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納米技術特點范文1
【關鍵詞】納米技術;精細化工;催化劑;添加劑
0.引言
納米技術是指使用納米材料的特殊性質的技術,納米材料是指尺寸處于1-100nm的微小粒子組成的材料,這樣的微小粒子既不是微觀的原子簇,也不是宏觀物體,是出于微觀與宏觀之間的介觀系統,這種材料往往因為其表面效應、量子尺寸效應、體積效應以及宏觀量子隧道效應具有傳統物質所不具備的特殊性質。納米材料通常具有很高的特殊催化性,在冶金、涂料、精細化工等工業領域應用非常廣泛。本文對納米技術在精細化工領域的應用方法及特點進行了詳細的論述,為納米技術在精細化工領域的推廣應用提供了有效的支撐。
1.納米技術在精細化工中的應用
1.1納米材料的制備方法簡介
納米材料的制備通常包括機械法、物理法和化學法。機械法是指機械粉碎法和機械合金化法,其制作方法簡單、成本低,但顆粒不均勻,純度低;物理法是指溶液蒸發法和蒸發冷凝法,其制作方法較為復雜、成本較高,但粒度可控、純度很高、結晶組織好;化學法則是通過化學反應制備納米材料,其粒度可控、純度很高,而且其成本不是很高、操作相對簡單,常用的有水熱法、沉淀法、溶膠-凝結法、化學氣相反應法、微乳液法、有機配合前驅體法以及超重力沉淀法等。納米材料的制備方法很多,而且正在不斷的被發現,越來越多的制備更細顆粒、更好分散性的方法出現,為納米技術的進一步發展提供了較好的支撐。
1.2納米技術在催化方面的應用探討
大量研究表明,納米催化劑的穩定性好,催化效率高,如:在乙炔加氫反應中,加入納米的Pb/TiO2作為催化劑,可以是乙炔的轉化率達到100%,并且使乙炔的選擇性達到80%以上;在液態加氫法制備2-氨基-4,6二氯苯酚時,采用納米Ni-B/SiO2作為催化劑,其催化效果明顯比其他Ni催化劑好得多,轉化率達到了100%,選擇性達到了98%。在化學電源領域,納米材料具有很好的電化學活性,作為電極能很好的減輕電池重量,如:納米二氧化錳作為鋰電池正極可以做成高能電池;納米的銀粉、鎳粉和二氧化鎳混合燒結體作為光化學電池的電極,效果遠超過其它材料;碳管納米材料的奇異電學性能已經廣泛應用于場發射元件、鋰離子電池、燃料電池等。
另外,納米材料的光催化特點被廣泛應用與環境保護領域,如:(1)污水處理,硫化物或金屬氧化物的納米材料是半導體材料,其特殊的電子結構可以通過氧化或還原反應降解并礦化H2O、CO2、無機離子以及某些毒性較小的有機物等,其特點是分解完全,沒有二次污染、成本低、操作簡單,常見的納米催化劑材料有二氧化鎳、三氧化鋁、氧化鋅等,尤其是二氧化鎳對染料廢水、農藥廢水的處理效果極好。
(2)空氣污染處理,納米催化材料對空氣中的硫氧化物和氮氧化物的處理效果極好,在汽車尾氣處理方面應用廣泛,比傳統的貴金屬和稀土催化劑的效果好得多,尤其是貴金屬催化劑,價格昂貴。易失活,納米光催化劑成本低、穩定性好,活性高,能有效的提高汽車尾氣中的一氧化碳、一氧化氮、碳化氫等物質的轉化效率;另外,納米材料還用于陶瓷制品的除臭抗菌以及分解有機物等作用,也用于汽車或建筑玻璃的自潔等。
1.3納米技術在添加劑領域的應用
納米技術在添加劑領域的作用也非常廣泛,通常是納米材料加入到其它物質中,改變其它物質的性質,達到普通物質所達不到的效果,常用的有:
(1)化妝品添加劑。將納米材料氧化鋅、二氧化鎳、氧化鐵作為添加劑可以提高化妝品的藥物利用率、增強抗菌作用,減輕對皮膚的刺激,而且自身無毒無味、化學穩定、熱穩定,是目前化妝品領域的研究熱點。
(2)黏合劑、劑和密封膠。納米二氧化硅作為添加劑,可以有效提高黏合劑等黏結效果、劑的效果和密封膠的密封效果。
(3)涂料。將納米材料加入到涂料中,可以有效的改善傳統涂料的性能,并使涂料具有新的功能,如納米氧化鋅添加劑可以使涂料具有吸收紅外線、屏蔽紫外線、殺菌防霉等效果,納米二氧化硅可以增加涂料的耐磨性、抗氧化性等。除此之外,納米材料還可增加橡膠的力學性能、硫化活性,改變塑料綜合力學性能、纖維的分散性、有機玻璃的沖擊韌性等。
另外,納米技術在醫藥領域也有廣泛的應用,可以提高藥效的吸收,降低藥物的不良反應,還能有效的豐富制藥技術,提高藥物的效果。
2.結論
納米技術是一種新興的技術,納米材料具有一般材料所不具備的特性,在精細化工領域已經取得了廣泛應用,也為人類解決環境保護、能源合理開發利用提供了有效的新途徑。目前納米技術的推廣使用還受納米材料制備、納米改性技術工業化等限制,但隨著納米技術的發展和影響,納米技術在精細化工領域必然得到廣泛的使用。 [科]
【參考文獻】
[1]陳建鋒,鄒海魁,劉潤靜,等.超重力反應沉淀法合成納米材料及其應用[J].現代化工,2001,21(9):9-12.
納米技術特點范文2
【摘要】在政府的大力支持下,針對國際經濟發展、納米科技發展出現的新趨勢和自身的需求,納米技術及應用國家工程研究中心(簡稱“納米中心”)積極與多國的高校、科研機構和企業等在納米科學技術領域開展了多方面的國際交流與合作。其中,在與巴西的國際科技合作過程中,納米中心探索出新的合作模式、合作管理形式、合作內容及成果等。
關鍵詞 國際科技合作;納米中心(NERCN);巴西;納米技術
Exploration of NERCN for the International Cooperation of science and Technology
——The example of International Cooperation of Science and Technology with Brazil
CHEN Jun-chenYIN Gui-linHE Dan-nong
(National Engineering Research Center for Nanotechnology, Shanghai 200241, China)
【Abstract】With the strong support of government, in consideration of the new trend of the development of international economy, nanotechnology and own demand, National Engineering Research Center for Nanotechnology (NERCN) carries out a wide range of international communication and cooperation with many foreign universities, research institutions and companies in the field of science and nanotechnology. Among them, NERCN explores new cooperation mode, cooperative management form, cooperative content and results in the process of international cooperation of science and technology with Brazil.
