Síntesis de nanomateriales y sus aplicaciones en agricultura y medicina
Planes estratégicos y áreas clave de investigación para el desarrollo de nanotecnología/materiales en varios países
Actualmente, más de 30 países en el mundo están involucrados en investigación y desarrollo de nanotecnología. La inversión ha aumentado. rápidamente, de 432 millones de dólares en 1997 a 217.400 millones de dólares en 2002. En 2002, la inversión financiera de los gobiernos de varios países (regiones) en el campo de la nanotecnología aumentó en un 503% en comparación con 1997 (ver Tabla 60). Como puede verse en la Tabla 1, desde 2000, la tasa de crecimiento de la financiación invertida en I+D. por parte de los gobiernos de varios países (regiones) se ha acelerado. Estados Unidos, Japón y Europa occidental son países (regiones) que invierten importantes en nanotecnología, y la inversión total de otros países y regiones no es tan grande como la de Estados Unidos y Japón.
Desde que Estados Unidos propuso la Iniciativa Nacional de Nanotecnología (NNI) en febrero de 2000, la financiación para I+D en nanotecnología aumentó de 422 millones de dólares en el año fiscal 2001 a 849 millones de dólares en el año fiscal 2004 (consulte la Tabla 2). En 2000, el "Plan de implementación de la NNI" identificó cinco áreas estratégicas para el desarrollo clave (ver Tabla 3). El contenido de investigación contenido en estas cinco áreas de investigación estratégicas se ha ajustado en los últimos años. Áreas de investigación clave cubiertas por el Proyecto Gran Desafío del año fiscal 2003:
1) "Diseñar" nanomateriales que sean más fuertes, más livianos, más duros, autocurativos y seguros: 10 veces más eficientes que el acero industrial, de transporte y de construcción.
2) Nanoelectrónica, nanofotónica, nanomagnetismo: mejorar la velocidad de funcionamiento de las computadoras y aumentar el almacenamiento de chips; ¿aumentar la eficiencia un millón de veces; aumentar la capacidad de almacenamiento de la electrónica a miles de terabits? La capacidad de almacenamiento por unidad de superficie se incrementa 1.000 veces; el ancho de banda se incrementa cientos de veces, cambiando la forma de comunicación.
3) En la atención médica, reduciendo los costosos costos de la atención médica y mejorando su efectividad; mediante equipos de diagnóstico y tratamiento; diagnóstico y tratamiento mediante secuenciación rápida de genes y sensores intracelulares; detección temprana de células cancerosas y desarrollo de medicamentos con biosensores que puedan reducir la tasa de rechazo de órganos artificiales y detectar enfermedades tempranas; daño mínimo al tejido humano Equipo
4) En términos de procesamiento a nanoescala y protección ambiental, eliminar partículas contaminantes de menos de 300 nanómetros en el agua y de menos de 50 nanómetros en el aire, y promover la limpieza del medio ambiente. y agua
5) Mejorar la eficiencia de conversión y almacenamiento de energía, y duplicar la eficiencia energética de las células solares
6) Desarrollar micronaves espaciales de baja potencia para explorar el espacio exterior; el sistema solar;
7) Investigación de dispositivos nanobiológicos para reducir el dolor del tratamiento en humanos: un detector bioquímico rápido y eficaz; dispositivos nanoelectrónicos/mecánicos/químicos para proteger el tejido sano y repararlo; >
8) Introducción a conceptos de economía y seguridad como nuevos materiales, electrónica, energía y medio ambiente en el transporte;
9) En términos de seguridad nacional, prestar mucha atención a los principales desafíos de la nanoelectrónica. , materiales multifuncionales y nanobiodispositivos.
En el año fiscal 2003, el Departamento de Energía añadió tres proyectos de investigación básica sobre las propiedades de los nanomateriales:
●En la síntesis y procesamiento de nanomateriales, nos estamos centrando en la deformación y Con un conocimiento básico de la nanofabricación por fractura, las nanopartículas se organizan mediante técnicas de moldeo fijo para la síntesis de nanomateriales. Utilizar nanomateriales con tamaño y forma uniformes para sintetizar nanomateriales de mayor tamaño;
● Investigación de nanomateriales en física de la materia condensada, centrándose en cómo equilibrar y autoorganizar macromoléculas en materiales nanoestructurados más grandes;
●Participar en la investigación básica para comprender el papel que juegan las propiedades de los nanomateriales en la transformación y control de los cambios catalíticos.
