纳米化学论文篇(1)

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，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了部级的纳米技术计划。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年就率先制定了部级的纳米技术计划（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指导协调委员会、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指导与协调，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。

纳米化学论文篇(2)

关键词 纳米科技;纳米地球化学;纳米矿物学;纳米矿床学

中图分类号TB383 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2010)31-0083-02

1 概述

纳米科学技术(nano scale science and technology)作为新兴的学科[1],在人类社会进入世纪之交的关键转变年代,在世界范围兴起,发展迅速,前景诱人,国际竞争已经开始。人类对自然世界的认识始于宏观物体,又逐渐认识到原子,分子等微观粒子,然而对纳米微粒却缺乏深入的研究[2]。原子是自然界的基本组成单元,原子的不同排列方式使自然界物种丰富多样化。1959年,著名的物理学家诺贝尔物理学奖得主查德・费曼说:“如果有一天可以按人的意志安排一个原子,将会产生怎样的奇迹。”纳米科技则使人们能够直接利用原子、分子制备出包含原子的纳米微粒,并把它作为基本构成单元,适当排列成一维的量子线,二维的量子面,三维的纳米固体。纳米材料有一般固体都不具备的优良特性,所以有着广阔的应用前景。钱学森指出:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。” [3]

1.1 基本概念

纳米(Nanometer)又称毫微米,是一种长度单位。1纳米等于10-9m(十亿分之一米)。上田良二教授于1984年从测试的角度给纳米微粒下了一个定义:用电子显微镜(TEM)能看到的微粒称为纳米微粒[4]。纳米技术是1974年在东京由日本精密工程学会(JSPE)和国际生产工程研究学会(CIRP)联合主持的会议上由日本东京科学大学机械工程教授谷口纪男提出的[5]。纳米科技(Nanost)是一门在0.1nm~100nm范围内对物质和生命进行研究应用的科学。这是一种介观区域(宏观和微观之间的连接区域)进行开发研究的新技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到分子和原子。纳米科技涉及到物理学、数学、化学、生物学、机械学、信息科学、材料科学、微电子学等众多学科以及计算机技术,电真空技术,扫描隧道显微镜及加工技术,等离子体技术和核分析等各种技术领域,是一门综合性的新兴科学技术。

1.2 纳米科技的发展历史

纳米科技是20世纪科技领域重要突破它的发展经历了孕育萌芽阶段,探索研究阶段和应用开发阶段3个时期。

1)孕育萌芽阶段。费曼设想在原子和分子水平上操纵和控制物质。1860年,胶体化学诞生之日,对粒径约(1~100)nm的胶体粒子开始研究,但由于受研究手段限制,发展缓慢;

2)探索研究阶段。30年后,1990年7月,第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩召开,同年《纳米生物学》和《纳米科技》专业刊物相继问世。这标志着一门崭新的科学技术-纳米科学技术,在经过30年的曲折道路,终于诞生了。费曼的美妙设想成为现实了[6];

(3)应用阶段。1993年,开始进入蓬勃的发展时期,20世纪末获得许多成果,达到预期目标可能还要经历10~20年的努力。

1.3 纳米固体的基本特征

纳米固体的重要特征,决定了纳米科技具有划时代意义。这些特性有如下4个方面[6] :

1)表面与界面效应。纳米微粒尺寸小,表面积大,所以位于表面的原子比例相对增多。尺寸与表面原子数的关系见表1。当物质粒径小于10nm,将迅速增加表面原子的比例,当粒径降到1nm时,原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于表面原子数增多,使得这些原子易与其它原子相结合而稳定,具有很高化学活性,表面吸附能力强,扩散系数增大,塑性和韧性都大大提高;

表1纳米微粒尺寸与表面原子数的关系

2)小尺寸效应。当纳米微粒的尺寸与光波的波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,电,光,磁,声,热力学等特征均会出现小尺寸效应;

3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及应用都有重要的意义;

