En 1990, científicos de la International Business Machines Corporation de Estados Unidos utilizaron una sonda en un microscopio de barrido de túneles para descargar las letras "IBM" con 36 átomos de xenón en la superficie del níquel. Los científicos ven esperanza en esta nanotecnología para diseñar y construir dispositivos del tamaño de una molécula que puedan manipular átomos individuales. En 1993, el Laboratorio de Física del Vacío de Beijing de la Academia de Ciencias de China manipuló con éxito átomos y escribió con éxito la palabra "China", lo que marcó que China comenzó a ocupar un lugar en el campo internacional de la nanotecnología.
Desde la década de 1990, el desarrollo de nanomateriales casi unidimensionales ha estado a la vanguardia de la nanotecnología. En enero de 1991, S. Iijima del Laboratorio NEC Tsukuba en Japón observó nanotubos de carbono por primera vez utilizando un microscopio electrónico analítico de alta resolución. Estos nanotubos de carbono son tubos coaxiales multicapa, también conocidos como tubos Bucky. Desde el 54 de junio hasta octubre de 2000, investigadores de la Universidad de Pensilvania publicaron un artículo en la revista Science, afirmando que la masa de los nanotubos de carbono es una sexta parte de la del acero del mismo volumen, pero su resistencia es 100 veces mayor que la del acero. No sólo tiene buena conductividad eléctrica, sino que también es el material con mejor conductividad térmica en la actualidad. La excelente conductividad térmica de los nanotubos de carbono los convierte en un disipador de calor para futuros chips de computadora y también pueden usarse como material protector para diversos componentes de alta temperatura, como motores y cohetes. Una nueva investigación muestra que las cavidades en los nanotubos de carbono no solo pueden servir como microtubos de ensayo, moldes o plantillas, sino que también pueden sellar una segunda sustancia en este espacio limitado e inducirla a tener estructuras y comportamientos que no se ven en materiales macroscópicos. Las simulaciones por computadora muestran que el agua sellada en nanotubos de carbono puede existir como una nueva fase de hielo. En las condiciones adecuadas, los límites claros entre las fases líquida y sólida en los nanotubos de carbono desaparecerán y el material líquido se transformará continuamente en un estado sólido sin un proceso de solidificación obvio.
En 1993, Bethune y otros del Laboratorio Almaden de IBM e Iijima informaron simultáneamente sobre los resultados de la observación de nanotubos de carbono de pared simple. En 1996, Smalley, que ganó el Premio Nobel por el descubrimiento del C60, combinó su investigación para formar haces de nanotubos de carbono de pared simple dispuestos en filas. Ese mismo año, el grupo de investigación del investigador Xie del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China utilizó el método químico en fase de vapor para preparar una matriz de nanotubos de carbono de gran superficie con un área de 3 mm × 3 mm, que puede ser Se utiliza como un excelente dispositivo de visualización de panel plano con emisión de campo. También sintetizaron nanotubos de carbono a escala de fibra de hasta 2 milímetros de largo en 1998.
Además de los nanotubos de carbono, los investigadores también han sintetizado otros materiales de nanotubos, como BxCyNz, NiCl2, esteroides, tubo en tubo MCM-41, diásporo, agregados de nanotubos de b-(g-)ciclodextrina y nanotubos de nitruro de silicio alineados [1]. Además de los nanotubos huecos, los nanomateriales casi unidimensionales también incluyen nanobarras sólidas, nanocables y cables cuánticos. La Figura 1 muestra los nanocables de óxido de silicio ensamblados en nuestro estudio, con diámetros de 5 a 120 nm y longitudes desde la punta a la raíz de 10 a 70 mm. En 1997, el académico francés Colliex obtuvo un tubo de C-BN-C recubierto con una nanocáscara heterogénea analizando la descarga del arco. Dado que su geometría es similar a la de un cable coaxial y su diámetro es de nanómetros, se le llama nanocable coaxial. Debido a su estructura única, los nanocables coaxiales desempeñarán un papel importante en los dispositivos nanoestructurados.
