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篇1

納米二氧化鈦（TiO2）具有許多特殊性能，比如表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道四大效應[1]，從而使其與普通二氧化鈦相比具有許多特殊性能。

納米二氧化鈦是無機納米半導體材料TiO2中極其重要的一種納米材料，是一種穩定的無毒紫外光吸收劑[2]，納米TiO2還具有很好的光催化作用[3]，在光照條件下能夠降解有機污染物、殺死細菌。納米二氧化鈦在水處理、催化劑載體、紫外線吸收劑、光敏性催化劑、防曬護膚化妝品、光電子器件等領域具有廣泛的用途。目前納米二氧化鈦的制備方法主要分為液相法和氣相法，本文對其制備方法及其應用發展進行了總結。

1 制備方法

1.1 氣相法

氣相法是直接利用氣體，或者通過各種手段將物質轉變為氣體，使之在氣體狀態下發生物理變化或者化學反應，最后在冷卻過程中凝聚長大形成納米粒子的方法。

1.1.1 四氯化鈦氣相氧化法 此法多是以四氯化鈦為原料，以氮氣為載氣，以氧氣為氧源，在高溫條件下四氯化鈦和氧氣發生反應生成納米二氧化鈦。該工藝的優點是自動化程度高，可以制備出優質的二氧化鈦粉體；缺點是二氧化鈦粒子遇冷結疤的問題較難解決，對設備要求高，技術難度大，在生產過程中排出有害氣體Cl2，對環境污染嚴重。

1.1.2 四氯化鈦氫氧火焰法 以TiCl4為原料，將TiCl4氣體導入高溫的氫氧火焰中700～1000℃，進行高溫氣相水解備納米二氧化鈦。四氯化鈦氫氧火焰法制得的納米二氧化鈦粒子晶型為銳鈦礦和金紅石的混合型，該工藝優點是產品純度高達99.5%，粒徑小、比表面積大、分散性好、團聚程度小，可用作電子化工材料，制備工藝成熟，生產過程較短，自動化程度高；缺點是反應過程溫度較高，生成HCl使設備腐蝕嚴重，對材質要求高，需要精確控制工藝參數。

1.2 液相法

當今制備納米粒子液相法居多，納米二氧化鈦的制備方法也是如此。主要有溶膠-凝膠法、水熱法、沉淀法等。

1.2.1 溶膠—凝膠法 溶膠—凝膠法(簡稱S—G法)，又名膠體化學法，是被廣泛采用的一種制備納米二氧化鈦的方法。其原理是以鈦醇鹽或鈦的無機鹽為原料，經水解和縮聚得溶膠，再進一步縮聚得凝膠，凝膠經干燥、煅燒得到納米二氧化鈦粒子。論文參考，液相法。與其它方法相比制品的均勻度高，尤其是多組分的制品，其均勻度可達分子或原子尺度；制品的純度高，而且溶劑在處理過程中容易除去；反應易控制，副反應少；煅燒溫度低，工藝操作簡單。

1.2.2 水熱法 水熱反應過程是指在一定的溫度和壓力下，在水、水溶液或蒸汽等流體中所進行有關化學反應的總稱。該法的原理是在高壓、水熱條件下加速離子反應和促進水解反應。論文參考，液相法。一些在常溫下反應速度很慢的熱力學反應，在水熱條件下可以實現反應快速轉化。

2 納米TiO2催化性能的應用

2.1 殺菌功能

抗菌是指TiO2在光照下對環境中微生物的抑制或殺滅作用。TiO2光催化劑對綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等具有很強的殺菌能力。在紫外線作用下，以0.1mg/cm3濃度的超細TiO2可徹底地殺死惡性海拉細胞，而且隨著超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化殺死癌細胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度處理自來水，可大大減少水中的細菌數，飲用后無致突變作用，達到安全飲用水的標準[5]；當細菌吸附于由納米二氧化鈦涂敷的光催化陶瓷表面時，TiO2被紫外光激發后產生的活性超氧離子自由基(·O-)和羥基自由基(·OH-)能穿透細菌的細胞壁,破壞細胞膜質，進入菌體，阻止成膜物質的傳輸，阻斷其呼吸系統和電子傳輸系統，從而有效地殺滅細菌，并抑制細菌分解有機物產生臭味物質如H2S、SO2、硫醇等[4]；在涂料中添加納米TiO2可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，可應用于醫院病房、手術室及家庭衛生間等細菌密集、易繁殖的場所，可有效殺死大腸桿菌、黃色葡萄糖菌等有害細菌，防止感染。論文參考，液相法。論文參考，液相法。

2.2 防紫外線功能

納米TiO2既能吸收紫外線，又能反射、散射紫外線，還能透過可見光，是性能優越、極有發展前途的物理屏蔽型的紫外線防護劑。與同樣劑量的一些有機紫外線防護劑相比，納米TiO2在紫外區的吸收峰更高，更可貴的是它還是廣譜屏蔽劑，不象有機紫外線防護劑那樣只單一對UVA或UVB有吸收[6]。它還能透過可見光，加入到化妝品使用時皮膚白度自然，不象顏料級TiO2，不能透過可見光，造成使用者臉上出現不自然的蒼白顏色。論文參考，液相法。利用納米TiO2的透明性和紫外線吸收能力還可用作食品包裝膜、油墨、涂料和塑料填充劑，可以替代有機紫外線吸收劑，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。論文參考，液相法。

2.3 防霧及自清潔涂層

TiO2薄膜在光照下具有超親水性和超永久性[7]，因此其具有防霧功能，如在汽車后視鏡上涂覆一層氧化鈦薄膜，即使空氣中的水分或者水蒸氣凝結，冷凝水也不會形成單個水滴，而是形成水膜均勻地鋪展在表面，所以表面不會發生光散射的霧。當有雨水沖過，在表面附著的雨水也會迅速擴散成為均勻的水膜，這樣就不會形成分散視線的水滴,使得后視鏡表面保持原有的光亮，提高行車的安全性。如果把高層建筑的窗玻璃、陶瓷等這些建材表面涂覆一層氧化鈦薄膜，利用氧化鈦的光催化反應就可以把吸附在氧化鈦表面的有機污染物分解為CO2和O2，同剩余的無機物一起可被雨水沖刷干凈，從而實現自清潔功能[8]。

參考文獻：

[1]卓長平,張雄.納米涂料發展現狀[J].上海化工2003 (11):33~ 36.

[2]徐國財,張立德.納米復合材料[J].北京:化學工業出版社,2002,200(11):5~7.

[3]陳秋月.納米二氧化鈦改性的研究[M].內蒙古石油化工,1998,30 (1):51~53.

[4]Yu J.G.,Zhao X.J. Mater.Res. Bull[M].,2000,35,1293.

[5]WatanabeT.,FukayamaS.,MiyauchiM.,FujishimaA.,HashimotoK.J.Sol.Gel.Sci.Technol,2000,19(3).71-76.

[6]Zhu Y.F.,Zhang L.,WangL.,Tan R.Q.,Cao L.Li Sruf.Interf[M].Anal,2001.32(1).218-220.

[7]陳崧哲,張彭義,祝萬鵬.鈦、鋁和玻璃上TiO2光催化膜的失活研究[M].無機化學學報,2004,20(11):12-65.