4)量子尺寸效应。量子尺寸效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级变为离散能级的现象。而当颗粒中所含原子数随着尺寸减小而降低时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级。当能级间距大于静磁能,磁能,热能,静电能,超导态或光子能量的凝聚能时,就导致纳米微粒磁,热,声,光,电以及超导电性与宏观特征显著不同,称为“量子尺寸效应”。例如导电的金属在超细微粒时可以是绝缘的。

表面界面效应,小尺寸效应,宏观量子隧道效应和量子尺寸效应是纳米微粒与纳米固体的基本特征,它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多不同的物化性质。

2 纳米科学研究的分析手段

具有原子分辨率的扫描隧道显微镜(STM),高分辨透射电镜(HRTEM),和原子力显微镜(AFM)等手段[7-9]能直接观察出纳米固体,纳米微粒,和纳米结构特征。

1)扫描隧道显微镜(STM)

扫描隧道显微镜(STM)具有原子级的空间分辨率。主要描绘表面三维的原子结构图。主要用于导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究 ,如金属硫化物研究。

2)高分辩透射电镜(HRTEM)

高分辩透射电镜(HRTEM)空间分辨率可达0.1nm～0.2nm。主要用于各种矿物纳米级的成分,形貌,结构的综合研究。如金属硫化物,硅酸盐矿物,矿物中的出溶物以及胶体矿物研究。

3)原子力显微镜(AFM)

以扫描隧道显微镜(STM)为基础发展起来的原子力显微镜(AFM)

能探测针尖和样品之间的相互作用力,达到纳米级的空间分辨率。为了获得绝缘材料原子图像,又出现了原子力显微镜。AFM主要是用于非导电纳米矿物原子级的空间分辨率研究。如硅酸盐矿物,胶体矿物等研究。在纳米材料方面主要是观察纳米材料物质等在矿物物质表面的吸附和沉积,以及天然纳米微粒形状。

3 纳米科技理论在地学上的应用

纳米科技与地学的结合形成了以下3种学科纳米地球化学,纳米矿床学和纳米矿物学。

3.1纳米地球化学

纳米地球化学就是研究地球中纳米微粒分布,分配,集中,分散,迁移规律,以及由纳米微粒的分布及组合特征反映断裂活动,探测石油,天然气,金属矿床等。纳米物质使元素具有新的地球化学活性和新的成岩成矿模式:传统观念认为,温度越高,化学活性越大,元素的迁移能力越强,反之活性就越小,越不容易迁移。为此,作为化学性质很不活泼的金,在较低温度下,理应活性很小,溶解度偏低,很难迁移成矿。事实上却与纳米金的地球化学行为相矛盾。但如果从纳米科技理论的角度考虑,就不难理解了。纳米科技理论认为,当物质的粒度达到纳米级时,由于颗粒极其细小,表面积很大,例如SiO2,其粒径从36nm减少到7nm时,其比表面积由75增加到360m2/g[10]。巨大的表面积使大量的原子处在表面,使元素的化学反应速度和扩散速度增加很多,吸附能力增强,熔点变低,物化性质发生改变。成岩成矿温度低,因而使元素具有低温活性。粒度越小,活性越大。这使纳米级的物质具有成分相同的可见颗粒所没有的特性。产生新的地球化学活性和新的成岩成矿模式。对稀有元素,活性性质不活泼的元素,分散元素和在水中溶解度极低的元素,在低温条件下成岩成矿作用有了不同的解释思路。

