纳米技术发展
上一篇 / 下一篇 2006-12-01 15:02:30 / 个人分类：新技术
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TAG: 新技术
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cnlwh 发布于2006-12-04 07:39:05
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由碳纳米晶体管组成的环形振荡器亮相
【日经BP社报道】在ISSCC 2007上，由采用碳纳米管的晶体管组成的电路将亮相。美国IBM T.J.Watson Research Center的研究小组预定发表5级环形振荡器（演讲编号：3.4）。
在CMOS回路中，一般使用NMOS晶体管与PMOS晶体管来组成环形振荡器。而此次IBM开发出的环形振荡器则不同，由使用Al作为栅电极的碳纳米晶体管以及使用Pd的碳纳米晶体管这2种晶体管构成。由于Al与Pd的功函数不同，因此采用Al栅极的晶体管与采用Pd栅极的晶体管，其阈值也不同。利用阈值差异，获得了利用CMOS工艺组成的环形振荡器相同的特性。不过，环形振荡器的工作频率在供给1.04V电压时仅为72MHz。此次使用的碳纳米晶体管的寄生电容高达11fF，寄生电容使得工作频率受到了限制。
另外，美国斯坦福大学（Stanford University）与美国南加州大学（University of Southern California）的联合研究小组将发表碳纳米管电路与CMOS电路在运行速度及耗电量的对比研究结果（演讲编号：3.5）。据该研究小组介绍，与32nm工艺CMOS电路相比，碳纳米管电路的FO4（与1个扇出数为4的逆变器相当的延迟）快1.6倍，耗电量可降至1/120，EDP（energy-delay product）可改善23倍。（记者：大久保 聪）
http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/semi/semi200612040116.html
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东京大学成立纳米量子领域研究机构
【日经BP社报道】东京大学成立了纳米量子领域产学协作组织——“纳米量子信息电子研究机构（Nano Quine）”。东京大学成立了由校长直接领导的“机构”或“网络”学术研究组织，该研究机构是第7个组织。
此次成立的新研究机构将成为日本文部科学省的“纳米量子信息电子协作研究”项目的核心研究组织。该项目是一个跨时10年的大项目，3年后和7年后对项目的内容进行再审查，10年后汇总最终结果。
该项目已经得到夏普、NEC、日立制作所、富士通研究所的赞同，将在东京大学设置“东大企业实验室”，作为突破企业和学术壁垒的联合研究平台。另外，东京大学除与京都大学、北海道大学、庆应大学和日本信息通信研究机构（NICT）等日本国内研究组织协作外，还准备同美国斯坦福大学（Stanford University）、德国慕尼黑工业大学（Technische Universit t München）和英国剑桥大学（University of Cambridge）等开展合作。
该机构的研究对象从超宽带网络和加密通信等系统领域，到量子激光元件等元器件领域，涉及面非常广泛。作为在机构内部推进各项活动的部门，将成立“纳米量子信息电子研究部门”、“新一代纳米电子研究部门”和“量子信息科学基础研究部门”。
纳米量子信息电子研究部门的主要研究课题包括单一光子发光元器件等量子信息元器件的高性能化、量子加密通信系统与量子计算机的模型验证等。新一代纳米电子研究部门的主要研究课题包括量子点激光元件等纳米元器件以及有机晶体管等。量子信息科学基础研究部门将以上述2大部门为技术依靠，在量子级别上实现控制。
该研究机构的另一个课题是人才培育。东京大学校长小宫山宏表示：“今后，博士不仅要在学术领域，还希望能够在民间企业成为领导。纳米量子领域是培育能在民间大展身手人才的良好题材。”并结合海外大学免除硕士、博士学费等做法，指出了日本国内与博士培养有关的课题。
作为来宾致词的日本文部科学省科学技术与学术政策局长小田公彦针对这项将跨时10年的大型项目的实施，充满勉励地说道：“要有破釜沉舟的气概。如能成功，就将成为今后其他项目的典范”。接着他又表示：“研究成果往往产生于观念灵活的风险企业。此次以大厂商为主成立的组织将面临着如何吸引全新人才的课题。”（记者：菊池 隆裕）
http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/nano/nano200611080117.html
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美国伯克利市政府将制定新法律 企业有义务报告纳米粒子的毒性
【日经BP社报道】美国加利福尼亚州伯克利市议会将制定法律，规定在该市使用纳米粒子的企业与团体有义务向市政府报告纳米粒子的毒性。2006年12月5日的议会一致通过立法的决定。这项法律将纳米粒子定义为“直径在100nm以下的粒子”。
该市之所以要制定这项法律，背景在于欧美国家的企业采用新开发的纳米粒子的产品日益增多，由于纳米粒子的毒性及其对环境的影响等危害性尚不十分清楚，因此在欧美对纳米粒子的担忧也在不断加深。为此旨在从事安全性研究的美国联邦政府下属的美国国家职业安全与健康学院（National Institute for Occupational Safety and Health，NIOSH）和英国科学团体英国皇家学会（The Royal Society）等正在进行有关纳米粒子安全性的研究。
伯克利市此项法律草案的详情见附件。草案规定，使用纳米粒子的企业和团体有义务报告纳米粒子的毒性，还要报告其管理方式、废弃方法、库存跟踪、以及防止扩散措施等情况。（记者：Phil Keys，硅谷支局）
纳米材料的健康和安全特性披露规定.pdf
(2006-12-12 14:03:16, Size: 80.6 KB, Downloads: 0)
http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/nano/nano200612120113.html
[ 本帖最后由 cnlwh 于 2007-12-28 12:29 PM 编辑 ]
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石棉危害不断曝光，警惕纳米材料成为石棉第二！
【日经BP社报道】 笔者曾于7月13日在日本的博客网站上发表过一篇题为“石棉会在体内残留，那个热门新素材岂不如此？”的帖子，在读者中间引起了巨大反响。其中回帖最多的就是“请公开这种新素材的名字！”。这种要求在正常不过了，只是当时采访的对象不是研究该材料对健康具有哪些影响的专业人员，所以没有公开素材的名称。最近笔者得到了一个与该材料的研究人员直接接触的机会，因此借此机会向大家做一次汇报。
采访对象是位于茨城县筑波市的日本国立环境研究所。该研究所对粒径50nm以下的“纳米粒子”和具有纳米尺寸而被赋予新功能的“纳米材料”进行健康风险评估。其中包括以柴油尾气排放的粒子为代表的大气粒子物质在内的，氧化钛和氧化锌等物质，纳米材料则包括富勒烯和碳纳米管等。
在上次的博客帖子中，笔者所写的“纳米科技材料”针对的是碳纳米管。据环境研究所称，由于碳纳米管为纤维状，因此有可能像石棉一样从肺部到达胸膜。数年前，在美国毒性学会上就曾发表过一项研究报告，指出使用大白鼠和小鼠所做的动物实验已经证实碳纳米管具有比可导致矽肺病的硅石更强的毒性。“这项研究成果极具冲击性，不过，经过充分分析以后我们发现，实验中是将碳纳米管凝聚后使用的。而要想准确地进行评价，必须要使碳纳米管处于分散状态，因此目前真实的结果还不是十分清楚”。环境研究所在对上述实验方法持怀疑态度的同时，也指出：目前使用碳纳米管时必须考虑到这种风险的存在。
