纳米材料范文

导语：如何才能写好一篇纳米材料，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。

篇1

自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。从研究的内涵和特点大致可划分为三个阶段。

第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。

第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，基保包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。

如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。著名诺贝尔奖金获得者，美国物理学家费曼曾预言“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子…，那将创造什么样的奇迹”。就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。美国加利福尼亚大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《自然》杂志上，指出纳米尺度的图案材料是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。可见，纳米结构的组装体系很可能成为纳米材料研究的前沿主导方向。

二、纳米材料研究的特点

1、纳米材料研究的内涵不断扩大

第一阶段主要集中在纳米颗粒（纳米晶、纳米相、纳米非晶等）以及由它们组成的薄膜与块体，到第三阶段纳米材料研究对象又涉及到纳米丝、纳米管、微孔和介孔材料（包括凝胶和气凝胶），例如气凝胶孔隙率高于90％，孔径大小为纳米级，这就导致孔隙间的材料实际上是纳米尺度的微粒或丝，这种纳米结构为嵌镶、组装纳米微粒提供一个三维空间。纳米管的出现，丰富了纳米材料研究的内涵，为合成组装纳米材料提供了新的机遇。

2．纳米材料的概念不断拓宽

1994年以前，纳米结构材料仅仅包括纳米微粒及其形成的纳米块体、纳米薄膜，现在纳米结构的材料的含意还包括纳米组装体系，该体系除了包含纳米微粒实体的组元，还包括支撑它们的具有纳米尺度的空间的基体，因此，纳米结构材料内涵变得丰富多彩。

3．纳米材料的应用成为人们关注的热点

经过第一阶段和第二阶段研究，人们已经发现纳米材料所具备的不同于常规材料的新特性，对传统工业和常规产品会产生重要的影响。日本、美国和西欧都相继把实验室的成果转化为规模生产，据不完全统计，国际上已有20多个纳米材料公司经营粉体生产线，其中陶瓷纳米粉体对常规陶瓷和高技术陶瓷的改性、纳米功能涂层的制备技术和涂层工艺、纳米添加功能油漆涂料的研究、纳米添加塑料改性以及纳米材料在环保、能源、医药等领域的应用，磨料、釉料以及纸张和纤维填料的纳米化研究也相继展开。纳米材料及其相关的产品从1994年开始已陆续进入市场，所创造的经济效益以20％速度增长。

三、纳米材料的发展趋势

1．加强控制工程的研究

在纳米材料制备科学和技术研究方面一个重要的趋势是加强控制工程的研究，这包括颗粒尺寸、形状、表面、微结构的控制。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用，它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分，是有利的作用，还是不利的作用更难以判断，这不但给某一现象的解释带来困难，同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响，如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响，这都是控制工程研究亟待解决的问题。国际上近一两年来，纳米材料控制工程的研究主要有以下几个方面：一是纳米颗粒的表面改性，通过纳米微粒的表面做异性物质和表面的修饰可以改变表面带电状态、表面结构和粗糙度；二是通过纳米微粒在多孔基体中的分布状态（连续分布还是孤立分布）来控制量子尺寸效应和渗流效应；三是通过设计纳米丝、管等的阵列体系（包括有序阵列和无序阵列）来获得所需要的特性。

2．近年来引人注目的几具新动向

（1）纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头。日本Nippon钢铁公司闪电化学阳极腐蚀方法获得6H多孔碳化硅，发现了蓝绿光发光强度比6H碳化硅晶体高100倍：多孔硅在制备过程中经紫外辐照或氧化也发蓝绿光；含有Dy和Al的SiO2气凝胶在390nm波长光激发下发射极强的蓝绿光，比多孔Si的最强红光还高出1倍多，250nm波长光激发出极强的蓝光。

（2）巨电导的发现。美国霍普金斯大学的科学家在SiO2一Au的颗粒膜上观察到极强的高电导现象，当金颗粒的体积百分比达到某临界值时，电导增加了14个数量级；纳米氧化镁铟薄膜经氢离子注入后，电导增加8个数量级；

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论文摘要：纳米尺寸开辟科学新领域，介绍纳米材料的神奇特性及在生活中的应用。

人类对物质世界的研究，曾小到原子、分子，大到宇宙空间。从无限小和无限大两个物质尺寸去认识物质，使人们了解到世界是物质的。物质是由原子或分子构成的，原子、分子是保持物质化学、物理理特性的最小微粒。这为人类认识世界、改造世界推进科学的向前发展提供了坚实的理论基础，也产生了一个个的科学原理和定理，推动了人类生产和生活的不断向前发展。

随着科学研究的进一步发展，人们发现当物质达到纳米尺度以后，大约在1～100纳米这个范围空间。物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能的物质构成的材料，即为纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子，或者宇宙空间，常常忽略他们的中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度的范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们发现：一个导电，导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电，也不导热。材料在尺寸上达到纳米尺度，大约是在1～100纳米这个范围空间，就会产生特殊的表面效应，体积效应，量子尺寸效应，量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能。拥有一系列的新颖的物理和化学特性，这些特性在光、电、磁、催化等方面具有非常重大应用价值。

近年来，已在医药、生物、环境保护和化工等方面得到了应用，并显示出它的独特魅力。

1医学方面的应用：

目前，国际医学行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医学就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法，随着健康科学的发展，人们对药物的要求越来越高。控制药物释放减少副作用，提高药效，发展药物定向治疗，必须凭借纳米技术。纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，尤其是以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称为"定向导弹"。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滚动，因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药，避免身体健康部位受损，可以大大减小药物的毒副作用，因而深受人们的欢迎。

2在涂料方面的应用；

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术，再给涂料中添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性从而获得传统涂层没有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐热、阻燃、耐腐蚀、变色等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射，耐大气侵害和抗降解等，在卫生用品上应用可起到杀菌保结作用。在建材产品如玻璃中加入适宜的纳米材料，可达到减少光的透射和热估递效果，产生隔热，阻燃等效果。由于氧化物纳米微粒的颜色不同，这样可以通过复合控制涂料的颜色，克服碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅限粒径而变，而具有随角度变色的效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米Tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面色彩多样化。

3在化工方面的应用；

化工业影响到人类生活的方方面面，如果在化工业中采用纳米技术，将更显示出独特畦力。在橡胶塑料等化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3和SiO2,加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。最近又开发了食品包装的TiO2.纳米TiO2能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有利污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。新晨

4其他生活方面的应用：

纳米技术正在悄悄地渗透到老百姓衣、食、住、行各个领域。化纤布料制成的衣服虽然艳丽，但因摩擦容易产生静电，因而在生产时加入少量金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。不久前，关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术。纳米材料可使衣物防静电、变色、贮光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣机等一些电器时间长了容易产生细菌，而采用了纳米材料，新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌，又可以除味杀菌。紫外线对人体的害处极大，有的纳米微粒却可以吸收紫外线对人体有害的部分，市场上的许多化妆品正是因为加入了纳米微粒而具备了防紫外线的功能。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长墙壁就会变的班驳陆离，纳米技术应用之后，涂料的技术指标大大提高，外墙涂料的耐洗刷性提高很多，以前的电视、音响等家电外表一般都是黑色的，被称为黑色家电，这是因为家电外表材料中必须加入碳黑进行静电屏蔽。如今可以通过控制纳米微粒的种类，进而可控制涂料的颜色，使黑色家电变成彩色家电。

总之，在未来生活中，纳米技术将带给我们无限的舒心与时尚，使人类的生存的条件更加优越。

参考文献

[1]赵清荣：雷达与对抗[J]，2001，（3）：20-23。

[2]秦嵘等。宇航材料工艺[J]，1997，（4）：17-20。

篇3

李小红：……

纳米，听起来很神秘，其实它的定义很简单。纳米是迄今为止人类发现的比毫米、微米还要小的长度单位。在人类的发展历程中，人们把第一次工业革命称作是毫米时代。因为在此之前，人类对毫米还没有认识，恰恰是蒸汽机的出现，使人类需要精确到毫米。第二次工业革命被称作微米时代，由于有了电，人类认识了微电子，但是现在的微米范畴的能量已经达到了极限，正是在这种科技不断进步的前提下，人类又发现了纳米，纳米技术的出现将导致一次产业的新革命，人类将进入纳米时代。纳米技术在未来的应用将远远超过计算机工业，并成为未来信息时代的核心。纳米技术是对原子和分子的进一步驾驭，将引发一场比微米技术更为深远的大规模变革，甚至将改变人们的思维方式和生活方式。

