目前其主要运用在:陶瓷领域、微电子学上、生物工程上、在光电领域、在化工领域、在医学上。
详细介绍如下：
1、纳米技术在陶瓷领域方面的应用
陶瓷材料作为材料 的三大支柱 之一,在日常生活及工业生产 中起着举 足轻重 的作用。但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使其应用受到 了较大 的限制。随着纳米技术的广泛 应用,纳米陶瓷随之产生,希望 以此来克服陶瓷材料 的脆性,使陶瓷具有象金属一样 的柔韧性和 可加工性。英国材料学家指 出纳米 陶瓷是解决 陶瓷脆性 的战略途径。所谓纳米 陶瓷,是指显微结构 中的物相具有纳米级 尺度 的陶瓷材料、也就是说晶粒尺 寸、晶界宽度、
第二相分布、缺陷尺 寸等都是在 纳米 量级 的水平上。要制备纳米 陶瓷,这就需要解决粉体尺寸形貌和粒径分布的控制,团聚体的控制和分散。块体形态、缺陷、粗糙度 以及成分的控制。
2、纳米技术在微 电子学上 的应用
纳米电子学是纳米技术 的重要组成 部分,其主要思想是基于纳米粒子 的量子效应来设计并制备纳 米
量子器件,它包括纳米有 序无 序阵列体 系、纳米微粒 与微孔 固体组 装体 系、纳米超结构组装体 系。纳米 电子学 的最终 目标 是将集成 电路进一步减小,研制出由单原 子或单分 子构成 的在室 温能使用 的各种器件。目前,利用 纳米 电子学已经研制成功各种纳米器件。单 电子 晶体管,红、绿、蓝三基色可调谐 的纳米发光二极管以及利用纳米丝、巨磁阻效应制成 的超微磁场探测器 已经问世。并且,具有奇特性能的碳纳米管的研制成功,为纳米 电子学 的发展起到了关键的作用。碳纳米管是 由石墨碳原 子层卷 曲而成,径 向尺层控制在以下。电子在碳纳米管的运 动在径 向上受 到限制,
表现 出典型 的量子 限制效应,而在轴 向上 则不受任何 限制。以碳 纳米管为模 子来制备一维
半导体量子材料,并不是凭空设想,清华大学 的范守善教授利用碳纳米管,将气相反应 限制在纳米管内进行,从 而生 长 出半导体纳米线。他们将一混合粉体置于石英 管 中的钳 祸底 部,加热并通人气体与在碳纳米管 中反应生 长 出封 纳米线,其径 向尺寸为一。另外,在年,他们还制备 出了纳米线。年该科研组与美 国斯坦福大学合作,在 国际上首次实现硅衬底上碳 纳米管阵列 的 自组织生长,它将大大推进碳纳米管在场发射平面显示方面 的应用。其独特 的电学性能使碳纳米管可用于大规模集成 电路,超导线材等领域。
3、纳米技术在生物工程上的应用
众所周知,分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好 的信息处理材料、每一个生
物大分子本身就是一个微型处理器,分子在运动过程 中以可预测方式进行状 态变化,其原理类 似于计算机的逻辑开关,利用该特性并结合纳米技术,可 以此来设计量子计算机。美 国南加州大学 的博士等应用基于分子计算技术的生物实验方法，有效地解决了 目前计算机无法解决的问题一“哈密顿路径问题”,使人们对生物材料 的信息处理功能和生物分子的计算技术有 了进一步的认识虽然分子计算机目前只是处 于理想阶段,但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机 的组件,其 中细菌视紫红 质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性 和很好的稳定性,并且,其奇特 的光学循环特性 可用于储存信息,从而起 到代替 当今计算机信息处理 和信息存储 的作用。在整个光循环过程 中,
细菌视紫红质经历几种不 同的中间体过程,伴随相应 的物质结构变化。等研究 了细菌视紫红质分潜在的并行处 理机制和用作三维存储器 的潜能。通过调谐激光束,将信息并行地写人细菌视紫红质立体,
并从立方体中读取信息,并且细菌视紫红质的三维存储器可提供 比二维光学存储器大得多的存储空间。纳米计算机 的问世,将会使当今 的信息时代发生质的飞跃。它将突破传统极 限,
