纳米技术报告范文

导语：如何才能写好一篇纳米技术报告，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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1纳米医药发展前景分析

纳米医药是最近才出现的一个多学科交叉的领域。虽然目前已经进入市场的纳米医药产品不多，而且这一高风险高回报的领域还并没有充分确立，但是，利用纳米技术的药释系统、诊断方法和药物研发方法正在使药物的版图发生革命性变化，尤其是靶向特异性药释系统很有可能解决许多医学问题。尽管人们对纳米医药的预测是十分鼓舞人心的，但是纳米医药研发也面临着巨大的挑战，主要包括：①成本高。②在没有相关的安全指南出台前，很难得到公众的信任。③能得到的风险投资相对较少。④人们对纳米材料与活细胞之间关系(如生物相容性问题和纳米材料的毒性)了解较少。⑤大型制药公司不愿意向纳米医药投资。⑥生产缺少质量控制，重复性差等。⑦专利局(如美国专利与商标局)和药物审批部门(如FDA)管理措施混乱和滞后。⑧媒体对纳米材料尤其是纳米医药负面影响(尤其是环境、健康和安全性)的关注。为了在政策上适应并促进纳米医药的发展，各国政府也采取了各种措施，希望解决上述问题。各国专利局都在不断改进对纳米医药相关专利的审查，各国政府管理部门也正在制定纳米药物的相关安全指南，以便适应纳米医药产品的发展需求。下面将对美国纳米医药审查体系进行详细介绍和分析。

2纳米医药专利发展现状

在过去十年中纳米医药领域的研究文献和专利申请都迅速增长。欧洲专利局的一项调查显示，向欧洲专利局提交的纳米医药专利已经由1993年的220件上升到了2903年的2000件。根据欧洲专利局的统计结果，在纳米医药专利申请方面，美国一直处于全球领先的地位，从1993—2003年间，其专利申请约占全球总申请量的54％，随后依次是德国占12％，日本占5％，法国和英国均占3％。我国目前只有清华大学材料系研究的纳米人工骨在美国获得了专利。从全球纳米医药专利申请所涉及的领域来看，药释放系统专利最多，约占全球纳米医药专利申请总数的59％，接下来依次是体外诊断方法、成像技术和生物材料专利，分别占14％，13％，8％，药物、治疗和活性移植物方面的专利相对较少，各占3％左右。无论是研究人员、生意人还是专利从业者都意识到纳米医药专利的重要性，都在努力获得尽可能广泛的纳米高分子材料的专利保护。市场上的纳米医药产品相对缺乏也推动了纳米医药专利工作的发展。制药公司认为获得专利是证明自己实力、吸引风险投资的最佳途径。有一些公司认为如果他们不去抢先申请尽可能多的专利，就很可能会因为被别人抢先申请而使自己处于被动地位。同样，研究人员为了提高学术地位也感到申请专利的必要。大多数发明者发现在纳米医药专利出现的早期，PTO对纳米医药专利的管理是比较混乱的，但这正是对有价值的上游技术获得广泛专利保护的绝佳时期。在今后的几十年中，纳米医药将会不断的走向成熟并获得突破性的成果，专利将会给公司带来大量的实施许可费并成为公司交易和合并的杠杆。

3纳米药释系统专利的申请

3．1纳米药释系统专利开发的优势和方法

纳米医药对药释系统已经产生了重大影响，制药公司目前已经意识到药释系统的研究是他们研发过程中必不可少的一部分。根据来自《NanoMar-kets))的一份市场报告的测算，到2012年，纳米技术将使药释系统产生48亿美元的收入。该报告还指出，到2009年全球药释产品和服务市场的收入将超过670亿美元。另外一份来自《NanotechnologyLawBusiness))的市场报告也指出纳米技术能使药释系统市场的销售额从2005年的12．5亿美元增至2010生国堑堑苤查!!塑生塑!!鲞箜!!塑年的52．5亿美元，2015年会增至140亿美元。固体纳米微粒是尺度在1—1000nm的颗粒，能用于药释系统。由于它具有能将各种药物基团运送到身体不同位点，并延长药物作用的性质，因此在药释系统研究中具有重要作用。纳米颗粒的大小和表面性质决定了它在体内的活性。纳米颗粒的物理性质也决定了它在体内能够达到大颗粒所不能达到的地方。另外，粒子大小也影响药物在体内各部位的分布。粒子变小，它的表面积就会呈指数增加，溶解速率和饱和度都大大增加，从而改变在体内的性质。在某些情况下，纳米颗粒药物还能够帮助降低血浆药物浓度峰值，也能防止血浆药物浓度降低至有效治疗浓度之下。目前美国的专利法允许对老药的新剂型申请专利，纳米技术就能够为已经存在的化合物提供新的剂型。这些新剂型能够获得FDA和PTO的批准。只要老药的纳米剂型能够满足专利性的要求，就能申请专利。在美国，创新性的药释系统本身也可以申请专利。创新性的药释系统能够帮助制药公司对已经专利过期或即将过期的化合物设计出新剂型。这种策略能够拖延或打击非专利药对过期专利药的冲击，尤其是当改进剂型的药物优于原专利药时。实际上，这种策略也延长了原专利药物的生命周期，通常也被称为“常绿化”策略。

3．2纳米药释系统专利的审批和申请

3．2．1纳米药释系统新药的审批应当指出的是，把已有药物改造为纳米药物通常会导致产生创新性的新化学实体(NCE)，因为纳米药物与原药物的药代动力学数据是完全不同，换句话说，就是不具有生物等效性，因此纳米制药公司并不能通过缩短的新药申请(ANDA)来通过FDA的审批。

3．2．2纳米药释系统专利的专利性审查标准我们现在还很难判断，纳米颗粒专利是否也将会面临电子商务和生物技术曾经面临的专利障碍。电子商务与生物技术专利最初是被认为不具有专利性的。无论如何，基于纳米颗粒的药物剂型和其他纳米发明一样，只要满足专利性的要求就可以申请专利。在美国，大小本身并不是专利性的标准，某个装置或方法如果只在大小上发生了改变，并不能使其具有专利性。事实上，法条中已经明确规定：如果仅对某种物质、装置的大小加以限定并不足以使其与现有技术相区别而具有专利性。美国联邦巡回法院(CAFC)也认为：如果权利要求中描述的发明仅大小上与现有技术相区别，而在作用上与现有技术没区别，那么，这项发明就不具有新颖性。也就是说，具有纳米级量纲的物质也必须具有新的功能才具有专利性。此外，产品发明者还必须能够证明他们的发明对于本领域普通技术人员来说，不是显而易见的。

3．2．3纳米药释系统专利申请中的困难——证明具有非显而易见性嵋。对已有药物的新剂型申请专利，最大的困难就是证明该项发明的非显而易见性。FrO常认为，新的药物剂型不过是药物的优化，因此，并不具有可专利性。如果剂型中改变的只不过是成分，并且新增的成分曾经被用在其他的剂型中，产生能够预期的作用，这种观点当然是很有道理的。专利申请者要想说服审查员所申请的剂型不具有显而易见性，就必须证明该剂型具有意想不到的优点或改进。例如，降低毒性、增加生物利用度或改变生物利用度、改变药物稳定性、溶解度或活性。这就需要在专利申请中递交相关的试验数据，其中还包括与申请的剂型最接近的现有技术中的剂型的试验数据。这样，专利申请者就能够证明自己的发明具有创新性。由于纳米微粒药物的现有技术还不是很成熟，纳米微粒的性质也常常是很难预测的，因此证明纳米药物与传统药物相比具有意想不到的优点，从而获得专利授权是相对容易的。然而，随着纳米药物现有技术的不断增加，这种专利申请的趋势终将会改变，也将会有越来越多的有关纳米技术的专利、法律问题显现出来。

