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篇1
纳米二氧化钛（TiO2）具有许多特殊性能，比如表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道四大效应[1]，从而使其与普通二氧化钛相比具有许多特殊性能。
纳米二氧化钛是无机纳米半导体材料TiO2中极其重要的一种纳米材料，是一种稳定的无毒紫外光吸收剂[2]，纳米TiO2还具有很好的光催化作用[3]，在光照条件下能够降解有机污染物、杀死细菌。纳米二氧化钛在水处理、催化剂载体、紫外线吸收剂、光敏性催化剂、防晒护肤化妆品、光电子器件等领域具有广泛的用途。目前纳米二氧化钛的制备方法主要分为液相法和气相法，本文对其制备方法及其应用发展进行了总结。
1 制备方法
1.1 气相法
气相法是直接利用气体，或者通过各种手段将物质转变为气体，使之在气体状态下发生物理变化或者化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。
1.1.1 四氯化钛气相氧化法 此法多是以四氯化钛为原料，以氮气为载气，以氧气为氧源，在高温条件下四氯化钛和氧气发生反应生成纳米二氧化钛。该工艺的优点是自动化程度高，可以制备出优质的二氧化钛粉体；缺点是二氧化钛粒子遇冷结疤的问题较难解决，对设备要求高，技术难度大，在生产过程中排出有害气体Cl2，对环境污染严重。
1.1.2 四氯化钛氢氧火焰法 以TiCl4为原料，将TiCl4气体导入高温的氢氧火焰中700～1000℃，进行高温气相水解备纳米二氧化钛。四氯化钛氢氧火焰法制得的纳米二氧化钛粒子晶型为锐钛矿和金红石的混合型，该工艺优点是产品纯度高达99.5%，粒径小、比表面积大、分散性好、团聚程度小，可用作电子化工材料，制备工艺成熟，生产过程较短，自动化程度高；缺点是反应过程温度较高，生成HCl使设备腐蚀严重，对材质要求高，需要精确控制工艺参数。
1.2 液相法
当今制备纳米粒子液相法居多，纳米二氧化钛的制备方法也是如此。主要有溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法等。
1.2.1 溶胶—凝胶法 溶胶—凝胶法(简称S—G法)，又名胶体化学法，是被广泛采用的一种制备纳米二氧化钛的方法。其原理是以钛醇盐或钛的无机盐为原料，经水解和缩聚得溶胶，再进一步缩聚得凝胶，凝胶经干燥、煅烧得到纳米二氧化钛粒子。论文参考，液相法。与其它方法相比制品的均匀度高，尤其是多组分的制品，其均匀度可达分子或原子尺度；制品的纯度高，而且溶剂在处理过程中容易除去；反应易控制，副反应少；煅烧温度低，工艺操作简单。
1.2.2 水热法 水热反应过程是指在一定的温度和压力下，在水、水溶液或蒸汽等流体中所进行有关化学反应的总称。该法的原理是在高压、水热条件下加速离子反应和促进水解反应。论文参考，液相法。一些在常温下反应速度很慢的热力学反应，在水热条件下可以实现反应快速转化。
2 纳米TiO2催化性能的应用
2.1 杀菌功能
抗菌是指TiO2在光照下对环境中微生物的抑制或杀灭作用。TiO2光催化剂对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等具有很强的杀菌能力。在紫外线作用下，以0.1mg/cm3浓度的超细TiO2可彻底地杀死恶性海拉细胞，而且随着超氧化物歧化酶（SOD）添加量的增多，TiO2光催化杀死癌细胞的效率也提高；用TiO2光催化氧化深度处理自来水，可大大减少水中的细菌数，饮用后无致突变作用，达到安全饮用水的标准[5]；当细菌吸附于由纳米二氧化钛涂敷的光催化陶瓷表面时，TiO2被紫外光激发后产生的活性超氧离子自由基(·O-)和羟基自由基(·OH-)能穿透细菌的细胞壁,破坏细胞膜质，进入菌体，阻止成膜物质的传输，阻断其呼吸系统和电子传输系统，从而有效地杀灭细菌，并抑制细菌分解有机物产生臭味物质如H2S、SO2、硫醇等[4]；在涂料中添加纳米TiO2可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，可应用于医院病房、手术室及家庭卫生间等细菌密集、易繁殖的场所，可有效杀死大肠杆菌、黄色葡萄糖菌等有害细菌，防止感染。论文参考，液相法。论文参考，液相法。
2.2 防紫外线功能
纳米TiO2既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，还能透过可见光，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。与同样剂量的一些有机紫外线防护剂相比，纳米TiO2在紫外区的吸收峰更高，更可贵的是它还是广谱屏蔽剂，不象有机紫外线防护剂那样只单一对UVA或UVB有吸收[6]。它还能透过可见光，加入到化妆品使用时皮肤白度自然，不象颜料级TiO2，不能透过可见光，造成使用者脸上出现不自然的苍白颜色。论文参考，液相法。利用纳米TiO2的透明性和紫外线吸收能力还可用作食品包装膜、油墨、涂料和塑料填充剂，可以替代有机紫外线吸收剂，用于涂料中可提高涂料耐老化能力。论文参考，液相法。
2.3 防雾及自清洁涂层
TiO2薄膜在光照下具有超亲水性和超永久性[7]，因此其具有防雾功能，如在汽车后视镜上涂覆一层氧化钛薄膜，即使空气中的水分或者水蒸气凝结，冷凝水也不会形成单个水滴，而是形成水膜均匀地铺展在表面，所以表面不会发生光散射的雾。当有雨水冲过，在表面附着的雨水也会迅速扩散成为均匀的水膜，这样就不会形成分散视线的水滴,使得后视镜表面保持原有的光亮，提高行车的安全性。如果把高层建筑的窗玻璃、陶瓷等这些建材表面涂覆一层氧化钛薄膜，利用氧化钛的光催化反应就可以把吸附在氧化钛表面的有机污染物分解为CO2和O2，同剩余的无机物一起可被雨水冲刷干净，从而实现自清洁功能[8]。
参考文献：
[1]卓长平,张雄.纳米涂料发展现状[J].上海化工2003 (11):33~ 36.
[2]徐国财,张立德.纳米复合材料[J].北京:化学工业出版社,2002,200(11):5~7.
[3]陈秋月.纳米二氧化钛改性的研究[M].内蒙古石油化工,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]陈崧哲,张彭义,祝万鹏.钛、铝和玻璃上TiO2光催化膜的失活研究[M].无机化学学报,2004,20(11):12-65.
