貌氮化铝阵列的场发射特性。实验结果表明，氮化铝火山口阵列具有最好的场发射特性表现，其阈值电场为7.2V／μm，场发射电流的稳定性测试表明其电流波动小于4％。同时，所有三种氮化铝纳米结构阵列都具有和其他很多具有优良冷阴极纳米材料相比拟的场发射特性，这表明其在未来的场发射领域具有很大的应用前景，结果已发表在ChinesePhysicsB等杂志上。

未来，战机握在手中

学习和实践中，刘飞不仅积累了丰富的经验，也形成了一套独特的科研方法和理念，解决了很多工程实际应用的问题，赢得了良好的经济效益和社会声誉，并获得一项国家专利。他是成功的，当然，成功之人自有成功之道。

1995年9月，刘飞迈入吉林大学的校门，考进材料科学与工程专业，四年的本科学习，刘飞以他的聪明和勤奋赢得了老师和同学们的一致认可，连续三年获得“人民奖学金”，并于1999年获“系优秀学生”称号。同年，他以优异的成绩毕业，却并不满足于自己当时的所学，或许是源于心底的那一份母校情结，刘飞选择留在吉林大学进行硕士研究，在材料科学学院攻读材料物理与化学专业。硕士学习期间，刘飞在于文学教授的指导下进行了磁控溅射生长巨磁阻多层膜的研究工作，并于2002年7月完成硕士论文《Cu／Fe多层膜的表面、界面微结构研究》，获得工学硕士学位，其论文获得学校研究生论文比赛优胜奖，这位年轻的硕士研究生充分展露了他在科研领域的才华。

2002年9月，刘飞考入中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室，师从于高鸿钧研究员，攻读凝聚态物理博士学位，2005年9月获得理学博士学位，并于2004年获得“所长优秀奖学金”、2006年获得中国真空学会优秀博士论文奖学金。

在科学的道路上没有捷径，正因为艰难才去登攀，而站得更高才能看得更远，年轻的刘飞博士没有止步于一点点的成绩，在科学之路上，他选择一路向前。自2005年9月，刘飞博士在中山大学理工学院的显示材料与技术国家重点实验室参加工作以来，包括在中国科学院物理研究所攻读博士期间，他主持国家自然基金委――广东省联合基金重点基金一项、国家自然科学基金青年基金一项、教育部博士点新教师基金一项，并且参与了多项国家“973”和“863”项目，共发表了学术论文(SCI、EI和ISTP收录)二十余篇。

自此，在外人看来，他的人生似乎已经进入康庄大道了，然而，“人生也有涯，而知也无涯”，国际上风起云涌的科技发展愈来愈强烈地吸引着他的目光，视线的开阔，令他在学术上有了大幅的前进。目前，还有国家自然科学基金青年基金项目等4项国家和地方自然科学基金项目研究，在他的主持下紧锣密鼓地展开着。

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【关键词】食品包装 纳米材料 食品贮藏

引言

纳米科学是20世纪末兴起的最重要的科技领域之一，因其在国计民生等诸多领域都产生了深远甚至革命性的影响，得到了各国政府的高度重视与投入。美国自1991年开始将纳米技术列为“政府关键技术”；我国将纳米科学研究列入“863计划”、“国家基金重大研究计划”等重点研究计划。伴随纳米科学理论日益成熟，纳米材料的应用领域不断扩大。纳米材料因其特殊的结构，产生了小尺寸效应、量子效应、表面效应（界面效应），具备卓越的光、电、热、磁、放射、吸收等特殊功能，在机械、电子、化工、包装、国防等领域有着广阔的应用前景。

1 纳米及纳米材料

1.1 纳米

纳米（nanometer）是一个长度单位，1 nm=10-9m，通常界定1-100nm的体系为纳米体系。由于这个尺度空间略大于分子的尺寸上限，恰好能体现分子间相互作用，因此，具有这一尺度物质粒子的许多性质均与常规物质相异，在这个领域中物质的性质有时既不能用经典力学、电磁学等加以解释，也不能用量子力学等理论来理解，需要一个全新的理论和视角。研究上述领域的客观规律的科学被称之为纳米科学。