De 65438 a 0996, el Dr. Xie Yi de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China utilizó la síntesis térmica de benceno para preparar polvo de nitruro de galio con alto rendimiento y un tamaño de partícula promedio de 30 nm. Desde 65438 hasta 0997, el profesor Fan Shoushan de la Universidad de Tsinghua preparó nanobarras de nitruro de galio con un diámetro de 3 a 50 nanómetros y una longitud de micrones. Por primera vez, preparó nitruro de galio en nanocristales unidimensionales y propuso un nanotubo de carbono limitado. concepto de reacción. 65438-0999 cooperó con el profesor Dai Hongjie de la Universidad de Stanford en los Estados Unidos para lograr el crecimiento autoorganizado de matrices de nanotubos de carbono sobre sustratos de silicio.
En 1997, científicos de la Universidad de Nueva York descubrieron que el ADN (ácido desoxirribonucleico) podía utilizarse para construir dispositivos mecánicos a nanoescala. En 2000, científicos de Lucent en Estados Unidos y de la Universidad de Oxford en el Reino Unido utilizaron el mecanismo de emparejamiento de bases del ADN para crear unas pinzas del tamaño de un nanómetro, con cada brazo de sólo 7 nanómetros de longitud.
En 65438-0998, el grupo de investigación del académico Qian Yitai de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China utilizó tetracloruro de carbono como materia prima para preparar nanopolvo de diamante mediante pirólisis catalítica, lo que fue elogiado por publicaciones internacionales como " convertir la piedra en oro".
De 65438 a 0999, el grupo de investigación del profesor Xue Zengquan del Departamento de Electrónica de la Universidad de Pekín ensambló nanotubos de carbono de pared simple en la superficie metálica y ensambló una sonda con buen rendimiento para el microscopio de efecto túnel. Ese mismo año, el Dr. Cheng Huiming del Instituto de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China sintetizó nanomateriales de carbono de alta calidad, lo que hizo que la investigación de mi país sobre nuevos materiales de almacenamiento de hidrógeno saltara al nivel avanzado del mundo.
En 1999, científicos brasileños y estadounidenses utilizaron nanotubos de carbono para construir la "báscula" más pequeña del mundo, que pesa una milmillonésima de gramo, equivalente al peso de un virus. Pronto, los científicos alemanes desarrollaron una "nanoescala" para pesar átomos individuales, batiendo el récord anterior. Ese mismo año, científicos estadounidenses descubrieron interruptores orgánicos en una sola molécula, demostrando que se podían desarrollar dispositivos electrónicos e informáticos a nivel molecular.
El grupo de investigación de Lu Ke en el Instituto Shenyang de Investigación de Metales de la Academia de Ciencias de China ha logrado logros sobresalientes en el campo de los nanomateriales y materiales metaestables relacionados. El método que desarrolló para preparar nanoaleaciones densas mediante cristalización amorfa completa, junto con la presurización in situ después de la evaporación del gas inerte y el molino de bolas de alta energía, se ha convertido en uno de los tres métodos principales para preparar nanobloques metálicos. Su descubrimiento de la ductilidad superplástica del nanocobre a temperatura ambiente fue calificado como una de las diez principales noticias científicas y tecnológicas de China en 2000.
Desde el descubrimiento de los nanotubos de carbono, los científicos han estado desarrollando nanotubos de carbono cada vez más delgados. En 2000, el equipo de Xie utilizó el método habitual de descarga de arco para preparar nanotubos de carbono con un diámetro interior de 0,5 nanómetros. Ese mismo año, el Dr. Tang Zikang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong anunció el descubrimiento de los mejores nanotubos de carbono puro del mundo. Nanotubos de carbono de 0,4 nm, este resultado ha alcanzado el límite teórico de los nanotubos de carbono. En febrero de 65438, el Instituto Max-Born de Berlín desarrolló nanotubos de paredes delgadas con un diámetro de 1 nm, estableciendo un nuevo récord en el desarrollo de nanotubos de paredes delgadas.
