饭岛澄男,饭岛澄男发现碳纳米管

来源：未知作者： admin 发布时间：2023-02-14 01:30:09

纳米技术将给人类的生活带来深刻的变化？

1、纳米材料由于体积小等物理特征，能够在布料表面形成一个均匀的、厚度极薄的、间隙极小的雾状”保护层，使得衣服具有隔绝油滴、尘埃、污渍、细菌等的功能，起到了非常好的防护作用。同时，运用了纳米技术的衣服布料，其材质非常薄，几乎不会改变原布料的颜色、舒适度、透气性等物理性质。

2、纳米技术和纳米材料可使墙面涂料的耐洗刷性提高十倍左右，另外纳米薄层具有防护作用，可以将常温下大于100nm的水滴、油滴等污渍挡隔在外，具有保护墙壁的功能。玻璃和瓷砖涂上了纳米薄层之后，其表面不会附着灰尘、水滴、油滴等污渍，这样就不用经常擦洗玻璃和瓷砖了

3、现今大多数的交通工具都离不开发动机，如汽车、轮船、飞机等。纳米材料改变人们的出行，主要表现在纳米材料可以大大提高发动机的效率、工作寿命和可靠性，进而提高和改进交通工具的性能指标。

纳米技术起源：

著名物理学家理查德·费曼在1959年的演讲中首次讨论了植入纳米技术的概念，他在演讲中描述了通过直接操纵原子进行合成的可能性。“纳米技术”一词最初是由诺里欧·谷口在1974年使用的，尽管在那时它并不广为人知。

受费曼概念的启发，埃里克·德雷克斯勒(K. Eric Drexler)在他1986年的著作《创造的引擎:纳米技术的未来时代》中使用了“纳米技术”一词，该书提出了纳米级“组装器”的想法，这种组装器能够利用原子控制来制造自身和其他任意复杂事物的副本。同样在1986年，德雷克斯勒共同创建了前瞻研究所(他现在不再隶属于该研究所)，以帮助提高公众对纳米技术概念和含义的认识和理解。

因此，纳米技术在20世纪80年代作为一个领域的出现，是通过德雷克斯勒的理论和公共工作的融合，这一融合发展和普及了纳米技术的概念框架，同时高可见度的实验进展，吸引了对物质原子控制前景的更多广泛关注。自20世纪80年代流行高峰以来，大多数纳米技术都涉及到用少量原子制造机械设备的几种方法的研究。

20世纪80年代，两大突破引发了纳米技术在现代的发展。首先，1981年扫描隧道显微镜的发明实现了前所未有的单个原子和键的可视化，并在1989年成功地用于操纵单个原子。该显微镜的开发者格尔德·宾宁和海因里希·罗雷尔在1986年获得了诺贝尔物理学奖[9][10]。宾尼格，夸特和格伯也在那一年发明了类似的原子力显微镜。

巴克明斯特富勒烯C60，也称为足球烯，是富勒烯碳结构的代表成员。富勒烯家族的成员是纳米技术领域的主要研究对象。

其次，富勒烯是1985年由哈里·克罗托、理查德·斯马利和罗伯特·柯尔发现的，他们一起获得了1996年诺贝尔化学奖[11][12]。C60最初没有被描述为纳米技术；该术语用于相关石墨烯管(称为碳纳米管，有时称为巴克管)的后续工作，这暗示了纳米电子和器件的潜在应用。碳纳米管的发现很大程度上归功于1991在日本电气公司的饭岛澄男，而饭岛澄男因此获得了2008年首届卡维利纳米科学奖。

在21世纪初，该领域获得了越来越多的科学、政治和商业关注，这也导致了争议和进步。围绕纳米技术的定义和潜在含义出现了争议，皇家学会关于纳米技术的报告就是例证。分子纳米技术倡导者所设想的应用的可行性受到了挑战，这在德雷克斯勒和斯马利于2001年和2003年的公开辩论中达到了高潮[13]。

同时，基于纳米技术进步的产品商业化开始出现。这些产品仅限于纳米材料的大量应用，不涉及物质的原子控制。一些应用包括使用银纳米粒子作为抗菌剂的银纳米平台、基于纳米粒子的透明防晒剂、使用二氧化硅纳米粒子的碳纤维增强以及用于防污纺织品的碳纳米管。

各国政府开始推动和资助纳米技术的研究，例如在美国，国家纳米技术计划正式确定了纳米技术的基于尺寸的定义，并通过欧洲研究和技术发展框架计划建立了对纳米技术研究的资助。

