纳米科技
纳米科技范文第1篇
纳米科技将引发一场新的工业革命
笔者：纳米是一个长度单位，纳米科技却受到世界各国的重视。纳米科技对我们的生活会有什么样的影响？
白春礼：纳米科技的受关注度升高，不仅仅是其尺度的缩小问题，实质是由纳米科技在推动人类社会产生巨大变革方面具有的重要意义所决定的。
纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为哪一门传统的学科领域。而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性突破的，正是这样，纳米科技充满了原始创新的机会。而一旦在这一领域探索过程中形成的理论和概念在我们的生产、生活中得到广泛应用，将极大地丰富我们的认知世界，并给人类社会带来观念上的变革。
随着人类对客观世界认知的革命，纳米科技将引发一场新的工业革命。比如，在纳米尺度上制造出的计算机的运算和存储能力，与目前微米技术下的计算机性能相比将呈指数倍提高，这将是对信息产业和其他相关产业的一场深刻的革命。同样，生命科技也面临着在纳米科技影响下的变革。所以，人们认为纳米科技是未来信息科技与生命科技进一步发展的共同基础。美国《新技术周刊》曾指出：纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机，其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌。
纳米科技也将促使传统产业“旧貌换新颜”。比如，纳米绿色印刷制版技术，完全摒弃了化学成像的预涂感光层，因此版材不再怕光、怕热；由于不需要曝光、冲洗等流程，因而杜绝了污染的产生，并且理论上是传统版材涂布成本的20%。
国际纳米科技发展趋势呈现三个新特点
笔者：那么目前国际纳米科技的发展有哪些新变化呢？
白春礼：2000年美国率先了“国家纳米技术计划”（NNI）。迄今，部级纳米科技发展规划的国家超过50个，呈现出国际竞争日趋激烈的态势。例如，美国2011年在纳米科技方面的预算达17.6亿美元。2011年11月30日，欧盟委员会对外公布了欧盟第八个科技框架计划——《地平线2020：研究与创新框架计划》，这份科研计划的周期为7年，预计耗资约800亿欧元。
目前国际纳米科技发展呈现出三个趋势：
一是从应用导向的基础研究到应用研究再到技术转移转化一体化研究。例如美国尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究与应用开发紧密结合在一起，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。同时，整合各学科的研究力量，集中解决重大的科学挑战问题或孕育重大突破的应用技术。
二是专业平台支撑的纳米技术研发。纳米技术的特点是多学科交叉技术集成，以及基础研究和应用研发的集成。美国建立了14个部级的纳米科技研究中心，法国建立了3个部级实验室，加拿大在阿尔伯塔大学建设了国家纳米技术研究所，日本建立了12个纳米技术虚拟实验室，韩国建立了3个国家纳米科技平台。
三是全球大型企业越来越重视纳米技术。国际商用机器公司、惠普公司、英特尔公司等，都在用纳米技术开发10纳米以下的器件和工艺。日本关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，建立了“关西纳米技术推进”专门组织，东丽、三菱、富士通等大公司更是斥巨资建立纳米技术研究所，开发碳纳米材料吨级量产技术。
我国已成为世界纳米科技研发大国
笔者：我国纳米科技发展的情况如何？
白春礼：应该说我国已经成为世界纳米科技研发大国，部分基础研究跃居国际领先水平。目前，我国纳米科技方面的SCI论文数量已处于世界领先地位，2009年，我国发表纳米科技SCI论文数量已经超过美国，跃居世界第一位。同时，论文质量大幅度提高，SCI论文引用次数跃居世界第二位。反常量子霍尔效应、亚纳米分辨的单分子光学拉曼成像等工作，在国际上引起了巨大影响。
近年来，我国纳米科技应用研究与成果转化的成效也已初具规模。
