磁性纳米材料,纳米技术的发展史是怎样的？

20世纪人类的科学技术发生了翻天覆地的变化，人类对微观世界有了更深认识，随着对微观世界了解的逐步增多，人们认识到实际上微观世界里同样奥妙无穷，别有洞天。 早在20世纪50年代美国著名物理学家费曼就提出了要在小处做文章的想法。他说以前人类都是把能够看得见的东西做成各种形状，得到各种工具，为什么不能从单个分子甚至原子出发而组装制造物品呢。费曼憧憬说：“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子，制造产品将会产生怎样的奇迹?”今天伴随着纳米科技的一步步发展，费曼提出的设想正在逐渐变成现实梦想将以实现。 1990年，美国贝尔实验室推出惊世之作——一个跳蚤般大小，但“五脏俱全”的纳米机器人诞生了。 1990年7月，在美国巴尔的摩同时举办了第一届国际纳米科学技术会议和第五届国际扫描隧道显微学术会议，标志着纳米科技的正式诞生，科学家们正式提出了纳米材料学、纳，米生物学、纳米电子学和纳米机械学的概念，并决定出版《纳米技术》、《纳米生物学》和《纳米结构材料》三种国际性专业期刊。从此，一门崭新的具有潜在应用前景的科学技术——纳米科技成为了全世界科技界的密切关注的焦点。 诺贝尔物理学奖获得者、美国哥伦比亚大学的斯托默说：“纳米技术给了我们工具来摆弄自然界的极端——原子和分子。万物都由它们而构成……创造新事物的可能性看来是无穷无尽的。”诺贝尔化学奖获得者、美国康奈尔大学的霍夫曼说：“纳米技术是一种天才的方法，能够对各种大小、性质错综复杂的结构进行控制。这是未来的方法，精确而且对环境保护十分有利。”一时间，“纳米热”遍及全球，世界各国纷纷制造出了对纳米科技的相关战略和计划，并且还投入巨资来抢夺纳米研究。 从纳米科技诞生之日起，纳米科技就不断取得了各种新的研究成果。其显著特点是，基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们的预料。令人们感到十分惊讶。1989年，美国斯坦福大学搬动原子团写下了“斯坦福大学”的英文名字。1991年，在日本首次发明和制作纳米碳管，它的质量是相同体积钢的1/6，而强度却是钢的10倍，于是，纳米碳管立刻成为纳米的技术热点。1992年，日本着手研制能进处人人体血管进行手术的微型机器人，从而引发了一场医学革命。1993年，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子并且写出“中国”二字，标志着我国开始在国际纳米科技领域占有了一席之地。1994年，美国着手研制“蚊子”导弹、“麻雀”卫星、“苍蝇”飞机、“蚂蚁”士兵等。1995年，科学家研究并证实了纳米碳管是可以用来制作壁挂电视。1996年，我国实现纳米碳管大面积定向生长。显示出了我们对纳米技术的进一步发展1997年，法国全国科学研究中心和美国IBM公司共同研制成功第一个分子级放大器，其活性部分是一个直径只有0?7纳米的碳分子，因而把电子元件缩小1万倍，标志着纳米技术开始进入实用阶段。1998年，被誉为“稻草变黄金”的纳米金刚石粉被我国研究人员成功地研制出来了。同年，美国明尼苏达大学和普林斯顿大学成功地制备出量子磁盘。这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，美国商家已组织有关人员将这项技术迅速转化为产品，纳米技术逐步走向市场，预计2005年市场销售额可达400亿美元。 1999年，韩国制成纳米碳管阴极彩色显示器样管。1999年7月，美国加利福尼亚大学与惠普公司合作研制成功100纳米芯片；美国正在研制量子计算机和生物计算机；美国柯达公司成功地研制了一种既具有颜料，又具有染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印像业带来一次创新性、革命性的变革…… 看来在纳米这样如此微小的境地，还真是别有洞天，大有可为。科学家们相信有一天纳米会走人我们的日常生活，为我们创造出各种现在不敢想象的奇迹。