到21世纪中期，新的严肃的科学研究开始蓬勃发展。出现了一些项目来制作纳米技术路线图，这些路线图以原子级精确控制物质为中心，并讨论现有的和预计的能力、目标和应用。2001年至2004年间，60多个国家创建了纳米技术研发(RD)政府项目。

把英、法、德、俄、意、美、日等国大科学家列出（各二十）

英国：

威廉·吉尔伯特(1540-1605)

罗伯特·波义耳(1627-1691)

罗伯特·胡克(1635-1703)

伊萨克·牛顿(1642-1727)

亨利·卡文迪什(1731-1810)

约瑟夫·普利斯特里(1733-1804)

詹姆斯·瓦特(1736-1819)

约翰·道尔顿(1766-1844)

托马斯·杨(1773-1829)

汉弗里·戴维(1778-1829)

迈克尔·法拉第(1791-1867)

詹姆斯·焦耳(1818-1889)

乔治·斯托克斯(1819-1903)

威廉·汤姆逊(1824-1907)

詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831-1879)

詹姆斯·杜瓦(1842-1923)

约翰·玻因廷(1852-1914)

保罗·安德列·莫里斯·狄拉克(1902-1984)

斯蒂芬·霍金(1942-)

欧内斯特·卢瑟福(1871-1937)

法国：

莱昂·笛卡尔(1596-1650)

布莱兹·帕斯卡(1623-1662)

乔凡尼·多美尼科·卡西尼(1625-1712)

达朗贝尔(1717-1783)

查尔斯·梅西耶(1730-1817)

安托万·拉瓦锡(1743-1794)

克劳德·贝托莱(1748-1822)

约瑟夫·普鲁斯特(1754－1826)

盖·吕萨克(1778年-1850年)

奥古斯丁·简·菲涅耳(1788-1827)

尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺(1796-1832)

莱昂·傅科(1819-1868)

路易·巴斯德(1822-1895)

贝特洛(1827－1907)

阿道夫·拜耳(1835－1917)

亨利·勒·沙特列(1850－1936)

亨利·贝克勒尔(1852-1908)

儒尔斯·亨利·庞加莱(1854-1912)。

皮埃尔·居里(1859-1906)

路易斯·维克托·德·德布罗意(1892-1987)

德国：

约翰·缪勒(1436-1476)

约翰内斯·开普勒(1571-1630)

奥伯斯(1758-1840)

卡尔·弗雷德里希·高斯(1777-1855)

贝塞尔(1784-1846)

约瑟夫·夫琅和费(1787-1826)

格奥尔格·西蒙·欧姆(1789-1854)

奥古斯特·费迪南德·莫比乌斯(1790-1868)

弗里德里希·维勒(1800-1882)

尤斯蒂斯·冯·李比希(1803-1873)

罗伯特·威廉·本生(1811-1899)

赫尔曼·路德维希·费迪南德·冯·亥姆霍兹(1821-1894)

恩斯特·威廉·勒伯莱希特·坦普尔(1821-1889)

弗里德利希·凯库勒(1829－1896)

鲁道夫·克劳修斯(1822-1888)

恩斯特·阿贝(1840-1905)

亨利希·鲁道夫·赫兹(1857-1894)

马克斯·普朗克(1858-1947)

沃尔特·巴德(1893-1960)

俄罗斯：

乔治·威廉·斯特拉(1709-1746)

罗蒙诺索夫(1711－1765)

古斯塔夫·罗伯特·基希霍夫(1764-1833)

瓦西里·雅可夫列维奇·斯特鲁维(1793-1864)

尼古拉·伊万诺维奇·洛巴切夫斯基(1793-1856)

埃米利·海因里希·弗里德里希·克里斯蒂亚诺维奇·楞次(1804-1865)

布列特洛夫(1828－1886)

亚历山大·鲍罗丁(1833-1887)

德米特里·门捷列夫(1834－1907)

彼得· 阿历克塞维奇·克鲁泡特金(1842-1921)

巴甫洛夫·伊凡·彼德罗维奇(1849-1936)

安德烈·安德列耶维奇·马尔科夫(1856-1922)

亚历山大·斯塔帕诺维奇·波波夫(1859-1906)

彼得·列昂尼多维奇·卡皮察(1894-1984)

尼古拉·谢苗诺夫(1896-1986)

特罗菲姆·邓尼索维奇·李森科(1898-1976)

