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纳米材料与技术思考题2016

纳米材料导论复习题(2016) 一、填空: 1.纳米尺度是指 2.纳米科学是研究纳米尺度内原子、分子和其他类型物质的科学 3.纳米技术是在纳米尺度范围内对原子、分子等进行的技术 4.当材料的某一维、二维或三维方向上的尺度达到纳米范围尺寸时,可将此类材料称为 5.一维纳米材料中电子在个方向受到约束,仅能在个方向自由运动,即电子在 个方向的能量已量子化一维纳米材料是在纳米碳管发现后才得到广泛关注的,又称为 6.1997年以前关于Au、Cu、Pd纳米晶样品的弹性模量值明显偏低,其主要原因是 7.纳米材料热力学上的不稳定性表现在和两个方面 8.纳米材料具有高比例的内界面,包括、等 9.根据原料的不同,溶胶-凝胶法可分为: 10.隧穿过程发生的条件为. 11.磁性液体由三部分组成:、和 12.随着半导体粒子尺寸的减小,其带隙增加,相应的吸收光谱和荧光光谱将向方向移动,即 13.光致发光指在照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃入低能级被空穴捕获而发光的微观过程仅在激发过程中发射的光为在激发停止后还继续发射一定时间的光为 14.根据碳纳米管中碳六边形沿轴向的不同取向,可将其分成三种结构:、和 15.STM成像的两种模式是和. 二、简答题:(每题5分,总共45分) 1、简述纳米材料科技的研究方法有哪些? 2、纳米材料的分类? 3、纳米颗粒与微细颗粒及原子团簇的区别? 4、简述PVD制粉原理 5、纳米材料的电导(电阻)有什么不同于粗晶材料电导的特点? 6、请分别从能带变化和晶体结构来说明蓝移现象

7、在化妆品中加入纳米微粒能起到防晒作用的基本原理是什么? 8、解释纳米材料熔点降低现象 9、AFM针尖状况对图像有何影响?画简图说明 1. 纳米科学技术 (Nano-ST):20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技,是研究在千万分之一米10–7)到十亿分之一米(10–9米)内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学;同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术,又称为纳米技术 2、什么是纳米材料、纳米结构? 答:纳米材料:把组成相或晶粒结构的尺寸控制在100纳米以下的具有特殊功能的材料称为纳米材料,即三维空间中至少有一维尺寸小于100nm的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料,大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类;纳米材料有两层含义: 其一,至少在某一维方向,尺度小于100nm,如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜,或构成整体材料的结构单元的尺度小于100nm,如纳米晶合金中的晶粒;其二,尺度效应:即当尺度减小到纳米范围,材料某种性质发生神奇的突变,具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构:以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系 3、什么是纳米科技? 答:纳米科技是研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问;同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工 4、什么是纳米技术的科学意义? 答:纳米尺度下的物质世界及其特性,是人类较为陌生的领域,也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后,再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现,这也是新技术发展的源头;纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现,我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的,在这一尺度下,充满了原始创新的机会因此,对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题,科学家有着极大的好奇心和探索欲望 5、纳米材料有哪4种维度?举例说明 答:零维:团簇、量子点、纳米粒子 一维:纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维:纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维:纳米块体 6、请叙述什么是小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应、库仑堵塞效应 答:小尺寸效应:当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少,导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应 表面效应:球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比随着颗粒直径的变小,比表面积将会显著地增加,颗粒表面原子数相对增多,从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定,致使颗粒表现出不一样的特性,这就是表面效应 量子尺寸效应:当粒子的尺寸达到纳米量级时,费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时,会出现纳米材料

生物医用材料产业发展现状及思考

生物医用材料产业发展现状及思考生物医用材料是用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官或增进其功能的一类高技术新材料,与人类的健康息息相关。随着经济发展水平提高,大健康概念日趋升温,加之当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识,当代生物医用材料产业已经成为快速发展的高科技新兴产业。 一、生物医用材料及其产业概述生物医用材料又称为生物材料,其传统领域主要包括支持运动功能人工器官(骨科植入物、人工骨、人工关节、人工假肢等),血液循环功能人工器官(人工血管、人工心脏瓣膜等)整形美容功能人工器官、感觉功能人工器官(人工晶体、人工耳蜗等)等,新型领域主要包括分子诊断、3D 打印等。 生物医用材料的特征主要包括:安全性、耐老化、亲和性,及物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。同时,便于消毒灭菌、无毒无热源,不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料,其要求各有侧重。其产业特征包括:低原材料消耗、低能耗、低环境污染、高技术附加值,高投入、高风险、高收益、知识与技术密集。 二、生物医用材料及其产业发展现状 (一)市场分析