Las cinco áreas estratégicas de desarrollo clave apoyadas por NNI en el año fiscal 2004 fueron las mismas que en 2003 (ver Tabla 3).
Centrarse en apoyar la investigación a largo plazo sobre la manipulación de la materia a nivel atómico y molecular, utilizando la creatividad para construir nuevos dispositivos avanzados del tamaño de moléculas y células humanas, mejorando así aún más los dispositivos electrónicos utilizados en la investigación y el desarrollo de tecnología de la información y de alto rendimiento; materiales de bajo mantenimiento); para uso en fabricación, defensa, transporte, aeroespacial y medio ambiente; acelerar la aplicación de la nanotecnología en la biotecnología, la atención sanitaria y la agricultura. Áreas clave de investigación y desarrollo: ¿biología, química, radiación y detección y protección de explosiones? Las soluciones innovadoras de CBRE para la nanotecnología: investigación en nanofabricación; sistemas nanobiológicos; desarrollo de instrumentos nanoestándar; educación y capacitación de una nueva generación de trabajadores para satisfacer las necesidades del futuro desarrollo industrial;
En el segundo "Plan Básico de Ciencia y Tecnología" (2001-2006), el gobierno japonés consideró la nanotecnología y los materiales, las ciencias de la vida, la información y las comunicaciones, la protección del medio ambiente, etc. Como el área más importante de la estrategia nacional de desarrollo de ciencia y tecnología. En el año fiscal 2001, los fondos para investigación invertidos en nanotecnología bajo este plan alcanzaron los 14,2 mil millones de yenes, un aumento de 8,8 mil millones de yenes con respecto al año fiscal 2000. Áreas clave de investigación de nanotecnología y materiales determinadas en el plan: nanomateriales y materiales y sus aplicaciones en electrónica, electromagnética y óptica; nanomateriales y materiales y sus aplicaciones en materiales estructurales: nanotecnología en elementos de información en atención médica, aplicaciones en ciencias de la vida, ciencias de la energía; y ciencias ambientales; sustancias y materiales relacionados con el control de superficies e interfaces; medición nanométrica y tecnología estándar; tecnología de nanoprocesamiento, síntesis y cálculo, teoría y simulación de nanotecnología; tecnologías y materiales espaciales, etc.
En 2001, el Ministerio de Industria y Comercio Internacional de Japón estableció el "Programa de Nanomateriales" (NMP), con una financiación anual de 35 millones de dólares estadounidenses durante 7 años (2001-2007), financiado por departamentos gubernamentales, Las instituciones de investigación gubernamentales, las universidades y la investigación conjunta de la industria tienen como objetivo establecer una plataforma de investigación y desarrollo de nanomateriales que integre la investigación y el desarrollo de nuevos materiales nanofuncionales y funciones educativas orientadas a la industria. En 2001, el Ministerio de Comercio e Industria también formuló y aplicó el "Plan de desarrollo de tecnología de semiconductores de próxima generación" para desarrollar tecnologías básicas de procesamiento de semiconductores de próxima generación de 50 a 70 nanómetros, en el que el gobierno invirtió 60 millones de dólares EE.UU. al año.
La “investigación exploratoria sobre tecnología avanzada” de Japón implica muchas investigaciones exploratorias sobre nanopartículas, nanoestructuras, nanobiología, nanoelectrónica, etc. El período de investigación del proyecto será de cinco años y será financiado en su totalidad por el gobierno. Durante el período de cinco años, la financiación gubernamental promedio para el proyecto fue de 654,38 millones de dólares canadienses + 6 millones de libras esterlinas. Cada proyecto suele estar formado por entre 15 y 25 científicos y técnicos divididos en 3 equipos de investigación. El programa fomenta la investigación colaborativa entre la industria, universidades e instituciones de investigación nacionales y extranjeras. El programa ha completado muchos proyectos, principalmente en investigación.
El Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón publicó el presupuesto de ciencia y tecnología de 2003, en el que el presupuesto para nanotecnología y materiales ascendió a 1.496.5438+0 mil millones de yenes (ver Tabla 6). . El 14 de julio de 2003, se celebró la sexta reunión del "Proyecto de Promoción de Investigación y Desarrollo de Nanotecnología y Materiales" en la Conferencia Integral de Ciencia y Tecnología de la Oficina del Gabinete de Japón, y se determinaron las áreas clave de investigación y desarrollo: sistemas de administración de nanofármacos, Nano equipos médicos e innovación. Materiales nanoestructurados. Estos proyectos, liderados por la Oficina del Gabinete y promovidos por múltiples departamentos gubernamentales, comenzaron en 2004.
Europa lucha por alcanzar el estatus internacional de la nanotecnología. Por un lado, crea activamente nuevas industrias nanotecnológicas en Europa; por otro, insta a los sectores industriales existentes a mejorar sus capacidades nanotecnológicas. En el Sexto Programa Marco (2002-2006), la UE identificó la nanotecnología y la nanociencia como una de las siete áreas estratégicas de desarrollo clave, con una financiación de 65.438,200 millones de dólares estadounidenses, e identificó objetivos estratégicos específicos y campos de investigación clave:
1. Nanotecnología y Nanociencia
Transformar la investigación interdisciplinaria a largo plazo para comprender nuevos fenómenos, dominar nuevas tecnologías y desarrollar herramientas de investigación: centrándose en fenómenos moleculares y mesoscópicos y estructuras moleculares y biomoleculares autoorganizadas; y motores; nuevos métodos para el desarrollo integral de la investigación interdisciplinaria sobre materiales y procesos inorgánicos, orgánicos y biológicos;
Nanobiotecnología: Su objetivo es apoyar la investigación integrada sobre seres vivos y no biológicos, con nanobiotecnologías ampliamente utilizadas, como las que se pueden utilizar en sistemas de procesamiento, médicos y de análisis ambiental.
Las principales áreas de investigación incluyen lab-on-a-chip, interfaces de entidades biológicas, reparación de superficies de nanopartículas, métodos avanzados de administración de fármacos y nanoelectrónica, procesamiento, manipulación y detección de biomoléculas o complejos, detección electrónica de entidades biológicas, microfluidos, promueve y Controla el crecimiento celular basándose en la acción de las enzimas.
Creación de tecnología de nanoingeniería para materiales y componentes: desarrollo de nuevos materiales funcionales y estructurales de rendimiento ultraalto mediante el control de nanoestructuras, incluido el desarrollo de tecnologías de producción y procesamiento de materiales. Centrarse en aleaciones nanoestructuradas y materiales compuestos, materiales poliméricos funcionales avanzados y materiales funcionales nanoestructurados.
Desarrollar dispositivos e instrumentos de control de operación: Desarrollar una nueva generación de instrumentos de medición y análisis nanométricos con una resolución de 10 nm. Las áreas clave de investigación involucran diversas tecnologías avanzadas de medición nanométrica; avances en tecnologías, métodos o medios para explorar las propiedades de autoorganización de la materia y el desarrollo de nanomáquinas.
Aplicaciones de la nanotecnología en salud, química, energía, óptica y medio ambiente. Centrarse en la simulación computacional y la tecnología de producción avanzada; desarrollar materiales innovadores que puedan modificarse.
2. Materiales multifuncionales inteligentes
Nuevos materiales con alto contenido de conocimiento, nuevas funciones y modificaciones serán la clave de la innovación tecnológica, de dispositivos y sistemas.
Desarrollar conocimientos básicos: El objetivo es comprender los complejos fenómenos físicos, químicos y biológicos relacionados con los materiales, y dominar y procesar materiales inteligentes que sean útiles para experimentos, teorías y herramientas de simulación. Principales áreas de investigación: diseño y desarrollo de nuevos materiales estructurales con propiedades específicas; desarrollo de ingeniería supramolecular y de moléculas pequeñas se centra en la síntesis, exploración y posibles aplicaciones de nuevas moléculas de alta complejidad y sus complejos.