帕维尔·阿列克谢耶维奇·切连科夫(1904-1990)

莱夫·达维多维奇·朗道(1908-1968)

雅可夫·泽尔多维奇(1914-1987)

路德维格·迪米特里耶维奇·法捷耶夫(1934-2002)

意大利：

卢克莱修(前98-前55)

比萨的列奥纳多(1175-1250)

法布里休斯(1537-1619)

伽利略(1564-1642)

艾儒略(1582-1649)

卡瓦列里(1598-1647)

伊凡吉利斯坦·托里切利(1608-1647)

温琴佐·维维亚尼(1622-1703)

乔瓦尼·塞瓦(1647-1734)

玛利亚·阿涅西(1718-1799)

约瑟夫·路易斯·拉格朗日(1736-1813)

伏打(1745-1827)

朱塞普·皮亚齐(1746-1826)

列奥纳多·达·芬奇(1452-1519)

阿梅德奥·阿伏加德罗(1776-1856)

古列尔莫·马可尼(1874-1937)

圭多·富比尼(1879-1943)

恩里科·费米(1901-1954)

居里奥·纳塔(1903-1979)

卡洛·乌尔巴尼(1956-2003)

美国：

本杰明·弗兰克林(1706-1790)

约瑟夫·亨利(1797-1878)

尼古拉·特斯拉(1856-1943)

吉尔伯特·路易斯(1875-1946)

艾伯特·爱因斯坦(1879-1955)

伊文·兰格缪尔(1881-1957)

华莱士·卡罗泽斯(1896-1937)

莱纳斯·鲍林(1901-1994)

德克·布劳威尔(1902-1966)

约翰·冯·诺伊曼(1903-1957)

罗伯特·奥本海默(1904-1967)

乔治·沃尔德(1906-1997)

蕾切尔·卡逊(1907-1964)

威拉得·法兰克·利比(1908-1980)

理查德·费曼(1918-1988)

默里·盖尔曼(1929-)

艾德华·威尔森(1929-)

乔治·夏勒(1933-)

罗伯特·格拉布(1942-)

理察·施罗克(1945-)

日本：

涩川春海(1639-1715)

新渡户稻造(1862-1933)

池田菊苗(1864-1936)

野口英世(1876-1928)

山本一清(1889-1959)

朝永振一郎(1906-1979)

汤川秀树(1907-1981)

藤田良雄(1908-)

鹿间时夫(1912-1978)

小平邦彦(1915-1997)

伊藤清(1915-)

福井谦一(1918-1998)

小柴昌俊(1926-)

关勉(1930-)

广中平佑(1931-)

饭岛澄男(1939-)

海部宣男(1943-)

池谷薫(1943-)

森重文(1951-)

高见泽今朝雄(1952-)

富勒烯的历史沿革

早在1965年，二十面体C60H60被认为是一种可能的拓扑结构。 20世纪60年代科学家们对非平面的芳香结构产生了浓厚的兴趣，很快就合成了碗状分子碗烯（Corannulene）。日本科学家大泽映二在与儿子踢足球时想到，也许会有一种分子由sp杂化的碳原子组成，比如将几个碗烯拼起来的共轭球状结构，实现三维芳香性。他开始研究这种球状分子，不久他得出这种结构可以由截去一个二十面体的顶角得到，并称之为截角二十面体，就像足球的拼皮结构那样；他还预言了CnHn分子的存在。大泽虽然在1970年就预言了C60分子的存在，但遗憾的是，由于语言障碍，他的两篇用日文发表的文章并没有引起人们的普遍重视，而大泽本人也没有继续对这种分子的研究，因而使得C60的发现已经是15年以后的事了。