在专利申请量方面，我国已位于世界前列，从1998年到2009年底，首次超过美国跃居世界第二。在纳米技术标准化方面，我国已与世界同步，积极参与并部分主导了国际纳米技术标准工作，在国际纳米标准化工作中占有一席之地。同时，颁布了一批国家纳米技术标准，初步形成了纳米标准化体系；研制了多项国家标准物质及标准样品，填补了国内空白，为我国纳米科技的产业化应用奠定了基础。
纳米科技范文第2篇
纳米技术是新材料技术的前沿，有人预言，纳米技术所引起的世界性技术革命和产业革命，将会比历史上任何一次技术革命对社会、经济、军事等领域所产生的冲击更为巨大。
在20世纪末，美容护肤品从第一代的工业石油革命、第二代的天然添加成分，走到了第三代生物医学技术化妆品时代。进入新世纪，纳米科技带给人类的纳米护肤品再一次将人们的目光引向了高科技应用领域，在国外，以瑞士凯斯尼亚、意大利欧风格林为代表；在国内，以北京邦定、成都欧利思为代表，已经开始使用纳米“活细胞仿生微球”技术。“纳米保鲜护肤液”为主流的这类绿色护肤化妆品，正以优质、高效、安全、持久等优异性能来满足人们对高品质美容的追求。
微型化的新材料技术
纳米是英文Namometer的译名，是一种度量单位，等于1米的十亿分之一。自从1982年扫描隧道显微镜发明后，便诞生了一门0.1至100纳米长度为研究分子的技术，即纳米技术，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品，使新的材料和产品在某些性能上发生截然不同的变化，从而应用在信息、能源、交通、医药、食品、纺织、环保等诸多领域。这种令人不可思议的新变革，大大提升了我们的生活质量，比如将抗菌物质进行纳米化处理，在生产一些日常用品时添加进去，抗菌内衣、抗菌茶杯、抗菌冰箱便生产出来了；如果在玻璃表面涂一层渗有纳米化氧钛的涂料，那么普通玻璃马上变成具有自己清洁功能的“自净玻璃”，不用人工擦洗了。普通的材料通过纳米化处理，更能增添许多神奇的特性。
活性成分难以逾越的屏障――皮肤角质层
皮肤是人体与外界之间的一道天然屏障，保护着身体不受外来侵害，也阻挡了美容护肤品中的活性成分进入体内。我们知道，护肤品是皮肤的特殊保健品，尤其是功能性护肤品，其意义就在于给皮肤的组织细胞提供多种营养物质、活性成分，给表皮细胞补充水分、养分，改善其新陈代谢过程，中和或祛除一些不利的因素，营造一个优越的生命环境，从而打造皮肤持久的健康。但，皮肤致密的结构阻挡了这些活性物质的进入，而皮肤最外层具有疏水性的角质层，更增加了水溶性物质和大分子物质的吸收难度。
现有的美容化妆品生产技术制约了护肤品中的有效成分进入皮肤。比如传统工艺的乳化技术使化妆品膏体内部结构为胶团或胶囊状，其单位直径为微米，对皮肤的渗透能力很弱，不易被表皮细胞吸收。因此，化妆品中的活性有效成分在使用中不能充分发挥其作用，严重影响了化妆品的功效。
活性成分难以保鲜的难题――载体包裹技术
不同品质、档次的化妆品，在添加活性成分方面有较大区别，如天然植物提取物、多种生物酶、多种维生素、多种细胞因子等等，这些活性物质的活性越高，性状就越不稳定，见光或遇热、酸、氧等极易分解或氧化。如何使有效的活性物质在化妆品的添加、储存中保持稳定和鲜活？如何营造表层皮肤组织结构所需的生物环境，并将所携带的鲜活成分释放，且维持有效时间、有效浓度呢？化妆品的“溶解、吸收和利用”一直是化妆品领域中的世界难题。在六十年代中期，科学家研究出包裹脂质体，但脂质体是一个仿细胞壁结构的双极性分子结构，它像一个肥皂泡，内层为液体，是一种亚稳定状态，遇热时表面活性剂或脂质体碰撞就易破裂而失去作用。因此，脂质体在实际应用中远没有达到理想的效果。
纳米技术，全面解决了保鲜和渗透