1. 2 纳米材料

纳米材料根据构成材料物质属性的不同，可以分成金属纳米材料、半导体纳米材料、纳米陶瓷材料、有机纳米材料等，当上述纳米结构单元与其他材料复合时则构成纳米复合材料。纳米复合材料中包括无机一有机物复合、无机―无机复合、金属―陶瓷复合、聚合物―聚合物复合等多种形式。

1. 3 纳米包装材料

食品包装材料多由聚合物制成，如聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二醇（PET）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚酞胺（尼龙，PA）等，其制成包装材料透气性难以满足各式果蔬的呼吸强度，尤其当果蔬的呼吸强度很高时，大部分膜不能使包装内氧气和二氧化碳配比达到最佳。进入20世纪90年代，纳米材料及技术的应用发展，给聚合物包装材料的发展带来的巨大革新，纳米包装材料应运而生。

纳米包装材料主要是指应用纳米技术，通过对包装产品进行纳米合成、纳米添加、纳米改性，使其具有某一特性或功能的一类包装材料的总和。在食品包装领域，研究最多的纳米包装材料是聚合物基纳米复合材料PNMC（Polymeric Nano-Metered Composites），常用的聚合物有PA、 PP、 PE、PVC、 PET、 LCP等，常用的纳米材料有金属、无机物聚合物等无机系和有机系成分，通过扦层复合等技术将高分子聚合物和纳米材料复合。

2 纳米包装材料在食品贮藏中的应用

复合纳米包装材料的优良性质使其在食品包装领域广受欢迎，纳米抗菌性包装材料、纳米保鲜包装材料、纳米高阻隔性包装材料等已在食品包装中有了一定的应用，其中在食品保鲜领域中的应用研究已较深入。

采用纳米复合技术制成的新型包装材料聚酞钱-6塑料（NPA6）与传统的尼龙塑料相比，有更多的优越性。其氧气和二氧化碳的透过率降低了一半，水的透过率也下降了30%左右。用它来包装食品，如香肠、火腿、泡菜等，食物的变质程度更小，保质期更长。添加0.1 %～0.5%的纳米Ti02制成的包装材料可以防止紫外线引起的肉类食品的自动氧化变质，保护维生素和芳香化合物不受破坏，使食品保持新鲜。陈丽等人将纳米Ti02粒子和其它11种功能材料加入到PVC中研制出的保鲜膜，可使富士苹果的保存期延长到208天，同时对蔬菜也有较好的保鲜效果。

纳米银粉应用于食品包装中既有抗菌又有保鲜的作用，对细菌和霉菌等抗菌效果好、抗菌时间长，添加到食品包装材料中可保持长期的抗菌效果，且不会因挥发、溶出或光照引起颜色改变或食品污染；同时，纳米银粉具有对乙烯氧化的催化作用，在保鲜包装材料中加入纳米银粉，可将果蔬食品释放出的乙烯加速氧化，减少乙烯含量，达到果蔬保鲜的效果。

结语

用于食品包装中的纳米包装材料优于一般材料，其具有抗菌、低透氧率、低透湿率和阻隔二氧化碳等优点，且具有韧性强、耐磨性等机械加工性能，耐热性、透明度高、抗磁防爆等理化性能。因此纳米包装在食品包装领域中得到了快速的发展。

参考文献

[1]刘兴华，饶景萍.果品蔬菜贮运[M].西安，陕西科学出版社，1998.

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论文摘要： 纳米技术作为一种新兴的科学技术,随着技术的发展,纳米技术已经被日趋应用于生活领域的各个方面。本文回顾了纳米技术和纳米材料的发展过程并对纳米材料在食品安全的应用进行了介绍和论述。 

 

纳米技术是20世纪末兴起并迅速发展的一项高科技技术,随着研究的深入和科学的发展,纳米技术已经日趋成熟并广泛的应用于各种领域,近年来纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业,在此技术上开发、生产了许多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品,纳米材料在食品安全上也发挥着越来越重要的作用。 

