1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了部级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
（1）发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了部级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
（2）新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。
（3）发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。
在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。
另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。
（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。
在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。
（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。
（3）就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。
Trends in Nanophysics
Theory, Experiment and Technology
2010, 379 p.
Hardcover
ISBN9783642120695
A. Aldea等著
本书源自2009年8月于罗马尼亚锡比乌召开的“纳米物理进展――理论、实验、技术”研讨会上的报告。该会议的目的是促进相关领域的专家就最近纳米物理和技术方面进行交流，同时也为更多年轻的科研人员和来自发展中国家的科研人员创造开拓视野的机会。
本书分为6个部分。第一部分为有序原子尺度结构，含2篇文章：1.有序原子尺度结构的组装及表征；2.类似一维结构在对称性方面的计算纳米力学。该部分选了几个例子，采用扫描隧道显微镜就原子态和超分子自组装进行了研究，并对诸如纳米管、纳米带等纳米物质的力学性能进行了研究。第二部分为纳米线的生长和性能。含2篇文章：1.介绍了一种纳米特异性薄膜材料――雕塑薄膜，对其光、热、化学以及生物方面的应用进行了介绍；2.GaN、InN纳米线：生长以及光电性能。第三部分介绍了纳米结构的传递现象，含4篇文章，1.金属和超导双结阵列中的电子和热传导；2.弹道晶体管；3.纳米器件应用于量子点的电子散射R-矩阵方法；4.拉廷格液体中的分数电荷。该部分对于研究在集成电路的半导体器件的纳米结构传递现象等起到重要作用。第四部分为纳米结构的光学性能，含2篇文章，1.源自表面拉曼极化声子的近场光学力场：理论与实验研究；2.纳米结构的等离子体谱学：流体动力模型。第五部分磁性纳米相和磁性与非磁性纳米复合物，含4篇文章，1.磁性纳米物质的微波频率；2.永磁性纳米物质；3.铁基纳米颗粒的磁性构型和弛豫：穆斯波尔普研究方法；4.伽马辐射原位合成Ag/PVP纳米复合。该部分就目前研究热点以及方法表征进行了详细的介绍，对于研究磁性材料的学者具有重要意义。第六部分，纳米尺度下的纳米流体。对于在流体里分散磁性纳米粒子的表征是必须的，主要由这种复杂磁性体系特殊用途决定的。含2篇文章：1.教授介绍了在溶液中磁性纳米粒子动态聚集以及其对于流体流变力学方面的影响；2.综述了在湍流经典和量化流体领域的纳米物理现象。
本书就纳米物理领域的实验和理论问题进行了系统的综述，内容丰富，对于了解该领域的发展和动向是不可多得的资料。
赵宇飞，博士生
（北京化工大学）
[关键词]石油工程 课程 教学 改革 探索
前言
中国文化最高深意之所在，在于“中国人所谓通天人合内外，亦可谓即是自然与人文之会合”[1]。中国儒家好言人道，即人文，缘于儒家经典《周易》之“观乎人文，以化成天下”。现在我国所提倡的“以人为本”的科学发展观，可谓与我国传统学说是一脉相承的。教学必须以人为本，对于自然科学及工程技术领域的教学，在强调理论的同时，除了要与实践相结合外，还要与人文会合。作者从事高校教学和科研工作二十多年，恰逢盛世，有幸参与学样的教改研究及“大学生创新性实验”。现以曾讲授过的石油工程专业课《油田化学》、《钻井液工艺原理》及其专业基础课《胶体与表面化学》等课程为例，结合相关课程以及目前已完成的“大学生创新性实验”以及教学改革项目，探索高校专业课及专业基础课的教改思路。
一、专业及专业基础课程
《油田化学》是石油工程的专业课程之一，是研究油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及原油集输等过程中的化学问题的科学。油田化学其实由钻井化学、采油化学和集输化学三部分组成，以无机化学、有机化学、物理化学、胶体化学、表面化学、高分子化学等基础化学为理论基础，通过各种类型的油田化学剂来解决油气钻进过程中遇到的复杂问题，改造油层及油水井，改善原油在管道中流动状况，以及分离油气水，提供高品质原油，减少油田采出水对环境的污染。虽然这三个部分是不同的体系和过程，十分复杂，并且有各自的发展方向，但是它们又是相互关联的，绝大多数体系属于或涉及到胶体分散体系（属于纳米技术的范畴）。
《大学》八条目，以格物致知为先。朱子《大学格物补传》有，因其已知之理而益穷之。虽然石油工程本科生开设了《胶体与表面化学》等基础课，但实际使用的教材中，胶体理论知识部分中所讲述纳米材料较少，内容较少，且与实际结合得不够，讲授时安排的学时也很少。其实自从进入21世纪以来，纳米技术日新月异，已经影响到我们日常生活的方方面面。因此，我们追踪了相关学科在纳米技术方面的研究热点及其发展方向，补充讲稿，完善教案。尽量做到理论联系实际，培养学生们的学习兴趣，提高他们的学习积极性。
二、纳米技术
纳米是长度计量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于10个氢原子一个挨一个排列起来的长度。纳米材料涉及凝聚态物理、化学、材料和生物等领域，被公认为21世纪重点发展的新型材料之一。纳米材料现已发展到人工组装合成有纳米结构的材料。
纳米技术在油田化学中经常用于钻井液完井液的暂堵剂以保护油气层，在油田采出水处理中可以利用纳米材料的光催化作用，将采油污水中的油和高分子进行光催化和光降解，使其达到回注地层及外排的水质要求。利用纳米技术甚至可以从水和空气中清除细微污染物，从而提供更清洁的环境和更高质量的水。
三、教改探索
（一）教学探索
作者将自己平时积累的学习及科研经验，应用到不同层次的教学中。在本科教学中，先侧重基础知识讲解，然后再讲授胶体的各种性质。在给硕士生讲授《现代钻井液技术》以及给博士生讲授《高等胶体化学》时，作者也将纳米技术等先进技术引入进来。针对学生们将来的工作，要求学生了解各油田的情况，使每一位学生能更快更好地了解未来的工作。