La combinación de tecnología y producción: transporte y procesamiento basado en el conocimiento de materiales y biomateriales multifuncionales: el objetivo es producir nuevos materiales multifuncionales "inteligentes" que puedan construir estructuras más grandes. Áreas de investigación clave: nuevos materiales; materiales de ingeniería autorreparables; incluida la tecnología de superficies y la tecnología de ingeniería.
Apoyo de ingeniería al desarrollo de materiales: El objetivo es tender puentes entre la producción y el uso del conocimiento, superando las debilidades de las industrias homogéneas europeas en la integración de materiales y producción. Mediante el desarrollo de nuevas herramientas, se pueden producir nuevos materiales en un entorno competitivo estable. Áreas de investigación clave: optimización del diseño, procesamiento y herramientas de materiales; dar forma a materiales en estructuras más grandes, considerando la biocompatibilidad y los beneficios económicos.
En tercer lugar, nuevos procesos y equipos de producción
El concepto de nueva producción incluye una mayor flexibilidad, una mayor integración, más segura y más limpia, lo que dependerá de la innovación organizacional y el desarrollo tecnológico.
En el plan quinquenal (1999-2003) de la Iniciativa sobre Dispositivos de Información Nanotecnológica, la Comisión Europea se fijó tres objetivos: diseñar dispositivos con un rendimiento superior al de los dispositivos complementarios compatibles con semiconductores de óxido metálico y silicio. ; Sobre la base de la química, la electrónica, la optoelectrónica, la biología y la mecánica, utilizamos las características de las moléculas para diseñar nuevos dispositivos y sistemas a escala atómica o molecular para resolver problemas informáticos especiales. La Fundación Europea para la Ciencia propuso un plan quinquenal para "nanoestructuras autoorganizadas" y comenzó a implementarlo en 2003. Como primera etapa de investigación se enumeran la autoorganización molecular, la materia blanda o la investigación supramolecular relacionada con mecanismos mecánicos, así como la función y preparación de nanoestructuras autoorganizadas.
El gobierno británico ha determinado la estrategia de investigación científica y las prioridades de investigación para 2001-2004 en sus prioridades de investigación científica. Entre ellos, la ciencia de los materiales (financiación de la investigación de 444 millones de libras) y la tecnología básica (financiación de la investigación de más de 265.438 libras) implican investigaciones centradas en nanomateriales y nanotecnología: promoción de investigaciones de simulación de materiales con visión de futuro; promoción de la investigación y el desarrollo de nanotecnología; desarrollo interdisciplinario; Centros Colaboradores de Investigación en Nanotecnología (IRC) gestionados por diferentes instituciones. El Consejo Británico de Investigación en Ingeniería y Ciencia de los Materiales invirtió aproximadamente 7 millones de dólares EE.UU. en el Plan Quinquenal de Desarrollo de la Ciencia de los Materiales (1994-1999), de los cuales aproximadamente 10.000 dólares se destinaron a la investigación de nanopartículas. El programa continuó en 2000 apoyando la investigación en el campo de los nanomateriales. En 2003, el gobierno británico invirtió aproximadamente 30 millones de libras esterlinas en nanotecnología.
Después de encuestar a cientos de científicos e inventores, el Panel Asesor del Subcomité de Aplicaciones de Nanotecnología del Gobierno Británico describió en su informe titulado "Estrategia de Desarrollo de Nanotecnología del Reino Unido" en junio de 2002. La estrategia de desarrollo de nanotecnología del Reino Unido (ver Tabla 7) ha seleccionado seis campos de nanotecnología en los que el Reino Unido tiene ventajas de investigación y oportunidades de desarrollo industrial: electrónica y comunicaciones; ingeniería de tejidos biológicos, implantes y dispositivos de fármacos; materiales, especialmente nanomateriales, herramientas y sensores de interfaz biomédicos; .
Actualmente, el gobierno francés apoya principalmente tres proyectos de nanotecnología: "Red francesa de micronanotecnología" (más de 654,38 millones de euros); "Materiales nanoestructurados" (2,3 millones de euros); 6,5438+02 millones de euros).
El Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación y el Ministerio Federal Alemán de Economía han financiado 6 centros de competencia en nanotecnología con una inversión anual de 65 millones de marcos alemanes. Las principales áreas de financiación son: películas funcionales ultrafinas; aplicación de nanoestructuras en el campo de la optoelectrónica; desarrollo de nuevas nanoestructuras: métodos de análisis de superficies ultrafinas de nanoestructuras;
En 2002, el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania publicó una nueva estrategia para mejorar las capacidades de investigación en nanotecnología, aumentando la financiación para la investigación en nanotecnología de 654,38+27,6 millones de euros en 2008 a 8.850 euros en 2002. Un aumento del 200% en cuatro años. Las áreas clave de investigación incluyen el fortalecimiento de la seguridad de la infraestructura de investigación en nanotecnología; la reconstrucción de instituciones de investigación para la innovación integrada; la promoción del establecimiento de empresas innovadoras; el fortalecimiento del papel de las pequeñas y medianas empresas y la evaluación de oportunidades de cooperación con otros países; las correspondientes La duración de las patentes o autorizaciones de las leyes de ciencia y tecnología relacionadas con la promoción de la investigación y el desarrollo de tecnologías de próxima generación; La financiación para la investigación de materiales de próxima generación alcanza los 75 millones de euros, incluida la financiación para materiales nanoestructurados.
Países de la UE como Reino Unido, Francia y Alemania, además de la investigación en nanotecnología apoyada por sus propios gobiernos, también participarán en proyectos de la UE relacionados con nanomateriales en el mencionado Sexto Plan Marco.
En el "Plan Básico para el Desarrollo Científico y Tecnológico" de 2002 a 2006, el gobierno coreano enumeró la nanotecnología y la biotecnología, la tecnología de la información y la tecnología aeroespacial como áreas estratégicas clave para el desarrollo científico y tecnológico nacional. El "Plan Decenal de Desarrollo de la Nanobiotecnología", formulado en 2000, se centra en la investigación y el desarrollo de dispositivos de nanodiagnóstico, sistemas nanoterapéuticos y dispositivos nanobiónicos. El "Plan de nanodispositivos TB 2001-2010" identifica la nanoelectrónica de TB, la electrónica de espín, la electrónica molecular y las tecnologías centrales como áreas clave de investigación. La inversión total del gobierno en el programa es de 654,38 dólares estadounidenses + 420 millones de euros. El Ministerio de Ciencia y Tecnología alienta activamente a las empresas privadas a crear fondos de inversión especiales para la nanotecnología como fondos de apoyo. El presupuesto del "Plan de Acción para el Desarrollo de la Nanotecnología de 2002" es de 203.100 millones de wones, un 9,31% más que los 105.200 millones de wones de 2001. Su objetivo es desarrollar tecnologías de nanonúcleos, establecer un nuevo centro nacional de investigación de nanofabricación (25 mil millones de wones) y un centro de convergencia para tecnología de la información y nanotecnología. En 2010, Corea del Sur contará con 13.000 expertos en el campo de la nanotecnología, ubicándose entre los 10 primeros del mundo.
En el año fiscal 2003, Australia consideró los nanomateriales y biomateriales como áreas de investigación estratégicas clave, centrándose en la formación de materiales a granel a través de la autoorganización a nanoescala de átomos y moléculas.
Desde 1999, la provincia china de Taiwán ha formulado sucesivamente el "Plan de investigación avanzada de nanomateriales" (1999). Se espera que el "Plan de Investigación en Nanotecnología" (2001-2005) invierta NT$100 millones por año dentro de cinco años. La provincia china de Taiwán planea invertir un total de 600 millones de dólares EE.UU. en campos relacionados con la nanotecnología entre 2002 y 2007, con un crecimiento constante cada año, alcanzando un promedio de 654.380 millones de dólares EE.UU. por año.
Desarrollo de nanotecnología/materiales en el mundo
Los países (regiones) han logrado grandes avances en nanomateriales y tecnologías a través de la implementación de planes de nanotecnología.
