如何開(kāi)發(fā)新型納米材料

材料是人類(lèi)社會(huì)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的發(fā)展導(dǎo)致著時(shí)代的變遷，可以這么說(shuō)，材料的先進(jìn)就代表著時(shí)代進(jìn)步和物質(zhì)文明的進(jìn)步。而新型功能材料正是在引領(lǐng)著材料發(fā)展的潮流。一個(gè)國(guó)家對(duì)于各種新型功能材料的個(gè)、結(jié)構(gòu)、性能、制備和應(yīng)用，反映著該國(guó)在材料領(lǐng)域的水平。同時(shí)也成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展、國(guó)防實(shí)力等的重要標(biāo)志。正是由于新型功能材料對(duì)于國(guó)家、社會(huì)都有著舉足輕重的地位和重要性，對(duì)起的開(kāi)發(fā)的研究也顯得尤為的重要。

研究意義

功能材料不僅是發(fā)展我國(guó)信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，而且是改造與提升我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到我國(guó)資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。 我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國(guó)為首的西方國(guó)家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國(guó)國(guó)防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進(jìn)口來(lái)解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開(kāi)特種功能材料的支撐。

我國(guó)國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)一直受到以美國(guó)為首的西方國(guó)家的封鎖和禁運(yùn)，所以我國(guó)國(guó)防用關(guān)鍵特種功能材料是不可能依靠進(jìn)口來(lái)解決的，必須要走獨(dú)立自主、自力更生的道路。如軍事通信、航空、航天、導(dǎo)彈、熱核聚變、激光武器、激光雷達(dá)、新型戰(zhàn)斗機(jī)、主戰(zhàn)坦克以及軍用高能量密度組件等，都離不開(kāi)特種功能材料的支撐。

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)發(fā)展新型能源及能源材料具有迫切的需求。能源材料是發(fā)展能源技術(shù)、提高能源生產(chǎn)和利用效率的關(guān)鍵因素，我國(guó)目前是世界上能源消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，同時(shí)也是能源緊缺的國(guó)家。發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)、使用清潔能源、節(jié)約石油資源等政策措施使得新型能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料的需求不斷增加。我國(guó)西部還擁有一些儲(chǔ)量豐富的資源，如稀土、鎢、鈦、鉬、鉭、鈮、釩、鋰等，有的工業(yè)儲(chǔ)量甚至占世界總儲(chǔ)量的一半以上，這些資源均是特種功能材料的重要原材料。研究開(kāi)發(fā)與上述元素相關(guān)的特種功能材料，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將大幅度地提高我國(guó)相關(guān)特種功能材料及制品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，這對(duì)實(shí)現(xiàn)西部資源的高附加值利用，將西部的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)具有重要意義，將有力地支持國(guó)家的西部大開(kāi)發(fā)。

材料是現(xiàn)代科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)材料的品種、數(shù)量和質(zhì)量是衡量其科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。隨著新技術(shù)將更迅猛地發(fā)展，我們對(duì)功能材料的需求也日益迫切。因此，我們要加強(qiáng)對(duì)功能材料的研制和開(kāi)發(fā)應(yīng)用，把新成果應(yīng)用于勞動(dòng)生產(chǎn)。在未來(lái)的五到十年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及國(guó)家安全對(duì)功能材料有著巨大的需求，功能材料是關(guān)系到我國(guó)能否順利實(shí)現(xiàn)第三步戰(zhàn)略目標(biāo)的關(guān)鍵新材料。

為了使我國(guó)納米科學(xué)技術(shù)健康快速發(fā)展，必須采取有力的措施，推動(dòng)我國(guó)納米科學(xué)技術(shù)的繁榮。當(dāng)前急需要做的幾件事情是：

1. 媒體要全面正確宣傳納米材料和技術(shù)的科學(xué)內(nèi)涵，糾正亂用和炒作納米概念的不正之風(fēng)，提倡各領(lǐng)域?qū)＜覅f(xié)同創(chuàng)新，促進(jìn)納米技術(shù)向各個(gè)領(lǐng)域交叉滲透。

2. 建立納米技術(shù)實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化基金，加大對(duì)納米技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的資金扶持力度。形成政府、企業(yè)、金融部門(mén)、社會(huì)等多面的投資渠道，支持納米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。制定優(yōu)惠稅率、貸款貼息等相關(guān)政策，引導(dǎo)企業(yè)、金融部門(mén)、風(fēng)險(xiǎn)投資機(jī)構(gòu)及社會(huì)閑散資金投入到納米技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中。