在本科生教学过程，针对纳米材料的特性引入学生感兴趣的话题，从而提高学生们的学习兴趣。例如，金红石型纳米二氧化钛可用作涂料，涂层粗糙度小，表面光滑细腻；而锐钛矿型纳米二氧化钛可以防紫外线，可用在遮阳伞的防紫辐射。女生们比较感兴趣的话题是引入纳米材料的化妆品，有同学提到互联网上的天价纳米金护肤品的广告。作者在讲解到《胶体化学》中溶胶的光学性质时，以多媒体的形式向学生进行展示金溶胶的颜色。金溶胶粒子逐渐减小时所对应的颜色从红色到蓝色，其实可以呈现出不同的颜色；而金属银在50～60纳米时，也可以呈现黄色。学生们看了PPT后一目了然，除了不会再受不实广告宣传影响外，对本课程的学习更加投入了。此后提问的学生多了，学习的积极性得到普遍提高，学生们的期末考试成绩普遍好于往届。对硕士生及博士生的要求则要求更高一些，除了要求他们对日常生活中所涉及的纳米技术有所了解外，还要求他们能够结合专业知识，研制出可用于石油工程专业领域的纳米材料。
在针对来自现场的学生进行培训时，作者则是与学生多互动，既了解了各油田的研究现状，又针对一些具体问题提供参考意见。例如，在讲解部分黏土矿物对采油工程的影响时，特别提到在深部地层的油层有时会存在绿泥石，而绿泥石中可能有一定含量的铁元素，在进行强化采油时，不适宜采用酸化作业来提高原油采收率。一些培训的同学曾在某油田承担过两项酸化作业，但在施工后却发现油井产量非但没有上升，反而下降了。经学习后发现，就是由于未进行黏土矿物的组成分析。
（二）创新探索
在“大学生创新性实验”中，作者与本科生一起完成了“钻井液用超细颗粒的研制”。在近一年的研究过程中，本着“学不厌，教不倦”的精神，不以师自居，鼓励学生多动手进行实际操作的同时检索文献。用孔子的五步学习法启发学生：博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之[2]。与研究生们一起研制出了多种钻井液用超细颗粒，并获得黑龙江省石油学会优秀论文三等奖。在学校的教改项目中，作者还与其他师生一起共同学习和共同实践，圆满完成了工作任务。
四、结论
钱穆先生曾说：教与学平等，共一业。师与弟子亦平等，共一生命。教者学者在其全人生中交融为一，始得谓之是教育[1]。作者一直认同钱穆先生的“能于教者中得一学者，则成为一不寻常之师。终其身惟有一大事业斯曰学”。孔子也说过：后生可畏，焉知来者之不如今。我等虽是教者，但应以学生为本，同时也以学习为终生职业。
[参考文献]
[1]钱穆.现代中国学术论衡.第二版.北京：三联书店.2005年.p38-60.
【关键词】 卡瓦;脂质体;稳定性
Abstract:Objective To prepare the kava?loaded lipid nanoparticles from Piper methysticum and study their stability.Methods Kava?loaded lipid nanoparticles were prepared by rotary?film evaporation method, and their appearance, size and stability were observed.Results Mean size, polydispersity index,Zeta potential, and entrapment efficiency of kava?loaded lipid nanoparticles were 99.7 nm, 0.321,-33.9 mV, and 83.32%, respectively. Their appearance, size and entrapment efficiency showed no obvious changes after storage at 4℃ for 60 days. Conclusion The kava?loaded lipid nanoparticles have high entrapment efficiency, uniform particle size and good stability. The present study provides the experiment evidence for the development of novel dosage form of kava.
Key words: Piper methysticum (kava);lipid;stability
植物提取物卡瓦油是从南太平洋岛屿盛产的胡椒科植物卡瓦(Piper methysticum)的干燥根中提取出来的植物生理活性成分。卡瓦油是一种良好的抗抑郁药，具有镇静催眠、抗真菌、抗血栓生成、抗疲劳、减肥、松弛肌肉等作用，在全球范围内受到广泛的关注[1?2]。但是卡瓦油的水溶性差，生物利用度低，目前尚没有研制出理想的卡瓦药物制剂，严重影响其广泛使用。脂质体纳米颗粒是极具潜力的给药载体，不仅能运载亲油性药物，还能运载亲水性药物，同时还可作为药物的储库，增加药物在皮肤的滞留量和滞留时间[3?4]。脂质体纳米颗粒制备简单，可多途径给药，易于规模化生产。有关卡瓦脂质体纳米颗粒制备及其稳定性研究目前尚未见有关报道，本文以卡瓦油为模型药物来考察脂质体纳米颗粒的制备及其物理稳定性。
1 资料和方法
1.1 一般资料
SPA?400型原子力显微镜(日本精工公司);3000HS型Zetasizer分析仪(英国Malvern公司);vc 130型探头式超声处理机(美国Sonics&Materials公司);DU?800型紫外可见分光光度计 (德国Beckman公司);Re?300型旋转蒸发仪(英国Stuart公司)，卡瓦(陕西三原天域生物制品有限公司提炼厂);大豆磷脂(美国 Avanti公司) ;胆固醇(美国sigma公司);Sephadex G?75(Pharmacia);其余试剂均为分析纯，实验中用水均为超纯水。
1.2 方法
1.2.1 卡瓦脂质体纳米颗粒的制备与表征 参照文献[5] 方法，并加以改进。称取卡瓦油10 mg、胆固醇40 mg、大豆磷脂100 mg置于圆底烧瓶中，加入体积比为5∶1的氯仿与乙醇混合液15mL溶解，于旋转蒸发器上减压蒸发除去氯仿和乙醇。加入60g/L葡萄糖液5 mL作为分散介质，得脂质体初混液，冰水浴超声10 min，制备包载卡瓦的脂质体纳米制剂。取少许颗粒加水混匀稀释，取样滴于云母片上，自然干燥后，利用原子力显微镜表征脂质体纳米颗粒形貌。载药的脂质体纳米颗粒的平均粒径、粒度分布、多分散系数以及Zeta电位通过Malvren Zetasizer 3000HS分析仪测定。