4美国纳米医药专利体系存在的问题

4．1纳米技术的定义不准确纳米技术面临的一个问题是专家们对纳米技术的定义见仁见智。纳米技术是个概括性用语，它被用于定义产品、过程和特征，并覆盖了物理、化学和生命科学。美国国家纳米技术计划(NNI)中采用的纳米技术的定义是被引用最广泛的一种定义：“1～100nm尺寸问的物体，其中能有重大应用的独特现象的了解与操纵。”然而，一些专家反对给纳米技术限定如此严格的定义，他们认为应该强调数值范围的连续性而不是纳米到微米的界限。很显然，NNI的定义排除许多微米级的方法和材料，而许多纳米科学家都把微米量纲也纳入了纳米技术的范畴。实际上，许多政府机构都面临如何选用纳米技术的定义的问题。例如，FDA、PTO都采用了小于100nm的定义，也就是NNI的定义。这种定义就带来了许多麻烦，这不仅给纳米专利统计工作带来了困难，同时也给正确评估纳米技术的科学、法律、环生垦堑垫盘查!!塑生笙!!鲞篁!!塑境、管理和伦理学问题带来了麻烦。由于纳米技术需要许多技术的集合，每项技术又都有不同的特征和应用。小于100nm的大小可能对于纳米成像公司来说非常重要，因为量子效应直接依赖于粒子的大小。但是，这种大小的界限对于制药公司可能并不十分重要，因为从成分、剂型和有效性的角度来说，大于100nm的尺度也许才能获得某些理想的性质(如提高生物利用度、降低毒性、减少剂量、增强溶解度等)。有些专家指出，纳米技术并不是什么新的概念，因为许多生物分子都与纳米物质具有相似的大小。例如，肽分子的大小与量子相当(<10nm)，一些病毒与用于药释系统的纳米微粒的大小类似(<100nrfl)。因此，大多数分子药物和生物技术都可以纳入到纳米技术的分类中。因此，一些研究者建议纳米技术的定义中对纳米微粒的定义不应仅仅局限于大小本身。欧洲科学基金会对医药领域的纳米技术作出了如下的定义：“采用分子手段和知识用于诊断、预防和治疗疾病，改善人们健康的科学和技术。”这种定义没有局限于分子的大小，而是强调了对纳米材料的可控性操作是否能够带来医疗效果的改进。对于这个问题，也有学者提出，在纳米医药领域，不应该采用NNI的有关大小的限制，而应该把纳米技术应被称为“微型技术”更加合适，这样才能把纳米技术和显微技术都包括在内。

4．2纳米技术的定义不准确导致专利分类产生偏差2004年11月，PTO公布了一个纳米技术的初步分类(被称为第977类)，并且还正在不断补充977类下面的小类。2006年，12月，PTO把大约4500项专利申请纳入了第977类中。然而，这个数字实际上只是很粗略的估算，低于实际的纳米技术专利申请数量。这主要是因为FrO借用了NNI的非常狭窄的定义用于专利分类，就导致了专利分类系统产生偏差，尤其是对纳米医药和生物纳米技术有关的发明进行分类时，偏差就更加明显。另外，这种分类标准既不能很好地体现纳米医药发明特有的特征，也很难体现出纳米医药所包含的跨学科特征。PTO利用这种具有明显偏离的分类系统筛选出的几千项专利并没有达到当初建立977分类的目的，而当初的目的是：统计纳米技术领域的专利申请数量和授权数量、方便专利审查员和专利人进行纳米技术专利的检索。

4．3在纳米医药领域的现有技术检索中存在的问题和挑战

4．3．1审查员的检索资源和水平有限在纳米医药领域的检索中也存在着各种各样的问题。例如，一些专家认为PTO缺乏有效检索纳米医药现有技术的自动检索工具。另外，他们的数据库可能存在数据遗漏的问题。虽然，纳米医药专利的申请已经有显著增加，但是大多数的现有技术都被发表在杂志或书中。网站中的信息和公开的专利文献只是作为辅助的信息。而很多非专利文献，专利审查员是很难获得的，一方面是由于PTO并没有订购相关的商业数据库，另外一方面有些审查员在检索方面还不是非常专业。结果，专利审查员很可能会漏掉一些现有技术。这个问题可能并不仅仅是纳米医药专利审查中存在的问题，在其他技术领域的专利审查中也很常见。

4．3．2检索词难以确定由于目前广泛使用的纳米技术的定义常常相互重叠，就使对纳米技术相关专利的检索比其他技术领域的检索更加复杂。不同的检索词可能指的是相同的纳米材料和结构。例如，“nanofibers”、“fibrils”和“nanotubes”都可以代表多层碳纳米管，“singleshellnanocylinders”，“bucky—tubes”，“nanowires”and“nanotubes”都可以代表单层碳纳米管，因此要想精确作出纳米技术的专利地图是非常困难的。

4．3．3有些文献存在“假象”事实上，有些发明者在专利或出版物常常会把自己的发明撰写得十分隐蔽，以使自己潜在的竞争对手不会注意到他们的技术。另一方面，有一些具有商业头脑的发明者或发明的受让人，会把带有纳米的词汇加纳入到他们的专利或出版物中，以便获得较强的市场竞争力。因此，要在现有技术中找到真正的纳米技术，不但需要在检索专利和商业数据库时巧妙地选择关键词和专利分类代码，还要经过纳米技术专家的筛选，才能检索到最全面、最可靠的现有技术。十几年来，许多国家的专利局都面临着接受大量纳米医药相关专利申请的问题，PTO也不例外。随着纳米医药专利申请量的增多，其授权量也在不断猛增。但是由于PTO没能很好地解决审查工作质量低、专利授权量失控性猛涨以及职业道德降低的问题，将会对越来越紧迫的纳米医药的专利问题带来严重影响。归纳起来，PTO目前正面临的问题有：①审查员由于所能接触到的现有技术和检索水平有限，不能保证对每项纳米医药专利申请进行充分审查，做一】556一生垦堑堑苤查!!塑生笪!!鲞箜!!塑出授权决策依据的信息也往往有限。②审查员缺乏。③资金缺乏。④审查员的薪水只与审查数量挂钩，而不考虑审查质量，所以，审查质量低。⑤除了聘请过少数专家开展有关纳米医药讲座外，几乎没有聘请过外部的法律和技术专家。⑥Fro并不要求其审查员具有很高的学历。⑦没有专门针对纳米医药专利审查的培训教程和审查指南。

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1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划

由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以发表和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。

（1）发达国家和地区雄心勃勃

为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。

日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。

欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。

（2）新兴工业化经济体瞄准先机

意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。

中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。

（3）发展中大国奋力赶超

综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技发表协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行发表与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。

2、纳米科技研发投入一路攀升

纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。

美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。

日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。

在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。

中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。

就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。

另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。

3、世界各国纳米科技发展各有千秋

各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。

（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下

根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。

2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。

在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。

另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头

据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。

专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。

（3）就整体而言纳米科技大国各有所长

美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。

虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。

日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。

在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。

日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。

日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。

欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。

中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。

4、纳米技术产业化步伐加快

目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。

美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。

美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。

日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。

欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。

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【关键词】纳米技术；食品安全；技术检测

一、纳米技术概述

所谓纳米技术(Nanotechnology)是指当令世界人力能控制的最小单位，纳米技术其实就是一种用单个原子或分子制造物质的技术。当前纳米技术的研究和应用主要在材料和制备、微电子和计算机技术、医学与健康、航天和航空、环境和能源、生物技术和农产品等方面。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作出生物材料和仿生材料。纳米是一种几何尺寸的度量单位，1纳米=百万分之一毫米。纳米技术带动了技术革命。利用纳米技术制作的药物可以阻断毛细血管，“饿死”癌细胞。如果在卫星上用纳米集成器件，卫星将更小，更容易发射。纳米技术是多科学综合，有些目标需要长时间的努力才会实现。纳米技术和信息科学技术、生命科学技术是当前的科学发展主流，它们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更美好。纳米技术可以观察病人身体中的癌细胞病变及情况，可让医生对症下药。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。激光技术的发展使拉曼光谱技术获得了长足的进步，而纳米科技的迅猛发展使“纳米增强拉曼光谱(NERS)”在高灵敏度检测方面获得了突破性进展，可达到单分子的检测水平。陆惠宗博士还在报告中详细分析了与液相色谱、气相色谱、质谱、毛细管电泳、ELISA、红外光谱等常规分析技术相比较，纳米增强拉曼光谱在样品处理、检测时间、检测成本、仪器成本、重现性、现场检测等方面所具有的优点。光纳科技还积极与国家质检总局(AQSIQ)、首都医科大学等国内单位合作，共同开展了纳米增强拉曼光谱在检验检疫、唾液检测等方面的研究，并取得了很好的效果。