篇2

1995年，羅細亮高考失利，面對高出分數線僅一分的高考成績，他很是糾結。一心向往的上海交通大學肯定是無望了，擺在他面前的，只有兩條路：要么復讀，要么去青島化工學院（現為青島科技大學）應用化學系報到。思量再三，羅細亮選擇了后者，進入算不上一級學府的青島化工學院。這樣的決定對于當時那些建議羅細亮復讀的人來說也許不是最好的選擇，但是對于如今的羅細亮來說卻是他當年最正確的選擇。

青島化工學院是最早有碩士點的高校之一，可以繼續深造。從大一報到之日起，羅細亮的目標就是深造，他要靠自己的力量改變人生軌跡。

學校并沒有讓羅細亮失望，他到校后發現，學校里的教授們教學水平很高，很重視學生的動手能力，實驗課時十分充足。不僅如此，青島化工學院的老師們對學生們一向要求嚴格，羅細亮還記得，當時他的畢業設計把實驗做壞了，為此挨了老師的不少批評，直到他把實驗做得完美，才過了老師的那一關。“正是因為我在學校時打下了扎實的基礎，所以日后，當我在南京大學讀博士及國外做博士后時，我的動手能力比其他名校來的學生甚至還要強。”羅細亮回憶道。

大學四年的學習生活很快就過去了，羅細亮不忘初衷，決定考研，這次沒有猶豫，沒有懷疑，他直接考取了本校研究生，跟隨當時的校長、知名的學者焦奎教授，開始從事電分析化學的研究。2002年，碩士研究生學習結束后，他聽取導師的建議考取了南京大學攻讀博士，師從著名的分析化學家陳洪淵教授。從此，羅細亮牢牢的把握著自己的人生軌跡。

接下來的2005～2011年間，羅細亮先后在愛爾蘭都柏林城市大學國家傳感器研究中心、美國亞利桑那州立大學生物設計研究院及匹茲堡大學生物工程系從事博士后研究。2011年2月獲歐盟瑪麗居里學者，同年3月被美國匹茲堡大學聘為研究助理教授。

正當羅細亮在國外的發展順風順水的時候，他接到了母校青島科技大學拋來的橄欖枝，希望他回母校工作，并申請山東省的泰山學者特聘教授。飲水思源，不可忘本，羅細亮當機立斷，放棄了即將到手的綠卡，辭去了國外的工作，帶著妻子和一雙兒女，毅然回到了祖國，回到了青島科技大學。

享受科研之趣

科研路上總是層巒疊嶂，沒有盡頭。作為科研人，如果沒有點執著的勁頭，就意味著終有一天你會在某一個山頭前停滯不前。而對羅細亮來說，他熱愛科研，享受科研的樂趣，在科研的路上，執著地翻過一坐又一坐高山。

在南京大學讀博士期間，羅細亮在導師陳洪淵院士和徐靜娟教授的指導下，開創了利用電沉積殼聚糖固定生物識別分子制備生物傳感器的方法。

在制備生物傳感器的過程中，最關鍵的步驟是生物識別分子的固定。實現生物識別分子簡便、有效的固定，而又同時盡可能地保持其活性，一直是世界上眾多科學家孜孜以求的目標。利用生物聚合物殼聚糖的電沉積特性和良好的生物相容性，羅細亮率先提出了通過電化學沉積殼聚糖，用于同時或依次固定納米材料和生物識別分子制備生物傳感器的方法。通過這種方法制備生物傳感器，簡單有效且條件溫和，普遍能夠得到理想的結果。該方法提出后在國際上廣受關注，目前已經被中、美、日和歐洲等30多個國家和地區的科學家們所廣泛借鑒和采用，成為了比較有代表性的生物分子固定化和生物傳感器制備方法之一。基于這一研究成果發表的3篇主要研究論文至今已被他人引用超過500次。尤其值得指出的是，美國一流大學馬里蘭大學Gregory Payne教授領導的研究組，在他們發表的20余篇高水平論文里，高度評價了羅細亮的研究工作，明確表示羅細亮的研究工作是這方面最早的相關報道。2007年，羅細亮的博士學位論文在被相繼評為南京大學優秀博士學位論文和江蘇省優秀博士學位論文之后，又獲得全國百篇優秀博士學位論文提名獎。

科研永不止步

羅細亮并沒有就此止步，為了進一步提升自己的科研水平，2005年，羅細亮申請了國外的博士后，先后赴愛爾蘭都柏林城市大學和美國亞利桑那州立大學，跟隨愛爾蘭皇家科學院院士Malcolm Smyth教授和世界著名分析化學家Joseph Wang教授，在分析化學領域深造。2008年，考慮到生物化學與分析化學的結合日益緊密，而自己又缺乏生物的研究背景，為了拓展自己的研究方向，羅細亮又申請去了美國匹茲堡大學生物工程系，使自己的研究從化學和材料拓展到生物領域，有利于實現不同學科的相互交叉。

博士后研究期間，羅細亮在化學、材料和生物這幾個學科的交叉領域，開展了一系列研究，并取得了豐碩的研究成果。其中比較突出的貢獻是，構建了新穎的藥物釋放體系，在國際上率先實現了利用碳納米管內腔來儲存和可控釋放藥物。

碳納米管是目前國際上研究的熱點，由于它特殊的物理化學性質，其在藥物可控遞送和釋放方面的應用研究廣受關注。理論上，碳納米管的內腔是儲存藥物的理想納米膠囊，但是如何實現藥物在碳納米管內的儲存和釋放，一直是個沒有解決的難題。羅細亮的研究實現了利用碳納米管的內管來裝載藥物。儲存的藥物，通過簡便的電化學刺激就能夠以可控的方式釋放出來，而且進一步的細胞實驗證實由此釋放出來的藥物仍然保持有藥物活性。這是首次報道利用碳納米管的內管來裝載并可控釋放保持有活性的藥物，研究結果發表在本領域頂尖期刊生物材料上，并被美國能源部的能源技術國家實驗室作為新聞報道，認為這項技術將有效促進神經控制可植入裝置的發展。

羅細亮還發展了新穎的可控合成單根導電聚合物納米線的方法，并研制了超靈敏的單根納米線生物傳感器。

利用單根納米線來構建具有優異性能的納米裝置或器件，是目前世界上眾多科學家所努力的前沿方向，但是單根納米線在可控合成尤其是操控上的困難極大阻礙了這方面研究的進展。羅細亮制備了具有高度選擇性和靈敏度的納米生物傳感器，其檢測限低于1皮克每毫升，遠遠優越于其他類似的生物傳感器。由于該傳感器從合成到檢測都采用可控的電化學技術，非常適合進一步研制超靈敏、集成化的納米傳感系統。

2011年，對于35歲的羅細亮來說，是非常特別的一年。當年2月，羅細亮獲得歐盟第七框架計劃國際合作項目的資助，成為英國牛津大學化學系的高級瑪麗居里學者；3月，羅細亮被美國匹茲堡大學聘為研究助理教授，進入大學的教員系列；8月，羅細亮被山東省人民政府選聘為泰山學者特聘教授。不同的機遇，在短時間內集中出現，通常會讓人難以取舍。然而羅細亮沒有過多的猶豫，他選擇了回國發展。要為祖國貢獻自己的微薄力量，是他很早就形成了的一個樸素的觀念。

2011年9月，羅細亮離開美國匹茲堡大學，回到了母校青島科技大學。環境和條件的改變，不可避免會影響到自己的科研，為了把不利影響降到最小，羅細亮付出了幾倍于別人的辛勞。他克服種種困難，從零開始組建自己的科研團隊，建設自己的實驗室，培養自己的研究生。同時，利用與國外的聯系，羅細亮積極開展對外的合作交流，及時掌握國內外的研究動態。回國后的3年時間里，羅細亮基本上沒有完整的節假日。3年過去，羅細亮自己的實驗室和研究團隊已經初具規模，逐步地發展壯大，并在生化分析領域開展了比較有影響的研究工作。尤其重要的是，羅細亮首次構建了基于電化學阻抗技術的抗污染生物傳感器，推進了可在復雜生物體系中直接測定的實用型傳感器件的發展。

篇3

（1）發達國家和地區雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯邦各機構的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》，這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發，同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施：增加研發投入，形成勢頭；加強研發基礎設施；從質和量方面擴大人才資源；重視工業創新，將知識轉化為產品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。

（2）新興工業化經濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體，為了保持競爭優勢，也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結束時，韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標，意在引領臺灣知識經濟的發展，建立產業競爭優勢。

（3）發展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭，也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發任務，以便在國家層面上進行指導與協調，集中力量、發揮優勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略，可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。