1.2.2 卡瓦脂质体纳米颗粒包封率的测定 (1)紫外光谱扫描：将卡瓦油、卡瓦脂质体纳米颗粒和空白脂质体分别用甲醇?水混合液溶解稀释后，在300～500nm处扫描，卡瓦油、卡瓦脂质体纳米颗粒在360nm处有强吸收，空白脂质体在该波长范围无吸收。(2)标准曲线绘制：用甲醇配制60、50、40、30、20和10μg/mL卡瓦溶液，在 300～500nm处扫描，以360nm处的吸光度值及对应的浓度线性回归，绘制标准曲线。(3)包封率测定：移取卡瓦纳米制剂1mL过Sephadex G?75柱分离(以超纯水为洗脱剂)，收集脂质体馏分，加入甲醇溶解并定容，测定吸光度值(条件同标准曲线)，计算卡瓦含量。另取对应的卡瓦纳米制剂1mL直接加入甲醇溶解后测定卡瓦的含量。两者相除得包封率。
1.2.3 稳定性实验考察 将制备的卡瓦脂质体纳米颗粒于4℃密封储存60d。每隔20d检查纳米制剂的外观形态、平均粒径、Zeta电位、多分散指数和包封率。
1.3 统计学处理
数据以均数±标准差
2 结果
2.1 卡瓦脂质体纳米颗粒的特性表征
本文制备的卡瓦脂质体纳米颗粒为浅黄色的物质，Zeta电位为(-33.9±2.3)mV，脂质体纳米颗粒的原子力图见图1，制备出来的脂质体纳米颗粒都为较完整的球形，分散性好，颗粒粒径较均匀。颗粒的平均粒径为(99.7±7.6)nm，多分散系数为0.321±0.011，粒径分布如图2 所示，粒径分布范围较窄，粒径分布范围为(13～199)nm，其中小于67nm占97%，颗粒大小基本上与原子力图吻合。
图1 卡瓦脂质体纳米颗粒的原子力图
2.2 包封率
2.2.1 标准曲线 不同浓度卡瓦溶液对应的吸收光谱如图3所示。以360nm处吸光度值(A)及对应的浓度(c)作线性回归，绘制标准曲线，见图4，标准曲线回归方程为：c(μg/mL)=50.3A-0.0196，γ=0.9993。
图2 卡瓦脂质体纳米颗粒的粒径分布图 图3 不同浓度的卡瓦溶液对应吸收光谱图 图4 卡瓦标准曲线
2.2.2 包封率测定 脂质体纳米颗粒对脂溶性药物的包封率较高，达到(83.32±0.34)%。
2.3 稳定性检测
卡瓦脂质体纳米颗粒以葡萄糖水溶液为分散介质，在4℃条件下放置60d后未见分层、絮凝，外观和色泽均无明显变化。卡瓦脂质体纳米颗粒储存 20、40及60d后，平均粒径、Zeta电位、多分散指数和包封率4个检测指标的检测结果与保存前无明显区别，差异表1 卡瓦脂质体纳米颗粒稳定性检测结果均无统计学意义(P>0.05)，这说明卡瓦脂质体纳米颗粒在较长的时间内能保持良好的稳定性。
3 讨论
脂质体纳米颗粒是一类极具开发潜力的药物载体,其突出的优越性越来越为制剂学界所关注，已广泛应用于肿瘤治疗、基因治疗、眼部疾病治疗等诸多医学领域[4]。但脂质体纳米颗粒用于植物提取物制剂的开发研究鲜见报道。脂质体纳米颗粒有双分子层所形成的疏水腔和亲水性外帽，可将难溶于水的药物以纳米级包埋于脂质体的疏水腔内，极大提高了药物的溶解度[4?5]。卡瓦具有较强的亲脂性，以脂质体作为载体将其包裹于脂质体纳米颗粒的疏水腔内，制成的纳米制剂能有效增强其在水中的溶解度。本研究制备的卡瓦纳米制剂性质优良，包封率高，放置60d后纳米粒外观、粒径、多分散指数及包封率无明显变化，具有良好的稳定性，为难溶于水的植物提取物卡瓦开发理想新型载体提供了实验依据。
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关键词：纳米技术及其相关产业；概念界定；体系辨识。
当前，“发展纳米技术及其相关产业”这一口号，已被提升到实现中国梦苏州篇章、苏州实施创新引领战略进而华丽转身的重大战略高度，那么什么是纳米技术及其相关产业，搞清楚这一问题，则无论对于苏州的决策者、研究者还是实践者来讲，都具有重要的建设性意义。
去年，我们在执行一项有关促进苏州市纳米技术及其相关产业发展的重大软科学课题时，首当其冲地遭遇到这一问题。通过文献检索与分析，我们发现，由于纳米技术及其相关产业纷繁复杂，纳米科学技术界尚未对该一问题形成共识；同时，社会科学理论界卷入纳米领域研究较少，可资借鉴的成果太少。然而，这一问题的解决将直接影响到我们研究项目的进一步履行，为此，我们设立了一个研究子课题，本文即是该子课题研究成果，在此抛砖引玉，期望不仅对苏州市，也对国内其他正在促进纳米技术及其相关产业发展的地区起到启迪作用。
一、什么是纳米技术及其相关产业
要搞清楚纳米技术及其相关产业首先要理解纳米与纳米尺度范围，以及纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义，本节我们将据此入手，进而界定纳米技术及其相关产业的概念。
1.纳米与纳米尺度范围
纳米（Nanometer，缩写nm）是计量学中的长度单位。1纳米（nm）等于10-3微米（mm），等于 10-6毫米（mm），等于 10-9米。1—100纳米（nm）被纳米学界公认确定为纳米尺度。 通过不同物体相对尺度大小比较（见图1）及纳米尺度范围内常见球形物体大小比较（见图2），可以加深对于纳米及纳米尺度范围概念的理解。
2.纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义
科学家发现，当物质小到1 ～100纳米时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，物质的很多性能将发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，又不同于单个孤立原子的奇异现象（白春礼，2001）。即在原子、分子及纳米尺度上，物质表现出极其新颖的物理、化学和生物学特性，该特性能被人类学习、掌握、控制和利用，从而使得人类社会现存的一切发生翻天覆地的变化。
3. 国外科学家如何理解与解释纳米技术
看一看国外科学家如何理解与解释纳米技术或许对我们会有很大帮助，以下是国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释（转引自彭练矛，2011）：
“The term nanotechnology means different things to different people. It used to cover anything from making microelectromechanical systems （MEMS） to creating designer proteins.”
“Whatever we call it， it should let us
—— Get essentially every atom in the right place.
—— Make almost any structure consistent with the laws of physics and chemistry that we can specify in atomic details.
—— Have manufacturing costs not greatly exceeding the cost of the required raw materials and energy.”