纳米是一种几何尺寸的度量单位,l纳米为百万分之一毫米,即十亿分之一米的长度。以纳米为基础的纳米技术在20世纪90年代初起得到迅速发展并先后兴起了一系列的像纳米材料学、纳米电子学、纳米化学、纳米生物学、纳米生物技术和纳米药物学,纳米技术就是一种多学科的交叉技术,最终实现利用纳米机构所具有的功能制造出有特殊功能的产品和材料。因此,利用纳米技术制造出来的材料就具有微观性和一些普通材料所不具有的功能。 

 随着纳米技术的发展,纳米食品生产也取得了很大的成就。目前,纳米食品产品超过300种,一些带有纳米级别添加剂的食品和维生素已经实现商业化。据预测纳米食品市场在2010年将达到204亿美元,因此纳米技术在食品上的研究有着很大的发展潜力。纳米技术在食品上的研究和应用主要包括纳米食品加工、纳米包装材料和纳米检测技术等方面。 

所谓纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品。纳米食品不仅仅是指利用了纳米技术的食品,更大程度上指里哟个纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。尤其是利用纳米技术改造过结构的食品在营养方面会有一个很大的提高,在这方面应用最广泛主要有钙、硒等矿物质制剂、维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶等。 

然而纳米食品也存在一些问题,首先由于对于纳米食品的加工主要是球磨法这就使得在纳米食品生产的过程中容易产生粉料污染,同时现有的纳米技术也会产生成材料的功能性无法预测,纳米结构的稳定性不高等问题。纳米食品还存在另外问题那就关于纳米食品的安全检测并没有个一个同一的标准。目前,国际上尚未形成统一的针对纳米食品的生物安全性评价标准,大多数是短期评价方法,短期的模型很难对纳米食品的生物效应有彻底的认识。而部分纳米食品存存在一些有害成分,并且经过纳米化后,这些物质更加很容易进入细胞甚至细胞核内,因此副作用也就越大,而这些由于安全检测的标准不统一可能在检测的时候检测不出来,因此纳米食品的安全标准有待进一步统一。虽然纳米食品存在一系列的问题但是纳米技术在食品包装和保险技术中却得到了很好的应用。 

首先,在已有的包装材料中加入一定的纳米微粒可以增加包装材料的抗菌性从而产生杀菌功能。目前一些冰箱的生产技术中已经应用了这种技术生产出了一些抗菌性的冰箱。 

其次,由于纳米材料的特殊性质,加入一定的纳米微粒还可以改变现有的包装材料的性能,从而进一步保证食品的安全。目前,部分学者已经成功的将纳米技术应用玉改进玻璃和陶瓷容器的性能,增加了其韧性。同时,由于纳米微粒对紫外线有吸收能力,因此在塑料包装材料中加入一些纳米微粒还可以防止塑料包装的老化,增加使用寿命。从而为食品生产提供了性能更加优越的包装容器。 

第三,由于纳米材料的力磁电热的性质,使得纳米材料有着优越的敏感性。一些学者已经在研究将纳米材料的敏感性应用到防伪包装上面并取得了一定的成就。新的防伪包装的产生,无疑能够进一步加强普通食品和纳米食品的安全。 

第四,经过研究发现纳米技术和纳米材料的一些性能能够很好的解决食品的保鲜问题。 

经过研究发现传统的食品保鲜包转,在起到保鲜功能的同时还能够产生乙烯,而乙烯又反过来加剧了食品的腐蚀,因此可以说传统的食品保鲜包转并没有能够很好的起到保鲜功能。在纳米技术在研究过程中,发现纳米ag粉具有对乙烯进行催化其氧化的作用。所以只要在现有的保鲜包转材料中加入一些纳米ag粉,就可以加速传统保鲜包转材料产生的乙烯的氧化从而抑制乙烯的产生,进而产生更好的保鲜效果。 

综上所述纳米技术虽然还有一些不足和缺陷,但是经过多年的研究和发展纳米技术已经取得了很大的进步和发展,并且已经开始应用于生产和生活领域。纳米技术和纳米材料以其特殊的性能不紧能够生产出性质更加优越的纳米食品同时通过改善包装材料还可以进一步提高食品的安全。 

 

参考文献 

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[9]袁飞,徐宝梁,黄文胜,唐英章.纳米技术在世界范围内 食品工业中的应用[j].食品科技. 