【道具三：纳米二氧化硅、神铜节能修复剂】

主持人：我们现在研究出来的纳米产品都有哪些？

李小红：介绍研发出的产品，目前在国际或国内的技术地位……

工程中心研究出来的产品主要有可分散纳米二氧化硅系列产品、纳米铜合金系列产品、可分散纳米三氟化镧、纳米聚硅减阻增注剂。目前，科学技术转化为生产力的时间周期大大缩短，过去需要十年时间，现在需要五年，在纳米产业的国度中需要的时间更短，有的甚至仅需要三年的时间。我们工程中心是依托于河南大学特种功能材料教育部重点实验室，在那里有许多在科技前沿做基础研究工作的院士、教授、实验师。他们辛勤劳动得到的具有独创性科研成果在我们工程中心以最快的速度进行转化，转化为现实的产品，满足国民经济各个部门的需要，推动社会的发展。因此我们工程中心的研发出的产品在国内的技术地位是领先的，在国际上也是先进的。

主持人：这些纳米产品可应用于那些领域？

篇4

摘要:介绍了几种纳米材料的物理和化学制备方法,并对不同方法的优劣进行了讨论。

关键词:纳米材料;物理方法;化学方法

中图分类号:TV504文献标识码:A文章编号:16723198(2009)15027402

1引言

纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代,英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。1992年,《Nanostructured Materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的科学。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元(Bui1ding Blocks),纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。本文简单综述了纳米材料合成与制备中常用的几种方法,并对其优劣进行了比较。

2纳米材料的合成与制备方法

2.1物理制备方法

2.1.1机械法

机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能,通过球磨让物质使材料之间发生界面反应,使大晶粒变为小晶粒,得到纳米材料。范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。xiao等利用金属羰基粉高能球磨法获得纳米级的Fe-18Cr-9W合金粉末。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉,尤其适用于制备脆性材料的超微粉。超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度,使相间传质和微观混合得到极大的加强,从而制备纳米材料。刘建伟等以氨气和硝酸锌为原料,应用超重力技术制备粒径20nm―80nm、粒度分布均匀的ZnO纳米颗粒。

2.1.2气相法

气相法包括蒸发冷凝法、溶液蒸发法、深度塑性变形法等。蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中通过电阻加热、高频感应、等离子体、激光、电子束、电弧感应等方法使原料气化或形成等离子体并使其达到过饱和状态,然后在气体介质中冷凝形成高纯度的纳米材料。Takaki等在惰性气体保护下,利用气相冷凝法制备了悬浮的纳米银粉。杜芳林等制备出了铜、铬、锰、铁、镍等纳米粉体,粒径在30nm―50 nm范围内可控。魏胜用蒸发冷凝法制备了纳米铝粉。溶液蒸发法是将溶剂制成小滴后进行快速蒸发,使组分偏析最小,一般可通过喷雾干燥法、喷雾热分解法或冷冻干燥法加以处理。深度塑性变形法是在准静态压力的作用下,材料极大程度地发生塑性变形,而使尺寸细化到纳米量级。有文献报道,Φ82mm的Ge在6GPa准静压力作用后,再经850℃热处理,纳米结构开始形成,材料由粒径100nm的等轴晶组成,而温度升至900℃时,晶粒尺寸迅速增大至400nm。

2.1.3磁控溅射法与等离子体法

溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子,交换能量或动量,使得靶材料表面的原子或分子从靶材料表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。在该法中靶材料无相变,化合物的成分不易发生变化。目前,溅射技术已经得到了较大的发展,常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶液化合蒸发,蒸汽达到周围冷却形成超微粒。等离子体温度高,能制备难熔的金属或化合物,产物纯度高,在惰性气氛中,等离子法几乎可制备所有的金属纳米材料。

以上介绍了几种常用的纳米材料物理制备方法,这些制备方法基本不涉及复杂的化学反应,因此,在控制合成不同形貌结构的纳米材料时具有一定的局限性。

2.2化学制备方法

2.2.1溶胶―凝胶法

溶胶―凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶。Stephen等利用高分子加成物(由烷基金属和含N聚合物组成)在溶液中与H2S反应,生成的ZnS颗粒粒度分布窄,且被均匀包覆于聚合物基体中,粒径范围可控制在2nm-5nm之间。Marcus Jones等以CdO为原料,通过加入Zn(CH3)2和S[Si(CH3)3]2制得了ZnS包裹的CdSe量子点,颗粒平均粒径为3.3nm,量子产率(quantum yield,QY)为13.8%。

2.2.2离子液法

离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有独特的物理化学性质,如粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好以及具有较宽的液态温度范围等。即使在较高的温度下,离子液仍具有低挥发性,不易造成环境污染,是一类绿色溶剂。因此,离子液是合成不同形貌纳米结构的一种良好介质。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺为原料,在室温下于离子液介质中合成出了大小均匀的、尺寸为3μm―5μm的Bi2S3纳米花。他们认为溶液的pH值、反应温度、反应时间等条件对纳米花的形貌和晶相结构有很重要的影响。他们证实,这些纳米花由直径60nm―80 nm的纳米线构成,随老化时间的增加,这些纳米线会从母花上坍塌,最终形成单根的纳米线。赵荣祥等采用硝酸铋和硫脲为先驱原料,以离子液为反应介质,合成了单晶Bi2S3纳米棒。

2.2.3溶剂热法

溶剂热法是指在密闭反应器(如高压釜)中,通过对各种溶剂组成相应的反应体系加热,使反应体系形成一个高温高压的环境,从而进行实现纳米材料的可控合成与制备的一种有效方法。Lou等采用单源前驱体Bi[S2P(OC8H17)2]3作反应物,用溶剂热法制得了高度均匀的正交晶系Bi2S3纳米棒,且该方法适于大规模生产。Liu等用Bi(NO3)3•5H2O、NaOH及硫的化合物为原料,甘油和水为溶剂,采用溶剂热法在高压釜中160℃反应24-72 h制得了长达数毫米的Bi2S3纳米带。

2.2.4微乳法

微乳液制备纳米粒子是近年发展起来的新兴的研究领域,具有制得的粒子粒径小、粒径接近于单分散体系等优点。1943年Hoar等人首次报道了将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合,可自发地形成一种热力学稳定体系,体系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圆柱形颗粒组成,并将这种体系定名微乳液。自那以后,微乳理论的应用研究得到了迅速发展。1982年,Boutonnet等人应用微乳法,制备出Pt、Pd等金属纳米粒子。微乳法制备纳米材料,由于它独特的工艺性能和较为简单的实验装置,在实际应用中受到了国内外研究者的广泛关注。

4结论

纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,可广泛应用于国防军事和民用工业的各个领域。它不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展,工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。但到目前为止,开发出来的产品较难实现工业化、商品化规模。主要问题是:对控制纳米粒子的形状、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;纳米材料的收集、存放,尤其是纳米材料与纳米科技的生物安全性更是急待解决的问题。这些问题的研究和解决将不仅加速纳米材料和纳米科技的应用和开发,而且将极大地丰富和发展材料科学领域的基础理论。

参考文献

[1]Lu Y,Liaw P K,The mechanical properties of nanostructured materials.JOM,2001,53(3):31.

[2]Gary Stix,微观世界里的大科学,科学,2001,(12):1820.

[3]张璐,姚素薇,张卫国,等.氧化铝纳米线的制备及其形成机理[J].物理化学学报,2005,2(11):12541288..

[4]李英品,周晓荃,周慧静,等.纳米结构MnO2的水热合成、晶型及形貌演化[J].高等学校化学学报,2007,28(7):12231226..

[5]Ledenstoy N N,Crystalline growth characteristics,Mater Prog,1998,35(24):289.

[6]王结良,梁国正,纳米制备新技术研究进展[J].河南化工,2003,(10):7l0.

[7]王林等:纳米材料在一些领域的应用及其前景[J].纳米科技,2005,(4),690.

[8]刘建伟,刘有智,超重力技术制备纳米氧化锌的工艺研究[J].化学工程师,2001,(5):2122.

[9]姚斌,丁炳哲,纳米材料制备研究[J].科学通报,1994,39:1656.

[10]刘海鹏等:纳米技术及其在精细化工中的应用[J].纳米科技,2005,(4),1820,360.

[11]张万忠,李万雄,纳米材料研究综述[J].湖北农学院学报,2003,23(5):397340.

