納米顆粒具有重要的科學研究價值,它搭起了大塊物質(zhì)和原子、分子之間的橋梁。大塊物質(zhì)的物理性質(zhì)通常與大小無關,但是在納米尺寸上卻通常并非如此。一些和尺寸相關的物理性質(zhì)被觀測到,例如:半導體納米顆粒的量子束縛,一些金屬納米顆粒的表面胞質(zhì)共振,磁性材料的超順磁性,類固體和軟的納米顆粒也被制造出來,脂質(zhì)體是典型的具有類固體特性的納米顆粒等等。
從20世紀80年代末,我國政府就開始重視納米顆粒材料的研究,國家科技部,國家自然科學基金委、中國科學院、教育部和經(jīng)濟發(fā)達的省市通過攀登項目、“863”項目,重大基金項目以及攻關項目對納米顆粒材料的基礎研究和應用研究進行支持,這為我國納米材料應用研究和產(chǎn)業(yè)化打下了良好基礎。
納米顆粒可控制備新技術的發(fā)展
利用傳統(tǒng)理論發(fā)展新方法制備納米顆粒是近年來納米顆粒制備科學技術領域出現(xiàn)的新亮點。
空心球納米顆粒制備技術。納米空心球在隱身材料、環(huán)境治理、藥物輸送、敏感器件和催化領域具有重要的應用前景。金屬納米顆粒的表面等離子體共振技術。
金屬納米顆粒的表面等離子體共振的理論和實驗研究取得系列進展。發(fā)現(xiàn)增益介質(zhì)可以大幅度地提高表面等離子體共振的品質(zhì)因子,顯著地增強局域電磁場強度和表面增強拉曼散射(SERS)強度,為實現(xiàn)單顆粒的單分子檢測提供了一條有益的思路;探索了金屬納米顆粒的微觀生長新機理,成功合成了新型的銀納米顆粒和鈀--金復合納米晶體,開辟了新的應用范疇;利用光聲成像的方法定量地測量了金-銀合金納米籠狀顆粒和金納米棒顆粒的光學吸收截面,為開發(fā)納米顆粒在生物醫(yī)學上的疾病檢測和治療提供了十分重要的數(shù)據(jù)。
此外還有液相燒灼方法納米顆粒制備、原位轉化方法納米顆粒制備等技術。
問題及解決方法
就目前情況而言,我國納米顆粒材料領域的基礎研究和應用開發(fā)研究的脫節(jié)現(xiàn)象沒有得到很好解決。納米顆粒材料的工業(yè)化制備和應用與發(fā)達國家相比,還有一段距離。我國應用型企業(yè)所占比例很小,應用技術屬于粗放型,納米高技術和結合國家戰(zhàn)略需求的納米應用技術創(chuàng)新力度不夠大,結合IT、IC和納米生物技術的專利所占比例較小。結合環(huán)境、能源、國家安全、食品和農(nóng)業(yè)的需求,發(fā)展有針對性的納米應用技術基本不到位。
為了縮短在納米材料應用領域與世界發(fā)達國家的差距,我國應該制定相應的納米材料應用發(fā)展規(guī)劃,由近及遠,分階段部署,對具有核心競爭力的領域,重點優(yōu)先扶植。建立產(chǎn)學研結合的團隊,探索產(chǎn)學研結合的新模式,縮短技術轉移和產(chǎn)業(yè)化的進程,建立科學評價體系。
在追趕與國際先進國家技術的同時,也應該注意到我國自身所面臨的一系列問題,應對氣候變化、co2的排放、抑制溫室效應、發(fā)展非碳新能源、常規(guī)碳能源的清潔化、環(huán)境安全、優(yōu)化農(nóng)業(yè)環(huán)境、節(jié)省農(nóng)業(yè)資源、降低糧食安全風險、合理利用節(jié)省水資源、提高水資源的安全性等都是擺在我國面前的急需解決關鍵問題。而顆粒材料在解決上述問題中存在著巨大的潛力。因此,納米顆粒材料在日后的研究當中應以一下為重點:
1、加強納米材料應用安全性的研究。在節(jié)能減排、常規(guī)能源清潔化、化境治理以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領域應用納米顆粒材料均存在安全性的風險。納米材料不能對環(huán)境帶來二次污染,因此應用納米材料安全性的評價、回收、循環(huán)利用納米顆粒的技術已提到議事日程。
2、加強納米粉體材料分散技術的研究,發(fā)展高效實用節(jié)能有效的消除硬團聚、二次團聚和納米尺度的破碎技術,解決應用納米材料,凸顯納米效應的問題已迫在眉睫。
3、重視循環(huán)利用納米粉體材料,發(fā)展有效的回收和再處理技術。
4、天然納米材料(包括礦物納米材料)是我國的寶貴資源。它像貴重金屬礦物材料一樣存在于地殼之中,使我國的寶貴財富。發(fā)展在從天然礦物中提取納米材料的技術,要發(fā)展綠色循環(huán)技術,做到生態(tài)的評估。
