中國粉體網4月16日訊 納米材料科學雖是一門新興學科，但它的研究歷史可以追溯到中國古代文房四寶中的黑墨。而在現代科技體系語境下，最早對這一問題進行理論描述的學者是理查德·費曼;首次提出“納米”概念的是日本學者谷口紀男。納米材料理論和技術作為一門正式的學科得以確立，則始于1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科技會議。此后，對這一領域的探索和開拓一浪高過一浪，方興未艾。
當前，國內外的研究大致分為兩個主要的方向：一是基礎理論研究，即對納米材料形成及其物理化學特性和典型結構形成的機理、機制探索和構建；一是工程應用研究，即對納米材料的制備、加工、測量、使用等應用技術的開發和完善。兩類研究都以材料基本單元的物理尺度和維度結構作為主要的切入點和重點。涉及納米材料中原子層面以下微觀粒子的運動規律、這些微觀粒子間的能量傳遞變化規律，以及它們與納米材料物理化學特性和典型結構形成之間關系的研究成果并不多見。
發表在2014年第1期《前沿科學》上的《納米材料特性形成機理的微觀探析》一文，對現有研究成果中有突破前景的若干問題進行了梳理。通過文獻分析，強調了“必須從微觀粒子的層面去探究問題的必要性”。著眼于納米材料在其基本單元維度結構環境下，材料中微觀粒子的運動狀態和能量變化；指出納米材料物理化學特性“涉及到基本粒子的結構、運動、能量變化等深層次的問題”。通過合理假設和分析推理，首先從微觀粒子的運動和能量結構角度出發，給出了“納米材料的原子的寬自由度運動和交合的形態”使“粒子間的核力結合預選位置數多于常態的物質材料，從而形成了具有自由態的變性形態，所以使納米材料表現出特殊性能”的初步結論。然后借助于文中提出的“核質態迷粒子鍵”“移活性控制力”“外延夸克力”、“負核力的能量粒子”“非鍵軌道”等一系列新概念，對這一問題進行了全面分析和演繹論證。得到了“基本粒子的維度結構及結合力（能量結構），在正常情況下，決定了常態物質材料的宏觀性能，然而一旦這樣的維度結構及相應的結合力出現背離常態的變化后，就會使材料宏觀特性發生明顯變化。納米材料正是基于這樣的原因而發生變性的完整結論。
文章基于上述觀點、原理和分析方法，就原因、過程和結果等環節對能量結構變化后的小分子特性進行了描述。進而對納米材料的磁學、電學、力學、熱學、光學等5個方面的變性效應以及納米材料幾種典型結構的形成機理做了闡釋。指出，“當納米晶粒產生界面效應，這樣一種小分子特性形成后，由于晶粒尺寸單位的減小，宏觀上就表現出這一類材料會對磁、電、光、力和熱等產生不同變性的晶粒效應”；而“納米晶粒的結構，取決于納米晶粒中的原子——夸克的能量態和虛量態的自由交合，不同形式的交合形成了多種形態的結構體”。
文章還分別“從物質材料粒子的維度和能量狀況背離常態后，產生了奇異特性的角度”和“從物質材料尺寸變化引起特性變化的角度”出發，對納米材料給出了兩個各有側重的定義。將文中兩種定義與歐盟對納米材料的系統定義放在一起理解，自有一精一全、相得益彰的收獲。
文中關于夸克、迷粒子、膠子、貝粒子、單奇子等微觀粒子的運動描述和能量傳遞描述是全文的精髓。這是作者長期研究容介態理論——包括自然容介態、生命容介態和思維容介態所得成果在納米技術領域的借鑒運用，極富創新性和前瞻性。這里的分析方法和演繹結論既是納米技術領域現有研究過程中所發現的很多現象、包括某些無法解釋的現象的一種推理性延伸，也為后續的進一步研究給出了一種啟示性的方向。必須指出的是，上述關于運動狀態和能量傳遞兩方面的描述，有些是基于作者針對微觀粒子領域提出的假說和推理來展開的。以宏觀物理特別是宏觀工程的角度看，這樣基于假說的論述似乎缺乏實驗支撐。但實際上，由于納米材料物質單元其物理尺寸是介于原子簇（個位數至三位數個原子）與宏觀物體尺寸之間的介觀區域，其長度已經與電子的相干長度以及光波長度比較接近，這時傳統力學和宏觀物理的基本觀點和原理已經不能適用，必須采用量子力學的基本原理和分析方法（包括其猜想、假說和推理）來進行解釋，因此文中假說和推理有其學理背景及邏輯淵源。而作者在此基礎上的分析和論證則是嚴謹的，所得結論自有其獨到的學術價值和科學意義。
對納米材料的研究在世界范圍內尚處于萌芽狀態，無論基礎理論方面還是應用技術方面都還有很多未知領域。在這個新興領域耕耘，以實驗結果為基礎、以數理推導為工具，中規中距地開展工作無疑是至關重要的。但大自然的奧秘無窮無盡，暫時無法解析驗證的東西實在太多。在“未知”面前堅持“摸索求取總比守株待兔要好”的思想方法，其實一直都是量子力學、納米材料科學等微觀、介觀領域學科能夠不斷發展的根本動力。因此，當人類現有的科技水平、技術手段和認知能力面對“納米”中看不透的迷宮和重重鐵幕時，立足于已有研究成果壘筑的基礎平臺，理性假設、小心求證的學術努力也是十分必要的。因為這種努力的過程和結果即便不會有吹糠見米的收獲，也至少可以為人們提供一個混沌系統中或正或反的參考坐標和大致的突破方向。從這個意義上說，《納米材料特性形成機理的微觀探析》一文，無論在納米材料基礎理論系統構建上還是在工程應用研究上都有其不容忽視的特殊意義。