篇9

【关键词】纳米；科技发展；纳米科技

1.何谓纳米科技

所谓纳米尺度是指十亿分的一米，约为人类头发直径的八万分的一，相当于十个氢原子的直径长。纳米科技涵盖材料、微电子、计算机工程、化工、化学、物理、医学、航天、环境、能源以及生物等各领域。而纳米科技一般系指利用数个纳米至数十个纳米的观察与操作技术，制作出具有该尺度的各种功能新颖的构造体，将其制作成各种不同领域与制程整合并加以利用的技术。

2.纳米材料的特性

当材料结构小到纳米尺寸时，材料中的晶粒大小介于一到十纳米范围的间。一般定义晶粒或颗粒直径小于1　0　0纳米的粒子称为纳米晶。当超威粉粒直径、薄膜厚度或孔隙直径从微米减小至纳米等级，具有与一般固体晶相或非晶质结构不同的原子结构；且有与传统晶粒或非晶质材料不同的性质，这些材料结构已小于可见光的波长，其表面原子所占全体原子的比例将快速增加，故其表面未饱和键数很多，使得纳米具有极高的表面活性，因此表面能量占全体总能量的比例也快速增加，其具有大表面积的特殊效应，又因其固体表面原子的热与化学稳定性比内部的原子要差得多，造成此表面原子有催化剂的作用。目前我们所使用的材料结构尺寸已经缩小到器件所利用的物理原理即将失效的阶段，科学家们预测这些物理原理的适用性再撑不过十年，由于纳米结构材料，仍有很多的新化学性质及物理性质，例如材料强度、模数、延性、磨耗性质、磁特性、表面催化性以及腐蚀行为等，会随着粒径大小不同而发生变化，也就是说如果我们想要利用纳米材料结构，不只需要找出更好的材料、更简便和可信度高的生产方法，同时也必须了解其新物理和化学性质，想出新运用的原理，并且可以做出特定大小、形状，或有可区分出不同尺寸与形状的纳米制造技术。

3.半导体纳米组件

目前电子产品组件中的晶体管和链接尺寸都已经缩小到0.13微米（百万分的一米）　以下，在计算机内两公分平方的中央数据处理器，英特尔（　intel）　的最新商用微处理器pentium　4，系使用0.18微米制程，于一个微处理器内包含4700万个晶体管，若使用0.02微米制程，则每一个微处理器几乎可容纳10亿个晶体管。当我们从0.13微米发展到0.10微米将会面对棘手的技术障碍。为进一步的发展，需要材料、非光学微影制程、蚀刻、沈积和低温退火等多方面的突破。除此的外，设计、检验、测试和封装技术都需要艰难的技术革新。英特尔的创办人的一、摩尔博士于1965年曾谓微处理器的晶体管密度，每十八个月会增加一倍，此即为摩尔定律，业界要维系摩尔定律，就必须不断的提升制程技术，其中的关键技术即为微影，例如传统微影制程使用的365纳米、近紫外光，其解像度大约在0.30-0.35微米间，而目前4　～　5年内的主要曝光技术则是深紫外光光学微影（duv），2000年全球微影设备出货量中，d　u　v设备占6　2％，9　9年时为57％，在d　u　v曝光技术中，　193纳米氟化氩（arf）　雷射为深紫外光光学微影的主要光学光源，其解像度为0.13-0.10微米。更多的工作将会集中于如何在更少的基底损坏和更高选择率的前提下净化和蚀刻芯片。我们会努力将阻抗更低的材料、导电性更高的薄膜、新型金属或金属化合物和导电性更低的隔层材料应用到新的生产线中。除此的外，许多的专家将会投入大量时间研究原子级检验、超高速芯片级测试和高效可靠的封装。台湾有不少硅晶圆制造公司已经成功地发展出小于0.11微米的组件。

4.扫描探针微影术在纳米科技的应用

扫描探针微影术是利用扫描探针显微镜（如原子力显微镜及扫描穿遂显微镜等）　来进行纳米级微影的新技术。可用以针对材料表面特性的检测，近年来更利用微小的探针头尖端靠近材料表面以产生局部的强电场或低能电子束，用于改变表面特性的扫描探针微影术，即由相关参数的调整，而发展出多种扫描探针显微加工技术。而其运用的范围已扩及表面物理、固态物理、生物物理、生命科学、材料科学、纳米科学等学术研究，以及纳米量测、半导体检测、超精密加工、生物技术与纳米技术等工程研究与实际运用。扫描探针显微镜由于可达到原子级或纳米级的分析能力，而且进行测量