纳米技术彻底改变了物质材料的特殊性能，在美容化妆品产业技术上引发了一场新的技术革命。目前，国际上研制成功的“活细胞仿生微球”就是纳米高技术的一种纳米级（粒径）超微载体。它仿天然人体角质细胞结构，由天然物质合成，其直径在20纳米~100纳米之间，外层是由天然磷脂体组成的双极性分子双重结构，内层细胞是由天然多糖分子组成的网状固体核。活性物质被固定且呈一种稳定状态，而其纳米级超分子结构依靠其细胞结构与人体组织的相融性和亲和力，极易进入皮肤深层，可修复和强化角质层结构；另一方面，它的载体作用非常明显，能保持携带物的稳定性，因而可长期保持其新鲜活性。纳米技术应用到化妆品制造业中，可对传统工艺乳化得到的化妆品缺陷进行很好的改进，因为纳米级功能原料通过纳米技术处理得到的化妆品膏体微料可以达到纳米级状态，这种纳米级膏体对皮肤渗透性大大增加，皮肤选择吸收功能物质的利用率也随之大为提高。
国际纳米技术“活细胞仿生微球”――纳米级（粒径）超微载体，将多种生物活性成分包裹在平均粒径在25nm的超微载体中，能安全有效地保护有效成分不受破坏，其缓释作用还可以延长活性成分的作用时间，并可顺利地通过皮肤角质层的筛选（间隙为50nm左右）直达皮肤深层，从而高效地解决深层皮肤出现的病变，修复和强化皮肤功能，将纳米化妆品所有的优点发挥到极至。
纳米“活细胞仿生微球”的七大经典魅力
经由纳米“活细胞仿生微球”所生产的化妆品与传统工艺生产的化妆品相比，在皮肤的深层渗透、高效修复和强化皮肤功能上，有着不可比拟的优势：
1．复合配方：纳米“活细胞仿生微球”内可包含多种生物活性因子及维生素C、E，其鸡尾酒式的复合配方可给皮肤提供全面而均衡的营养。
2．深层渗透：将最具功效的护肤成分特殊处理成纳米级的微小结构，使之能顺利渗透到皮肤深层。
3．保鲜包裹：纳米级微小结构具有特定的包裹/载体功能，可有效保护活性成分不被氧化和破坏。
4．赋活利用：纳米微粒在同等质量时携带有更多的活性成分，并具备优异的均匀覆盖效果，因此有效成分的吸收利用率大大提高。
5．安全高质：纳米微粒是非生物材料，没有排异反应的危险，不会诱发过敏反应，使用更安全。
6．缓释持久：纳米微粒具有缓释作用，其缓慢而均匀的释放可延长活性成分的有效作用时间。
纳米科技范文第3篇
纳米科技和纳米材料是20世纪80年代刚刚诞生并正在崛起的高新技术,它是研究包括从亚微米、纳米到团簇尺寸(从几个原子到几百个原子以上尺寸)之间的物质组成体系的运动相互作用以及可能的实际应用中的科学技术问题,研究内容还涉及现代科技的广阔领域。世界各国都对纳米技术给予了极大关注,美国、日本、德国等发达国家,都将纳米技术和纳米材料作为研究开发的热点课题,并得到政府的资金支持。随着科技发展进步,人类对纳米科技的研究日益广泛深入,纳米技术也已开始得到了较大范围的应用,并越来越深入地影响和改变着人们的生产、生活及思想,而对经济、政治及社会的影响则更多地体现在各国间对纳米科技及其应用的激烈竞争上。具有特异功能的各种纳米材料越来越多,由纳米材料制备的功能性产品也不断地被开发出来,开始形成一个新型的纳米功能性产品的产业领域。在众多的纳米材料中,一些高性能的纳米陶瓷粉体材料,也就是广义上的无机非金属纳米材料的开发应用最为广泛和活跃,并已在多种产业和实际产品中得到应用,出现了高性能多功能性纳米产品,从而使得许多传统产业正在发生一场新的技术革命。随着纳米技术和纳米材料进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将会给整个社会带来更大的经济和社会效益,并对人类社会的发展和进步产生深远地影响。
纳米是一个长度单位,1纳米等于十亿分之一米,20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。20世纪90年代起,各国科学家纷纷投入一场“纳米大战”,在0.10―100纳米尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性。
