有機（生化）納米材料

從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，是一種納米材料。

基本介紹

• 中文名：有機（生化）納米材料
• 外文名：Organic（ biochemistry） nano material

納米材料簡介

納米級結構材料

納米級結構材料簡稱為納米材料(nano material)，是指其結構單元的尺寸介於1納米～100納米範圍之間。由於它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。並且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同於該物質在整體狀態時所表現的性質。　

納米顆粒材料

又稱為超微顆粒材料，由納米粒子(nano particle)組成。納米粒子也叫超微顆粒，一般是指尺寸在1～100nm間的粒子，是處在原子簇和巨觀物體交界的過渡區域，從通常的關於微觀和巨觀的觀點看，這樣的系統既非典型的微觀系統亦非典型的巨觀系統，是一種典型的介觀系統，它具有表面效應、小尺寸效應和巨觀量子隧道效應。當人們將巨觀物體細分成超微顆粒（納米級）後，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。

其他

納米金屬材料是20世紀80年代中期研製成功的，後來相繼問世的有納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫學材料等。

納米技術範圍

納米技術的廣義範圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米套用技術等方面。其中納米材料技術著重於納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。

納米材料性能

活躍性

納米材料具有一定的獨特性，當物質尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變為1000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產生明顯的差異。

表面積

納米粒子異於大塊物質的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結構，此結構代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。

熔點

納米粉末中由於每一粒子組成原子少，表面原子處於不安定狀態，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質，也就是造成熔點下降，同時納米粉末將比傳統粉末容易在較低溫度燒結，而成為良好的燒結促進材料。

磁性

一般常見的磁性物質均屬多磁區之集合體，當粒子尺寸小至無法區分出其磁區時，即形成單磁區之磁性物質。因此磁性材料製作成超微粒子或薄膜時，將成為優異的磁性材料。

化學反應

納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小於光波的長，因此將與入射光產生複雜的互動作用。金屬在適當的蒸發沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可套用於紅外線感測器材料。

納米技術在世界各國尚處於萌芽階段，美、日、德等少數國家，雖然已經初具基礎，但是尚在研究之中，新理論和技術的出現仍然方興未艾。我國已努力趕上先進國家水平，研究隊伍也在日漸壯大。

納米材料分類

概述

納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發時間最長、技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。

納米粉末

又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介於原子、分子與巨觀物體之間處於中間物態的固體顆粒材料。可用於：高密度磁記錄材料；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶矽和精密光學器件拋光材料；微晶片導熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用於陶瓷發動機等）；人體修復材料；抗癌製劑等。

納米纖維

指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。可用於：微導線、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型雷射或發光二極體材料等。

納米膜

納米膜分為顆粒膜與緻密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。緻密膜指膜層緻密但晶粒尺寸為納米級的薄膜。可用於：氣體催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。

納米塊體

是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結晶而得到的納米晶粒材料。主要用途為：超高強度材料；智慧型金屬材料等。

納米材料前景

概述

當積體電路代替電子管和半導體電晶體的初期，1959年諾貝爾物理獎獲得者Feynman在美國加州理工學院召開的美國物理年會上預言：如果人們可以在更小尺度上製造並控制材料的性質，將會打開一個嶄新的世界。這一預言在20世紀70年代之後是科學家把積體電路向大規模積體電路、超大規模積體電路發展到更高階段。人類最終實現了洲際飛彈、宇宙飛船和登上月球。為了把人造衛星發射到0環繞地球最近的軌道，一克重量的物體需要7公斤的燃料。沒有大規模積體電路、超大規模積體電路 的研製成功，"上天"是一句空話。21世紀是資訊時代，也可以說是生化時代。最近有位英國科學家預言21世紀人類壽命將到120歲，更有科學家說，21世紀人將活到150歲……就國外資料有關有機（生化）納米材料的研究和發展情況看，英國科學家最近預言人活120、150歲是有一定根據的。

醫藥材料

最重要的套用。

幾乎包括所有生化藥品，如抗癌藥、抗心血管病藥、抗愛滋病和糖尿病藥，特別是改變遺傳因子基因藥DNA的研究。

無論作為靶向藥或控釋劑的高分子微粒，粒徑大小及分布對施藥方式及療效都有很大的影響。對 於治療栓塞性微粒藥，一般要求粒徑較大，大約30－80微米之間，根據毛細血管的管徑來選擇栓塞微粒藥有大小，從而決定到達腫瘤的位置。例如作為靶向藥的高分子微粒，其粒徑大小不同，靶向作用的部位也不同。直徑大於12微米的微粒用於動脈栓塞注射後，產生一級靶向至肝和腎，發揮了藥的作用；粒徑在0．1－2微米微粒，注射後很快被肝區域網路狀內皮細胞系統所吞噬，之後到達肝內壁的星形細胞，達到三級靶向；粒徑在3－12微米的微粒，可被肺攝取濃集於肺部；呼吸器官疾病施藥，必須以小於3微米的微粒（氣溶膠）吸入；粒徑小於0．05微米的微粒，能穿過肝臟內皮或通過淋巴傳遞到達脾和骨髓，也可能到達腫瘤組織；聚乳酸及其一些共聚物（PELA，PLA－CL，PLGA等）作為可生物降解的 高分子材料具有良好的生物相容性，其降解物在體內被代謝不殘留。

作為控釋劑的聚乳酸的藥效時間，藥學家經過實驗最長已經達到200天，一般也可以到1－2個月。

納米生化材料是最有前景的套用是基因藥的開發。由於超臨界高壓狀態的細胞有"變軟"的特性，以及納米生化材料微小易滲透特徵。從而能使醫藥家有能免改變細胞基因的可能性。

英國理論物理學家史蒂芬·霍金是繼愛因斯坦之後最傑出的物理學家。他預測：未來一千年人類有可對DNA基因重新設計。為了設計DNA基因，生化納米材料是必須具備的醫藥材料基礎。

納米生化材料在醫藥領域中其他套用還有如人造皮膚和血管、以及實現人工移植動物器官的可能。

納米聚合物

用於製造高強度重量比的泡沫材料、透明絕緣材料（<0．05微米空隙）、雷射摻雜的透明泡沫材料、高強纖維、高表面吸附劑、離子交換樹脂、過濾器、凝膠和多孔電極等。

納米催化劑

納米催化劑使催化劑的性能大大提高，有機合成的產品產率將大為提高；納米炸藥、高能燃料硝基胍、TNT…），將使炸藥威力提高千百倍；納米色譜載體（PS等）將使分析精度大為改善。

納米日用化工

納米日用化工和化妝品、納米色素、納米塗料、納米感光膠片、納米精細化工材料（PMMA）等將把我們帶到五彩繽紛的世界。

超導材料（鈹、銅、釔）

高溫超導是現代高科技，而高溫超導鈹、銅、釔材料有"123"相和"211"相前驅體統一計畫和粒度是鈹、銅、釔超導材料的關鍵。

推廣前景和效益

由於高科技產品的開發，超臨界納米材料產品很受歡迎，外商更感興趣。因該產品開發市場範圍廣，技術含量高，銷路較好，利潤顯蓍，市場前景好。成果擴大以後，能創造更好的經濟效益和社會效益。