篇2
1995年，罗细亮高考失利，面对高出分数线仅一分的高考成绩，他很是纠结。一心向往的上海交通大学肯定是无望了，摆在他面前的，只有两条路：要么复读，要么去青岛化工学院（现为青岛科技大学）应用化学系报到。思量再三，罗细亮选择了后者，进入算不上一级学府的青岛化工学院。这样的决定对于当时那些建议罗细亮复读的人来说也许不是最好的选择，但是对于如今的罗细亮来说却是他当年最正确的选择。
青岛化工学院是最早有硕士点的高校之一，可以继续深造。从大一报到之日起，罗细亮的目标就是深造，他要靠自己的力量改变人生轨迹。
学校并没有让罗细亮失望，他到校后发现，学校里的教授们教学水平很高，很重视学生的动手能力，实验课时十分充足。不仅如此，青岛化工学院的老师们对学生们一向要求严格，罗细亮还记得，当时他的毕业设计把实验做坏了，为此挨了老师的不少批评，直到他把实验做得完美，才过了老师的那一关。“正是因为我在学校时打下了扎实的基础，所以日后，当我在南京大学读博士及国外做博士后时，我的动手能力比其他名校来的学生甚至还要强。”罗细亮回忆道。
大学四年的学习生活很快就过去了，罗细亮不忘初衷，决定考研，这次没有犹豫，没有怀疑，他直接考取了本校研究生，跟随当时的校长、知名的学者焦奎教授，开始从事电分析化学的研究。2002年，硕士研究生学习结束后，他听取导师的建议考取了南京大学攻读博士，师从著名的分析化学家陈洪渊教授。从此，罗细亮牢牢的把握着自己的人生轨迹。
接下来的2005～2011年间，罗细亮先后在爱尔兰都柏林城市大学国家传感器研究中心、美国亚利桑那州立大学生物设计研究院及匹兹堡大学生物工程系从事博士后研究。2011年2月获欧盟玛丽居里学者，同年3月被美国匹兹堡大学聘为研究助理教授。
正当罗细亮在国外的发展顺风顺水的时候，他接到了母校青岛科技大学抛来的橄榄枝，希望他回母校工作，并申请山东省的泰山学者特聘教授。饮水思源，不可忘本，罗细亮当机立断，放弃了即将到手的绿卡，辞去了国外的工作，带着妻子和一双儿女，毅然回到了祖国，回到了青岛科技大学。
享受科研之趣
科研路上总是层峦叠嶂，没有尽头。作为科研人，如果没有点执著的劲头，就意味着终有一天你会在某一个山头前停滞不前。而对罗细亮来说，他热爱科研，享受科研的乐趣，在科研的路上，执著地翻过一坐又一坐高山。
在南京大学读博士期间，罗细亮在导师陈洪渊院士和徐静娟教授的指导下，开创了利用电沉积壳聚糖固定生物识别分子制备生物传感器的方法。
在制备生物传感器的过程中，最关键的步骤是生物识别分子的固定。实现生物识别分子简便、有效的固定，而又同时尽可能地保持其活性，一直是世界上众多科学家孜孜以求的目标。利用生物聚合物壳聚糖的电沉积特性和良好的生物相容性，罗细亮率先提出了通过电化学沉积壳聚糖，用于同时或依次固定纳米材料和生物识别分子制备生物传感器的方法。通过这种方法制备生物传感器，简单有效且条件温和，普遍能够得到理想的结果。该方法提出后在国际上广受关注，目前已经被中、美、日和欧洲等30多个国家和地区的科学家们所广泛借鉴和采用，成为了比较有代表性的生物分子固定化和生物传感器制备方法之一。基于这一研究成果发表的3篇主要研究论文至今已被他人引用超过500次。尤其值得指出的是，美国一流大学马里兰大学Gregory Payne教授领导的研究组，在他们发表的20余篇高水平论文里，高度评价了罗细亮的研究工作，明确表示罗细亮的研究工作是这方面最早的相关报道。2007年，罗细亮的博士学位论文在被相继评为南京大学优秀博士学位论文和江苏省优秀博士学位论文之后，又获得全国百篇优秀博士学位论文提名奖。
科研永不止步
罗细亮并没有就此止步，为了进一步提升自己的科研水平，2005年，罗细亮申请了国外的博士后，先后赴爱尔兰都柏林城市大学和美国亚利桑那州立大学，跟随爱尔兰皇家科学院院士Malcolm Smyth教授和世界著名分析化学家Joseph Wang教授，在分析化学领域深造。2008年，考虑到生物化学与分析化学的结合日益紧密，而自己又缺乏生物的研究背景，为了拓展自己的研究方向，罗细亮又申请去了美国匹兹堡大学生物工程系，使自己的研究从化学和材料拓展到生物领域，有利于实现不同学科的相互交叉。
博士后研究期间，罗细亮在化学、材料和生物这几个学科的交叉领域，开展了一系列研究，并取得了丰硕的研究成果。其中比较突出的贡献是，构建了新颖的药物释放体系，在国际上率先实现了利用碳纳米管内腔来储存和可控释放药物。
碳纳米管是目前国际上研究的热点，由于它特殊的物理化学性质，其在药物可控递送和释放方面的应用研究广受关注。理论上，碳纳米管的内腔是储存药物的理想纳米胶囊，但是如何实现药物在碳纳米管内的储存和释放，一直是个没有解决的难题。罗细亮的研究实现了利用碳纳米管的内管来装载药物。储存的药物，通过简便的电化学刺激就能够以可控的方式释放出来，而且进一步的细胞实验证实由此释放出来的药物仍然保持有药物活性。这是首次报道利用碳纳米管的内管来装载并可控释放保持有活性的药物，研究结果发表在本领域顶尖期刊生物材料上，并被美国能源部的能源技术国家实验室作为新闻报道，认为这项技术将有效促进神经控制可植入装置的发展。
罗细亮还发展了新颖的可控合成单根导电聚合物纳米线的方法，并研制了超灵敏的单根纳米线生物传感器。
利用单根纳米线来构建具有优异性能的纳米装置或器件，是目前世界上众多科学家所努力的前沿方向，但是单根纳米线在可控合成尤其是操控上的困难极大阻碍了这方面研究的进展。罗细亮制备了具有高度选择性和灵敏度的纳米生物传感器，其检测限低于1皮克每毫升，远远优越于其他类似的生物传感器。由于该传感器从合成到检测都采用可控的电化学技术，非常适合进一步研制超灵敏、集成化的纳米传感系统。
2011年，对于35岁的罗细亮来说，是非常特别的一年。当年2月，罗细亮获得欧盟第七框架计划国际合作项目的资助，成为英国牛津大学化学系的高级玛丽居里学者；3月，罗细亮被美国匹兹堡大学聘为研究助理教授，进入大学的教员系列；8月，罗细亮被山东省人民政府选聘为泰山学者特聘教授。不同的机遇，在短时间内集中出现，通常会让人难以取舍。然而罗细亮没有过多的犹豫，他选择了回国发展。要为祖国贡献自己的微薄力量，是他很早就形成了的一个朴素的观念。
2011年9月，罗细亮离开美国匹兹堡大学，回到了母校青岛科技大学。环境和条件的改变，不可避免会影响到自己的科研，为了把不利影响降到最小，罗细亮付出了几倍于别人的辛劳。他克服种种困难，从零开始组建自己的科研团队，建设自己的实验室，培养自己的研究生。同时，利用与国外的联系，罗细亮积极开展对外的合作交流，及时掌握国内外的研究动态。回国后的3年时间里，罗细亮基本上没有完整的节假日。3年过去，罗细亮自己的实验室和研究团队已经初具规模，逐步地发展壮大，并在生化分析领域开展了比较有影响的研究工作。尤其重要的是，罗细亮首次构建了基于电化学阻抗技术的抗污染生物传感器，推进了可在复杂生物体系中直接测定的实用型传感器件的发展。
篇3
（1）发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