2、納米科技研發投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發熱潮，現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內，聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據《21世紀納米技術研究開發法》，在2005～2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優勢，但現在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優勢領先于其他國家，3年累計論文數超過10000篇，幾乎占全部論文產出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多，各國3年累計論文總數都超過了1000篇，且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。

（2）在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭

據統計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數據來源美國專利商標局，所以美國的專利數量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大，在論文數最多的20個國家和地區中，專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合，實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業化。

雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，期望突破傳統的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上，日本最重視的是應用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發出多種不同結構的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。

在制造方法上，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法，同時積極開發新的制造技術，特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內即可進入批量生產階段。

日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品。科學家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。

4、納米技術產業化步伐加快

目前，納米技術產業化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業前景。據統計：2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化，都在加緊采取措施，促進產業化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業合作，使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破，并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯系，加速納米技術應用。

日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。

篇4

（1）發達國家和地區雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯邦各機構的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》，這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發，同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施：增加研發投入，形成勢頭；加強研發基礎設施；從質和量方面擴大人才資源；重視工業創新，將知識轉化為產品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。

（2）新興工業化經濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體，為了保持競爭優勢，也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結束時，韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標，意在引領臺灣知識經濟的發展，建立產業競爭優勢。

（3）發展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭，也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發任務，以便在國家層面上進行指導與協調，集中力量、發揮優勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略，可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。

二、納米科技研發投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發熱潮，現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內，聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據《21世紀納米技術研究開發法》，在2005～2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創新時代必將到來。

三、世界各國納米科技發展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優勢，但現在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優勢領先于其他國家，3年累計論文數超過10000篇，幾乎占全部論文產出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多，各國3年累計論文總數都超過了1000篇，且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。

（2）在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭

據統計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數據來源美國專利商標局，所以美國的專利數量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大，在論文數最多的20個國家和地區中，專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合，實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業化。

雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，期望突破傳統的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上，日本最重視的是應用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發出多種不同結構的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。

在制造方法上，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法，同時積極開發新的制造技術，特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內即可進入批量生產階段。

日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品。科學家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。

四、納米技術產業化步伐加快

目前，納米技術產業化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業前景。據統計：2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化，都在加緊采取措施，促進產業化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業合作，使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破，并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯系，加速納米技術應用。

日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。

篇5

一位年僅三十幾歲的學者、一連串前沿成果，劉飛博士稱得起“年輕有為”。然而，與大多數年輕人不同，劉飛博士一心一意地埋首于納米材料領域的研究工作，不沾浮躁之風。在這條道路上，他潛心向前，以“學習”的態度行于斯、研于斯，在一維納米材料的制備、表征與物性研究的領域上取得了一系列成績：

首先，在微波等離子體化學氣相沉積(MPCVD)設備中，劉飛使用α―Fe2O3(0001)為基底，以N2和H2為反應氣源，首次制備出垂直于基底生長的Fe3O4納米金字塔陣列。這種新型Fm04納米材料的陣列很可能在垂直方向上的高密度信息存儲中有著潛在的應用，其結果發表在高水平學術雜志AdvMater上。

其次，在單溫管式爐設備中，劉飛使用熱蒸發冷凝沉積技術在較低的生長溫度(

與此同時，劉飛利用真空下高溫碳熱還原法，首次制備出了大面積垂直于si基底生長的單晶的Boron納米線和納米管。掃描電子顯微技術(SEM)研究表明所制備出的硼納米線的長度為5um，平均直徑為30nm。透射電子顯微鏡技術(TEM)和元素維度分布譜技術(ElementMapping)的研究結果都證明所獲得的硼納米材料具有完美的單晶四方結構，它們的生長方向為[001]。電子能量損失譜技術(EELS)研究結果也表明納米線中硼元素的同時使用開爾文探針技術(KelvlnProbe)首次測試出Boron納米材料的功函數為4.4eV。并利用改裝后的SEM系統中的在位物性測試技術對單根硼納米線的電導率和場發射特性進行了一系列系統的研究。研究結果表明：單根硼納米線的電導率為1-8×10-3(n?cm)-1，其開啟電場為5.1v／μm，閾值電場為115V／μm；在保持場發射電流為1.05μA的一小時穩定性測試中，單根硼納米線的電流波動性低于22％并且當電場強度提高到59～74V／μm，單根硼納米線的場發射電流密度更是達到了2X105-4×105A／cm2，這完全可以滿足場發射領域的需要。由于Boron一維納米材料具有高熔點(2300℃)、高電導率，并且具有獨特的“三芯鍵”結構以及優良的物理和化學特性，所以這種新型納米材料的發現以及進一步研究很有可能為納米科學和技術的發展開創了一個嶄新的領域。相關科研成果分別發表在知名科學雜志AdvancedMaterla／sc和Uitramzcroscopy上，并由世界上著名的德國的“Nanowerk”網站和國內知名的“科學網”網站分別進行了“Spotlight”報導和專題報導。

除此以外，劉飛使用化學氣相沉積技術實現了對不同形貌AIN納米結構(納米棒，納米錐和納米火山口)垂直陣列的可控生長。為了研究其納米結構場發射特性的影響因素，劉飛對比了不同形貌氮化鋁陣列的場發射特性。實驗結果表明，氮化鋁火山口陣列具有最好的場發射特性表現，其閾值電場為7.2V／μm，場發射電流的穩定性測試表明其電流波動小于4％。同時，所有三種氮化鋁納米結構陣列都具有和其他很多具有優良冷陰極納米材料相比擬的場發射特性，這表明其在未來的場發射領域具有很大的應用前景，結果已發表在ChinesePhysicsB等雜志上。

未來，戰機握在手中

學習和實踐中，劉飛不僅積累了豐富的經驗，也形成了一套獨特的科研方法和理念，解決了很多工程實際應用的問題，贏得了良好的經濟效益和社會聲譽，并獲得一項國家專利。他是成功的，當然，成功之人自有成功之道。

1995年9月，劉飛邁入吉林大學的校門，考進材料科學與工程專業，四年的本科學習，劉飛以他的聰明和勤奮贏得了老師和同學們的一致認可，連續三年獲得“人民獎學金”，并于1999年獲“系優秀學生”稱號。同年，他以優異的成績畢業，卻并不滿足于自己當時的所學，或許是源于心底的那一份母校情結，劉飛選擇留在吉林大學進行碩士研究，在材料科學學院攻讀材料物理與化學專業。碩士學習期間，劉飛在于文學教授的指導下進行了磁控濺射生長巨磁阻多層膜的研究工作，并于2002年7月完成碩士論文《Cu／Fe多層膜的表面、界面微結構研究》，獲得工學碩士學位，其論文獲得學校研究生論文比賽優勝獎，這位年輕的碩士研究生充分展露了他在科研領域的才華。

2002年9月，劉飛考入中國科學院物理研究所納米物理與器件實驗室，師從于高鴻鈞研究員，攻讀凝聚態物理博士學位，2005年9月獲得理學博士學位，并于2004年獲得“所長優秀獎學金”、2006年獲得中國真空學會優秀博士論文獎學金。

在科學的道路上沒有捷徑，正因為艱難才去登攀，而站得更高才能看得更遠，年輕的劉飛博士沒有止步于一點點的成績，在科學之路上，他選擇一路向前。自2005年9月，劉飛博士在中山大學理工學院的顯示材料與技術國家重點實驗室參加工作以來，包括在中國科學院物理研究所攻讀博士期間，他主持國家自然基金委――廣東省聯合基金重點基金一項、國家自然科學基金青年基金一項、教育部博士點新教師基金一項，并且參與了多項國家“973”和“863”項目，共發表了學術論文(SCI、EI和ISTP收錄)二十余篇。

篇6

1983年，劉忠范大學本科畢業后便赴日留學。他先后在日本橫濱國立大學、東京大學取得了碩士和博士學位，并在東京大學和分子科學研究所做博士后。

攻讀博士期間，劉忠范師從國際著名光電化學家藤島昭先生做研究，他很為老師的工作精神所感動，年過半百仍撲在事業上。

自幼養成的勤奮習慣和藤島昭先生的表率，使劉忠范在日學習期間取得很大成功，獲得了日本政府獎學金并在《Nature》雜志上發表了學術論文。與中國不同的社會環境，也讓埋頭讀書不問世事的劉忠范更加開朗起來。這時，北京大學化學系的教授蔡生民找到了他，不止一次地邀請劉忠范回國，并且用真誠的話語