1970年汉森（R. W. Henson）设计了一个C60的分子结构，并用纸制作了一个模型。然而这种碳的新形式的证据非常弱，包括他的同事都无法接受。因此这个结果并没有发表，不过《碳》期刊在1999年确认了这个结果。富勒烯的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬（Rohlfing），考克斯（Cox）和科多（Kldor）发现的，当时他们使用由莱斯大学理查德·斯莫利设计的激光汽化团簇束流发生器，用激光汽化蒸发石墨，用飞行时间质谱发现了一系列Cn（n=3，4，5，6）和C2n（n=10）的峰，而相距较近的C60和C70的峰是最强的不过很遗憾，他们没有做进一步的研究，也没有探究这个强峰的意义。1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国赖斯大学的科学家理查德·斯莫利、海斯（James R. Heath）、欧布莱恩（Sean O'Brien）和科乐（Robert Curl）等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60。富勒烯的主要发现者们受建筑学家巴克敏斯特·富勒设计的加拿大蒙特利尔世界博览会球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为巴克明斯特·富勒烯（buckminster fullerene），简称富勒烯（fullerene）。为此，克罗托、科尔和斯莫利获得了1996年度诺贝尔化学奖。在1990年前，关于富勒烯的研究都集中于理论研究，因为没有足量的富勒烯用于实验，直到1990后，哈夫曼（Donald Huffman），克拉策门（Wolfgang Krätschmer）和福斯迪罗伯劳斯（Konstantinos Fostiropoulos）等人第一次报道了大量合成C60的方法，才使得C60的研究得以大量展开。富勒烯的纯化对于化学家们是一个挑战，同时也在很大程度上决定了富勒烯的价格。内嵌富勒烯是指在生成富勒烯的过程中将离子或小分子包到碳笼中。富勒烯的化学反应很特别，例如1993年发现的Bingel反应等。碳纳米管在1991被发现。

C60在甲苯溶液中的紫外-可见吸收谱。浓度:0.052mmol/L。测试仪器：JASCO V570。 1971年，大泽映二发表《芳香性》一书，其中描述了C60分子的设想。

1980年，饭岛澄男在分析碳膜的透射电子显微镜图时发现同心圆结构，就像切开的洋葱，这是C60的第一个电子显微镜图。 1983年，克罗托蒸发石墨棒产生的碳灰的紫外可见光谱中发现215nm和265nm的吸收峰，他们称之为“驼峰”；后来他们推断这是富勒烯产生的。

1984年，富勒烯的第一个光谱证据是在1984年由美国新泽西州的艾克森实验室的罗芬等人发现的，但是他们不认为这是C60等团簇产生的。

1985年，英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士和美国科学家理查德·斯莫利等人在氦气流中以激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子C60，并推测这个团簇是球状结构。

1990年，克利斯莫（Kriischmer）等人第一次报道了大量合成C60的方法，才使得C60的研究得以大量展开。

1991年，加州大学洛杉矶分校的霍金斯（Joel Hawkins）得到了富勒烯衍生物的第一个晶体结构，标志着富勒烯结构被准确测定。

1995年，伍德（Fred Wudl）制备出开孔富勒烯；而PCBM也被他首次制备。

1996年，罗伯特·科尔（美）、哈罗德·沃特尔·克罗托（英）和理查德·斯莫利（美）因富勒烯的发现获诺贝尔奖。

2013年3月，中国科学技术大学化学与材料科学学院及合肥微尺度物质科学国家实验室杨上峰教授课题组与华中科技大学材料科学与工程学院卢兴教授组、美国Univ. of Puerto Rico陈中方教授组和日本筑波大学Takeshi Akasaka教授组合作，发现并分离表征了一种新结构富勒烯，改变了富勒烯界对于内嵌富勒烯结构已公认20余年的认识。

2015年3月，杨上峰教授课题组又成功地合成并分离表征了一种十余年来一直被认为因稳定性低而“不可被分离”的新结构内嵌富勒烯，这一发现弥补了内嵌富勒烯研究领域的一席空白，实验上证明了分离出低稳定性的新结构富勒烯的可能性。该研究成果发表于国际重要化学期刊《美国化学会志》。审稿人认为，文章在富勒烯化学上取得了重要的进展”；“这项工作标志着在金属富勒烯科学领域取得了巨大的进展……这是一项很棒的工作。” 在流行文化中的富勒烯元素很多，并且在科学家关注它们之前就出现了。在《新科学家》杂志中，曾经每周有琼斯（David E. H. Jones）写的叫做《地达拉斯》（Daedalus）的专栏来描述各种有趣但很难实现的科学和技术。1966年，他建议可能通过掺杂杂原子来扭曲一个平面的六边形组成的网来得到一个中空的碳球分子。

2010年9月4日，谷歌的首页上用一个旋转的C60富勒烯取代了GOOGLE图案中的第二个O来庆祝富勒烯发现25周年。

为什么碳纳米管比钢铁硬却很轻？

碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值，如：其独特的结构是理想的一维模型材料;巨大的长径比使其有望用作坚韧的碳纤维，其强度为钢的100倍，重量则只有钢的1/6;同时它还有望用作为分子导线，纳米半导体材料，催化剂载体，分子吸收剂和近场发射材料等。