与加工所需旳能量差别不大，因此同一系统几乎可同时进行纳米量测与纳米加工，是未来纳米技术最重要的基础关键技术的一。其中，使用导电探针以产生场致阳极氧化作用的方法更被应用于制造纳米尺寸的组件，如场效晶体管、单电子晶体管、单电子内存、高密度数据储存媒介等。

5.纳米碳管的研究

纳米材料的研究为目前科学技术发展的先驱之一，其中，近年来被发现的纳米碳管更是因其优异的性质而备受瞩目，并拥有许多潜在的应用。纳米碳管有很高的化学稳定性、热传导性和机械强度，尤其是独特的电子性质，使其可应用在场发射平面显示器上，有极大的发展潜力。自1991年被s.　iijima发现以来，已逐渐成为科学界的主流研究课题的一，纳米碳管主要是由一层或多层的未饱和石墨层（　graphene　layer）　所构成，在纳米碳管石墨层中央部分都是六圆环，而在末端或转折部份则有五圆环或七圆环，每一个碳原子皆为s　p2构造，基本上纳米碳管上石墨层的构造及化学性质与碳六十相似。制备方法大致可分为三种：第一种为电浆法，由二支石墨棒在直流电场及惰性气体环境下，火花放电而生成。第二种方法为激光激发法，由聚焦的高能量激光束于120℃高温炉中挥发石墨棒而生成。第三种方法为金属催化热裂解法，在高温炉中（＞700℃）　由铁、钴、镍金属颗粒热裂解乙炔或甲烷而生成。由于上述三方法对于量产纳米碳管依旧有一段距离。

6.生物科技在纳米技术的应用

纳米科技不只可以应用在电子信息工业上，在生物和医学上也一样有用。当我们有一天能区分出健康和患病者d　na基因内码排列的差异性时，也许可利用纳米技术来加以修正；生物芯片因为结构微小，其侦测灵敏度特别的高，只需要极少量分子即能检验出病因，现在我们生病时所做生理检查总是避免不了验血、验尿、验一大堆东西，有些检验还得等好几天的细菌培养，生物芯片一旦发展成功，小小的一片，从分子生物学出发，一次便可做多种检验，且不到几分钟或几秒钟便能全部完成；当然制造小医疗器件，把它注入体内做长期医疗工作也是发展方向之一，器件小会减少对其他器官正常作用的干扰。另外在基础生物医学方面，生物分子如何作用也可用纳米技术做非常细微的分析，即以了解其作用机制，预料利用纳米技术，有一天科学家可以测量单一分子的光谱和键能，也可切割或连结某一特定的分子键，一个分子马达如何的旋转，还有一个蛋白分子如何的松缩等现象也都可利用原子力显微镜等显微技术直接观察研究。

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纳米科技和纳米材料是20世纪80年代刚刚诞生并正在崛起的高新技术,它是研究包括从亚微米、纳米到团簇尺寸(从几个原子到几百个原子以上尺寸)之间的物质组成体系的运动相互作用以及可能的实际应用中的科学技术问题,研究内容还涉及现代科技的广阔领域。世界各国都对纳米技术给予了极大关注,美国、日本、德国等发达国家,都将纳米技术和纳米材料作为研究开发的热点课题,并得到政府的资金支持。随着科技发展进步,人类对纳米科技的研究日益广泛深入,纳米技术也已开始得到了较大范围的应用,并越来越深入地影响和改变着人们的生产、生活及思想,而对经济、政治及社会的影响则更多地体现在各国间对纳米科技及其应用的激烈竞争上。具有特异功能的各种纳米材料越来越多,由纳米材料制备的功能性产品也不断地被开发出来,开始形成一个新型的纳米功能性产品的产业领域。在众多的纳米材料中,一些高性能的纳米陶瓷粉体材料,也就是广义上的无机非金属纳米材料的开发应用最为广泛和活跃,并已在多种产业和实际产品中得到应用,出现了高性能多功能性纳米产品,从而使得许多传统产业正在发生一场新的技术革命。随着纳米技术和纳米材料进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将会给整个社会带来更大的经济和社会效益,并对人类社会的发展和进步产生深远地影响。