打動了他。

他選擇了北大。十幾年后回憶起來，劉忠范仍覺得，“北大是最適合我的”。

在研究領域，劉忠范選擇了納米。

人們接受納米有一個過程。1997年9月27日，北京大學成立了納米科技中心，這是中國高校的第一個跨院系、跨學科從事納米交叉學科研究的綜合性研究中心。劉忠范接到很多電話，有人問：“聽說你們搞出一種納米，貴不貴？好不好吃？”劉忠范只好幽默地回答他，“納米太小了，既不好吃，恐怕也吃不飽。”

近年來，納米技術掀起了陣陣熱潮，也漸漸出現在人們生活中。納米技術將為目前許多技術難題提供新的解決方案和思路，也會進一步提高人們的生活水平并有可能在很大程度上改變人們的生活方式。1986年諾貝爾物理獎得主羅雷爾說，曾重視微米科技的國家，今天都已成為發達國家，而納米科技則為人們提供了新的發展機遇，今天重視納米科技的國家必將在未來的高科技競爭中獨領。

科技部最年輕首席科學家

1994年，劉忠范申請了科技部攀登計劃項目，經費500萬元。劉忠范成為這個項目的首席科學家，也是當時科技部最年輕的首席科學家。他從此開始了納米攀登之旅。

“當時，我們是做納米級的信息存儲技術，相當于超級光盤。”劉忠范說，這個項目共有三個承擔單位，還包括當時的北大電子學系——現在的信息科學技術學院的吳全德院士、薛增泉教授以及吉林大學化學系的李鐵津教授。吳先生盡管年事已高，但對‘納米’非常敏感。吳老先生和薛教授都是做信息技術的，尤其有感于我國微電子技術發展的曲折和落后現狀，而納米技術應該是一個難得的機會。因此，“我們之間產生了強烈共鳴，覺得應該醞釀一個計劃，大張旗鼓地在納米領域開拓——這就是北京大學納米科技中心成立的初衷”。

1993年，劉忠范回國后，他親手建立起光電智能材料研究室。起初什么都沒有，完全從零開始做。有幾間空房子，每一個插頭在什么地方，都要劉忠范自己設計后找人安裝，桌椅板凳都是他自己一件件買來的。搞前沿研究需要先進設備，為了購買這些設備，他省吃儉用，甚至到了摳門的程度。劉忠范花50多萬元買了一臺用于看原子和分子的STM儀器，這差不多是國內最早進口的洋玩意。儀器需要配置防震臺，由于資金緊張，劉忠范只能帶著學生親自動手。

創業是艱辛的。當年的劉忠范人稱“拼命三郎”，每天最早進樓的是他，最晚一個走出實驗室的還是他。由于總是工作到深夜，樓門早已關閉，因此他經常翻越化學樓的鐵門，“因此練就了一副好身手”，他自嘲道。

科研工作很辛苦，但也充滿了快樂。在劉忠范眼里，研究的一大樂趣就是和學生一道創造故事。學生一個錯誤的實驗設計帶來了熱化學燒孔存儲技術；一位女同學的頑固不化和他的堅持加包容收獲了石墨烯的偏析生長方法，進而開啟了石墨烯生長過程工程學研究之門。回憶起這些往事，劉忠范的臉上洋溢著成就感。

“要向兩頭進軍”

十幾年來，中國納米科技發展得飛快。從數量上看，已經與美國并駕齊驅，論文的檔次也越來越高，盡管原創性和影響力尚有待提高。劉忠范為中國納米的發展簡單勾勒了三部曲：科學、技術和工程。

談起與自己一同成長的北大納米科技中心，劉忠范說，北大的納米研究，總體上還處于納米科學的層面。經過十幾年的努力，已經取得了長足進步，在國內外擁有了一定的學術影響和地位，化學學院、信息學院和物理學院的納米團隊功不可沒。當然，我們還缺少重大突破，需要從高原到高峰的飛躍。

劉忠范特別推崇團隊精神和團隊文化建設。說起他的研究團隊，他總是強調，他所取得的些許成績，都是團隊成員共同拼搏、共同奮斗的結果。他的研究團隊，從最初的幾個人、十幾個人，發展到今天的幾十個人，不斷地壯大著，也形成了獨具一格的團隊文化。正是這樣的團隊文化，帶來了一個又一個的學術研究成果，也使北大成為國際知名的低維碳材料研究基地。他的信條是：人才決定潛力，機制決定效率，文化決定高度。

劉忠范最自豪的不是他發表的300多篇學術論文，而是培養了一批熱愛科學、熱愛納米的弟子。他的弟子絕大多數都在國內外知名學術機構從事科研工作。他更希望將來有一天他被稱為教育家，而不僅僅是一名科學家。

“ 責任是通向偉大的代價”，這是丘吉爾的一句名言。劉忠范深深地感受到越來越多的社會責任。兒時刻骨銘心的貧窮經歷使他對農村教育和失學兒童問題極為關注，并力所能及地為此做些事情。他設立的獎學金拯救了不少瀕臨失學的兒童。人生是永不停息的馬拉松。前人在指引著我們，后人在追趕著我們，我們始終處在激烈的競爭中。劉忠范正不斷翻山越嶺，向科學高峰攀登。（來源：科技日報，本刊有刪節）

篇7

“江城多山，珞珈獨秀，山上有黌，武漢大學。”武漢大學是他的母校，在這個被譽為“中國最美麗的大學”里，彭天右停留最多的地方不是花香流溢的櫻花大道，不是風光旖旎的東湖之畔，而是對于常人來說有些枯燥的化學實驗室。學習，實驗對他來說，發于樂趣，興于責任。春華秋實1 998年6月，他博士畢業后留校任職，2004年破格晉升教授。對知識瀚海的探索讓他甘之若飴，從不止步2001年10月至2003年5月在京都大學做博士后研究，其間兼任日本基礎化學研究所外國人特別研究員：2003年3月訪問美國羅切斯特大學和新澤西州立大學；2004年7月和2005年10月應邀訪問京都大學福井謙一研究中心和香港浸會大學化學系2007年7月訪問新加坡國立大學和南洋理工大學；2008年11月訪問美國wisconsln--Madison大學和DeIaware大學。

無論走到哪里，他從未離開心愛的科研事業。在小小的實驗室里，他苦煉神功，用“天眼”識別著自然界的萬千物質，為祖國無機化學的發展燃燒著自己的青春與活力。工作幾年，他曾先后主持國家“863"‘計劃專題，國家自然科學基金，教育部新世紀優秀人才基金、留學回國人員基金，湖北省杰出人才基金，納米重大專項、重點科技計劃和自然科學基金等項目。

追探納米前沿

納米技術近幾年來得到了飛速的發展。緊扣化學發展時代脈搏的彭天右，主要從事金屬氧化物、硫化物及其復合納米材料的合成及其光電轉換、光催化性能研究工作。在組成，晶形、形貌、多孔性、空間結構的調控及其光電功能性研究方面積累了一些重要的經驗。在納米復合光催化材料的制備及其可見光分解水制氫、光催化降解有機污染物以及染料敏化太陽能電池等方面均取得了重要的研究進展。