2016 年全球生物医用材料市场规模为709 亿美元,预计2021 年将达到1491.7 亿美元,2016 ~2021 年的复合年增长率为16% 。骨科植入材料和心血管材料是生物医用材料市场占比最高的两个细分领域,其中骨科植入材料占据了全球生物医用材料市场的头把交椅,市场占有率为37.5% 。心血管材料占据生物医用材料市场的36.1% 。其他的主要细分领域还包括牙科材料、血液净化材料、生物再生材料和医用耗材。 (二)竞争态势全球生物医用材料和制品持续增长,美国、欧盟、日本仍然占据绝对领先优势。2015 年,在全球医疗器械生产和消费方面,美国、欧盟、日本的市场占比分别为41% 、31% 和14% 。 美国的生物医用材料产业集聚于技术资源丰富的硅谷、128 号公路科技园、北卡罗来纳研究三角园,以及临床资源丰富的明尼阿波利斯及克利夫兰医学中心等;德国聚集于巴州艾尔格兰、图林根州等地区;日本聚集于筑波、神奈川、九州科技园等。 图1 :主要国家生物医用材料销售收入占全球医疗器械市场比例分析 中国和印度拥有最多的人口,且其医疗保健系统正在发展 当中尚未成熟,因此在医学发展和临床巨大需求的驱动下最具

石墨烯纳米材料及其应用

墨烯纳米材料及其应

二?一七年十二月

摘要 ................. 错误!未定义书签 1引言................ 错误!未定义书签 2石墨烯纳米材料介绍......... 错误!未定义书签 3石墨烯纳米材料吸附污染物...... 错误!未定义书签金属离子吸附........... 错误!未定义书签 有机化合物的吸附......... 错误!未定义书签 4石墨烯在膜及脱盐技术上的应用..… 错误!未定义书签石墨烯基膜............ 错误!未定义书签 采用石墨烯材料进行膜改进..... 错误!未定义书签 石墨烯基膜在脱盐技术的应用??… 错误!未定义书签5展望................ 错误!未定义书签

石墨烯因为其独特的物理化学方面的性质,特别是其拥有较高的比表面积、 较高的电导率、较好的机械强度和导热性,使其作为一种新颖的纳米材料赢得了越来越广泛的关注。 关键词:石墨烯;碳材料;环境问题;纳米材料 1引言 随着世界人口的增长,农业和工业生产出现大规模化的趋势。空气,土壤和水生生态系统受到严重的污染;全球气候变暖等环境问题正在成为政治和科学关注的重点。目前全球已经开始了解人类活动对环境的影响,并开发新技术来减轻相关的健康和环境影响。在这些新技术中,纳米技术的发展已经引起了广泛的关注。 纳米材料由于其在纳米级尺寸而具有独特的性质,可用于设计新技术或提高现有工艺的性能。纳米材料在水处理,能源生产和传感方面已经有了诸多应用,越来越多的文献描述了如何使用新型纳米材料来应对重大的环境挑战。 石墨烯引起了诸多研究人员的关注。石墨烯是以sp2杂化连接的碳原子层构成的二维材料,其厚度仅为一个碳原子层的厚度。这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”,被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。石墨烯具有超高的强度,碳原子间的强大作用力使其成为目前已知力学强度最高的材料。石墨烯还具有特殊的电光热特性,包括室温下高速的电子迁移率、半整数量子霍尔效应、自旋轨道交互作用、高理论比表面积、高热导率和高模量、高强度, 被认为在单分子探测器、集成电路、场效应晶体管等量子器件、功能性复合材料、储能材料、催化剂载体等方面有广泛的应用前景。在环境领域,石墨烯已被应用于新型吸附剂或光催化材料,其作为下一代水处理膜的构件,常用作污染物监测。 2石墨烯纳米材料介绍 单层石墨烯属于单原子层紧密堆积的二维晶体结构()。在石墨烯平面内,碳原子以六兀环形式周期性排列,每个碳原子通过C键与临近的二个碳原子相连,S Px和Py三个杂化轨道形成强的共价键合,组成sp2杂化结构,具有120° 的键角。石墨烯可由石墨单层剥离而产生,最初是通过微机械剥离,使用胶带依次将石墨粘黏成石墨烯来实现。Geim和Novoselov