3. 建立一批從事納米技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和工程技術(shù)研究中心，并與納米產(chǎn)業(yè)掛鉤，增強(qiáng)納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力。

4. 建立國(guó)家級(jí)納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)認(rèn)定、評(píng)價(jià)中心和納米技術(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制定中心。負(fù)責(zé)和指導(dǎo)納米技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

5. 制定納米產(chǎn)業(yè)核心技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)措施，鼓勵(lì)申請(qǐng)國(guó)際發(fā)明專(zhuān)利，并予以適當(dāng)財(cái)政補(bǔ)貼。

6. 成立非常設(shè)納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)和咨詢(xún)專(zhuān)家組，對(duì)全國(guó)納米材料和技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行宏觀咨詢(xún)、指導(dǎo)和協(xié)調(diào)。

7. 建議成立國(guó)家納米技術(shù)學(xué)會(huì)和國(guó)家納米產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，促進(jìn)納米技術(shù)的交流，推進(jìn)納米產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

8. 從現(xiàn)在開(kāi)始要特別重視納米技術(shù)人才的培養(yǎng)，教育部門(mén)要把納米科學(xué)和技術(shù)作為重要的學(xué)科加強(qiáng)建設(shè)，傳統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域要注意與納米科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，充實(shí)納米科學(xué)技術(shù)的內(nèi)涵，使傳統(tǒng)學(xué)科的知識(shí)與國(guó)際前沿接軌。

實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值

新型功能材料是指新近發(fā)展起來(lái)和正在發(fā)展中的具有優(yōu)異性能和特殊功能，對(duì)科學(xué)技術(shù)尤其是對(duì)高技術(shù)的發(fā)展及新產(chǎn)業(yè)的形成具有決定意義的新材料。主要包括電子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物醫(yī)用材料、生態(tài)環(huán)境材料、超導(dǎo)材料、智能材料、功能高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料、梯度材料等。

功能材料種類(lèi)繁多，用途廣泛，正在形成一個(gè)規(guī)模宏大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)群，有著十分廣闊的市場(chǎng)前景和極為重要的戰(zhàn)略意義。它是信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、能源技術(shù)、納米技術(shù)、環(huán)保技術(shù)、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、海洋工程技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的先導(dǎo)、基石與支撐。

在未來(lái)的5～10年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及國(guó)家安全對(duì)功能材料有著巨大的需求。目前，功能材料已成為我國(guó)材料科學(xué)和工程中最具活力與創(chuàng)新性的熱點(diǎn)；有關(guān)功能材料的項(xiàng)目已占整個(gè)新材料研究項(xiàng)目的70%以上。功能材料不僅是發(fā)展我國(guó)信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)和加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料；而且對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展起著重要的促進(jìn)作用；同時(shí)還直接關(guān)系到我國(guó)資源、環(huán)境及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前光電信息材料、功能陶瓷材料、生物醫(yī)用材料、超導(dǎo)材料、功能高分子材料、先進(jìn)復(fù)合材料、智能材料以及生態(tài)環(huán)境材料等功能材料是世界各國(guó)戰(zhàn)略高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，也是我國(guó)“十二五”國(guó)家科技計(jì)劃材料領(lǐng)域的重點(diǎn)。

當(dāng)前國(guó)際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料、生態(tài)環(huán)境材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢(shì)的重要手段。

國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

當(dāng)前國(guó)際功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如微電子材料、光子材料、信息材料、能源轉(zhuǎn)換及儲(chǔ)能材料、生態(tài)環(huán)境材料及材料的分子、原子設(shè)計(jì)等正處于日新月異的發(fā)展之中，發(fā)展功能材料技術(shù)正在成為一些發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化其經(jīng)濟(jì)及軍事優(yōu)勢(shì)的重要手段。從國(guó)內(nèi)外功能材料的研究動(dòng)態(tài)看，功能材料的發(fā)展趨勢(shì)可歸納為如下方面：

（1）開(kāi)發(fā)高技術(shù)所需的新型功能材料，特別是尖端領(lǐng)域（如航空航天、分子電子學(xué)、高速信息、新能源、海洋技術(shù)和生命科學(xué)等）所需和在極端條件（如超高壓、超高溫、超低溫、高燒蝕、高熱沖擊、強(qiáng)腐蝕、高真空、強(qiáng)激光、高輻射、粒子云、原子氧、核爆炸等）下工作的高性能功能材料。