他在國際上較早制備了微米／納米Al203、Ti02、NlO，Si02管，CdS納米管，竹結狀Ti02納米管以及分級有序T10：管中管結構等。在納米材料的組成，形貌、多7L性、空間結構、能帶調控等方面取得了一定的成果。從調節能帶寬度和紅移匹配入手+探索能可見光響應的復合光催化材料。經過不同的摻雜(包括有機／無機金屬元素及稀土元素)以及不同能帶半導體材料的復合，獲得了不同的能隙、p／n特性的納米介孔半導體復合氧化物。首次合成的介7LTi02(m-Ti02)納米粉體具有較高的比表面積和高度晶化的介孔壁等結構特點。該類材料由于其獨特的微觀結構而表現出優異的光催化活性，對m-Ti02的微觀結構與光催化制氫效率的相關性也進行了較為深入的研究。結果表明：m--Ti02納米粉體在甲醇為犧牲試劑，紫外光照下的光催化產氫效率高達9，1mmoI／g h，高于商品催化劑(德國P25)的光催化產氫效率。使用m--Ti02制作的染料敏化太陽能電池的效率在光強為42mW／cm2時達到了10 1 2％，比使用P25粉體時提高了3 79％，這主要是因為m-Ti02納米粉體制備膜電極的表面態的影響較小，且染料分子的負載量較大。

在“敏化劑設計，合成及其敏化納米Ti02產氫性能”研究中，彭天右首次提出采用雙核釕聯吡啶為染料，利用其天線效應提高對可見光的吸收和光電子注入效率的新思路。與單核配合物相比，雙核釘聯吡啶敏化m-Tioz的產氫效率提高了3―5倍。他還提出了通過建立基態染料分子在半導體表面的化學鍵合和氧化態染料分子的離解之間的動態平衡，可實現電子的有效注入和通過氧化態染料分子的及時解離來阻塞電子回傳通道，從而有效地提高染料敏化半導體體系的光催化產氫效率及其長效穩定性的新觀點。

在“系光催化材料的可見光催化活性”研究中，他采用沉淀法制備的單斜BiV04納米粒子為單晶顆粒，光譜帶邊值為520nm，其可見光催化活性較高。研究發現，Ag團簇的負載有利于釋氧，但AgN03／BiV04再生困難。因此，彭天右提出采用鐵鹽代替銀鹽做犧牲試劑，具有更好的實際應用前景的新觀點。此外，他還首次發現利用CTAB做模板劑時，通過調節水熱溫度可選擇性地合成微球狀或片層狀BiV04，并可調節其晶相組成。

在“碳基一半導體氧化物復合材料系列的制備及其產氫性能”研究方面，他較早采用水熱法原位合成了碳基(c60、SWNT，MWNT、石墨等) 半導體氧化物(ZnO、Ti02等)納米復合材料。其中，C60／Ti02、MWNT／Ti02、C60／T102在400nm--800nm范圍內有明顯的吸收，并表現出明顯的可見光催化制氫活性。隨著復合比例的提高，產氫效率逐漸提高，但比例過高反而會導致產氫效率的降低。在全光譜條件下，納米復合光催化劑均表現出了優于純Ti02的產氫性能。該類復合材料突破了半導體氧化物只吸收紫外光而有機光敏劑的光降解和不穩定等難題，具有良好的穩定性和較高的可見光催化產氫效率，是一類新型的具有光明前途的可見光驅動催化劑。

在光電極及其集成器件的制備及其光電化學性能調控方面，彭教授也開展了一些研究。以自制的光催化材料為主要研究對象，采用刮涂和絲網印刷技術制備光電極膜或其多層復合膜器件。利用電化學測定，以及將制備膜電極與Pt化對電極組成染料敏化納米晶太陽能電池(DSSCs)測定其光電流一光電壓(1 V)曲線等手段，對膜電極的電子傳輸效率、光生載流子的界面復合、電子界面傳輸效率、光電子壽命、電化學和光電化學行為進行了較為深入的探討，獲得了一些膜電極制備及其光電轉換效能方面的具有指導意義的規律與結論。

另外，彭天右還在湖北省重點和重大科技計劃(納米專項)的資助下，開展了納米氧化物粉體的軟化學合成及其產業化研究。采用獨特而價廉的異相共沸蒸餾技術，有效地解決了制備過程中的粒子不正常長大，防止了納米粉體在煅燒過程中硬團聚體的形成這一氧化鋁制備過程中所普遍存在的難題。提出的高純氧化鋁納米粉體的軟化學制備技術，可縮短工期，降低能耗。通過優選添加劑，調控合成工藝控制晶核的形成和粒子的生長，根據不同需求，調節合成條件生產不同形態的粒體(如球形、準球形、片狀，棒狀及多孔型等)。粒徑在5nm～5 u m之間局部可調，產品純度達到99.95％以

上，粒度分布均勻且分布窄的高純氧化鋁超細粉體。該納米氧化鋁產品可替代進口，經有關企業使用測試證明其制備的納米氧化鋁具有較好的壓制和燒結性能。上述相關研究成果通過湖北省科技廳組織的專家鑒定，鑒定結論為：該項研究成果屬國內首創，整體技術達到國際先進水平。此外，以軟化學方法廉價制備的介孔v Al z03具有高比表面積(600℃熱處理后400m2／g)、高熱穩定性(在1000℃下仍然為Y相，120m 2／g)，可望在催化劑、汽車尾氣三效催化轉化中獲得應用。銳鈦礦Tioz通常在600~C就開始向金紅石轉化。為了利用銳鈦礦的光催化，殺菌能力，需將其固化在玻璃或陶瓷表面，但其處理溫度一般在800℃以上，因此要求在高溫下穩定且保持銳鈦礦相的Ti02。然而，以表面活性劑模板法制備的多孔Tio2通常為無活性的無定形結構，在其晶化過程中會導致孔結構的塌陷。為此，彭天右及其課題組較早制備了具有高熱穩定性、高比表面積、高度晶化的銳鈦礦孔壁的介孔材料。其在光催化降解污染物、光解水制氫和太陽能光電化學電池等方面具有廣闊的應用前景。

也許這一個個簡單的案例無法述清他的執著與努力，然，天道酬勤，那一項項獎項還是印證了一切。2000年9月，獲湖北省優秀博士學位論文獎2000年9月，獲武漢大學化學院本科生業余科研指導獎；2003年3月，獲教育部自然科學二等獎：2004年4月，取得成果鑒定1項(國際先進水平)：2004年1 2月獲武漢大學藍月亮優秀研究生指導教師獎：2004年1 2月，獲武漢大學優秀研究生教學獎：2006年獲優秀研究生指導教師獎和研究生教學獎：2008年11月獲湖北省自然科學三等獎……100余篇(其中SCl收錄論文62篇)，論文他引250余次，獲授權發明專利5項。

賦生命以質感

看今朝，碩果累累：憶往昔，崢嶸歲月。難忘2003年5月回國后，在只有半間實驗室、5000元科研經費的情況下，他艱難地開始實驗室的組建和科學研究工作。面對困難，他積極創造條件開展教學科研工作，甚至在科研經費緊缺時，自掏腰包墊付購買設備和試劑的費用(最高達7萬余元)。經過6年的不斷耕耘，由他主持的科研經費已達260余萬元，新購買實驗與辦公設備等固定資產共計1 20余萬元。

篇8

出奇制勝――界面的構筑

循環腫瘤細胞作為重要的癌癥標志物之一，它的識別檢測近年來倍受關注，然而其在血液中極低的含量（億分之一），因此通常用于細胞分選的流式細胞分選儀的靈敏度（萬分之一）遠遠不能滿足檢測的需求。當前的領先技術是基于免疫磁珠的細胞分離技術，但是其靈敏度低，設備昂貴，費時等缺陷，仍然不能滿足惡性腫瘤血液檢查的需求，因此細胞檢測新材料與技術的出現顯得尤為迫切。

基于硅納米線陣列

通過制備識別抗體修飾的硅納米線陣列，以乳腺癌細胞作為靶向細胞，王樹濤開發了特異性識別、粘附腫瘤細胞的三維微納米界面。識別抗體使得硅納米線陣列對目標癌細胞具有特異性的識別功能，同時納米線能與細胞表面的微納米偽足相互作用，二者具有相似的尺度，從而獲得了比平面結構更強的作用力。這一工作利用微納米尺度效應對生物界面上的細胞粘附特性進行調控，結合特異性抗體和界面納米結構，大幅提高了界面對循環腫瘤細胞識別粘附的有效性，實現了腫瘤細胞的高靈敏的特異性捕獲。后來，受生物界中免疫系統的高選擇性識別粘附現象的啟發，王樹濤進一步提出了納米尺寸選擇和生物分子的識別協同效應，建立了結構選擇和分子識別的新的生物界面識別粘附模型。