5、要注意研發(fā)納米顆粒材料粉體材料對CO2捕獲、分離、轉換和回收的性能。加強納米結構催化劑在利用CO2領域的應用研究。
從20世紀80年代末,我國政府就開始重視納米顆粒材料的研究,國家科技部,國家自然科學基金委、中國科學院、教育部和經(jīng)濟發(fā)達的省市通過攀登項目、“863”項目,重大基金項目以及攻關項目對納米顆粒材料的基礎研究和應用研究進行支持,這為我國納米材料應用研究和產(chǎn)業(yè)化打下了良好基礎。
納米顆粒可控制備新技術的發(fā)展
利用傳統(tǒng)理論發(fā)展新方法制備納米顆粒是近年來納米顆粒制備科學技術領域出現(xiàn)的新亮點。
空心球納米顆粒制備技術。納米空心球在隱身材料、環(huán)境治理、藥物輸送、敏感器件和催化領域具有重要的應用前景。金屬納米顆粒的表面等離子體共振技術。
金屬納米顆粒的表面等離子體共振的理論和實驗研究取得系列進展。發(fā)現(xiàn)增益介質(zhì)可以大幅度地提高表面等離子體共振的品質(zhì)因子,顯著地增強局域電磁場強度和表面增強拉曼散射(SERS)強度,為實現(xiàn)單顆粒的單分子檢測提供了一條有益的思路;探索了金屬納米顆粒的微觀生長新機理,成功合成了新型的銀納米顆粒和鈀--金復合納米晶體,開辟了新的應用范疇;利用光聲成像的方法定量地測量了金-銀合金納米籠狀顆粒和金納米棒顆粒的光學吸收截面,為開發(fā)納米顆粒在生物醫(yī)學上的疾病檢測和治療提供了十分重要的數(shù)據(jù)。
此外還有液相燒灼方法納米顆粒制備、原位轉化方法納米顆粒制備等技術。
問題及解決方法
就目前情況而言,我國納米顆粒材料領域的基礎研究和應用開發(fā)研究的脫節(jié)現(xiàn)象沒有得到很好解決。納米顆粒材料的工業(yè)化制備和應用與發(fā)達國家相比,還有一段距離。我國應用型企業(yè)所占比例很小,應用技術屬于粗放型,納米高技術和結合國家戰(zhàn)略需求的納米應用技術創(chuàng)新力度不夠大,結合IT、IC和納米生物技術的專利所占比例較小。結合環(huán)境、能源、國家安全、食品和農(nóng)業(yè)的需求,發(fā)展有針對性的納米應用技術基本不到位。
為了縮短在納米材料應用領域與世界發(fā)達國家的差距,我國應該制定相應的納米材料應用發(fā)展規(guī)劃,由近及遠,分階段部署,對具有核心競爭力的領域,重點優(yōu)先扶植。建立產(chǎn)學研結合的團隊,探索產(chǎn)學研結合的新模式,縮短技術轉移和產(chǎn)業(yè)化的進程,建立科學評價體系。
在追趕與國際先進國家技術的同時,也應該注意到我國自身所面臨的一系列問題,應對氣候變化、co2的排放、抑制溫室效應、發(fā)展非碳新能源、常規(guī)碳能源的清潔化、環(huán)境安全、優(yōu)化農(nóng)業(yè)環(huán)境、節(jié)省農(nóng)業(yè)資源、降低糧食安全風險、合理利用節(jié)省水資源、提高水資源的安全性等都是擺在我國面前的急需解決關鍵問題。而顆粒材料在解決上述問題中存在著巨大的潛力。因此,納米顆粒材料在日后的研究當中應以一下為重點:
1、加強納米材料應用安全性的研究。在節(jié)能減排、常規(guī)能源清潔化、化境治理以及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領域應用納米顆粒材料均存在安全性的風險。納米材料不能對環(huán)境帶來二次污染,因此應用納米材料安全性的評價、回收、循環(huán)利用納米顆粒的技術已提到議事日程。
2、加強納米粉體材料分散技術的研究,發(fā)展高效實用節(jié)能有效的消除硬團聚、二次團聚和納米尺度的破碎技術,解決應用納米材料,凸顯納米效應的問題已迫在眉睫。
3、重視循環(huán)利用納米粉體材料,發(fā)展有效的回收和再處理技術。
4、天然納米材料(包括礦物納米材料)是我國的寶貴資源。它像貴重金屬礦物材料一樣存在于地殼之中,使我國的寶貴財富。發(fā)展在從天然礦物中提取納米材料的技術,要發(fā)展綠色循環(huán)技術,做到生態(tài)的評估。
5、要注意研發(fā)納米顆粒材料粉體材料對CO2捕獲、分離、轉換和回收的性能。加強納米結構催化劑在利用CO2領域的應用研究。