(完整版)纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中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。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性[ 1 ] ,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切[ 2 ] [ 3 ] 。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法 纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 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,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。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。 等离子体法的基本原理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,从而使原料溶化和蒸发,蒸汽达到周围的气体就会被冷凝或发生化学反应形成超微粒。 2 化学制备方法 化学法是指通过适当的化学反应, 从分子、原子、离子出发制备纳米物质,它包括化学气相沉积法[5][6]、化学气相冷凝法、溶胶-凝胶法、水热法、沉淀法、冷冻干燥法等。化学气相沉积(CVD)是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,该方法主要可分成热分解反应沉积和化学反应沉积。该法具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。其缺点是衬底温度高。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如金属有机化学缺陷相沉积、热丝化学气相沉积、等离子体辅助化学气相沉积门、等离子体增强化学气相沉积及激光诱导化学气相沉积等技术。

生物医用高分子材料研究进展及趋势

生物医用高分子材料研究进展及趋势

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 医用材料学课程学习总结及结课论文生物医用高分子材料的研究及发展趋势

学院名称:材料科学与工程 专业班级:金属1302 学生姓名:钱振 指导教师姓名:王宝志 2016年 10 月 生物医用高分子材料的研究及发展趋势 钱振 学号:63 班级:金属1302 材料科学与工程学院 摘要:随着我国经济发展水平的不断提高,分子材料在各领域得到了显著应用,在医用领域应用更多,本文综述了生物医用高分子材料的分类、特点及基本条件,概述了医用高分子材料的研究现状及其用途,并浅谈了医用高分子材料的发展及展望。通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用,以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。 关键词:生物材料,生物医用高分子材料,现状,应用,展望 1.引言 生物医用材料是生物医学科学中的最新分支学科,它是生物学、医学、化学、 物理学和材料学交叉形成的边缘学科,是用于人工组织或器官制备、高性能医疗

器械的研制、药物新剂型的开发和和仿生效应研究的基础[1] 。 生物医用材料,简称生物材料(BiomaterialS),是一类具有特殊性能或功能,用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料]2[。主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学]3[,生物医用高分子材料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。目前医用高分子材料的应用已遍及整个医学领域(如:人工器官、外科修复、理疗康复、诊断治疗、心血管、骨修复、神经传递、皮肤、器官、药物控释等)。 2.研究现状 生物医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的高分子材料。在功能高分子材料领域,生物医用高分子材料取得了长足的进展,目前已成为发展最快的一个重要分支。随着医用高分子产业的发展,出现了大量的医用新材料和人工装置,如人工心脏瓣膜、人工血管、人工肾用透析膜、心脏起博器及骨生长诱导剂等。近10年来,由于生物医学工程、材料科学和生物技术的发展,医用高分子材料及其制品正以其特有的生物相容性、无毒性等优异性能而获得越来越多的医学临床应用。 生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分,它发展最早、应用最广泛、用量最大、品种繁多,主要包括:塑料、橡胶、纤维、粘合剂等。随着医学的发展,这些材料在医学领域得到广泛的应用。如:膨体聚四氟乙烯人造血管、聚矾中空纤维人工肾、硅橡胶医用导管、介入栓塞材料、介入诊疗导管以及护理方面使用的一次性医疗用品等,都是由高分子材料制成的。这些产品在临床诊断、治疗、护理等方面起着越来越重要的作用。正是由于高分子材料在医学上的独特作用,因而在高分子化学上出现了一个新的分支—医用高分子(Medical highpolymers)。它是把高分子化学的理论、研究方法、临床医学的需要结合起来,用于研究生物体的结构、生物体器官的功能及医用材料的应用等的一门年轻而边缘性的学科]4[。

