第一情报 ---材料工业

2005年关键纳米技术及问题

供稿人:卞志昕  供稿时间:2006-1-25   关键字:纳米  2005  环境  自组装  锂电池  太阳能  
《技术评论》摘取了5项在2005年中的纳米技术与材料科学方面最重要的先进技术,以及存在的主要问题——其将决定整个领域的未来。
 
从太阳中吸取能量
油价的提升和全球变暖的恐惧重新点燃了可替代能源的寻找工作。虽然《技术评论》不断在报道使用核能作为清洁能源的接受度正在增加,但同时也关注到一些领先的纳米技术将为更实用的太阳能利用铺平道路。Konarka of Lowell推出“roll-to-roll”solar cell technology,就是以含纳米粒子的薄膜制造。且其制造的电池与传统电池效能也不同,它们是用更便宜的工艺制作的。低价且电池的灵活性,使太阳能可在更多场合使用,包括建筑窗户和帐篷、手提包的纤维等。另外,还有利用纳米线获取太阳能的报道,这将比廉价电池的效率更高。
 
锂经济
轻质锂电池不适宜聚集在一起用于高能场合,例如无电线钻井和混合汽车。现在,由于计算机模型可确定有希望的新型电池材料,所以今年我们看到了锂离子电池堆用于无电工具,在2006年,其将带来更多应用,并朝着更轻、更强有力的混合汽车前进。此外,锂电池由于不存在氢的供给问题,在未来的汽车工业中将与燃料电池有着激烈竞争。
 
自组装设备
纳米技术的梦想是“一罐”合成:组合原始材料,混合,加热,以及纳米部件的工作设备。由于今天的半导体工业中的高温反应,这样的合成不需要更多的能源。还能减少有害溶剂使用,和有废材料的产生。同时,还比较廉价。MIT的Angela Belcher直接进化病毒并发酵,使自组装成为可能。另外,也有希望使用硅藻属作为纳米设备的模板的报道。在2005年12月/2006年1月的技术评论杂志上,还有使用纳米机械组装单分子存储设备的报道。
 
纳米医药
今年在灵敏纳米传感器方面具有突破,纳米传感器能够使疾病还能被治疗的初期就被检测出来。哈佛化学教授Charles Lieber和Xiaowei Zhuang描述了纳米线能用于检测单滤过性病毒粒子。这种检测器可几乎在一次检测中立刻筛选出100种不同病毒。
 
纳米传感器还能发现早期癌症,比现有的测试更精确。高灵敏度意味着只需要一小滴血样本,只相当于糖尿病人戳指检测葡萄糖水平的量。无论是快速确定其治疗的需要还是放松病人的精神,这种测试对于具有家族病史的人来说,可以认为是无价的新方法。而且这种测试本身非常便宜,并可以在药店柜台买到,方便使用。
 
纳米级粒子可作为癌症检测、成像、靶向和个性化处理的核心传输设备。其还具有潜在的转换癌治疗,杀死癌细胞,同时消除常规化学疗法和放射疗法的副作用。Michigan大学的James Baker教授已发展了一种传输系统,将于明年进行人体试验。
 
通用存储器
当自组装能转变计算机生产时,早期应用将是新的纳米粒子和现存制造工艺相结合的混合方法。这条工艺路径是由Nantero——一家制造所谓通用存储器的公司——所进行的。这种型号的计算机存储器不需要连续能源,也能存储信息,类似于数码相机的闪卡,同时存储快速,就像PC里的存储器。Nantero技术将纳米管结合进传统半导体制造工艺中。实际产品将于2006年问世。
 
纳米和环境
纳米技术跨越了技术障碍,但最终它的成功与否还取决于是否能被消费者接受。这就是说要使公众确信纳米材料是安全的。使纳米科技如此吸引人的地方在于:在纳米级上出现的新性质和巧妙改进这种性质的能力,而带来的结果是如果消除这种新物质对环境、包括人体带来的影响。今年,纳米材料对环境和健康的作用已有了更大程度的研究。许多纳米科技支持者认为,来年将是展示研究者和工业认真考虑安全问题机会的临界期,也将是发现和处理现存问题的时间。然而,无论2006年是否继续增加相关机构、公司和资金,这种忽视仍将是一个公开的问题。

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