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纳米技术的热点和难点

已有 7821 次阅读 2010-10-16 11:28 |个人分类:纳米粉体|系统分类:科研笔记

关于纳米材料研究可以说是非常热门,学术科研泡沫也是泛起。

但是有几个基本问题却从未很好解决,根据自己研究经验和分析,对此笔者形成了一些理论见解,与朋友讨论,我归结为如下三点:

第一,纳米粉体材料的化学来源,目前为止,文献报道已经制备了很多种纳米粉体材料和组合微观结构,但是技术的难点,也可以说核心技术是既包括两个方面。一方面是制备过程,另一方面是保持纳米材料的高活性(也即分散性)问题。这一问题是一个硬币的两面,两者密不可分。总结了多种纳米粉体研究的结果后,笔者提出纳米材料来源于一个有序的前驱体结构或者有序的分子链(特定分子量的无机或有机高分子结构),这是其化学本质微观结构,但是仅有此微观结构是不够的,这只是必要条件,另一个充分条件是制备过程具有空间阻隔剂,对纳米固相核心起到分隔作用,这些阻隔剂包括气体、液体溶剂和固体挥发物质等,只有这两者都满足才可以获得纳米粉体。

第二,纳米材料现象和热力学定律关系,以前德国的科研工作者提出了,从能量角度看,纳米材料为何能存在的问题?因为比表面能很高,稳定存在很困难。笔者研究发现,实际纳米材料与热力学三大定律不违背的,也符合普利高津的能量耗散结构理论。纳米材料制备过程一般来说是耗能很大,这实际是其高比表面能的来源,当然能量利用率高低不同方法差别很大。能量在这一过程是守恒的,符合热力学第一定律;又因为需要外部的特定条件,才能获得纳米粉体,这一过程不是自发的,所以也不违背热力学第二定律。

第三,纳米材料自组装self-assemble和特定微结构问题,这是一个研究者热炒的课题,像nano letter(笔者受邀参加其十周年会)、nano today和nature nanotechnology等杂志近年连篇累牍报道此类论文而备受热捧,但我认为应当理智看待这类研究。实际这些结构最主要的问题在于化学和物理结构性质的一致性(也包括其起始的分散性),如果不能实现纳米微观结构和化学性质的一致性,自组装self-assemble和特定微结构是靠现有化学和材料工艺方法无法实现的(巧妇难为无米之炊),而用原子探针实现纳米材料机械式自组装还需要技术进步;换句话说,只要所制备纳米材料和特定微观结构达到化学和物理性质一致均匀,自组装它不是技术的最关键步骤。

      总之,笔者认为在纳米材料领域纳米材料的制备和一致性控制(包括分散性)是纳米科技时代的技术物质基础,是真正的核心技术。在相关国际刊物特邀评论中笔者强调了此观点。就像我们国内在很多技术集成上日臻完善,但那并不意味着我们居于技术最高层,而那起着控制作用。



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