【Key words】International cooperation of science and technology;National Engineering Research Center for Nanotechnology (NERCN);Brazil; Nanotechnology
國際科技合作是指在世界范圍內,尋求最有優勢的生產要素和最先進的科技成果與本國的優勢重新組合與配置,以取得最佳的經濟效益[1]。隨著全球科技創新和經濟全球化程度的不斷加深以及競爭的日益激烈,國際科技合作已成為提升創新效益和效率的關鍵領域,各國都試圖通過開展國際科技合作來充分利用全球最優質的創新資源,通過不斷參與國際科技創新活動減少成本、增強創新的能力[2]。近年來,歐美等發達經濟國家以自身需求和國家利益為導向,以吸收高新技術和人才以及開拓國際技術市場為目的,在政府層面上與國外具有優勢技術水平和科技資源的國家或地區簽署了大量雙邊或多邊科技協議,在這些協議指導下開展的對外科技合作數量不斷增長。據初步統計,美國僅聯邦政府各主要職能部門就與110多個國家和地區簽署了近900個科技外交方面的協議及諒解備忘錄等[3]。
1我國開展的國際科技合作
隨著科技發展步伐的加快,我國科技水平也得到了大幅提高,國際專利授權量與日俱增,部分專利已達到國際領先水平,大量我國自主研發的科技產品具備相當雄厚的實力,邁入國際市場已是大勢所趨。在經濟全球化的背景下,一方面,我們要繼續吸收以美國、歐洲、日本等為代表的科技發達國家和地區在國際市場中的先進科技,引進高水平科技成果,加強國際科技合作以提升自身競爭力;另一方面,我們也應與以巴西、印度、非洲等為代表的經濟、科技水平欠發達的國家和地區展開深入的國際科技合作,通過科技援助等手段提高其科技水平。因此,與包括中國在內的國家建立科技合作也是這些經濟、科技水平欠發達的國家和地區發展自身的內在需要。
鑒于國際科技合作對經濟發展尤其是科技進步方面發揮的作用越來越大,我國政府通過以建立國際科技合作項目等形式與包括歐美、俄羅斯、日本以及巴西等國家開展了一系列的國際科技合作。從目前的發展情況來看,我國國際科技合作的廣度和深度不斷拓展,從能源、環境、材料等科技創新合作領域發展到經貿合作領域。技術轉移在國際科技合作中所占比重越來愈大,技術的輸入輸出成為國際合作的主要內容,國際科技合作方式也趨于靈活、多元化。
基于我國目前科技合作的發展現狀,合作模式也呈現出多樣化的特點。依合作渠道可分為“中外型”、“中中外型”和“中外外型”;依合作目的可分為“R&D型”、“二次開發型”、“技術輻射型”和“產品產業化型”等;依合作內容可分為“互訪交流型”、“引進核心技術或產品型”、“引進設備型”、“引進核心部件型”和“引進材料型”等;依合作組織可分為“民間合作型”、“政府間合作型”和“混合型”等;依科技實力可分為“強-強合作型”、“強-弱合作型”和“弱-弱合作型”等;依合作參與方數目可分為“雙邊合作型”和“多邊合作型”等[4-5]。
上述任何類型的國際科技合作都離不開“政府主導型”和“自由發展型”的分類。“政府主導型模式”是指在社會發展領域、政府投資的重點項目等方面,由政府整合資源、發揮主導作用、組織和協同相關主體協同開展國際科技合作,發揮了政府在根據科技發展趨勢和我國科技發展需要規劃國際科技合作戰略等方面的優勢。“自由發展型模式”主要是指以企業、高校科研院所、中介等主體為主,由主體根據自身組織的發展目標和戰略來自主開展各類國際科技合作,凸顯了企業、高校科研院所等主體發揮自身市場或技術優勢[6-8]。然而,如何將政府主導型與自由發展型兩種國際科技合作模式相結合,從而使各自優勢都得到彰顯,無疑是國際科技合作模式的探索和發展。
2納米技術及應用國家工程研究中心開展的國際科技合作
納米技術及應用國家工程研究中心(簡稱“納米中心”)經國家發展改革委批準成立,是國家在布局發展納米科技與產業方面專門設立的從事納米技術及應用研究的國家級工程研究中心。自建立以來,納米中心一直致力于推動我國納米技術的國際交流與合作。
2007年,科技部國際合作司批準“納米技術與產業國際科技合作基地”在納米中心設立,為中心的國際交流與合作奠定了更為堅實的基礎。在政府的大力支持下,針對國際經濟發展、納米科技發展出現的新趨勢和自身的需求,納米中心積極與多國(包括美國、俄羅斯、英國、德國、澳大利亞、法國、日本、韓國、丹麥、荷蘭、巴西、智利等)的高校、科研機構和企業等在納米科學技術領域開展了多方面的國際交流與合作,承擔了10余項國家及地方國際合作科研項目。此外,納米中心積極與國外知名企業建立良好的交流與合作關系,以引進國外先進的“產學研用”相結合的技術創新體系和高科技產業化運作模式,積極推進中心的納米技術與產品輸出,并與國外企業簽訂了合作協議,為中心擁有的納米技術占領國際市場奠定了良好基礎。
目前,納米中心在國際合作方面形成了多樣化格局,已在人員互訪、簽約全面合作框架協議、研究項目合作、建立聯合工作組、人才合國際科技合作是指在世界范圍內,尋求最有優勢的生產要素和最先進的科技成果與本國的優勢重新組合與配置,以取得最佳的經濟效益[1]。隨著全球科技創新和經濟全球化程度的不斷加深以及競爭的日益激烈,國際科技合作已成為提升創新效益和效率的關鍵領域,各國都試圖通過開展國際科技合作來充分利用全球最優質的創新資源,通過不斷參與國際科技創新活動減少成本、增強創新的能力[2]。近年來,歐美等發達經濟國家以自身需求和國家利益為導向,以吸收高新技術和人才以及開拓國際技術市場為目的,在政府層面上與國外具有優勢技術水平和科技資源的國家或地區簽署了大量雙邊或多邊科技協議,在這些協議指導下開展的對外科技合作數量不斷增長。據初步統計,美國僅聯邦政府各主要職能部門就與110多個國家和地區簽署了近900個科技外交方面的協議及諒解備忘錄等[3]。
1我國開展的國際科技合作
隨著科技發展步伐的加快,我國科技水平也得到了大幅提高,國際專利授權量與日俱增,部分專利已達到國際領先水平,大量我國自主研發的科技產品具備相當雄厚的實力,邁入國際市場已是大勢所趨。在經濟全球化的背景下,一方面,我們要繼續吸收以美國、歐洲、日本等為代表的科技發達國家和地區在國際市場中的先進科技,引進高水平科技成果,加強國際科技合作以提升自身競爭力;另一方面,我們也應與以巴西、印度、非洲等為代表的經濟、科技水平欠發達的國家和地區展開深入的國際科技合作,通過科技援助等手段提高其科技水平。因此,與包括中國在內的國家建立科技合作也是這些經濟、科技水平欠發達的國家和地區發展自身的內在需要。