（2）新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。
（3）发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。
在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。
另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。
（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。
在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。
（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。
（3）就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
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（1）发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
（2）新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。
（3）发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
二、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。
在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。
另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。
三、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。
（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。
在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。
（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。
（3）就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
四、纳米技术产业化步伐加快
目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
篇5
一位年仅三十几岁的学者、一连串前沿成果，刘飞博士称得起“年轻有为”。然而，与大多数年轻人不同，刘飞博士一心一意地埋首于纳米材料领域的研究工作，不沾浮躁之风。在这条道路上，他潜心向前，以“学习”的态度行于斯、研于斯，在一维纳米材料的制备、表征与物性研究的领域上取得了一系列成绩：
首先，在微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备中，刘飞使用α―Fe2O3(0001)为基底，以N2和H2为反应气源，首次制备出垂直于基底生长的Fe3O4纳米金字塔阵列。这种新型Fm04纳米材料的阵列很可能在垂直方向上的高密度信息存储中有着潜在的应用，其结果发表在高水平学术杂志AdvMater上。
其次，在单温管式炉设备中，刘飞使用热蒸发冷凝沉积技术在较低的生长温度(
与此同时，刘飞利用真空下高温碳热还原法，首次制备出了大面积垂直于si基底生长的单晶的Boron纳米线和纳米管。扫描电子显微技术(SEM)研究表明所制备出的硼纳米线的长度为5um，平均直径为30nm。透射电子显微镜技术(TEM)和元素维度分布谱技术(ElementMapping)的研究结果都证明所获得的硼纳米材料具有完美的单晶四方结构，它们的生长方向为[001]。电子能量损失谱技术(EELS)研究结果也表明纳米线中硼元素的同时使用开尔文探针技术(KelvlnProbe)首次测试出Boron纳米材料的功函数为4.4eV。并利用改装后的SEM系统中的在位物性测试技术对单根硼纳米线的电导率和场发射特性进行了一系列系统的研究。研究结果表明：单根硼纳米线的电导率为1-8×10-3(n・cm)-1，其开启电场为5.1v／μm，阈值电场为115V／μm；在保持场发射电流为1.05μA的一小时稳定性测试中，单根硼纳米线的电流波动性低于22％并且当电场强度提高到59～74V／μm，单根硼纳米线的场发射电流密度更是达到了2X105-4×105A／cm2，这完全可以满足场发射领域的需要。由于Boron一维纳米材料具有高熔点(2300℃)、高电导率，并且具有独特的“三芯键”结构以及优良的物理和化学特性，所以这种新型纳米材料的发现以及进一步研究很有可能为纳米科学和技术的发展开创了一个崭新的领域。相关科研成果分别发表在知名科学杂志AdvancedMaterla／sc和Uitramzcroscopy上，并由世界上著名的德国的“Nanowerk”网站和国内知名的“科学网”网站分别进行了“Spotlight”报导和专题报导。
除此以外，刘飞使用化学气相沉积技术实现了对不同形貌AIN纳米结构(纳米棒，纳米锥和纳米火山口)垂直阵列的可控生长。为了研究其纳米结构场发射特性的影响因素，刘飞对比了不同形貌氮化铝阵列的场发射特性。实验结果表明，氮化铝火山口阵列具有最好的场发射特性表现，其阈值电场为7.2V／μm，场发射电流的稳定性测试表明其电流波动小于4％。同时，所有三种氮化铝纳米结构阵列都具有和其他很多具有优良冷阴极纳米材料相比拟的场发射特性，这表明其在未来的场发射领域具有很大的应用前景，结果已发表在ChinesePhysicsB等杂志上。
未来，战机握在手中
学习和实践中，刘飞不仅积累了丰富的经验，也形成了一套独特的科研方法和理念，解决了很多工程实际应用的问题，赢得了良好的经济效益和社会声誉，并获得一项国家专利。他是成功的，当然，成功之人自有成功之道。
1995年9月，刘飞迈入吉林大学的校门，考进材料科学与工程专业，四年的本科学习，刘飞以他的聪明和勤奋赢得了老师和同学们的一致认可，连续三年获得“人民奖学金”，并于1999年获“系优秀学生”称号。同年，他以优异的成绩毕业，却并不满足于自己当时的所学，或许是源于心底的那一份母校情结，刘飞选择留在吉林大学进行硕士研究，在材料科学学院攻读材料物理与化学专业。硕士学习期间，刘飞在于文学教授的指导下进行了磁控溅射生长巨磁阻多层膜的研究工作，并于2002年7月完成硕士论文《Cu／Fe多层膜的表面、界面微结构研究》，获得工学硕士学位，其论文获得学校研究生论文比赛优胜奖，这位年轻的硕士研究生充分展露了他在科研领域的才华。
2002年9月，刘飞考入中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室，师从于高鸿钧研究员，攻读凝聚态物理博士学位，2005年9月获得理学博士学位，并于2004年获得“所长优秀奖学金”、2006年获得中国真空学会优秀博士论文奖学金。