使单位体积物质的储存和信息处理 的能力提高上百万倍,从而实现电子学上 的又一次革命。
4、纳米技术在光 电领域的应用
纳米技术 的发展,使微 电子 和光 电子 的结合更加紧密,在光 电信息传输、存贮、处理、运算和示
等方面,使光 电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高倍至 几百倍,甚至 可 以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度 的对地侦察。但是要获取高分辨图年第期广 东 有云 职 业 技 术 学 吮广 州 合 云 工 商 高 级 技 工 学 校学报像,就必需先进 的数字信息 处理技术。科 学家们发现,将光调 制器 和光探测器结合在 一 起 的量子 阱 自电光效应器件,将 为实现光学高速数学运算提供可能。美国桑迪亚 国家实验室 的等发现纳米激光器 的微小尺寸可 以使光子被限制在少数几个状态上,而低音廊效应则使光 子受 到约束,直 到所 产生 的光波 累积起足够多 的能量后 透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作 效 率,而能量 阑则很低。纳米激光器实际上 是一根弯 曲成极 薄 面包 圈的形状 的光子导线,实验发现,纳米激光器 的大小 和形状能够有效控制它发射 出的光子 的量子行 为,从 而影 响激光器 的工作。研究还发现,纳米激光器工作时只需约微安的电流。最近科学家们把光子导线缩小到只有五 分之一立方微米体积 内。在这一尺度上,此结构 的光子状态数少于个,接近 了无能量运行所要求的条件,但是光子 的数 目还 没有减 少 到这样 的极 限上。最 近,麻省理工学院的研究人员 把被激发 的钡原子一个一个地送人激光器 中,每个原子发射一个有用 的光子,其效率之高,令人惊讶。除了能提高效率以外,无能量 阂纳米激光器 的运行还可 以得 出速度极快 的激光器。由于 只需要极少的能量就可 以发射激光,这类装置可以实现瞬开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟亿次的速度开关,适合用 于光纤通信。由于纳米技术 的迅速发展,这种无能量 阂纳米激光器 的实现将指 日可待。
5、纳米技术在化工领域 的应用
纳米粒子作为光催化剂,有着 许多优 点。首先是粒径小,比表 面积大,光催化效率高。另外,纳米粒
子生成 的电子、空穴在 到达表 面之前,大部分不会重新结合。因此,电子、空穴能够到达表面 的数量 多,则化学反应活性 高。其 次,纳米粒子分散在介质 中往往具有透 明性,容易运用光学手段 和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、半导体能级结构与表 面态密度的影响。目前,工业上利用米二氧化钦一三氧化二铁作光催化‘剂,用于废水 处理含了一或尹一体系,已经取得 了很好 的效果,用淀溶 出法制备 出的粒径 约一的 白色球状钦 酸锌粉体,表 面积大,化学活性 高,用它作 吸 附脱硫剂,
较 固相烧结法制备的钦 酸锌粉体效果 明显提高。
6、纳米技术在 医学上 的应用
随着纳米技术的发展,在 医学上该技术也开始崭露 头脚。研究人员发现,生物体内的蛋 白质复
合体,其线度在一之间,并且生物体内的多种病毒,也是纳米粒子。以下 的粒子 比血液 中的红 血球还要小,因 而可 以在血 管 中 自由流动。如果将超微粒子 注人 到血 液 中,输送 到人体 的各个部位,
作为监测和诊断疾病的手段。科研人员已经成功利用纳米微粒进行 了细胞分离,用金 的纳米粒子进行定位病变治疗,以减 少 副作用等。另外,利用纳米颗粒作为载体 的病毒诱导物已 经取得 了突破性进展,现在已用 于临床动物实验,估计不久 的将来 即可服务 于人类。研究 纳米技术 在生命医学上应用