A principios de 2001, el grupo de investigación del académico Zhu Qingshi de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China capturó directamente por primera vez una imagen de una sola molécula de C60 que podía distinguir enlaces químicos. Esta tecnología de imagen directa de una sola molécula proporciona un medio eficaz para analizar la estructura interna de las moléculas, lo que permite a los científicos "cortar" y "reorganizar" enlaces químicos artificialmente, sentando las bases para el diseño y la preparación de nanodispositivos de una sola molécula. En marzo, el equipo de investigación del profesor Wang Zhonglin, un académico chino del Instituto de Tecnología de Georgia en Estados Unidos, sintetizó por primera vez en el mundo una estructura de nanocintas de óxido semiconductor única y libre de defectos utilizando un sólido de alta temperatura. método de fase de vapor. Este es un nuevo miembro de la familia nano después de los nanotubos y los nanocables. Se espera que resuelva el problema de estabilidad de los nanotubos en la producción a gran escala y desempeñe un papel importante en la investigación en nanofísica y las aplicaciones de nanodispositivos. En junio, el equipo de investigación del profesor Shen Ping de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong observó superconductividad en un único nanotubo de carbono puro. Esta observación sugiere que cuando los nanotubos de carbono se refinan hasta cierto nivel, sus propiedades materiales sufren cambios repentinos. En términos de aplicaciones, el descubrimiento de la superconductividad de los nanotubos de carbono ayudará a resolver el problema del calentamiento cuando los electrones se transportan en dispositivos semiconductores integrados.
¿Se puede ver de lo anterior que China no se está quedando atrás en el campo de la investigación nanométrica básica? Desde principios de la década de 1990, el Ministerio de Ciencia y Tecnología, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Academia China de Ciencias y otras unidades han lanzado un plan de escalada para nanomateriales y proyectos nacionales clave de investigación básica, invirtiendo decenas de millones de yuanes para apoyarlos. Investigación básica en nanotecnología. Los nanocientíficos de nuestro país han logrado una serie de resultados impresionantes a nivel internacional y han publicado artículos de alto nivel en revistas autorizadas como "Science" y "Nature", que han permitido a nuestro país avanzar en la investigación básica sobre nanomateriales, especialmente en la síntesis controlable de nanoestructuras. Ocupa una posición relativamente líder, ocupando el cuarto lugar en el mundo después de Estados Unidos, Japón y Alemania. Pero en términos generales, el nivel de investigación de nanodispositivos no es muy alto y los métodos todavía están muy por detrás de los del extranjero.
En segundo lugar, la aplicación de la nanotecnología
En nanomateriales, debido a que el tamaño de la nanoescala es igual o menor que la longitud de onda de la luz, la longitud de onda de De Broglie, la longitud de coherencia del estado superconductor y otras Tamaño característico físico, las condiciones límite periódicas del cristal se destruyen. La densidad de los átomos cerca de la superficie de la nanopartícula se reduce; el camino libre medio de los electrones es muy corto, pero se mejoran la localización y la coherencia.
La reducción de tamaño también reduce en gran medida el número de átomos contenidos en el nanosistema, y las bandas de energía casi continuas fijadas macroscópicamente se convierten en niveles de energía discretos. Estos efectos físicos conducen a efectos macroscópicos acústicos, ópticos, eléctricos, magnéticos, térmicos y mecánicos de los nanomateriales, que son diferentes de los materiales convencionales, como el efecto de tamaño cuántico, el efecto de tamaño pequeño, el efecto de superficie y el efecto de túnel macroscópico. En la actualidad, la descripción de los efectos físicos básicos en los nanomateriales se desarrolla y establece principalmente a partir del estudio de las nanopartículas metálicas. Para captar con precisión la esencia de los fenómenos de la nanotecnología, se debe lograr una transformación teórica de la física de sistemas continuos a la física cuántica.
El desarrollo científico y tecnológico actual requiere ultraminiaturización, inteligencia, componentes altamente integrados, almacenamiento de alta densidad y transmisión de ultra alta velocidad, lo que proporciona un amplio espacio para la aplicación de nanotecnología y nanomateriales. Los campos de la nanotecnología enumerados en la Iniciativa Nacional de Nanotecnología (NNI) formulada por Estados Unidos son muy amplios, pero hay tres campos básicos: nanomateriales, nanoelectrónica, optoelectrónica y magnetismo, nanomedicina y biología.