（2）功能材料的功能從單功能化向多功能化和復(fù)合或綜合功能發(fā)展，從低級(jí)功能（如單一的物理性能）向高級(jí)功能（如人工智能、生物功能和生命功能等）發(fā)展。

（3）功能材料和器件的一體化、高集成化、超微型化、高密積化和超分子化。

（4）功能材料和結(jié)構(gòu)材料兼容，即功能材料結(jié)構(gòu)化，結(jié)構(gòu)材料功能化。

（5）進(jìn)一步研究和發(fā)展功能材料的新概念、新設(shè)計(jì)和新工藝。

（6）完善和發(fā)展功能材料檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法。

（7）加強(qiáng)功能材料的應(yīng)用研究，擴(kuò)展功能材料的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是尖端領(lǐng)域和民用高技術(shù)領(lǐng)域，并把成熟的研究成果迅速推廣，以形成生產(chǎn)力。

納米材料的合成與制備方法

物理制備方法

1.機(jī)械法

機(jī)械法有機(jī)械球磨法、機(jī)械粉碎法以及超重力技術(shù)。機(jī)械球磨法無(wú)需從外部供給熱能，通過(guò)球磨讓物質(zhì)使材料之間發(fā)生界面反應(yīng)，使大晶粒變?yōu)樾【Я＃玫郊{米材料。范景蓮等采用球磨法制備了鎢基合金的納米粉末。利用金屬羰基粉高能球磨法獲得納米級(jí)的Fe-18Cr-9W合金粉末。機(jī)械粉碎法是利用各種超微粉機(jī)械粉碎和電火花爆炸等方法將原料直接粉碎成超微粉，尤其適用于制備脆性材料的超微粉。超重力技術(shù)利用超重力旋轉(zhuǎn)床高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相當(dāng)于重力加速度上百倍的離心加速度，使相間傳質(zhì)和微觀混合得到極大的加強(qiáng)，從而制備納米材料。劉建偉等以氨氣和硝酸鋅為原料，應(yīng)用超重力技術(shù)制備粒徑20nm—80nm、粒度分布均勻的ZnO納米顆粒。制備ZnO一維納米材料通常采用汽固（VS）、汽液固（VLS）等蒸發(fā)傳質(zhì)法：在水平放置的鋁管管式爐中加熱原材料（ZnO粉體）使之氣化，通入運(yùn)載氣體（Xr）流使ZnO隨運(yùn)載氣體運(yùn)載到低溫區(qū)，由于溫度的降低，ZnO在底襯（鋁板）上沉積并生長(zhǎng)得到一維ZnO納米材料。但是取向生長(zhǎng)ZnO納米線在場(chǎng)電子發(fā)射器、新型太陽(yáng)能電池、紫外激光器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于這些應(yīng)用與ZnO納米線生長(zhǎng)的空間方向、晶面取向以及ZnO納米線在納米線陣列中的密度緊密相關(guān)，因此制備方向、取向、密度可控的ZnO納米線是當(dāng)今一個(gè)熱點(diǎn)研究課題。所以為了制備新型ZnO一維納米材料采用金屬納米粉體或納米簇為催化劑，配合傳統(tǒng)汽一液一固（VLS）法在襯底上則可生長(zhǎng)出ZnO納米線，這是典型的合成位置、取向、密度可控ZnO的新方法。

2.氣相法

氣相法包括蒸發(fā)冷凝法、溶液蒸發(fā)法、深度塑性變形法等。蒸發(fā)冷凝法是在真空或惰性氣體中通過(guò)電阻加熱、高頻感應(yīng)、等離子體、激光、電子束、電弧感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子體并使其達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，然后在氣體介質(zhì)中冷凝形成高純度的納米材料。Takaki等在惰性氣體保護(hù)下，利用氣相冷凝法制備了懸浮的納米銀粉。杜芳林等制備出了銅、鉻、錳、鐵、鎳等納米粉體，粒徑在30nm—50 nm范圍內(nèi)可控。魏勝用蒸發(fā)冷凝法制備了納米鋁粉。溶液蒸發(fā)法是將溶劑制成小滴后進(jìn)行快速蒸發(fā)，使組分偏析最小，一般可通過(guò)噴霧干燥法、噴霧熱分解法或冷凍干燥法加以處理。深度塑性變形法是在準(zhǔn)靜態(tài)壓力的作用下，材料極大程度地發(fā)生塑性變形，而使尺寸細(xì)化到納米量級(jí)。有文獻(xiàn)報(bào)道，Φ82mm的Ge在6GPa準(zhǔn)靜壓力作用后，再經(jīng)850℃熱處理，納米結(jié)構(gòu)開(kāi)始形成，材料由粒徑100nm的等軸晶組成，而溫度升至900℃時(shí)，晶粒尺寸迅速增大至400nm。 以上介紹了幾種常用的納米材料物理制備方法，這些制備方法基本不涉及復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，因此，在控制合成不同形貌結(jié)構(gòu)的納米材料時(shí)具有一定的局限性。

