寻找纳米材料应用新领域


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    中科院国情研究小组提出,要实现可持续发展,就必须在国民经济较快发展的同时,实现以下三个零增长:人口实现零增长、资源能源消耗零增长、对环境的压力零增长。

  在2003年国际新材料产业发展研讨会上,著名材料科学家、两院院士严东生认为,要实现以上三大目标,材料产业必不可少。严东生说,从宏观层面看,中国要在本世纪中叶全面实现小康社会,还面临人口增加、耕地减少、资源能源消耗增加、环境污染严重等问题的挑战,因此,在国民经济增长的同时,如何使资源与能源的消耗增长相对慢一些,成为工业界思考的问题。而利用高科技、发展新材料成为解决这一问题的关键。当前,材料界的共同目标就在于材料能够通过研究开发如何进入各种应用领域。

  严东生就纳米材料与纳米科技作了具体介绍。纳米作为一种介观尺度,介于原子与分子之间,由于纳米的这种介观尺度存在诸多新的现象,科学家们对此非常感兴趣。因为纳米科技进入到非常小的尺度,纳米技术被认为在节约资源、减少生态环境压力、实现可持续发展方面有着巨大潜力。同时,纳米科技对实现我国传统产业的升级换代,也起着很重要的作用。

  就纳米材料而言,它包括纳米粉体、纳米线材料、纳米管、纳米建材、纳米薄膜与纳米块体材料等。由于纳米的这种介观尺度,纳米材料有着许多特殊性能,如一般纳米材料都具有巨大表面化介面,由小尺寸所产生的量子尺寸效应,产生特殊的光、电、热等。

  严东生认为,要使纳米科技实现像微米科技一样对经济发展起重要作用还需要一定的时间。严东生就目前纳米材料的几个应用方向作了介绍。

  作为纳米材料的重要应用方向之一,碳纳米管从被发现到现在有将近十年的时间,碳纳米管的性能和应用非常引人关注,它的导电性可应用在微电子领域,它的半导性可用作晶体管,它的场发射性能使其在场发射方面的应用也非常广泛。

  现在碳纳米管面临如何商品化的问题,严东生认为这里有三方面的因素:一是量的因素;二是成本的因素,需要降低成本,这两个因素是相互关联的;三是找到重要应用领域。据了解,三星公司曾打算在今年把碳纳米管用在显示器上。而中科院成都有机所已在深圳建立了一条碳纳米管生产线,其规模超过CNI。另外2001年9月,清华大学也有投资生产多壁碳纳米管,而且产量相当大,这使碳纳米管价格从每克几百美元下降到每克6美元。严东生强调,对碳纳米管而言,现在最重要的就是找到各种应用领域。

  作为纳米材料的另外一个重要应用方向,介孔材料被发现时间与碳纳米管近似,严东生认为,介孔材料这样一个家族的发现和发展,已成为纳米材料的主攻方向。介孔位于两个纳米与50个纳米之间,介孔有带孔,孔里面可以装东西,由于孔径相同,装进去的东西很均匀,因此可以形成组合体效应。介孔材料有很多特性,如它是一种很好的活性材料,很容易进行表面修饰和表面改进。严东生认为,这种组合体效应很有发展前景。

  作为一种非硅基介孔材料,有序介孔氧化锆材料有很好的发光性能,同时又具备很好的催化作用。而这种催化作用的温度可以明显地降低,使起催化反应的温度下降到200度以下,这在汽车行业里有非常重要应用。现在汽车尾气排放时会产生很多有害气体,但是在温度比较低时,催化剂还没有发生化学作用,这就可以减少汽车尾气的污染。严东生认为,催化剂在我国工业的发展和环境的保护中发挥着重大作用。另外,这种介孔材料在制药和大分子合成方面都比现在的微孔要好。

  纳米电子学是近年来一直被讨论的问题,纳米电子学指的就是分子被连接(组装)为基本电路。国际上已有人把单壁碳管连接成逻辑电路,这个逻辑电路有十倍的增溢功能。随着分子电子学第一次把单个器件水平提高到电路水平,电子学微型化的探讨变得更有意义。不过,严东生认为,要得到一个真正意义上的分子水平的计算机还面临众多挑战,需要相当长的时间。
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