编辑于 2021-03-25

查看全部2个回答

碳纳米管分散设备微射流碳纳米管分散苏州微流纳米

值得一看的碳纳米管相关信息推荐

碳纳米管分散微射流均质机，配备对射流金刚石交互反应腔，高效进行100nm以下碳纳米管分散:粒径均一，分布窄，重复性强，可保证碳纳米管分散实验研发放大到工业化生产。

willnano.com广告

氧化铝纳米纤维_北科新材科技_专业生产厂家

值得一看的氧化铝相关信息推荐

北科纳米专业提供银纳米线 -W150银纳米线 -W120银纳米线 -W90银纳米线 -W70 银纳米线 -W60 银纳米线 -W50 银纳米线 -W200

nanomxenes.com广告

更多专家

为什么碳纳米管比钢铁硬却很轻？

专家1对1在线解答问题

5分钟内响应 | 万名专业答主

马上提问

最美的花火正在咨询一个情感问题

lanqiuwangzi 正在咨询一个法律问题

garlic 正在咨询一个职场问题

188****8493 正在咨询一个教育问题

篮球大图正在咨询一个旅游问题

动物乐园正在咨询一个宠物问题

AKA 正在咨询一个数码问题

评论详情

— 你看完啦，以下内容更有趣 —

纳米科技，SCIVAX专业纳米压印加工

各种材质形状基板成型，曲面高精度纳米压印。低费用短时间大面积加工。多种类成型样品，1000件经验。网罗模拟演算直至量产代工。

广告2021-06-14

为什么碳纳米管比钢铁还结实百倍呢？

因为太纳米管看河钢棍儿比在哪里使用了你钢管容易锈，所以她就不不容易比那个差多了，那个碳纳米管你用的地方它不容易坏呀。

128赞·1,582浏览2020-03-02

碳纳米管天梯为什么会比钢铁坚固？

碳纳米管t为什么比钢铁坚固？看看钛纳米管那么说合成的呗，比他铁还

15赞·424浏览2020-03-17

什么材料的强度比钢高很多但是重量很轻？

碳纳米管与金刚石、石墨、富勒烯一样，是碳的一种同素异形体。碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现的[1]。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽，碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。

4赞·1,513浏览

石墨，C60，金刚石，碳纳米管，这四种物质都很软，可作滑润剂，这句话对不对？

这句话是错误的。石墨，层状结构，层与层之间是pi-pi作用，结合力弱，非常适合做润滑剂。 C60，又名足球烯，球状结构，球与球之间作用更弱，理论上适合做超级润滑剂。金刚石，原子晶体结构，非常硬，常用金刚石切割金属，不适合做润滑剂。碳纳米管，管状结构，微观碳纳米管非常硬，但是目前合成的长度比较短小，一般就是微米级别，可以做润滑剂。如果将来做的非常长，就不适合了

纳米技术在科技生产和生活中的应用

纳米材料的研究最初源于十九世纪六十年代对胶体微粒的研究，二十世纪六十年代后，研究人员开始有意识得通过对金属纳米微粒的制备和研究来探索纳米体系的奥秘。1984年，德国萨尔布吕肯的格莱特(Gleiter)教授把粒径为6nm的金属铁粉原位加压制成世界上第一块纳米材料，开创纳米材料学之先河。1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议(Nano- ST)，标志着纳米材料学作为一个相对独立学科的诞生。

1990年，美国国际商用机器公司的科学家利用隧道扫描显微镜上的探针，在镍表面用36个氙原子排出“IBM”三个字母。科学家们从这种能操纵单个原子的纳米技术中,看到了设计和制造分子大小的器件的希望。1993年，中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有一席之地。

九十年代以来，准一维纳米材料的研制一直是纳米科技的前沿领域。1991年1月，日本筑波 NEC实验室的饭岛澄男(S. Iijima)首次用高分辨分析电镜观察到碳纳米管，这些碳纳米管为多层同轴管，也叫巴基管(Bucky tube)。2000年10月，美国宾州大学研究人员在Science上发表文章称，纳米碳管的质量是相同体积钢的六分之一，却具有超过钢 100倍的强度。不仅具有良好的导电性能, 还是目前最好的导热材料。纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的热沉，也可用于发动机、火箭等的各种高温部件的防护材料。最新的研究表明，碳纳米管当中的空腔不仅可以充当微型试管、模具或模板，而且将第二种物质封存在这个约束空间还会诱导其具备在宏观材料中看不到的结构和行为。计算机模拟显示，封存在碳纳米管中的水能够以新的冰相存在，在合适的条件下，碳纳米管中液相和固相的明显界线将会消失，液体物质将会连续地转变成固体，而不发生明显的凝固过程。