二、纳米技术在食品安全快速检测中的应用

纳米技术在食品安全检测中的运用。纳米技术与生物学、电子材料相结合，制备出的新型传感器件可用于食品快速检测。目前食品检测分析一般采用化学分析法(CA)、薄层层析法(TLC)、气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)，但需要繁琐、耗时的前处理，样品损失也较大。相对于灵敏度较低的CA和TLC方法，GC、HPLC的灵敏度较高，但操作技术要求高、仪器昂贵，并不适合现场快速测定和普及，而纳米材料本身就是非常敏感的化学和生物传感器，与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加高效、简便。纳米生物传感器已应用在微生物检测、食品检测和体液代谢物监测等方面。所有用于生物传感的纳米材料或器件的结构都有两个特点：第一，它们含有针对分析物的特定的识别机制，比如抗体或酶；第二，它们可以从分析物中产生独特的标志信号，并且这种标志信号可以由纳米结构自身产生或者由纳米结构固定的分子或含有的分子产生。国人深受地沟油之害，网上流传最广大蒜鉴别法——大蒜对于黄曲霉素敏感，如果蒜变红色就是地沟油，但结果证实大蒜与地沟油没有联系，所以大蒜鉴别地沟油的方法并不可行。当然，有的鉴别方法还是有科学依据的，比如有人提出食用油电导率小，而地沟油由于混杂了盐等各种物质，电导率就高。纳米技术的应用，能给我们一个全新的视角。

目前食品检测分析一般采用化学分析法(CA)、薄层层析法(TLC)、气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)，但需要繁琐、耗时的前处理，样品损失也较大。相对于灵敏度较低的CA和TLC方法，GC、HPLC的灵敏度较高，但操作技术要求高、仪器昂贵，并不适合现场快速测定和普及，而以纳米金为免疫标记物的检测技术正弥补了这些技术的缺点，在现代食品分析检测中的运用也越来越多。

农药残留，农药残留分析的困难包括：样品基质背景复杂、前处理过程繁琐，需要耗费较多的时间、被测成分浓度较低、分析仪器的定性能力受到限制、仪器检测灵敏度不够等一系列问题，但使用金标记的快速检测可以很好的解决以上问题。国内的王朔分别使用纳米金免疫层析和纳米金渗滤法检测西维因的残留，整个检测过程只需5min，检测限也分别达到100ug/L和50μg/L。国内的生物技术公司也开发出了成熟的商品化产品，如克百威农残速测试纸条等。

致病微生物检测，目前基于金标记的快速检测研究在致病微生物方面比较多，检测的种类也比较多。最早Hasan以免疫磁性分离技术为基础的免疫胶体金技术已成功应用于01群霍乱弧菌(Vibriocholerae)的检测。国内洪帮兴等人研究了以硝酸纤维膜为载体纳米金显色的寡核苷酸芯片技术，为在分子水平快速简便的鉴别致病菌提供了可能，甚至可以检出致病菌的耐药性变异。该芯片技术对大肠埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌、霍乱弧菌、副溶血弧菌、变形杆菌、单核细胞增生李斯特菌、蜡样芽孢杆菌、肉毒梭菌和空肠弯曲菌等10种(属)具有高灵敏度和特异性，检出水平可达10CFU/mlt251。殷涌光等在使用集成化手持式Spreeta TM SPR传感器快速检测大肠杆菌时，引入胶体金复合抗体作为二次抗体大幅度增加质量，进一步扩大了检测信号，同时延长胶体金复合抗体与微生物的结合过程，使检测信号进一步稳定与放大，从而显著提高了检测精度，使该传感器对大肠杆菌的检测精度由10 6CFU/ml提高到10 1CFU/ml。金免疫渗滤法重要的食源性致病菌之一大肠埃希氏菌0157:H7，目前的检测通常先以山梨醇麦康凯琼脂(sMAC)进行初筛，然后用生化和血清学试验做鉴定，一般需要24-48h，而采用胶体金免疫渗滤法检测却非常的简便，在很短时间即可得到结果。

真菌毒素的检测。真菌毒素(Mycotoxin)是由真菌(Fungi)产生的具有毒性的二级代谢产物，广泛存在食品和饲料中，人类若误食受污染的食品，就会中毒或诱发一定疾病，甚至癌症。检测食品中的真菌毒素常用理化方法或生物学方法。但理化法需要较昂贵的仪器设备，操作复杂。而运用免疫技术检测真菌毒素敏感性高，特异性强，非常适用于食物样品的检测。D.J.Chiao等使用金标免疫层析法在10min之内即可检测50ng/ml的肉毒杆菌毒素B(BoNT/B)，如果使用银增强则其检测限可以达到50pg/ml，而且对A、E型肉毒杆菌毒素没有交叉反应。貉曲霉毒素是曲霉属和青霉属产生的一类真菌毒素，其中毒性最大、与人类健康关系最密切、对农作物的污染最重、分布最广的是赭曲霉素A(OTA)，赖卫华等研制的赭曲霉毒素A快速检测胶体金试纸条，检测限达到了10ng/mlt331，远远低于目前我国对赭曲霉毒素的限量要求5μg/L。黄曲霉毒素Bz的快速检测国内也有很多研究，孙秀兰研制的黄曲霉毒素B，金标免疫试纸条，其最低检测限达到2.5ng/ml，而且能定性或半定量检测食品中的黄曲霉毒素B，含量。

三、小结

食品安全与国人健康幸福指数攸关，做好食品安全监测是我们质量技术监督工作人员艰巨而又伟大的圣神使命。采集各方意见是我们日常工作的重点，同时在采纳高科技，新技术方面也要做出大胆尝试，纳米技术的实践应用就是一个很好的实例，同时我们还要不断探索，不断挖掘出更多更好的检测手段，服务于人民，提升自我科研修养。

参考文献

[1]李华佳,辛志宏,胡秋辉.食品纳米技术与纳米食品研究进展[J].食品科学,2006,27.

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2003年，一些主要的跨国无线运营商将为用户提供高速无线局域网络接入服务，又名wi-fi接入服务。它将使得用户通过计算机、掌上电脑或是手机实现无线连网。市场分析人士预测wi-fi硬件市场明年将增长70%以上。

2、虚拟系统异军突起

2003年，不同的存储系统、服务器及网络设备将通过一种虚拟化的中央技术管理系统连为一体，这种管理系统使得多种相对独立的操作环境可以使用一种单一的资源。

3、大型风险投资称雄

2002年，包括Atlas Venture、Charles River Ventures、Mohr以及Davidow Ventures在内的一些知名的大型风险投资公司均取得了不俗的业绩。对于新兴的风险投资企业，能够在短期之内获得投资回报才能避免在2003年关张。

4、安全芯片成为新宠

英特尔计划在其新一代微处理器中嵌入安全功能，希望计算机能够在开机过程当中自始至终避免黑客的攻击。此外，手机、PDA及笔记本电脑的芯片中还可以安装加密装置。Gartner公司表示，但具有防火墙功能的芯片市场增长率将高达16%。

5、纳米技术事关重大

纳米技术就好比50年前的核技术，没有人能够准确地说出它的应用范围和前景。今年10月，科学家指出纳米技术的两大分支纳米管和纳米粒子可能会对人体健康和环境产生不利影响，而且纳米管和纳米粒子是用肉眼无法看到的，这意味着它们的威胁更大。

6、股票期权神话破灭

2003年，技术公司将被迫把给予员工的股票期权作为公司支出写入财务报告中去，这在短期来将对技术公司将是灾难性的，但从长远来讲情况并不尽然，因为机构投资者很清楚其中的原委，而私人投资者也会逐渐关注公司现金收入的能力，而不是财面上的数字变化。

7、电信寒冬尚未过去

更多电信公司受带宽价格的持续走低影响面临破产，而理由就是这些公司仍旧没有想出如何赚钱。这种困境如同20世纪60年代末70年代初航空公司走过的艰难历程。甚至最乐观的估计到2004年电信公司的情况也不会好转。

8、生物技术机会来临

美国在面临的挑战时突然发现，他们应对生物恐怖威胁的能力十分脆弱。为此，2003年生物技术领域的投资、研发、专利申报以及获利都将十分活跃。但政府的合同一般只会带来15%至20%的收入，这与风险投资希望的投资回报存在差别。