这两段英文的中文翻译如下：纳米技术术语意味着对于不同对象人群的不同事情。它通常涵盖从制造微电子机械系统到创造人造蛋白质的所有事情。然而，不管我们如何称呼，纳米技术的实质应该包括：每一个原子应被安排在合适的位置，任何相应建构应符合原子水平上的物理和化学原理，原材料和能源等相应制造成本应不是太贵。
从以上国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释中我们可以发现，纳米技术（nanotechnology）在国外是一个约定俗成的术语，是对纳米领域新生事物科学研究、技术研发和工程应用的统称，纳米技术尚是一个发展中的概念，目前还没有被严格界定。
4. 纳米技术概念
经过上面的铺垫，现在我们可以来探讨界定纳米技术概念。对于什么是纳米技术，麻省理工学院（MIT）的德累克斯勒（Drexler）教授曾作出过一个解释：
“在分子水平上，通过操纵原子来控制物质结构，利用单个原子组建分子系统，据此制备不同类型的纳米器件”（Drexler，1990）。
而在中文语境中，谈到技术往往还牵连到科学与工程，对此，白春礼院士也有一个解释：
“纳米科技是20世纪80年代末、90年代初才发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术”（白春礼，2001）。
白院士所指的纳米科技既包括纳米科学又涵盖纳米技术。实际上，中文语境中的纳米科技常常是纳米科学研究、技术研发和工程应用的统称。指在纳米尺度上研究物质和体系的现象、规律及其相互作用，重新认识自然界，发现新现象和新知识，并通过直接操控原子、分子结构的技术来创造对人类有用的新的物质和产品。
综上所述，可见所谓纳米技术是指涉及到纳米科学研究、材料发展和制备、器件制造以及产品开发生产之所有技术的总和。
5. 纳米技术相关产业概念
知道了什么是纳米技术以后就较易分辨纳米技术相关产业。过去的二、三十年，纳米科学技术的进步，尤其是纳米技术的应用已经和正在对人类社会的经济发展、社会进步和国防安全产生重大影响。然而，这仅仅是开始，纳米科学研究、技术发展和工程应用已经和正在引发一场新的工业革命，证据表明，纳米技术在材料、信息、能源、环境、生命、生物、军事、制造、纺织、染料、涂料、食品等产业领域都具有广泛而重要的应用。而一旦这些产业领域中纳米技术应用产品批量化、商品化和规模化，则自然形成一个个纳米技术相关产业。
二、纳米技术体系范畴
界定了纳米技术及其相关产业概念后，本节与下节我们可以转而讨论纳米技术体系范畴以及纳米技术相关产业体系范畴。
技术来源于科学，是理论知识应用于实践、解决实际问题的方法和手段，因此谈到纳米技术不能不涉及到纳米科学。尽管目前学术界对于纳米科学的内涵和分类尚存在着不同的认识和提法，但对于这一新兴领域多学科交叉特性的认识是一致的。一般而言，纳米科学可以包括纳米材料物理学、纳米材料化学、纳米材料学、纳米测量学、纳米电子学、纳米机械学和纳米生物医学等，由此也产生了按照这一体系分类的纳米技术。
然而，白春礼院士（2001）认为这种与传统学科紧密联系的分类方式无法简单便捷地勾勒出纳米科技的大致轮廓，而且各类别之间又有交叉和重叠。因此，他建议将纳米科学研究分为“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大领域， “其中纳米材料是纳米科技的基础； 纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志； 纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础”（白春礼，2003）。据此，纳米技术体系又可主要由上述三大范畴来表达。
我们认为上述与传统学科紧密联系的分类及三个大类的简单分类都有各自的道理和应用价值，前一个分类便于整合发展纳米学科知识和实施教育培训，而后一个分类则更多地聚焦到纳米科学技术当前关键发展领域，重点特出、应用性强。若与纳米技术相关产业相联系，则我们更倾向于并将更多地采纳和应用后一个分类。
无独有偶，日本专利局《专利申请技术动向调查报告》中提供了一个与应用实际联系密切的纳米技术分类（见图3，该图由DRM咨询公司补充修改而完成），该分类基本遵循上述三个大类分类范畴，并采用图式标识了各主要应用领域中的发展状况，恰好为三大类纳米技术分类体系作了一个生动的注解，虽然尚未达到完整完善的程度，但已有很大的参考价值。
沿着三大类纳米技术分类思路继续往下走，可以得到图4所示纳米技术分类体系。其中一级状态子目录包括“纳米检测和表征技术”、“纳米材料制备技术”和“纳米器件制造技术”。而每个一级目录又可进一步产生二级目录，如纳米检测和表征技术可分为“扫描探针显微技术”和“原子级和超精密加工技术”；纳米材料制备技术可分为“化学制备技术”、“物理制备技术”和“综合制备技术”；纳米器件制造技术可分为“LIGA制造技术”、“超精密机械加工技术”、“特种加工技术”、“注塑成形加工技术”和“机械组装技术”等。需要说明的是，这一分类只是大体上勾勒了纳米技术发展现状，提供了一个整体认识把握的粗略框架。现实纳米世界中的实际情况则更为纷繁复杂，不仅存在着旁支末叶，也可以进一步细分和再细分。
三、纳米技术相关产业体系范畴
应用上述“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大范畴的纳米技术分类思想，可以推导出纳米技术相关产业体系范畴，如图5所示：
如图5所示，首先，纳米技术相关产业可以被界定为纳米材料产业、纳米器件产业和纳米检测仪器设备产业，其中纳米材料是纳米技术相关产业得以生存发展的原始基础，没有纳米材料则一切无从谈起；纳米器件系纳米材料进一步加工组合后的产物，是延伸发展各种纳米技术应用产品的基础；而纳米检测仪器和设备则是发展纳米材料、器件及其延伸产品的必不可少的硬件手段，缺乏这些手段，事情就无法进行。
上述三者一方面构成了纳米技术相关产业生存发展的基础，另一方面，正是基于这种基础性和不可替代性，它们各自能够发展成三个供需旺盛的分支产业，并在每个分支产业下面各自生成若干数量不等的子产业。
此外，鉴于纳米材料和纳米器件能够被应用到各个新兴和传统产业领域，创造出各种各样新颖独特、质量上乘、性能优异的新产品，因此，在上述三个分支产业以外，又可辨识出纳米材料应用和纳米器件应用两个分支产业。当然，这两个分支产业下面更能各自生成若干数量不等的子产业。
若从事情发生的先后次序来看， 纳米科学技术研究发展的需要首先造就了纳米检测仪器设备产业和纳米材料产业。结合纳米检测手段和纳米材料的研究创造了纳米器件， 纳米器件（如纳米传感器）的推广应用催生了纳米器件产业。接着，纳米材料和器件在各个领域的广泛应用开发出许多新颖产品和更新换代产品，从而发展出形形的纳米产品产业，并进一步促进纳米材料、器件和检测仪器设备产业的发展。这就是纳米技术相关产业相伴共生、互促共长的内在逻辑。
在现实生活中， 纳米材料产业和纳米检测仪器设备产业已经形成一定规模，发展相对成熟。处于纳米技术高端的纳米器件产业（电子/光电子器件、量子器件、以及微/纳机电系统）目前尚处在发展成长过程中，这是纳米大国共同关注、竞相角逐的领域，也是进一步发展的方向，其中属于MEMS/NEMS范畴的微纳传感器分支产业已经初具规模。同时，纳米材料和器件的应用已经渗透进入许多不同的经济和社会领域，例如，电子和信息、生物与医药、环境保护等，从而增殖衍生出发展状况各异、纷繁复杂的纳米技术产品和产业。
当然，换一个角度，如果忽略纳米技术居中扮演的角色，这一复杂逻辑体系中各个分支仍可分属于自己的母体产业，例如，纳米材料产业可归属于材料产业，纳米检测仪器设备产业可归属于仪器设备产业等等，由此也揭示了纳米技术相关产业所具有的双重产业属性。
四、结 语
以上我们通过运用相关文献资料， 进行抽丝剥茧式的逻辑分析，界定了纳米技术及其相关产业的概念， 进而揭示了纳米技术及其纳米技术相关产业的体系范畴，从而为从社会科学角度研究促进纳米技术及其相关产业发展（譬如制定技术/产业发展路线图）奠定了有关客体对象的认知基础。
当前，纳米技术与信息技术和生物技术一起并列为世界三大高技术前沿热点领域，而纳米技术又在促进信息技术和生物技术发展中扮演了重要角色，正在悄然引发着新一轮工业革命，成为国际高科技及其产业竞争的制高点。期待我们这一抛砖引玉的工作能为苏州/中国抢占这一制高点作出些微贡献。
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彭练矛。《纳米科技和纳米电子学》（未发表PPT课件），2011。
基金项目：苏州市2012年度重大软科学课题，项目编号：SR201201。
作者简介：赵康（1950 –），男，江苏苏州人，博士，教授，博导，主要研究方向为公共管理、咨询学、专业社会学。顾茜茜与陈加丰均为赵的博士研究生，赵迪凡为项目研究助理。
What Is Nanotechnology and Its Related Industries
——Concept Defination and System Identification
ZHAO Kang GU Xixi CHEN Jiafeng ZHAO Difan
（School of Politics and Public Adminstration， Soochow University， Suzhou 215021， China）
关键词:纳米材料;物理方法;化学方法
1引言
纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代,英国化学家thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。1992年,《nanostructured materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的科学。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元(bui1ding blocks),纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。本文简单综述了纳米材料合成与制备中常用的几种方法,并对其优劣进行了比较。
2纳米材料的合成与制备方法
2.1物理制备方法?