[12] Takaki S,Yatsuya S.Nanoparticle produced by sputtering[C]//14th International Congress on Electron Microscopy[J].Cancun,Mexico:[s.n] 1998:469470..

[13]杜芳林,崔作林,张志锟,等.纳米铜的制备、结构及催化性能[J].分子催化,1997,18(3):4648..

[14]魏胜,王朝阳,黄勇,等.蒸发冷凝法制备纳米Al粉及其热反应特性研究[J].原子能科学技术,2002,36(4):367370..

[15]张立德,纳米材料研究简介[J].物理教学,2001,23(1):25.

[16]苏品书,超微粒子材料技术[J].湖北:武汉出版社,1989:56.

[17]王泽红等:CASO晶须制备技术及应用研究[J].矿冶,2005,(2),3841.

[18]戴静等:硼酸盐晶须在复合材料中的应用[J].化工矿物与加工,2005,(10),3638,.

[19]Jiang Jie,Yu Shuhong,Yao Weitang,et al.Morphogenesis and crystallization of Bi2S3.nanostructures by an ionic liquidassisted templating route:synthesis,formation mechanism,and properties[J].Chem.Mater.,2005,17(24):60946100..

[20]靳刚:纳米生物技术和纳米医学[J].纳米科技,2005,(3),25.

[21]梁勇:纳米微料在医学中的应用[J].中国粉体工业,2005,(3),35.

[22]赵荣祥,徐铸德,李赫,等.离子液介质中硫化铋单晶纳米棒制备与表征[J].无机化学学报,2007,23(5):839843..

[23]刘跃进,李振民,水热法合成云母氧化铁结晶条件[J].化工学报,2004,55(5):20.

[24]张立德,纳米材料与纳米结构[J].北京:化学工业出版社,2000.

[25]顾惕人,朱步瑶等.表面化学[M].北京:科学出版社,1994.

[26]Lou Wenjing,Chen Miao,Wang Xiaobo,et al.Novel singlesource precursors approach to prepare highly uniform Bi2S3 and Sb2S3 nanorods via a solvothermal treatment[J].Chem.Mater.,2007,19(4):872878..

[27]Liu Zhaoping,Liang Jianbo,Li Shu,et al.Synthesis and Growth Mechanism of Bi2S3 Nanoribbons[J].Chem.Eur.J.,2004,10(3):634640..

[28]陈为亮等:化学还原法制备纳米银粉的研究[J].纳米科技,2005,(4),3740.

[29]张登松,施利毅,纳米材料制备的若干新进展[J].化学工业与工程技术,2003,24(5):3236.

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论文摘要：纳米尺寸开辟科学新领域，介绍纳米材料的神奇特性及在生活中的应用。

人类对物质世界的研究，曾小到原子、分子，大到宇宙空间。从无限小和无限大两个物质尺寸去认识物质，使人们了解到世界是物质的。物质是由原子或分子构成的，原子、分子是保持物质化学、物理理特性的最小微粒。这为人类认识世界、改造世界推进科学的向前发展提供了坚实的理论基础，也产生了一个个的科学原理和定理，推动了人类生产和生活的不断向前发展。

随着科学研究的进一步发展，人们发现当物质达到纳米尺度以后，大约在1～100纳米这个范围空间。物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能的物质构成的材料，即为纳米材料。

过去，人们只注意原子、分子，或者宇宙空间，常常忽略他们的中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度的范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们发现：一个导电，导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电，也不导热。材料在尺寸上达到纳米尺度，大约是在1～100纳米这个范围空间，就会产生特殊的表面效应，体积效应，量子尺寸效应，量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能。拥有一系列的新颖的物理和化学特性，这些特性在光、电、磁、催化等方面具有非常重大应用价值。

近年来，已在医药、生物、环境保护和化工等方面得到了应用，并显示出它的独特魅力。

1医学方面的应用：

目前，国际医学行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医学就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法，随着健康科学的发展，人们对药物的要求越来越高。控制药物释放减少副作用，提高药效，发展药物定向治疗，必须凭借纳米技术。纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，尤其是以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称为"定向导弹"。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滚动，因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药，避免身体健康部位受损，可以大大减小药物的毒副作用，因而深受人们的欢迎。

2在涂料方面的应用；

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术，再给涂料中添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性从而获得传统涂层没有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐热、阻燃、耐腐蚀、变色等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射，耐大气侵害和抗降解等，在卫生用品上应用可起到杀菌保结作用。

在建材产品如玻璃中加入适宜的纳米材料，可达到减少光的透射和热估递效果，产生隔热，阻燃等效果。由于氧化物纳米微粒的颜色不同，这样可以通过复合控制涂料的颜色，克服碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅限粒径而变，而具有随角度变色的效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米Tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面色彩多样化。

3在化工方面的应用；

化工业影响到人类生活的方方面面，如果在化工业中采用纳米技术，将更显示出独特畦力。在橡胶塑料等化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3和SiO2,加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。最近又开发了食品包装的TiO2.纳米TiO2能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有利污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。4其他生活方面的应用：

纳米技术正在悄悄地渗透到老百姓衣、食、住、行各个领域。化纤布料制成的衣服虽然艳丽，但因摩擦容易产生静电，因而在生产时加入少量金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。不久前，关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术。纳米材料可使衣物防静电、变色、贮光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣机等一些电器时间长了容易产生细菌，而采用了纳米材料，新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌，又可以除味杀菌。紫外线对人体的害处极大，有的纳米微粒却可以吸收紫外线对人体有害的部分，市场上的许多化妆品正是因为加入了纳米微粒而具备了防紫外线的功能。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长墙壁就会变的班驳陆离，纳米技术应用之后，涂料的技术指标大大提高，外墙涂料的耐洗刷性提高很多，以前的电视、音响等家电外表一般都是黑色的，被称为黑色家电，这是因为家电外表材料中必须加入碳黑进行静电屏蔽。如今可以通过控制纳米微粒的种类，进而可控制涂料的颜色，使黑色家电变成彩色家电。

总之，在未来生活中，纳米技术将带给我们无限的舒心与时尚，使人类的生存的条件更加优越。

参考文献

[1]赵清荣：雷达与对抗[J]，2001，（3）：20-23。

[2]秦嵘等。宇航材料工艺[J]，1997，（4）：17-20。

篇6

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100nm）或由纳米粒子作为基本单元构成的材料．纳米粒子也叫超微颗粒，处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，这样的体系既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，与常规尺度物质相比具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等［1－2］．纳米技术是通过对纳米尺度物质的操控来实现材料、器件和系统的创造和利用，例如在原子、分子和超分子水平上的操控．纳米技术应用于生物领域产生了纳米生物技术，纳米生物技术的发展已经对医学产生很大的影响，过去的几十年中，市场上已经出现基于纳米技术的一些药物，许多具有药物诊断和药物传输功能的纳米材料都可以应用到生物医学中．纳米技术打开了微米尺度以外的世界，而细胞水平上的生理和病理过程都发生在纳米尺度，因此纳米技术将对生物医学产生深远影响．纳米生物技术和生物医学以及其他技术的关系如图1所示［3］．本文仅对量子点、纳米金、碳纳米管、氧化铁和富勒烯等纳米材料在生物医学中的应用研究现状及发展前景做一综述．

2纳米材料在生物医学中的应用

2．1量子点

量子点（quantumdots，QDs）是一种粒径为2～10nm的半导体纳米晶，主要包括硒化镉、碲化镉、硫化镉、硒化锌和硫化铅等．与传统的有机荧光染料相比，QDs具有激发波长可调、荧光强度更高、稳定性更强、不易发生光漂白和同时激发多种荧光等优点．通过对多种量子点同时进行激发，可以达到多元化检测的目的，有利于进行高通量筛选．QDs的发射光谱随尺寸大小和化学组成变化而有所改变，因此可以通过控制QDs的尺寸和化学组成使得其发射光谱覆盖整个可见光区［4］．随着QDs尺寸的减小，其电子能量的不连续性产生独特光学性质，因此，QDs可以作为荧光探针用于生物分子成像，进行生物分子的识别．Goldman等［5］利用亲和素修饰CdSe／ZnSQDs，通过亲和素－生物素化抗体的特异性结合形成荧光纳米粒子复合抗体，探讨了在蛋白毒素检测领域的应用前景．Genin等［6］以QDs为探针对半胱氨酸蛋白进行检测，检测时间可以持续到150s，检测机理是将QDs与有机荧光染料分子CrAsH、半胱氨酸依次结合，利用形成的复合体进行检测．Liang等［7］研究链酶亲和素修饰的QDs对mi－croRNA的定量检测效果，利用QDs发出的荧光信号对microRNA的含量进行测定，最低检测限达到0．4fmol．Shepard等［8］利用量子点和Cy3，Cy5荧光染料共同作用，对炭疽杆菌进行多元检测，大大提高了检测效率，与传统的双光色检测相比体系通量提高了4倍．杜保安等［9］采用水相合成法合成了Mn2＋掺杂CdTe量子点，通过在CdTe量子点中掺杂Mn2＋，进一步改良CdTe的发光性能及热稳定性，扩大了量子点的应用范围．聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）因其容易和氨基、羧基、生物素等多种功能化基团反应而常用于QDs的表面改性，而且PEG还能够增加QDs的化学稳定性．研究发现，用低聚PEG－磷酸酯胶束包覆QDs后分散于水中，其荧光强度几周内都不会发生改变，若分散于磷酸盐溶液中，80h后荧光强度只降低10％［10］．QDs特殊的光学性质使得它已逐步应用于光发射二极管、生物化学传感器、太阳能电池、生物分子成像和纳米医学等领域．