在科学的道路上没有捷径，正因为艰难才去登攀，而站得更高才能看得更远，年轻的刘飞博士没有止步于一点点的成绩，在科学之路上，他选择一路向前。自2005年9月，刘飞博士在中山大学理工学院的显示材料与技术国家重点实验室参加工作以来，包括在中国科学院物理研究所攻读博士期间，他主持国家自然基金委――广东省联合基金重点基金一项、国家自然科学基金青年基金一项、教育部博士点新教师基金一项，并且参与了多项国家“973”和“863”项目，共发表了学术论文(SCI、EI和ISTP收录)二十余篇。
篇6
1983年，刘忠范大学本科毕业后便赴日留学。他先后在日本横滨国立大学、东京大学取得了硕士和博士学位，并在东京大学和分子科学研究所做博士后。
攻读博士期间，刘忠范师从国际著名光电化学家藤岛昭先生做研究，他很为老师的工作精神所感动，年过半百仍扑在事业上。
自幼养成的勤奋习惯和藤岛昭先生的表率，使刘忠范在日学习期间取得很大成功，获得了日本政府奖学金并在《Nature》杂志上发表了学术论文。与中国不同的社会环境，也让埋头读书不问世事的刘忠范更加开朗起来。这时，北京大学化学系的教授蔡生民找到了他，不止一次地邀请刘忠范回国，并且用真诚的话语
打动了他。
他选择了北大。十几年后回忆起来，刘忠范仍觉得，“北大是最适合我的”。
在研究领域，刘忠范选择了纳米。
人们接受纳米有一个过程。1997年9月27日，北京大学成立了纳米科技中心，这是中国高校的第一个跨院系、跨学科从事纳米交叉学科研究的综合性研究中心。刘忠范接到很多电话，有人问：“听说你们搞出一种纳米，贵不贵？好不好吃？”刘忠范只好幽默地回答他，“纳米太小了，既不好吃，恐怕也吃不饱。”
近年来，纳米技术掀起了阵阵热潮，也渐渐出现在人们生活中。纳米技术将为目前许多技术难题提供新的解决方案和思路，也会进一步提高人们的生活水平并有可能在很大程度上改变人们的生活方式。1986年诺贝尔物理奖得主罗雷尔说，曾重视微米科技的国家，今天都已成为发达国家，而纳米科技则为人们提供了新的发展机遇，今天重视纳米科技的国家必将在未来的高科技竞争中独领。
科技部最年轻首席科学家
1994年，刘忠范申请了科技部攀登计划项目，经费500万元。刘忠范成为这个项目的首席科学家，也是当时科技部最年轻的首席科学家。他从此开始了纳米攀登之旅。
“当时，我们是做纳米级的信息存储技术，相当于超级光盘。”刘忠范说，这个项目共有三个承担单位，还包括当时的北大电子学系——现在的信息科学技术学院的吴全德院士、薛增泉教授以及吉林大学化学系的李铁津教授。吴先生尽管年事已高，但对‘纳米’非常敏感。吴老先生和薛教授都是做信息技术的，尤其有感于我国微电子技术发展的曲折和落后现状，而纳米技术应该是一个难得的机会。因此，“我们之间产生了强烈共鸣，觉得应该酝酿一个计划，大张旗鼓地在纳米领域开拓——这就是北京大学纳米科技中心成立的初衷”。
1993年，刘忠范回国后，他亲手建立起光电智能材料研究室。起初什么都没有，完全从零开始做。有几间空房子，每一个插头在什么地方，都要刘忠范自己设计后找人安装，桌椅板凳都是他自己一件件买来的。搞前沿研究需要先进设备，为了购买这些设备，他省吃俭用，甚至到了抠门的程度。刘忠范花50多万元买了一台用于看原子和分子的STM仪器，这差不多是国内最早进口的洋玩意。仪器需要配置防震台，由于资金紧张，刘忠范只能带着学生亲自动手。
创业是艰辛的。当年的刘忠范人称“拼命三郎”，每天最早进楼的是他，最晚一个走出实验室的还是他。由于总是工作到深夜，楼门早已关闭，因此他经常翻越化学楼的铁门，“因此练就了一副好身手”，他自嘲道。
科研工作很辛苦，但也充满了快乐。在刘忠范眼里，研究的一大乐趣就是和学生一道创造故事。学生一个错误的实验设计带来了热化学烧孔存储技术；一位女同学的顽固不化和他的坚持加包容收获了石墨烯的偏析生长方法，进而开启了石墨烯生长过程工程学研究之门。回忆起这些往事，刘忠范的脸上洋溢着成就感。
“要向两头进军”
十几年来，中国纳米科技发展得飞快。从数量上看，已经与美国并驾齐驱，论文的档次也越来越高，尽管原创性和影响力尚有待提高。刘忠范为中国纳米的发展简单勾勒了三部曲：科学、技术和工程。
谈起与自己一同成长的北大纳米科技中心，刘忠范说，北大的纳米研究，总体上还处于纳米科学的层面。经过十几年的努力，已经取得了长足进步，在国内外拥有了一定的学术影响和地位，化学学院、信息学院和物理学院的纳米团队功不可没。当然，我们还缺少重大突破，需要从高原到高峰的飞跃。
刘忠范特别推崇团队精神和团队文化建设。说起他的研究团队，他总是强调，他所取得的些许成绩，都是团队成员共同拼搏、共同奋斗的结果。他的研究团队，从最初的几个人、十几个人，发展到今天的几十个人，不断地壮大着，也形成了独具一格的团队文化。正是这样的团队文化，带来了一个又一个的学术研究成果，也使北大成为国际知名的低维碳材料研究基地。他的信条是：人才决定潜力，机制决定效率，文化决定高度。
刘忠范最自豪的不是他发表的300多篇学术论文，而是培养了一批热爱科学、热爱纳米的弟子。他的弟子绝大多数都在国内外知名学术机构从事科研工作。他更希望将来有一天他被称为教育家，而不仅仅是一名科学家。
“ 责任是通向伟大的代价”，这是丘吉尔的一句名言。刘忠范深深地感受到越来越多的社会责任。儿时刻骨铭心的贫穷经历使他对农村教育和失学儿童问题极为关注，并力所能及地为此做些事情。他设立的奖学金拯救了不少濒临失学的儿童。人生是永不停息的马拉松。前人在指引着我们，后人在追赶着我们，我们始终处在激烈的竞争中。刘忠范正不断翻山越岭，向科学高峰攀登。（来源：科技日报，本刊有删节）
篇7
“江城多山，珞珈独秀，山上有黉，武汉大学。”武汉大学是他的母校，在这个被誉为“中国最美丽的大学”里，彭天右停留最多的地方不是花香流溢的樱花大道，不是风光旖旎的东湖之畔，而是对于常人来说有些枯燥的化学实验室。学习，实验对他来说，发于乐趣，兴于责任。春华秋实1 998年6月，他博士毕业后留校任职，2004年破格晋升教授。对知识瀚海的探索让他甘之若饴，从不止步2001年10月至2003年5月在京都大学做博士后研究，其间兼任日本基础化学研究所外国人特别研究员：2003年3月访问美国罗切斯特大学和新泽西州立大学；2004年7月和2005年10月应邀访问京都大学福井谦一研究中心和香港浸会大学化学系2007年7月访问新加坡国立大学和南洋理工大学；2008年11月访问美国wisconsln--Madison大学和DeIaware大学。
无论走到哪里，他从未离开心爱的科研事业。在小小的实验室里，他苦炼神功，用“天眼”识别着自然界的万千物质，为祖国无机化学的发展燃烧着自己的青春与活力。工作几年，他曾先后主持国家“863"‘计划专题，国家自然科学基金，教育部新世纪优秀人才基金、留学回国人员基金，湖北省杰出人才基金，纳米重大专项、重点科技计划和自然科学基金等项目。
追探纳米前沿