8、广播数字革命

经过10至15年的过渡，所有电台都将从模拟信号转为数字信号传送。数字收费电台的主要竞争对手除了现在的AM/FM电台之外，还包括MP3文件。数字电台的未来发展方向是提高现有技术，使得数字电台信号可以贮存于硬盘上随意播放。

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摘要：《高分子纳米材料》是我校高分子材料专业开设的一门专业选修课。在分析了课程的目的、特点和教学存在问题的基础上，详细阐述了运用视频课程、颠倒课堂、电子产品辅助教学等多元化教学手段，实现本课程的教学改革。

关键词：高分子纳米材；教学改革；颠倒课堂

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）49-0080-03

一、引言

纳米科学与技术是20世纪80年代末期兴起的，经过三十多年的发展，纳米技术已逐步迈出实验室走向市场，其商业化应用在全球范围内迅速展开。全世界都认识到，纳米技术将引起新一轮的产业变革，未来拥有并掌握纳米技术及其应用的国家将更具备核心竞争力。纳米材料科学是涉及到凝聚态物理、胶体化学以及材料的表面和界面等多门学科的交叉科学，而高分子纳米材料同样是涉及高度交叉的综合性学。纳米结构的聚合物材料由于尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应使材料具有独特的性能而在机械、光、电、磁、微处理器件、药物控释、环境保护、纳米反应器及生物化学等方面具有广阔的应用前景[1]，从而掀起了对纳米结构聚合物材料研究的热潮。在纳米科技迅速发展的大背景下，很多高校的材料专业开设了“纳米材料”或“纳米技术”相关课程[2-3]。但据作者所知，江南大学是少数对高分子材料专业开设《高分子纳米材料》课程的高校之一，笔者结合自己的授课经验以及《高分子纳米材料》课程的特点，从其现在面临的题及采用多元化教学手段等方面研究探索该课程的教学改革。

二、课程特点及现有问题

《高分子纳米材料》课程介绍高分子纳米材料的独特性能、制备方法，并将其和学科发展前沿联系起来，主要教学内容侧重如下几个方面：（1）高分子纳米材料的基础知识（包括基本效应、特殊性质）；（2）高分子纳米材料的制备方法；（3）高分子纳米材料的表征方法；（4）特殊功能的纳米材料（如高分子纳米复合材料、高分子纳米涂料、生物医用高分子纳米材料、光/电/磁性高分子纳米材料、超疏水/疏油（双疏）性高分子纳米材料）；（5）高分子纳米材料的应用及生物安全性问题。涉及较多的应用研究型内容、既有理论又有实践，强调理论和实践的结合，且课程的知识点较多，知识的交叉性强。

本课程的开设旨在为具有高分子材料与工程学科背景的学生增加纳米科学及技术的基础知识。通过学习本课程，学生对高分子纳米材料的发展趋势和研究热点有了很深的理解，涉猎了未来高分子纳米材料的重大学科领域。学生的创新思维以及能力得到了不同程度的提升。

作为典型的交叉学科，《高分子纳米材料》课程的教学具有一定的难度。首先，课程内容涉及知识面广，该课程主要解决以下问题：“什么是纳米技术”、“怎么制备高分子纳米材料”、“高分子纳米材料的特殊功能”等，而特殊功能性就包括了光/电/磁性、pH/温度响应性、超双疏性等多部分内容。因此难于在有限的课堂教学时间内全面系统地深入介绍学科内容，容易导致没有节制的填鸭式教学，使学生无法在短时间内消化，影响后续课程的学习。如何准确把握课程的基础理论框架，引导学生开展自主学习，是授课教师在设计课程内容时需要解决的重要问题。其次，课程内容前沿性强，知识更新速度快，研究热点不断变化，新的研究方向与研究成果层出不穷。这就需要授课教师投入更多的时间和精力纵览多个学科的发展，以便能够站在学科的前沿引领学生去认知和创新性思考。再次，内容抽象，尽管纳米材料这门课较新，学生们兴趣较高，但在讲授过程中缺乏实物，无法为学生带来更直观的感觉，从而影响了学生进行独立的思考、个性思维的发展和创新能力的培养。

三、课程教学手段改革

为提高课堂教学质量，提高学生的综合能力，以使学生成为适应社会发展需要的复合型人才，教师必须转变教学理念，激发学生的学习兴趣、主动性、积极性[4]。

（一）课堂多样化教学法

传统教学方式中，老师在课堂上满堂灌，使学生缺乏思考，觉得学习枯燥无味，丧失学习激情。因此，应结合不同的教学内容，授课教师运用“提问式”、“讨论式”等方式方法结合起来讲授，注重与学生的互动。对于理论性较强的内容，多采用图片形式展示，如结合Photo Shop、AutoCAD等绘图软件制作一些多媒体教学课件，根据需要进行拆分和组合讲解，增强学生的直观认识，达到传统教学手段无可达到的演示效果。同时，注重语言的深入浅出，或理论联系实际，如在介绍超双疏高分子纳米材料部分课程时，从自然界中的荷叶效应开始解释，说明荷叶结构与性能关系，从而引入超双疏高分子纳米材料，在快速理解的同时，激发学生的学习热情和投身其研究的兴趣。

视频课件内容丰富、信息量大，教师可以制作或下载相关教学视频，引入更多与课程相关的新知识、新技术和新成果。如介绍生物医用高分子纳米材料在药物缓释领域的应用时，纳米材料怎样进入体内病变部位，怎么靶向、释放药物，达到治疗的效果，如果没有视频，学生很难理解、很难想象；而通过视频将其原理、过程更直观、更形象的展现在学生面前，让学生更容易、更有兴趣地去学习并掌握知识点。

另外，对于相关制备技术与创新应用方面，则要重视启发――探究式的教学，注重理论联系实际以及学生创新思维和能力的培养，比如对于高分子纳米材料的测试表征手段的教学，教师可以结合实验教学，带领学生参观所学习的相关仪器设备，动手操作仪器，这样既可以提高学生的学习兴趣，又可以巩固所学的理论知识，其实践能力也可以得到培养。

（二）颠倒课堂教学法

颠倒课堂教学法坚持“以学生为中心”的教学理念，借助于信息技术在时空上颠倒传统教学中教师的知识传授与学生的知识内化过程，让学生可以在家或课外通过观看教学教案、教学视频中教师的讲解，自主完成对新知识的学习，课堂上教师通过设计一些真实的问题情境，组织学生协作探究解决问题的方法，而学生可以通过与教师、同伴的交流讨论，实现对知识的吸收与深化[5]。颠倒课堂在国外已经取得了较好的效果，而在国内还鲜少尝试。

在《高分子纳米材料》课程中，可以根据需要有选择的对部分教学内容进行颠倒课堂。我们根据前期对学生的调查，学生们一致对生物医用高分子纳米材料非常感兴趣，有很多的问题想了解，如果还是以传统法教学，则无法较好的和他们讨论、回答他们问题，无法满足他们的好奇心。因而，在进行这部分内容教学时，可以采用颠倒课堂的方式。首先在班级的微信群或QQ群里上传教学PPT及相关视频，学生通过学习后，对生物医用高分子纳米材料的发展概况、基本知识、结构设计有了一定的了解；在课堂上，学生先提出问题，分组交流讨论、教师参与讨论；教师最后再补充知识、总结学生问题的基础上，再设计问题让学生深入思考，解决问题。

（三）教学与科学研究复合的教学法

为培养学生应用所学的知识解决实际问题的能力，教师可以将教学与科学研究进行复合。如结合教师们的课题，把最新的科研成果有机地融入课堂教学中，为学生讲解具体的高分子纳米材料制备及性能研究，并让其参与其中，将研究的样品实际展示给学生，调动学生兴趣，突出高分子纳米材料的趣味性、理论性、科学研究性和前瞻性，并加强学生的自主创新意识和科研能力。

另外，邀请国内外高分子纳米材料专家做专题报告和前沿讲座，使学生能够及时了解前沿技术与l展动态；结合教学内容，提出本学科的研究热点问题，与课堂讨论相结合，不仅增强了师生间的互动、活跃了课堂氛围。

（四）借助智能电子产品建立学习平台

21世纪以来，各类高大上的电子产品，如iPad、手机等已成为年轻人须臾不可离的随身之物，这类电子产品极大的分散了学生上课的注意力及降低了学生对学习的兴趣和主动性，因而一直不被教师、家长看好，将之拒于学校与课堂大门之外。然而，随着数字校园向智慧校园的迈进，手机的这种应用及趋势只会越来越频繁，全面禁止大学生在教学过程中接触手机只会适得其反。因此，应顺应学生的心意，改革和完善现行教学方式，在课堂教学、课后练习中有效利用智能电子产品，使其成为辅助教学的良好工具[6]。