En términos de nanomateriales, tomando como ejemplo algunos resultados de investigaciones internacionales de los últimos dos años, el desarrollo de la nanotecnología/materiales es obvio. En 2002, IBM y la Universidad de Cornell desarrollaron sucesivamente nanotransistores de carbono. La Universidad Estatal de Wisconsin ha desarrollado un material de almacenamiento de silicio a nivel atómico con una densidad de almacenamiento 654,38+0 millones de veces mayor que la de los discos ópticos actuales.
El Instituto de Nanotecnología creado por el MIT y el ejército estadounidense ha desarrollado un nanorecubrimiento con efectos impermeables y bactericidas. El grupo de investigación de materiales dirigido por Stupp de la Universidad Northwestern en Illinois diseñó y preparó nanofibras similares a huesos por primera vez (Science, 23, 11, 2002). Un equipo de investigación dirigido por Joshua Goldberger del Departamento de Química de la Universidad de California, en colaboración con científicos del Laboratorio Nacional Lawrence, utilizó una nueva tecnología de recubrimiento epitaxial para sintetizar con éxito por primera vez nitruro de galio con estructura monocristalina. Nanotubos de GaN, esta nueva tecnología también se puede aplicar a la síntesis de nanotubos monocristalinos de otros materiales. ¿Nitruro de galio? Los nanotubos de GaN también se pueden utilizar en electroforesis nanocapilar, inducción bioquímica de nanofluidos, electrónica a nanoescala y componentes optoelectrónicos (Nature 422? 599 2003).
Los nanotubos de alúmina fueron desarrollados por primera vez por el Departamento de Química de la Universidad Estatal de Moscú en Rusia. El Instituto de Electroquímica de la Academia de Ciencias de Rusia ha desarrollado con éxito un nuevo tipo de nanorecubrimiento con buenas propiedades bactericidas y de protección del medio ambiente.
El Instituto de Investigación Industrial de Japón ha desarrollado un semiconductor de un solo electrón que utiliza nanotubos de carbono para funcionar a temperatura ambiente. Sobre esta base, la Universidad de Nagoya desarrolló nanotubos de carbono con conductividad controlable. El Centro de I+D de Toshiba de Japón utilizó un método de descomposición catalítica de hidrocarburos para recubrir un material dieléctrico poroso de óxido de zinc (ZnO2_2) con una capa de óxido compuesto de hierro y aluminio como catalizador para preparar una estructura de 5 capas con un diámetro de 5 a 8 nanómetros y aproximadamente 5 capas. Múltiples capas de nanofibras de carbono rellenas de alta densidad forman aproximadamente 40.000 nanofibras por milímetro cuadrado en su energía superficial. El propósito de investigar este material es desarrollar un material de almacenamiento de energía de hidrógeno que pueda absorber hidrógeno y otros combustibles. El Instituto de Investigación Hitachi utiliza nanotecnología para mezclar metal magnético blando y cerámica de alta resistencia a nivel atómico bajo la acción de una fuerza mecánica, formando así una estructura cerámica de alta resistencia alrededor de nanocristales de metal magnético blando. Las nanopartículas de metal magnético blando se separan por alta resistencia para formar una alta resistencia, lo que puede reducir la pérdida causada por las corrientes parásitas en la banda de alta frecuencia, sintetizando así con éxito nanomateriales que absorben ondas electromagnéticas de alta frecuencia. El nanomaterial absorbente de ondas electromagnéticas preparado mediante este método puede reducir el espesor del material absorbente de ondas electromagnéticas en aproximadamente un 50 %, y se espera que se ponga en aplicación práctica como material de recubrimiento absorbente de ondas electromagnéticas. Un equipo de investigación dirigido por Yoshio Bando del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Materiales de Japón desarrolló con éxito nanotubos monocristalinos de óxido de magnesio llenos de galio metálico líquido con un diámetro interior de aproximadamente 20 a 60 nanómetros. Los termómetros de nanocompuestos de galio utilizan las propiedades físicas del óxido de magnesio para soportar altas temperaturas y tienen una estructura estable a altas temperaturas, lo que aumenta en gran medida el rango de medición de temperatura del nanotermómetro. Se espera que su temperatura de medición pueda alcanzar los 1000 grados Celsius (APP. Física). Comunicaciones 83999, 2003). Esta temperatura de medición es mucho más alta que la temperatura de medición de 50-500°C del termómetro de nanotubos de carbono estudiado por el grupo de investigación de Yoshio Bando en 2002 (Nature 415 599, 2002).