2.1.1机械法?
机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能,通过球磨让物质使材料之间发生界面反应,使大晶粒变为小晶粒,得到纳米材料。范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。xiao等利用金属羰基粉高能球磨法获得纳米级的fe-18cr-9w合金粉末。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉,尤其适用于制备脆性材料的超微粉。超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度,使相间传质和微观混合得到极大的加强,从而制备纳米材料。刘建伟等以氨气和硝酸锌为原料,应用超重力技术制备粒径20nm—80nm、粒度分布均匀的zno纳米颗粒。
2.1.2气相法?
气相法包括蒸发冷凝法、溶液蒸发法、深度塑性变形法等。蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中通过电阻加热、高频感应、等离子体、激光、电子束、电弧感应等方法使原料气化或形成等离子体并使其达到过饱和状态,然后在气体介质中冷凝形成高纯度的纳米材料。takaki等在惰性气体保护下,利用气相冷凝法制备了悬浮的纳米银粉。杜芳林等制备出了铜、铬、锰、铁、镍等纳米粉体,粒径在30nm—50 nm范围内可控。魏胜用蒸发冷凝法制备了纳米铝粉。溶液蒸发法是将溶剂制成小滴后进行快速蒸发,使组分偏析最小,一般可通过喷雾干燥法、喷雾热分解法或冷冻干燥法加以处理。深度塑性变形法是在准静态压力的作用下,材料极大程度地发生塑性变形,而使尺寸细化到纳米量级。有文献报道,φ82mm的ge在6gpa准静压力作用后,再经850℃热处理,纳米结构开始形成,材料由粒径100nm的等轴晶组成,而温度升至900℃时,晶粒尺寸迅速增大至400nm。
2.1.3磁控溅射法与等离子体法?
溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子,交换能量或动量,使得靶材料表面的原子或分子从靶材料表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。在该法中靶材料无相变,化合物的成分不易发生变化。目前,溅射技术已经得到了较大的发展,常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶液化合蒸发,蒸汽达到周围冷却形成超微粒。等离子体温度高,能制备难熔的金属或化合物,产物纯度高,在惰性气氛中,等离子法几乎可制备所有的金属纳米材料。
以上介绍了几种常用的纳米材料物理制备方法,这些制备方法基本不涉及复杂的化学反应,因此,在控制合成不同形貌结构的纳米材料时具有一定的局限性。
2.2化学制备方法?
2.2.1溶胶—凝胶法?
溶胶—凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶。stephen等利用高分子加成物(由烷基金属和含n聚合物组成)在溶液中与h2s反应,生成的zns颗粒粒度分布窄,且被均匀包覆于聚合物基体中,粒径范围可控制在2nm-5nm之间。marcus jones等以cdo为原料,通过加入zn(ch?3)?2和s[si(ch?3)?3]?2制得了zns包裹的cdse量子点,颗粒平均粒径为3.3nm,量子产率(quantum yield,qy)为13.8%。
2.2.2离子液法?
离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有独特的物理化学性质,如粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好以及具有较宽的液态温度范围等。即使在较高的温度下,离子液仍具有低挥发性,不易造成环境污染,是一类绿色溶剂。因此,离子液是合成不同形貌纳米结构的一种良好介质。jiang等以bicl3和硫代乙酰胺为原料,在室温下于离子液介质中合成出了大小均匀的、尺寸为3μm—5μm的bi2s3纳米花。他们认为溶液的ph值、反应温度、反应时间等条件对纳米花的形貌和晶相结构有很重要的影响。他们证实,这些纳米花由直径60nm—80 nm的纳米线构成,随老化时间的增加,这些纳米线会从母花上坍塌,最终形成单根的纳米线。赵荣祥等采用硝酸铋和硫脲为先驱原料,以离子液为反应介质,合成了单晶bi2s3纳米棒。
2.2.3溶剂热法?
溶剂热法是指在密闭反应器(如高压釜)中,通过对各种溶剂组成相应的反应体系加热,使反应体系形成一个高温高压的环境,从而进行实现纳米材料的可控合成与制备的一种有效方法。lou等采用单源前驱体bi[s?2p(oc?8h??17)2]3作反应物,用溶剂热法制得了高度均匀的正交晶系bi?2s?3纳米棒,且该方法适于大规模生产。liu等用bi(no3)3•5h2o、naoh及硫的化合物为原料,甘油和水为溶剂,采用溶剂热法在高压釜中160℃反应24-72 h制得了长达数毫米的bi2s3纳米带。
2.2.4微乳法?