1 Nanoelectrónica, Optoelectrónica y Magnetismo
El efecto túnel macroscópico de las nanopartículas limita la miniaturización de los dispositivos microelectrónicos. Para los circuitos integrados de silicio, generalmente se considera que el ancho de línea límite de los dispositivos microelectrónicos en nanoelectrónica, optoelectrónica y magnetismo es de aproximadamente 70 nm. Actualmente, el ancho de línea más estrecho del mundo es de 130 nm, y alcanzará su límite dentro de diez años. Si los dispositivos de silicio se hicieran más pequeños, los electrones atravesarían la capa aislante, provocando cortocircuitos. Actualmente existen dos enfoques para resolver circuitos nanoelectrónicos. Un enfoque es utilizar estados entrelazados cuánticos en tecnología de haz de dos fotones en circuitos integrados fabricados mediante litografía, lo que podría reducir el límite del dispositivo a 25 nanómetros. Otra es desarrollar nuevos materiales para reemplazar el silicio, utilizando diodos proteicos y nanotubos de carbono como conductores y cables moleculares. La manipulación de un solo átomo es una forma importante de formar nuevos conceptos de dispositivos. En 1997, los científicos estadounidenses lograron mover un electrón con un solo electrón. Esta tecnología podría utilizarse para desarrollar ordenadores cuánticos con velocidades y capacidades de almacenamiento 10.000 veces mayores que las actuales. En julio de 2001, investigadores holandeses crearon un transistor de nanotubos de carbono de un solo electrón que podía funcionar eficientemente a temperatura ambiente. El transistor se basa en nanotubos de carbono y depende de un solo electrón para determinar su estado "encendido" o "apagado". Por su bajo consumo energético, se convertirá en un material ideal para ordenadores moleculares. En el nuevo siglo, los dispositivos superconductores cuánticos coherentes, los detectores ultramicro Hall y los detectores ultramicro magnéticos de campo se convertirán en los protagonistas de los dispositivos en nanoelectrónica.
El cabezal de lectura desarrollado mediante la utilización de los fenómenos de magnetorresistencia gigante (GMR) y magnetorresistencia de túnel (TMR) que son prominentes en el nanomagnetismo puede aumentar la densidad de grabación del disco magnético en más de 30 veces. Investigadores de Zurich, Suiza, prepararon nanocables llenos alternativamente de cobre y cobalto y utilizaron su magnetorresistencia gigante para crear sensores de campo magnético ultramicro. Las nanopartículas magnéticas tienen un tamaño de partícula pequeño, una estructura de dominio único y una alta fuerza coercitiva, por lo que pueden usarse como materiales de grabación magnética para mejorar la relación señal-ruido y la calidad de la imagen. Durante 1997, el Laboratorio de Nanoestructura del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Minnesota desarrolló con éxito un disco nanoestructurado utilizando tecnología de nanolitografía. Se dispusieron varillas de Co con una longitud de 40 nanómetros en una matriz de varillas cuánticas periódicas. Como las unidades nanomagnéticas están separadas entre sí, se denominan discos cuánticos. Utiliza las características de almacenamiento de las matrices de nanocables magnéticos y la densidad de almacenamiento puede alcanzar los 400 Gb×in-2. Se han desarrollado sensores magnéticos preparados utilizando el efecto de magnetorresistencia gigante de nanomateriales a base de hierro. Los líquidos magnéticos recubiertos con nanopartículas superparamagnéticas también se utilizan ampliamente en el sector aeroespacial y en algunos campos civiles como sellos giratorios dinámicos de larga duración.