不过，能够“达到大脑”的并非碳纳米管。环境研究所表示“碳纳米管再小，应该无法通过血脑屏障（blood-brain barrier）。当然，不能说可能性为零”。笔者在此再次强调，目前尚无碳纳米管到达大脑的报告。
但是，目前已经证实有其他材料是能够到达大脑的。这就是在锰电池生产车间中吸入的氧化锰中的锰。听说锰电池制造工人中已经有人出现了类似帕金森氏病的症状。其致病机理已经从医学上得到阐明，即在工作中吸入锰粒子后，锰会滞留在大脑而发病。锰达到大脑的途径业界分析有2种，一种是从肺进入循环系统，然后到达大脑。另一种是形成溶液后从嗅觉神经末梢，通过神经系统进入大脑。可能性较高的是后一种途径。
环境研究所敲响警钟：“假如因为使用方便，便无节制地使用纳米粒子或纳米材料的话，石棉悲剧就有可能再次上演”。纳米粒子和纳米材料之所以令人担心，原因就在于其尺寸非常小。尤其是纳米粒子和富勒烯，据说恐怕具有能透过细胞等物质的组织透过性。一旦透过细胞，就可能对组织本身造成伤害，并可能向其他脏器运动。在德国使用大白鼠进行了粒径90nm的碳粒子吸入实验，结果在血管的内皮细胞中就发现了碳粒子。也就是说，碳粒子通过肺泡到达血管细胞的可能性非常高。
所以材料的有害性，不仅是指材料的化学性质，材料的尺寸、形状、溶解性、面积等物理性质也与有害性有很大关系。石棉很危险，但是如果使用的是在尺寸和形状上与石棉类似的物质的话，也存在与石棉相同的危险。如果对这一点未能充分认识的话，危害程度可能会有所不同，但将来难免不会发生第二、第三个石棉公害问题。而且同样的问题不仅限于类似石棉的细纤维材料，同样还存在于纳米级别的超微材料中。不过，在这里希望不要误解的是，笔者并不是想说“这些材料危险，所以请停止使用”。而笔者恰恰认为，这些都是有用的材料，所以必须充分利用通过巨大的付出才得到的知识，研究出安全的使用方法。
正像上次在博客网站上所讲述的那样，事实未经确认的物质名称决定不予公开（透露这条消息的尽管并不是纳米粒子和纳米材料的研究人员，但却是一位值得信赖的公共卫生专家）。这样一来估计会有人指责“应该在得到证实后再刊载”。但笔者之所以没有这样做，是因为希望尽快地向大家透露纳米类材料的危险性。
原因在于笔者认为，要想小心地安全使用，还是越快越好。另一个理由就是这个栏目并非专业报道，而是博客论坛。在这个栏目中登载的都是一些记者平日里通过采访所感受的、所思考的、或心中感到困惑的与物质生产有关的内容。尽管如此，对于上次的博客帖子，笔者曾经困惑过。经过与木崎主编一同探讨，根据信息的重要性和栏目的特点，最终还是决定“刊登”。（记者：获原 博之）
http://www.nikkeibp.com.cn/china ... ch200507290126.html
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石棉会在体内残留，那个热门新素材岂不如此？
【日经BP社报道】 石棉的危害在日本不断地被曝光，但“石棉工伤认定”可不是现在才开始的。仅从1999年～2003年的5年当中，肺癌的工伤认定数分别为17件、17件、21件、22件、38件，间皮瘤的工伤认定数分别为25件、35件、33件、55件、83件。之所以日本近来突然引起人们的注意，是因为间皮瘤导致的危害急剧扩大的缘故。
石棉被称为“静悄悄的定时炸弹”，它滞留在体内，经过30年，甚至40年的漫长岁月后，引发肺癌或间皮瘤。尤其是间皮瘤，其潜伏期平均为38.0年。单纯计算的话，现在患上间皮瘤的人应当是在38年前的1967年遭受石棉危害的。
日本的石棉进口量在上世纪60年代以后开始急剧扩大。而石棉的毒性被人们认识，并开始对其处理方法和使用方法进行限制，则是进入70年代以后的事情。最初的部级法令是日本1971年颁布的《特定化学物质危害预防规则》，其中规定在石棉的处理作业中必须配备防止石棉扩散的设备。根据上述2项事实可以推测，从60年代至70年代初，石棉的危害范围与程度最大。考虑到石棉危害的潜伏期限长达38年，所以间皮瘤的工伤认定数从2002年（55件）开始急剧增加，2005年则达到无法坐视不管的程度，也都是很好理解的了。笔者需要强调的是，这仅仅是最近石棉工伤认定数量急剧增加的一个原因。
不过，笔者在本文中想说的并不是石棉危害急剧扩大的原因，而是希望人们认识到为了避免再次出现类似石棉的危害，我们应当从这个问题中学到些什么。石棉之所以具有很强的毒性，原因在于它的物理形状。根据公共卫生领域著名的“Stanton-Pott假说”，直径0.25μm以下、长8μm以上的纤维都有可能拥有强烈的致癌性。也就是说，最为关键的是这类微小的物质具有和石棉一样的危险性。
微小异物之所以危险，是因为人体自然的防御系统无法有效地发挥作用。通常情况下，人体吸入的异物会通过（1）与鼻腔和口腔碰撞后，混入鼻涕和唾液；（2）被吞咽到消化系统；（3）即使到达了支气管，因呼吸系统的纤毛运动也会和气管粘液一起被送回咽喉，最后被吞入消化系统；（4）形成痰后，排出体外。但是，对于石棉这样的微小异物，人体的这种防御系统则无法发挥作用。从鼻和口腔吸入以后，不仅会到达气管和支气管，还会到达肺泡。
从石棉危害中我们必须汲取的教训其实就是这一点：满足了一定条件的微小物质有可能成为第二、第三个石棉。那么，大家能够想象到哪些“微小材料”呢？微米级的物质、亚微米级的物质……，等等。
据一位公共卫生专家介绍，对于如今大红大紫的纳米材料中备受业界关注的某种材料，在卫生专家中间则已经被怀疑“具有很强的毒性”。而且，由于尺寸达到了纳米级，因此有可能比石棉危害性更大。据说在某研究机构使用动物实施的吸入试验中，这种材料不仅到达了肺部，甚至达到了大脑。血液与大脑之间有一个血脑屏障，其作用是即使血液中进入了有害物质，它也能避免这种有害物质到达大脑。但是，这种纳米材料竟然通过了这个血脑屏障。假设它具有毒性，哪怕其危害范围和石棉相比微不足道，但是为了避免出现第二、第三个石棉危害，我们也必须准确地理解这些材料的危险性，合理地对它实施管理和运用。（记者：获原 博之）
http://www.nikkeibp.com.cn/china ... ch200507280130.html
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IBM试制成功单极动作的碳纳米晶体管
【日经BP社报道】 IBM开发成功了通过采用双栅结构而实现与CMOS型FET相同的单极动作的碳纳米晶体管（CNTFET）。
图1：此次试制的双栅结构碳纳米管FET的SEM照片。IBM过去的CNTFET由栅电极包裹着碳纳米管，即所谓的上栅极结构。而此次则采用了在铝栅电极上配置碳纳米管的结构。硅层与铝栅电极之间有一层厚10nm的氧化膜。这种结构是指，先在铝栅电极的四周覆盖一层厚4nm的Al2O3氧化膜，再在氧化膜上面配置直径1.4nm的碳纳米管。铝栅电极的厚度为20nm。
通过改变硅背栅的极性，p型和n型可以切换。作为代表晶体管开关特性的s系数，以p型晶体管工作时s系数为65mV/dec，接近FET的理论极限60mV/dec。在2004年12月13日于美国旧金山召开的“2004年国际电子器件大会（2004 IEEE International Electron Devices Meeting，2004 IEDM）”上做了技术发表（演讲序号为21.1）。
鉴于其较高的驱动性能，CNTFET作为未来取代CMOS型FET的候选技术之一已经被业界寄予厚望。但是，同时也存在着（1）由于栅电压的缘故，属于同时具有p型和n型2种特性的双极结构晶体管，（2）属于多种载流子同时起作用的肖特基势垒（Schottky Barrier）结构等缺点。双极结构的特性虽说在将碳纳米管作为发光/受光元件使用时有用处，但要想取代CMOS而在逻辑电路中使用，假如不属于单一载流子起作用的单极结构，就无法使用。另外，此次通过采用双栅结构，不仅抑制了双极动作，同时还消除了肖特基势垒结构。
此次开发的CNTFET在作为背栅使用的硅层上，形成了使用铝材料的金属栅电极。将铝材料的栅电极作为导通/截止用的开关使用。硅背栅在负电压下作为p型、正电压下作为n型FET工作。对于过去的双极结构CNTFET，一提高工作电压，泄漏电流就会大幅增加，从而导致开关特性下降。而此次开发的CNTFET，即使提高工作电压，泄漏电流也基本不会增大。