王樹濤在此方面的研究是國際上第一個利用多尺度粘附可控的功能界面識別捕獲腫瘤細胞的例子，選擇性得到了3―4個數量級的提高。自2009年發表在Angew. Chem. Int. Ed.雜志以來，得到國內外同行的廣泛關注，被Science Daily及國內多家媒體進行專題新聞報道，同時被Nanomedicine做了題為“硅芯片上的納米柱增加了檢測靈敏性”專題新聞評述，指出“該技術在癌癥診斷上很有潛力，它能給醫生提供患者病情的相關信息和檢測治療的效果”。王樹濤因此獲得了2010年世界科技獎材料類提名，這在之前中國只有兩位教授獲此殊榮。

基于聚合物納米簇

自2010年回國后，與日本理研及美國加州大學的合作者合作制備了腫瘤細胞特異性抗體修飾的導電聚合物納米簇表面代替相對硬的硅納米線表面。研究結構表明，相對較矮的聚合物納米簇（1―2微米）仍然取得了與較高的硅納米線（8―10微米）相當的細胞特異性識別粘附的結果。結果發表之后，被Science Daily等以“診斷工具：負載抗體的聚合物薄膜能捕獲腫瘤細胞”為題作了亮點介紹。

重磅出擊――粘附的研究

血液中的痕量循環腫瘤細胞的捕獲問題通過我們發展的細胞粘附界面可以解決，而如何在捕獲后將痕量的腫瘤細胞無損的釋放是難題的關鍵。通常，生物實驗室用胰蛋白酶將細胞與基底間的蛋白水解，使細胞從基底上去粘附。但是這個過程，不可避免對這些痕量的腫瘤細胞造成損壞。

針對以上問題，王樹濤設計了一個用核酸外切酶來完成高效快速釋放的細胞粘附去粘附三維納米生物界面。研究中選擇了對癌變淋巴細胞特異性識別的核酸適配體作為細胞識別和捕獲分子，將之修飾到硅納米線陣列表面。與平的表面相比，這個界面提供了一個三維的細胞接觸模式（多點接觸），酶可以多點同時切斷核酸適配體，細胞去粘附的過程變得更容易、更快速，且不對細胞本身產生傷害。相關結果在Adv. Mater.上發表并選為封面文章。審稿人高度評價“這一結果是非常振奮人心的，……，將引起細胞材料的相互作用領域的研究者極大的興趣”。之后又被Wiley出版社的MaterialViews中國等新聞報道，稱該研究提供了一個“高粘附易釋放”的細胞檢測平臺。因此，王樹濤也受到Science Publishers出版社邀請為納米醫學專著《Nanomedicine in Diagnostics》上撰寫題為“Emerging Nanotechnology for Efficient Capture of Circulating Tumor Cells”的章節。

美妙福音――腫瘤的檢測

研究表明，惡性腫瘤的死亡率與各國的國民收入成反比，低收入國家的惡性腫瘤患者死亡率一直高居不下。一個重要的原因，是癌癥診療的費用非常高，除了藥物外，其中很大一部分是檢測的費用。如何發展一個高效、便宜、簡單的腫瘤細胞檢測器件成為世界各國的關注熱點。

鑒于以上的問題，王樹濤發展了廉價、易操作的第一代基于細胞粘附界面的腫瘤細胞檢測器件――將細胞特異粘附硅納米線界面，做成尺寸規范化的檢測芯片試劑盒。操作流程非常簡單，不需要另外昂貴的設備，絕大多數的生物實驗室或醫院的檢測中心都具備檢測條件；這種簡單的檢測器件在全血中的細胞識別捕獲效率在有40%左右；重要的是其細胞識別檢測時間從4―6小時縮短到2小時左右。這些優點基本上可以滿足發展中國家普通患者做細胞基的癌癥檢測和術后監測的需求。該成果已申請國際專利。因為其特異高效的細胞粘附特點，被Science Daily等稱作“捕蠅紙”式腫瘤細胞檢測器件。

篇9

立足前沿 沉下心來搞創新

長期以來，盡管教學工作繁忙，科研條件有限，但沈小平教授始終要求自己沉下心來，堅持科研工作不動搖。近年來，瞄準本領域國際國內的最新研究進展，他的研究工作一直處于國際前沿領域，先后主持和參與了國家自然科學基金項目六項、省部級科研項目3項、以及國家和省級重點實驗室開放課題多項，在化學和材料學領域取得了多項研究進展。

一方面，沈小平教授課題組成功制備了石墨烯與各種金屬、合金、氧化物、硫化物、鐵酸鹽等的復合材料，研究了這類材料在吸附、催化、氣體傳感、鋰離子電池等領域的應用。其中，他們采用簡單的低溫回流方法制備出了結構和形貌可控的石墨烯（RGO）/Ni納米復合材料，發現該復合材料對于對硝基苯酚（4-NP）的還原反應具有優異的催化性能。他們首次合成了石墨烯負載的FeNi合金和NiCo合金納米粒子。在合成RGO-FeNi復合物中，他們首次得到了FeNi合金納米花，并發現石墨烯作為基底材料對于FeNi合金納米花的形成起到了關鍵作用。通過定向流動自組裝法，他們將該材料制備成磁性紙片，所得的復合材料顯示軟鐵磁性，使其在磁性存儲、生物分離、水處理和電磁波吸收等領域有潛在的應用價值。他們合成的RGO-Nico復合物不僅具有鐵磁性質，而且對4-NP的還原具有很好的催化活性，是一種可磁性分離的高效催化劑。他們同時發現了石墨烯對于催化活性和穩定性的促進作用，這使得RGO-NixCo100-x復合材料在催化方面具有潛在的應用價值。

其次，沈小平教授等人首次用一種通用的方法合成了基于石墨烯的各種鐵酸鹽（MnFe2O4，ZnFe2O4，CoFe2O4和NiFe2O4）復合材料，首次將石墨烯復合材料的磁性，吸附性和光催化性三者結合于一體，將該復合材料設計成高吸附、高催化活性的可磁分離材料。他們發現吸附主要是石墨烯的作用，而光催化性和磁性主要是鐵酸鹽的貢獻。石墨烯的高吸附活性以及MFe2O4納米粒子的磁學和光催化性能使得該復合材料在環境領域有著潛在的應用。另外，通過微波法他們簡便快速地合成了系列化的石墨烯一金屬硫化物（ZnS，CdS，Ag2S和Cu2S）的納米復合材料。該法基于同時生長金屬硫化物納米粒子和還原氧化石墨烯，從而在石墨烯上原位形成無積聚的金屬硫化物納米粒子：并研究了合成參數對硫化物納米粒子在石墨烯上的尺寸、形貌和分布的影響，這在石墨烯負載的復合材料中尚未被研究。

另外，沈小平教授首次提出了一種通過長鏈伯胺的非共價鍵改性將GO從水相轉移到各種有機溶劑中的簡單而有效的方法，并實現了GO在水相和有機相之間的可逆轉移。他們首次通過溶劑熱法合成了基于皺褶石墨烯的復合材料――由Fe2O3納米紡綞體和皺褶的石墨烯納米片結合而成的新型RGO-Fe2O3納米復合物。作為鋰離子電池負極材料，該納米復合物與單獨的Fe2O3納米紡綞體和單獨RGO納米片相比，電化學性能得到顯著提高。與平整的RGO支撐的納米復合物相比，皺褶的石墨烯可以對Fe2O3納米紡綞體起到更多維數的限制，這對于Fe2O3在鋰離子嵌入時的體積膨脹起到了更好的限制作用。該研究為基于皺褶的石墨烯材料的合成和應用開辟了新的領域。在此過程中，沈小平教授首次從實驗上系統研究了不同皺褶程度的石墨烯材料，發現通過簡單的改變溶劑中水、乙二醇的比例可以方便地調控石墨烯的皺褶程度，同時發現不同皺褶程度對于石墨烯的比表面積、吸附和催化性能具有重要的影響。