化學(xué)制備方法

1.溶膠—凝膠法

溶膠—凝膠法的化學(xué)過(guò)程首先是將原料分散在溶劑中，然后經(jīng)過(guò)水解反應(yīng)生成活性單體，活性單體進(jìn)行聚合，開(kāi)始成為溶膠，進(jìn)而生成具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠。Stephen等利用高分子加成物（由烷基金屬和含N聚合物組成）在溶液中與H2S反應(yīng)，生成的ZnS顆粒粒度分布窄，且被均勻包覆于聚合物基體中，粒徑范圍可控制在2nm-5nm之間。Marcus Jones等以CdO為原料，通過(guò)加入Zn（CH3）2和S［Si（CH3）3］2制得了ZnS包裹的CdSe量子點(diǎn)，顆粒平均粒徑為3.3nm，量子產(chǎn)率（quantum yield，QY）為13.8%。

2.離子液法

離子液作為一種特殊的有機(jī)溶劑，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，如粘度較大、離子傳導(dǎo)性較高、熱穩(wěn)定性高、低毒、流動(dòng)性好以及具有較寬的液態(tài)溫度范圍等。即使在較高的溫度下，離子液仍具有低揮發(fā)性，不易造成環(huán)境污染，是一類(lèi)綠色溶劑。因此，離子液是合成不同形貌納米結(jié)構(gòu)的一種良好介質(zhì)。Jiang等以BiCl3和硫代乙酰胺為原料，在室溫下于離子液介質(zhì)中合成出了大小均勻的、尺寸為3μm—5μm的Bi2S3納米花。他們認(rèn)為溶液的pH值、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)納米花的形貌和晶相結(jié)構(gòu)有很重要的影響。他們證實(shí)，這些納米花由直徑60nm—80 nm的納米線構(gòu)成，隨老化時(shí)間的增加，這些納米線會(huì)從母花上坍塌，最終形成單根的納米線。趙榮祥等采用硝酸鉍和硫脲為先驅(qū)原料，以離子液為反應(yīng)介質(zhì)，合成了單晶Bi2S3納米棒。

3.溶劑熱法

溶劑熱法是指在密閉反應(yīng)器（如高壓釜）中，通過(guò)對(duì)各種溶劑組成相應(yīng)的反應(yīng)體系加熱，使反應(yīng)體系形成一個(gè)高溫高壓的環(huán)境，從而進(jìn)行實(shí)現(xiàn)納米材料的可控合成與制備的一種有效方法。Lou等采用單源前驅(qū)體Bi［S2P（OC8H17）2］3作反應(yīng)物，用溶劑熱法制得了高度均勻的正交晶系Bi2S3納米棒，且該方法適于大規(guī)模生產(chǎn)。Liu等用Bi（NO3）3?5H2O、NaOH及硫的化合物為原料，甘油和水為溶劑，采用溶劑熱法在高壓釜中160℃反應(yīng)24-72 h制得了長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米的Bi2S3納米帶。