生物医用材料未来发展趋势

生物医用材料未来发展趋势 作者:亦云来源:上海情报服务平台发布者:日期:2006-09-07 今日/总浏览:7/6023 组织工程材料面临重大突破 组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方法,构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。它的主要任务是实现受损组织或器官的修复和再建,延长寿命和提高健康水乎。其方法是,将特定组织细胞"种植"于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料(组织工程材料)上,形成细胞――生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的具有与自身功能和形态相应的组织或器官;这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器宫进行结构、形态和功能的重建,并达到永久替代。近10年来,组织工程学发展成为集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科。 生物材料在组织工程中占据非常重要的地位,同时组织工程也为生物材料提出问题和指明发展方向。由于传统的人工器官(如人工肾、肝)不具备生物功能(代谢、合成),只能作为辅助治疗装置使用,研究具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视。构建组织工程人工器官需要三个要素,即"种子"细胞、支架材料、细胞生长因子。最近,由于干细胞具有分化能力强的特点,将其用作"种子"细胞进行构建人工器官成为热点。组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、人工神经、人工肝等方面取得了一些突破性成果,展现出美好的应用前景。 例如,存在于脂肪组织基质中的脂肪干细胞(ADSCs)是一类增殖能力强、具有多向分化潜能的成体干细胞,被发现不但具有与骨髓基质干细胞(BMSc)相似的向成骨、软骨、脂肪、肌肉和神经等细胞多分化的能力,而且表达与BMSc相同的表面标志如CD29、CD105、

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技,我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技,有着我们未所发掘到潜能与实用价值,在这个世代,各种技术的发展迅速,随着纳米技术的进一步发展,可以作为一种催化剂,促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米(一种长度计量单位,等于1/1000,000,000米)尺度附近的物质,其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”,其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域,包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲,包括如下领域: 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程,但纳米技术已经证明,可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体,使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式,如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力,它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说:“当我们进入21世纪时,纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响,至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计,纳米技术在新世纪中的应用前景广阔,已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域,信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看,人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究,则是1959年,这一年,著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为,能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器,而这较小的机器又可制作更小的机器,这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末,美国MIT(麻省理工大学)的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初,德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒,并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来,这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言,尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成,碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子,其强度是钢的100倍,直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达,一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学,因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业,是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪,纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用,并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词:纳米材料;功能;应用; 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成,也正因为这样,纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如:其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等,这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题,可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史,由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时,其韧性、 强度、硬度大幅提高,使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用,从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管,表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性,成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展,已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

生物医用材料

生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能,用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患,而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料,其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料,它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破,生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。 二关键词: 生物,医学,材料,医疗器械,创伤,组织,植入 biomedical material,new materials 三文献综述 1生物医用材料定义 生物医用材料(biomedical material)是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破,生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘,不远的将来,科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官,生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业. 由生物分子构成生物材料,再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的,也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料,包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织;还有许多功能材料所构成的功能部件,如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件,材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物,也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等;后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等 2生物医用材料的分类 生物材料应用广泛,品种很多,有不同的分类方法。通常是按材料属性分为:合成高分子材料(聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶

生物医用材料发展的认识

医用卫生材料发展的认识 生物医用纺织品是纺织学科与生物医学学科相互交叉的新学科领域。它具有科技含量高,市场前景广阔,创新性强等特点。目前生物医用纺织品主要采用非织造技术,约有70%的生物医用纺织品为用即弃产品。 我们了解的生物医用纺织品在卫生方面有尿布,卫生巾,成人失禁尿垫,防护服,创可贴等。 传统的尿布具有透气性好,柔软,价格较低,可重复使用等优点,但是需频繁更换,洗涤、晾晒麻烦,多次使用表面毛糙,易引发尿布疹。根据市场调研报告,一次性的纸尿裤具有巨大的市场空间。目前,一次性纸尿裤的结构有四层,表层是柔软、快速渗透、保持干爽的聚丙烯热轧布、纺粘非织造布;导流层是热塑性纤维或双组分纤维的热粘合纤网,能使尿液快速转移;吸收芯层是绒毛浆加超吸收树脂,能够大量储存液体;背层是PP透气薄膜,能够防止尿液渗透,隔离。它具有干净卫生、表面干爽、吸收强、渗透快、穿着方便等优点,但是这种一次性纸尿裤抗菌性差、异味大、长时间使用易得尿布疹、属于一次性产品,而且处理麻烦。因此在一次性纸尿裤上面还有一定的发展前景和空间。 防护服在医用方面起着重要的作用,它必须具有良好的过滤阻隔性、抗粒子穿透性、抗静水压、屏蔽性、抗撕裂、抗磨、拒污、不起绒、无毒、舒适等优良特征。此外,耐用型防护服还要求一定的耐消毒耐洗涤性能。欧美国家以涤纶、粘胶等纤维为原料通过浸渍粘合法、泡沫浸渍法、热轧法或水刺法等方法获得手感柔软,抗拉力高,透气性好,“用即弃”型防护服,避免交叉感染。而我国一次性用品仅限于口罩、帽子之类,一次性手术衣等防护服使用率很低。国内市场上销售的医用防护服主要有三类:非织造类、涂层类闪蒸法一次成型类,且普通非织造防护服防护效率只40%。目前,我国采用《GB19082-2003医用一次性防护服技术要求》标准,以《生物防护服通用规范》作为补充,但仍然不够完善。美国的NFPA 1999要求更为严格。下表是医用防护服的设计要求比较

纳米材料与技术论文

石墨烯在橡胶中的应用 摘要:石墨烯具有较强的力学性能和导电/导热性质,为发展多功能聚合物纳米材料提供了新的方向。本文简单介绍了石墨烯的制备及其功能化,并重点介绍了石墨烯/橡胶纳米复合材料的3种主要制备方法,同时分析了石墨烯/橡胶纳米复合材料的发展前景和存在问题. 关键词:石墨烯纳米复合材料制备 1 引言 橡胶在室温下具有独特的高弹性,其作为一种重要的战略性物资,泛应用于国民经济"高新技术和国防军工等领域。然而,未补强的橡胶存在强度低,模量低,耐磨差,抗疲劳差等缺陷。因此绝大数橡胶都需要补强,同时随着橡胶制品的多元化,在满足最基本的物理机械性能强度的同时,需要具有功能性的纳米填料/橡胶复合材料。石墨烯是一种有着优异性能的二维纳米填料,将石墨烯与聚合物复合是发挥其性能的重要途径,石墨烯/橡胶纳米复合材料对橡胶的力学机械性能、电学性能、导热性能和气体阻隔性能等都有很大提升,因此得到了广泛关注。 2 石墨烯的制备及其衍生物的功能化 2.1 石墨烯的制备 本文重点介绍利用氧化石墨烯(GO)的还原来制备石墨烯,该方法制备的石墨烯不能完全消除含氧官能团,还存在结构缺陷和导电性差等缺点,但是相比于其他方法,其宏量和廉价制备的特点更为突出。 2.2 氧化石墨烯的还原 目前,氧化石墨烯的还原一般分为热还原与化学还原两种方法。热还原是指GO在高温下脱除表面的含氧基团并释放大量气体,从而还原并剥离GO.化学还原法是指利用具有还原性的物质对GO进行脱氧还原。 2.3 石墨烯的功能化 对于氧化石墨烯还原之后的石墨烯,可以用非共价键改性,通过工业用燃料,荧光增白剂,表面活性剂高效稳定石墨烯。 2.4 橡胶/石墨烯复合材料的结构,性能的检测 利用红外光谱仪测定复合物的红外光谱图;用X射线衍射仪(XRD)测定复合物的衍射谱图;用发射扫描电镜(SEM)分析复合物的形貌;用电子万能试验机测试式样力学性能。 3 橡胶/石墨烯橡胶纳米复合物的制备方法 目前制备石墨烯/橡胶复合材料的制备方法主要有三种,即胶乳共混法,溶液共混法,机械混炼法。 3.1 胶乳共混法