3.2 纳米矿床学

相同成分的纳米微粒不同的物化性特性已使地质学家对矿床学理论中有关矿质运移,富集过程有了新的认识。传统理论认为,矿物质的运移以温差,压力差或浓度差为前提条件,而对矿物质的运移和富集又限定其必须有一定的矿化剂为载体,而未意识到同种物质如果其粒度不同则其物化性质的差别非常巨大。传统成矿理论一直认为金矿的形成是由于其离子与一定络合剂结合,在一定的温度条件下迁移到一定部位,经过各种化学反应生成自然金而聚集成矿。纳米科学技术理论认为:源岩中的原子态金只要达到纳米级,其本身首先就由于极大的自扩散系数和吸附性而扩散,迁移合富集成矿。目前为止,地学界一直对砂金为何能在低温条件下甚至使常温态下能够形成“狗头金”的事实没有定论,现在看来,很有可能是纳米级的金自身扩散,迁移,吸附的结果。这种聚集成矿作用,在内生金属成矿作用过程中可能也同样起着不可低估的作用[11]。

3.3 纳米矿物学

目前,由于科技的限制,人类对矿物学的认识,往往注重宏观矿物单体,聚合体的形态及有关特性,注重微观矿物成分及原子排列的情况,而对纳米矿物微粒,纳米矿物结构缺乏深入细致的研究。在传统矿物学研究中,把矿物看成理想的晶体点阵,但在纳米矿物学中则着重研究纳米矿物微粒和矿物结构特征以及与此有关的岩石学,矿床学,构造地质学,地球化学等地质学科。

所谓的纳米矿物就是指晶体粒度细小至纳米量级的矿物颗粒。往往是以集合体形式结合一起[12]。彭同红、万朴等人运用扫描电镜发现以下几种非金属矿晶体,具有纳米尺寸的结构:

1)沸石, 其内通道直径为13nm~113nm;

2)条纹长石、月光石、日光石,其晶间距为2nm;

3)膨润土、高岭土、海泡石,其层间距离为2nm等;

4)鳞片石墨经高温膨化后形成蠕虫石墨,形成网状结构,其孔径直径为10 nm~100nm[13]。

目前,已发现的纳米矿物资源主要分布在大洋底部及陆地。例如:海洋中的“黑烟囱”和陆地上的纳米矿物有氧化物和硅酸盐等。但受限于开采技术,目前仅其中层状结构的黏土矿物并已初步进行开发利用。纳米物质的巨大的比表面积、特殊的界面效应、临界尺寸效应及高能量状态赋其不同于普通物质的特性。例如, 普通金的沸点为2 966℃,而纳米相金则在700℃~800℃条件下熔解、气化[12]。其它纳米相金属也具有此特性。因而纳米级矿物开发利用有着广阔的应用前景。

4 结论

纳米科技的研究是国际当前的研究热点,它使人类在改造自然方面进入了一个新层次,即从微米级层次深入到纳米级层次。也使地质学科学家的认识改造自然界进入一个新层次。HRTEM,STM,AFM等测试方法的在纳米矿物学中的研究运用,一些新概念、新理论、新方法随之孕育而生,使21世纪矿物学的研究将上一个新台阶,这将促进地质科学飞速发展。

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纳米化学论文篇(3)

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.

纳米化学论文篇(4)

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。

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纳米化学论文篇(5)

Abstract： Nano-materials are widely used due to their unique properties， but the agglomeration of nanoparticles plagued preparation and application of nano-materials， and surface modification is an effective solution to this problem. The causes of the agglomeration of nanoparticles were introduced， dispersion processes of nanoparticles were discussed， dispersion mechanism of nanoparticles and dispersion technology of nanoparticles were focused on analysis. And hope for the preparation of nano-materials mass production and application to provide certain theory basis.