2．2金纳米粒子

金纳米粒子（AuNPs）具有独特的光学性质、良好的生物相容性、易修饰生物分子以及制备简单等特点，因此在生物传感、分子成像、肿瘤治疗和药物传输等生物医学领域得到广泛研究．Wang等［11］利用N－羟基琥珀酰亚胺修饰的AuNPs实时检测人体血液中链霉素和生物素的相互作用，发现经修饰后的AuNPs具有3μg／mL的低检出限和3～50μg／mL的宽动态检测范围，为构建全血中蛋白检测和细胞分析的新型光学生物传感器提供了思路．Huang等［12］将金纳米棒连接上表皮生长因子抗体后作用于癌细胞，发现金纳米棒附近的分子表现出更强、更敏锐和极化的拉曼光谱，这对于肿瘤的早期准确检测成像具有很大意义．Wei等［13］研究了AuNPs和紫杉醇对HepG2肝癌细胞凋亡的影响，发现AuNPs单独或与紫杉醇协同作用可以引起HepG2细胞凋亡，AuNPs可以增强紫杉醇对HepG2细胞的抑制和凋亡作用．Tong等［14］研究发现叶酸结合的金纳米棒在近红外光照射下可以破坏质膜，这是由于细胞内钙离子的快速增多进而导致肌动蛋白动态异常造成的．但是，关于AuNPs的研究还处于初级阶段，许多问题尚需进一步的深入研究．例如：如何制备各种形态和结构以及可控成分的AuNPs，如何在治疗过程中实现定向输送和释放的靶向性以及使AuNPs作为探针的信号放大以便用于生物检测等都需要进一步的探索．本课题组Liu等［15］研究了AuNPs对成骨细胞系MC3T3－E1的增殖、分化和矿化功能的影响，结果表明，20，40nm的AuNPs均促进MC3T3－E1细胞的增殖、分化和矿化功能，且呈现出剂量和时间依赖性．RT－PCR结果表明，20，40nm的AuNPs均促进runt相关转录因子2（Runx2）、骨形态发生蛋白2（BMP－2）、碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（OCN）基因的表达．结果显示，AuNPs能够促进MC3T3－E1细胞成骨分化及矿化功能，而且影响随纳米颗粒的尺寸变化有所不同．Runx2，BMP－2，ALP和OCN4种基因可能相互影响，从而刺激MC3T3－E1细胞的成骨分化．实验结果提示，与骨中羟基磷灰石晶体尺寸相似的AuNPs可能扮演了一个晶核的角色，从而刺激其周围细胞的增殖、分化和矿化，形成钙的沉积．随后Liu等［16］又研究了AuNPs对骨髓基质细胞（MSCs）增殖、成骨和成脂分化的影响，结果表明，AuNPs可以促进MSCs向成骨方向分化，抑制向成脂方向及成脂横向分化．结果揭示了AuNPs是如何进行细胞内活动进而影响骨髓基质细胞的功能，对合理设计用于组织工程和其他生物医学方面的新材料具有重要意义．

2．3碳纳米管

碳纳米管（carbonnanotubes，CNTs）的结构，形象地讲是由1个或多个只含sp2杂化碳原子的石墨薄片卷曲成的纳米级圆筒．根据石墨片层数不同，CNTs可分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）．CNTs的长度从几百纳米到几毫米不等，但它们的直径均在纳米量级，SWCNTs和MWCNTs的直径分别在0．4～3．0nm和2～500nm．MWCNTs也是由几个石墨片层的圆筒构成，层间距在0．3～0．4nm．CNTs可以在药物供给系统与细胞之间形成圆筒形的渠道，输送肽、蛋白质、质粒DNA或寡核苷酸等物质．CNTs还能促进骨组织的修复生长，促进神经再生，减少神经组织瘢痕产生．Kam等［17］将CNTs胺基修饰后，通过生物素连接具有荧光的抗生素蛋白链菌素，孵育白血病细胞HL60一定时间后，发现细胞内产生较强的荧光，且随CNTs浓度和孵育时间的延长，荧光强度不断增强，证明CNTs能将大分子蛋白载入HL60细胞内．Feazell等［18］研究胺基化的SWCNTs运输铂（Ⅳ）复合物的效果，结果发现铂（Ⅳ）复合物以胺基化SWCNTs为载体进入癌细胞，并且其细胞毒性比连接前高出100多倍，为提高肿瘤化疗药物的敏感性提供了新思路．Zhang等［19］采用原代培养小鼠成骨细胞（OBs）为模型，研究了SWCNTs（直径＜2nm）、DWCNTs（直径＜5nm）和MWCNTs（直径＜10nm）对OBs增值、分化和矿化功能的影响，结果表明，它们均抑制OBs的增殖、横向分化和矿化功能，且呈现时间和剂量依赖性，并且明显抑制了OBs中Runx－2和Col－Ⅰ蛋白的表达水平．Liu等［20］进一步研究了SWCNTs（直径＜2nm）和MWCNTs（直径＜10nm）对骨髓基质细胞（MSCs）增殖、成骨分化、成脂分化和矿化的影响，结果表明，SWCNTs和MWCNTs明显抑制了MSCs的增殖，且呈现出了剂量依赖关系．SWCNTs和MWCNTs抑制MSCs增殖和成骨分化的机制可能是通过调节依赖于Smad的骨形态发生蛋白（BMP）信号通路而起作用．结果提示，CNTs对OBs和MSCs的生长起着重要的调控作用，其生物安全性评价还需进行充分研究以便将来进行合理设计用于生物医学．由于碳纳米管独特的结构，其外表面既可以非共价吸附各种分子，还可以共价键合多种化学基团，内部则可以包埋小分子，从而提高了其表面负载率及实现增溶和靶向等．在生物医学上，鉴于碳纳米管具有的生物膜穿透性和相对低的细胞毒性，在药物传递方面具有较好的应用前景．碳纳米管的应用给肿瘤的诊断与治疗带来了新的机遇，随着对其用作药物载体的深入研究，低毒高效的修饰性碳纳米管有望在将来广泛应用于临床［21］．