在《高分子纳米材料》课程教学中，我们建立了班级QQ群、微信群，通过群平台进行信息、专题讨论、资源共享等，有利于及时消息、正确引导学生、掌握学生动态。教师对根据学生的学习能力、反馈信息，提供个性化的教学要求和实施目标。

微信公众号平台经常相关的知识、发展动向、微课等内容，这是一个可以让学生在课后补充学习的平台。因而，要求学生关注如“纳米人”、“高分子科学前沿”等公众号，认真学习和掌握高分子纳米材料的发展动向。同时，智能手机中的一些APP也对我们课程有很好的帮助，如ACS Mobile、RSC Mobile等，旗下杂志一有新的研究进展及时更新至APP中，让学生更及时了解高分子纳米材料的研究动态与最新成果。

四、结束语

作为本世纪最瞩目的前沿科技研究热点之一，高分子纳米材料也取得了长足发展，很多新的高分子纳米材料产品如高分子纳米涂层、高分子复合材料、药物缓释纳米材料等从实验室走向实际应用，成为保障人类生活和工业发展的重要基础。《高分子纳米材料》课程教学内容的选择要充分考虑到广度和深度的统一、基础和前沿的兼顾、新旧内容的衔接、理论联系实际、巧用电子产品的资源等多个方面。在整个教学过程中，学习者表现较积极，能主动发言并积极参与讨论，各个小组的汇报效果也较好，能够激发学习者的学习兴趣，培养学生创新意识及创新能力。

参考文献：

[1]Vikas Mittal.Advanced Polymer Nanoparticles，Synthesis and Surface Modifications.2011，CRC Press，Taylor & Francis Groups.

[2]刘玉芹，杜高翔，杨静.《纳米材料》课程教学内容与教学方法探讨[J].科技教育创新，2008（3）：210-211.

[3]李本侠，王艳芬，胡路阳.浅论“纳米材料与纳米技术”[J].课程教学研究.2014，40（1）：72-74.

[4]白绘宇，罗静，倪才华，东为富，刘晓亚，陈明清.高分子流变学教学的探讨-借鉴美国大学高分子流变学课程教学经验[J].2015，（7）：89-93

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关键词：纳米材料；功能整理；天然纤维

中图分类号：TS195.6 文献标志码：A

Technological Model for Applying Nanomaterials in Natural Fiber Modification

Abstract： This paper expounded both advantages and disadvantages of four methods for using nanomaterials in fiber modification， including the blended spinning method， finishing method， the grafting modification and the in-situ formation method. Under the condition of remain the advantages of natural fiber， the author put forward two ways of functional finishing by using nanomaterilas， namely， introducing discontinuous nanomaterials on the surface of fiber and embedding nanomaterials inside the fiber， and the effectiveness of these methods was verified by testing samples.

Key words： nanomaterials； functional finishing； natural fiber

自上世纪合成纤维问世以来，合成纤维产业的日新月异发展带动了纤维业向高技术产品的纵深延伸，也推进了现代人们的消费方式，作为单一天然纤维的应用历史也告终结。从产业角度来看，天然纤维为了自身产业的生存，不断进行着技术革新与改良，但天然纤维作为自然产生物，其产品的性能及功能的发展远达不到合成纤维的技术发展速度。

而从上世纪末至近几年，合成纤维已完成了仿真到超真的技术转变，合成纤维超细化加工技术的实现进一步促进了合成纤维制品的多样化和功能化，这对天然纤维产业所形成的发展压力也是空前的。

但技术发展并不是单向性的，当合成纤维借助于功能材料技术的发展而壮大时，作为合成纤维制品实现了诸如抗紫外、抗菌等功能时，天然纤维也同样获得了现代材料技术发展这一平台的支持，产品功能上也有效地获得了技术突破，这一发展，有效地弥补了天然纤维单一的缺陷，也使天然纤维成功地走向了功能化之路。

近年来，产品消费的细分化现象日益显著，各类纺织纤维在服装产品的亲肌肤性、友好性、美观性、功能性等方面表现出了不同的特点和优势，从而也使各种纺织纤维在产品开发方面表现出了不同的特长，这在客观上促进了纺织产业走向细分化、多样化，也促使纺织技术产品的相互交叉或多重风格。

而在纺织产品的功能化实现中，纳米材料的应用对于推进纺织品的功能化起到了十分重要的作用，但这一作用更多地体现在化学纤维的应用方面，在天然纤维领域，纳米技术产品相对较少，所以也影响了天然纤维多样化的实现。

纳米技术及纳米材料已经成为21世纪世界各国争相研究的重点，在纺织工业中，为功能纺织品的开发和纺织品应用领域的拓展提供了广阔的思路和可行性。

1 纳米技术在纺织产品中的应用

目前，利用纳米材料对纺织材料进行改性通常有 4 种技术方法。

1.1 共混纺丝法

共混纺丝法可以用来制备合成纤维和再生纤维，即将功能纳米材料与纺丝切片或纺丝液混合，通过熔融纺丝、湿法纺丝或干法纺丝等纺丝技术制备纳米材料改性纤维。采用共混纺丝法制备的纳米材料改性纤维具有性能稳定，纳米材料与纤维结合牢度高，稳定性好，耐久性好等特点。采用共混纺丝法需要纳米材料具备一定的性能，如采用熔融纺丝时，要求纳米材料具有较好的耐高温性能，并且粒径足够小；采用湿法纺丝或干法纺丝时，要求纳米材料和溶剂或凝固剂无相互作用，并能在纺丝液中保持足够的稳定性。

1.2 后整理法

对于一些天然纤维或者已经以纤维或纺织品形式而存在的纺织材料而言，则无法通过共混纺丝法来实现纳米材料对其的改性，因此后整理法可以解决这个问题。后整理法即是采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将纳米材料附加到纤维上，并使之固着在纺织材料上的一种方法。后整理法通常有以下几种情况：（1）将纺织材料浸渍到纳米材料分散液中，通过纳米材料高的表面能使之吸附在纺织材料表面；（2）将纳米材料分散在一定溶剂中，通过喷涂方式将纳米材料一次或多次沉积在纺织材料表面；（3）将含有纳米材料的整理剂在一定的粘合剂（如反应性树脂）存在下涂覆到织物表面，形成一种功能性的涂层。

后整理法制备纳米材料改性纺织品具有工艺简单、可操作性强等优势。但加工过程中纳米材料易团聚，纳米材料与纤维结合牢度低；或者处理过程中通常含有一些有毒的溶剂或粘合剂，给纺织品带来一些污染；再者一些粘合剂或涂层会改变纤维本身所具有的一些优异的性能，如棉纤维柔软、吸湿、透气等特性，真丝纤维爽滑、和人体良好的亲和力等，使之手感变差，穿着舒适性大大降低。

1.3 接枝改性法

由于后整理法中纳米材料与纺织纤维间缺少相应的作用力，或者粘合剂和涂层的引入会影响织物的性能。因此，通过某种途径赋予纳米材料表面一定的官能团，再与纤维表面官能团直接或间接反应，将纳米材料接枝到纺织材料表面，以提高其牢度且不影响材料本身。也可制备各种微胶囊，将纳米材料置于微胶囊中，然后将微胶囊接枝到纤维材料上。但纳米材料本身改性及微胶囊技术难度高，目前没有得到广泛应用。

1.4 原位生成法

以上方法都是将纳米材料机械式的添加到纤维上，在加工中工艺复杂，或者效果较差，并且由于纳米材料本身的团聚效应，使纳米材料不能在纤维表面获得很好的分布。对于天然纤维而言，纳米材料只能简单地添加在纤维表面，更加导致了其耐久性差。原位生成技术能够同时在纤维的表面和内部生成纳米材料，在纤维上分布均匀。并且纳米材料的制备和对纺织材料的整理同时进行，避免了纳米材料在整理过程中团聚的问题。而且原位生成技术也使纳米材料与纤维天然结合牢度高，因此，正越来越受到广大纳米材料和材料改性研究者的重视。