2 Nanomedicina y Biología
Desde proteínas, ADN, ARN hasta virus, todos están dentro de la escala de 1-100 nm, por lo que las nanoestructuras también son cosas básicas en los fenómenos de la vida. Los orgánulos y otras unidades estructurales de las células son "nanomáquinas" que realizan determinadas funciones. Las células son como "nanotalleres" y la fotosíntesis en las plantas es un ejemplo típico de "nanofábricas". La disposición autoensamblada de secuencias genéticas logra estructuras precisas a nivel atómico, y la transmisión de información y la retroalimentación del sistema nervioso son ejemplos perfectos de nanotecnología. La biosíntesis y los procesos biológicos se han convertido en una fuente de inspiración y fabricación de nuevas nanoestructuras, y los investigadores están imitando propiedades biológicas para permitir el control y la manipulación tecnológica a nanoescala.
El tamaño de las nanopartículas suele ser más pequeño que el de las células y los glóbulos rojos de los organismos vivos, lo que ofrece nuevas oportunidades para la investigación médica.
Actualmente, los ejemplos que se han aplicado bien incluyen: técnicas de aislamiento celular utilizando partículas de nanosílice, tinción intracelular de nanopartículas, especialmente partículas de oro (Au), y nuevos fármacos o anticuerpos recubiertos con nanopartículas magnéticas.
Los biochips en desarrollo incluyen chips celulares, chips de proteínas (chips de biomoléculas) y chips de genes (chips de ADN). Estos chips tienen las ventajas de integración, paralelismo y detección rápida, y se han convertido en la base de la nanobioingeniería. tecnología de punta. Será directamente aplicable al diagnóstico clínico, al desarrollo de fármacos y al diagnóstico genético humano. Después de ser implantado en el cuerpo humano, las personas pueden disfrutar de tratamiento médico en cualquier momento y en cualquier lugar, y pueden detectar información precursora de enfermedades mediante la detección dinámica, lo que hace posible el diagnóstico temprano y la prevención.
Los nanobiomateriales también se pueden dividir en dos categorías. Una categoría son los nanomateriales adecuados para organismos vivos, como diversos nanosensores, utilizados para el diagnóstico precoz, el seguimiento y el tratamiento de enfermedades. Varios sistemas nanomecánicos pueden identificar rápidamente la ubicación de la sala, inyectar medicamentos en la sala de manera específica sin dañar los tejidos normales ni eliminar trombos cardiovasculares y cerebrovasculares y depósitos de grasa, e incluso usarlos para fagocitar virus y matar células cancerosas. El otro son los nanomateriales desarrollados utilizando la actividad de biomoléculas, que pueden usarse en otras nanotecnologías o microprocesamientos en lugar de organismos vivos.
3 Aplicación en la ciencia y tecnología de la defensa nacional
La nanotecnología tendrá un impacto revolucionario en los campos militar y de defensa nacional. Por ejemplo, se utilizarán dispositivos nanoelectrónicos para la comunicación en tiempo real entre los sistemas de entrenamiento virtuales y los sistemas de nanodetección de armas químicas, biológicas y nucleares; los nuevos nanomateriales pueden mejorar las capacidades de ataque y protección de los pequeños robots fabricados con sistemas nanomecánicos; Se pueden lanzar misiones especiales completas de reconocimiento y ataque mediante pequeños vehículos de lanzamiento y formar una red de satélites según diferentes órbitas para monitorear cada rincón de la Tierra y hacer que el campo de batalla sea más transparente. La aplicación de nanomateriales en tecnología sigilosa es particularmente llamativa.