纳米是一个长度单位,1纳米等于十亿分之一米,20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。20世纪90年代起,各国科学家纷纷投入一场“纳米大战”,在0.10―100纳米尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性。

中国科学界不甘人后,1993年中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地,并居于国际科技前沿。研究材料学的专家学者也不甘人后,纷纷把眼光瞄准了“纳米”这一新技术领域,使得纳米科技和纳米技术取得了迅速地发展。随着纳米材料和纳米技术进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将会给整个社会带来更大的经济和社会效益,对人类社会进步产生深远的影响,同时发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。战略性新兴产业是新型科技和新型产业的深度融合,代表着科技创新的方向,也代表产业发展的方向,使战略性新兴产业尽早成为国民经济的先导产业和支柱产业,要大力推动自主创新、提高原始创新能力和关键核心技术创新能力,着力突破制约经济社会发展的关键技术问题。加快推进自主创新,紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇,更加注重自主创新能力,加快科技成果向现实生产力转化,加快科技体制改革,加快建设宏大的创新型科技人才队伍,谋求经济增长与发展主动权,形成长期竞争优势,为加快经济发展方式转变提供强有力的科技支撑。

太原高科公司及企业技术中心简介

太原高科耐火材料有限公司于1989年由高树森董事长基于创新耐火材料,服务产业经济的梦想而发起创立。在成立之初,这只是一家简易的小型耐火材料厂,经过几年的艰苦奋斗,企业取得了初步的发展。1992年经山西省高新技术委员会认定、国家太原高新技术开发区管委会批准,成立了太原高科耐火材料有限公司(简称太原高科)。公司建立了耐火材料生产厂和专门的耐火材料技术研究中心,并被山西省科技厅确立为山西省耐火材料工程技术中心,成为耐火材料行业唯一的国家级高新技术企业。并承担山西省高端重点行业用耐火材料的技术研究与开发工作。先后研究开发出多种耐火材料高新技术产品,及时将研究成果转化为生产力,大大促进了企业的发展,同时为技术研究和自主创新提供了雄厚的资金支持,形成了生产与科研相互促进的良好局面。公司与国内多所高等院校、科研机构在产品开发、技术交流等领域建立长期的合作关系,使公司在新产品技术性能、使用性能、技术储备等方面不断创新,形成了产学研联盟,具备研究、开发、生产高技术特种耐火材料能力,形成了自主研发、自主创新和自我实现产业化的良性循环。经过20年的发展,在实现了公司的管理升级和稳步、持续、快速发展的同时,确立了以“以科研为依托,市场为导向”的科技兴企的发展战略。

目前,太原高科已通过ISO9001-2000国际质量体系认证和ISO14001:2004环境管理体系认证,被山西省科委确定为“山西省科技先导型企业”、太原市科技局授予“太原市科技创新示范单位”、太原高新区授予“十佳技术创新项目企业”及“质量管理先进企业”、山西省认定为企业技术中心。最近,中国耐火材料行业协会授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技术研究中心“行业纳米材料产业化示范基地”的称号。

实践证明,坚持科学发展观,坚持走自主研发和自主创新的道路是太原高科发展的根本。通过多年的努力,太原高科公司已走出了自主研发、自主创新、自主生产科研成果的路子,由“中国制造”变为“中国创造”,而且实际效益十分突出,在这次金融危机的冲击下,该企业也受到一定程度的影响,但在高董事长的带领下克服重重困难,企业产值利润仍得到了较大增长,并且由于纳米科技、纳米材料开发成功和应用,企业潜在产值利润发展空间十分广阔。这同时也从一个侧面说明,我国科技体制改革中建立以企业为主体、产学研结合的技术创新体系,并将其作为全面推进国家创新体系建设的突破口,只有以企业为主体才能坚持技术创新的市场导向,有效整合产学研的力量,确实增强国家竞争力,以企业为主体的创新机制,对科研成果迅速转化为生产力具有重要的推动作用。