IBM称得上是CNTFET开发的先驱者，2001年4月在全世界首次发表了把碳纳米管用作晶体管的技术。在此次IEDM的现场，甚至入口处都站满了热心的观众。除CNTFET外，该公司此次还同时发表了将碳纳米管用作红外线的发光与受光元件的技术。（记者：进藤 智则，旧金山报道）
图2：给硅背栅加上负电压，作为p型晶体管工作时的开关特性。
http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/elec/200412/elec200412170105.html
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生物纳米机器离我们有多远？专家呼吁应从纳米角度加强生物分子机器研究
科技日报2006年12月13日讯 研制纳米直升机在人体细胞内发放药物，开发人工红血球向缺氧的脏器提供氧气……这些看似天方夜谭的医学研究创意，都是源于自然界生物分子机器给人类的启示。
在日前举行的香山科学会议第293次学术讨论会“纳米医药与纳米生物学前沿”上，“生物纳米机器”成为会议的关注焦点之一。专家呼吁我国应加强学科整合，从纳米角度认识生物机器，尽快在前沿基础科学研究领域中抢占一席之地。
由分子尺度物质构成能行使某种加工功能的机器称为分子机器，而生物分子机器的构成部件是蛋白质等生物分子，因为它们的尺寸多为纳米级别，所以又称生物纳米机器。
“细胞生物学知识早就告诉我们，生物细胞好似一个工厂，无数的分子机器在其中有组织地、有机地、协调地、高效地工作，进行物质和能量的转化，维持细胞和个体生命活动。”香山会议执行主席之一、科技部基础司张先恩研究员告诉记者，每个细胞都含有多种类型的分子机器。小的如各种单分子酶，能够特异性地、高效地将底物（原料）转变成细胞所需要的各种物质和能量；大的如由多种蛋白质和其它类型的分子构成的细胞器。比较复杂的蛋白质机器有核糖体蛋白质合成机器、分子马达（ATP酶）、DNA复制机器、转录机器、DNA错配修复系统、蛋白质转运机器等。
为能让与会者有直观形象的了解，张先恩展示了一系列模拟生物纳米机器工作原理的动画片。例如，鞭毛是细菌主要的运动器官，天然呈螺旋型。解析其结构，就如同一个由定子、转子、轴承和其他部件组成的运动推进器，成为高效灵活细菌运动器官。
专家们认为，自然界给人类提供了很好的启示，如利用紫膜，开发人工复眼、光探测器、光电池；研究离子通道，制造纳米开关、信号放大器等。美国康纳尔大学就利用ATP酶作为分子马达，加上螺旋桨式的金属镍棒，研制出了一种可以进入人体细胞的“纳米直升机”，用于清淤和载药。
“但是，哪怕是解析最简单的生物机器，都要付出长期艰辛的努力。”张先恩说。
张先恩认为，由于生物纳米机器具有小尺寸、多样性、自指导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其它机器难以比拟的性能，因此研究生物纳米机器具有重大意义。它可以促进生物学发现、深入认识蛋白质分子机器的结构与功能及工作原理、开发生物分子机器、促进仿生学发展。
“虽然，有科学家已经构建了一些简单的生物器件如DNA编织构件、细胞膜分子穿孔器、分子传感器等，但是总体来说，目前相关研究还停留在探明机理的基础研究阶段。”
谈到研究水平，张先恩认为，迄今为止，对生物纳米机器的认识，主要基于分子生物学和细胞生物学的原理和方法，但是还缺乏从纳米角度来认识物质在纳米尺寸发生的性质变化。
生物纳米机器离我们有多远？“由于研究手段的局限，至今，我们对它们还了解甚少。此外，生物纳米机器本身的一些固有的缺陷，如体外稳定性差，工作寿命短，人为操纵也很困难，这让许多研究者望而却步。”张先恩透露，目前，国家启动了纳米科学计划，“973”项目也进行了相关部署。他呼吁，物理学、化学、材料学和信息科学领域的专家可与生物学家一道工作，通过学科交叉融合，在相关研究方面做出新的贡献。
来源：http://www.stdaily.com/gb/stdaily/2006-12/13/content_606623.htm
中国科学技术信息研究所加工整理
http://www.chinainfo.gov.cn/data/200612/1_20061213_148693.html
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纳米产品对人类健康有潜在危害吗？
科技日报2006年12月19日讯 “可呼吸”床单、打火机、高尔夫球杆、护肤霜、计算机芯片和抗菌袜……援引美国“纳米新产品项目”机构的最新统计数据：目前全球使用纳米技术的产品有700多种。
如果这些产品中的纳米颗粒潜入了人体细胞，后果将如何？目前我们还不得而知。正如科学院白春礼院长指出：我们要有“科学发展观”的思想，不能再走20世纪“先发展后治理”的老路，因为这条路已经给人类带来了太多的灾难。我们要在发展纳米技术的同时，同步开展其安全性研究，使纳米技术有可能成为人类第一个在其可能产生负效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终成为能安全造福人类的新技术。
“纳米”进入百姓生活
早在若干年前，纳米（nm）作为一种计量单位开始走入人们的研究领域：1纳米是1米的十亿分之一，人的一根头发丝的直径相当于6万纳米。凡和人们生活相关的东西，纳米技术似乎都能渗透：建材、塑料、纺织、医药、能源、农业、化妆品……
“纳米技术的发展将给人们的生活带来巨大变化，这是可以预见的，比如，能源方面，由于更精确更合理地利用原材料，使得资源得以大大节约。美国就计划用纳米技术节约10%的照明能源；再如，纺织业上，使用纳米材料处理的布料将更抗菌、更耐磨；还有材料加工上，许多产品用纳米材料作为包装更具防腐功能；甚至农业，已经上市的有纳米农药、肥料等等。”国家纳米科学中心——高能物理研究所纳米生物效应与安全性联合实验室主任、“人造纳米材料的生物安全性研究及解决方案探索”973项目首席科学家赵宇亮告诉我们：“应该说，纳米技术将会渗透进生活的方方面面。”
对于市场上出现的越来越多的纳米产品，人们不禁看花了眼：纳米牙膏、纳米玩具、纳米冰箱、纳米服装……“纳米”已经在不知不觉中包围了我们的生活。市场真有如此多的纳米产品吗？或者真如许多厂家吹嘘：我们已经拥有了“纳米”的春天？对此，赵宇亮说：“现在市面上打着‘纳米’旗号的产品，有一些其实不能称为纳米产品。纳米产品的鉴定问题目前在全世界都还没有解决，因为还没有标准的鉴定方法、鉴定程序、鉴定指标等等。但现在各国已经把相关工作提上了议程，中国成立了国家纳米标准委员会，有些国家正在从法律上建立相关的规章。”
“纳米”可能潜在的危险
纳米颗粒物并不只是新时代纳米技术的产物，人类其实早与纳米颗粒共存。汽车尾气、各种燃烧过程等，都会产生大量的纳米粒子。据估算，在大街上行走的人，每小时通过呼吸空气吸进的纳米粒子大约有1亿个。
纳米粒子很小，比细胞小上千倍。由于小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等，纳米材料具有特殊的物理化学性质。在进入生命体后，它们与生命体相互作用所产生的化学特性和生物活性，与化学成分相同的常规物质有很大不同。前期研究表明，一些人造纳米颗粒在很小剂量下容易引起靶器官炎症；容易导致大脑损伤；容易使机体产生氧化应激；容易进入细胞甚至细胞核内；表面吸附力很强，容易把其他物质带入细胞内；有随纳米尺寸减小生物毒性增大的趋势；表面的轻微改变导致生物效应发生巨变等。
“纳米”安全性解读
美国“纳米新产品项目”机构的首席科学顾问安德鲁·梅纳德在早些时候出版的英国《自然》杂志上撰文指出，纳米产品有害的说法目前主要停留在理论上，但可信度较高。专家解释说，许多研究表明，纳米颗粒大小、比表面积、可溶性和表面化学性能等因素，均可能决定纳米材料是否有潜在危害。这种情形就像人吸入灰尘可能患病那样，纳米材料的潜在毒性还在于其组分及物理特性的影响，随纳米颗粒的组成，大小，表面性质等而不同，我们无法一概而论。