微乳液制备纳米粒子是近年发展起来的新兴的研究领域,具有制得的粒子粒径小、粒径接近于单分散体系等优点。1943年hoar等人首次报道了将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合,可自发地形成一种热力学稳定体系,体系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圆柱形颗粒组成,并将这种体系定名微乳液
。自那以后,微乳理论的应用研究得到了迅速发展。1982年,boutonnet等人应用微乳法,制备出pt、pd等金属纳米粒子。微乳法制备纳米材料,由于它独特的工艺性能和较为简单的实验装置,在实际应用中受到了国内外研究者的广泛关注。
4结论
纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,可广泛应用于国防军事和民用工业的各个领域。它不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展,工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。但到目前为止,开发出来的产品较难实现工业化、商品化规模。主要问题是:对控制纳米粒子的形状、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;纳米材料的收集、存放,尤其是纳米材料与纳米科技的生物安全性更是急待解决的问题。这些问题的研究和解决将不仅加速纳米材料和纳米科技的应用和开发,而且将极大地丰富和发展材料科学领域的基础理论。
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【关键词】金纳米棒；耦合；离散偶极近似；消光光谱
【中图分类号】 O463 【文献标识码】 A 【文章编号】1671-8437（2012）02-0003-03
一、引言
纳米尺度的金属粒子所具有的特殊光学及电子学性质使得其在生物传感器、化学传感器、表面增强光谱技术以及光电子、纳电子器件等方面有着广阔的应用前景[1-5]。人们已经证明金、银纳米结构能够表现出强烈的表面等离子体共振效应，而且已经被广泛应用于表面增强拉曼散射衬底。由于纳米结构的等离子体共振对其形状、尺寸、周围介质等因素都有很强的依赖性[6-12]，因此我们可以对特定结构的纳米材料通过改变其结构尺寸参数来调节其等离子体共振峰，使得该共振峰与拉曼光谱的激发波长相同，这样可以产生更强的拉曼信号。
金纳米棒独特、可调的表面等离子共振特性以及合成方法具有简单、稳定、高产等优点，使其在材料学、生物医学以及疾病诊断和治疗等方面的应用越来越广泛。金属纳米材料的线性光学性质受粒子的形状、尺寸、周围介质的介电特性等因素的影响很大，本文则主要从理论上运用离散偶极近似方法研究尺寸对两金纳米棒耦合时的消光光谱的影响作用。这些结果为相关的实验研究提供了有益的理论参考。
二、离散偶极近似原理
离散偶极近似原理：运用离散偶极近似计算任意形状的纳米粒子的光学性质时，是将该粒子视为N个可极化点的立方晶格构成的集合体，而具体哪一个立方晶格被极化并不受限制。我们可以将目标用N个偶极子表达，对于第i个偶极子元素，若其的极化率为ɑ，它的位置在r处，则其极化强度为：
= ɑ（） （1）
（）是该偶极子所在位置的局域电场，它包括入射光电场及其（N-1）个偶极子在该处激发形成的偶极场：
（）=（）+=e-· （2）
为入射光电场的振幅，为入射波矢，大小为k=，
是一个大小为3N×3N表示偶极子作用的矩阵，其形式为：
A·=k××+r-3·（3）
把（2）、（3）式代入（1）式整理后得
A·= （4）
式中，A是矩阵A的转置矩阵，通过解3N个复线性方程组，可以得到每个偶极子的极化强度，从而进一步计算目标粒子的消光截面Cext
Cext=Im*inc，i· （5）
粒子表面的局部电场由入射电场和所有偶极子激发产生的电场组成。
我们应用离散偶极子近似方法计算了金纳米棒棒耦合的消光光谱Qext=，式中ɑeff是纳米结构的有效半径。
三、数值结果
图1给出了金纳米棒棒耦合的结构以及入射电场的偏振方向。金纳米棒截面的直径为d=2R，高度为h，两棒轴线间的距离为L。在本文研究中，入射光是沿着纳米棒的轴线方向传播，其偏振方向垂直于纳米棒的轴线方向。
图1两金纳米棒耦合结构以及入射电场的偏振方向
为了研究不同结构参数的变化对金纳米棒棒耦合的等离子体共振模式所造成的影响，本文在研究时每次只改变一个参数，而固定其它的参数。图2（a）中在固定d=2R=40mm，L=50mm的情况下，将h从40mm增加到65mm，间隔为5nm，其共振消光主峰从λP=0.52319μm（h=40nm）红移到λP=0.55362μm（h=65nm），等离子体共振峰红移了30.43nm。图2（b）中在固定d=2R=40mm，h=60nm的情况下，L从45nm增加到70nm，间隔为5nm，随着两棒间距离L的变化，消光共振峰峰位并没有发生很明显的变化，而消光峰强度有所增大。消光峰强度有所变化，主要是相较于一个棒的情况，两棒间的散射作用明显增强的结果。图2（c）中在固定h=70nm，L=55nm的情况下，R从7nm增加到17nm（间隔2nm）即d从14nm增加到34nm（间隔4nm），消光峰峰位从λP=0.77681μm（R=7nm）蓝移到λP=0.57391μm（R=17nm），等离子体共振峰总共蓝移了202.9nm。图2（d）中在固定h=70nm，两棒外壁间距为10nm的情况下，d从14nm增加到34nm（间隔4nm），L从24nm增加到44nm，间隔为4nm，主峰从λP=0.73623μm（R=7nm）蓝移到λP=0.57391μm（R=17nm），等离子体共振峰总共蓝移了162.32nm。在所有的离散偶极子近似计算中，分割金纳米棒的格子大小为1nm，且此尺寸是满足离散偶极近似的收敛需求的[13]。计算中所用的金块材料介电常数来自实验结果[14]，并且考虑到了纳米结构尺寸对其的影响[15]。
四、结论分析
本文应用离散偶极近似方法计算了金纳米棒-棒耦合结构的消光光谱，系统地研究了金纳米棒-棒耦合结构粒子的结构参数对其等离子体光子学性质的影响。研究结果表明：金纳米棒-棒耦合结构的等离子体共振峰随纵向高的增大而发生红移，且消光峰强度也随之增大；金纳米棒-棒耦合结构的等离子体共振峰随径向直径的增大而发生总体蓝移现象，且消光峰强度随之减小。等离子体共振峰的变化对径向尺寸直径的依赖性比纵向高要大，两棒外壁间距离大小的改变对消光峰峰位的影响不是很大，但消光峰强度是随外壁间距离的增大而增加，这主要是由于两棒的散射作用影响的结果。纳米粒子的量子尺寸效应与表面效应是引起纳米粒子消光峰红移或蓝移的主要因素，而对于金纳米棒-棒粒子的消光峰移动现象则主要是由于表面效应而引起的，随着半径的增大，表面原子数与总原子数的比例随之减小，由于表面效应的影响，使得光谱峰发生蓝移；对于纵向高来说，随着棒的高度的增大，其表面原子数与总原子数的比例增大，所以消光峰峰位发生红移，但是移动幅度较半径变化造成的影响来说要小些。这些结果可以作为设计金纳米棒-棒耦合结构的参考，用来调节其等离子体共振峰，以满足特定等离子体光子学方面的需要。
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（军事交通学院基础部，天津 300161）