1993年，美国IBM公司Almaden实验室Bethune等人和Iijima同时报道了观察到单壁碳纳米管(Single- walled Carbon Nanotubes)。1996年，因发现C60获得诺贝尔奖的斯莫利(Smalley)和他的研究组合成了成行排列的单壁碳纳米管束。同年，中科院物理所解思深研究员的研究组用化学气相法制备出面积达3mm×3mm的大面积碳纳米管阵列，它可用作极好的场发射平面显示器件。他们还于 1998年合成了当时最长的2毫米长度的纤维级碳纳米管。

除了碳纳米管外，科研人员还合成了其他的纳米管材料，如BxCyNz、NiCl2、类酯体、 MCM-41管中管、水铝英石、b-(g-)环糊精纳米管聚集体及定向排列的氮化硅纳米管等[1]。准一维纳米材料中除了空心的纳米管以外还有实心的纳米棒、纳米线、量子线。图1为我们研究组合成的氧化硅纳米线，直径为5-120nm，从线末梢到根部，长度为10-70mm。1997年，法国学者 Colliex在利用分析电弧放电得到包覆异质纳米壳体的C-BN-C管，由于它的几何结构类似于同轴电缆，直径又为纳米级，故称其为同轴纳米电缆(coaxial nanocable)。由于同轴纳米电缆具有的独特结构，将在纳米结构器件中占有重要的地位。

1996年，中国科技大学谢毅博士利用苯热合成法制备出产率很高、平均粒度为30nm的氮化镓粉体。1997年，清华大学范守善教授制备出直径为3-50纳米、长度达微米量级的氮化镓纳米棒，首次把氮化镓制备成一维纳米晶体，提出碳纳米管限制反应的概念。1999年，他与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作，实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。

1997年，美国纽约大学科学家发现，DNA（脱氧核糖核酸）可用于建造纳米层次上的机械装置。2000年，美国朗讯公司和英国牛津大学的科学家用DNA的碱基配对机制制造出了一种每条臂长只有7纳米的纳米级镊子。

1998年，中国科技大学钱逸泰院士的研究组用催化热解法，从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被国际刊物誉为“稻草变黄金”。

1999年，北京大学电子系薛增泉教授的研究组在将单壁碳纳米管组装竖立在金属表面，组装出性能良好的扫描隧道显微镜用探针。同年，中科院金属所成会明博士合成出高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究跃上世界先进水平。

1999年巴西和美国科学家用碳纳米管制备了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；不久，德国科学家研制出称量单个原子重量的“纳米秤”，打破了先前的纪录。同年，美国科学家在单个分子上实现有机开关，证实在分子水平上可以发展电子和计算装置。

中科院沈阳金属所的卢柯小组在纳米材料及相关亚稳材料领域取得了突出的成绩。他发展的利用非晶完全晶化制备致密纳米合金的方法已与惰性气体蒸发后原位加压法、高能球磨法成为当前制备金属纳米块材的三种主要方法之一。他们发现的纳米铜的室温超塑延展性，被评为2000年中国十大科技新闻。

从发现纳米碳管始，科学家们不断研制出越来越细的纳米碳管。2000年，解思深组利用常现电弧放电方法制备出内径为 0.5nm的碳纳米管。同年，香港科技大学的汤子康博士即宣布发现了世界上最细的纯碳纳米碳管¾0.4nm碳管，这一结果已达到碳纳米管的理论极限值。12月柏林的马克斯—玻恩研究所研制出1nm直径的薄壁纳米管，创出薄壁纳米管研制的新记录。

2001年初，中国科技大学朱清时院士的研究组首次直接拍摄到能够分辨出化学键的C60单分子图像，这种单分子直接成像技术为解析分子内部结构提供了有效的手段，使科学家可以人工“切割”和重新“组装”化学键，为设计和制备单分子级的纳米器件奠定了基础。3月，美国佐治亚理工学院留美中国学者王中林教授的研究组利用高温固体气相法，在世界上首次合成了独特形态且无缺陷的半导体氧化物纳米带状结构。这是继纳米管、纳米线之后纳米家族增加的新的成员。它有望解决纳米管在大规模生产时稳定性的问题，并在纳米物理研究和纳米器件应用上有重要的作用。6月，香港科技大学沈平教授的研究组在单根纯碳纳米碳管中观察到超导特性。这一观察表明，当纳米碳管细到一定程度时，其材料性质将发生突变。从应用上来讲，纳米碳管超导性的发现，将有助解决电子在集成半导体器件中传输时的发热问题。