鑒于國際科技合作對經濟發展尤其是科技進步方面發揮的作用越來越大,我國政府通過以建立國際科技合作項目等形式與包括歐美、俄羅斯、日本以及巴西等國家開展了一系列的國際科技合作。從目前的發展情況來看,我國國際科技合作的廣度和深度不斷拓展,從能源、環境、材料等科技創新合作領域發展到經貿合作領域。技術轉移在國際科技合作中所占比重越來愈大,技術的輸入輸出成為國際合作的主要內容,國際科技合作方式也趨于靈活、多元化。
基于我國目前科技合作的發展現狀,合作模式也呈現出多樣化的特點。依合作渠道可分為“中外型”、“中中外型”和“中外外型”;依合作目的可分為“R&D型”、“二次開發型”、“技術輻射型”和“產品產業化型”等;依合作內容可分為“互訪交流型”、“引進核心技術或產品型”、“引進設備型”、“引進核心部件型”和“引進材料型”等;依合作組織可分為“民間合作型”、“政府間合作型”和“混合型”等;依科技實力可分為“強-強合作型”、“強-弱合作型”和“弱-弱合作型”等;依合作參與方數目可分為“雙邊合作型”和“多邊合作型”等[4-5]。
上述任何類型的國際科技合作都離不開“政府主導型”和“自由發展型”的分類。“政府主導型模式”是指在社會發展領域、政府投資的重點項目等方面,由政府整合資源、發揮主導作用、組織和協同相關主體協同開展國際科技合作,發揮了政府在根據科技發展趨勢和我國科技發展需要規劃國際科技合作戰略等方面的優勢。“自由發展型模式”主要是指以企業、高校科研院所、中介等主體為主,由主體根據自身組織的發展目標和戰略來自主開展各類國際科技合作,凸顯了企業、高校科研院所等主體發揮自身市場或技術優勢[6-8]。然而,如何將政府主導型與自由發展型兩種國際科技合作模式相結合,從而使各自優勢都得到彰顯,無疑是國際科技合作模式的探索和發展。
2納米技術及應用國家工程研究中心開展的國際科技合作
納米技術及應用國家工程研究中心(簡稱“納米中心”)經國家發展改革委批準成立,是國家在布局發展納米科技與產業方面專門設立的從事納米技術及應用研究的國家級工程研究中心。自建立以來,納米中心一直致力于推動我國納米技術的國際交流與合作。
2007年,科技部國際合作司批準“納米技術與產業國際科技合作基地”在納米中心設立,為中心的國際交流與合作奠定了更為堅實的基礎。在政府的大力支持下,針對國際經濟發展、納米科技發展出現的新趨勢和自身的需求,納米中心積極與多國(包括美國、俄羅斯、英國、德國、澳大利亞、法國、日本、韓國、丹麥、荷蘭、巴西、智利等)的高校、科研機構和企業等在納米科學技術領域開展了多方面的國際交流與合作,承擔了10余項國家及地方國際合作科研項目。此外,納米中心積極與國外知名企業建立良好的交流與合作關系,以引進國外先進的“產學研用”相結合的技術創新體系和高科技產業化運作模式,積極推進中心的納米技術與產品輸出,并與國外企業簽訂了合作協議,為中心擁有的納米技術占領國際市場奠定了良好基礎。
目前,納米中心在國際合作方面形成了多樣化格局,已在人員互訪、簽約全面合作框架協議、研究項目合作、建立聯合工作組、人才合作、技術輸出等方面,全方位展開了國際交流與合作工作,對外交流工作的層次不斷提高、規模不斷擴大、合作伙伴不斷增多。
3納米中心與巴西開展的國際科技合作
我國納米技術經過多年的發展,取得了大批成果,在諸多領域走在了世界前列。近年來,巴西政府非常重視納米技術的發展,巴西科技部已經制定了較為系統的納米技術創新發展戰略和部署,建立了由各部委共同組成的納米技術聯合委員會,總體負責國家納米技術發展規劃和管理;確立了納米材料、納米器件與系統、納米生物技術等主要的發展方向;倡導整合資源,聯合了國內幾十家相關實驗室,建立了巴西“國家納米技術聯合實驗室體系”,集合了國內一批科研機構推進納米技術發展,部分技術成果已經在工業界獲得了應用。因此,在巴西有關國家納米技術發展戰略的引導下,納米技術必將會支撐巴西在新世紀科技與產業的發展。
巴西的納米技術具有自身的特點,但在整體規模、全面性和應用開發方面與我國相比還有一定差距,因此,巴西對我國領先領域的納米技術仍有巨大需求。近年來,中國與巴西兩國的雙邊合作領域不斷拓展,政治互信逐步加深,中國政府積極推動與巴西等發展中國家的科技合作。
納米中心作為國家在發展納米技術研究方面的布局單位,多年來十分重視納米技術的應用研究,在已簽署的合作協議基礎上,進一步整合資源,積極與巴西開展多方面的合作,以行動落實雙方政府簽約的合作內容,為推進我國納米技術與產業的發展,以及中巴的合作和友誼多做貢獻。
(1)合作模式創新:政府主導與自由發展相結合
2009年,中巴政府簽署了《科技與創新合作工作計劃書》。在此基礎之上,為推動兩國在納米技術領域的交流與合作,2011年4月,中國科技部與巴西科技部在北京簽署了《關于建立中國巴西納米技術研究和創新中心的諒解備忘錄》。同年6月,中巴政府簽署了《中國政府與巴西政府十年合作規劃》,納米技術合作被列為了該框架戰略合作協議的重點合作領域之一,納米中心作為中方的管理機構之一和中國科學院一起與巴西相關單位共同參與建設“中國-巴西納米技術聯合研究中心”。
在科技部的大力支持下,為了推動中國與巴西在納米技術及產業化方面的交流,納米中心與巴西相關科研機構積極對接,與巴西能源與材料國家工程研究中心(CNPEM)、巴西納米技術國家重點實驗室(LNNano),于2012年在上海召開了“納米科技發展中巴雙邊會議”,探討納米技術應用研究合作內容,并簽署了《納米技術開發與推廣合作協議》,開啟了中巴納米技術合作的大門。
自2012年9月納米中心與巴西相關機構簽訂合作協議以來,為進一步落實雙邊合作協議,納米中心與巴西開展了多層次的頻繁交流。納米中心與巴西科技部、巴西納米技術國家實驗室和中方國家納米科學中心在巴西坎皮納斯聯合舉辦了“2014中巴納米技術發展論壇”;參加了由巴西圣卡塔琳娜大學和巴西CERTTI基金會組織的“巴西第二屆納米技術研究與產業化論壇”;并派代表團對巴西進行了多次訪問,與巴西納米技術國家重點實驗室(巴西能源與材料國家工程研究中心、國家納米實驗室、國家同步輻射光源實驗室等)、巴西能源與核研究所、巴西坎皮納斯大學、巴西圣保羅大學、巴西圣卡塔琳娜大學等多個從事納米技術研究的主要科研機構進行了交流,對巴西開展納米技術研究的情況進行了全面了解,并與更多機構簽署了合作協議。同時,巴西相關機構代表也應納米中心的邀請來中國進行了訪問,對中心將納米技術應用于環境治理、能源、傳感、醫療等方面的成果留下了深刻印象,為雙方開展進一步的交流與合作奠定了重要基礎。
在中巴政府的大力支持下,通過人員互訪及長期溝通,中巴雙方聚焦了合作點,開展了項目聯合研究,同時建立了長期的交流機制。
(2)合作管理形式創新:統籌規劃、個性化管理
中國與巴西具有不同的國情,故納米中心與巴西高校、科研機構和企業的跨國合作也要依兩國具體情況而定。中巴雙方會對每次合作進行充分的溝通及協商,先統籌規劃擬定符合雙方發展的“共贏”方針,再結合各自的情況進行適合的個性化管理,最大程度發揮納米中心在納米應用研究領域的優勢,幫助巴西在納米科技方面取得進步。同時,納米中心積極進行人員交流,通過多種渠道幫助巴方培養青年科技人員。