纳米材料的生物效应与毒性的研究数据，目前还很少。初步的实验证据提示我们，即使化学成分相同的物质，它的微米颗粒与纳米颗粒也可能具有不同的生物效应，这些生物效应，可能有益也可能有害，大量未知的问题需要研究。
赵宇亮认为，至今还没有直接证据说明纳米颗粒对人体造成了直接危害。我们要在危害还没出现之前就去发现问题，寻找解决方案，这就是科学发展观的思想，尽最大努力不对我们的环境和健康造成危害的前提下，来发展纳米科技，造福人类。纳米技术是国家利益的体现，也是国家提升核心竞争力的战略选择。各个国家都在抢占纳米科技和市场的制高点，而未雨绸缪，严格保证纳米产品的安全性是关键。
来源：http://www.stdaily.com/gb/stlife ... /content_609163.htm
中国科学技术信息研究所加工整理
http://www.chinainfo.gov.cn/data/200612/1_20061219_148953.html
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纳米技术产品发展动态
据上海情报服务平台2006年12月27日报道：近几年，越来越多的纳米技术产品投入商业化生产，并进入市场，给人们的日常生活带来新的变化。
一、纳米技术产品处于第二代
根据纳米技术的发展，纳米技术产品可分为四代：2000年以前为第一代的被动式纳米结构，产品包括纳米涂层、纳米粒子及纳米结构的金属、陶瓷及高分子。至2005年是第二代的主动式纳米结构，包括3D电晶体、放大器、靶向药物及致动器等，其产品在作业时会改变形态或性质。至2010年是第三代的纳米系统的组成系统，产品包括引导式装配、3D网络及机器人等。到了2015至2020年则是第四代的分子纳米系统，产品包括“刻意型”分子元件、原子设计及新兴机能等。目前的纳米技术产品处于第二代－主动式纳米结构。
二、纳米技术产品鱼龙混杂
Lux公司在2006年的报告“The Nanotech Report” 中公布了他们的统计数据：纳米产品比传统产品附加值高11％，在2005年，有价值320亿美元的产品采用了纳米技术，比2004年多了两倍，预测2015年纳米产品将达1兆美元，如此高的利益使众多“纳米”产品出现在市场上。仅美国就已注册1408个带有“纳米”的商标，来自640个公司，由于目前还没有相关标准规范，市场上的纳米技术产品鱼龙混杂。
为了帮助消费者辨别真伪“纳米”产品，美国威尔逊中心的新兴纳米技术专案小组制定了目前由制造商鉴别的纳米技术产品数据库，并进行了初步分析。这是国际上首个公开的纳米技术产品的在线目录，截止2006年3月8日，共收录212种纳米技术产品，涉及日常用品、汽车、儿童用品、电子和计算机、食品饮料、保健等领域。
三、十大纳米技术产品
著名商业经济杂志《Forbes》已连续三年对全球十大纳米科技产品分别进行了评选，通过选出的这30项纳米产品，初步可看出目前全球市场纳米技术较为成熟的技术，以及未来几年可能最为活跃的纳米产品领域。
表1：2003、2004和2005年度Forbes的十大纳米产品
类别
产品
入选年份
运动器材及辅助商品
高性能滑雪蜡
2003年
高科技网球拍
2003年
高科技网球
2003年
高尔夫球和长打杆
2004年
碳纳米管棒球棒
2005年
服装及纺织类
透气防水滑雪夹克
2003年
防皱抗污纺织品
2003年
暖脚材料
2004年
可洗涤床垫
2004年
纳米风格休闲服饰
2005年
纳米除臭袜
2005年
化妆品类
深层滋润皮肤保养乳液
2003年
纳米结晶微粒防晒油
2003年
纳米皮肤护理霜
2004年
纳米面霜
2005年
医用类
关节和肌肉止痛油
2004年
纳米银灼伤创可贴
2004年
齿科粘结剂
2004年
军用洗涤剂
2004年
电子类
配备有机发光二极管(OLED)显示屏的数码相机
2003年
纳米科技影碟及图书
2003年
快闪存储器
2005年
清洁类
超拒水性喷剂
2004年
汽车玻璃处理
2004年
自清洁玻璃
2005年
空气净化器
2005年
纳米防护漆
2005年
食品类
纳米口香糖
2005年
纳米烹调油
2005年
其它
高性能太阳眼镜
2003年
通过以上归纳，初步可发现：
（1）目前纳米技术最成熟的产品并不是高精尖的数字产品，而是大量人们日常使用的小商品。虽然由于采用了纳米技术使这些产品的身价有着明显增长，但同时产品性能也明显提高，仍将会有大量消费者倾慕这些高性能纳米产品。
（2）纳米产品集中在运动、化妆品和纺织品工业。在2003和2004年度，体育运动类成为纳米技术应用主流，2003年度的纳米滑雪蜡、纳米管网球拍和长效纳米粒子网球等是纳米产品的重点，在2004年里，运动再一次领导纳米科技商业化，从高尔夫球到暖脚材料，运动员皮肤护理品等。2005年显示体育用品、化妆品及纺织业在利用纳米科技方面均有显著的新发展，而食品业也开始尝到纳米科技的甜头。参考文献：
[1] International Perspective on Government Nanotechnology Funding in 2005, Journal of Nanoparticle Research, 2005, Vol. 7(6).1-8
[2] The Nanotech Report, Lux Research, 4thEdition, 2006
http://www.luxresearchinc.com/press/RELEASE_TNR4.pdf
[3] Nanotech consumer products inventory launched
http://www.foresight.org/nanodot/?p=2183
[4]“平易近人”的纳米产品——从《Forbes》年度十大纳米科技产品谈起，卞志昕
http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2020
[5] 继续的“平易近人”——《Forbes》2005年十大纳米产品，卞志昕
http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=2542
作者:杨莺歌 编译
来源http://www.istis.sh.cn/list/list.asp?id=4154
中国科学技术信息研究所加工整理
http://www.chinainfo.gov.cn/data/200612/1_20061227_149378.html
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固态离子学和纳米技术结合正成为热点
纳米科学技术作为新兴的前沿科学，已经开始与物理、化学、力学、高分子、材料科学、生命科学等领域发生相互渗透和融合，形成了许多充满活力的新兴学科。长期从事固态离子学研究的黄学杰研究员对此深有感触：纳米技术时代的到来已经为固态离子学的发展提供了更加广阔的空间，纳米离子学已经成为国际固态离子学研究的热点。
黄学杰 中科院物理所纳米物理与器件实验室研究员。在国内率先开展纳米材料的储锂研究，10年来，主持了物理所锂离子电池的研究、开发和产业化工作，在我国首先实现了锂离子动力电池的规模化生产。
固态离子学
导体通常分为电子导体和离子导体两大类，如银、铜等金属是优良的电子导体，而熔融盐和盐的溶液能导电则是由于离子运动的结果，我们称之为离子导电。固态离子学的研究对象包括离子导体、离子电子混合导体、插入化合物和超导体等，是一门涉及化学、物理、材料和工程的新的交叉学科，主要研究与固体中离子迁移有关的科学及技术，研究涉及离子晶体缺陷的物理和化学问题、离子交换现象、离子输运的测量和理论、离子导体的热力学、界面现象、嵌入反应等。
离子晶体一般属于绝缘体，如NaCl晶体在室温下电导率为10-14 S·cm-1数量级，而通常认为电导率小于10-9 S·cm-1者即属于绝缘体。但有一种特殊类型的离子晶体，在室温下电导率可以达到10-2 S·cm-1, 几乎可与熔盐的电导媲美，我们称之为快离子导体。