纳米技术近几年来得到了飞速的发展。紧扣化学发展时代脉搏的彭天右，主要从事金属氧化物、硫化物及其复合纳米材料的合成及其光电转换、光催化性能研究工作。在组成，晶形、形貌、多孔性、空间结构的调控及其光电功能性研究方面积累了一些重要的经验。在纳米复合光催化材料的制备及其可见光分解水制氢、光催化降解有机污染物以及染料敏化太阳能电池等方面均取得了重要的研究进展。
他在国际上较早制备了微米／纳米Al203、Ti02、NlO，Si02管，CdS纳米管，竹结状Ti02纳米管以及分级有序T10：管中管结构等。在纳米材料的组成，形貌、多7L性、空间结构、能带调控等方面取得了一定的成果。从调节能带宽度和红移匹配入手+探索能可见光响应的复合光催化材料。经过不同的掺杂(包括有机／无机金属元素及稀土元素)以及不同能带半导体材料的复合，获得了不同的能隙、p／n特性的纳米介孔半导体复合氧化物。首次合成的介7LTi02(m-Ti02)纳米粉体具有较高的比表面积和高度晶化的介孔壁等结构特点。该类材料由于其独特的微观结构而表现出优异的光催化活性，对m-Ti02的微观结构与光催化制氢效率的相关性也进行了较为深入的研究。结果表明：m--Ti02纳米粉体在甲醇为牺牲试剂，紫外光照下的光催化产氢效率高达9，1mmoI／g h，高于商品催化剂(德国P25)的光催化产氢效率。使用m--Ti02制作的染料敏化太阳能电池的效率在光强为42mW／cm2时达到了10 1 2％，比使用P25粉体时提高了3 79％，这主要是因为m-Ti02纳米粉体制备膜电极的表面态的影响较小，且染料分子的负载量较大。
在“敏化剂设计，合成及其敏化纳米Ti02产氢性能”研究中，彭天右首次提出采用双核钌联吡啶为染料，利用其天线效应提高对可见光的吸收和光电子注入效率的新思路。与单核配合物相比，双核钉联吡啶敏化m-Tioz的产氢效率提高了3―5倍。他还提出了通过建立基态染料分子在半导体表面的化学键合和氧化态染料分子的离解之间的动态平衡，可实现电子的有效注入和通过氧化态染料分子的及时解离来阻塞电子回传通道，从而有效地提高染料敏化半导体体系的光催化产氢效率及其长效稳定性的新观点。
在“系光催化材料的可见光催化活性”研究中，他采用沉淀法制备的单斜BiV04纳米粒子为单晶颗粒，光谱带边值为520nm，其可见光催化活性较高。研究发现，Ag团簇的负载有利于释氧，但AgN03／BiV04再生困难。因此，彭天右提出采用铁盐代替银盐做牺牲试剂，具有更好的实际应用前景的新观点。此外，他还首次发现利用CTAB做模板剂时，通过调节水热温度可选择性地合成微球状或片层状BiV04，并可调节其晶相组成。
在“碳基一半导体氧化物复合材料系列的制备及其产氢性能”研究方面，他较早采用水热法原位合成了碳基(c60、SWNT，MWNT、石墨等) 半导体氧化物(ZnO、Ti02等)纳米复合材料。其中，C60／Ti02、MWNT／Ti02、C60／T102在400nm--800nm范围内有明显的吸收，并表现出明显的可见光催化制氢活性。随着复合比例的提高，产氢效率逐渐提高，但比例过高反而会导致产氢效率的降低。在全光谱条件下，纳米复合光催化剂均表现出了优于纯Ti02的产氢性能。该类复合材料突破了半导体氧化物只吸收紫外光而有机光敏剂的光降解和不稳定等难题，具有良好的稳定性和较高的可见光催化产氢效率，是一类新型的具有光明前途的可见光驱动催化剂。
在光电极及其集成器件的制备及其光电化学性能调控方面，彭教授也开展了一些研究。以自制的光催化材料为主要研究对象，采用刮涂和丝网印刷技术制备光电极膜或其多层复合膜器件。利用电化学测定，以及将制备膜电极与Pt化对电极组成染料敏化纳米晶太阳能电池(DSSCs)测定其光电流一光电压(1 V)曲线等手段，对膜电极的电子传输效率、光生载流子的界面复合、电子界面传输效率、光电子寿命、电化学和光电化学行为进行了较为深入的探讨，获得了一些膜电极制备及其光电转换效能方面的具有指导意义的规律与结论。
另外，彭天右还在湖北省重点和重大科技计划(纳米专项)的资助下，开展了纳米氧化物粉体的软化学合成及其产业化研究。采用独特而价廉的异相共沸蒸馏技术，有效地解决了制备过程中的粒子不正常长大，防止了纳米粉体在煅烧过程中硬团聚体的形成这一氧化铝制备过程中所普遍存在的难题。提出的高纯氧化铝纳米粉体的软化学制备技术，可缩短工期，降低能耗。通过优选添加剂，调控合成工艺控制晶核的形成和粒子的生长，根据不同需求，调节合成条件生产不同形态的粒体(如球形、准球形、片状，棒状及多孔型等)。粒径在5nm～5 u m之间局部可调，产品纯度达到99.95％以
上，粒度分布均匀且分布窄的高纯氧化铝超细粉体。该纳米氧化铝产品可替代进口，经有关企业使用测试证明其制备的纳米氧化铝具有较好的压制和烧结性能。上述相关研究成果通过湖北省科技厅组织的专家鉴定，鉴定结论为：该项研究成果属国内首创，整体技术达到国际先进水平。此外，以软化学方法廉价制备的介孔v Al z03具有高比表面积(600℃热处理后400m2／g)、高热稳定性(在1000℃下仍然为Y相，120m 2／g)，可望在催化剂、汽车尾气三效催化转化中获得应用。锐钛矿Tioz通常在600~C就开始向金红石转化。为了利用锐钛矿的光催化，杀菌能力，需将其固化在玻璃或陶瓷表面，但其处理温度一般在800℃以上，因此要求在高温下稳定且保持锐钛矿相的Ti02。然而，以表面活性剂模板法制备的多孔Tio2通常为无活性的无定形结构，在其晶化过程中会导致孔结构的塌陷。为此，彭天右及其课题组较早制备了具有高热稳定性、高比表面积、高度晶化的锐钛矿孔壁的介孔材料。其在光催化降解污染物、光解水制氢和太阳能光电化学电池等方面具有广阔的应用前景。
也许这一个个简单的案例无法述清他的执著与努力，然，天道酬勤，那一项项奖项还是印证了一切。2000年9月，获湖北省优秀博士学位论文奖2000年9月，获武汉大学化学院本科生业余科研指导奖；2003年3月，获教育部自然科学二等奖：2004年4月，取得成果鉴定1项(国际先进水平)：2004年1 2月获武汉大学蓝月亮优秀研究生指导教师奖：2004年1 2月，获武汉大学优秀研究生教学奖：2006年获优秀研究生指导教师奖和研究生教学奖：2008年11月获湖北省自然科学三等奖……100余篇(其中SCl收录论文62篇)，论文他引250余次，获授权发明专利5项。
赋生命以质感
看今朝，硕果累累：忆往昔，峥嵘岁月。难忘2003年5月回国后，在只有半间实验室、5000元科研经费的情况下，他艰难地开始实验室的组建和科学研究工作。面对困难，他积极创造条件开展教学科研工作，甚至在科研经费紧缺时，自掏腰包垫付购买设备和试剂的费用(最高达7万余元)。经过6年的不断耕耘，由他主持的科研经费已达260余万元，新购买实验与办公设备等固定资产共计1 20余万元。
篇8
出奇制胜――界面的构筑
循环肿瘤细胞作为重要的癌症标志物之一，它的识别检测近年来倍受关注，然而其在血液中极低的含量（亿分之一），因此通常用于细胞分选的流式细胞分选仪的灵敏度（万分之一）远远不能满足检测的需求。当前的领先技术是基于免疫磁珠的细胞分离技术，但是其灵敏度低，设备昂贵，费时等缺陷，仍然不能满足恶性肿瘤血液检查的需求，因此细胞检测新材料与技术的出现显得尤为迫切。