(3)合作內容及成果創新:從實驗室走向產業化
納米中心與巴西納米技術企業建立了合作關系,根據巴西市場的需求,合作開發具有針對性的納米技術產品,推動納米技術成果在巴西開展推廣應用。
納米中心與巴西國家納米實驗室聯合承擔了《納米功能材料產業化關鍵技術聯合開發與推廣應用》項目,并于2013年與巴西某納米技術公司簽訂了《納米技術與產品推廣合作協議》等,為中心的技術和產品出口巴西奠定了基礎。之后,納米中心代表團遠赴巴西,與巴方高層舉行了多次會談,在技術研發及產品銷售方面等進行了深入溝通,針對巴西市場特點,在多種納米功能材料的應用方面開展系列合作,進行聯合開發及推廣。
目前,納米中心與巴西有關高校、科研機構和企業在納米技術領域已開展了多方面的交流與合作,建立了良好的關系,在多個方面均取得了大幅進展:(1)進行了頻繁的人員互訪,并形成了長期交流機制;(2)在納米功能材料領域開展了多項科技項目技術合作;(3)與納米技術企業在納米產品方面開展了合作,進行產品輸出;(4)積極進行人員交流,通過多種渠道幫助巴方培養青年科技人員。
4結論與展望
納米中心在國際合作方面形成了多樣化格局,已在人員互訪、簽約全面合作框架協議、研究項目合作、建立聯合工作組、人才合作、技術輸出等方面,全方位展開了國際交流與合作工作,對外交流工作的層次不斷提高、規模不斷擴大、合作伙伴不斷增多。
納米中心與巴西相關高校、科研機構及企業的交流與合作已取得了一系列初步成果,形成了良好的發展勢頭。納米中心將在已簽署的各項合作協議基礎上,通過進一步整合資源,不斷深入、拓展與巴西在納米技術領域的合作,為中巴合作夯實基礎,為中巴友誼多做貢獻:(1)繼續堅持中巴雙方頻繁交流,將目前開展的雙邊互訪及“雙邊論壇”制度化,發展成為長期性的定期雙邊交流活動,建立長期穩定的中巴納米技術合作交流平臺;(2)切實落實雙方的項目合作,通過與巴西科研機構開展長期穩定的納米技術聯合研究,為巴方合作單位提供長期的技術支持;(3)通過與巴西企業聯合開展針對性的應用技術及產品開發,實現我國納米技術及產品在巴西的大規模推廣和應用;(4)建立和完善雙方人才交流機制,為雙方培養納米技術人才。
參考文獻
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納米技術特點范文3
關鍵詞:納米技術;機電工程;應用;摩擦性能;納米材料
中圖分類號:TP271+.4文獻標識碼: A 文章編號:
本文對納米技術在實際應用過程中所存在的各種技術問題進行了探討。納米技術的快速發展對于科技發展是非常重大的突破,當前它已經運用在社會各個領域,納米技術在機電工程中的運用更是成為其核心。表現在很多方面,本文從實例出發,展現納米技術在機電領域的運用。
1.納米技術介紹
所謂的納米技術就是借用單一的分子、原則制造物質的一種科學技術,納米科學技術已經成為了將很多現代的先進科學技術,作為基礎科學技術,并且成為了現代科學和現代技術進行組合的重要產物之一,其中,現代科學主要包括分子生物學、介觀物理、量子力學和混沌物理,現代技術主要包括核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術、微電子技術以及計算機技術,納米技術一定會引發起一系列的全新的科學技術,比如納米機械學、納米材科學以及納米電子學等等。
納米技術也被稱為毫微技術,是對結構尺寸在0.1 nm-100nm范圍之內材料的應用和性質的研究,從始至今的相關研究來看,人們將納米技術分為了二種概念,第一種納米技術的概念就是指分子納米技術,這一概念將組合分子機器實用化了,因此,我們可以對所有這類的分子進行任意的組合,并且可以將任何種類分子結構進行制造,但是、這一種概念上的納米技術仍然沒有取得很大的發展;第二種概念將納米技術看成了微加工技術的極限,第,種概念主要是從生物角度提出的,納米生物技術中所包含的重要內容已經延伸到了細胞生物計算機開發和DNA分子計算機領域中。
2微型納米軸承
當前形勢下,納米技術不僅僅是單一的一門新型技術或者學科,納米技術被廣泛的應用到了各類學科之中,其中,在機電工程中進行納米技術的應用,已經對機電工程技術的變革產生了不可估量的重要作用。納米技術在機電方面應用甚至是微觀機械技術的產生已經成為了我們這個世紀進行研究的、核心的技術,許多國家都在納米技術方面展開了越來越多甚至越來越深的研究,在機械工程方面,納米技術在機電工程中應用主要存在微型軸承力面。傳統的軸承的體積比較大,其摩擦力也僅僅能夠靠來進行減少,但是,仍然不能夠將摩擦力進行避免,美國科學家對其行了研究,并且研制出來一種沒有摩擦的微型納米軸承,微型納米軸承主要包括以下兩個特點:
第一,微型,微型納米軸承的直徑僅僅為一根頭發半徑的萬分之一,其應用到機電系統微型的軸承只有1nm,為微型機械的千分之一。
第二,摩擦力極小如果軸承的體積很小,那么,套在一起,管子之間摩擦力就會將微型軸承弱點暴露出來,在其產生的摩擦力很大的時候,會導致微型軸承無法使用。通常制造的微型機械軸承與這種納米軸承相比較,摩擦力僅僅是其最小值千分之一。
3 納米技術馬達
新一代的納米技術馬達是由美國一家公司生產,這種微型馬達的體積只有一般電磁馬達體積的二十分之一,它的長度比火柴桿還短很多,但是盡然能夠負載四千克的重量,它的壽命卻可以達到100多萬次。這種馬達主要是通過運用納米技術制造智能材料來取代傳統的銅線圈以及磁鐵,所有它比傳統的馬達要更加的輕、噪音很低,成本也更加的低,可以說是世界上最靜音的馬達。當前這種微型馬達在機械中運用的并不是很不多,主要用于汽車的電動車窗,這項研究同時也已經在深圳進行研發和生產。
4納米磁性液體在旋轉軸中的應用
通常情況下,靜態密封都是采用金屬、塑料或者像膠等等材料制作而成的O型環,將其作為密封的兀件。在旋轉的條件下,動態密封一直沒有對其問題進行解決,動態密封不能夠在高真空、高速的條件進行動態的密封。納米技術在很大程度上都對磁性液體在旋轉軸中的進行起到了促進作用。我國的南京大學也已經成功的進行了硅油、二脂基、烷基以及水基等多種類型磁性液體的制成,電子計算機硬盤處也已經普遍的采用了磁性液體防塵密封,此外。磁性液體也對新型劑的制造起到了一定的促進作用,在機電工程中應用納米技術的例子舉不勝舉,以上新興技術的產生。我們能夠很容易的看出納米技術對機電工程的不斷發展起到了深刻的影響。與此同時,與系統的機電工程相比較,由于納米技術的各種優勢才能夠使得機電工程產生了顯著的效果。
4.1納米磁性液體在旋轉軸中應用之尺寸效應