纳米耐火材料研究成果概述

耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子、国防等基础工业领域重要的基础材料,是高温工业热工设备不可缺少的重要支撑材料,与钢铁等高温工业的技术发展相互依存互为促进。为了开发21世纪新一代耐火材料,迫切需要运用尖端的纳米技术和纳米材料开发后续的纳米耐火材料。随着科学技术进步的日益加快和对纳米技术广泛深入的研究,作为高新技术,纳米技术得到了迅速发展和广泛应用,并且越来越深入地影响和改变着人们的生产、生活及思想,而对经济、政治及社会的影响则更多地体现在各国间对纳米技术及应用的激烈竞争上。耐火材料作为高温工业,特别是钢铁工业服务的基础材料,它一直伴随着高温技术和材料科学的进步而发展。如何应用尖端的纳米技术和纳米材料来改变耐火材料的组织结构,特别是微观显微结构,全面提高耐火材料的各项性能指标,更好地满足钢铁等高温工业发展及使用需求,一直是广大耐火材料工作者所关注的热点问题。因此,高科公司和技术中心研究人员在高树森董事长的带领下,对纳米技术、纳米材料及其在耐火材料领域中应用开展了长期的、多方面的探索与尝试,并且在此工作基础上还进行了专题研究和自主创新工作;结果表明,采用纳米技术制备的纳米陶瓷粉体材料所具有的功能特性,在纳米耐火材料领域中应用都能够充分地显示出来且得以确认;采用纳米技术和纳米材料制成的纳米耐火材料产品,在钢铁工业新技术(如炼钢二次精炼)中使用,也显示出令人振奋的使用结果。

近年来,我们对纳米技术和纳米材料进行了深入研究和自主创新,自2008年至今,在将近两年的时间里,共申报了六项纳米耐火材料发明专利项目,涉及耐火材料的主要品种,前五项发明专利均已公布,并经有关部门严格筛选后评定,被列为年度国家重点发明专利项目,并纳入国家发明专利实施转化项目中,还被国家知识产权局出版社编入发明人年鉴中;前两项发明专利获第九届香港国际发明博览会金奖,又获第十二届中国北京国际科技产业博览会第三届中国自主创新杰出贡献奖。2010年这些纳米发明专利在第十三届中国北京国际科技产业博览会上又获“中国自主创新杰出贡献奖”,并在“中国高新企业发展国际论坛”上做了《关于发展纳米科技和纳米耐火材料自主创新及其产业化》的重要报告。六项纳米发明专利项目分别是:

纳米耐火材料发明专利之一

纳米复合氧化物陶瓷结合铝―尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101397212A)

纳米耐火材料发明专利之二

纳米Al2O3薄膜包裹的碳―铝尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101417884A)

纳米耐火材料发明专利之三

纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石―镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101544505A)

纳米耐火材料发明专利之四

纳米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳―尖晶石镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101555153A)

纳米耐火材料发明专利之五

纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法(公布号:2101767999A)

纳米耐火材料发明专利之六

纳米SiO2、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法(申请号:201010165554.9)

纳米耐火材料系列发明专利的公布,是纳米技术和纳米材料在耐火材料领域中成功应用的重要标志,也是纳米技术和纳米材料在传统产业中自主研发、自主创新的重要发展方向,对钢铁等高温工业的发展和高新技术的应用,作出了重要贡献。同时,发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。具有战略性的纳米新兴产业是新兴科技、新兴产业的深度融合,代表着科技创新的方向,也代表产业发展的方向。使纳米战略性新兴产业尽早成为国民经济的先导产业和支柱产业,要大力推动自主创新,着力突破制约经济社会发展的关键技术问题。加快推进自主创新,紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇,更加注重创新,加快自主创新能力,加快科技成果向现实生产力转化,加强科技体制改革,加快建设宏大的创新型科技人才队伍,谋求经济增长与发展主动权,形成长期竞争优势,为加快经济发展方式转变提供强有力的科技支撑。太原高科纳米耐火材料的研究及其发明专利成果,大大推动了我国纳米技术、纳米材料的进步与发展,为耐火材料的发展开辟了一片新天地,也为开发更长寿、更节能、无污染功能化的新型绿色耐火材料带来了发展空间。为了进一步深入发展纳米技术在耐火材料领域中的应用研究,使纳米技术在耐火材料领域中得到更广泛的应用,太原高科将研究开发更多更实用的纳米耐火材料发明专利成果,以满足钢铁等高温工业发展需求,也为钢铁等高温工业技术的实施与发展提供了最佳服务。