P键词：纳米粒子；团聚；纳米材料；分散

Key words： nanoparticles；accumulation；nano-materials；dispersion

中图分类号：TQ174 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）13-0157-02

0 引言

近年来，科学方面的一项重大发展就是纳米技术，关于纳米技术的研究多个学科都趋之若鹜。当前纳米粒子被广泛应用在民用和工业领域，这是因为利用纳米粒子能够让材料发生奇异的变化，具有材料之前本不具备的性能，其诱人特征特别表现在力学、光电、结构、催化及物理化学性质等方面。然而，纳米粒子的应用和制备过程中也面临着一个很大的问题，即纳米粒子的团聚问题，具体来说：对于纳米聚晶材料，团聚问题会导致颗粒异常长大，造成性能的劣化；对于具有自组装结构的纳米材料，团聚问题会使结构发生变化；对于各类直接利用纳米粒子的场合，团聚问题更是直接影响了材料的效率和性能[1]。由此可知，制约纳米技术不断完善和进步的关键原因就是纳米材料中纳米粒子的团聚。基于此，本文首先分析了纳米粒子团聚的原因，然后针对纳米粒子的分散过程和分散机理，探讨了纳米粒子的分散技术。

1 纳米粒子团聚的原因

所谓纳米粒子的团聚是指原生的纳米粉体颗粒在制备、分离、处理及存放过程中相互连接、由多个颗粒形成较大的颗粒团簇的现象。一般来说，粒子团聚包括硬团聚体和软团聚体两种形态。硬团聚的形成主要受静电力、范德华力、化学键作用以及粒子间液相桥或固相桥的强烈结合作用；软团聚主要是由粒子间的静电力和范德华力或因团聚体内液体的存在而引起的毛细管力所致。

2 纳米粒子的分散过程

近年来新兴发展了一门边缘学科，即纳米粒子分散。其是指粉体粒子在液相介质中分离散开并在整个液相中均匀分布的过程，和普通微米级颜、填料在涂料用树脂中分散一样。

2.1 润湿过程

润湿过程是指粒子表面吸附液相介质，粒子与粒子之间的界面被粒子与溶剂、分散剂等液相介质界面所取代的过程。可用润湿角来表示粒子在介质中润湿程度的好坏[2]。其中润湿角θ可由杨氏公式表示：

cosθ=（γS-γSL）/γL

式中，γSL表示润湿后固液界面的表面张力；γL表示液相介质表面张力；γS表示固体粒子表面张力。从润湿的角度分析，选用低界面自由能的溶剂，有利于纳米粉体的润湿。对于确定的固体粉末及液态介质而言，若γL、γS不变，通过提高γSL能够减小θ，改变固/液界面状态、添加润湿分散剂能够达到提高γSL的目的。

2.2 分散过程

纳米粒子的分散过程是指通过外加机械力（挤压、剪切等）作用，利用超声分散、高速搅拌、辊轧、平磨、砂磨、球磨等手段将纳米粒子团聚体打开，使其分散为更小的粒子的过程[3]。

纳米粒子团聚体全部变成原级粒子是纳米粒子分散的理想状态，但是在现实中理想状态出现的概率很小。在常规分散期间，随着纳米粉体粒径的逐渐变小，表面积会逐渐增加，那么一部分分散纳米粒子的机械能就会传递给新生表面，造成粉体表面能上升。在热力学上表面能的上升是不稳定的，且粒子有重新团聚的可能性，实现分散与团聚的动态平衡。通过将润湿分散剂引入分散体系中，能够改变该过程的平衡常数，让粒子粒径向小的趋势发展，且同时粒径分布变窄。

2.3 稳定化过程

稳定化过程是将原级粒子或较小的团聚体在静电斥力、空间位阻斥力作用下来屏蔽范德华引力，使粒子不再聚集的过程，使经机械力作用分散后的粉体，在外力撤除后仍然保持稳定悬浮状态，维持已经获得的粒径及粒径分布，分散体系无异常。

很多因素都会影响到分散体系稳定性，包括表面吸附层、表面电荷、布朗运动、重力（或浮力）作用、范德华吸引力、奥氏熟化作用、表面自由能等。前两者是分散体系的稳定化因素，后两者是分散体系的失稳因素。对分散体系的稳定性而言，布朗运动具有双重作用[4]：一是布朗运动会使粒子之间出现相互碰撞，客观上增加了粒子之间重新团聚的可能性；二是布朗运动会让粒子扩散，因重力（或浮力）作用产生的浓度差会因此减弱。