在納米技術領域中,最為顯著的效果之一是將旋轉軸中的傳統尺寸竿位進行了縮小,將其毫米單位轉化成了納米,而納米也就相當于一米的十億分之一,將納米技術應用到機電工程中,可以將機械的體積大大降低,最終促使微型機械這種新型的機械的形成和產生.這種產生并不是傳統的機械單純的在尺度上產生了微小的變化,而通常指的就是可以進行成批制作的微傳感器、微能源、微驅動器、集合微結構、信號、控制電路等等處置裝置為一體的微型機電系統。大部分都是將納米技術成果進行了運用,因此,它們已經遠遠的超過了傳統機電的范疇和概念,而是基于現代的科學技術之上,并且作為整個的納米科技中,重要的組成部分,以及用嶄新的技術線路和思維方式指導之下的重要產物。
4.2納米磁性液體在旋轉軸中應用
納米技術使原材料形成了更加微小的形態,其功能更加強大,不僅僅能夠對傳統材料進行一定的改良,同樣能夠使新材料源源不斷的產出。磁性液體密封的技術更加證明了磁性液體能夠被磁場控制這一特性,將納米單位液體置于磁場之內,最終達到密封效果。與此同時。在運用材料中,我們能夠將微量元素融入到基礎的材料之中,以便能夠達到更好效果。
4.3納米磁性液體在旋轉軸中應用之材料摩擦性能
納米技術摩擦性能已經成為了其最為顯著的特性之一,在機電工程領域中,各種軸承都會產生摩擦,存在著摩擦性能,但是,自從納米材料出現了以后,各類機械的尺寸和結構都變小了,對于零件過小,其摩擦力就變得尤其重要,如果其摩擦力相對來說比較大,那么就會造成零件的磨損。進而,納米技術也就對這問題進行了克服,現在已經出現的納米材料幾乎處于無摩擦狀態。
4.4納米技術在機械行業中的發展前景
(1)汽車工業以及機械的滑配原件,例如:滑軌、軸承上應用的納米陶瓷鍍膜能產生磨擦界面,這樣可以大大地減低磨損并且能夠提高負載。
(2) 塑膠流道的低粘應用,例如:拉絲模、套筒以及熱膠道,這樣可有效地減少積料碳化的產生概率。
(3)包封短射、射出成型時發生的粘模 、鏡面霧化以及拖痕均具有重要的改善,特別是在和頂針上所展現出來的干式,這樣更是任何金屬都不能表現出來的優異性。
(4)橡膠、IC 封裝膠和發泡塑料,因為其具有極高的粘著性, 所以必須借助大量的脫模劑來協助脫模, 這樣納米陶瓷的荷葉效應就可大大地減少脫模劑的使用和模具清理時間。
(5)納米陶瓷的低沾粘、低摩擦特性能夠使塑膠在模具內的流動性大大提升, 尤其是高精度模具,例如:塑膠鏡片、薄光板、汽車聚光燈罩等一些模具應用后對產品的使用均有顯著的改善。
納米技術特點范文4
【關鍵詞】納米材料;納米技術;應用
有人曾經預測在21世紀納米技術將成為超過網絡技術和基因技術的“決定性技術”,由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國相繼投入巨資進行研究,美國從2000年啟動了國家納米計劃,國際納米結構材料會議自1992年以來每兩年召開一次,與納米技術有關的國際期刊也很多。
一、納米材料的特殊性質
納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴散途徑,導致了高擴散率,它對蠕變,超塑性有顯著影響,并使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、化學活性增大、耐腐蝕性增強。因此納米材料所表現的力、熱、聲、光、電磁等性質,往往不同于該物質在粗晶狀態時表現出的性質。與傳統晶體材料相比,納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數、低熱導率、強軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學性能環境、光熱吸收、非線性光學、磁記錄、特殊導體、分子篩、超微復合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結助劑、劑等領域。
(一)力學性質
高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低,位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大,增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大,所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生,這就是納米晶強化效應。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年歷史,由于金屬陶瓷的混合燒結和晶粒粗大的原因其力學強度一直難以有大的提高。應用納米技術制成超細或納米晶粒材料時,其韌性、強度、硬度大幅提高,使其在難以加工材料刀具等領域占據了主導地位。使用納米技術制成的陶瓷、纖維廣泛地應用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環境下使用。
(二)磁學性質
當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2,在這情況下,感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%,已不能滿足需要,而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%,可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭,具有相當高的靈敏度和低噪音。目前巨磁電阻效應的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關系,所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復合納米材料對可見光具有良好的透射率,對可見光的吸收系數比傳統粗晶材料低得多,而且對紅外波段的吸收系數至少比傳統粗晶材料低3個數量級,磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數量級,從而在光磁系統、光磁材料中有著廣泛的應用。
(三)電學性質
由于晶界面上原子體積分數增大,納米材料的電阻高于同類粗晶材料,甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變(SIMIT)。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點,有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管,表現出很好的晶體三極管放大特性。并根據低溫下碳納米管的三極管放大特性,成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進展,已經成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。