快离子导体的发现和使用已经经历了100多年时间。1835年，法拉第发现AgS和PbF具有离子传输现象，1889年发现掺杂的氧化锆是氧离子导体，1900年人们用掺杂的氧化锆作为不需要惰性气体保护的灯丝使用，称作能斯特(Nernst)光源；1914年，塔板特 (Tubandt)和洛伦茨 (Lorenz)发现银的化合物在恰低于其熔点时，AgI的电导率要比熔融态的AgI的电导率高约20%；20世纪60年代中期，发现了复合碘化银和Na+离子为载流子的β-Al2O3快离子导体，其电导可达到10-1S·cm-1。随后人们又发现了RbAg4I5在25℃时的电导率高达0.27 S cm-1。20世纪70年代以后，随着锂电池和固体氧化物燃料电池的发展需要，人们开发了一系列固体锂离子导体、氧离子导体和高温质子导体。
要成为快离子导体，晶体中必须存在一定数量的可动离子，同时晶格中应包含能量近似相等、而数目远比传导离子数目为多并可容纳传导离子的间隙位。这些间隙位应具有出口，出口的大小至少可与传导离子尺寸相比拟，可容纳传导离子的间隙位应彼此互相连接，贯穿晶格始末以形成离子通道。此外，间隙位之间势垒不能太高，以使传导离子在间隙位之间可以比较容易跃迁。离子导体的离子(包括其空位)的迁移数必须比电子大99%以上，对电子是绝缘体，一般作为固体电解质使用。离子和电子均参与导电的为混合导体，电子及空穴作为电子的载流子，离子的载流子是离子及其空穴，一般作为电极材料使用，也用于气体分离膜等。
固态离子学的应用
固态离子学的应用范围涉及到燃料电池、电池、太阳能电池、电致变色器件、气体分离器件、传感器(气体/离子/生物)、氧泵以及电子器件等。近年来，固态离子学在能量的储存和转换、清洁生产等领域的许多实际应用，大大加快了其自身的发展。太阳能、风能等新能源的开发，电动汽车的发展都需要考虑相应的储能系统，而动力和储能电池的性能的进一步提高，则有赖于固态离子学的发展。
20世纪70年代，美国福特汽车公司率先把Na-β-Al2O3快离子导体制成Na-S电池。电池是一种将化学能直接转换成电能的储能或转换装置，主要由正、负电极和电解质构成。电极一般要求是离子和电子混合导体。以嵌入化合物为正负极材料的锂离子电池与其他蓄电池比较，具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低、工作温度范围宽和安全可靠等优点，不仅广泛应用于手机、笔记本电脑等移动终端设备，而且将全面应用于电动汽车等。
石油价格的上涨和环境问题的凸显使混合电动汽车得到市场的快速认可，发展电动汽车是我国企业工业发展的重大机遇。汽车工业要求锂离子动力电池的寿命比小型电池长两倍以上，成本降50%，单体容量增加10倍以上，而用快离子导体做电解质的固体电池具有无泄漏、贮存寿命长、易于小型化等优点，有可能在未来获得应用。
采用固体氧化物作为电解质的固体氧化物燃料电池中，燃料与氧不经燃烧而直接发电，除了高效、环境友好的特点外，无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题，而且，其燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气(甲烷)、煤合成气、碳氢化合物等做燃料。在高的工作温度下，电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上。
掺杂的ZrO2氧离子导体，被用作测定氧气分压的探头，这种气敏传感器是将离子导体中运动离子和所要探测的物质之间反应的化学能直接转换成电压或电流。它们把化学量转变为电信号输出，由于小型简便、反应迅速，广泛用于汽车发动机和锅炉烟道中；在内燃机中，用于测定废气中的氧，有利于控制燃/空比，实现节油和减少环境污染。
纳米技术正在和固态离子学结合
近年来，随着纳米科学、技术与材料的进步，固体离子学的研究从传统的宏观尺度向纳米离子学发展。纳米尺寸效应显著影响着电能储存和转化相关材料的热力学与动力学特性。
纳米结构的离子导体和混合导体材料与多晶材料的电学性质有很大不同，多数源于纳米材料的大量晶界和表面原子，缺陷的热动力学行为更多的是由表面性质而非体相性质决定。理论研究表明，纳米材料表面的空间电荷层可以导致离子载流子的富集，形成离子的高电导区，具有更高离子电导的纳米结构的离子导体可以被设计出来。德国马普固体所的Maier研究组已发现CaF2/BaF2间隔多层膜的离子电导率明显高于CaF2和BaF2本身，在膜厚为16.5纳米时，多层膜的电导比两个中偏高的BaF2还要高十几倍。
使用纳米材料为发展高能量密度、超高功率、超长寿命和低成本的锂离子电池提供了新的可能性。纳米结构材料在较低的温度可以实现良好的机械韧性、输运特性和反应特性，使得固体氧化物燃料电池的工作温度大幅度降低。
对于作为电池电极材料的混合导体，如果设计出一个有序的纳米结构，在离子和电子的输运上发挥协同输运效应，可以极大地提高电池的动力输出能力。纳米电极材料的离子输运路径短、表面积大，一些稳定的化合物如LiF、Li2O等以纳米尺寸分散于导电网络中可以作为活性储锂材料，在电化学过程中被可逆地分解和合成，为新一代锂离子电池提供了高容量储锂材料。这些工作为发展高能量密度、超高功率、超长寿命的充电电池提供了新的可能性，相关工作的成果既可以改进现有体系，也将导致新的电池材料、新的电池体系的出现。
以掺杂氧化锆陶瓷为电解质的固体氧化物燃料电池，工作温度高达800℃～1000℃，耐高温材料是一个需要解决的技术难题，降低其工作温度到600℃可以大幅度降低材料和制造成本，其中，提高材料的离子电导率是一个关键。根据传统理论，人们需要通过增加材料的粒度来提高电导率，因为离子通过内部边界时的阻力会比较大。基于纳米离子学技术，人们已发现MgO/钇掺杂的氧化锆(YSZ)纳米叠层结构具有和CaF2/BaF2类似的电导增强现象，可望降低固体氧化物燃料电池的工作稳定性。
日本Hasegawa等人发现应用固态离子学的原理可以利用纳米银线制造单原子开关。纳米银线易于获得，硫化处理可以使其表面覆盖上一层硫化银，和覆盖其上的Pt纳米导线构成一个固态器件，在电场的作用下，一个银原子沉积在Pt上即可使电导增加。这种单原子器件的电导变化是量子化的，基于此原理已制备出可在室温和常压下工作的逻辑和运算器件。
纳米技术和固态离子学结合的新技术在太阳能电池、传感器等方面的应用也正在不断涌现，纳米离子学已经成为国际固态离子学研究的热点。
作者：黄学杰
来源：科学时报
http://www.cas.ac.cn/html/Dir/2007/01/05/14/66/75.htm
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法投资研究碳纳米管毒性
科技日报2007年1月15日讯 随着纳米技术的发展，碳纳米管越来越被广泛地应用于工业生产中，但这种被普遍看好的新型纳米材料对人体及环境的影响还不为人知。为此，法国决定投资30万欧元对碳纳米管的毒性进行专题研究，以保证这种新型材料的使用安全。
记者日前在法国国家科学研究中心了解到，在今后3年内，来自该中心的两个实验室、法国国家健康与医学所和法国图卢兹大学的20多位科研人员将参与此项研究。研究分三个专题：碳纳米管与环境、碳纳米管与人体健康以及碳纳米管的合成。
据该中心介绍，在碳纳米管与环境这一专题中，科研人员将研究碳纳米管对水环境的污染，主要方法是选择两栖动物与悬浮的碳纳米管接触，随后研究这些两栖动物的死亡率、行为改变以及基因变化等。在碳纳米管与人体健康的专题研究中，他们将分小鼠实验和人体巨噬细胞试管实验两步进行，以便了解吸入碳纳米管是否会导致小鼠肺部感染，掌握人体巨噬细胞与碳纳米管接触后引起的反应。
关于碳纳米管的合成研究，该中心强调说，碳纳米管是目前发现的最好的材料之一，但其合成过程中产生的物质对环境还存在一些潜在的威胁。他们研究的主要目的是开发更环保的合成方法，特别是减少合成过程中的气体排放。
碳纳米管分多层碳纳米管和单层碳纳米管，其直径为几纳米到几十纳米。目前，这种新型纳米材料已被应用到轮胎、平板显示器和汽车制造等领域。
来源：http://www.stdaily.com/gb/stdaily/2007-01/15/content_620166.htm