En la tecnología furtiva de radar, la clave es la preparación de materiales absorbentes de ondas electromagnéticas de frecuencia ultraalta (SHF, GHz). Los nanomateriales se están desarrollando como una nueva generación de materiales sigilosos. Debido a la gran proporción de componentes de interfaz en los nanomateriales y la alta proporción de átomos en la superficie de las nanopartículas, aumenta el número de enlaces insaturados y enlaces colgantes. La presencia de una gran cantidad de enlaces colgantes polariza la interfaz y amplía la banda de absorción. Una superficie específica elevada conduce a una dispersión múltiple. El efecto del tamaño cuántico de los nanomateriales hace que los niveles de energía de los electrones se dividan. El espaciamiento de los niveles de energía divididos está dentro del rango de energía de las microondas, creando nuevos canales de absorción para los nanomateriales. Bajo la irradiación de campos de microondas, el movimiento de átomos y electrones en los nanomateriales se intensifica, aumentando la eficiencia de convertir la energía electromagnética en energía térmica, mejorando así el rendimiento de absorción de las ondas electromagnéticas. El material nanoabsorbente "polvo ultra negro" desarrollado en Estados Unidos tiene una tasa de absorción del 99%. El nanocompuesto de capa aislante recubierto de nanopartículas de CoNi desarrollado recientemente en Francia tiene m? y m son casi todos mayores que 6. Recientemente, los países extranjeros están trabajando arduamente para estudiar materiales nanocompuestos que cubren ondas centimétricas, ondas milimétricas, infrarrojas, luz visible y otras bandas de ondas, y han propuesto un mecanismo de diseño de coincidencia de partículas absorbentes únicas que puede aprovechar al máximo el papel de la pérdida de masa unitaria. capa. Los nanomateriales tienen buenas funciones de absorción de ondas, pero generalmente son delgados, livianos, anchos y fuertes. Los boruros, carburos y ferritas en nanomateriales (incluidas nanofibras y nanotubos de carbono) tendrán un gran potencial en la aplicación de materiales sigilosos.
La Figura 2 es una fotografía de microscopio electrónico de transmisión del polvo de carburo de silicio b-nano preparado por nuestro grupo de investigación utilizando el método sol-gel. El tamaño de partícula primaria es de aproximadamente 20 nm. La pérdida dieléctrica (tgd) medida por un analizador vectorial de redes de microondas es 9,28, mientras que la pérdida dieléctrica de otros polvos de carburo de silicio está entre 0,2 y 0,6, por lo que tiene el potencial de absorber ondas electromagnéticas de frecuencia ultraalta a temperatura ambiente y alta temperatura. .
4 Fortalecimiento y endurecimiento de las nanocerámicas
Los materiales cerámicos avanzados desempeñan un papel insustituible en entornos hostiles como altas temperaturas y fuerte corrosión. Sin embargo, la fragilidad es un punto débil insuperable de los materiales cerámicos. El científico británico de materiales Cahn comentó una vez que los intentos de superar la fragilidad de la cerámica mejorando los procesos y las composiciones químicas no son ideales. Ni el nitruro de silicio dopado con solución sólida ni la circona endurecida por cambio de fase pueden usarse en la práctica como materiales cerámicos. Las nanocerámicas son una de las vías estratégicas para solucionar la fragilidad de la cerámica.
La superplasticidad de las nanocerámicas similar a la de los metales es un foco sorprendente en la investigación de nanomateriales. Por ejemplo, las cerámicas de nanofluoruro de calcio y nanoóxido de titanio pueden sufrir deformación plástica a temperatura ambiente, y la deformación plástica puede alcanzar el 100% a 180°C. Cuando la muestra prefisurada se dobla a 180°C, la grieta no se propagará.
A principios de la década de 1990, Niihara de Japón informó que la resistencia de los compuestos de alúmina añadidos con partículas de nano-SiC podía alcanzar más de 1 GPA, mientras que la resistencia de las cerámicas convencionales a base de alúmina era de sólo 350-600 MPa. Después del recocido en gas argón a 65438±0300°C durante 2 horas, la resistencia del nanocompuesto Al2O3/SiC aumentó a 65438±0,5 GPA. Sus altas propiedades mecánicas están directamente relacionadas con la microestructura fina de la cerámica nanocompuesta. Investigadores del Instituto Max Planck de Materiales Metalúrgicos de Alemania prepararon microcristales de A-Si3N4 y materiales cerámicos compuestos de nanocristales de a-SiC después del craqueo a alta temperatura de polimetilsilazano. Tiene buena resistencia a la oxidación a altas temperaturas y se puede utilizar a altas temperaturas de 1600 °C (la temperatura máxima de uso de los materiales de nitruro de silicio es generalmente de 1200-1300 °C). Su último progreso es mejorar la estabilidad térmica del material agregando boruro, estabilizando los granos de nano-nitruro de silicio a través del recubrimiento del BN generado y aumentando aún más la temperatura de uso de esta cerámica Si-B-C-N a 2000°C, que es la El material cerámico a granel más caliente del mundo hasta el momento.