2 纳米材料在天然纤维改性中的应用

通过长期对化纤类制品的消费认知，人们发现了天然纤维，在综合性的因素（如舒适性、保健性等）方面，都具有不可替代性，尤其作为内衣面料，天然纤维（特别是真丝和棉纤维）制品具有更大的优越性能，这种通过反复实践所获得的消费认知所形成的对产品的“忠城”将在相当长的时期内存在，这也将提醒研究者，在对天然纤维产品功能化研究中，必须充分尊重天然纤维这一特点。

天然纤维作为天然生成物，功能材料的导入方式，将影响天然纤维本身的自然优势。为了保护天然纤维与人体的友好性，在功能化改性中，可以采用以下两种方式。

2.1 纤维表面非连续介质导入法

非连续介质导入，是指在纤维表面离散分布功能材料的细小微粒，不影响天然纤维本身与人体的接触，这一思考依据，对于真丝制品尤其重要，众所周知，真丝的蛋白质结构与人体蛋白质特征有无可比拟的相似性，所以，任何其他功能材料在真丝表面的连续覆盖都将使真丝制品的友好性和亲和性能受到影响。

2.2 纤维内部填埋法

纤维内部填埋，依据来自天然纤维（蚕丝、棉、麻等）本身的结构具有原纤特征，这种原纤特征决定了天然纤维内部具有众多的微孔和微隙，给功能材料的导入提供客观便利，这种导入方式，也对天然纤维功能的长效性有很大的益处，但这一导入手段对技术的要求相对较高。从现有的技术来看，纤维内部组装技术是一种有效的方法，而前述的原位生成技术，也属于这一范畴，这种原位生成技术的特点在于：在功能材料组装前，功能材料本身以离子或分子形式游离进入天然纤维内部，再通过特定的反应环境，使进入纤维内部的离子或分子反应生成具有特定结构的固体材料，从而使功能材料支撑在纤维内部，实现在保护天然纤维本身优势性能的同时，实现其功能的长效性。

从本质上来看，功能纳米材料是最符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的功能元素，也符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的技术要素，由于不同纳米材料所表现的功能性各不相同，可以根据开发的功能，选择不同的纳米材料，但这里所言的纳米技术本身，不仅仅是纳米材料，更重要的是制备纳米材料的工艺过程，只有这样，才能实现从常规整理技术到纳米组装技术的突破。

3 实施案例分析

为了能更好地说明问题，笔者选择自己的部分研究结果进行对比分析。

3.1 形态比较

从图 1 和图 2 比较，图 2 采用了原位生成纳米银技术，有效实现了在真丝纤维表面的离散的非连续纳米银分布，纳米银颗粒细小，不影响真丝材料原有的表面特征。

3.2 吸附量比较

表 1 为普通纳米银助剂整理和采用同样浓度制备工艺原位生成技术（组装技术）两种不同方法处理的真丝织物中的纳米银含量，可以看出，随着银浓度的提高，整理到织物上的纳米银含量增加。比较同一浓度下两种方法整理的真丝织物中的银含量，采用原位生成整理的真丝织物银含量明显高于常规浸渍法整理的真丝织物。说明浸渍法整理真丝织物时，纳米银难于均匀地吸附到真丝织物的内部，主要集中在纤维表面。而原位生成、自组装技术整理时，银离子能够均匀渗透到真丝纤维内部的各个部位，再将其还原，自组装生成纳米银，所以其银含量要高于浸渍法整理的真丝织物。

3.3 耐洗牢度比较

为了比较两种方法整理的真丝织物上的纳米银的牢度，选取两个具有相近银含量的样品进行耐洗牢度测试，在经过不同次洗涤后测试样中的银含量，以此评价其耐洗牢度。表 2 中列出了分别经过10、20和30次洗涤后的样品中的银含量，由表中数据可见，浸渍法整理的真丝织物在经过10次洗涤后，银含量从125.94 mg/kg下降到81.63 mg/kg，下降了35.2%，在经过30次洗涤后，银含量下降到56.48 mg/kg，相比未洗涤的样品下降了55.2%。而通过原位生成法整理的真丝织物洗涤30后，银含量从116.48 mg/kg下降到101.29 mg/kg，仅下降了13.0%。证明了原位生成法处理后，因纳米银分布于纤维内部，并支撑在纤维微孔和间隙中，所以纳米银和真丝纤维的结合牢度远高于普通浸渍整理法，具有很好的耐洗牢度。

以上结果表明，原位生成法整理真丝纤维或制品不仅可以获得较高的银含量，提高纳米材料的利用率，同时还能获得很好的耐洗牢度。

3.4 抗菌性能分析

笔者选择低含量原位生成技术制备的纳米银真丝面料，进行抗菌耐冼性分析，表 3 显示，真丝面料经30次洗涤还具有优异的抗菌性能，能有效满足日常生活中的抗菌要求，也有效节约了生产成本。

4 结语

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英文名称：Research & Progress of SSE Solid State Electronics

主管单位：工业和信息化部

主办单位：南京电子器件研究所(中电科技集团公司第55所)

出版周期：双月刊

出版地址：江苏省南京市

语

种：中文

开

本：大16开

国际刊号：1000-3819

国内刊号：32-1110/TN

邮发代号：

发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1981

期刊收录：

CA 化学文摘(美)(2009)

CBST 科学技术文献速报(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中国科学引文数据库(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊荣誉：

中科双效期刊

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关键词：纳米材料学；全英文教学；成效和经验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0157-02

一、引言

纳米技术与信息技术和生物技术被认为是当今社会经济发展的三大支柱，纳米科技已成为全世界材料学、物理学、化学、生物学、电子学等多学科的研究热点和前沿之一，对多个研究领域产生了广泛而深入的影响[1]。纳米材料是纳米科技的基础和先导，纳米材料的发展把人们探索自然、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，对开辟人们认识自然的新层次、进行知识创新具有重要的科学和应用价值。同时，随着世界经济一体化、全球化进程的加快，我国外向型经济的不断发展，各领域急需既有较高的英文水平，又熟悉专业知识技能的人才。全英文教学既适应国际型专业人才培养目标的要求，同时也是教学改革的重要突破口之一，为上海“四个中心”建设培养国际化人才，使学生具备国际交流、理解、合作、竞争能力。上海市教委从2009年起开展上海高校示范性全英语教学课程建设，旨在促进和形成一批教学理念先进、教学内容优化、教学方法合理、教学水平高的全英语教学课程，发挥课程的示范辐射作用，提高高等学校教学质量[2]。因此，在这个大环境驱使下，上海理工大学为本科生新开设专业选修课――《纳米材料学》全英文课程。

《纳米材料学》课程与其他发展相对成熟的课程相比，具有涵盖范围广、知识更新速度快等特点。针对《纳米材料学》全英文课程的特点和我校学生的基本状况以及全面素质教育的要求，作者认真思考了如何改革课程教学内容和教学方法，这里重点讲述对该课程改革的几点体会。

二、教学的实践中遇到的问题及解决措施

全英文教学是在一些非语言类课程教学中采用英语进行教学的教学形式，具体是指在讲授课程、选用教材、辅导考核等教学环节中运用英语作为唯一的教学媒介所进行的教学活动。中国外语授课从中国现代大学出现时就有了，并以清末的清华留美预备学校为典型代表。讲课方式的提法从“外语授课”过渡到“大学双语教学”（即中英文共用），再到现在部分高校实行的“全英授课”[3]。如果是英语专业课使用全英授课，那么从心理上来讲，学生还是比较愿意接受这样的授课方式的，即使有些地方听不懂，他们也愿意努力去听，但是如果非英语专业课也用全英授课的方式进行教学，除了客观上导致对该课程的“学科性”的忽视，主观上还会造成了学生心理上的一些障碍，让学生在听课过程中出现恐惧、焦虑、沮丧等不良情绪，导致教学效果不理想。此外，通常英语亦非承担全英文教学课程教师的母语，因此，全英文教学对教师和学生均是挑战。针对全英文教学在实践中遇到的问题及解决措施，归纳如下。