(四)熱學性質
納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值,這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有強烈的吸收作用,從而有效地將太陽光能轉換為熱能。
(五)光學性質
納米粒子的粒徑遠小于光波波長。與入射光有交互作用,光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制,在光感應和光過濾中應用廣泛。由于量子尺寸效應,納米半導體微粒的吸收光譜一般存在藍移現象,其光吸收率很大,所以可應用于紅外線感測器材料。
(六)生物醫藥材料應用
納米粒子比紅血細胞(6~9nm)小得多,可以在血液中自由運動,如果利用納米粒子研制成機器人,注入人體血管內,就可以對人體進行全身健康檢查和治療,疏通腦血管中的血栓,清除心臟動脈脂肪沉積物等,還可吞噬病毒,殺死癌細胞。在醫藥方面,可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內的輸運更加方便。
二、納米技術現狀
目前在歐美日上已有多家廠商相繼將納米粉末和納米元件產業化,我國也在國際環境影響下創立了一(下轉第37頁)(上接第26頁)些影響不大的納米材料開發公司。美國2001年通過了“國家納米技術啟動計劃(NationalTechnologyInitiative)”,年度撥款已達到5億美圓以上。美國科技戰略的重點已由過去的國家通信基礎構想轉向國家納米技術計劃。布什總統上臺后,制定了新的發展納米技術的戰略規劃目標:到2010年在全國培養80萬名納米技術人才,納米技術創造的GDP要達到萬億美圓以上,并由此提供200萬個就業崗位。2003年,在美國政府支持下,英特爾、蕙普、IBM及康柏4家公司正式成立研究中心,在硅谷建立了世界上第一條納米芯生產線。許多大學也相繼建立了一系列納米技術研究中心。在商業上,納米技術已經被用于陶瓷、金屬、聚合物的納米粒子、納米結構合金、著色劑與化妝品、電子元件等的制備。
目前美國在納米合成、納米裝置精密加工、納米生物技術、納米基礎理論等多方面處于世界領先地位。歐洲在涂層和新儀器應用方面處于世界領先地位。早在“尤里卡計劃”中就將納米技術研究納入其中,現在又將納米技術列入歐盟2002——2006科研框架計劃。日本在納米設備和強化納米結構領域處于世界先進地位。日本政府把納米技術列入國家科技發展戰略4大重點領域,加大預算投入,制定了宏偉而嚴密的“納米技術發展計劃”。日本的各個大學、研究機構和企業界也紛紛以各種方式投入到納米技術開發大潮中來。
中國在上世紀80年代,將納米材料科學列入國家“863計劃”、和國家自然基金項目,投資上億元用于有關納米材料和技術的研究項目。但我國的納米技術水平與歐美等國的差距很大。目前我國有50多個大學20多家研究機構和300多所企業從事納米研究,已經建立了10多條納米技術生產線,以納米技術注冊的公司100多個,主要生產超細納米粉末、生物化學納米粉末等初級產品。
三、前景展望
經過幾十年對納米技術的研究探索,現在科學家已經能夠在實驗室操縱單個原子,納米技術有了飛躍式的發展。納米技術的應用研究正在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤4大領域高速發展。可以預測:不久的將來納米金屬氧化物半導體場效應管、平面顯示用發光納米粒子與納米復合物、納米光子晶體將應運而生;用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學組裝計算機將投入應用;分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學傳感器等將被研究制造出來。
納米技術目前從整體上看雖然仍然處于實驗研究和小規模生產階段,但從歷史的角度看:上世紀70年代重視微米科技的國家如今都已成為發達國家。當今重視發展納米技術的國家很可能在21世紀成為先進國家。納米技術對我們既是嚴峻的挑戰,又是難得的機遇。必須加倍重視納米技術和納米基礎理論的研究,為我國在21世紀實現經濟騰飛奠定堅實的基礎。整個人類社會將因納米技術的發展和商業化而產生根本性的變革。
納米技術特點范文5
關鍵詞: 納米技術意義展望
一、納米技術的內涵
納米技術是一門在0.1―100nm空間尺度內操縱原子和分子,對材料進行加工、制造具有特定性能的產品,或對物質進行研究、掌握其原子和分子的規律和特征的高新技術學科,被認為是“今后十年最可能使人類發生巨大變化的十項技術”之一。
納米技術包含下列四個主要方面:(1)納米材料。當物質到納米尺度以后,即0.1―100nm這個范圍空間,物質的性能就會發生突變,出現特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子,又不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料,即為納米材料。(2)納米動力學。主要是微機械和微電機,或總稱為微型電動機械系統,用于有傳動機械的微型傳感器和執行器、光纖通訊系統,特種電子設備、醫療和診斷儀器等。用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝,特點是部件很小,刻蝕的深度往往要求數十至數百μm,而寬度誤差很小。(3)納米生物學和納米藥物學。如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子,dna的精細結構,等等。納米生物學發展到一定技術時,可以用納米材料制成具有識別能力的納米生物細胞,并可以吸收癌細胞的生物醫藥,注入人體內,用于定向殺癌細胞。(4)納米電子學。包括基于量子效應的納米電子器件,納米結構的光/電性質,納米電子材料的表征,以及原子操縱和原子組裝,等等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷。更快,是指響應速度要快。更冷,是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度,納米技術是建設者的最后疆界,它的影響將是巨大的。
二、研發納米技術的重要意義