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http://www.chinainfo.gov.cn/data/200701/1_20070115_150191.html
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山西煤化所将碳颗粒转化为碳纳米管
在国家自然科学基金委、中国科学院“百人计划”项目的大力支持下，山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室研究员朱珍平及其课题组，在碳纳米管生长机理研究方面进行了广泛深入的探索，巧妙地通过反应系统的调控将碳纳米管快速“冷冻”至生长的前期或中期，获得了有关纳米管生长的中间体，并详细研究了这些中间体的结构以及它们与碳纳米管生长过程的内在联系。结合大量的理论分析，他们发现碳纳米管生长遵循一种“颗粒—线—管”逐级进化过程，并在此机理的指导下利用高温的热退火技术成功地将含金属的碳颗粒转化为碳纳米管。该成果发表在国际著名刊物《美国化学会志》上。
来源：科学网
http://www.in-en.com/coal/technology/news/2007/01/INEN_63448.html
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超级电脑助力“纳米开关”开发
图片说明：Intein蛋白质示意图
科学网2007年1月18日讯 伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员利用强大的电脑对复杂的原子和分子运动进行建模，揭示了一项生物反应背后的机制。在纽约州卫生部Wadsworth中心科学家的协作下，该小组利用高性能计算机对复杂的生物过程进行了精确模拟，开发出一种“纳米开关”（Nanoswitch），可广泛用于靶向药物运输、基因组和蛋白组研究以及传感器上。该研究将刊登在2月的《生物物理学期刊》（Biophysical Journal）上。
研究人员描述了一种“内含子”蛋白质（Intein）从宿主蛋白中断开然后将剩下的两段重新接合起来的机制。伦斯勒理工学院物理学博士研究生Philip Shemella说：“你可以以一种可预见的方式利用这种能够自行断开和链接的蛋白质，它已经具有了一种功能，如果能够加以妥善利用，将对纳米技术产生影响。同时，由于这个反应对光线和其它周围环境刺激很敏感，整个过程不仅仅限于“开”和“关”两个状态，还可能产生其它情况。”
该研究属于“量子生物学”这一新兴科学。研究人员是利用量子力学的方法揭示出该反应机制，而此前科学家还无法将量子力学用于生物系统研究。不过，超级计算机的不断更新换代和数学工具的发展使这一切成为可能。
来源：http://www.sciencenet.cn/html/shownews.aspx?id=1698
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http://www.chinainfo.gov.cn/data/200701/1_20070118_150420.html
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科学家设计出直线行走的分子搬运机
教育部科技发展中心网2007年1月22日报道 美国加州大学河畔分校（UCR）的一个由Ludwig Bartels领导的科研小组，曾第一次设计出了能够在平坦的表面直线行走的分子，现在他们设法把两个二氧化碳分子贴到这个分子上，制造出了世界上第一个分子搬运机。这项工作发表在1月18日的《Science Express》上，并将在《Science》出版。
UCR纳米科学工程中心成员、化学副教授Bartels说：“这是实现分子尺度机械的前进道路上的一个空前突破。我们的实验提供了可靠地运输分子的方式。这对于未来的分子机械的作用将相当于卡车、传送带对于现在的工业的作用。”
这个小组于2005年制造出了这种能够在铜表面上直线行走的蒽醌（C14H8O2）分子，并被美国物理学会评为“2005年最重大的25个物理发现”之一。现在，他们又设法使这种分子能够携带最多两个二氧化碳分子，并把它们运输到直线路径上。
Bartels解释说：“携带分子会使疏运分子减慢。贴上一个二氧化碳会使分子每走一步多花一倍的能量。”他认为这种分子尺度的机械将成为最有效率的制造器件和疏运材料的方法。他说：“这跟自然界的方式是类似的：我们的分子在表面上运输二氧化碳，而在人体中血红素分子给肺部带来氧气并带走二氧化碳。”
Bartel指出，这一技术还处于幼年期，下一步他们将尝试让分子转弯，旋转负载，或者发出光子来告知货物运到的位置。
来源：http://www.cutech.edu.cn/ShowArticle.asp?ArticleID=19810
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http://www.chinainfo.gov.cn/data/200701/1_20070122_150517.html
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美国环保局拨款400万美元 重点研究五大纳米安全问题
纳米技术已经在生活中得到了广泛的应用
腾讯科技2007年1月24日讯 美国家环境保护局助理局长吉尔曼（音）日前称，已向12所大学拨款400万美元，开展纳米材料对环境和人可能造成危害的研究。重点研究的五大问题是：皮肤对纳米材料的吸附和对皮肤的毒性；纳米颗粒进入饮用水时的后果；纳米颗粒对操作者肺部组织影响的研究和在通风道中纳米颗粒对动物的影响；已变成海洋或淡水水域沉积物的纳米颗粒对环境的影响，以及在什么条件下，纳米颗粒可能吸收或以后释放环境污染物。专家认为，这标志着美国政府正努力评估纳米技术的生物和医学影响。
目前，商业上已开始大量制造千分之几头发丝细的“碳纳米管”电导线，能捕获水中和土壤中污染物的超微原子团，以及减少使用化学物和其他污染物的超细颗粒催化剂。但专家们认为，这些超细颗粒可能在人的血液中集聚，并会杀死经济上有重大影响的微生物。在美国实验室和工厂中，每年已生产几百吨纳米材料。
除了环保局，国立卫生研究院最近实施的“国家毒物学计划”，将进行有关纳米颗粒对肺和皮肤影响的研究。美职业安全和保健局、食品与药物管理局也开始关注纳米技术对环境和人的影响研究。
专家们说，尽管揭示了纳米颗粒对人健康的影响，也不能阻挡这场纳米技术革命。莱斯大学科学家进行的一项很有前景的研究表明，有可能重新设计纳米颗粒，使其制造起来毒性较少。专家认为，风险不仅仅是毒物学的问题，同时也包括人类对纳米颗粒的暴露、防护措施和其他因素。
纳米美白化妆品
来源：http://tech.qq.com/a/20070123/000061.htm
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http://www.chinainfo.gov.cn/data/200701/1_20070124_150663.html
[ 本帖最后由 cnlwh 于 2007-12-28 12:31 PM 编辑 ]
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产综研开发出改善红外线反射特性的ITO纳米粒子低成本制造技术
激光照射前后的ITO粒子透过电子显微镜照片
利用照射激光的能量来控制ITO微粒的大小
用ITO纳米粒子制成的薄膜的紫外线-可视光-近红外线光谱
【日经BP社报道】日本产业技术综合研究所界面纳米结构学研究中心开发出了可大幅提高红外线反射特性的ITO（铟锡氧化物）粒子低成本制造技术。可生成粒径仅数纳米～数十纳米的粒子。采用了对分散在纯水中的、粒径为20～100纳米的ITO粒子集中照射脉冲激光的“液相激光烧蚀法”。部分厂商开始将ITO纳米粒子作为红外线屏蔽膜及触摸屏的透明电极材料，并已经进行样品供货，今后还有望应用于平板显示器。