當前，國內外的研究大致分為兩個主要的方向：一是基礎理論研究，即對納米材料形成及其物理化學特性和典型結構形成的機理、機制探索和構建；一是工程應用研究，即對納米材料的制備、加工、測量、使用等應用技術的開發和完善。兩類研究都以材料基本單元的物理尺度和維度結構作為主要的切入點和重點。涉及納米材料中原子層面以下微觀粒子的運動規律、這些微觀粒子間的能量傳遞變化規律，以及它們與納米材料物理化學特性和典型結構形成之間關系的研究成果并不多見。
發表在2014年第1期《前沿科學》上的《納米材料特性形成機理的微觀探析》一文，對現有研究成果中有突破前景的若干問題進行了梳理。通過文獻分析，強調了“必須從微觀粒子的層面去探究問題的必要性”。著眼于納米材料在其基本單元維度結構環境下，材料中微觀粒子的運動狀態和能量變化；指出納米材料物理化學特性“涉及到基本粒子的結構、運動、能量變化等深層次的問題”。通過合理假設和分析推理，首先從微觀粒子的運動和能量結構角度出發，給出了“納米材料的原子的寬自由度運動和交合的形態”使“粒子間的核力結合預選位置數多于常態的物質材料，從而形成了具有自由態的變性形態，所以使納米材料表現出特殊性能”的初步結論。然后借助于文中提出的“核質態迷粒子鍵”“移活性控制力”“外延夸克力”、“負核力的能量粒子”“非鍵軌道”等一系列新概念，對這一問題進行了全面分析和演繹論證。得到了“基本粒子的維度結構及結合力（能量結構），在正常情況下，決定了常態物質材料的宏觀性能，然而一旦這樣的維度結構及相應的結合力出現背離常態的變化后，就會使材料宏觀特性發生明顯變化。納米材料正是基于這樣的原因而發生變性的完整結論。
文章基于上述觀點、原理和分析方法，就原因、過程和結果等環節對能量結構變化后的小分子特性進行了描述。進而對納米材料的磁學、電學、力學、熱學、光學等5個方面的變性效應以及納米材料幾種典型結構的形成機理做了闡釋。指出，“當納米晶粒產生界面效應，這樣一種小分子特性形成后，由于晶粒尺寸單位的減小，宏觀上就表現出這一類材料會對磁、電、光、力和熱等產生不同變性的晶粒效應”；而“納米晶粒的結構，取決于納米晶粒中的原子——夸克的能量態和虛量態的自由交合，不同形式的交合形成了多種形態的結構體”。
文章還分別“從物質材料粒子的維度和能量狀況背離常態后，產生了奇異特性的角度”和“從物質材料尺寸變化引起特性變化的角度”出發，對納米材料給出了兩個各有側重的定義。將文中兩種定義與歐盟對納米材料的系統定義放在一起理解，自有一精一全、相得益彰的收獲。
文中關于夸克、迷粒子、膠子、貝粒子、單奇子等微觀粒子的運動描述和能量傳遞描述是全文的精髓。這是作者長期研究容介態理論——包括自然容介態、生命容介態和思維容介態所得成果在納米技術領域的借鑒運用，極富創新性和前瞻性。這里的分析方法和演繹結論既是納米技術領域現有研究過程中所發現的很多現象、包括某些無法解釋的現象的一種推理性延伸，也為后續的進一步研究給出了一種啟示性的方向。必須指出的是，上述關于運動狀態和能量傳遞兩方面的描述，有些是基于作者針對微觀粒子領域提出的假說和推理來展開的。以宏觀物理特別是宏觀工程的角度看，這樣基于假說的論述似乎缺乏實驗支撐。但實際上，由于納米材料物質單元其物理尺寸是介于原子簇（個位數至三位數個原子）與宏觀物體尺寸之間的介觀區域，其長度已經與電子的相干長度以及光波長度比較接近，這時傳統力學和宏觀物理的基本觀點和原理已經不能適用，必須采用量子力學的基本原理和分析方法（包括其猜想、假說和推理）來進行解釋，因此文中假說和推理有其學理背景及邏輯淵源。而作者在此基礎上的分析和論證則是嚴謹的，所得結論自有其獨到的學術價值和科學意義。
對納米材料的研究在世界范圍內尚處于萌芽狀態，無論基礎理論方面還是應用技術方面都還有很多未知領域。在這個新興領域耕耘，以實驗結果為基礎、以數理推導為工具，中規中距地開展工作無疑是至關重要的。但大自然的奧秘無窮無盡，暫時無法解析驗證的東西實在太多。在“未知”面前堅持“摸索求取總比守株待兔要好”的思想方法，其實一直都是量子力學、納米材料科學等微觀、介觀領域學科能夠不斷發展的根本動力。因此，當人類現有的科技水平、技術手段和認知能力面對“納米”中看不透的迷宮和重重鐵幕時，立足于已有研究成果壘筑的基礎平臺，理性假設、小心求證的學術努力也是十分必要的。因為這種努力的過程和結果即便不會有吹糠見米的收獲，也至少可以為人們提供一個混沌系統中或正或反的參考坐標和大致的突破方向。從這個意義上說，《納米材料特性形成機理的微觀探析》一文，無論在納米材料基礎理論系統構建上還是在工程應用研究上都有其不容忽視的特殊意義。