天道酬勤 踏踏實實做學問

上述中我們看到，沈小平教授在功能納米材料的可控合成和性質應用方面的許多新發現，他成功開發出利用單源前驅體的模板基CVD法合成各種氧化物、硫化物和有機物的納米管有序陣列的普適方法，同時在國內外首次對石墨烯無機納米復合材料作了全面的述評。沈小平教授的研究成果受到了國際同行的關注，產生了良好的社會影響，目前已在Journal of Materials Chemistry，Journal of Physical Chemistry C.Carbon，ACS Applied Materials&Interfaces CrystEngComm，Nanotechnology等國際SCI源期刊發表學術論文110余篇，論文被SCI源期刊引用1600余次，7篇論文入選ESI高被引論文。目前研究成果獲授權國家發明專利9項。

采訪中，沈小平教授談到了他對科研工作的熱愛和執著。正是充分認識到科研工作對人才培養和建立創新型國家的重要作用，多年來他克服資金、設備、人員等方面的種種困難，堅持不懈地搞科研。沈小平教授在科研工作中始終要求自己做到“恒心、定心、耐心”。“恒心”即持之以恒，幾十年如一日，不斷學習，提高自己的學術水平：“定心”即甘于坐冷板凳，不為外界各種誘惑所動，甘于寂寞，埋頭苦干：“耐心”即科研工作不急于求成，不急功近利，踏踏實實做學問。多年來，沈小平教授為了科研和工作，基本沒有節假日和寒暑假，放棄了大量的休息時間：也因為科研工作，經常不能盡到對家庭和孩子的責任。“作為父親的我時常有一種愧疚感。”從沈小平的言語間，記者體會到的是七分韌勁兒、三分無奈。

一份耕耘一份收獲，經過多年的拼搏，近年來沈小平的科研工作進展迅速，逐步走上了快速發展的軌道。針對當前出現的各種學術腐敗問題，沈小平教授也有一番自己的觀點。他常常告誡自己和學生：做學問要先做人，要樹立求真務實的科學態度，自覺抵制各種學術的不端行為。

篇10

本書為第11屆意大利傳感器與微系統會議的論文集，其中精選了具有代表性的會議論文。這次會議展示了在傳感器與微系統領域的理論模擬與實際應用的最新成果。傳感器與微系統是一個新興的交叉學科，其涉及到物理、化學、材料科學以及生命科學等領域。

本書共分為六部分，第一部分為化學傳感器，主要介紹了：可調諧二極管激光光譜儀原位測量平流層微量氣體；四苯基卟啉在高有序熱解石墨上的組裝：前所未有的吸附壓縮驅動的雙層模式組裝；一種室溫下的基于鉑／氧化銥復合物的氧氣傳感器；聚合物涂層的長周期光柵作為高靈敏度化學傳感器；用于低溫下檢測氫氣的光纖傳感器；溶劑對復合薄膜形貌和傳感特性的影響；納米鈦對氣體的傳感性質；基于二元金屬的碳水化合物傳感裝置；一種快速檢測牛奶中M1黃曲霉素的便攜式熒光計；利用光學傳感器檢測橄欖油的質量；質量標準體系在計劃、設計和實現厚膜氣體檢測器中的應用；基于單壁碳納米管的光纖傳感器；合成且表征用于二氧化氮檢測的納米材料；鉑金元素作為覆蓋層的P型一氧化鈦薄膜用于對氫氣的檢測；包含銀納米簇的氟化聚亞酰胺納米復合薄膜用于對有機氣體的光學檢測等等。第二部分為物理傳感器，主要介紹了荒蕪環境中的固體定位風速計；一種具有濺射內核的二維平面磁通量閥門；一種用于探測RF電場的光學探針；通過拉曼散射來測量多孔硅結構的應力；對熱傳感器的一種十分有效的計算機模擬模型；對硅化鉻應力傳感器的認識。第三部分為生物傳感器，主要介紹了基于不定型硅基器件檢測DNA分子；抑制酪氨酸酶的有機相酶傳感器；用于人瘤病毒檢測的DNA壓電生物傳感器；用于檢測硬質小麥安全型的用戶友好的電化學手持設備；采用SPR成像技術來研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分為微米納米技術，主要介紹了實驗室芯片技術對基因進行分析；利用硅基玻璃芯片對化學物質進行快速光學檢測；采用不同導電納米顆粒來控制復合材料聚合物的傳感性質；采用電化學刻蝕硅片的方法制備嵌入式微通道；采用超聲束沉積方式制備具有氣體傳感的金屬氧化物／有機物雜化材料；聚焦離子束刻蝕用于氣體傳感技術；一種模擬IPMC傳感器的軟件工具；對印跡二氧化鈦納米粒子的合成與表征；機車安全與舒適度測量；懸臂梁的強制型阻尼振動。第五部分為傳感器陣列和多重傳感系統，主要介紹了整合型微重力化學物質檢測裝置；采用雜化電子鼻原位檢測硫質噴氣孔火山口噴發的火山氣體；對主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的檢測；多傳感器布局在敵對環境中的機器人。第六部分為傳感器網絡和對傳感器的數據分析，主要介紹了對于無線傳感器網絡的概覽：對ZGIGBEE網絡架構一瞥；動態場景下塵埃傳感器網絡：在城市環境中普遍應用性能的研究；一種配置了IEEE 802.15.4的移動設備的便攜式軟件工具；一種神經光譜分類的光學傳感器；對城市環境污染檢測無線網絡設備的設計；應用多傳感器微型化系統對橄欖油進行評價。

本書幾乎涵蓋了傳感器方面的所有方向，包括化學、物理、生物以及傳感器構架等等。相信從事任何傳感器研究方向的科研人員都會在本書中找到有參考價值的內容。

篇11

and Microsystems

2008, 674pp.

Hardcover

ISBN 9789812833525

A G Mignani等著

本書精心收集了2006年2月15-17日在意大利Firenze市舉行的第10屆傳感器與微系統會議上的論文。這次會議由意大利傳感器與微系統協會(AISEM)和費拉拉大學應用物理系組織,整個會議由9個口頭宣讀分組會和2個書面張貼分組會組成,它在意大利為物理、化學、生物、工程、材料科學等領域的專業人士提供了一個獨特的跨學科的交流平臺。傳感器與微系統會議論文集自第一版出版以來,為傳感器與執行器、材料與工藝技術、信號的監控、獲取和控制、數據處理、圖像識別技術、微系統、微機械等與傳感器相關學科的關鍵研究領域做出了突出的貢獻。

傳感器與微系統是一門多學科交叉的綜合性學科,它涉及到科學技術的各個領域。本書收錄的109篇論文被分成10個部分介紹,1.應邀演講報告,包括計算機屏幕上的圖像輔助技術:原理和應用等4篇文章;2.生物傳感器,包括基于納米材料的GOD生物傳感器的制備與表征等7篇文章;3.生命功能監測,包含了導管..導管內的伽瑪射線探測儀、用于移動醫療的基于紅外線的心率監測10篇文章;4.氣體傳感器,包含了氣敏氧化錫納米帶的發光特性、納米結構的三氧化鎢(WO3)氣敏材料的高溫沉積等30篇文章;5.液相化學傳感器,包含了基于二氧化錫光學傳感器的水中氨的檢測、用光纖探針和低成本分光度計對水中Cr(VI)含量的在線全自動測量等6篇文章;6.化學傳感器陣列,包含了用于酒質量監測的具有線性溫度特性的氣體傳感器陣列的發展等8篇文章;7.微制造與微系統,包含了溫度對MEMS振蕩器影響的仿真與建模等13篇文章;8.光學傳感器,包含了帶有微加熱器和熱電堆的CH4紅外傳感系統等10篇文章;9.物理傳感器,包含了一種基于有機場效應晶體管的應力計量傳感器等15篇文章;10.系統、網絡和電子接口,包括一種集成的帶有分離振蕩器的寬范圍的阻抗/時間轉換器等6篇文章。