3 纳米粒子的分散机理

3.1 双电层静电稳定机理

双电层静电稳定理论，也称DLVO理论[5]。静电稳定是指粒子表面带电，在其周围会吸附一层相反的电荷，形成双电层，通过产生静电斥力实现体系的稳定。分析DLVO理论可知，两种相互作用势能存在于带电胶粒之间，即范德华吸引能VA和双电层静电排斥能VR，粒子双电层之间的相互排斥引起双电层静电排斥能。分散体系总的势能VT：

VT=VA+VR

3.2 空间位阻稳定理论

DLVO理论并非适用于所有的粒子分散体系，部分非水性介质中粒子的分散该理论不适用[6]。这是因为未将聚合物层的作用考虑在内，胶体吸附聚合物后产生了一种新的排斥能――空间排斥势能VSR。此时粒子之间的总势能VT：

VT=VA+VR+VSR

由上式可知，对于体系稳定性来说，空间排斥势能VSR的作用不可或缺，故称为空间位阻稳定机理。

3.3 空缺稳定机理

粒子一旦对聚合物产生负吸附，那么在粒子表面层，溶液的体相浓会高于聚合物浓度。由此在粒子表面会形成一种“空缺层”，一旦空缺层发生重叠时，斥力能或吸引能就会产生，改变物系的势能曲线。在高浓度溶液中，占优势的是斥力，使胶体稳定；在低浓度溶液中，占优势的是吸引能，胶体稳定性下降[7]。

4 纳米粒子的分散技术

纳米粒子极易产生自我聚集，表现出强烈的团聚特性，若不及时将纳米粒子分散开，不断团聚的粒子就会影响到材料的性能。因此，研究纳米粒子的分散技术至关重要，且刻不容缓。当前纳米粒子的分散方法主要有物理分散和化学分数两类。

4.1 物理分散

物理分散方法主要有高能处理法、超声波分散法和机械分散法三种，具体如下[8]：

①高能处理法：利用高能粒子作用，增强纳米粒子表面活性，使其与其它物质发生化学反应或附着，从而达到分散的效果。②超声波分散法：为避免或减少纳米粒子团聚，可将待处理的粒子悬浮体放置在超声场中，用科学的超声波进行必要处理。③机械分散法：其原理是借助机械能，比如外界剪切力或撞击力等，让纳米粒子在介质中充分分散，该方法操作简单。

4.2 化学分散

化学分散实质上是利用表面化学方法加入表面处理剂来实现分散的方法[9]。

①分散剂分散：合理选用分散剂提高悬浮体的分散性，改善其稳定性及流变性。②酯化反应：金属氧化物与醇的反应称为酯化反应。用酯化反应对纳米粒子表面修饰，使其表面变成亲油疏水的表面，在实践应用中该方法的实用价值最高。③偶联剂法：偶联剂具有两性结构，其分子中的一部分基团可与粒子表面的各种官能团反应，形成强有力的化学键合，另一部分基团可与有机高聚物发生某些化学反应或物理缠绕。

5 结语

随着纳米科学和纳米技术广泛地应用于工业和民用领域，纳米粒子的团聚问题将会直接影响到纳米材料使用过程中的经济和社会效益。本文通过分析纳米粒子的分散过程、分散机理，提出了多种纳米粒子的分散技术，有效解决了纳米粒子的团聚问题，未来纳米粒子的应用将更加广泛。

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[7]ZhangLidDe.At home and abroad the latest progress in the study of nano materials and nano structure [A]. Proceedings of the 4th Chinese functional materials and application of academic [C]. 2001.