摘要：本文用第一性原理中的Hartree-Fock近似方法对单壁碳纳米管的电子结构进行了计算：首先计算了其能带结构，得出单壁碳纳米管中约有1/3的C（n，0）管呈现金属性导电性，另外2/3的C（n,0）管为带隙约1eV的半导体管；然后计算了一些C（n，0）管在轴向形变下电子结构的变化，得出单壁C（n,0）管的带隙随形变呈z字形变化，其中伴随有半导体和导体之间的相互转化；最后计算了碳纳米管的电子结构对杨氏模量的影响，计算说明杨氏模量Y的大小不仅与其几何结构（管径、管型）有关，也与其电子结构（金属性、非金属性）有关。
关键词 ：碳纳米管；电子结构；杨氏模量
中图分类号：O482.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）23-0171-03
作者简介：张立云（1979-），女，河北邢台人，讲师，研究方向为凝聚态物理。
0 引言
碳纳米管是日本科学家Iijima在通过石墨电弧法制备C60的过程中，从阴极沉积物中发现了大量直径在纳米量级的中空螺旋形碳管，Iijima将其命名为碳纳米管[1]。碳纳米管一般两端封闭，直径在几纳米到几十纳米之间，长度可达到数微米，是一种新型的准一维纳米材料。碳纳米管由于具有独特的结构和众多新颖的物理性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的力学强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等，因此一经发现变成为当今碳化材料和凝聚态物理研究的前沿和热点。
对碳纳米管电子结构的理论研究最早采用的是能带折叠方法，该方法结果表明所有的C管都具有金属导电性，其满足是3的整数倍的C也具有金属导电性，剩下的C管具有半导体导电性，其带隙宽度与管径成反比；X.Blase 等[2]用基于局域密度近似的第一性原理计算了小管径的单壁碳纳米管的电子结构，Kilic[3]等用Troullier-Martins模守恒赝势的广义梯度近似计算了单壁C（7，0）管的电子结构，他们的研究结构都表明，单壁碳纳米管的带隙随着径向形变而变大；R.Heyd等[4]用紧束缚方法、L.Yang，等用局域密度近似[5]和考虑交换关联的广义梯度近似[6]分别计算了单壁碳纳米管的带隙随最轴向变化的规律；Takanori -Ito等[7]计算了单壁C（10，0）管被拉伸和压缩时的形变总能量及形变时的电子结构。
本文用基于第一性原理中的Hartree-Fock近似计算了一系列单壁碳纳米管的电子带隙，得出单壁碳纳米管中约有1/3的C（n，0）管呈现金属性，另外2/3的C（n，0）管为带隙约1eV的半导体管；计算了某些C管在轴向形变下电子带隙的变化，得出单壁C（n，0）管的带隙随轴向形变呈z字形变化，其中伴随有半导体和导体之间的相互转化；最后计算了碳纳米管的电子结构对杨氏模量的影响，计算说明杨氏模量Y的大小不仅与其几何结构（管径、管型）有关，也与其电子结构（金属性、非金属性）有关。
Hartree-Fock近似的计算结果比其它理论方法的结果更符合实验值[8，9]，充分显示了第一性原理的优越性；同时提出单壁碳纳米管的杨氏模量不仅与其几何结构有关，还与电子结构（金属性、非金属性）有关，为进一步研究、分析手性管、多壁管及掺杂或带有缺陷的纳米管的电学性质的研究打下了基础。
1 计算方法介绍
量子力学认为组成物质的微观粒子满足能量最小原理，即处于稳定状态下的材料的原子及其电子的运动应处于整个系统的最低能量状态，因此我们可以通过求解材料体系的薛定谔方程来寻找最低能量状态，从而确定与该能态相对应的体系的空间几何结构参数。本文用Hartree-Fock近似建立起纳米管的薛定谔方程，并通过自洽迭代求解得到最低能量状态，确定纳米管在稳定状态时的结构参数，进一步根据空间结构计算纳米管的能带结构及能带结构随纳米管轴向形变的变化规律，以下是Hartree-Fock近似的简单介绍。
Hartree-Fock近似就是将多粒子系统的Schrodinger方程通过绝热近似，把电子运动和原子核运动分开得到了多电子的Schrodinger方程，再根据泡利不相容原理和电子交换反对称性把多电子Schrodinger方程简化为单电子Schrodinger方程，即：
2 结果讨论
2.1 碳纳米管的带隙结构
图1为C（n，0）管的带隙结构，由图可以看出带隙对管径、管型的依赖满足的规律：每三个组成一组，每组的带隙随管径呈规律性变化：其中（3n，0）管的带隙较其它管明显偏小，寓示了这类管子将呈现金属性，其他两个管子带隙较大，将呈现半导体性。每组中相对应的纳米管，如金属管（6，0）、（9，0）、（12，0）、（15，0）、（18，0）的带隙均随管径增大而变小 （见图1），究其原因可能是管径越大，把石墨平面卷曲成纳米管时卷曲形变越小，其能带结构与石墨平面的能带结构越接近。
2.2 轴向形变下碳纳米管带隙结构的变化
图2为（11，0）（12，0）（13，0）单壁碳纳米管带隙随形变（-0.1≤ε≤0.1）的变化关系。图中可看出，（11，0）（13，0）管子的带隙随形变均呈z字形变化。其中（11，0）管的带隙在-3.2%≤ε≤6.4%范围内呈现线性变化，在ε=-3.2%处，其带隙有最大值，约为1.61ev；在ε=6.4%处，其带隙有最小值，约为0ev，寓示此时（11，0）管发生半导体向导体的转变。（13，0）管的带隙在-6.9%≤ε≤3.2%范围内呈现线性变化，在ε=3.2%处，其带隙有最大值，约为1.42ev；在ε=-6.9%处，其带隙有最小值，约为0ev，寓示此时（13，0）管发生半导体向导体的转变。对于（12，0）管，其带隙随管子拉伸或压缩均变大。在形变ε=±10%处，其带隙值约为1.5ev，寓示此时（12，0）管发生导体向半导体的转变。
2.3 单壁碳纳米管带隙结构对杨氏模量Y的影响
图3是计算的C（n， 0）管杨氏模量Y与带隙结构的关系图，横坐标是以nm为单位的管直径，纵坐标杨氏模量单位是TPa，由图可以看出， C（n，0）管的杨氏模量Y都是每三个组成一组，每一组的Y值随管径呈规律性变化：其中金属管的杨氏模量相对较低，半导体管的杨氏模量较高，这种变化规律与C（n，0） 管的带隙结构相对应；每组中相对应的纳米管如（6， 0）、（9， 0）、（12， 0）、（15， 0）、（18， 0），（8，0）、（11，0）、（14，0）、（17，0）、（20，0）的杨氏模量均随管径缓慢增大，说明了杨氏模量Y的大小不仅与其几何结构（管径、管型）有关，也与其电子结构（金属性、非金属性）有关。
本文用Hartree-Fock近似计算了一系列单壁C管的电子带隙，得出单壁碳纳米管中约有1/3的C（n，0）管呈现金属性，另外2/3的C（n，0）管为带隙约1eV的半导体管；计算了某些C管在轴向形变下电子带隙的变化，得出C（n，0）管的带隙随形变呈z字形变化，其中伴随有半导体和导体之间的相互转化；最后计算了碳纳米管的电子结构对杨氏模量的影响，计算说明杨氏模量Y的大小不仅与其几何结构（管径、管型）有关，也与其电子结构（金属性、非金属性）有关。
Hartree-Fock近似的计算结果比其它理论方法的结果更符合实验值，充分显示了第一性原理的优越性；同时提出单壁碳纳米管的杨氏模量不仅与其几何结构有关，还与电子结构（金属性、非金属性）有关，为进一步研究、分析手性管、多壁管及掺杂或带有缺陷的纳米管的电电学性质的研究打下了基础。
参考文献：
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[7]Takanori Ito, Kazume Nishidate, Mamoru Baba, Masayuki Hasegawa Surface science 514(2002) 222.