2．4氧化铁纳米粒子

氧化铁纳米粒子由于具有超顺磁性，是一类具有可控尺寸、能够外部操控并可用于核磁共振成像（MRI）造影的材料．这使得氧化铁纳米粒子广泛应用于蛋白质提纯、医学影像、药物传输和肿瘤治疗等生物医学领域．Wang等［22］采用一种新方法将色酮偶联到Fe3O4纳米颗粒上，合成的结合物使色酮在培养基中的溶解度急剧增加，从而使HeLa细胞吸收色酮能力增强，结合物能更有效抑制HeLa细胞增殖，这种色酮耦合的Fe3O4纳米粒子可以作为多功能输送系统用于诊断和治疗．Wei等［23］研究发现Fe3O4纳米颗粒可以特异性检测H2O2和葡萄糖，并且具有很高的灵敏度．结果显示，对H2O2的检测精度可达到3×10－6mol／L，对葡萄糖的检测精度达到5×10－5～1×10－3mol／L．Xie等［24］发展了一种新方法用于制备超微磁性纳米颗粒，其中小配体4－甲基苯膦二酚用作表面活性剂来稳定颗粒的表面，其与氧化铁表面具有很强的螯合作用，进而与环状多肽链接，可用于靶向诊断肿瘤细胞．刘磊等［25］通过化学共沉淀法制备了铁磁性纳米粒子（FeNPs），并以W／O反相微乳法制备了包埋荧光染料三联吡啶钌配合物Ru（bpy）2＋3的二氧化硅纳米粒子（SiNPs）和二氧化硅磁性纳米粒子（Si／FeNPs），并研究了不同浓度的FeNPs，SiNPs和Si／FeNPs对肝癌细胞HepG2的增殖、细胞周期、表面形态和超微结构的影响，结果表明FeNPs对HepG2细胞增殖和周期没有显著影响，SiNPs和Si／FeNPs能够促进细胞生长分裂，具有促增殖作用；SiNPs和Si／FeNPs通过细胞膜的包吞作用随机进入细胞内，进入细胞后，不影响细胞的形态和超微结构．实验结果对进一步研究修饰特异性抗体、蛋白或负载抗癌药物之后的二氧化硅纳米粒子在一定交变磁场作用下的抗肿瘤效果具有重要意义．氧化铁纳米粒子是目前国内外大力研究的一种新型靶向给药系统，应用前景十分广泛．但是成功应用于活体肿瘤靶向纳米探针和纳米载药体目前仍然存在很多障碍：1）表面进行化学修饰后，氧化铁纳米纳米粒子的磁化量降低；2）纳米氧化铁上嵌入配基结合位点可能会降低它的靶向特异性，并且所载药物常常在内涵体或溶酶体中释放，而不是靶细胞的胞质；3）在到达肿瘤组织之前，结合或封装的化疗药物在血液中很快释放．氧化铁纳米粒子和其他可生物降解的、生物相容性好的聚合物微团的结合可能会解决上述问题．可以预期，随着人们对磁性纳米粒子聚合物研究的不断深入，磁性纳米氧化铁粒子将在肿瘤的诊断及治疗中发挥越来越重要的作用．

2．5富勒烯

富勒烯（C60）是一个由12个五元环和20个六元环组成的球形三十二面体，外形酷似足球，直径为0．71nm．六元环的每个碳原子均以双键与其他碳原子结合，形成类似苯环的结构．富勒烯、金属内嵌富勒烯及其衍生物由于独特的结构和物理化学性质，在生物医学领域有广泛的应用．如抗氧化活性和细胞保护作用、抗菌活性、抗病毒作用、药物载体和肿瘤治疗等［26］．Hu等［27］发现丙氨酸修饰的水溶性富勒烯衍生物能够抑制过氧化氢诱导的细胞凋亡，其机制是通过清除细胞内外活性氧而抑制细胞凋亡．Yin等［28］研究发现C60（C（COOH）2）2，C60（OH）22和Gd＠C82（OH）223种富勒烯衍生物可以降低细胞内活性氧水平来保护过氧化氢诱导的细胞损伤，其清除的活性氧自由基包括超氧阴离子、单线态氧和羟基自由基等．Mashino等［29］研究发现甲基吡咯碘修饰的富勒烯衍生物可以通过抑制大肠杆菌的能量代谢对其活性起到抑制作用．Chen等［30］发现Gd＠C82（OH）22能有效抑制肿瘤生长并对机体不产生任何毒性，其对H22肝癌动物模型抗肿瘤效率比环磷酰胺和顺铂都高，其抑瘤效果并不像传统药物对肿瘤的直接杀伤作用，而是通过其他机制来完成．实验结果表明Gd＠C82（OH）22能提高免疫应答能力，促进巨噬细胞和T细胞分泌IL－2，TNF－α和IFN－γ等一系列免疫因子，同时促进血液中T细胞亚型Th1型因子IL－2，IFN－γ和TNF－α的分泌，说明它的抑制肿瘤生长效果有可能是通过激活机体免疫功能实现的［31］．Zhou等［32］采用差速离心和ICP－MS测定方法研究了Gd＠C82（OH）22在荷瘤小鼠组织中的亚细胞分布情况，结果表明此纳米颗粒可以进入细胞，其亚细胞分布模式与GdCl3显著不同，Gd＠C82（OH）22在动物体内是以整个完整碳笼形式存在，且在代谢过程中碳笼不会打开释放出内部的Gd3＋．随后研究了Gd＠C82（OH）22和C60（OH）22对荷Lewis肺转移瘤小鼠氧化应激水平的影响，发现2种富勒烯衍生物可以通过清除自由基抑制脂质过氧化下调氧化应激相关指标，降低由于肿瘤转移到肺造成的肺损伤［33］．这些结果都为解释Gd＠C82（OH）22纳米颗粒的抗肿瘤生长机制提供了证据，对开展金属富勒烯在抗肿瘤药物领域的研究具有很大意义．

篇7

1微乳反应器原理

在微乳体系中，用来制备纳米粒子的一般是W／O型体系，该体系一般由有机溶剂、水溶液。活性剂、助表面活性剂4个组分组成。常用的有机溶剂多为C6～C8直链烃或环烷烃；表面活性剂一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸钠］。AOS、SDS（十二烷基硫酸钠）、SDBS（十六烷基磺酸钠）阴离子表面活性剂、CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）阳离子表面活性剂、TritonX（聚氧乙烯醚类）非离子表面活性剂等；助表面活性剂一般为中等碳链C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反应器（Microreactor）或称为纳米反应器，反应器的水核半径与体系中水和表面活性剂的浓度及种类有直接关系，若令W＝［H2O／［表面活性剂］，则由微乳法制备的纳米粒子的尺寸将会受到W的影响。利用微胶束反应器制备纳米粒子时，粒子形成一般有三种情况（可见图1、2、3所示）。

（l）将2个分别增溶有反应物A、B的微乳液混合，此时由于胶团颗粒间的碰撞，发生了水核内物质的相互交换或物质传递，引起核内的化学反应。由于水核半径是固定的，不同水核内的晶核或粒子之间的物质交换不能实现，所以水核内粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸银和氯化钠反应制备氯化钠纳粒。

（2）一种反应物在增溶的水核内，另一种以水溶液形式（例如水含肼和硼氢化钠水溶液）与前者混合。水相内反应物穿过微乳液界面膜进入水核内与另一反应物作用产生晶核并生长，产物粒子的最终粒径是由水核尺寸决定的。例如，铁，镍，锌纳米粒子的制备就是采用此种体系。

（3）一种反应物在增溶的水核内，另一种为气体（如O2、NH3，CO2），将气体通入液相中，充分混合使两者发生反应而制备纳米颗粒，例如，Matson等用超临界流体一反胶团方法在AOT一丙烷一H2O体系中制备用Al（OH）3胶体粒子时，采用快速注入干燥氨气方法得到球形均分散的超细Al（OH）3粒子，在实际应用当中，可根据反应特点选用相应的模式。

2微乳反应器的形成及结构

和普通乳状液相比，尽管在分散类型方面微乳液和普通乳状液有相似之处，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作为纳米粒子制备的反应器。但是微乳液是一种热力学稳定的体系，它的形成是自发的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技术要求不高，并且液滴粒度可控，实验装置简单且操作容易，所以微乳反应器作为一种新的超细颗粒的制备方法得到更多的研究和应用。

2．1微乳液的形成机理

Schulman和Prince等提出瞬时负界面张力形成机理。该机理认为：油/水界面张力在表面活性剂存在下将大大降低，一般为l～10mN／m，但这只能形成普通乳状液。要想形成微乳液必须加入助表面活性剂，由于产生混合吸附，油/水界面张力迅速降低达10-3～10-5mN／m，甚至瞬时负界面张力Y＜0。但是负界面张力是不存在的，所以体系将自发扩张界面，表面活性剂和助表面活性剂吸附在油/水界面上，直至界面张力恢复为零或微小的正值，这种瞬时产生的负界面张力使体系形成了微乳液。若是发生微乳液滴的聚结，那么总的界面面积将会缩小，复又产生瞬时界面张力，从而对抗微乳液滴的聚结。对于多组分来讲，体系的Gibbs公式可表示为：

--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi

（式中γ为油/水界面张力，Гi为i组分在界面的吸附量，ui为I组分的化学位，Ci为i组分在体相中的浓度）

上式表明，如果向体系中加入一种能吸附于界面的组分（Г＞0），一般中等碳链的醇具有这一性质，那么体系中液滴的表面张力进一步下降，甚至出现负界面张力现象，从而得到稳定的微乳液。不过在实际应用中，对一些双链离子型表面活性剂如AOT和非离子表面活性剂则例外，它们在无需加入助表面活性剂的情况下也能形成稳定的微乳体系，这和它们的特殊结构有关。