,可 以在纳米尺度上 了解生物大分子 的精细结构及其与功能的关系,获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造 出分子机器人,在血液 中循环,对身体各部位进行检测、诊断,并实 施特殊治疗,疏通脑 血管 中的血栓,清除心脏动 脉脂肪沉 积物,甚 至 可以用其吞 噬病毒,杀死癌细胞。区样,在不久 的将来,被视为当今疑难病症 的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃 而解,从而将使医学研究发生一 次革命。总之,纳米技术正成为各 国科技界所关 注的焦点,正如钱学森院士所 预言 的那样“纳米左右和纳米以下 的结构将是下一 阶段科技发展 的特点,会是一次技术革命,从而将是世纪 的又一次产业革命
。 ”
1999年在完成了18个月的博士后研究后，杨培东与大约20所美国顶尖大学面谈，最终得到近10所大学的工作邀请，他选择了加州大学伯克利分校，年仅28岁时就成为加州大学伯克利分校化学系的助理教授，独立负责一个实验室的科研工作。 从加入伯克利的那年起，杨培东就以其出色的科研成果获得了一系列殊荣。沿着一个正确的方向作始创性的研究，是杨培东频频得奖的奥秘，他的小组在半导体纳米线方面的研究，一直处在领跑这个领域的地位。
纳米技术的前景被人们一致看好。2013年，世界各大公司纷纷为此项技术而斥资，几乎每一所名牌大学都以率先展开相关研究而自豪。学会如何制作纳米线这一纳米器件的关键，则成了摆在研究人员面前的一大热门课题。
顾名思义，纳米线又长又细，体积微小——大约只有人类头发宽度的万分之一。如今，研究人员能将纳米线的直径从5毫微米调整至几千毫微米，长度可达到几百微米。这种导线整合成较大的结构后，不仅可以制作激光器、晶体管和存储器阵列，就连类似猎犬嗅探器官的化学敏感结构也不在话下。为了研制纳米线，杨培东和他的同事利用特殊的小室，先在里面将黄金或其他金属的薄膜熔化，以形成纳米尺度的微滴。然后，向它们发射化学蒸气，使其分子分解。这些分子以短序列使熔化的纳米微滴过饱和后，便形成了纳米结晶。随着更多的蒸气在金属微滴上的分解，结晶就会像一棵树那样往上生长。
同时在数百万个金属微滴上进行这一 *** 作，使科学家有机会对大量的纳米线加以组织。杨培东“栽种”的氮化镓和氧化锌纳米线已长成大片的森林，它们能发射紫外线光，有助于“芯片上的实验室”迅速而廉价地分析医学、环境和其他取样。由于在生长过程中引进不同的蒸气，杨培东改变了纳米线的成分，使它形成硅和半导体硅锗的界面，其早期用途是对计算机芯片的冷却。此外，这类器件还有可能最终发展成为高效的能源，从汽车废热或太阳热量中产生电能。
当然，对如此细微的纳米线进行电极连接仍是一大难关，世界各地有100个研究小组正在进行攻关。
但纳米技术的应用前景实在诱人。杨培东告诉记者，他和其他四位科学家技术入股了一家纳米技术公司，他是公司科技顾问，并不直接参与经营管理。2013年，这家公司正致力于将纳米技术转化到实际应用中去，已获两轮投资，烧掉了1亿5千万美元，但风投公司还是乐此不疲。 5月12日，四川汶川大地震发生以后，杨培东更是每天关注电视新闻，灾区群众的安危与困难沉甸甸地压在他的心头。“旧金山和伯克利一湾之隔，都处在圣安德列斯断层上，属环太平洋地震带。1906年旧金山大地震后，那里的建筑都充分考虑了抗震设防要求，我工作的实验室就是建在巨大的轮子上的。”杨培东认为，四川的灾后重建，一定要多参考国外的成熟做法，提高建筑物的抗震能力。
和其他海外华人一起，他一次次参加向四川灾区捐款捐物的活动。“这次中国的抗震救灾工作信息透明，救援及时，在国际上广受好评。作为一名身在海外的中国人，我也为祖国自豪。”