江苏生物医用材料项目申请报告

江苏生物医用材料项目 申请报告 规划设计/投资分析/产业运营

承诺书 申请人郑重承诺如下: “江苏生物医用材料项目”已按国家法律和政策的要求办理相关手续,报告内容及附件资料准确、真实、有效,不存在虚假申请、分拆、重复申请获得其他财政资金支持的情况。如有弄虚作假、隐瞒真实情况的行为,将愿意承担相关法律法规的处罚以及由此导致的所有后果。 公司法人代表签字: xxx公司(盖章) xxx年xx月xx日

项目概要 生物医用材料是当代科学技术中涉及学科最为广泛的多学科交叉领域,涉及材料、生物和医学等相关学科,是现代医学两大支柱—生物技术和生 物医学工程的重要基础。由于当代材料科学与技术、细胞生物学和分子生 物学的进展,在分子水平上深化了材料与机体间相互作用的认识,加之现 代医学的进展和临床巨大需求的驱动,当代生物材料科学与产业正在发生 革命性的变革,并已处于实现意义重大的突破的边缘─再生人体组织,进 一步,整个人体器官,打开无生命的材料转变为有生命的组织的大门。在 我国常规高技术生物医用材料市场基本上为外商垄断的情况下,抓住生物 材料科学与工程正在发生革命性变革的有利时机,前瞻未来20-30年的世 界生物材料科学与产业,刻意提高创新能力,不仅可为振兴我国生物材料 科学与产业,赶超世界先进水平赢得难得的机遇,且可为人类科学事业的 发展做出中国科学家的巨大贡献。 生物医用材料及植入器械产业是学科交叉最多、知识密集的高技术产业,其发展需要上、下游知识、技术和相关环境的支撑,因此产业高度集 中(垄断),产品多样或多角化是生物医用材料产业发展的又一特点和趋势。2010年世界医疗器械产业由27000个医疗器械公司构成,其中90%以上为 中小企业。发达国家的中小企业主要从事新产品、新技术研发,通过向大 公司转让技术或被大公司兼并维持生存。大规模产品生产及市场运作基本 上由大公司进行。不同于我国医疗器械企业“多、小、散”的局面,发达

纳米生物医用材料的进展研究

生物医用材料的研究进展 生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料,它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破,生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。研究动态迄今为止,被详细研究过的生物材料已有一千多种,医学临床上广泛使用的也有几十种,涉及到材料学的各个领域。目前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料,具体体现在以下几个方面: 1. 提高生物医用材料的组织相容性 途径不外乎有两种,一是使用天然高分子材料,例如利用基因工程技术将产生蛛丝的基因导入酵母细菌并使其表达;二是在材料表面固定有生理功能的物质,如多肽、酶和细胞生长因子等,这些物质充当邻近细胞、基质的配基或受体,使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。 2. 生物医用材料的可降解化 组织工程领域研究中,通常应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了具备一定的机械性能外,还需具有生物相容性和可降解性。 英国科学家发明了一种可降解淀粉基聚合物支架。以玉米淀粉为基本材料,分别加入乙烯基乙烯醇和醋酸纤维素,再分别对应加入不同比例的发泡剂(主要为羧酸),注塑成型后就可以获得支撑组织再生的可降解支架。 3. 生物医用材料的生物功能化和生物智能化 利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面,通过表面修饰构建新一代的分子生物材料,来引发我们所需的特异生物反应,抑制非特异性反应。例如将一种名叫玻璃粘连蛋白(VN)的物质固定到钛表面,发现固定VN的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。 4.开发新型医用合金材料 生物适应性优良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代钛合金中有毒性的Al、V等,如Ti -15Zr - 4Nb - 2Ta和Ti - 12Mo - 6Zr - 2Fe等合金的生物亲和性显著提高,,耐蚀及机械性能也有较大改善,Ti-Ni 和Cu、Zn、Al等形状记忆合金由于具有形状记忆和超弹性双重功能,在脊椎校正、断骨固定等方面有特殊的应用。 5.作为研究热点的纳米生物材料 目前取得实质性进展的是纳米控释技术和纳米颗粒基因转移技术。这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体,将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面,同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子,如特异性配体、单克隆抗体等,通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合,在细胞摄取作用下进入细胞内,实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。 6.增强生物医用材料的治疗特性 研究表明,肿瘤部位的神经和血管都不发达,通过温热疗法可以选择性杀死癌细胞。通常采用铁磁材料植入肿瘤部位,在交变磁场作用下通过磁滞加热使癌细胞死亡。由于铁磁材料不具备生物活性,加热后要用外科手术的方法去除,给患者带来不便。而铁磁微晶玻璃(Fe2O3 - CaO -SiO2)可以将磁滞与良好的生物相容性结合,即使长期留在人体内也无不良影响。 7.研制具有多种特殊功能的生物材料 如:膜式人工肺中使用的透氧气和二氧化碳的材料;用于植入体内降解缓蚀性材料和经过皮肤吸收的液晶缓蚀膜材料;用于口腔医学临床的金属和陶瓷与用碳纤维增强的复合材料。研究热点 1. 生物材料表面改性:改进和发展生物医用材料的血液相容性和组织相容性以及生物材料分子相容性评价新方法研究。 今后对材料生物相容性的研究主要集中在以下3个方面:①生物医用材料对组织、器官的全面生理影