纳米材料，也叫做超微粒材料。它是一种小而又小，难以想像的细小粒子或粉末，所以称为超微粒子或超微粉末。 通常，把1毫米分割为1000份，每1份就叫做1微米；再把1微米分割为1000份，每1份就是1纳米。超微粒子就是指直径大小为纳米的固体颗粒，“纳米材料”的名字也便由此而来。 这样细小的颗粒，相当于袅袅轻烟中飘浮的炭黑颗粒。实际上，我国的古墨就是用天然的超微粒子——烟制成的，从而开创了纳米材料的先河。 现代的纳米材料是从20世纪80年代发展起来的，而且它的出世是和一位科学家在旅游中产生的大胆设想连在一起的。 那是1980年的一天，一位叫格莱特的德国物理学家到澳大利亚去旅游。当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时，眼前的景象使他突发奇想，将茫茫的大漠和材料中的晶粒联系起来。他是从事晶体材料研究的，知道晶体中的晶粒大小对材料性能有极大的影响，晶粒越小材料的强度就越高。于是他就想，如果组成材料的晶粒细小到只有几分纳米那么小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“天翻地覆”的变化呢？！在异国他乡旅行中冒出这个想法使他兴奋不已。回国后，他立即开始试验和研究。经过近4年的努力，终于在1984年得到了只有几个纳米大的超细粉末。在研究中他发现，任何金属和有机、无机材料都可以制成纳米大小的粉末。更有趣的是，材料一旦变成纳米大小的粉末，无论是金属还是陶瓷从颜色上看都是黑的（由于超微粒子吸光能力强所致），其性能还真的发生了“天翻地覆”的变化。 格莱特研制超微粒子成功的消息传开后，德国和美国都有一大批科学家着了迷似地研究起纳米材料来。例如，美国著名的阿贡国家实验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料，其硬度比普通粗晶粒金属的硬度要高24倍。在低温下，纳米金属竟然由导电体变成了绝缘体。一般的陶瓷很脆，但用只有纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品，却有良好的韧性。更使人感兴趣的是，纳米材料的熔点随超微粒子的直径减小而大大降低。比如，金的熔点是1064℃，但制成10纳米左右的金粉末后，熔点降到940℃；而5纳米大小的金粉末熔点降至830℃；2纳米金粉末的熔点只有33℃。这一特点对研制新材料大有用处。例如，许多高熔点陶瓷材料很难用一般的方法生产出用于发动机的零件，但只要事先将陶瓷制成纳米大小的粉末，就可以在较低的温度下烧结成发动机的耐热零件。 用一般机械粉碎法很难获得超微粒子。通常采用熔融金属雾化法和气体沉积法来制取超微粒子。雾化法凝结力强，产量高，但颗粒不太均匀；气体沉积法能获得清洁的超微粒子，而且颗粒大小易于控制。 80年代末，日本研制成一种冲击式超微粉碎机，能制造直径1微米以下的超微粉末。德国科学家于90年代初发明了一种生产金属超微粒子的新方法，是在一个封闭室内放进金属，然后充满惰性气体氦，再将金属加热变成蒸气，于是金属原子在氦气中冷却成金属烟雾，并使金属烟雾粘附在一个冷却棒上，再把棒上像碳黑一样的纳米大小的粉末刮到一个容器内；如果要用这些粉末制作零件，就可将它们模压成零件形状，通过烧结即可制成纳米材料零件。 这种奇特的超微粒子神通广大，应用面广。例如，将金属铝和镍的超微粒子掺到火箭的固体燃料中，就可使燃烧效率提高100倍左右。美国和俄罗斯的火箭中已普遍使用了这种办法。将超微粒子均匀地涂到磁带、录像带和磁记录器上，能使记录磁信息的能力大大增强。有些新药物制成纳米颗粒，注射到血管内可顺利进入微血管，大大提高了药物疗效。 目前，对纳米材料的研究已在世界范围内形成热潮，有许多研究小组开发出制造超微粒子的新方法，其中包括用化学或物理手段从原子或分子原始粒子合成纳米材料。一般来说，最好用原子或分子这样的原始粒子来制造纳米材料，因为这样可对材料的结构和性能进行最有效的控制。一场纳米材料革命已经开始。在不久的将来，人们将用更聪明和更有效的方法在原子、分子级控制物质，创造出更适合需要的性能优异的新材料。

纳米技术对医学发展具有重要的推动作用，疾病诊断、预防和治疗的实际需求对纳米技术提出了获得更先进的药物传输系统和早期检测与诊断技术的期望，如早期诊断和预警、代谢产物中的生物标志物的发现、及其微量或痕迹量或瞬间的样品量的检测技术，适于大量或批量的实用检测技术平台，载体的效率和容量，靶向、缓释、可控的药物载体，药靶确证和药物筛选，甚至是突变或个体化差异的检测、诊治等。利用DNA分子的自组装特性，可以获得新型的纳米结构材料，用于发展全新的生物检测技术，实现基因治疗的关键因素之一是发展安全有效的基因运载系统，利用纳米技术发展新型医学传感器，利用纳米技术发展新型活细胞检测技术。另外纳米技术对再生医学的发展具有重要影响和推动作用，纳米技术为模仿和构建天然组织里不同种类的细胞外基质提供了全新的视角和方法，纳米技术将有助于探索和确定成体干细胞中的信号系统，以激发成体干细胞中巨大的自我修复潜能，纳米技术在医学科学中的应用，如单分子、单细胞体内成像应用、单一癌症细胞检测、药物释放直观技术等。

磁性液体最先用于宇航工业，后应用于民用工业，这是十分典型的纳米颗粒的应用，它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥散在基液中而构成。美、英、日、俄等国都有磁性液体公司，磁性液体广泛地应用于旋转密封，如磁盘驱动器的防尘密封、高真空旋转密封等，以及扬声器、阻尼器件、磁印刷等应用。磁性纳米颗粒作为靶向药物，细胞分离等医疗应用也是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米做金属软磁材料具有十分优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化强度，己应用于开关电源、变压器。传感器等，可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化，发展十分迅速。磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、MRAM、磁传感器外，全金属晶体管等新型器件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇受青睐的新学科。磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学 ，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能源，人类健康和环境保护等重大问题。下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。已出现可喜的苗头，具备了形成下一世纪经济新增长点的基础。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。