El Centro de Investigación Estructural y Fabricación de Materiales de Toulouse del Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia, en colaboración con el Departamento de Astrofísica de la Universidad de Alhos, diseñaron conjuntamente una molécula nano-"molde" que puede automáticamente reunir cables atómicos en la superficie de cobre, esto abre un camino para la interconexión electrónica de componentes moleculares en futuros circuitos de una sola molécula.
La nanotecnología también ha logrado nuevos avances y avances en aplicaciones médicas, nanoelectrónica, nanoprocesamiento, nanodispositivos, etc. Este artículo no está incluido.
A través de la implementación de los “Planes Nacionales Clave”, el “Plan 863” y el “Plan 973” de China, los nanomateriales y la nanotecnología han logrado resultados sobresalientes y han atraído la atención internacional. Por ejemplo, en el campo de la nanoelectrónica, hemos desarrollado con éxito transistores de dispositivo monoelectrónico con guía de onda y contadores de coulomb que son ultrasensibles a las cargas; hemos realizado mesas de alambre cuántico semiconductor con un ancho de 6 nm y puertas metálicas de alambre con un ancho; de 6 nm, y han preparado dispositivos con un paso de sólo 10 nm con varios "pares de nanoelectrodos" utilizando el efecto de magnetorresistencia gigante para desarrollar prototipos de sensores de alta sensibilidad y cabezales de disco duro; En términos de nanomateriales, el Laboratorio Clave de Todos los Sólidos Orgánicos en Química de la Academia de Ciencias de China cooperó con el Laboratorio Estatal Clave de Microestructura Artificial y Física Mesoscópica de la Universidad de Pekín para construir nanotubos de C60 directamente a partir de polvo de C60. Los nanotubos de C60 obtenidos se cultivan a partir de cristales de C60 a 500°C, conservando la estructura y propiedades de las moléculas de C60 y, al mismo tiempo, como una nueva estructura agregada, tienen las características de nanomateriales casi unidimensionales (J. AM Química SOC, 2002, 165438+octubre, 13). Se desarrollaron nanomateriales casi unidimensionales y nanomateriales sintéticos no hidrotermales de nanotubos de carbono y sus sistemas de matriz.
La investigación en los campos de la superductilidad del metal nanocobre, aleaciones metálicas en masa, cerámicas nanocomplejas, magnetorresistencia gigante, efecto magnetocalórico, propiedades ópticas de sistemas de ensamblaje mesoporosos, materiales nanobiológicos de reparación ósea, materiales de nanointerfaz sinérgica binaria, etc. Tiene cierto impacto a nivel internacional. También se han logrado muchos resultados significativos e influyentes en la construcción y autoensamblaje de nanodispositivos, almacenamiento de información de densidad ultraalta y dispositivos electrónicos nanomoleculares.
Tendencias futuras de desarrollo de la nanotecnología/materiales
Desde la perspectiva de la historia del desarrollo científico y tecnológico, el desarrollo de nuevas tecnologías a menudo requiere el apoyo de nuevos materiales. Sin la fibra óptica fabricada en 1970, que hace que la intensidad de la luz casi no se atenúe, puede que no exista comunicación óptica moderna; sin un monocristal de silicio de alta pureza y gran diámetro, es difícil imaginar el rápido desarrollo de los circuitos integrados. Computadoras y equipos de comunicación avanzados. Los nanomateriales son materiales a nanoescala con nuevas propiedades y comportamientos controlados por la nanoescala. Los nanomateriales son una base material extremadamente importante para el futuro desarrollo social. Los nanomateriales son unidades para construir nanosistemas funcionales complejos bidimensionales y tridimensionales, en los que se pueden producir muchos nuevos nanodispositivos y dispositivos funcionales. Los avances en muchos campos nuevos de la ciencia y la tecnología requieren urgentemente el apoyo de los nanomateriales y la nanotecnología, y la modernización tecnológica de las industrias tradicionales también requiere el apoyo de los nanomateriales y la tecnología. Los nanomateriales y las tecnologías tendrán un enorme impacto en muchos campos. Desde una perspectiva bibliométrica, la nanotecnología abarca hasta 87 campos de investigación.