基于硅纳米线阵列
通过制备识别抗体修饰的硅纳米线阵列，以乳腺癌细胞作为靶向细胞，王树涛开发了特异性识别、粘附肿瘤细胞的三维微纳米界面。识别抗体使得硅纳米线阵列对目标癌细胞具有特异性的识别功能，同时纳米线能与细胞表面的微纳米伪足相互作用，二者具有相似的尺度，从而获得了比平面结构更强的作用力。这一工作利用微纳米尺度效应对生物界面上的细胞粘附特性进行调控，结合特异性抗体和界面纳米结构，大幅提高了界面对循环肿瘤细胞识别粘附的有效性，实现了肿瘤细胞的高灵敏的特异性捕获。后来，受生物界中免疫系统的高选择性识别粘附现象的启发，王树涛进一步提出了纳米尺寸选择和生物分子的识别协同效应，建立了结构选择和分子识别的新的生物界面识别粘附模型。
王树涛在此方面的研究是国际上第一个利用多尺度粘附可控的功能界面识别捕获肿瘤细胞的例子，选择性得到了3―4个数量级的提高。自2009年发表在Angew. Chem. Int. Ed.杂志以来，得到国内外同行的广泛关注，被Science Daily及国内多家媒体进行专题新闻报道，同时被Nanomedicine做了题为“硅芯片上的纳米柱增加了检测灵敏性”专题新闻评述，指出“该技术在癌症诊断上很有潜力，它能给医生提供患者病情的相关信息和检测治疗的效果”。王树涛因此获得了2010年世界科技奖材料类提名，这在之前中国只有两位教授获此殊荣。
基于聚合物纳米簇
自2010年回国后，与日本理研及美国加州大学的合作者合作制备了肿瘤细胞特异性抗体修饰的导电聚合物纳米簇表面代替相对硬的硅纳米线表面。研究结构表明，相对较矮的聚合物纳米簇（1―2微米）仍然取得了与较高的硅纳米线（8―10微米）相当的细胞特异性识别粘附的结果。结果发表之后，被Science Daily等以“诊断工具：负载抗体的聚合物薄膜能捕获肿瘤细胞”为题作了亮点介绍。
重磅出击――粘附的研究
血液中的痕量循环肿瘤细胞的捕获问题通过我们发展的细胞粘附界面可以解决，而如何在捕获后将痕量的肿瘤细胞无损的释放是难题的关键。通常，生物实验室用胰蛋白酶将细胞与基底间的蛋白水解，使细胞从基底上去粘附。但是这个过程，不可避免对这些痕量的肿瘤细胞造成损坏。
针对以上问题，王树涛设计了一个用核酸外切酶来完成高效快速释放的细胞粘附去粘附三维纳米生物界面。研究中选择了对癌变淋巴细胞特异性识别的核酸适配体作为细胞识别和捕获分子，将之修饰到硅纳米线阵列表面。与平的表面相比，这个界面提供了一个三维的细胞接触模式（多点接触），酶可以多点同时切断核酸适配体，细胞去粘附的过程变得更容易、更快速，且不对细胞本身产生伤害。相关结果在Adv. Mater.上发表并选为封面文章。审稿人高度评价“这一结果是非常振奋人心的，……，将引起细胞材料的相互作用领域的研究者极大的兴趣”。之后又被Wiley出版社的MaterialViews中国等新闻报道，称该研究提供了一个“高粘附易释放”的细胞检测平台。因此，王树涛也受到Science Publishers出版社邀请为纳米医学专著《Nanomedicine in Diagnostics》上撰写题为“Emerging Nanotechnology for Efficient Capture of Circulating Tumor Cells”的章节。
美妙福音――肿瘤的检测
研究表明，恶性肿瘤的死亡率与各国的国民收入成反比，低收入国家的恶性肿瘤患者死亡率一直高居不下。一个重要的原因，是癌症诊疗的费用非常高，除了药物外，其中很大一部分是检测的费用。如何发展一个高效、便宜、简单的肿瘤细胞检测器件成为世界各国的关注热点。
鉴于以上的问题，王树涛发展了廉价、易操作的第一代基于细胞粘附界面的肿瘤细胞检测器件――将细胞特异粘附硅纳米线界面，做成尺寸规范化的检测芯片试剂盒。操作流程非常简单，不需要另外昂贵的设备，绝大多数的生物实验室或医院的检测中心都具备检测条件；这种简单的检测器件在全血中的细胞识别捕获效率在有40%左右；重要的是其细胞识别检测时间从4―6小时缩短到2小时左右。这些优点基本上可以满足发展中国家普通患者做细胞基的癌症检测和术后监测的需求。该成果已申请国际专利。因为其特异高效的细胞粘附特点，被Science Daily等称作“捕蝇纸”式肿瘤细胞检测器件。
篇9
立足前沿 沉下心来搞创新
长期以来，尽管教学工作繁忙，科研条件有限，但沈小平教授始终要求自己沉下心来，坚持科研工作不动摇。近年来，瞄准本领域国际国内的最新研究进展，他的研究工作一直处于国际前沿领域，先后主持和参与了国家自然科学基金项目六项、省部级科研项目3项、以及国家和省级重点实验室开放课题多项，在化学和材料学领域取得了多项研究进展。
一方面，沈小平教授课题组成功制备了石墨烯与各种金属、合金、氧化物、硫化物、铁酸盐等的复合材料，研究了这类材料在吸附、催化、气体传感、锂离子电池等领域的应用。其中，他们采用简单的低温回流方法制备出了结构和形貌可控的石墨烯（RGO）/Ni纳米复合材料，发现该复合材料对于对硝基苯酚（4-NP）的还原反应具有优异的催化性能。他们首次合成了石墨烯负载的FeNi合金和NiCo合金纳米粒子。在合成RGO-FeNi复合物中，他们首次得到了FeNi合金纳米花，并发现石墨烯作为基底材料对于FeNi合金纳米花的形成起到了关键作用。通过定向流动自组装法，他们将该材料制备成磁性纸片，所得的复合材料显示软铁磁性，使其在磁性存储、生物分离、水处理和电磁波吸收等领域有潜在的应用价值。他们合成的RGO-Nico复合物不仅具有铁磁性质，而且对4-NP的还原具有很好的催化活性，是一种可磁性分离的高效催化剂。他们同时发现了石墨烯对于催化活性和稳定性的促进作用，这使得RGO-NixCo100-x复合材料在催化方面具有潜在的应用价值。
其次，沈小平教授等人首次用一种通用的方法合成了基于石墨烯的各种铁酸盐（MnFe2O4，ZnFe2O4，CoFe2O4和NiFe2O4）复合材料，首次将石墨烯复合材料的磁性，吸附性和光催化性三者结合于一体，将该复合材料设计成高吸附、高催化活性的可磁分离材料。他们发现吸附主要是石墨烯的作用，而光催化性和磁性主要是铁酸盐的贡献。石墨烯的高吸附活性以及MFe2O4纳米粒子的磁学和光催化性能使得该复合材料在环境领域有着潜在的应用。另外，通过微波法他们简便快速地合成了系列化的石墨烯一金属硫化物（ZnS，CdS，Ag2S和Cu2S）的纳米复合材料。该法基于同时生长金属硫化物纳米粒子和还原氧化石墨烯，从而在石墨烯上原位形成无积聚的金属硫化物纳米粒子：并研究了合成参数对硫化物纳米粒子在石墨烯上的尺寸、形貌和分布的影响，这在石墨烯负载的复合材料中尚未被研究。