4.微乳法

微乳液制備納米粒子是近年發(fā)展起來(lái)的新興的研究領(lǐng)域，具有制得的粒子粒徑小、粒徑接近于單分散體系等優(yōu)點(diǎn)。1943年Hoar等人首次報(bào)道了將水、油、表面活性劑、助表面活性劑混合，可自發(fā)地形成一種熱力學(xué)穩(wěn)定體系，體系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圓柱形顆粒組成，并將這種體系定名微乳液。自那以后，微乳理論的應(yīng)用研究得到了迅速發(fā)展。1982年，Boutonnet等人應(yīng)用微乳法，制備出Pt、Pd等金屬納米粒子。微乳法制備納米材料，由于它獨(dú)特的工藝性能和較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)際應(yīng)用中受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。 納米材料由于具有特異的光、電、磁、催化等性能，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。它不僅在高科技領(lǐng)域有不可替代的作用，也為傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)帶來(lái)生機(jī)和活力。它在生物醫(yī)療領(lǐng)域同樣具有極高用途，如細(xì)菌纖維素納米材料的制備，目前已經(jīng)商品化的產(chǎn)品主要有用作外科和齒科材料的細(xì)菌纖維素產(chǎn)品Biofill、Gengiflex和BASYC。對(duì)于二級(jí)和三級(jí)燒傷、潰瘍等，Biofill已被成功用作人造皮膚的臨時(shí)替代品，Geniflex已用于齒根膜組織的恢復(fù)；基于細(xì)菌纖維素的原位可塑性設(shè)計(jì)出的BASYC可望在顯微外科中用作小尺寸人造血管隨著納米材料制備技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展，工業(yè)化生產(chǎn)納米材料必將對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。但到目前為止，開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品較難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、商品化規(guī)模。主要問(wèn)題是：對(duì)控制納米粒子的形狀、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;納米材料的收集、存放，尤其是納米材料與納米科技的生物安全性更是急待解決的問(wèn)題。這些問(wèn)題的研究和解決將不僅加速納米材料和納米科技的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)，而且將極大地豐富和發(fā)展材料科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論。

基于以上發(fā)展趨勢(shì)，下面介紹幾種重要的新型功能材料：

智能材料

智能材料是具有感知溫度、力、電、磁等外界環(huán)境并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)（位移等）效應(yīng)的一類(lèi)重要功能材料，主要包括形狀記憶、壓電和磁料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。另外，薄膜太陽(yáng)能電池由于大大地減少了半導(dǎo)體材料的消耗，也容易批量生產(chǎn)，從而大幅度地降低了太陽(yáng)能電池的成本，但是效率相對(duì)較低，目前商用薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率只有6～8%。隨著納米技術(shù)的發(fā)展和成熟，納米結(jié)構(gòu)材料成為新穎的太陽(yáng)能電池材料，在太陽(yáng)能電池中使用納米結(jié)構(gòu)材料將能夠提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池的生產(chǎn)成本，對(duì)于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的大規(guī)模應(yīng)用將起著重要的作用，例如燃料敏化納米晶膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到11.04%，而其成本只有傳統(tǒng)硅光電池的十分之一，已成為目前應(yīng)用前景看好的光電轉(zhuǎn)換器件。

電子信息材料

電子信息材料是指在微電子、光電子技術(shù)和新型元器件基礎(chǔ)產(chǎn)品領(lǐng)域中所用的材料，主要包括單晶硅為代表的半導(dǎo)體微電子材料；激光晶體為代表的光電子材料；介質(zhì)陶瓷和熱敏陶瓷為代表的電子陶瓷材料；釹鐵硼（NdFeB）永磁材料為代表的磁性材料；

納米材料

納米材料是指三維空間中至少有一維處于1～100nm或由它們作為基體單元構(gòu)成的材料，其命名出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。納米技術(shù)、信息技術(shù)及生物技術(shù)將成為世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。

納米科技的興起，對(duì)我國(guó)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也為我國(guó)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。1991年美國(guó)將納米技術(shù)列入“政府關(guān)鍵技術(shù)”。1993年德國(guó)提出今后10年重點(diǎn)發(fā)展的9個(gè)關(guān)鍵技術(shù)中有4個(gè)涉及納米技術(shù)。日本、歐盟也都斥巨資用于納米材料與技術(shù)的開(kāi)發(fā)。我國(guó)將其列入“863”、“973”計(jì)劃和“十五”、“十一五”規(guī)劃，在2001年7月下發(fā)了《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要》，指出我國(guó)納米科技在今后5～10年的主要目標(biāo)：在納米科學(xué)前沿取得重大進(jìn)展，奠定發(fā)展基礎(chǔ)；在納米技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面取得重大突破；逐步形成精干的、具有交叉綜合和持續(xù)創(chuàng)新能力的納米科技骨干隊(duì)伍；建立全國(guó)性的納米科技研發(fā)中心和以企業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)化基地，促進(jìn)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化的協(xié)調(diào)發(fā)展。 2004年曼徹斯特大學(xué)的Geim和Philip Kim首先發(fā)現(xiàn)了該材料并于2010年獲物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)。石墨烯的出現(xiàn)打破了二維晶體無(wú)法真實(shí)存在的理論預(yù)言，帶來(lái)了眾多出乎人們意料的新奇特性，使它成為繼富勒烯和碳納米管后又一個(gè)里程碑式的新材料。目前，該材料的研究和產(chǎn)業(yè)孕育開(kāi)發(fā)正在全世界范圍內(nèi)轟轟烈烈地展開(kāi)，都在力爭(zhēng)搶占石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的制高點(diǎn)。