在充滿生機的21世紀,信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防的高速發展必然對材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸等對材料的尺寸要求越來越小;航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術等對材料性能要求越來越高。新材料的創新,以及在此基礎上誘發的新技術、新產品的創新是未來10年對社會發展、經濟振興、國力增強最有影響力的戰略研究領域,納米材料將是起重要作用的關鍵材料之一。納米材料和納米結構是當今新材料研究領域中最富有活力、對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象,也是納米科技中最為活躍、最接近應用的重要組成部分。近年來,納米材料和納米結構取得了引人注目的成就。例如,存儲密度達到每平方英寸400G的磁性納米棒陣列的量子磁盤,成本低廉、發光頻段可調的高效納米陣列激光器,價格低廉。高能量轉化的納米結構太陽能電池和熱電轉化元件,用作軌道炮道軌的耐燒蝕高強高韌納米復合材料等的問世,充分顯示了它在國民經濟新型支柱產業和高技術領域應用的巨大潛力。正像美國科學家估計的“這種人們肉眼看不見的極微小的物質很可能給予各個領域帶來一場革命”。納米材料和納米結構的應用將對調整國民經濟支柱產業的布局、設計新產品、形成新的產業及改造傳統產業注入高科技含量提供新的機遇。
研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次,是知識創新的源泉。由于納米結構單元的尺度(0.1―100nrn)與物質中的許多特征長度,如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當,因而納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子,又不同于宏觀物體,從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象,認識新規律,提出新概念,建立新理論,為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎,也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題;納米結構設計,異質、異相和不同性質的納米基元(零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲)的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點,人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。
納米技術作為一門新興的學科,被譽為21世紀最具有發展前景的技術,是對未來經濟和社會發展產生重大影響的一種關鍵性前沿技術。納米技術在社會上的應用前景非常廣闊,納米技術不僅會推動新產品的開發,而且將為改善人們的生活環境,提高生活質量作出不可估量的貢獻。納米技術將成為21世紀新型技術的發展新方向,相信在不久的將來,我們將跨入一個全新的時代。
三、對納米技術未來發展的展望
納米技術將從根本上改變未來制造的兩種基本類型方式――連續制造和離散制造。連續制造是指批量物質或材料的生產,例如化學品或金屬卷材。離散制造是指單個配件的生產,例如螺栓或元件(集成電路)或組裝系統(計算機)。對于納米尺度制造來說,原子、分子與團簇都是生產“原料”。因此,納米尺度制造的生產工藝和設備與目前應用于大于100nm的微制造工藝與設備將會有很大不同。納米制造未來的研究方向包括以下幾個。
1.材料開發
了解和模擬納米尺度物質合成、操控及監測的現象和工藝,這是開發新型納米制造技術所需的;開發表征、監測、篩選、分離和控制納米結構大小/形狀/多分散性和表面或體積特征的方法。
2.制造納米系統的材料操控與控制
分子、大分子、納米顆粒及納米尺度組件的定位、定向、分散、集群和導向自我組裝,非共價鍵和信息內容是不可或缺的;納米材料的包裝和輸運,如通過超聲和納米流化床;納米自組裝結構融入功能器件和系統。
3.與微觀和宏觀系統相結合
把自下而上和自上而下的制備技術融入低本高效的優化生產制造中;制造技術的尺度放大、并行和集成能力,如平行探針或束陣列等方法。
4.制造工具
改造和控制表面組成/結構,以確保隨后組裝的穩定性和功能性;開發可支撐的、用戶與環境友好、廉價而高產的制圖技術;開發和運用納米結構復制方法;納米制造結構和性能的低本高效清除/修復/接縫技術,等等。
5.測量和標準工具
納米顆粒與結構的化學和結構表征技術(除幾何形狀特征外);開發三維加工和非破壞性表面下探測技術;把在線傳感與監測技術同制造方法融合在一起;遠程制作和遠程表征設備和儀器,等等。
參考文獻:
納米技術特點范文6
1.1原藥納米化后呈現新的藥效或增強原有療效中藥被制成粒徑0.1~100nm大小,其物理、化學、生物學特性可能發生深刻的變化,使活性增強和/或產生新的藥效。如靈芝通過納米級處理,可將孢子破壁,并采用超臨界流體萃取技術萃取出靈芝孢子的脂質活性物質,從而增強抗腫瘤的功效。
1.2改善難溶性藥物的口服吸收
在表面活性劑、水等存在下,直接將藥物粉碎成納米混懸劑,增加了藥物溶解度,適于口服、注射等途徑給藥,以提高生物利用度。
1.3增加藥物對血腦屏障或生物膜的穿透性
納米粒能夠穿透大粒子難以進入的器官組織、血腦屏障及生物膜。如阿霉素α聚氰基丙烯酸正丁酯納米粒(NADM)可以改變阿霉素的體內分布特征,對肝、脾表現出明顯的靶向性,而血、心、肺、腎中的藥物分布則減少。
1.4靶向作用
徐碧輝教授等在研究中發現,一味普通的中藥牛黃,加工到納米級水平后,其理化性質和療效會發生驚人的變化,甚至可以治療某些疑難雜癥,并具有極強的靶向作用。
1.5使藥物達到緩釋、控釋
借助高分子納米粒作載體等技術手段,可實現藥物的緩釋、控釋。如雷公藤乙酸乙酯提取物固體納米脂質粒有良好的緩釋、控釋功能。
2納米中藥的制備技術及其進展[3]
納米中藥的制備是研究納米中藥最基礎的,也是最重要的問題。將納米技術引入中藥的研究,必須考慮中藥組方的多樣性、成分的復雜性,例如中藥單味藥可分為礦物質、植類藥、動物藥和菌物藥等,中藥的有效部位和有效成分又包括無機化合物和有機化合物、水溶性成分和脂溶性成分等,因此,針對不同的藥物,在進行納米化時必須采用不同的技術路線。此外,還必需考慮中藥的劑型。納米中藥與中藥新制劑關系十分密切,如何在中醫理論的指導下進行納米中藥新制劑的研究,將中藥制成高效、速效、長效、劑量小、低毒、服用方便的現代化制劑,也是進行中藥納米化所必須考慮的問題。納米中藥是針對中藥的有效成分或有效部位進行納米技術加工處理,開發中藥的新功效。聚合物納米粒可作為藥物納米粒子和藥物納米載體。藥物納米載體系指溶解或分散有藥物的各種納米粒,藥物納米載體包括納米脂質體、固體脂質納米粒以及納米囊和納米球。而對于不同類型的納米中藥,有不同的制備方法。