另外，沈小平教授首次提出了一种通过长链伯胺的非共价键改性将GO从水相转移到各种有机溶剂中的简单而有效的方法，并实现了GO在水相和有机相之间的可逆转移。他们首次通过溶剂热法合成了基于皱褶石墨烯的复合材料――由Fe2O3纳米纺缍体和皱褶的石墨烯纳米片结合而成的新型RGO-Fe2O3纳米复合物。作为锂离子电池负极材料，该纳米复合物与单独的Fe2O3纳米纺缍体和单独RGO纳米片相比，电化学性能得到显著提高。与平整的RGO支撑的纳米复合物相比，皱褶的石墨烯可以对Fe2O3纳米纺缍体起到更多维数的限制，这对于Fe2O3在锂离子嵌入时的体积膨胀起到了更好的限制作用。该研究为基于皱褶的石墨烯材料的合成和应用开辟了新的领域。在此过程中，沈小平教授首次从实验上系统研究了不同皱褶程度的石墨烯材料，发现通过简单的改变溶剂中水、乙二醇的比例可以方便地调控石墨烯的皱褶程度，同时发现不同皱褶程度对于石墨烯的比表面积、吸附和催化性能具有重要的影响。
天道酬勤 踏踏实实做学问
上述中我们看到，沈小平教授在功能纳米材料的可控合成和性质应用方面的许多新发现，他成功开发出利用单源前驱体的模板基CVD法合成各种氧化物、硫化物和有机物的纳米管有序阵列的普适方法，同时在国内外首次对石墨烯无机纳米复合材料作了全面的述评。沈小平教授的研究成果受到了国际同行的关注，产生了良好的社会影响，目前已在Journal of Materials Chemistry，Journal of Physical Chemistry C.Carbon，ACS Applied Materials&Interfaces CrystEngComm，Nanotechnology等国际SCI源期刊发表学术论文110余篇，论文被SCI源期刊引用1600余次，7篇论文入选ESI高被引论文。目前研究成果获授权国家发明专利9项。
采访中，沈小平教授谈到了他对科研工作的热爱和执著。正是充分认识到科研工作对人才培养和建立创新型国家的重要作用，多年来他克服资金、设备、人员等方面的种种困难，坚持不懈地搞科研。沈小平教授在科研工作中始终要求自己做到“恒心、定心、耐心”。“恒心”即持之以恒，几十年如一日，不断学习，提高自己的学术水平：“定心”即甘于坐冷板凳，不为外界各种诱惑所动，甘于寂寞，埋头苦干：“耐心”即科研工作不急于求成，不急功近利，踏踏实实做学问。多年来，沈小平教授为了科研和工作，基本没有节假日和寒暑假，放弃了大量的休息时间：也因为科研工作，经常不能尽到对家庭和孩子的责任。“作为父亲的我时常有一种愧疚感。”从沈小平的言语间，记者体会到的是七分韧劲儿、三分无奈。
一份耕耘一份收获，经过多年的拼搏，近年来沈小平的科研工作进展迅速，逐步走上了快速发展的轨道。针对当前出现的各种学术腐败问题，沈小平教授也有一番自己的观点。他常常告诫自己和学生：做学问要先做人，要树立求真务实的科学态度，自觉抵制各种学术的不端行为。
篇10
本书为第11届意大利传感器与微系统会议的论文集，其中精选了具有代表性的会议论文。这次会议展示了在传感器与微系统领域的理论模拟与实际应用的最新成果。传感器与微系统是一个新兴的交叉学科，其涉及到物理、化学、材料科学以及生命科学等领域。
本书共分为六部分，第一部分为化学传感器，主要介绍了：可调谐二极管激光光谱仪原位测量平流层微量气体；四苯基卟啉在高有序热解石墨上的组装：前所未有的吸附压缩驱动的双层模式组装；一种室温下的基于铂／氧化铱复合物的氧气传感器；聚合物涂层的长周期光栅作为高灵敏度化学传感器；用于低温下检测氢气的光纤传感器；溶剂对复合薄膜形貌和传感特性的影响；纳米钛对气体的传感性质；基于二元金属的碳水化合物传感装置；一种快速检测牛奶中M1黄曲霉素的便携式荧光计；利用光学传感器检测橄榄油的质量；质量标准体系在计划、设计和实现厚膜气体检测器中的应用；基于单壁碳纳米管的光纤传感器；合成且表征用于二氧化氮检测的纳米材料；铂金元素作为覆盖层的P型一氧化钛薄膜用于对氢气的检测；包含银纳米簇的氟化聚亚酰胺纳米复合薄膜用于对有机气体的光学检测等等。第二部分为物理传感器，主要介绍了荒芜环境中的固体定位风速计；一种具有溅射内核的二维平面磁通量阀门；一种用于探测RF电场的光学探针；通过拉曼散射来测量多孔硅结构的应力；对热传感器的一种十分有效的计算机模拟模型；对硅化铬应力传感器的认识。第三部分为生物传感器，主要介绍了基于不定型硅基器件检测DNA分子；抑制酪氨酸酶的有机相酶传感器；用于人瘤病毒检测的DNA压电生物传感器；用于检测硬质小麦安全型的用户友好的电化学手持设备；采用SPR成像技术来研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分为微米纳米技术，主要介绍了实验室芯片技术对基因进行分析；利用硅基玻璃芯片对化学物质进行快速光学检测；采用不同导电纳米颗粒来控制复合材料聚合物的传感性质；采用电化学刻蚀硅片的方法制备嵌入式微通道；采用超声束沉积方式制备具有气体传感的金属氧化物／有机物杂化材料；聚焦离子束刻蚀用于气体传感技术；一种模拟IPMC传感器的软件工具；对印迹二氧化钛纳米粒子的合成与表征；机车安全与舒适度测量；悬臂梁的强制型阻尼振动。第五部分为传感器阵列和多重传感系统，主要介绍了整合型微重力化学物质检测装置；采用杂化电子鼻原位检测硫质喷气孔火山口喷发的火山气体；对主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的检测；多传感器布局在敌对环境中的机器人。第六部分为传感器网络和对传感器的数据分析，主要介绍了对于无线传感器网络的概览：对ZGIGBEE网络架构一瞥；动态场景下尘埃传感器网络：在城市环境中普遍应用性能的研究；一种配置了IEEE 802.15.4的移动设备的便携式软件工具；一种神经光谱分类的光学传感器；对城市环境污染检测无线网络设备的设计；应用多传感器微型化系统对橄榄油进行评价。
本书几乎涵盖了传感器方面的所有方向，包括化学、物理、生物以及传感器构架等等。相信从事任何传感器研究方向的科研人员都会在本书中找到有参考价值的内容。
篇11
and Microsystems
2008, 674pp.
Hardcover
ISBN 9789812833525
A G Mignani等著
本书精心收集了2006年2月15-17日在意大利Firenze市举行的第10届传感器与微系统会议上的论文。这次会议由意大利传感器与微系统协会(AISEM)和费拉拉大学应用物理系组织,整个会议由9个口头宣读分组会和2个书面张贴分组会组成,它在意大利为物理、化学、生物、工程、材料科学等领域的专业人士提供了一个独特的跨学科的交流平台。传感器与微系统会议论文集自第一版出版以来,为传感器与执行器、材料与工艺技术、信号的监控、获取和控制、数据处理、图像识别技术、微系统、微机械等与传感器相关学科的关键研究领域做出了突出的贡献。
传感器与微系统是一门多学科交叉的综合性学科,它涉及到科学技术的各个领域。本书收录的109篇论文被分成10个部分介绍,1.应邀演讲报告,包括计算机屏幕上的图像辅助技术:原理和应用等4篇文章;2.生物传感器,包括基于纳米材料的GOD生物传感器的制备与表征等7篇文章;3.生命功能监测,包含了导管..导管内的伽玛射线探测仪、用于移动医疗的基于红外线的心率监测10篇文章;4.气体传感器,包含了气敏氧化锡纳米带的发光特性、纳米结构的三氧化钨(WO3)气敏材料的高温沉积等30篇文章;5.液相化学传感器,包含了基于二氧化锡光学传感器的水中氨的检测、用光纤探针和低成本分光度计对水中Cr(VI)含量的在线全自动测量等6篇文章;6.化学传感器阵列,包含了用于酒质量监测的具有线性温度特性的气体传感器阵列的发展等8篇文章;7.微制造与微系统,包含了温度对MEMS振荡器影响的仿真与建模等13篇文章;8.光学传感器,包含了带有微加热器和热电堆的CH4红外传感系统等10篇文章;9.物理传感器,包含了一种基于有机场效应晶体管的应力计量传感器等15篇文章;10.系统、网络和电子接口,包括一种集成的带有分离振荡器的宽范围的阻抗/时间转换器等6篇文章。