由上可见，在纳米基础研究领域，中国并不落后¾自90年代初，科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等单位就启动了有关纳米材料的攀登计划、国家重点基础研究项目等，投入数千万元资金支持纳米基础研究；中国的纳米科学家，在国际上取得了一系列令人瞩目的成果，相继在《Science》、《Nature》等权威杂志上发表了高水平的论文，使中国在纳米材料基础研究方面，尤其是纳米结构的控制合成方面，走在比较前沿的位置，继美、日、德之后，位居世界第四。但是，在纳米器件上总体来说研究层次还不是很高，手段离国外还有很大的差距。

二、纳米科技的应用

在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。目前描述纳米材料中的基本物理效应主要是从金属纳米微粒研究基础上发展和建立起来的，要准确把握纳米科技中现象的本质，必须要在理论上实现从连续系统物理学向量子物理学的转变。

当今科技的发展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等特性为纳米科技和纳米材料的应用提供了广阔的空间。美国制定的“国家纳米技术倡议”(NNI)中所列纳米科学与技术涉及的领域很宽泛，但最基本的有三个，即纳米材料，纳米电子学、光电子学和磁学，纳米医学和生物学。

1 纳米电子学、光电子学和磁学

纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。纳米电子学、光电子学及磁学微电子器件的极限线宽，以硅集成电路而言，普遍认为是70nm左右。目前国际上最窄线宽已为130nm，在十年以内将达到极限。如果将硅器件做的更小，电子会隧穿通过绝缘层，造成电路短路。解决纳米电子电路的思路目前可分为两类，一类是在光刻法制作的集成电路中利用双光子光束技术中的量子纠缠态，有可能将器件的极限缩小至25nm。另一类是研制新材料取代硅，采用蛋白质二极管，纳米碳管作引线和分子电线。新概念器件的形成，单原子操纵是重要的方式。1997年，美国科学家成功地用单电子移动单电子，这种技术可用于研制速度和存储容量比现在提高上万倍的量子计算机。2001年7月，荷兰研究人员制造出在室温下能有效工作的单电子纳米碳管晶体管。这种晶体管以纳米碳管为基础，依靠一个电子来决定“开”和“关”状态，由于它低耗能的特点，将成为分子计算机的理想材料。在新世纪，超导量子相干器件、超微霍尔探测器和超微磁场探测器将成为纳米电子学中器件的主角。

利用纳米磁学中显著的巨磁电阻效应(giant magnetoresistance，GMR)和很大的隧道磁电阻(tunneling magnetoresistance, TMR)现象研制的读出磁头将磁盘记录密度提高30多倍，瑞士苏黎世的研究人员制备了Cu、Co交替填充的纳米丝，利用其巨磁电阻效应制备出超微磁场传感器。磁性纳米微粒由于粒径小，具有单磁畴结构，矫顽力很高，用作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。1997年，明尼苏达大学电子工程系纳米结构实验室采用纳米平板印刷术成功地研制了纳米结构的磁盘，长度为40纳米的Co棒按周期性排列成的量子棒阵列。由于纳米磁性单元是彼此分离的，因而称为量子磁盘。它利用磁纳米线阵列的存储特性，存贮密度可达400Gb×in-2。利用铁基纳米材料的巨磁阻抗效应制备的磁传感器已问世，包覆了超顺磁性纳米微粒的磁性液体也被广泛用在宇航和部分民用领域作为长寿命的动态旋转密封。

2 纳米医学和生物学

从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。

纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。

正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片) 等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。

纳米生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。

3 在国防科技上的应用

纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。

在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的量子尺寸效应使得电子的能级分裂，分裂的能级间距正处于微波的能量范围，为纳米材料创造了新的吸波通道。纳米材料中的原子、电子在微波场的辐照下，运动加剧，增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能。美国研制的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率达99％，法国最近研制的CoNi纳米颗粒被覆绝缘层的纳米复合材料，在2-7GHz范围内，其m¢和m¢¢几乎均大于6。最近国外正致力于研究可覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料，并提出了单个吸收粒子匹配设计机理，这样可以充分发挥单位质量损耗层的作用。纳米材料在具备良好的吸波功能的同时，普遍兼备了薄、轻、宽、强等特点。纳米材料中的硼化物、碳化物，铁氧体，包括纳米纤维及纳米碳管在隐身材料方面的应用都将大有作为。