En la actualidad, la preparación de polvo nanocerámico está relativamente madura, constantemente surgen nuevas tecnologías y métodos y se ha alcanzado la escala de producción. Los métodos de preparación de polvo nanocerámico incluyen principalmente el método en fase gaseosa, el método en fase líquida y el método de molienda de bolas de alta energía. Los métodos en fase gaseosa incluyen el método de condensación de gas inerte, el método de plasma, el método de pirólisis de gas, el método de evaporación por haz de electrones, etc. Los métodos en fase líquida incluyen precipitación química, alcohólisis, sol-gel, hidrotermal, etc. Este grupo de investigación propuso utilizar un método de reacción selectiva in situ para preparar polvo TZP compuesto nanocristalino de TiC y TiN, lo que proporciona una nueva idea de investigación para el diseño de microestructuras de materiales cerámicos. Los métodos de densificación de las nanocerámicas tienden a diversificarse, entre los cuales la sinterización por microondas y la sinterización por plasma de descarga son más efectivas. El profesor Chen Yiwei de la Universidad de Pensilvania (Estados Unidos) preparó materiales densos a granel de Y2O3 con un tamaño de partícula promedio de 60 nm mediante sinterización sin presión, lo que aporta nuevas esperanzas al desarrollo de nanocerámicas. En junio de 2001, el Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón informó que se estaban utilizando nuevos materiales como la nanocerámica en la tecnología de fabricación de piezas de aviones.
5 aplicaciones de la nanotecnología en otros campos
Las excelentes propiedades de las nanopartículas, como una gran superficie específica, alta reactividad superficial, muchos centros tensioactivos, alta eficiencia catalítica y fuerte adsorción. capacidad, etc., por lo que tiene importantes aplicaciones en catálisis química. Los nanopolvos como el negro de platino, la plata, la alúmina y el óxido de hierro se han utilizado directamente como catalizadores para la oxidación, la reducción y la síntesis de polímeros, lo que mejora enormemente la eficiencia de la reacción. La eficiencia de combustión del combustible sólido para cohetes que utiliza polvo de nanoníquel como catalizador de reacción se puede aumentar 100 veces. Cuando el tamaño de partícula del níquel es inferior a 5 nm, la selectividad de la reacción cambia drásticamente, la reacción de descomposición del aldehído se controla eficazmente y la tasa de conversión del alcohol aumenta rápidamente.
La minaturización en sí misma no representa la nanotecnología. Los nanomateriales y la nanotecnología están bien definidos en términos de escala y rendimiento. El método principal actual para fabricar nanodispositivos es reducir las dimensiones de la estructura del material "de arriba hacia abajo". La dirección futura del desarrollo de la nanotecnología es construir nanodispositivos "de abajo hacia arriba". Actualmente, hay dos intentos en este sentido. Una es realizar artificialmente la manipulación de un solo átomo y la cirugía molecular. Investigadores de la Universidad de Osaka (Japón) utilizaron tecnología de absorción de dos fotones para sintetizar nanovacas y nanoresortes tridimensionales en materiales poliméricos, logrando nuevos avances en la preparación y aceptación de microdispositivos funcionales. La otra es la tecnología de autoensamblaje molecular de varios sistemas. Las nanoestructuras construidas mediante autoensamblaje molecular incluyen nanobarras, nanotubos, películas multicapa, estructuras de poros, etc. Los científicos de Bell Labs utilizaron la tecnología de autoensamblaje de tioles de moléculas orgánicas para preparar transistores de efecto de campo de una sola capa con un diámetro de 1 a 2 nm. La preparación de estos nanotransistores de una sola capa es un paso importante en el desarrollo de dispositivos electrónicos a escala molecular. El trabajo en esta área todavía se limita a la etapa de investigación de laboratorio.