【关键词】纳米技术 应用 材料
纳米技术属于高科技范畴，其已经成为国家发展前景十分优越的科学技术之一，当前纳米技术已经广泛涉及到国内很多行业，其中包含化工行业、材料行业、医药行业和食品行业等。纳米技术主要包含纳米的物理、化学、材料、生物、电子等科学，它们彼此虽然是独立的科学，但是彼此又有着联系。当前，纳米的每个领域都取得了很好的研究成果，纳米技术不断创新、进步。
1 我国纳米技术发展现状
中国是世界上首先开始研究纳米技术的国家之一。在二十世纪八十年代的中期，我国政府就开始对纳米材料的研究以及设备加大了投入，当前我国的纳米技术基础研究在世界范围内都占据领先地位。1982年研究出的扫描隧道显微镜以及1986年研究出的原子力显微镜是纳米测量表征上的一个重要标杆，代表着纳米技术已经从原本的理论时期，进入到了实践研究时期。纳米技术是一个有着很强的综合性学科，研究的内涵包含了目前科技发展中的各个领域。纳米科学和纳米技术主要包含：纳米体系物理学、化学、材料学、生物学、电子学、加工学、力学等。这七个相对独立又彼此关联的学科与纳米材料、纳米器械、纳米尺度的检测和表征这三个研究方面。纳米材料的制备与研究是整个纳米科技的基础。在这之中，纳米物理学与纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最主要研究内容。
2 当前纳米技术的应用
2.1 食品方面的应用
纳米技术在食品科学的方面已经得到较为广泛的应用，对于纳米技术的研究能够对食品的品质、营养与安全性等层面进行改善，避免原材料的过度消耗，促进食品科学发展的科学性UI高效性。 近几年，城市中人们的生活节奏不断加快，导致亚健康人群的数量不断提升，因此，人们愈加青睐功能食品。经过研究表明，功能食品功能成分的稳定程度、存在方式和使用方式等对其食品的效果有着很大影响，尽管功能成分能够加入到食品当中，但因为它的水溶性差、对环境较敏感等因素严重造成了功能食品的颜色和气味等，很多功能食品不容易吸收，补充营养的效果较差。日本首先把纳米技术应用于功能食品中，并且使用这一技术将功能食品中的β-聚糖改变成200nm以下的小颗粒，在卵磷脂稳定技术的支撑下，完成吸收。类胡萝卜素是一种和水不相溶的物质，经过纳米技术能够将其纳米化，能够明显的提升类胡萝卜素的水溶性，所以可以保证食品的稳定性和颜色的鲜艳，让它更容易被人消化和吸收。随后研究者将纳米胡萝卜素应用在柠檬水生产和黄油生产中，经济效益得到很大提高。
2.2 通信技术的应用
现代社会是网络信息社会，通信技术在我们的日常生活中有着非常重要的作用。纳米技术在通信技术中的应用给这一技术的发展起到了很大的影响。纳米材料也给光缆提供了新的发展空间。近年来，很多厂家已经着手对纳米光纤维涂料、纳米光纤油膏、纳米护套用聚乙烯（PE）及光纤护套管用纳米PBT等材料进行开发。使用纳米材料的光缆，能够让其具有很多的优点，例如提升光缆的对抗机械冲击能力、防水、防气味等，同时还可以让光缆的使用时间得到延伸，提升了网络的安全性。同时，在网络通信的加密上也可以运用纳米技术来制造量子点激光器。当前，很多金融部门以及政府部门都使用了这一技术，保证了信息在传输过程中的安全问题。
2.3 医学、药物中的应用
纳米技术在医学以及药物中的应用早就已经开始，目前人们已经能够把健康检测设备佩戴在身上，这样就能更好的了解自己的身体情况。假如能够进一步把这种技术缩小，这样使用纳米技术就能够将微型传感器放进人们的身体当中，了解更具体的信息，这样对于医生的治疗有着很大的便利。另外，纳米技术能够在检测人们身体的炎症、术后恢复等情况，纳米技术在医学与药物当中的应用有着很好的发展前景。
2.4 化学方面的应用
使用纳米金属颗粒粉体当做催化剂，能够让化学的反应更加快速，有效地让化工合成的效率得到提升。假如在金属材料中假如纳米成为，它会变得更加坚硬，比一般金属的强度增加十几倍，同时还能够像橡胶一样具有弹性。使用纳米材料制造来建造汽车、飞机等，不光能让重量减少，还能在很大程度上提高其性能。
3 纳米技术应用的发展趋势
3.1 大数据传感器
传感器的使用能够给我们带来以前没有的大量信息数据，所以要对其进行处理，对于改变交通拥堵以及安全事故十分有效，同时，能够把数据给警方使用，减少犯罪情况出现。纳米技术在这一方面能够创造出一种超密集的记忆体，来储存大量的数据，另外，能够推动快速的运算法则的发展，让这些数据更加安全、有效。
3.2 应对全球变暖
目前，电动汽车与太阳能发电已经成为研究的重点，节能减排、低碳环保是重要的战略规划。纳米技术在这一方面也具有很大的作用。在电动机器与太阳能发电中都能够使用纳米纹理以及纳米材料，把平面变成更大面积的三维立体表面，进而储存与形成更多的能量，提升设备的运用效率。
4 结论
综上所述，纳米技术在目前已经得到了广泛的应用，并且取得了很大的效果，并且有着很大的发展空间。希望通过笔者的分析，让更多人了解到纳米技术的重要作用，相信在广大学者的共同努力之下，能够不断提升纳米技术在的应用价值。
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