（一）全英文教学教师水平

开展全英语教学，合格的全英语教学师资是先决条件。全英教学对教师英语综合运用能力、尤其是口语和写作能力要求很高，教师本人除了具有留学国外的经历和参与国外教学实践外，还必须是具有良好的专业素质和外语素质、开阔的专业视野和全球意识，能够引导学生进入学科前沿的国际化人才。参与全英语教学的教师，除了精通外文教材和大量阅读与教材相关的外文资料外，还需能准确地表达教学内容，有与学生进行深入语言交流的能力。此外，教师必须不断充实和开阔专业视野，了解本专业的国内外研究现状，清楚什么是教学内容，讲授方式最能被学生所接受；对全英文教学的观念要及时更新，不可坚持“教师主导课堂”的教学观念，在教学中，应始终贯穿“以学生发展为本”的理念，引导和激发学生；自觉坚持专业学习和培训，并在教学实践中锻炼和提高[4]。教师一定要与时俱进，孜孜不倦的学习，积极进取，开辟新教法，掌握新知识。我们在实践中发现，随着教学经历的丰富，教师对于全英文教学方式的理解和掌握不断加深，并积极改革教学方式和更新教学内容，教学效果有明显提高。

（二）学生英语基础

学生作为全英文教学对象，其外语水平直接影响课程教学的效果。教师在课前设计一份调查试卷，在第一堂课让学生用英文进行填写，可以大致掌握学生的相关信息和英语水平。另外，要知道，学生入校前大部分接受的是应试教育体系下的公共英语教育，英语口语及实际的交流能力明显不足，由于学生在生活中很少用英语进行实际交流，教师要学会理解、欣赏和鼓励学生，课堂上教师要及时给予学生积极的反馈，表扬学生的进步，鼓励其继续努力。例如对学生用英文回答问题表示肯定，并兴致勃勃地聆听，学生讲完后鼓掌，进行表扬，教师的积极评价会使学生感到自己在进步，认识到自己的每一点进步都能得到教师的赞赏[5]，教师不要吝啬赞扬和鼓励，也不能因为学生在课堂上回答问题出错而责骂。在学生的心目中，教师具有一定的权威性，教师的表扬和鼓励可以使学生鼓起勇气，战胜困难，在学习中取得进步，增强学生的成就感，尽量避免对学生做出负面评价。另外，我们认为全英文教学一定要安排在学生学习了大量的专业知识后进行，这样能保证学生对英文原文内容不生涩，便于进行对外语知识运用能力的培养。

（三）教学模式和方法

全英文教学过程中教学内容主要采用英语讲解，先期执行过程中发现讲解教学内容的过程中学生易溜号或者厌乏。我们在教学中发现采用设问式的英语教学方法，针对疑难点加以恰当的少许中文解释或讲授，课前针对教学内容设置小课题，布置学生小组讨论，引导学生在相关研究领域进行科研实践。通过互动式教学，使纳米材料的专业知识得到不断巩固和领悟，学生可以在比较轻松的环境下，用英语表达自己的想法，使其英语听、说、读、写能力不断提高。因此，多样化模式教学对全英文教学而言相对效果较好。全英文教学相比母语教学更需要降低学习内容的抽象程度，教师在课堂上应尽可能使用简单的英文，把深奥的专业知识口语化，将直观的图片、影片等由多媒体课件整合在一起，有序地呈现，有助于降低全英文教学中学习的难度。我们在全英文教学中使用计算机多媒体演示纳米材料的一些制备过程和应用实例，将一些较复杂的制备工艺过程生动的展示，激发了学生的学习兴趣，使他们在学习专业知识的同时运用英语，在体味英语环境的同时深化专业知识。只有在学生听懂的基础上，教师的努力才不会白费。

三、教学内容的思考

纳米材料是一个新兴的多学科交叉的研究领域，内涵非常丰富。大多数的《纳米材料学》教材都是围绕纳米材料的基本概念、结构性能和表征方法、制备技术、最新研究进展、纳米材料在各个领域中的应用情况以及功能纳米材料等内容编写的，为的是让学生对当今比较热门的纳米材料及其应用发展趋势有一定的认识和了解。我们认为，任何一门课程都应该围绕但不局限于所选用的教材，这一点在《纳米材料学》这门课程的教学上体现的应该尤为突出[6]。纳米材料的世界是一个日新月异的领域，即便是再权威的教材，也没有办法一次性囊括这个领域所有的内容，因此，在教学的过程中必须不断地推陈出新，实现教学内容的基础与前沿、稳定与创新的和谐统一，力求教学内容与时俱进，做到真正的学以致用，才能充分调动学生学习的积极性和参与性。例如，在最后一章――特殊纳米材料，教材里关于纳米碳材料方面的内容只有富勒烯和碳纳米管，而今天，教师在讲授纳米碳材料时，除了富勒烯和碳纳米管这两种纳米碳材料外，势必会花更多的时间来讲授关于石墨烯的相关研究进展，因为石墨烯是当今材料界等相关领域炙手可热的“超级明星”材料，可在现有的众多教材中，能够全面具体地阐述石墨烯的章节却并不多，但这一点并不妨碍这种新材料成为授课中的宠儿。

四、考核方式的探索

纳米材料课程的知识点较多且分散，因此传统的闭卷考试不能全面反映学生的知识掌握情况，在教学过程中逐步地向多样化考核方式改革，考试成绩最终由平时讨论得分、卷面得分、小论文得分和实践得分组成。为提高实践能力，不断加大了实践学时，全英文教学的实践过程是巩固和检验英语学习效果的最佳方式。本课程的实践教学内容主要围绕纳米材料的性能、应用和最新进展等方面，要求学生针对某一主题检索相关英文文献，阅读后写出英文的实践报告并作PPT进行课堂讲解，对学生的知识应用能力和外语组织能力均有一定的要求。从最终提交报告和现场PPT报告中可以看出，学生的英语写作能力有所提高，对课程内容的掌握得到了一定的巩固。

五、结语

纳米材料是一个新兴的多学科交叉的研究领域，在《纳米材料学》教学内容上，教师应与时俱进，把最前沿的知识教授给学生，在全英文教学模式和方法上，教师应采用多样化模式，运用计算机多媒体演示来生动的展示，激发了学生的学习兴趣，在体味英语环境的同时深化专业知识，并采用多样化考核方式，达到学生对知识的加深和巩固。

参考文献：

[1]赵秀霞.新能源汽车的发展现状与对策[J].能源研究与信息，2014，（30）：12-17.

[2]张红，陈峰，孙济庆.上海高校全英语教学课程比较与分析[J].教育教学论坛，2013，（7）：1-3.

[3]钱微.材料科学与工程全英语教学专业核心课程群构建与实践[J].上海理工大学学报（社科版），2012，（34）：320-324.

[4]宇丽，唐明乔.关于高等院校专业课程全英语教学的一些思考[J].基础医学教育，2005，（6）：593-594.

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【关键词】纳米材料教学方法教学改革

【中图分类号】TB383.1-4；G642【文献标识码】A【文章编号】2095-3089（2018）11-0241-01

前言

纳米材料与纳米技术是21世纪最令人瞩目的前沿科技研究热点之一，纳米科技的蓬勃发展对众多研究领域，乃至人类社会的生产生活产生了广泛而深远的影响，纳米材料的应用和产业化已经成为世界许多国家相继研究和开发的重点。《纳米材料》是高等院校一门重要的新设课程，具有前瞻性、创新性、专业性和实践性强的特点。《纳米材料》及其相关的课程也是许多高等学校材料学化学专业的本科生或研究生的专业基础课程，本课程的开展有助于让学生了解纳米材料与纳米科技的发展方向，提高学生的创新性思维能力，引导学生开展纳米科学前沿课题研究，培养潜在的科研人才，同时，对《纳米材料》的教学也提出了较高的要求，因此需要认真思考和研究。

1.教学内容改革与优化

目前的教材多是围绕着纳米材料的基本概念和基本特性、表征方法、制备技术、纳米材料在各个领域中的应用情况以及功能纳米材料等内容编写，而其中的内容很多都已过时，比如在碳纳米材料这一部分内容时，十前年的主要内容是针对富勒烯和碳纳米管的讲解，而今天，该部分的内容可更多的偏向于目前研究较为热门的层状石墨烯材料。此外，材料表征方面的内容在本课程中占有相当大的篇幅，直接讲解纳米材料的表征特性使学生不能深入的理解，教学内容上有必要加入适当课时讲解较常用的表征手段的原理和分析方法，如X-射线衍射，扫描电子显微镜，透射电子显微镜，红外，拉曼等的分析手段。