2.1藥物納米粒子的制備
藥物納米粒子的制備是針對組成中藥方劑的單味藥的有效部位或有效成分進行納米技術加工處理。在進行納米中藥粒子的加工時,必須考慮中藥處方的多樣性、中藥成份的復雜性。
納米超微化技術[4],是改進某些藥物的難溶性或保護某些藥物的特殊活性,適用于不宜工業化提取的某些中藥。如礦物藥、貴重藥、有毒中藥、有效成分易受濕熱破壞的藥物、有效成分不明的藥物。目前比較常用的是超微粉碎技術。所謂超微粉碎是指利用機械或流體動力的途徑將物質顆粒粉碎至粒徑小于10μm的過程。根據破壞物質分子間內聚力的方式不同,目前的超微粉碎設備可分為機械粉碎機、氣流粉碎機、超聲波粉碎機。
機械粉碎法[5]是利用機械力的作用來實現粉碎目的。邊可君等采用自主開發的溫度可控(-30~-50℃)的惰性氣氛高能球磨裝置系統制備納米石決明。將石決明置于配有深冷外套的惰性氣氛球磨罐中,同時裝入磨球,磨球與石決明粉比保持在15:1~5:1范圍,控制高能球磨機的轉速(200~400r/min)和時間(2~60h),獲得了平均粒度不大于100nm的石決明粉末。
氣流粉碎法[6]是以壓縮空氣或過熱蒸汽通過噴嘴產生的超音速高湍流氣流作用為顆粒的載體。顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發生沖擊性擠壓、摩擦和剪切等作用,從而達到粉碎的目的。與普通機械沖擊式超微粉碎機相比,氣流粉碎產品粉碎更細,粒度分布范圍更窄。同時氣體在噴嘴處膨脹降溫,粉碎過程中不會產生很大的熱量。所以粉碎溫升很低。這一特性對于低融點和熱敏性物料的超微粉碎特別重要。世界上首項將納米技術應用于中藥加工領域的納米級中藥微膠囊生產技術,是通過對植物生理活性成分和有效部位進行提取。并用超音速干燥技術制成納米級包囊。利用這項技術生產出的甘草粉體和絞股藍粉體。經西安交通大學材料科學工程學院金屬材料強度國家重點實驗室和第四軍醫大學基礎部藥物化學研究室鑒定,均達到了納米級。其中甘草微膠囊微粒平均粒徑為19nm。這樣的納米粒可跨越血腦障礙,實現腦位靶向[6]。
中藥納米超微化技術既豐富了傳統的炮制方法,又能為中藥的生產和應用帶來新的活力。納米產品目前已成為中藥行業新的經濟增長點。將這項技術應用于中藥行業可以開發具有更好療效、更優品種的納米中藥新產品。這將對中藥行業的發展帶來深遠的理論和現實意義。
2.2藥物納米載體的制備
藥物納米載體的制備主要是選擇特殊的材料,它們應具備以下特征:性質穩定,不與藥物產生化學反應,無毒,無刺激,生物相容性好,不影響人的正常生理活動,有適宜的藥物釋放速率,能與藥物配伍,不影響藥物的物理作用和含量測定;有一定的力學強度和可塑性(即易于形成具有一定強度的納米粒,并能夠完全包封藥物或使藥物較完全的進入到微球的骨架內);具有符合要求的黏度、親水性、滲透性、溶解性等性質。這與所用藥物的性質、給藥方式有關[7]。近年來,可生物降解的高分子載體材料被認為是很有潛力的藥物傳遞體系,因為它們性能多樣,適應性廣,且具有良好的藥物控制性質,達到靶向部位的能力及經口服給藥方式能夠傳遞蛋白質、肽鏈、基因等藥物的性能。常見的高分子材料有淀粉及其衍生物、明膠、海藻酸鹽、蛋白類、聚酯類等。
對于納米中藥載體,目前常用的是納米包復技術[8]。納米包復化學藥品和生物制品的技術在世界藥學領域是最受關注的前沿技術之一。根據待包復的中藥的性質不同,可選取不同的納米包復技術,得到納米中藥。毛聲俊等[9]采用3琥珀酸3O硬脂醇甘草次酸酯作為導向分子,采用乙醇注入法制備了甘草酸表面修飾脂質體,作為肝細胞主動靶向給藥的載體。楊時成等[10]采用熱分散技術將喜樹堿制成poloxamer188包衣的固體脂質納米粒混懸液。陳大兵等[11]用“乳化蒸發—低溫固化”法制備紫杉醇長循環固體脂質納米粒,延長了藥物在體內的滯留時間。
此外,還有乳化聚合法[12]、高壓乳勻法[13]、聚合物分散法等。制備成納米微粒載體系統的中藥多為單一有效成分,如抗肝癌或肝炎藥物:蓖麻毒蛋白、豬苓多糖、斑蝥素、羥喜樹堿、黃芪多糖等;抗感染藥:小檗堿等;消化道疾病藥:硫酸氫黃連素等;抗腫瘤藥:秋水仙堿、高三尖杉酯堿、泰素等;心血管疾病藥:銀杏葉有效成分等;其它還有鶴草酚、苦杏仁苷等。也有將多種中藥成分復合后制備納米微粒載體系統的,如口服結腸靶向給藥系統——通便通膠囊,其主藥成分為3種極性相似的火麻仁油、郁李仁油和萊菔子油的混合油。還有將中藥復合西藥后制備納米微粒載體系統的,如多相脂質體1393,其主要成分為氟脲嘧啶、人參多糖和油酸等;中藥復方“散結化瘀沖劑”浸膏和5氟脲嘧啶(5FU)相結合后制備的磁性微球制劑也屬此列。總之,不同的制備技術和工藝適合不同種類納米中藥的制備。
3問題與展望
盡管目前納米技術的研究進展一日千里,納米技術的飛速發展將有可能使中藥的現代化邁上一個臺階,但是,目前納米中藥的研究尚處于基礎階段,納米中藥的制備技術也很不成熟,有許多問題仍需進一步研究。納米粒制備時,載體材料多為生物降解性的合成高分子,在體內降解較慢,連續給藥會產生蓄積,且降解產物有一定的毒性。另外有毒有機溶劑、表面活性劑的應用都給納米控釋系統的產業化帶來了較大的困難。美國Rice大學生物和環境納米技術中心(CBEN)主任VickiColvin認為至少有兩點需要引起重視:“一是納米材料微小,它們有可能進入人體中那些大顆粒所不能到達的區域,如健康細胞。二是對比普通材料納米量級性質會有所改變”。也就是很有可能在粒徑減小到一定程度時,原本可視為無毒或毒性不強的納米材料開始出現毒性或毒性明顯加強,例如改變納米材料表面的電荷性質,改變納米材料所處的物理化學環境,相同的納米材料可能會出現不同的毒性,納米材料在生物體內可能會出現特殊的代謝情況,并且可能會與某些特定部位的器官或者組織細胞進行作用進而使其帶來某些特而且納米化后中藥有效成分和藥效學的不確定性,將給藥物質量的穩定可控留下隱患。另外納米中藥的范圍應有所限制,當一種中藥粉碎到了納米級時,藥效可能會發生改變,不能為獲得納米微粒而損壞了藥物的有效成分。目前對中藥的微觀研究尚不深入,對其有效成分與非有效成分還認識不清,倉促對其納米化處理有可能得不償失。在目前這個時期,進行商品化的納米中藥生產為時尚早。而應該進行開發納米中藥的制備技術研究并建立一整套納米藥理、藥效和毒理學的理論與系統評價方法。
【參考文獻】
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