醉心于探索美丽小世界的杨培东，与国内的同行，如清华大学、复旦大学和中国科技大学的研究人员保持着密切的交流。加入伯克利后，他平均每两年回中国访问一次。而中科院纳米所选定在苏州后，他回国的步伐更勤了，2013年六七月，就回来了两次。“其实，纳米所还只是一片空地的时候，我就来过苏州跟他们交流了”。杨培东说，以后在苏州的工作忙起来后，回来得肯定还会更频繁。2013年苏州城市大了，不自己开车总觉得不方便。“我还是中国公民，换国内的驾照应该不麻烦吧？”他问记者。 从苏州走出去的旅美科学家杨培东教授20年后回到家乡“打工”。7月22一早，这位国际顶尖材料学家走进他在中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的办公室，开始了在这里的全新工作。
任教于美国加州大学伯克利分校化学系的杨培东教授，同时也是美国劳伦斯柏克莱国家实验室科学家。根据美国科学信息研究所的统计，从1997年至2007年的论文引用次数看，杨培东已是当之无愧的国际“纳米牛人”，其论文平均被引次数超过150次，是仅居其次的科学家的两倍，在全球材料科学家中列第一。
此番，杨培东教授应中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所之邀，出任该所客座教授，同时负责组建并领导一个国际合作实验室。22日一上班，他就立即翻阅起助手送来的一份“海归”博士的简历。杨培东教授告诉记者，此次他利用美国大学放暑假的时间回国，在苏州有难得的10多天“整块”工作时间。而亲自主持面试，为实验室“招兵买马”挑选人才，是他此次回国的工作任务之一。
在美国，杨培东教授在纳米导线方面的开创性研究，取得了令世界瞩目的成就，使一系列高技术设备显示出了广泛的应用前景，包括从微型发光二极管、激光器，到晶体管、太阳能板等广泛领域。而在苏州，这位1971年出生的青年科学家“另起炉灶”，研究方向瞄准了全新的纳米生物技术。
纳米技术是21世纪科技发展的热门前沿领域，作为业内的顶尖高手，杨培东教授是许多世界级科研机构的追逐对象。中学毕业后离开苏州求学、工作20年，这颗国际纳米界的明星升得再高，心中还是时常挂着家乡。“巧的是，苏州近年确立了国内纳米技术领域的核心地位，科技水平和产业环境领先全国，在这里正好可以发挥我的专业特长。”杨培东教授表示，今后他会中国、美国两头奔波。在美期间，将通过因特网遥控指挥这里的研究。
2011年，美国《科学》报道了加州大学伯克利分校纳米材料学家杨培东的杰出成就。这篇题为《青云直上》的文章写道，最精细的半导体导线使杨培东大奖不断，特别是美国国家科学基金会授予他的艾伦·沃特曼奖，把他的科研生涯推向了顶峰。
装饰线条又称之为纳米科技装饰边框线条.，是一种高品质、高科技研究开发出来的新型装饰材料，采用天然的大理石粉构成高密度、高纤维网状结构的坚实基层，表面覆以超强耐磨的高分子PVC耐磨层，经上百道工序加工而成。产品纹路逼真美观，超强耐磨，表面光亮而不滑，堪称二十一世纪高科技新型材料的典范！
色差小，由于在合成过程中采用集中配料工艺，彻底解决了困扰在天然石材装修过程中的无法解决的色差问题，具有大面积色差小、外观色彩花纹均匀划一、整体装饰效果好等特点。适用于宾馆、酒店、商场、机场、车站、地铁等场所的大面积装修，也是家庭居室装修和工艺家私制作的理想材料。无辐射，在选料上进行严格筛选，几乎完全剔除了石材中所含的辐射性元素。纳米科技大理石线条已获得绿色环保认证和国家B2级防火等级认证。3.品种齐全 色泽亮丽，由于热转印和水转印工艺的应用，让纳米石塑科技仿大理石线条的图案可以千变万化，清晰自然，也可以按照客户要求、所需颜色制造加工，使用者或设计可根据自己个性及风格选择花色品种，演绎独特的装饰装修效果，这是天然石材完全不能比拟的。采用天然的大理石粉构成高密度、高纤维网状结构的坚实基层，表面覆以超强耐磨的高分子PVC耐磨层，经上百道工序加工而成。产品纹路逼真美观，超强耐磨，表面光亮而不滑，堪称二十一世纪高科技新型材料的模范。
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