2．2微乳液的结构

RObbins，MitChell和Ninham从双亲物聚集体的分子的几何排列角度考虑，提出了界面膜中排列的几何排列理论模型，成功地解释了界面膜的优先弯曲和微乳液的结构问题。

目前，有关微乳体系结构和性质的研究方法获得了较大的发展，较早采用的有光散射、双折射、电导法、沉降法、离心沉降和粘度测量法等；较新的有小角中子散射和X射线散射、电子显微镜法。正电子湮灭、静态和动态荧光探针法、NMR、ESR（电子自旅共振）、超声吸附和电子双折射等。

3微乳反应器的应用――纳米颗粒材料的制备

3．1纳米催化材料的制备

利用W／O型微乳体系可以制备多相反应催化剂，Kishida。等报道了用该方法制备

Rh／SiO2和Rh/ZrO2载体催化剂的新方法。采用NP－5/环已烷／氯化铑微乳体系，非离子表面活性剂NP－5的浓度为0.5mol/L，氯化铑在溶液中浓度为0．37mol／L，水相体积分数为0．11。25℃时向体系中加入还原剂水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇锆的环乙烷溶液，强烈搅拌加热到40℃而生成淡黄色沉淀，离心分离和乙醇洗涤，80℃干燥并在500℃的灼烧3h，450℃下用氧气还原2h，催化剂命名为“ME”。通过性能检测，该催化剂活性远比采用浸渍法制得的高。

3．2无机化合物纳粒的制备

利用W／O型微乳体系也可以制备无机化合物，卤化银在照像底片乳胶中应用非常重要，尤其是纳米级卤化银粒子。用水一AOT一烷烃微乳体系合成了AgCl和AgBr纳米粒子，AOT浓度为0．15mol／L，第一个微乳体系中硝酸银为0．4mol／L，第二个微乳体系中NaCl或NaBr为0．4mol／L，混合两微乳液并搅拌，反应生成AgCl或AgBr纳米颗粒。

又以制备CaCO3为例，微乳体系中含Ca(OH)2，向体系中通入CO2气体，CO2溶入微乳液并扩散，胶束中发生反应生成CaCO3颗粒，产物粒径为80～100nm。

3．3聚合物纳粒的制备

利用W／O型微乳体系可以制备有机聚丙烯酸胺纳粒。在20mlAOTt――正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亚甲基双丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入过硫酸铵作为引发剂，在氮气保护下聚合，所得产物单分散性较好。

3．4金属单质和合金的制备

利用W／O型微乳体系可以制备金属单质和合金，例如在AOT－H2O－n―heptane体系中，一种反相微胶束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微胶束中含有0.2mol/LNaBH4，混合搅拌，产物经分离、干燥并在300℃惰性气体保护下结晶可得镍纳米颗粒。在某微乳体系中含有0．0564mol/L，FeC12和0．2mol／LNiCl2，另一体系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合两微乳体系进行反应，产物经庚烷、丙酮洗涤，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。

3．5磁性氧化物颗粒的制备

利用W／O型微乳体系可以制备氧化物纳米粒子，例如在AOT－H2O－n－heptane体系中，一种乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一体系中含有NH4OH，混合两种微乳液充分反应，产物经离心，用庚烷、丙酮洗涤并干燥，可以得到Fe3O4纳粒（r=4nm）。

3．6高温超导体的制备

利用W／O型微乳体系可以合成超导体，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳体系中，一个含有机钇、钡和铜的硝酸盐的水溶液，三者之比为1：2：3；另一个含有草酸铵溶液作为水相，混合两微乳液，产物经分离，洗涤，干燥并在820℃灼烧2h，可以得到Y－Ba－Cu―O超导体，该超导体的Tc为93K。另外在阴离子表面活性剂IgegalCO－430微乳体系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的盐及草酸盐溶液，最终可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu―O超导体，经DC磁化率测定，可知超导转化温度为Tc＝112K，和其它方法制备的超导体相比，它们显示了更为优越的性能。

目前对纳米颗粒材料的研究方法比较多，较直接的方法有电镜观测（SEM、TEM、STEM、STM等）；间接的方法有电子、X一射线衍射法（XRD），中子衍射，光谱方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，红外光谱，拉曼光谱，紫外一可见分光光度法（UV－VIS），荧光光谱及正电子湮没，动态激光光散射（DLS）等。

篇8

近年来，随着生命科学、生物技术、磁分离技术和生物探针以及传感器应用科学等领域的交叉融合，一门新兴的学科领域———化学磁传感和生物探针逐渐成为研究的热点．而蓬勃发展的纳米技术，特别是具有一些特殊性质的磁性纳米材料的出现及其应用，促进了新型的、灵敏的化学磁传感器和生物探针的快速发展［1－2］．在方法上，追求高灵敏度和高选择性的趋势导致科学研究由宏观向微观、介观尺度迈进，出现了许多新型的磁传感器［3］;在技术上，利用交叉学科方法将磁性纳米材料与光、热、靶向等特殊功能有机地结合并运用于磁传感器和生物探针上，从而实现了在分子甚至原子水平上进行实时、现场和活体监测的目的［4］;在应用上，磁性纳米材料在外磁场独特的弛豫性能以及修饰以后良好的生物相容性，为研究生命现象中的某些基本过程提供了可能［5］．本文作者从磁性纳米材料的功能角度出发，简述近几年来其在化学磁传感和生物探针中的研究进展，并对其发展前景做出展望．

1磁性纳米材料在化学生物磁传感中的应用

纳米材料是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米级(通常为0．1～100nm)的材料．纳米材料由于其特殊的尺寸分布，其具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，表现出一系列特有的力学、电学、光学、磁学以及催化性能．在化学磁传感和生物探针应用方面，磁性纳米材料主要起到以下几种作用:(1)在外界磁场下利用磁分离技术分离一些生物分子或生物体;(2)探测一些细菌、DNA以及其他生物分子;(3)磁性纳米材料自组装;(4)其他生物应用．

1．1在外界磁场下利用磁分离技术分离一些生物分子或生物体

磁性纳米粒子由于具有良好的磁学性能，在外界磁场作用下磁性纳米粒子可以发生聚集，利用这一性质，在纳米粒子表面修饰一些与病原体特异结合的分子后可以起到分离一些病毒以及净化环境等作用．美国托莱多大学Huang课题组［6］(图1)将四氧化三铁纳米粒子用正硅酸乙酯(TEOS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰后，再修饰了一种能与大肠肝菌特异结合的甘油衍生物，把修饰之后的纳米粒子加入到含有病原体的培养基中让其孵育一段时间，在外界磁场作用下磁性纳米粒子得到富集，进而分离了病原体，达到排除污染物的目的．香港理工大学Xu课题组［7］(图2)利用同样的原理在FePt纳米粒子表面接上了万古霉素，万古霉素和葡萄球菌发生特异的结合，从而达到捕获和分离葡萄球菌的目的，他们又报道了万古霉素在较低浓度下还可以捕获革兰氏阴性的其他细菌［8］

．1．2探测一些细菌、DNA以及其他生物分子

生物兼容性的磁性纳米传感器可以用来探测生物环境中一些病原体和生物分子;由于靶向的作用，引起纳米传感器横向弛豫时间(T2)的改变，从而根据NMR/MRI技术来探测生物分子．美国哈佛医学院JanGrimm［9－10］(图3)等人，发明了一种在生物样品内快速检测端粒酶活性的纳米磁传感器:先将氧化铁磁性纳米粒子修饰为外端带－NH2的水溶性纳米粒子，然后通过硫醚作用耦联上低核苷酸，该核苷酸上的基因碱基对和端粒酶的基因碱基对有特定的结合作用，被核甘酸修饰之后的氧化铁纳米粒子在有端粒酶的环境中可以发生自组装，利用氧化铁纳米粒子自组装和非自组装两种不同状态下T2值的大小以及T2加权成像来检测生物样品中端粒酶的活性．这种方法还可以用来高效率的检测mRNA、蛋白质［11－13］和抗体［14］以及其他蛋白酶的生物活性［15－17］．美国佛罗里达大学J．ManuelPerez［17］(图4)等人报道了一种一步法靶向探测细菌的磁性纳米传感器:超顺磁性四氧化三铁纳米粒子通过G蛋白作用在其表面耦联上类结核病细菌(MAP)的抗体，选择了最优的纳米粒子浓度和T2弛豫值，然后加入少量的MAP细菌，由于抗体和抗原的特异性结合，纳米粒子会连接到细菌表面并发生自组装，若加入过量的MAP细菌，四氧化三铁纳米粒子之间竞争细菌，形成准平衡态即使得纳米粒子会相对分散，根据磁性纳米粒子在分散和富集不同状态时T2值变化来探测MAP细菌，实验中还加入其他细菌如(E．coli，Staph，Enterococ，poroteus)作为对照，结果在其他细菌条件下T2值不发生变化，由此说明这种探测方法可以达到靶向作用;最近他们又报道了通过改变纳米粒子表面耦联抗体数量的多少来定量探测牛奶中MAP细菌的数量［18－19］．