一般情况下，ITO粉末和纳米粒子均采用共沉淀法等化学合成法制成，需要实施中和、洗净、干燥、湿式粉碎等复杂工序及热处理。而此次的液相激光烧蚀法则较为简单，只需集中照射脉冲激光即可，有望降低制造成本。另外，由于所得到的ITO纳米粒子可大幅提高红外线反射特性，因此还可减少含有稀有金属铟的ITO使用量。
液相激光烧蚀法对液体中的金属板、氧化物粒子及各种粉体，集中照射激光。不仅能够生成氧化物、贵金属及半导体等无机纳米粒子，而且还可制造有机色素等有机纳米粒子。由封闭在液体中的高温高压的激光激励等离子场，瞬间形成纳米粒子，可以改善纳米粒子的结晶性。另外，由于是由高能量化学物质急速冷却而成，因此还可在纳米微粒中有效导入缺陷（空位、位错及空位团等）。
此次采用液相激光烧蚀法制成的ITO纳米粒子中存在过剩的氧缺陷，使ITO纳米粒子中的载流子浓度增加。这样就提高了红外线反射特性，从而减少了红外线屏蔽膜中ITO的用量。而且，由于载流子浓度较高，因此还可应用于透明导电性镀膜。另外，液相激光烧蚀法不仅可使用水，而且还能使用有机溶媒，所以还能直接制造纳米粒子镀膜液。这样一来，便有望降低纳米粒子镀膜的制造成本。
今后，该研究中心将以通过液相激光烧蚀法制造的ITO纳米粒子达到实用水平为目标，寻求合作企业，推进该粒子的用途开发。此次的成果是通过日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）“产业技术研究助成事业”项目取得的。（记者：木村 雅秀）
http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/nano/nano200701240117.html
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日本首次发现可用于气体分子选择过滤器与传感器的纳米阀门原理
【日经BP社报道】吸附在单层碳纳米管（SWCNT）内部的水分子与外部的气体水分进行交换的“交换转移”现象被首次发现（发布资料）。此发现预示着SWCNT可作为有选择地使特定气体分子通过的过滤器和能够区分多种气体的传感器进行应用的可能性。
日本首都大学东京研究生院理工学研究科副教授真庭丰和日本产业技术综合研究所（产综研）纳米技术研究部门自组织电子研究小组组长片浦弘道等人对气体环境中SWCNT的水的吸附现象进行了研究，结果发现了上述原理。此前已经知道直径约1nm的SWCNT能够吸附水，但过去的实验都是在水蒸汽环境中进行的。此次为了查明水的吸附现象，设置了不同环境的条件进行了实验和模拟。这些气体环境条件为氢气、氦气、氖气、氩气、氪气、氧气、氮气、甲烷、乙烷、二氧化碳10种气体，压力在1个大气压以下，温度为室温至－180℃。
实验和模拟结果表明，在氩气、氪气、氧气、氮气、甲烷、乙烷和二氧化碳7种气体中发现了交换转移现象。发生这种现象的条件（温度等）取决于气体的种类。而氦气、氢气和氖气即使将温度降至－170℃以下也不会发生交换转移，也不会通过碳纳米管到达另一侧。使用该原理，可将SWCNT作为选择分子的纳米阀门来使用。
另外还观察到伴随着交换转移的进行，SWCNT的电阻将发生急剧变化。除交换转移的环境条件外，电阻变化的比例还取决于气体种类。根据这种特点，无需进行特殊的化学修饰和涂布等处理，即可将利用SWCNT制作的薄膜作为能够区分多种气体的气体传感器来使用。
此项成果已于2007年1月21日以“Water-filled single-wall carbon nanotubes as molecular nanovalves（可用作分子纳米阀门的吸附有水的单层碳纳米管）”为题发表在英国《自然材料》科学杂志网络版上（《自然材料》网站上介绍的摘要）。此项研究得到了在日本科学技术振兴机构CREST的资助。（记者：峯 里里）
http://www.nikkeibp.com.cn/china/news/nano/nano200701250113.html
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纳米技术应用: 源自日本的产业革命（上）
【日经BP社报道】 “碳纳米纤维（Carbon Nanofiber）”是日本东丽公司2002年开发成功的合成纤维。成份是极普通的尼龙，不过，将普通的尼龙制成直径数十纳米（1纳米为10亿分之一米）的超细纤维后，产生了几乎与棉纤维相同的吸湿性能。而直径在毫米单位，或是微米单位（1微米为100万分之一米）时，均未出现这种变化。
即便是尼龙这样的极普通材料，尺寸一旦达到纳米级别，就会突然表现出某些特殊性能。假定把地球直径缩小为1米，那么按同样比例来放大的话，1纳米才相当于一个玻璃弹球那么大。DNA螺旋的直径也差不多是1纳米左右。通过在这种令人难以想像的尺寸下，对分子和原子进行操作，就能将其产生的特殊性能应用于产业。纳米技术的目的就在于此。
27万亿日元的庞大市场
使用纳米技术后，可显著提高现有产品的性能和效率，还能创造出现有产品的替代品。而且，通过技术水平的提高，甚至能够开发出前所未有的新产品。另外，生产这些产品的技术和设备也会形成新的产业。
纳米技术可以说前景无限，据日立综合规划研究所推算，2010年仅日本国内就将形成约27万亿日元（约合人民币2万亿770亿元）的庞大市场。由于推算中，哪怕只是部分采用纳米技术也按产品价格全部计算在内，所以真正属于纳米技术的部分恐怕要小得多，尽管如此仍可以说纳米将是一个非常具有吸引力的新兴市场。
在纳米技术的实用化过程中，目前日本走在世界的最前列。众所周知，最具代表性的碳纳米素材--碳纳米管就是由日本人发现的。被誉为“当今日本最接近诺贝尔奖的男性”、日本名城大学教授饭岛澄男（NEC特别首席研究员）就是其中的一员。
被视为偶然发现的纳米管，其实正是由于日本拥有长期致力于基础材料研究的企业，才被发现的，偶然中孕育着必然。下面笔者就从IT·电子、医疗·医药、材料·加工、能源·环境这四大产业领域，来分析一下这场即将在日本掀起的纳米革命的发展前景。
1、IT·电子：纳米管是焦点
不必在意电池余量、可长时间使用的高性能笔记本电脑；价格远比等离子和液晶电视便宜的30英寸以上大屏幕电视——。这些人们对IT产品和家电产品的期待都极有可能因纳米技术而得以实现。
用于个人电脑的半导体为了提高性能，不断向高集成度进化、布线宽度已跨入纳米领域。过去曾将100纳米视为技术极限，而目前通过将复制电路图案的光源改为X射线或电子束，已经实现了60纳米的布线宽度。如果在元件中使用具有半导体特性的纳米管，甚至有可能形成只有现在1/100的超微电路。
同样，在给移动终端带来种种制约的电池方面，取代锂离子电池的开发正在推进之中。使用甲醇燃料的移动燃料电池在同等重量下所能产生的能量是锂离子电池的10倍。如果使用纳米技术，不断改进分隔触媒和电极的电解质膜，就可能快速普及。
燃料电池触媒主要使用铂。将铂加工成微粒，体积表面积做得越大、性能就越高。目前，虽然可将其加工成直径2纳米的微粒，不过却“产生了微粒间因凝聚而使表面积减小的新问题”（日立制作所研究开发本部副本部长儿玉英世）。因此，各电子厂商正在加紧研究，通过使铂与微小的结构材料（称为支持物）相结合，使其保持分散状态。作为支持物，纳米管最有希望被采用。
分隔电极的电解质膜也是研究重点之一。各公司目前生产的电池样品中，甲醇浓度均很低，约为10～20%左右。因为提高甲醇浓度后，甲醇就会透过电解质膜，从而就会出现反应停止的“渗透（Cross Over）现象”。如果能够通过电解质膜的改进将甲醇浓度提高到目前的2倍左右，那么各公司期待已久的电池连续工作40个小时的目标就有可能实现。
大屏幕电视也将更新换代
在纳米技术的推动下，畅销中的大屏幕超薄电视也将迅速进入更新换代期。一种据称画质超过液晶和等离子而可与显像管相媲美、制造成本又要低得多的场致发射显示器（FED）预计2、3年后就将达到实用水平。
FED的结构基本上与显像管相同，即向屏幕上排列的3原色萤光体发射电子使其发光显像。由于每个萤光体均是电子放射源（电子源），因此即便是大屏幕也有可能做得很薄。而显像管电视只有一个电子源（电子枪），增大屏幕后，为了加大电子枪和屏幕的距离，必须保持一定的纵深。