图2是我们研究组利用溶胶－凝胶法制备的b-纳米碳化硅粉的透射形貌照片，一次颗粒尺度约为 20nm。经微波网络矢量分析仪测量其介电损耗(tgd)达到9.28，而其它碳化硅粉的介电损耗在0.2-0.6之间，因而具备了在常温和高温下吸收超高频段电磁波的潜力。

4 纳米陶瓷的补强增韧

先进陶瓷材料在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料难以克服的弱点。英国材料学家Cahn曾评述，通过改进工艺和化学组分等方法来克服陶瓷脆性的尝试都不太理想，无论是固溶掺杂的氮化硅、相变增韧的氧化锆要在实际中作为陶瓷发动机材料还不能实现。纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径之一。

纳米陶瓷具有类似于金属的超塑性是纳米材料研究中令人注目的焦点。例如，纳米氟化钙和纳米氧化钛陶瓷在室温下即可发生塑性形变，180℃时，塑性形变可达100%。存在预制裂纹的试样在180℃下弯曲时，也不发生裂纹扩展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）报道用纳米SiC颗粒复合氧化铝材料的强度可达到1GPa以上，而常规的氧化铝基陶瓷强度只有350-600MPa。Al2O3/SiC纳米复合材料在1300℃氩气中退火2小时后强度提高到1.5GPa，它的高力学性能是与纳米复相陶瓷的精细显微结构直接相关的。德国马普冶金材料研究所的科研人员将聚甲基硅氮烷在高温下裂解后，制得的a-Si3N4微米晶与a-SiC纳米晶复合陶瓷材料。它具有良好的高温抗氧化性能，可在1600℃的高温使用（氮化硅材料的最高使用温度一般为1200-1300℃）。他们最新进展是通过添加硼化物提高材料的热稳定性，利用生成BN的包覆作用稳定纳米氮化硅晶粒，将这种Si-B-C-N陶瓷的使用温度进一步提高到2000℃，这是迄今国际上使用温度最高的块体陶瓷材料。

目前，纳米陶瓷粉体的制备较为成熟，新工艺和新方法不断出现，已具备了生产规模。纳米陶瓷粉体的制备方法主要有气相法、液相法、高能球磨法等。气相法包括惰性气体冷凝法、等离子法、气体高温裂解法、电子束蒸发法等。液相法包括化学沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等。我们研究组提出利用原位选择性反应法制备了纳米晶TiC和TiN复合TZP的复合粉料，为陶瓷材料的显微结构设计提供了新的研究思路。纳米陶瓷的致密化手段也趋于多样化，其中微波烧结和放电等离子体烧结(SPS)具有良好的效果。美国宾州大学陈一苇教授利用无压烧结制备平均粒径为60nm的致密Y2O3块体材料，为发展纳米陶瓷带来新的希望。2001年6月，日本经济产业省报道将纳米陶瓷等新型材料应用于飞机部件制造技术。

5 纳米科技在其它方面的应用

纳米颗粒的比表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高、吸附能力强的优异性质使其在化工催化方面有着重要的应用。纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等已直接用作高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，大大提高了反应效率。使用纳米镍粉作为反应催化剂的火箭固体燃料，燃烧效率可提高 100倍，用硅载体镍催化丙醛的氧化反应，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，醛分解反应得到有效控制，生成酒精的转化率迅速增大。

小型化本身并不代表纳米技术，纳米材料和纳米科技有着明确的尺度和性能方面的定义。制造纳米器件目前主要的方法还是通过“由上而下”(top down)尽力降低物质结构维数来实现，而纳米科技未来发展方向是要实现“由下而上”( bottom up)的方法来构建纳米器件。目前此方面的尝试有两类，一类是人工实现单原子操纵和分子手术，日本大阪大学的研究人员利用双光子吸收技术在高分子材料中合成了三维的纳米牛和纳米弹簧，使功能性微器件的制备接受有了新的突破。另一类是各种体系的分子自组装技术，已由分子自组装构建的纳米结构包括纳米棒、纳米管、多层膜、孔洞结构等。美国贝尔实验室的科学家利用有机分子硫醇的自组装技术制备直径为1-2nm的单层的场效应晶体管，这种单层纳米晶体管的制备是研制分子尺度电子器件重要的一步。这方面的工作现在还仅限于实验室研究阶段。

饭岛澄男,饭岛澄男发现碳纳米管