纳米技术“以小换大”

纳米尺度-

释放物质的奇异特性

纳米技术已越来越受到科学研究和工业界的关注。研究表明,自21世纪以来,世界上960个最重要的科学研究方向中有89%与纳米技术有关。纳米科学作为跨学科整合形成的前沿基础平台科学,为物理学、材料学、化学、能源科学、生命科学、药理学和毒理学、工程学等七门基础学科提供了创新动力。它已成为人类最具创新性的科学研究领域之一,也是变革性工业制造技术的重要来源

什么是纳米技术?首先,我们必须理解nano。纳米是长度的单位。一纳米相当于一个原子大小的四倍,远小于一个细菌的长度。科学家发现,在纳米尺度上,材料将表现出与宏观尺度完全不同的物理、化学和生物学特性。例如,低强度或脆性合金将获得高强度和高延展性,化学活性低的化合物将成为强大的催化剂,无法激发的半导体将成为高效光源。。。总之,尺度的缩小使纳米材料呈现出不同于宏观材料和单个孤立原子的奇异特性,仿佛它们具有“特殊功能”

在这一科学发现的基础上,人类发展了纳米科学和纳米技术。纳米科学以0.1-100nm尺度的物质为研究对象,探索其独特的物理、化学、生物性质和功能;纳米技术是在这个空间尺度上操纵原子和分子,加工具有特定功能的材料和制造设备。科技革命提供了新的工具,深刻地改变了人与自然的关系。纳米技术通过在纳米尺度上的精确操作来调节材料的性能,赋予纳米材料理想的机械、化学、电学、磁学、热学或光学性能,并使这些新型纳米材料广泛应用于传统和新兴的工业制造领域

纳米材料-

提高生产和生活质量

纳米材料已广泛应用于工业制造领域。在传统的机械制造业中,纳米材料被用作机械零件的表面涂层或润滑剂,以减少磨损并延长机器的使用寿命。在航空航天制造业中,重量轻、强度高的纳米结构合金是制造飞机机身、过滤、防振和防火部件的理想材料。在电子信息产业中,纳米技术的应用将有助于克服以强场效应和量子隧穿效应为代表的物理限制以及以功耗、散热和传输延迟为代表的技术限制,制造基于量子效应的新型纳米器件,推动高性价比制备技术的发展。在轻工业领域,人们日常使用的防晒霜的主要成分是纳米二氧化钛或氧化锌,而纳米纤维则用于制作抗皱、防污和抗菌的衣服,以及各种运动用品,如网球拍、自行车、,etc

在生态文明建设、促进节能减排和低碳发展方面,纳米技术作为一个多学科领域,可以显著促进替代能源的发展,提高能源效率。在石化工业中,金属、氧化物、碳和其他化合物的纳米颗粒是良好的催化剂。它们在炼油、生物燃料制造和其他领域有着重要的应用。它们可以显著提高燃料的燃烧效率,减少污染和能源消耗。在清洁能源领域,利用纳米材料开发制造低成本固态太阳能电池、高性能充电电池(包括超级电容器)、温差电池、燃料电池等;高效纳米储能材料和热电转换材料是新能源材料的主要发展方向,这将对解决日益突出的能源问题起到重要作用

使用纳米环境技术可以显著减少现有重污染源对环境的破坏,提高人类生存的环境质量,实现材料、水和空气的良性循环。例如,纳米颗粒可以通过化学反应有效降解印染、电镀等工业废水中的污染物,纳米纤维可以有效吸附空气中的污染物颗粒,缓解汽车尾气、工业尾气和家居装饰造成的空气污染,二硫化钼膜能有效实现盐水淡化,多孔纳米材料可以像海绵一样吸收水中的重金属和浮油等有毒物质

纳米医学-

改善生活和健康福祉

作为医疗卫生科技成果转化的重点课题,纳米技术在生物医学、药学等生命科学领域有着重要的应用,对疾病的诊断和治疗有着深远的影响,具有重要的社会和经济前景

迄今为止,纳米技术在生物医学领域有着许多令人瞩目的成就和广阔的应用前景。纳米孔基因测序技术利用电场驱动单链DNA穿过薄膜上的纳米孔,并记录孔上的电流变化,从而识别单链上的基因编码序列。这项技术有望大大降低基因测序的成本,提高测序速度。纳米给药技术与传统药物相比具有显著的优势。它可以使药物突破化学、解剖学和生理学的障碍,到达病变组织,促进药物在病变部位的聚集,减少对健康组织的损伤。例如,精心设计的纳米药物可以通过血管渗漏点渗入癌组织并在靶点聚集,从而提高癌症靶向治疗的准确性。近年来,药物缓释纳米机器人的研究与开发成为该领域的一大突破。这种新型的智能药物输送系统将药物装入程序化和折叠的DNA中,并通过血液循环进行运输。一旦到达目标肿瘤,DNA就会展开并释放一种蛋白质,这种蛋白质会导致血栓形成,杀死癌细胞。这项技术已经在小鼠身上进行了试验,并在治疗乳腺癌方面发挥了积极作用。它有望开创纳米医学的一个新领域。新型冠状病毒肺炎新型冠状病毒肺炎正在纳米技术中用于预防和检测新的冠状病毒肺炎。P>

在预防和控制疫情方面发挥了重要作用。p>

在医疗防护方面,静电纺丝技术制备的纳米直径聚合物长丝具有孔径小、纤维均匀性好的特点。用该材料制成的纳米口罩经过100次清洗后,可保持99%以上的病毒过滤效果。这种材料也可用于制造医疗防护用品,如防护服和手套。纳米技术也被用于病毒检测。2019冠状病毒疾病的临床诊断主要依靠酶联免疫吸附试验、化学发光法和纳米金法。酶联免疫吸附法和化学发光法可用于定量检测,但缺点是反应时间长。纳米胶体金检测方法是一种实时检测方法。与前两种检测方法相比,该方法具有检测速度快、检测场地无限、对操作者专业要求低等优点。更适合“后流行期”。在治疗方面,传统抗病毒药物稳定性差,生物利用度低,易产生耐药性。纳米制备技术修饰抗病毒药物可以有效提高药物的稳定性、靶向性和生物利用度。相信纳米抗病毒药物在不久的将来将在防疫防疫工作中发挥巨大作用

纳米技术已经引起了全世界的关注,被视为引领科技发展、推动新产业革命的重要学科。进入21世纪,世界主要经济体制定了与纳米技术相关的发展计划,不断增加投资,促进了纳米技术的快速发展。中国一贯高度重视纳米科学研究和技术开发,已成为推动世界纳米科技发展的主要力量之一。纳米技术已广泛应用于中国的信息技术、人工智能、量子技术、新能源、新材料、化学催化与绿色制造、大健康与新医学、脑科学、深海、深空等领域。它已成为推动中国科技创新和产业改革的新引擎,在经济社会发展和人民生活改善中发挥着越来越重要的作用

我们应该抓住科技前沿跨越式发展的历史机遇

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