三菱电机和日立显示器的研究小组在日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）的扶持下，从2003年开始就在加紧实施利用纳米管做电子源的研究项目。三菱电机FED项目组经理奥田庄一郎表示，“即使在弱电压下也能轻易放射出电子的纳米管有望被用作电子源。耗电量也只有液晶电视的一半”。
FED目前面临的课题是每个萤光体的亮度不均匀。在样机中，每个像素使用了约100个纳米管。如果能将纳米管数量增加到1万个左右，就有可能将亮度的不均匀问题控制在1%以内。
结构简单且可以直接沿用显像管生产线的FED如果能够解决亮度问题，就将跨越产品化的难关。届时，FED登上电器“新三件”宝座的日子也就为期不远了。
2、医疗·医药: 进入人体的纳米产品
只将药物输送到目标患处的“DDS（药物传输系统）”、使用分子大小的医疗器械直接进入人体内进行手术的“手术纳米机”、可在小玻璃片上进行基因检测的“DNA芯片”——。
纳米技术在医疗及药物领域也将带来革命性成果。其中，DDS作为纳米技术中可显著提高现有产品性能和功效的技术，正受到业界越来越多的关注。
只攻击癌细胞
将抗癌药等药剂封入聚乙二醇（PEG）等材料制成的直径20～200nm的微型胶囊中，让患者服用。只需如此就能使癌细胞等患部的药剂浓度达到20倍以上，药效将由此得到显著提高。另一方面，由于药剂很少会扩散到患部以外，因破坏健康细胞而产生的副作用就会急剧减轻。
DDS药剂之所以能只抵达癌细胞等患部，秘密就在于胶囊的大小。由于癌细胞分裂非常活跃、不停地生长，因此附近血管就会产生比平常更大的间隙。胶囊就能穿过这些间隙到达癌细胞，而不会到达健康细胞。经过一定时间以后，胶囊在血液中溶解，释放出的抗癌药剂就会攻击附近的癌细胞。胶囊里的药剂也可以不是专为DDS开发的药剂，已经达到实用水平的现有药剂也由此能够变成完全没有副作用的“梦幻新药”。因此，医务工作者对DDS寄予厚望。
抗癌药剂目前已经进入临床试验，最早将于2008年达到临床应用水平。领导此项开发工作的是日本化药和DDS专业风险企业日本NanoCarrier、东丽等。
如果在胶囊外侧结合只与特定蛋白质和DNA发生反应的分子，还有可能实现对癌以外的“目标攻击”。目前各公司正在争相开发这种分子。将来，“还有可能用胶囊将DNA送入细胞中，修复或更换DNA”，日本NanoCarrier公司社长中富一郎说。
至于手术纳米机，当务之急是对实际生物的动态进行分析。也就是说，如何人工再现微生物的鞭毛运动和细胞产生能量的过程。实现纳米机的基础研究目前正以大学为中心进行。与新一代DDS一样，其实现也将是指日可待。（未完待续，记者：安倍 俊广）
http://www.nikkeibp.com.cn/china ... ch200403080114.html
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化学家利用150年时间研制纳米发动机
图示：科学家受“麦克斯韦妖”（可以在不使用能源的情况
让系统远离平衡的科幻动物）的启发研制新型纳米发动机。
据www.abc.net.au网站2007年2月2日报道，大约在150年以前，纳米发动机还只是空想家提出的一个概念，但是研究人员现在已经创造出可能导致微观纳米计算机诞生的微型发动机。
苏格兰物理教授詹姆士•克勒克•麦克斯韦于1867年首次设想出一种原子级的设备，该设备的绰号为“麦克斯韦妖”。
现在，英国爱丁堡大学的科学家已将它变成了现实。该所大学的化学系教授大卫•利称，“我们有了一台为纳米计算机制造的新的发动机机械装置。”
一台纳米计算机也就是一台令人难以致信的微小设备，它的部件都是由许多单个的分子组成的。从光合作用到移动身体内的肌肉以及通过细胞传递信息的每一件事情，自然都会用到纳米计算机。科学家正致力于解开适用于微小规模的纳米计算机和纳米技术的秘密。
一纳米相当于十亿分子一米，它比人类一根毛发的厚度还要小大约8万倍。大卫•利称，“分子机器允许生物自身以一种分子标准出现。要想实现使用人造分子机器做到那种事情的目标，我们的新型发动机机械装置只是迈出一小步。”
他的机械装置能够捕获经过的分子大小的粒子。就像麦克斯韦很久以前已经预言的那样，它不需要能源，因为光可以为它提供动力。
在《自然》杂志上发表这份研究报告的大卫•利称，“虽然光以前被用于对微小的粒子进行直接增能，但是设计出一种系统来捕获以一个特定的方向进行自然运动的分子尚属首次。”他补充称：“一旦这些分子被捕获，它们就不可能逃脱。”
大卫•利在赞扬麦克斯韦时称，他创建了理解光、热以及分子以什么样方式进行运作的基本原理。
驯养“麦克斯韦妖”
早在19世纪初，克勒克•麦克斯韦就设想出了一种现在众所周知的“麦克斯韦妖”，这是一种假想的生物，它可以在不使用能源的情况让系统远离平衡。
这种“麦克斯韦妖”看守着一扇活板门，这道活板门位于两个分开的充满气体的隔室之间，它可以让气体分子在两个隔室间流动。“麦克斯韦妖”可以使快速移动的分子在一条道上移动，而慢速移动的分子在另一条道上移动，这样直到快速移动的分子将一个加热室变热。
这种温度的变化，或者说是远离平衡已经违反了热力学第二定律。
刊登在今天出版的《自然》杂志上的研究文章里，这些研究人员设想在不使用能源的情况下，通过创造一种远离平衡的机器来模拟这种情况。这种机器可以借助于分子棘轮在自然运动状态向前拖动的力量来运转。但是它需要光来为这种运动供以燃料。
一种向上移动的努力
在此前的一项研究中，大卫•利及其研究小组表示，一台纳米计算机可以通过利用分子自身的力量向上移动一滴水珠。虽然，这种运动是一种很小规模的运动，但是这对于学习如何使用人造分子制造机器却是一个很大的进步。
这种新型发动机机械装置将允许科学家做到一些与生物机器能做的极相近的事情。
英文原文链接参见：http://www.abc.net.au/science/news/stories/2007/1837795.htm
作者：雅龙
来源：http://www.abc.net.au/science/news/stories/2007/1837795.htm
中国科学技术信息研究所加工整理
http://www.chinainfo.gov.cn/data/200702/1_20070202_151158.html
[ 本帖最后由 cnlwh 于 2007-2-3 06:39 PM 编辑 ]
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硅材料纳米生物传感器可望大量生产
硅材料新型纳米生物传感器将更容易大量生产
科学网2007年2月7日讯 据美国耶鲁大学的研究人员表示，他们用传统方法研制出一种简易而敏感的硅材料纳米生物传感器，这在理论上使纳米传感器可以大量生产。该研究成果发表在2月1日的《自然》杂志上。
该研究论文的作者之一——耶鲁大学化学家Mark Reed表示，基于标准材料和传统制造工艺可以使该探测器像电子元件一样，更易于嵌入设备中。该小组运用一种良好的晶片和具有缓慢作用的溶剂，利用传统方法制作出的纳米线更加光滑和精确。
Reed和他的同事在抗体或者其它生物分子上覆盖了一层直径为30纳米的纳米线，使其能够捕获特定种类的蛋白质。由于堆积的蛋白质很容易影响通过纳米线的电流，因此传感器能够探测到这一变化。
该设备的灵敏度可与其它纳米传感器媲美，它能在数秒内探测到1立方毫米流体中3万个自由蛋白质分子。此外，它还能通过与抗体结合时释放出的酸来识别免疫细胞。
来源：http://www.sciencenet.cn/html/shownews.aspx?id=3192
中国科学技术信息研究所加工整理
http://www.chinainfo.gov.cn/data/200702/1_20070207_151309.html
[ 本帖最后由 cnlwh 于 2007-2-8 12:18 PM 编辑 ]
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