光纖通信材料

磁存儲(chǔ)和光盤(pán)存儲(chǔ)為主的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)材料；壓電晶體與薄膜材料；貯氫材料和鋰離子嵌入材料為代表的綠色電池材料等。這些基礎(chǔ)材料及其產(chǎn)品支撐著通信、計(jì)算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電子信息材料的總體發(fā)展趨勢(shì)是向著大尺寸、高均勻性、高完整性、以及薄膜化、多功能化和集成化方向發(fā)展。當(dāng)前的研究熱點(diǎn)和技術(shù)前沿包括柔性晶體管、光子晶體、SiC、GaN、ZnSe等寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的第三代半導(dǎo)體材料、有機(jī)顯示材料以及各種納米電子材料等。電子信息材料及產(chǎn)品支撐著現(xiàn)代通信、計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微機(jī)械智能系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化和家電等現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。電子信息材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防實(shí)力的重要標(biāo)志，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要戰(zhàn)略地位，是科技創(chuàng)新和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的材料領(lǐng)域。

新能源材料

尋找清潔的能源和可再生能源是當(dāng)今世界共同關(guān)心的問(wèn)題。太陽(yáng)能是一種用之不竭的綠色環(huán)保能源，太陽(yáng)能電池材料是新能源材料研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，自從1954年單晶硅太陽(yáng)能電池在貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世以來(lái)，硅電池因其較高的光電轉(zhuǎn)換效率（約20%）而在各類(lèi)光伏電池中占據(jù)主導(dǎo)地位。但由于其制造工藝復(fù)雜、硅原材料的短缺而限制了硅電池的廣泛應(yīng)用。尋找與傳統(tǒng)能源材料價(jià)格相當(dāng)?shù)男虏牧虾椭苽涔に囀翘?yáng)能電池能夠得到普及的關(guān)鍵。IBM公司研制的多層復(fù)合太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換率高達(dá)40%。美國(guó)能源部在全部氫能研究經(jīng)費(fèi)中，大約有50%用于儲(chǔ)氫技術(shù)。固體氧化物燃料電池的研究十分活躍，關(guān)鍵是電池材料，如固體電解質(zhì)薄膜和電池陰極材料，還有質(zhì)子交換膜型燃料電池用的有機(jī)質(zhì)子交換膜等，都是目前產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。另外，薄膜太陽(yáng)能電池由于大大地減少了半導(dǎo)體材料的消耗，也容易批量生產(chǎn)，從而大幅度地降低了太陽(yáng)能電池的成本，但是效率相對(duì)較低，目前商用薄膜電池的光電轉(zhuǎn)換效率只有6～8%。隨著納米技術(shù)的發(fā)展和成熟，納米結(jié)構(gòu)材料成為新穎的太陽(yáng)能電池材料，在太陽(yáng)能電池中使用納米結(jié)構(gòu)材料將能夠提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，降低電池的生產(chǎn)成本，對(duì)于實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池的大規(guī)模應(yīng)用將起著重要的作用，例如燃料敏化納米晶膜太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到11.04%，而其成本只有傳統(tǒng)硅光電池的十分之一，已成為目前應(yīng)用前景看好的光電轉(zhuǎn)換器件。

目前新型功能材料是世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)，充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，新技術(shù)、新專(zhuān)利層出不窮，新型功能材料在整個(gè)新材料產(chǎn)業(yè)中的市場(chǎng)份額越來(lái)越大，我國(guó)目前在功能材料的創(chuàng)新性研究和產(chǎn)業(yè)化方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大差距。但近年來(lái)，在國(guó)家“863”、“973”、國(guó)家自然科學(xué)基金等計(jì)劃的支持下在功能材料領(lǐng)域取得了豐碩的成果，取得了一批接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的研究成果，在國(guó)際上占有了一席之地，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的功能材料研發(fā)人才和隊(duì)伍，隨著我國(guó)在功能材料系統(tǒng)集成和產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合等方面的完善，我國(guó)新型功能材料產(chǎn)業(yè)化的能力將得到大幅的提升和快速的發(fā)展。