发展“绿色耐材” 节能减排

耐火材料是高温工业的重要基础材料。在全球大力发展低碳经济形势下,实现高温工业的“绿色化”与耐火材料工业自身的“绿色化”不无关系。绿色耐火材料战略是关系到我国当前和今后耐火材料行业可持续发展的重要发展战略。我国在耐火材料总产量和品种数量上是当之无愧的世界第一。但就“绿色度”而言,差距却甚大,表现在诸如:炼钢耐火材料的平均比消耗高出国际先进水平1倍以上,高性能、长寿命产品比例少,质量稳定性欠佳,技术附加值不高,能耗高,存在环保和公害问题,某些原料资源短缺等。

我们研究开发的新型纳米耐火浇注料及其整体浇注技术,大幅度提高浇注的整体炉衬的使用寿命,节省资源,且节能环保,生产成本相对较低,经济适应性强,无粉尘,无排放有害气体,特别是无纳米粉体的污染,是真正的绿色耐火材料,适应循环经济发展要求,具有显著的经济效益和社会效益,已达到国际先进水平。该系列项目的大力推广也将为我国丰富的耐火矿产资源在现代耐火材料应用中提供广阔的发展前景,将资源变为产品,推动市场效益,可带动资源产业的更快发展。

建立纳米耐材产业化示范基地

我国钢铁产量巨大,2009年钢产量达5.7亿吨,位居世界首位,约占世界总产钢量的47%以上,钢铁生产的高速增长是伴随着流程优化与结构调整来实现的,其重要的就是对加快推进生态文明建设是从清洁生产总体高度上,加快科技创新与进步,继续将纳米技术纳入到耐火材料尖端技术之中,进行深入的研究开发和自主创新,并实施产业化,对钢铁等高温工业发展、高新技术的采用与实施、节能减排、提高质量、创新品种都将发挥非常重要的作用。

纳米科技和纳米材料是21世纪最有发展前景的高新技术,它对国家经济发展、经济转型、传统经济改造、自主创新等均具有重要意义。然而,纳米科技和纳米材料只有在生产实际应用中才能体现出自身的重大价值。国外多个国家都对纳米产品的产业化给予特别关注,并且作为纳米科技发展水平的重要标志。纳米材料制备技术由实验室转移到工厂生产势在必行,在纳米技术产业化过程中存在多方面制约纳米发展的瓶颈问题。为了解决纳米耐火材料产业化中出现的各种瓶颈问题,我们开展长期的专项研究并取得了较好的效果,这就为纳米耐火材料产业化铺平了道路,为加快推进产业结构调整,完善现代产业体系,加快推进传统产业技术改造,加快发展纳米战略新兴产业,全面提升产业技术水平和国际竞争力,都具有重大意义。

为此,建立纳米耐火材料产业化示范基地,对当前和今后耐火材料工业和钢铁等高温工业的发展是非常有意义的,而且也是十分紧迫和刻不容缓的。此外,国际间纳米技术和纳米材料的竞争更多体现在工业生产的纳米产品上,太原高科对纳米科技和纳米耐火材料的研究开发和自主创新作了长期的艰苦努力,并取得多项发明专利成果,并且对纳米科技和纳米耐火材料继续开展深入研究和产业化基地建设将会取得更多、更大进展,为我国纳米科技发展作出贡献。产业化示范基地建立后,太原高科将运用多项高新技术,谋求与尖端的纳米技术整合,加速纳米耐火材料的理论与实际应用研究,为耐火材料行业的纳米化发展创造条件和奠定基础,完成开发成果后,可积极推进开发和创新成果的产业化,及时服务于钢铁等高温工业生产中,使纳米技术及早地显现出经济效益和社会效益,为科技发展和进步作贡献,努力把21世纪纳米尖端耐火材料的开发与生产做好、做成功;为国家高温工业的发展继续作研发与服务;加快传统工业的改造,促进我国经济的平稳、快速发展。■