浅谈医用材料发展及其应用前景

浅谈医用材料发展及其应用前景 迟浩南 (佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江省佳木斯154007) 摘要:科技在发展.社会在进步.医用材料对人类疾病的治疗.康复起着越来越重要的作用。在医疗方面所占的消费金额较大,如何开发出廉价而且性能又好的医用材料至关重要。合理地开发医用材料的价值,是造福人类的事业。随着近些年来各学科各领域的相互渗透,医用材料以其特有的生物相容性.无毒性等优异性能而获得越来越多临床应用。 关键词:生物医用高分子材料.医用器械.科学研究.发展进程 Introduction to medical materials development and application prospects ChiHaonan Jiamusi university school of materials science and engineering Abstract:in the development of science and technology.The society is progress.Medical materials for the treatment of human diseases.Rehabilitation plays an increasingly important role.In the medical aspects of the consumption amount is larger,how to develop a cheap and good performance of medicinal materials is very important.Development of the value of the medicinal materials reasonably,is mankind's business.As the mutual penetration of interdisciplinary in various fields in recent years,medical materials to its unique biological compatibility.Excellent properties such as non-toxic and get more and more clinical application. Key words:biomedical polymer materials.Medical devices.The study of science.The development process. 引言 医用高分子是一类令人瞩目的功能高分子材料,是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。医用高分子材料是一类可对有机体组织进行修复、替代与再生,具有特殊功能作用的新型高技术合成高分子材料,是科学技术中的一个正在发展的新领域,不仅技术含量和经济价值高,而且对人类的健康生活和社会发展具有极其重大意义,它已渗入到医学和生命科学的各个部门并应用于临床的诊断与治疗。 1.医用高分子材料的发展阶段 第1阶段:时间大约是7千年前至19世纪中叶,原始人类被动的应用高分子材料的过程.具体种类有,大漆及其制品、蚕丝及织物、麻、棉、羊皮、羊毛、纸、桐油等。 第2阶段:从19世纪中页到20世纪20年代,是对天然高分子材料进行化学改性,从而研制新材料阶段。在这阶段中,人类首次研制出合成高分子材料(酚醛树脂)。 第3阶段:20-世纪30年代至60年代,是人类大量研制新合成高分子材料阶段。在这一阶段,“高分子科学”概念已经诞生,大批高分子化学家投入到新聚合物的合成和新材料开发的研究领域。从而导致了至今天仍有重要意义的大批通用高分子材料的诞生。 第4阶段:从20世纪60年代至今,是人类对高分子材料大普及、大扩展阶段。 作者迟浩南在校学生邮箱1987516896@https://www.sodocs.net/doc/5d18926039.html,