纳米化学论文篇(6)

关键词：纳米复合物 纳米片状硫化锡 碳纳米管 电化学

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0001-01

纳米材料由于具有独特和优良的物理、化学性质，已经广泛地应用于许多研究领域[1]。最近，半导体纳米材料由于其优良的性质，在电化学传感领域越来越引起大家的关注[2～3]。硫化锡（SnS2）是一种n型半导体，由S-Sn-S层组成的具有CdI2型的层状结构，带隙值大约为2.2～2.35eV[4]。SnS2无毒，制备简单，在酸性和中性的水溶液具有良好的稳定性，在空气中也具有一定的氧化和热稳定性。这些优点使SnS2成为一种具有前景的光增敏光催化剂[5]。此外，由于其有趣的电学，光学和气敏性质，SnS2被用于太阳能电池材料、锂电池阳极材料、气敏传感器材料和光催化材料等[6]。

复合物纳米材料，尤其是由碳纳米材料和其它类型的纳米材料组成的复合材料，由于其新颖的性质已经引起了相当的关注[7]。自从1991年发现了碳纳米管，它独特的物理和电化学性质，如高的电子传导性，大的比表面积和优良的促进电子转移能力，已经在电化学传感领域引起广泛的研究兴趣[8，9]。碳纳米管和碳纳米管复合材料已经用来修饰电极，实现了对过氧化氢、葡萄糖、多巴胺、尿酸和抗坏血酸的电化学传感。

本研究工作根据文献报道的方法合成了纳米片状的硫化锡，然后和多壁碳纳米管超声混合，首次制备了新颖的碳纳米管功能化的硫化锡纳米复合物。该复合物将为电化学传感提供一种优良的电极材料。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

脱水氯化锡（SnCl2·2H2O，A.R.）、硫粉和过氧化氢（30%）购买于国药集团化学试剂有限公司。多壁碳纳米管（纯度：≥98%，直径：60～100 nm，长度：1～2μm）购自深圳纳米港有限公司。CHI852电化学工作站（上海晨华）用来进行电化学检测，扫描和透射电子显微图片分别由扫描电子显微镜（Hitachi S-4800，日本）和透射电子显微镜（Philips Tecnai-12，荷兰）获得。

1.2 合成纳米片状的SnS2

纳米片状的SnS2根据以前报道的方法简单合成[6]。首先将SnCl2.2H2O和过量的S粉混合，研磨15 min后转移至刚玉坩埚，用盖子密封。然后将该坩埚放置于电热炉中从室温加热到200 ℃（每分钟升温4.7 ℃），在200 ℃下保持10 min后于室温下自然冷却。获得的粉末分别用二硫化碳、蒸馏水和乙醇清洗，最后在80 ℃下烘干即制备得到黄色的纳米片状的SnS2。

1.3 制备碳纳米管功能化的硫化锡复合物

首先将多壁碳纳米管进行酸化处理，具体如下：将多壁碳纳米管分散于30%的硝酸中，在140 ℃下回流24 h，将获得的悬浮液进行离心清洗至pH值为7.0，在60 ℃下烘干。然后将0.6 mg羧酸化的多壁碳纳米管和0.2 mg纳米片状的硫化锡一起分散于1.0 mL蒸馏水中，超声30 min即获得碳纳米管-硫化锡复合物。

2 结果讨论

2.1 表征多壁碳纳米管功能化的硫化锡复合物

所合成的纳米片状硫化锡的透射和扫描电子显微镜图片见图1a和b。硫化锡展现出各向异性、均匀的纳米片状的形貌，片状结构的直径约为40 nm。图1c为多壁碳纳米管-硫化锡复合物的扫描电子显微镜图片。从该照片中可以看到，多壁碳纳米管均匀分散在纳米片状硫化锡的表面，表明成功制备了碳纳米管-硫化锡复合材料，而这种碳纳米管功能化的结构有利于增强该复合材料的电催化能力。

3 结论

本篇研究工作通过简单的超声混合方法，制备了多壁碳纳米管功能化的硫化锡纳米复合物，该纳米复合物具有均匀的形貌，大的比表面积，将为电化学传感研究提供一种新颖的电极材料。

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纳米化学论文篇(7)

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。