Desde una perspectiva global, con el fuerte apoyo de los gobiernos de varios países (regiones) y los esfuerzos de todos los ámbitos de la vida en investigación y desarrollo, la nanotecnología y los procesos han seguido desarrollándose, y muchos nanomateriales nuevos, Se seguirán descubriendo nuevas propiedades y nuevas aplicaciones. Los avances en nanotecnología y materiales muestran perspectivas atractivas. Como se mencionó anteriormente, la nanotecnología y los materiales involucran una amplia gama de campos de investigación y tienen un gran impacto en la ciencia, la tecnología, la economía y la sociedad, y sus direcciones de desarrollo futuro involucran muchos aspectos. Este artículo se centra en las tendencias futuras de desarrollo de los nanomateriales.
●Los nanomateriales y sus propiedades se están desarrollando hacia una mayor calidad, lo que hace que se utilicen más nanopolvos, nanopartículas y nanomateriales compuestos con un rendimiento superior y precios bajos. Por ejemplo, las nanopartículas se pueden utilizar para crear nuevas películas ópticas y nuevos materiales funcionales con propiedades ópticas y magnéticas. Se utilizarán nanopartículas magnéticas y puntos cuánticos para producir unidades de discos ópticos ultrapequeñas con una capacidad de almacenamiento diez veces mayor que los chips actuales y velocidades de cientos de GHz.
●En términos de nanomateriales y procesamiento, se crearán nuevos materiales estructurales funcionales mediante el control de nanocristales, nanopelículas, nanopartículas y nanotubos de carbono; se desarrollarán materiales estructurales ultraligeros y ultrafuertes y de larga duración; se desarrollarán materiales, materiales que apoyen la conversión de energía y materiales electrónicos con nuevas funciones; comprenderán la nanotecnología que implica la deformación y fractura de materiales, y utilizarán tecnología de imitación para organizar nanopartículas para sintetizar nanomateriales;
●Los nanomateriales se convertirán en químicos y altamente químicos; Catalizadores selectivos y eficientes en procesos de conversión de energía. Esto no sólo es muy importante para la producción de energía y productos químicos, sino que también tiene un gran valor económico para la conversión de energía y la protección del medio ambiente.
●El desarrollo de nanomateriales tendrá un gran impacto en el campo biomédico, como materiales biocompatibles implantables y compensadores, dispositivos de diagnóstico y terapias. Los nanomateriales tendrán más oportunidades de ser utilizados en sistemas de administración de fármacos. Los nuevos nanomateriales biocompatibles y componentes nanomecánicos crearán más nuevos materiales implantables, nuevos materiales para órganos artificiales y nanocomponentes.
●Desarrollar materiales compatibles con el medio ambiente basados en materiales de fibra natural. Nuevos materiales únicos de fibra de nanopolímeros para proteger la salud y la seguridad humanas: desarrollo de materiales nanoecológicos de fibra fina bacteriana; materiales compuestos de biopolímeros de trigo (almidón) para la industria alimentaria y otras industrias; combinación de nanopartículas con polímeros biodegradables. Desarrollo de refuerzos de nanocristales a partir de azúcar para purificar productos de desecho; Nanopartículas de celulosa vegetal modificadas químicamente para su uso en compuestos poliméricos: Desarrollo y utilización de cáscara de arroz para producir nanocarburo de silicio: Desarrollo de membranas de celulosa vegetal autoorganizadas y aisladas en superficie.
En resumen, la nanotecnología y los materiales se desarrollarán en la dirección de la integración con la tecnología de la información, las ciencias biológicas modernas y las ciencias cognitivas. Su integración promoverá la innovación y nuevos descubrimientos en todos los campos económicos científicos y tecnológicos.