1．3磁性纳米材料自组装

磁性纳米材料可以进行表面功能化，修饰后的磁性纳米材料在特定的生物环境中就会发生自组装，通过动态激光光散射(DLS)表征可以检测纳米材料自组装后的粒径大小，也可以用这种方法来检测一些生物体．RalphWeissleder等人(图5)［20］，将粒径均一的四氧化三铁纳米粒子修饰上葡聚糖，粒径大小为(46±0．6)nm，然后通过氮－琥珀酸亚氨－3(2－吡啶二硫代)－酸酯(SPDP)和G蛋白质的耦联作用，将单纯疱疹病毒(HSV－1)抗体固定在已功能化的四氧化三铁纳米粒子表面，由于病毒和抗体的特定结合，加入HSV病毒后，HSV和纳米粒子发生了特定的结合，纳米粒子发生了团聚，用DLS可以观测到30min后，粒径大小达到了(494±23)nm，T2值的变化也证明纳米粒子发生了自组装．KeithP．Johnston等人［21］用羟胺做促结晶剂在葡聚糖交联的四氧化三铁纳米粒子溶液中滴加HAuCl4溶液，形成四氧化三铁表面连接一层金壳的核－壳结构，可以通过控制反应前驱体的浓度来控制金壳的厚度，由于金壳的存在四氧化三铁粒子之间范德华力增加，导致了金对四氧化三铁的哈梅克常数增大;又因为葡聚糖的交连作用，核－壳结构的金和四氧化三铁材料形成粒径约为30nm的纳米花，这种自组装结构利用四氧化三铁的磁学性质做磁共振成像造影剂，也可以利用金的近红外吸收性质做热疗．RalphWeissleder等人(图5)［22］通过辛二酸作为交连剂在葡聚糖包裹的四氧化三铁纳米粒子表面耦联上血清素，向修饰后的纳米粒子溶液中加入过氧化氢和过氧化氢酶，过氧化氢酶在催化过氧化氢分解过程中，四氧化三铁纳米粒子表面的血清素作为电子给予体与血清素结合，从而使四氧化三铁纳米粒子发生了自组装，DLS表征证明四氧化三铁粒子大小由原来的50nm团聚到450nm，因为过氧化氢酶存在于一些炎症和冠状动脉疾病中，可根据材料T2值的变化以及磁共振成像来诊断细胞内是否发生病变．

1．4其他生物应用

磁性纳米粒子传感器除了以上几种作用外，在其他方面如DNA－切割试剂，磁开关中也有一些应用［23～24］．美国J．ManuelPerez［25］(图6)课题组在四氧化三铁纳米粒子表面修饰葡聚糖，由于刀豆凝集素不仅可以和葡聚糖的特定位点结合而且也可以与细菌培养基(MH肉汤)中淀粉发生特异性结合，通过这一原理，根据T2弛豫率值的变化来评估血液中抑菌剂的杀菌效果．这种方法具有以下特点:(1)可以快速确定细菌培养基中碳水化合物的量，(2)快速评估细菌活性，(3)快速确定血液中抑菌剂的最低抑制浓度．RalphWeissleder等人［26］(图6)报道了一种探测低核苷酸序列的磁性纳米传感器:在Fe2O3/Fe3O4晶体表面先耦联上葡聚糖，然后将纳米粒子表面修饰上氨基，使其成为水溶性的纳米粒子，用SP-DP作为连接器连接两种带有不同硫醇基的低核苷酸，称之为P1、P2，如果向纳米粒子溶液中加入互补的核苷酸碱基对，加入后的低核苷酸碱基对与P1、P2发生DNA序列的特殊配对作用，P1、P2连接起来，使得纳米粒子发生了团聚，利用这种磁性纳米粒子T2驰豫率值的变化来探测低核苷酸序列．

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一、材料

H7650透射电子显微镜(加速电压为100kV，日本Hitachi公司);Super40场发射扫描电子显微镜(德国Zeiss公司)。硝酸钆六水合物(gadolinium(iii)nitrate，Gd(NO)3•6H2O，美国AlfaAesar公司);一缩二乙二醇(diethyleneglycol，DEG)、氢氧化钠、乙醇、戊巴比妥(pentobarbital)购自中国上海国药集团。实验试剂均为分析纯，在使用前未经进一步提纯。凹凸棒由安徽国星生物化学有限公司赠送。普通级实验用雌性新西兰大白兔，购于金陵种兔场，生产许可证:Scxk(苏)2012-0003。

二、方法

1纳米材料ATP-Gd的合成100mgATP溶于15mLDEG中，超声破碎20min，和902．5mg浓度为2mmol的Gd(NO3)3一起加入到50mL的单颈烧瓶中，600r•min－1搅拌过夜。新制2．5mmolNaOH(100mg溶于1mL水中，加入5mLDEG)，搅拌均匀。加入NaOH后，单颈烧瓶在油浴中加热，同时磁子均匀搅拌。140℃加热1．5h后，再升温至180℃加热4h。8000r•min－1离心20min，第1次离心后分散于20mL乙醇，第2次离心后分散于水中，用水离心2次，定容于10mL水中保存。同时取100μL制ICP样，以确定材料内Gd元素的浓度。

2MRI检测将纳米颗粒胶体溶液配成浓度为1，0．75，0．5，0．25，0．125mmol•L－1的4mL体系溶液，装于5mL离心管中。在MRI测试时，所有的样品管均浸泡在水模标准液(NiSO4溶液)中。为了获取较好的成像效果，在扫描中采用膝关节线圈，利用自旋回波序列(SE)对样品进行扫描:重复时间(repetitiontime，TR)为400ms;回波时间(echotime，TE)为8.7ms;扫描视野(fieldofview，FOV)为240mm×240mm;采集矩阵(acquisitionmatrix)为256×233;层厚5mm。普通级实验用新西兰大白兔使用电子秤称重。用3%的戊巴比妥，按照1mL•kg－1的剂量耳缘静脉注射。若3min后兔子未处于深度麻醉状态(可采用眨眼反射评估)，再以0．2mL•kg－1的剂量逐次增加麻药量。大白兔采取仰卧位姿势，四肢向两侧水平展开，并固定于自制的非金属固定架上，在大白兔的前肢静脉上预先留置1个留置针并连接充满造影剂的注射器。扫描前首先把大白兔以头先进的进床方式连同固定架放入头、颈联合线圈中，调整位置至线圈中央，打开扫描仪定位光标，将线圈的中心位置与定位光标重合，然后将扫描床移至磁体扫描孔洞的中心。首先扫描T2WI横断面、冠状面和矢状面的图像，主要的扫描参数为:T2W:TR3500ms，TE:102ms;FOV:155mm×180mm;Matrix:276×320;层厚3mm。然后使用三维扰相梯度回波序列(FLASH3D)扫描大白兔头颈部及胸腹部血管，主要的扫描参数为:TR3．6ms，TE:1．65ms;FOV:210mm×280mm;Matrix:288×512;层厚0．7mm。在注射造影剂前先期扫描1次作为蒙片，随后从前肢皮下静脉注射材料(剂量为10mg•kg－1，流速为1mL•s－1)，材料注射完成后以相同流率团注等量生理盐水冲管，同时开始再次以相同参数的FLASH3D序列扫描，最后对造影前后的图像采用减影处理并导入三维工作站进行最大强度投影(MIP)，得到大白兔血管的三维影像。3统计学分析数据处理采用OriginPro7．5软件分析，数据均以平均值±标准差(x珋±s)表示。

三、结果

1ATP-Gd纳米材料的形貌表征采用电子显微镜观察水相法合成制备的纳米级ATP-Gd的形貌。从扫描电子显微镜(SEM)照片(图1)可以看到，材料的尺寸较为均一，长度为200～800nm，直径为40nm左右;透射电子显微镜(TEM)照片(图2)进一步表明该纳米材料分散性良好，能辨析出以凹凸棒为模板的负载结构，且未见有团聚现象。