2.教学手段改革

纳米材料涉及的课程范围较宽，有些章节较为抽象，学生首次接触常会遇到知识过于抽象不便于理解的问题，因此传统的教学模式已不再适应当前培养高素质人才的需要，针对这样的问题，应利用多媒体数字化资源如动画来辅助教学，利用当前各种模拟软件如3DSMAX或PHOTOSHOP将抽象的纳米材料的制备及生长过程进行直观展示模拟，激发学生的学习兴趣。此外，先进的仪器设备是科学研究的重要基础，本学院拥有高分辨透射电子显微镜、热场发射扫描电子显微镜、X射线单晶衍射仪、电化学工作站等设备，需借助这些良好的教学科研基础条件，引导学生参与科研活动，培养学生科研素养，为今后继续深造和走向工作岗位打下基础。

3.教学模式改革

在教学实践中，采取“分组教学”模式，即学生以10-15人为一小组，在既定大课题方向内，由学生自主查阅文献资料，选定具体研究题目，设计实验方案，并与导师探讨方案的可行性。学生在教师的指导下独立完成一种纳米材料的合成制备，对性能测试的结果进行分析，并完整独立撰写实验报告。这种方式将加强学生从理论上学习和理解并能拓展到实际的应用中。这种综合性、多样化的教学模式不仅能加强学生对理论课程的理解的重视，并能极大的调动学生的积极性和创造性，锻炼学生的独立思考能力、动手能力、创新能力、分析解决问题的能力及团队精神。

4.考核方式的改革

纳米材料课程的专业性和前瞻性都很强，常规的考核方式达不到反应学生学习能力和掌握程度的效果，相反地，概念性的知识点较多，一味的要求學生通过记忆背诵的方式来达到考试要求，一方面增加了学生的学习负担，另一方面学生也难以深刻理解所学知识点。卷面考试虽有必要，此外应加入撰写论文的考核方式。该种方式能够督促大三学生对上学期所学的文献检索课程的掌握利用，还能在查阅文献完成论文的同时，丰富与纳米材料课程相关的前沿知识，增强了学生论文写作的思路和方法，对大四的毕业论文的规范写作提前得到了锻炼，为今后的科研工作打下基础。

结语

纳米材料涉及范围广，发展日新月异，通过开展教学与实践及科研相结合的教学模式，提高学生们的学习兴趣，培养学生的独立思考能力、创新能力及团队精神。在以后的教学实践中将进一步加强改革创新，为学生的全面发展和综合素质的提高不懈努力。

参考文献： 

[1]白春礼.纳米科技及其发展前景[J].新材料产业，2001，4：8-11. 

[2]李群.纳米材料的制备与应用技术[M].北京：化学工业出版社，2010. 

[3]朱世东，徐自强，白真权等.纳米材料国内外研究进展Ⅱ——纳米材料的应用与制备方法[J].热处理技术与装备，2010（31）. 

篇10

【关键词】氧化锆陶瓷口腔修复

当前的口腔修复技术在飞速的发展，全瓷材料凭借着自身生物相容性、优良的美学效果、耐腐蚀性、介电性、热稳定性等一系列好的特质，俨然成为在目前使用最广泛的口腔修复材料[1]。传统的陶瓷材料本身强度不足而且脆性较大，限制了其在口腔的修复中的使用。而氧化锆很早就以耐火材料在工业上使用。

在1975年Gavie发现该材料有马氏相变的特征，这才提出利用该特征来征备高韧性高强度的陶瓷，只有这样才能够使得氧化锆陶瓷应用不断进步[2]，使该材料不断被关注。但是常温下的氧化锆需要与稳定剂进行结合才能达到这种亚稳态，才能出现相变增韧的效果。很多国内外的专家学者对氧化锆的稳定剂做了研究。本文的研究报告如下。

1氧化锆的稳定化

1.1氧化锆晶型的转变氧化锆的物理特性为白色粉末状，隶属萤石结构。其阴离子的直径比阳离子的小。氧化锆有3种晶型的分型，分别是：四方晶、单斜晶和立方晶。室温下氧化锆是单斜相，在1170℃的高温下由单斜相变为四方相，在2370℃的高温下由四方相变为立方相。当在氧化锆加入了稳定剂进行稳定化处理之后，室温下就可以存在四方相氧化锆，而且其处在亚稳态，大家都知道四方相的数量对陶瓷的韧性提高作用非常的明显，所以在常温下使用的时候，氧化锆提高氧化锆陶瓷的韧性是用过相变导致微裂增韧、表面残余力增韧等。

1.2氧化锆稳定剂基于这种增韧机理，对于常温下氧化锆保持亚稳态四方相，稳定剂所起到的作用是非常明显的。氧化锆稳定剂是与+4价Zr离子半径非常相近的一些阳离子，这些离子在通常状态下是以氧化物形式而存在，在氧化锆中这些氧化物的溶解度非常的大。在通常使用氧化钙、氧化钇、氧化镁以及其他一些稀土氧化物做为稳定剂。

这些稳定剂可以与氧化锆形成立方晶以及四方晶的固溶体.这些固溶体能够以亚稳态的形式在室温下得以保持。通过加人稳定剂的数量，就能够得到部分稳定或者是全稳定的氧化锆瓷，上述两者在化学性能、物理、烧结性能以及机械性能上存在着较大的差异。在常温下前者孙然存在着单斜相晶体和亚稳态四方相，有明显的相变增韧效果，但是硬度和强度比较低。而在冷却过程中后者的晶型不发生任何的变化，体积上也没有任何的变化。硬度以及强度都很高。可是在常温下因其没有相变增韧的效果，断裂韧度就会显得比较低。稳定剂的加入方式以及种类影响了氧化锆瓷的力学性能、烧结性能，对牙科陶瓷，主要关注部分就是稳定的氧化锆陶瓷。

即使其抗弯强度和硬度都显得相对较低，可是不妨碍其对于口腔内的修复体的整体效能。现在我们使用最多的稳定剂一般有如下几种：氧化钇、氧化钙、氧化铈。

2稳定化氧化锆陶瓷在口腔修复中的应用

由于氧化锆自身具有的优越机械性能，最早就被应用在了成品的桩核系统之上。理想的牙科桩钉标准[3]：①不影响其在医学影像上的成像；②合理传递应力以免根折；③必须能够为内核提供足够的支持力和固位力；④没有形变，而且具有相当好的硬度；⑤可以支撑内核与全冠保持良好的密合；可是传统的铸造金属桩钉一般是Cr、Ni或者是Co—Cr的合金，现实中有人对镍铬有过敏，这些合金会存在着一些离子交换，时间的增加部分患者就会出现龈缘变色，对自身的美观有影响。如果使用全瓷冠进行修复，金属桩核就能够通过龈边缘喝外冠透色，这就影响了其修复效果[4]

而且，金属桩钉对核磁共振还会出现干扰的现象，氧化锆桩钉就不会出现类似的现象，使用X线片能够观察到密合度、位置以及跟面和桩钉。氧化锆具有很好的生物相容性，所以不会给人带来危害，更不会产生过敏和毒性

综上所说，作为一种高强度高韧性的陶瓷材料，氧化锆陶瓷具有非常好的应用前景。随着纳米技术日益迅速的发展，纳米级氧化锆受到的关注也是越来越多。

纳米技术的不断发展使得纳米级的氧化锆也越来越多地被关注，很多学者都开始了对纳米级的氧化锆的研究工作.这样一来就大大降低了氧化锆的烧结温度。纳米级氧化锆的优点就是能够保持纳米级的晶粒，而且晶粒越小，那么单位体积中存在的晶粒数目就会越多，所以能够发生可相变的晶粒数目也就越多。[5]

这些优良的条件都为氧化锆发生相变增韧提供了良好的基础。可是，到目前为止，这一技术还不是很成熟，在制备的过程中，对于反应物初始浓度，软硬团聚，pH值，烧结温度，分散剂等的控制都还不是很成熟，还需要进一步地研究。

参考文献

[1]Stephen D，Campket.Dimentional and formation analysis of a

restoration ceramic and how it works.J P/osthet Dent，1995，24：233-240.

[2]RG Garvie，RH Hanniuk。RT Pascoe.Ceramic steel Nature，1975：258-703.

[3]毛骏飙.陈楷.氧化钇稳定四方锆陶瓷的性能老化研究.材料导报，1997，11（5）：38-41.