纳米技术与纳米材料

纳米技术与纳米材料
祖万兴 无机纳米材料的制备、性能及表征
摘要:综述了国内外无机纳米材料研究的成果与进展,对各种金属与非金属无机纳米材料的种类、
具有各 种特异性能和用途作了系统的介绍,并系统地阐述了无机纳米材料的各种物理或化学的制备技术, 讨论了 各种制备方法的特点、适用范围以及国内外在无机纳米材料制备方法研究上的进展,并介绍了目前 国内常 用的一些无机纳米材料的表征方法及其特点和应用。
关键词:无机纳米材料;纳米技术;制备;性能
;研究发展
研究中最为重要的领 域。无机纳米材料以及与之相关的纳米复合材料的研 究开发与应用正吸引众多科学家的浓厚兴趣,成为材 料科学领域研究的热点, 最近十几年来亦已取得了可 喜的进展[1|。目前,一些重要的无机纳米材料在制 备 技术、性能及结构表征以及应用方面已取得成功,近 几年来,更不断有无机 纳米材料产品产业化的报道。 因此,无机纳米材料的制备及无机/有机纳米复 合材 料的研究具有广阔的应用前景, 是对相关行业的技术 进步具有重要促进作 用的、前景十分灿烂的研究开发 领域。 1. 无机纳米材料的制备技术 2. 纳米材料从形态上分,可分为纳米颗粒,纳米固体(块体或薄膜)和纳米 结构。其中,纳米颗粒是最 基本的、也是研究最早、最广泛的材料。 无机纳米粉 体的制备方法可分为物理和化学两大类。 1.1 物理制备方法 (1)蒸发一冷凝法。 该方法是将装有待蒸发物 质的容器抽至至 looPa。 10“Pa 的高真空或充填低压惰性气体后,加热蒸发源,使物质 (金属、合金或化 合物) 蒸发成雾状原子,随隋性气体流冷凝到冷凝器 上,将聚集的纳米尺度的粒子刮 下、收集即得到纳米粉体。该法按加热蒸发源的不同,可有电阻加热法、等离子 体法、高频感应法、激光加热法和电子束加热法等等。该法主要用于制备金属或 金属氧化物纳米颗 粒,其纯度、粒径和粒径分布都能达到理想要求。该 法所制 备的纳米颗粒表面清洁, 但晶体形状难以控 制, 生产效率低, 适于实验室采用。 (2)高能机械球磨法,又称机械合金化法。这 是一种依靠机械能使大晶粒 经球磨变成纳米晶来制备 纳米粉体的方法。同时还可通过颗粒间湿相反应直接 合成金属间化合物、金属一碳化物和金属硫化物。类 似这种利用机械能使大颗

生物医学中纳米材料的作用

生物医学中纳米材料的作用 1用于生物医学的纳米材料 1·1细胞分离用纳米材料 病毒尺寸一般约80~100nm,细菌为数百纳米,而细胞则更大,所以利用 纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶液反应且易实现与细胞分离等特点,可将纳米粒子应用于诊疗中实行细胞分离。该方法同传统方法相比,具有操作简便、费用低、快速、安全等特点。美国科学家用纳米粒子 已成功地将孕妇血样中微量的胎儿细胞分离出来,从而简便、准确地判 断出胎儿细胞中是否带有遗传缺陷。 1·2纳米材料用于细胞内部染色 利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏感水准和亲和力的显 著差异,选择抗体种类,将纳米金粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体 混合,制备成多种纳米金/抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各 种器官和骨骼系统结合而形成的复合物,在白光或单色光照射下表现某 种特征颜色(如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色),从而给各种组 合“贴上”了不同颜色的标签,因而为提升细胞内组织的分辨率提供了 一种急需的染色技术。 1·3纳米药物控释材料 纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收、可通过人体最小的 毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性,而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径等很多优点,因而 使其在药物输送方面具有广阔的应用前景。德国科学家将铁氧体纳米 粒子用葡萄糖分子包覆,在水中溶解后注入肿瘤部位,使癌细胞和磁性 纳米粒子浓缩在一起,通电加热至47℃,可有效杀死肿瘤细胞而周围正 常组织不受影响;挪威工科大学的研究人员,利用纳米磁性粒子成功地 实行了人体骨骼液中肿瘤细胞的分离,由此来实行冶疗;SharmaP等1用聚乙烯吡咯烷酮包覆紫松醇制得的纳米粒子抗癌新药,体内实验以荷瘤

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