2材料的生物安全性分析

以医用生理盐水(normalsaline，NS)及普通纯化水(distilledwater)为阴阳对照组，考察该材料对血液样本的溶血现象。结果见图3，ATP-Gd无溶血作用，这为材料在静脉注射等后续临床操作和临床应用中打下了坚实的理论基础。3体外MRI为评估纳米级ATP-Gd在3．0T强度的磁场下造影成像的性能和效果，本实验测定了该纳米材料在水溶液中的成像效果(图4a)，并计算了其弛豫率的大小(图4b)。在3．0T的磁场条件下，随着钆离子浓度的降低，材料在水溶液中的T1成像效果具有逐渐变暗变弱的趋势。对材料纵向弛豫率的测定及后续计算可知，材料的r1为3．03mmol•L－1•s－1，与商品化的钆喷酸葡胺(同样条件下测得r1值为3．88mmol•L－1•s－1)成像性能类似。证明该材料可作为良好的T1磁成像造影剂。4体内MRA成像扫描大白兔的MRA效果如图5所示。血管增强效果明显，且局部小血管显示清晰。说明材料具有非常优异的微小病灶成像的潜质。该材料在体内注射15min后已无明显的血管增强效果，表明此时该材料已经基本从血管中被清除。

四、讨论

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关键词 纳米材料 课程设计 教学方法 评价机制

中图分类号：G424 文献标识码：A

"Nano-materials" Course Design and Teaching Exploration

LI Hongping， CHEN Beibei

（School of Material Science & Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）

Abstract Nano-material is an emerging interdisciplinary， involving a number of areas materials， physics， chemistry， biology and so on. Emerge and flourish nanotechnology nano-technology and new materials， and on the "nano-materials" teaching activities proposed new requirements. In this paper， the characteristics of the course， with its own teaching experience， mainly from three aspects determine the arrangement of teaching content， select teaching methods and evaluation mechanisms conducted to explore the system in order to achieve good teaching， students of the scientific spirit and ability to innovate.

Key words nano-materials; course design; teaching methods; evaluation mechanism

1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术学术会议，正式把纳米材料作为材料科学的一个新分支公布于世，从而纳米材料科学作为一个相对比较独立的学科诞生。①本文结合纳米材料课程的特点、重要性以及教学经验，拟从课程教学内容的安排、教学方法的选取以及评价机制的确定三个方面对高等院校材料类专业本科生进行纳米材料课程教学改革进行探讨。

1 课程特点概述

相比于其它发展相对成熟的课程，纳米材料是一门前瞻性、创新性、专业性和实践性很强的课程，涉及物理、化学、材料、生物、能源等领域，具有涵盖范围广、知识点复杂、概念抽象以及知识更新快的特点。②传统的课堂教学模式不能满足课程的教学要求，传统的教学方法和教学手段也不能很好地满足纳米材料课程的教学要求。比如在教材选择方面，由于纳米材料是一门交叉学科，涵盖的领域众多，再加上知识更新速度快，教材的更新速度跟不上知识点内容的更新速度，所以采用单一的教材、沿袭传统的教学方法讲授纳米材料这门课程很难达到课程教学目标。因此，根据该课程特点，合理地安排教学内容，恰当地选择教学模式和评价机制，对于完成纳米材料课程教学目标具有重要意义。

2 教学内容的安排

纳米材料课程涵盖了纳米科技的整个领域，它的内容多、范围广、更新快等特点，且需要在规定的课时内将整个纳米材料领域讲授给学生，这就需要教学内容条理清晰，重点突出，逻辑性强，同时要结合纳米材料最新研究进展，以点带面，合理优化课堂教学结构。因此，笔者从广度和深度的统一、基础与前沿的兼顾、新旧内容的衔接等方面考虑，合理安排教学内容。具体如下：（1）纳米材料的概念：从纳米材料的新奇特性开始，引入纳米材料的基本概念、发展史、分类方法，在内容编排上注重引入最新研究成果，激发学生的学习兴趣。（2）纳米材料的结构和基本效应：该部分内容是理解纳米材料特殊性质的基础，也是该课程的重点、难点。在讲述过程中，结合纳米材料应用实例（如：纳米二氧化钛光催化特性的原因及相关应用等），加深学生对纳米材料特性的理解和掌握。（3）纳米材料的制备方法及表征手段：纳米材料的制备方法主要有：气相法、液相法和固相法。气相法中重点讲述物理气相法和化学气相法的原理及特点。液相法中重点讲述共沉淀法、水热法、溶胶―凝胶法的原理及应用条件等。在固相法中重点讲述机械粉碎法和固相反应法的特点。纳米材料的主要分析测试手段包括：扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、激光粒度仪等，重点讲述测试仪器的原理、优缺点及使用范围，让学生掌握纳米材料的分析表征的主要方法。（4）纳米材料的理化特性及应用领域：回忆前面纳米材料结构和基本效应的学习，引出纳米材料的理化特性，以微观结构―特殊效应―特殊功能―应用领域为思路，使学生认识纳米材料的重要性，同时启发学生深入思考，进而深入掌握纳米材料的理化特性。（5）纳米材料最新研究进展：根据纳米材料的最新研究动态，让学生了解国际最新研究热点。

3 教学方法的选取

（1）多种教学方法和手段相结合，激发学生兴趣。“学起于思，思起于疑”，通过巧妙设疑，激发学生的学习主动性和积极性。如在讲述纳米材料基本理论知识时，可以从生活中一些常见现象启发学生思考：出淤泥而不染的荷叶为什么具有自清洁功能？美丽的紫铜在尺寸小到一定程度为什么会变为黑色？通过这种情景设置启发学生思考，寻求答案，对于其中的难点再予以解释。另外，针对纳米材料课程内容多，涉及范围广的特点，利用多媒体集图、文、声、像等于一体的优点，将大量的课程内容以丰富多彩的形式呈现给学生，激发他们学习的兴趣。（2）加强师生交流，建立以“学生为主体”的教学模式。结合课程内容，将学生分为多个小组。学生根据课程要求以及兴趣，自主查阅文献资料，通过PPT形式与大家进行课堂交流。在此基础上，针对学生遇到的疑点、难点，加以详细讲解。这种充分发挥学生主体的教学模式可以有效地提高学生自主学习及探索能力。（3）科研工作与教学内容紧密结合，提高学生综合能力。科研工作与教学内容紧密结合，使学生参与一定科研项目，是一个双赢举措。对于学生来讲，不仅可以加深课堂上对于纳米材料理论知识的学习，同时可以锻炼学生的动手能力，培养他们发现问题、解决问题的能力，激发学生的创新思维能力等。③笔者把自己科研工作中纳米二氧化钛纳米球、纳米管等的扫描电子显微镜图片通过多媒体形式与学生分享。通过带领学生进入实验室，参与纳米二氧化钛的制备、表征以及光催化性能研究，让学生了解影响二氧化钛形貌的因素、光催化特性的原理以及扫描电子显微镜的原理和方法，熟悉电镜样品的制样过程和方法，为学生今后从事纳米材料方面的学习奠定基础。

4 评价机制的确定

本课程的考核方式和成绩评定具体如下：（1）考核方式：让学生查阅资料、做PPT，介绍纳米材料制备、性能及相关应用，在PPT汇报的同时，撰写综述。（2）成绩评定：平时成绩（出勤情况及上课表现）占20%，学生做PPT及演讲情况占40%，综述占40%。这种灵活的考核评价模式可以充分调动学生的积极性，以不同于闭卷考试的形式检验学生对纳米材料相关知识的掌握情况，同时使学生了解纳米科技前沿，培养学生的综合能力。

5 结束语

纳米科学技术作为科学技术的重要分支，它的发展必然推动社会的进步。而纳米材料是纳米科学技术的基础，对纳米材料的学习，是适应未来社会对材料专业人才的需要。本文结合纳米材料课程的特点，从教学内容的安排，到教学方法的选取和评价体制的确定三方面对高等院校材料类本科专业进行纳米材料课程教学改革进行了探讨。实践证明，这些方法和模式有助于加强师生交流，发挥学生的学习主体作用，使学生不仅掌握纳米材料相关知识，并能运用相关知识分析、解决问题，提高学生的综合能力。

注释

① 陈敬中.纳米材料科学导论[M].高等教育出版社，2006.