本書內容豐富新穎,幾乎涵蓋了傳感器的各個領域,介紹了傳感器在各個領域的新發展、新成果和新應用,適合于從事不同傳感器及其相關領域的研究人員和工程師們參考閱讀。

孫方敏,

博士生

篇12

納米技術產品是近年研究開發的熱點，雖然各國都在加大對納米技術的研究，但迄今為止，人們對納米材料在環境中的作用及其對人的影響知之甚少。隨著納米技術和納米材料的快速發展，人們接觸納米材料的機會日益增多，納米材料的生物學效應受到人們越來越多的關注。

研究證實，納米顆粒可以在呼吸道及肺泡中沉積，顆粒越小沉積越多。單壁碳納米管粒徑小，質量輕，容易在肺部沉積，引起以肉芽腫為特征的肺部損傷。在體內和體外試驗中，納米二氧化鈦對肺部的損傷程度均大于微米尺度的二氧化鈦顆粒。多項研究表明，大鼠暴露于納米二氧化鈦顆粒后。隨著時間的延長，肺巨噬細胞清除能力下降，二氧化鈦顆粒在肺內滯留增多，并逐漸向間質組織和周圍淋巴結侵襲，導致肺泡上皮損傷、增生等炎癥反應。

目前，研制開發的納米材料種類繁多，并不是所有物質在納米狀態都會呈現出毒副作用，甚至在納米狀態還會呈現毒性減少的趨勢。以石英為代表的結晶型二氧化硅已被證實對人體有很大危害，而有研究表明納米二氧化硅致肺纖維化等慢性毒性效應則可能比標準二氧化硅輕。

對動物有危害≠對人類有危害

迄今為止，納米材料導致的生物學損害作用依然停留在動物實驗階段，還沒有導致人體危害的確切證據。像以往對許多化學品的毒理學研究一樣，對動物有危害，并不等同于對人類有危害。這主要是因為：

1、納米只是計量單位，是否產生生物學損害，要看具體是什么化學物質。

2、目前對于納米材料導致的生物學損害的研究，對所采用劑量報道較少。任何化學品的有害、無害只是相對概念。劑量效應關系是普遍存在的。納米材料是否產生生物學損害，要看接觸者的實際暴露劑量。

3、目前的研究已經證實，不同動物種屬對納米材料的生物學反應存在一定差異。

認定納米材料致病尚缺乏依據

作為曾經醫治過河北7名“怪病”女工并到作業現場進行過實際調研的醫務人員。筆者認為，認定上述患者暴露于納米顆粒環境中缺乏依據，因此認定是納米材料導致了損害同樣缺乏依據。這主要是因為：

1、迄今為止，導致上述患者患病的物質依然沒有得到確認。我院曾經組織多學科，邀請國內諸多專家，多次為上述患者進行會診，也對患者使用的原材料進行過分析。沒有確認患者所使用原材料為納米物質。

2、國內外從事印刷PS版噴涂作業的企業眾多，尚未發現有類似情況發生。上述患者所使用的噴涂劑，是用人單位貪圖廉價所采購的沒有生產廠家標識、沒有產品名稱標識、沒有成分標識的“三無”產品。廉價購得“納米材料”可能性不大。

篇13

一、KI對桑素-核酸體系熒光增強效應的研究

重原子效應一般使熒光碎滅，磷光壽命縮短、重原子效應通常指在磷光測定體系中，當體系中有原子序數較大的原子存在時，因重原子的高核電荷引起或增強了溶質分子自旋軌道作用，增大了其吸收躍遷頻次，使磷光的產生和量子產率得到極大增大。熒光分析過程中，由于KI具有獨特的重原子效應，因此科研人員常將其作為熒光碎滅劑來研究分子間的作用機理。桑色素是一種相當有效的中藥藥劑成分，存在于多種食物和中草藥中，具有抗菌消毒、抗氧、抗腫瘤等作用，在食品與醫學應用重要的作用。在分析化學研究中，由于桑色素能提供配位原子，因此用于金屬離子和非金屬離子的靈敏測定中常將桑色素作為熒光試劑。近年，桑色素以及相應的配合物逐漸作為抗癌藥物進行研究，對研究桑色素的藥理作用，疾病的診斷治療，藥物的合成與設計均有重要的研究價值。

核酸和桑色素采用KI研究其相互作用時發現，只要KI在相關濃度范圍內，不僅沒對morin-fsDNA體系表現出重原子效應，且增強了morin-fsDNA體系的熒光。Ki-morin體系能選擇性識別雙螺旋核酸中的鮮魚脫氧核糖核酸和蛙魚脫氧核糖核酸，且核酸使Ki-morin體系的熒光顯著地增強，增強的程度與核酸的濃度在一定的范圍內呈良好的線性關系，并建立了靈敏選擇性測定核酸的新方法。

二、鳥嘌呤體系中熒光增強效應及其分析應用

脫氧核糖核酸的基本堿基分為胞啼睫、胸腺啼陡、腺嚓吟、鳥膘吟，堿基嚴格按照配對記錄了生命的遺傳信息。鳥嘌呤是組成部分的氧化性損傷發生在鳥嘌呤堿基，其中鳥嘌呤因具有最低氧化電位最易被氧化。檢測體液中鳥嘌呤及核昔的升高水平可預測損傷程度，預示某些疾病的發生，大量的鳥嘌呤類化合物已開發為有效的化學治療藥物。因此，鳥嘌呤及其核昔的檢測在生物分析意義重大。應用于檢測或定量測定核酸中嗓吟的含量的方法很多，如液相色譜法、化學發光法、毛細管電泳法、電化學法。熒光技術在核昔酸的研究應用廣泛，但用熒光分光光度法測定鳥嘌呤的研究尚少，特別是對鳥嘌呤的選擇性測定大多是通過與熒光試劑的衍生化反應來實現。桑色素具有生物活性且廣泛生存在植物界，其生物活性和藥理作用倍受研究人員關注，如抗氧化、抗突變、抗衰老、抗腫瘤、抗菌等，在分析化學中，常作為熒光試劑用于金屬離子和非金屬離子的靈敏測定。近年來桑色素及其相應的配合物作為靈敏的熒光探針，應用檢測生物分子相對的廣泛。

三、蛋白質納米粒子的發光性質及其分析應用的研究

當被研究的材料在納米尺寸范圍內，表現特異的電學、磁學、光學和化學活性等物理化學性質。利用其特異性質，納米粒子在催化劑、傳感器及醫學和工程領域應用價值十分可觀。目前常用的納米粒子主要包括半導體納米粒子、金屬納米粒子及有機小分子納米粒子等。近年，研究發現納米粒子可發射熒光，如果對其進行活化處理，其與分子結合程度更為容易，且不影響分子的活性。學者將納米粒子應用于生物科學識別領域，例如采用蛋白質識別與納米粒子聚集，在多維材料的合成領域中廣泛應用。利用去溶劑化法制造蛋白質納米粒子，由于納米粒子的大小以及表面性能對生物體內的活性和靶向性有重要影響，要求不斷對生物體的納米粒子的生產工藝流程優化，如發現脫水劑在去溶劑化過程中可控制微粒大小，去溶劑化后用熱變性法穩定納米粒子等應用泵控系統加入乙醇，可獲得預定大小的粒徑，同時為提高蛋白質納米微粒在生物體內的主動靶向性，要求進行修飾和硫醇化處理。

四、結論

論文主要研究了生物分子與有機化合物之間的相互作用及分析應用，主要包括三個方面的內容：KI對桑素-核酸體系熒光增強效應的研究、鳥嘌呤體系中熒光增強效應及其分析應用以及蛋白質納米粒子的發光性質及其分析應用的研究，通過對以上三方面的研究，從分子的研究水平上揭開了生物體的生命奧秘，同時也指出了當前生命研究的熱點導向，為以后更進一步研究分子理論奠定了堅實的基礎。

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