50年代末，美國著名物理學(xué)家R ichard P. Feyn-man曾經(jīng)設(shè)想“如果有一天能按人的意志安排一個(gè)個(gè)原子和分子，將會(huì)產(chǎn)生什么樣的奇跡? ”他提出逐級(jí)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(dāng)時(shí)只是一個(gè)美好的夢(mèng)想。然而，隨著時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，這個(gè)夢(mèng)想正在逐漸地變成現(xiàn)實(shí)。進(jìn)入60年代后，人們就開始對(duì)分立的納米粒子進(jìn)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(xué)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(huì)議，使納米材料成為世界性的熱點(diǎn)之一；1990年在美國巴爾的摩召開的第一屆NST 會(huì)議，標(biāo)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(huì)議，表明納米材料已成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理等領(lǐng)域的焦點(diǎn)。近年來，世界各國先后對(duì)納米材料給予了極大的關(guān)注，對(duì)納米材料的結(jié)構(gòu)與性能、制備技術(shù)以及應(yīng)用前景進(jìn)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(xiàng)目。2004年度納米科技研發(fā)預(yù)算近8.5億美元，2005年預(yù)算已達(dá)到10億美元，而且在美國該年度預(yù)算的優(yōu)先選擇領(lǐng)域中，納米名列第二位。現(xiàn)在美國對(duì)納米技術(shù)的投資約占世界總量的二分之一。
在納米技術(shù)領(lǐng)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(jì)80年代末，但在“八五”期間已將“納米材料科學(xué)”列人國家攀登項(xiàng)目。此后, 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院、國家教委分別組織了8項(xiàng)重大、重點(diǎn)項(xiàng)目, 國家863計(jì)劃、973計(jì)劃新材料領(lǐng)域也對(duì)納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進(jìn)行立項(xiàng)研究。通過國家攻關(guān)計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃的實(shí)施, 我國在納米技術(shù)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(xiàng)目545項(xiàng), 其中50 萬以上的項(xiàng)目102項(xiàng)。在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面, 500萬以上的項(xiàng)目26項(xiàng), 資助的總經(jīng)費(fèi)大約3. 6億元, 加上社會(huì)資金對(duì)納米材料產(chǎn)業(yè)化的投人, 總投人約12億元。在國家各項(xiàng)科技計(jì)劃的支持下, 我國納米材料及納米科學(xué)技術(shù)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(shí)驗(yàn)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(xué)和凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)是在80年代中期以后。因此, 從其研究的內(nèi)涵和特點(diǎn)來看大致可劃分為三個(gè)階段。
第一階段( 1990年以前)主要是在實(shí)驗(yàn)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(píng)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(xué)家先后制成多種納米材料粉末及燒結(jié)塊體材料, 開始了納米材料及技術(shù)的研究時(shí)代。對(duì)納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對(duì)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(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能, 設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料, 通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合, 納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)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(dǎo)方向。1993年《自然》的副主編曾預(yù)言“以單電子隧道效應(yīng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的單電子晶體管可能誕生在下一世紀(jì)的初葉”, 他的預(yù)見發(fā)表不到2年, 日本率
先在實(shí)驗(yàn)室研制成功納米結(jié)構(gòu)的三級(jí)管, 緊接著美國的普度大學(xué)也在實(shí)驗(yàn)室研制成功納米結(jié)構(gòu)的晶體管。1995年超低功耗和高集成的納米結(jié)構(gòu)單電子三級(jí)管在美國研制成功, 使人們對(duì)于納米結(jié)構(gòu)的研究對(duì)誕生下一代量子器件的重要性有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。
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(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注, 已成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。高韌性納米陶瓷、超強(qiáng)納米金屬等仍然是納米材料領(lǐng)域重要的研究課題; 納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 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(dāng)今納米材料研究新熱點(diǎn)。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(jié)構(gòu)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(jī)性, 那么這一階段研究的特點(diǎn)更強(qiáng)調(diào)人們的意愿設(shè)計(jì)、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(shù)領(lǐng)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(jì)80年代末，但在“八五”期間已將“納米材料科學(xué)”列人國家攀登項(xiàng)目。此后, 國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國科學(xué)院、國家教委分別組織了8項(xiàng)重大、重點(diǎn)項(xiàng)目, 國家863計(jì)劃、973計(jì)劃新材料領(lǐng)域也對(duì)納米材料有關(guān)高科技創(chuàng)新的課題進(jìn)行立項(xiàng)研究。通過國家攻關(guān)計(jì)劃、863計(jì)劃、973計(jì)劃的實(shí)施, 我國在納米技術(shù)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(xiàng)目545項(xiàng), 其中50 萬以上的項(xiàng)目102項(xiàng)。在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究方面, 500萬以上的項(xiàng)目26項(xiàng), 資助的總經(jīng)費(fèi)大約3. 6億元, 加上社會(huì)資金對(duì)納米材料產(chǎn)業(yè)化的投人, 總投人約12億元。在國家各項(xiàng)科技計(jì)劃的支持下, 我國納米材料及納米科學(xué)技術(shù)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(shí)驗(yàn)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(xué)和凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)是在80年代中期以后。因此, 從其研究的內(nèi)涵和特點(diǎn)來看大致可劃分為三個(gè)階段。
第一階段( 1990年以前)主要是在實(shí)驗(yàn)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(píng)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(xué)家先后制成多種納米材料粉末及燒結(jié)塊體材料, 開始了納米材料及技術(shù)的研究時(shí)代。對(duì)納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對(duì)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(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能, 設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料, 通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合, 納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)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(dǎo)方向。1993年《自然》的副主編曾預(yù)言“以單電子隧道效應(yīng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的單電子晶體管可能誕生在下一世紀(jì)的初葉”, 他的預(yù)見發(fā)表不到2年, 日本率
先在實(shí)驗(yàn)室研制成功納米結(jié)構(gòu)的三級(jí)管, 緊接著美國的普度大學(xué)也在實(shí)驗(yàn)室研制成功納米結(jié)構(gòu)的晶體管。1995年超低功耗和高集成的納米結(jié)構(gòu)單電子三級(jí)管在美國研制成功, 使人們對(duì)于納米結(jié)構(gòu)的研究對(duì)誕生下一代量子器件的重要性有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。
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(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注, 已成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。高韌性納米陶瓷、超強(qiáng)納米金屬等仍然是納米材料領(lǐng)域重要的研究課題; 納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 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(dāng)今納米材料研究新熱點(diǎn)。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(jié)構(gòu)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(jī)性, 那么這一階段研究的特點(diǎn)更強(qiáng)調(diào)人們的意愿設(shè)計(jì)、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。