本书内容丰富新颖,几乎涵盖了传感器的各个领域,介绍了传感器在各个领域的新发展、新成果和新应用,适合于从事不同传感器及其相关领域的研究人员和工程师们参考阅读。
孙方敏,
博士生
篇12
纳米技术产品是近年研究开发的热点，虽然各国都在加大对纳米技术的研究，但迄今为止，人们对纳米材料在环境中的作用及其对人的影响知之甚少。随着纳米技术和纳米材料的快速发展，人们接触纳米材料的机会日益增多，纳米材料的生物学效应受到人们越来越多的关注。
研究证实，纳米颗粒可以在呼吸道及肺泡中沉积，颗粒越小沉积越多。单壁碳纳米管粒径小，质量轻，容易在肺部沉积，引起以肉芽肿为特征的肺部损伤。在体内和体外试验中，纳米二氧化钛对肺部的损伤程度均大于微米尺度的二氧化钛颗粒。多项研究表明，大鼠暴露于纳米二氧化钛颗粒后。随着时间的延长，肺巨噬细胞清除能力下降，二氧化钛颗粒在肺内滞留增多，并逐渐向间质组织和周围淋巴结侵袭，导致肺泡上皮损伤、增生等炎症反应。
目前，研制开发的纳米材料种类繁多，并不是所有物质在纳米状态都会呈现出毒副作用，甚至在纳米状态还会呈现毒性减少的趋势。以石英为代表的结晶型二氧化硅已被证实对人体有很大危害，而有研究表明纳米二氧化硅致肺纤维化等慢性毒性效应则可能比标准二氧化硅轻。
对动物有危害≠对人类有危害
迄今为止，纳米材料导致的生物学损害作用依然停留在动物实验阶段，还没有导致人体危害的确切证据。像以往对许多化学品的毒理学研究一样，对动物有危害，并不等同于对人类有危害。这主要是因为：
1、纳米只是计量单位，是否产生生物学损害，要看具体是什么化学物质。
2、目前对于纳米材料导致的生物学损害的研究，对所采用剂量报道较少。任何化学品的有害、无害只是相对概念。剂量效应关系是普遍存在的。纳米材料是否产生生物学损害，要看接触者的实际暴露剂量。
3、目前的研究已经证实，不同动物种属对纳米材料的生物学反应存在一定差异。
认定纳米材料致病尚缺乏依据
作为曾经医治过河北7名“怪病”女工并到作业现场进行过实际调研的医务人员。笔者认为，认定上述患者暴露于纳米颗粒环境中缺乏依据，因此认定是纳米材料导致了损害同样缺乏依据。这主要是因为：
1、迄今为止，导致上述患者患病的物质依然没有得到确认。我院曾经组织多学科，邀请国内诸多专家，多次为上述患者进行会诊，也对患者使用的原材料进行过分析。没有确认患者所使用原材料为纳米物质。
2、国内外从事印刷PS版喷涂作业的企业众多，尚未发现有类似情况发生。上述患者所使用的喷涂剂，是用人单位贪图廉价所采购的没有生产厂家标识、没有产品名称标识、没有成分标识的“三无”产品。廉价购得“纳米材料”可能性不大。
篇13
一、KI对桑素-核酸体系荧光增强效应的研究
重原子效应一般使荧光碎灭，磷光寿命缩短、重原子效应通常指在磷光测定体系中，当体系中有原子序数较大的原子存在时，因重原子的高核电荷引起或增强了溶质分子自旋轨道作用，增大了其吸收跃迁频次，使磷光的产生和量子产率得到极大增大。荧光分析过程中，由于KI具有独特的重原子效应，因此科研人员常将其作为荧光碎灭剂来研究分子间的作用机理。桑色素是一种相当有效的中药药剂成分，存在于多种食物和中草药中，具有抗菌消毒、抗氧、抗肿瘤等作用，在食品与医学应用重要的作用。在分析化学研究中，由于桑色素能提供配位原子，因此用于金属离子和非金属离子的灵敏测定中常将桑色素作为荧光试剂。近年，桑色素以及相应的配合物逐渐作为抗癌药物进行研究，对研究桑色素的药理作用，疾病的诊断治疗，药物的合成与设计均有重要的研究价值。
核酸和桑色素采用KI研究其相互作用时发现，只要KI在相关浓度范围内，不仅没对morin-fsDNA体系表现出重原子效应，且增强了morin-fsDNA体系的荧光。Ki-morin体系能选择性识别双螺旋核酸中的鲜鱼脱氧核糖核酸和蛙鱼脱氧核糖核酸，且核酸使Ki-morin体系的荧光显著地增强，增强的程度与核酸的浓度在一定的范围内呈良好的线性关系，并建立了灵敏选择性测定核酸的新方法。
二、鸟嘌呤体系中荧光增强效应及其分析应用
脱氧核糖核酸的基本碱基分为胞啼睫、胸腺啼陡、腺嚓吟、鸟膘吟，碱基严格按照配对记录了生命的遗传信息。鸟嘌呤是组成部分的氧化性损伤发生在鸟嘌呤碱基，其中鸟嘌呤因具有最低氧化电位最易被氧化。检测体液中鸟嘌呤及核昔的升高水平可预测损伤程度，预示某些疾病的发生，大量的鸟嘌呤类化合物已开发为有效的化学治疗药物。因此，鸟嘌呤及其核昔的检测在生物分析意义重大。应用于检测或定量测定核酸中嗓吟的含量的方法很多，如液相色谱法、化学发光法、毛细管电泳法、电化学法。荧光技术在核昔酸的研究应用广泛，但用荧光分光光度法测定鸟嘌呤的研究尚少，特别是对鸟嘌呤的选择性测定大多是通过与荧光试剂的衍生化反应来实现。桑色素具有生物活性且广泛生存在植物界，其生物活性和药理作用倍受研究人员关注，如抗氧化、抗突变、抗衰老、抗肿瘤、抗菌等，在分析化学中，常作为荧光试剂用于金属离子和非金属离子的灵敏测定。近年来桑色素及其相应的配合物作为灵敏的荧光探针，应用检测生物分子相对的广泛。
三、蛋白质纳米粒子的发光性质及其分析应用的研究
当被研究的材料在纳米尺寸范围内，表现特异的电学、磁学、光学和化学活性等物理化学性质。利用其特异性质，纳米粒子在催化剂、传感器及医学和工程领域应用价值十分可观。目前常用的纳米粒子主要包括半导体纳米粒子、金属纳米粒子及有机小分子纳米粒子等。近年，研究发现纳米粒子可发射荧光，如果对其进行活化处理，其与分子结合程度更为容易，且不影响分子的活性。学者将纳米粒子应用于生物科学识别领域，例如采用蛋白质识别与纳米粒子聚集，在多维材料的合成领域中广泛应用。利用去溶剂化法制造蛋白质纳米粒子，由于纳米粒子的大小以及表面性能对生物体内的活性和靶向性有重要影响，要求不断对生物体的纳米粒子的生产工艺流程优化，如发现脱水剂在去溶剂化过程中可控制微粒大小，去溶剂化后用热变性法稳定纳米粒子等应用泵控系统加入乙醇，可获得预定大小的粒径，同时为提高蛋白质纳米微粒在生物体内的主动靶向性，要求进行修饰和硫醇化处理。
四、结论
论文主要研究了生物分子与有机化合物之间的相互作用及分析应用，主要包括三个方面的内容：KI对桑素-核酸体系荧光增强效应的研究、鸟嘌呤体系中荧光增强效应及其分析应用以及蛋白质纳米粒子的发光性质及其分析应用的研究，通过对以上三方面的研究，从分子的研究水平上揭开了生物体的生命奥秘，同时也指出了当前生命研究的热点导向，为以后更进一步研究分子理论奠定了坚实的基础。
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