50年代末，美國著名物理學家R ichard P. Feyn-man曾經(jīng)設想“如果有一天能按人的意志安排一個個原子和分子，將會產(chǎn)生什么樣的奇跡? ”他提出逐級地縮小生產(chǎn)裝置，以致最后直接由人類按需排布原子以制造產(chǎn)品。這在當時只是一個美好的夢想。然而，隨著時間的推移和科學技術的日益發(fā)展，這個夢想正在逐漸地變成現(xiàn)實。進入60年代后，人們就開始對分立的納米粒子進行了真正有效的研究；70年代末，德雷克斯勒成立了NST ( NanoscaleSc ience& Techno logy) 研究組；1984 年德國科學家G leiter首先制成了金屬納米材料，同年在柏林召開了第二屆國際納米粒子和等離子簇會議，使納米材料成為世界性的熱點之一；1990年在美國巴爾的摩召開的第一屆NST 會議，標志著納米科技的正式誕生；1994年在德國斯圖加特舉行的第二屆NST會議，表明納米材料已成為材料科學和凝聚態(tài)物理等領域的焦點。近年來，世界各國先后對納米材料給予了極大的關注，對納米材料的結構與性能、制備技術以及應用前景進行了廣泛而深入的研究，并紛紛將其列人近期高科技開發(fā)項目。2004年度納米科技研發(fā)預算近8.5億美元，2005年預算已達到10億美元，而且在美國該年度預算的優(yōu)先選擇領域中，納米名列第二位�，F(xiàn)在美國對納米技術的投資約占世界總量的二分之一。
在納米技術領域投資較大的國家還有：歐盟(約15% )、日本(約20% )、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、中國、韓國、以色列、新加坡等國。盡管中國的納米材料研究起步比較晚，始于20世紀80年代末，但在“八五”期間已將“納米材料科學”列人國家攀登項目。此后, 國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目, 國家863計劃、973計劃新材料領域也對納米材料有關高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。通過國家攻關計劃、863計劃、973計劃的實施, 我國在納米技術研究方面己投人了大量的人力和物力。自2001 年到2002 年間, 共資助項目545項, 其中50 萬以上的項目102項。在基礎研究和應用研究方面, 500萬以上的項目26項, 資助的總經(jīng)費大約3. 6億元, 加上社會資金對納米材料產(chǎn)業(yè)化的投人, 總投人約12億元。在國家各項科技計劃的支持下, 我國納米材料及納米科學技術已經(jīng)取得了比較突出的成果。
自70年代納米顆粒材料問世以來, 80年代中期在實驗室合成了納米塊體材料, 至今已有30多年的歷史, 但真正成為材料科學和凝聚態(tài)物理研究的前沿熱點是在80年代中期以后。因此, 從其研究的內(nèi)涵和特點來看大致可劃分為三個階段。
第一階段( 1990年以前)主要是在實驗室探索,用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體, 合成塊體(包括薄膜), 研究評估表征的方法, 探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。1984年, 格雷特采用氣體冷凝方法, 制備成功鐵納米微粉。隨后, 美國、德國和日本科學家先后制成多種納米材料粉末及燒結塊體材料, 開始了納米材料及技術的研究時代。對納米顆粒和納米塊體材料結構的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料, 國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。
第二階段( 1994 年前)人們關注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能, 設計納米復合材料, 通常采用納米微粒與納米微粒復合, 納米微粒與常規(guī)塊體復合及發(fā)展復合材料的合成及物性的探索, 一度成為納米材料研究的主導方向。1993年《自然》的副主編曾預言“以單電子隧道效應為基礎設計的單電子晶體管可能誕生在下一世紀的初葉”, 他的預見發(fā)表不到2年, 日本率
先在實驗室研制成功納米結構的三級管, 緊接著美國的普度大學也在實驗室研制成功納米結構的晶體管。1995年超低功耗和高集成的納米結構單電子三級管在美國研制成功, 使人們對于納米結構的研究對誕生下一代量子器件的重要性有了進一步認識。
第三階段(從1994 年到現(xiàn)在)納米組裝體系。人工組裝合成的納米結構的材料體系越來越受到人們的關注, 已成為納米材料研究的新的熱點。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(zhì)、異相和不同性質(zhì)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。國際上, 把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無序地排列。如果說第一、二階段的研究在某種程度上帶有一定的隨機性, 那么這一階段研究的特點更強調(diào)人們的意愿設計、組裝、創(chuàng)造新的體系, 更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。
在納米技術領域投資較大的國家還有：歐盟(約15% )、日本(約20% )、俄羅斯、澳大利亞、加拿大、中國、韓國、以色列、新加坡等國。盡管中國的納米材料研究起步比較晚，始于20世紀80年代末，但在“八五”期間已將“納米材料科學”列人國家攀登項目。此后, 國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目, 國家863計劃、973計劃新材料領域也對納米材料有關高科技創(chuàng)新的課題進行立項研究。通過國家攻關計劃、863計劃、973計劃的實施, 我國在納米技術研究方面己投人了大量的人力和物力。自2001 年到2002 年間, 共資助項目545項, 其中50 萬以上的項目102項。在基礎研究和應用研究方面, 500萬以上的項目26項, 資助的總經(jīng)費大約3. 6億元, 加上社會資金對納米材料產(chǎn)業(yè)化的投人, 總投人約12億元。在國家各項科技計劃的支持下, 我國納米材料及納米科學技術已經(jīng)取得了比較突出的成果。
自70年代納米顆粒材料問世以來, 80年代中期在實驗室合成了納米塊體材料, 至今已有30多年的歷史, 但真正成為材料科學和凝聚態(tài)物理研究的前沿熱點是在80年代中期以后。因此, 從其研究的內(nèi)涵和特點來看大致可劃分為三個階段。
第一階段( 1990年以前)主要是在實驗室探索,用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體, 合成塊體(包括薄膜), 研究評估表征的方法, 探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。1984年, 格雷特采用氣體冷凝方法, 制備成功鐵納米微粉。隨后, 美國、德國和日本科學家先后制成多種納米材料粉末及燒結塊體材料, 開始了納米材料及技術的研究時代。對納米顆粒和納米塊體材料結構的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料, 國際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。
第二階段( 1994 年前)人們關注的熱點是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學和力學性能, 設計納米復合材料, 通常采用納米微粒與納米微粒復合, 納米微粒與常規(guī)塊體復合及發(fā)展復合材料的合成及物性的探索, 一度成為納米材料研究的主導方向。1993年《自然》的副主編曾預言“以單電子隧道效應為基礎設計的單電子晶體管可能誕生在下一世紀的初葉”, 他的預見發(fā)表不到2年, 日本率
先在實驗室研制成功納米結構的三級管, 緊接著美國的普度大學也在實驗室研制成功納米結構的晶體管。1995年超低功耗和高集成的納米結構單電子三級管在美國研制成功, 使人們對于納米結構的研究對誕生下一代量子器件的重要性有了進一步認識。
第三階段(從1994 年到現(xiàn)在)納米組裝體系。人工組裝合成的納米結構的材料體系越來越受到人們的關注, 已成為納米材料研究的新的熱點。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(zhì)、異相和不同性質(zhì)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。國際上, 把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結構的體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無序地排列。如果說第一、二階段的研究在某種程度上帶有一定的隨機性, 那么這一階段研究的特點更強調(diào)人們的意愿設計、組裝、創(chuàng)造新的體系, 更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。