中国科学界不甘人后,1993年中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地,并居于国际科技前沿。研究材料学的专家学者也不甘人后,纷纷把眼光瞄准了“纳米”这一新技术领域,使得纳米科技和纳米技术取得了迅速地发展。随着纳米材料和纳米技术进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将会给整个社会带来更大的经济和社会效益,对人类社会进步产生深远的影响,同时发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。战略性新兴产业是新型科技和新型产业的深度融合,代表着科技创新的方向,也代表产业发展的方向,使战略性新兴产业尽早成为国民经济的先导产业和支柱产业,要大力推动自主创新、提高原始创新能力和关键核心技术创新能力,着力突破制约经济社会发展的关键技术问题。加快推进自主创新,紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇,更加注重自主创新能力,加快科技成果向现实生产力转化,加快科技体制改革,加快建设宏大的创新型科技人才队伍,谋求经济增长与发展主动权,形成长期竞争优势,为加快经济发展方式转变提供强有力的科技支撑。
太原高科公司及企业技术中心简介
太原高科耐火材料有限公司于1989年由高树森董事长基于创新耐火材料,服务产业经济的梦想而发起创立。在成立之初,这只是一家简易的小型耐火材料厂,经过几年的艰苦奋斗,企业取得了初步的发展。1992年经山西省高新技术委员会认定、国家太原高新技术开发区管委会批准,成立了太原高科耐火材料有限公司(简称太原高科)。公司建立了耐火材料生产厂和专门的耐火材料技术研究中心,并被山西省科技厅确立为山西省耐火材料工程技术中心,成为耐火材料行业唯一的部级高新技术企业。并承担山西省高端重点行业用耐火材料的技术研究与开发工作。先后研究开发出多种耐火材料高新技术产品,及时将研究成果转化为生产力,大大促进了企业的发展,同时为技术研究和自主创新提供了雄厚的资金支持,形成了生产与科研相互促进的良好局面。公司与国内多所高等院校、科研机构在产品开发、技术交流等领域建立长期的合作关系,使公司在新产品技术性能、使用性能、技术储备等方面不断创新,形成了产学研联盟,具备研究、开发、生产高技术特种耐火材料能力,形成了自主研发、自主创新和自我实现产业化的良性循环。经过20年的发展,在实现了公司的管理升级和稳步、持续、快速发展的同时,确立了以“以科研为依托,市场为导向”的科技兴企的发展战略。
目前,太原高科已通过ISO9001-2000国际质量体系认证和ISO14001:2004环境管理体系认证,被山西省科委确定为“山西省科技先导型企业”、太原市科技局授予“太原市科技创新示范单位”、太原高新区授予“十佳技术创新项目企业”及“质量管理先进企业”、山西省认定为企业技术中心。最近,中国耐火材料行业协会授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技术研究中心“行业纳米材料产业化示范基地”的称号。
实践证明,坚持科学发展观,坚持走自主研发和自主创新的道路是太原高科发展的根本。通过多年的努力,太原高科公司已走出了自主研发、自主创新、自主生产科研成果的路子,由“中国制造”变为“中国创造”,而且实际效益十分突出,在这次金融危机的冲击下,该企业也受到一定程度的影响,但在高董事长的带领下克服重重困难,企业产值利润仍得到了较大增长,并且由于纳米科技、纳米材料开发成功和应用,企业潜在产值利润发展空间十分广阔。这同时也从一个侧面说明,我国科技体制改革中建立以企业为主体、产学研结合的技术创新体系,并将其作为全面推进国家创新体系建设的突破口,只有以企业为主体才能坚持技术创新的市场导向,有效整合产学研的力量,确实增强国家竞争力,以企业为主体的创新机制,对科研成果迅速转化为生产力具有重要的推动作用。
纳米耐火材料研究成果概述
耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子、国防等基础工业领域重要的基础材料,是高温工业热工设备不可缺少的重要支撑材料,与钢铁等高温工业的技术发展相互依存互为促进。为了开发21世纪新一代耐火材料,迫切需要运用尖端的纳米技术和纳米材料开发后续的纳米耐火材料。随着科学技术进步的日益加快和对纳米技术广泛深入的研究,作为高新技术,纳米技术得到了迅速发展和广泛应用,并且越来越深入地影响和改变着人们的生产、生活及思想,而对经济、政治及社会的影响则更多地体现在各国间对纳米技术及应用的激烈竞争上。耐火材料作为高温工业,特别是钢铁工业服务的基础材料,它一直伴随着高温技术和材料科学的进步而发展。如何应用尖端的纳米技术和纳米材料来改变耐火材料的组织结构,特别是微观显微结构,全面提高耐火材料的各项性能指标,更好地满足钢铁等高温工业发展及使用需求,一直是广大耐火材料工作者所关注的热点问题。因此,高科公司和技术中心研究人员在高树森董事长的带领下,对纳米技术、纳米材料及其在耐火材料领域中应用开展了长期的、多方面的探索与尝试,并且在此工作基础上还进行了专题研究和自主创新工作;结果表明,采用纳米技术制备的纳米陶瓷粉体材料所具有的功能特性,在纳米耐火材料领域中应用都能够充分地显示出来且得以确认;采用纳米技术和纳米材料制成的纳米耐火材料产品,在钢铁工业新技术(如炼钢二次精炼)中使用,也显示出令人振奋的使用结果。
近年来,我们对纳米技术和纳米材料进行了深入研究和自主创新,自2008年至今,在将近两年的时间里,共申报了六项纳米耐火材料发明专利项目,涉及耐火材料的主要品种,前五项发明专利均已公布,并经有关部门严格筛选后评定,被列为年度国家重点发明专利项目,并纳入国家发明专利实施转化项目中,还被国家知识产权局出版社编入发明人年鉴中;前两项发明专利获第九届香港国际发明博览会金奖,又获第十二届中国北京国际科技产业博览会第三届中国自主创新杰出贡献奖。2010年这些纳米发明专利在第十三届中国北京国际科技产业博览会上又获“中国自主创新杰出贡献奖”,并在“中国高新企业发展国际论坛”上做了《关于发展纳米科技和纳米耐火材料自主创新及其产业化》的重要报告。六项纳米发明专利项目分别是:
纳米耐火材料发明专利之一
纳米复合氧化物陶瓷结合铝―尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101397212A)
纳米耐火材料发明专利之二
纳米Al2O3薄膜包裹的碳―铝尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101417884A)
纳米耐火材料发明专利之三
纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石―镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101544505A)
纳米耐火材料发明专利之四
纳米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳―尖晶石镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101555153A)
纳米耐火材料发明专利之五
纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法(公布号:2101767999A)
纳米耐火材料发明专利之六
纳米SiO2、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法(申请号:201010165554.9)
纳米耐火材料系列发明专利的公布,是纳米技术和纳米材料在耐火材料领域中成功应用的重要标志,也是纳米技术和纳米材料在传统产业中自主研发、自主创新的重要发展方向,对钢铁等高温工业的发展和高新技术的应用,作出了重要贡献。同时,发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。具有战略性的纳米新兴产业是新兴科技、新兴产业的深度融合,代表着科技创新的方向,也代表产业发展的方向。使纳米战略性新兴产业尽早成为国民经济的先导产业和支柱产业,要大力推动自主创新,着力突破制约经济社会发展的关键技术问题。加快推进自主创新,紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇,更加注重创新,加快自主创新能力,加快科技成果向现实生产力转化,加强科技体制改革,加快建设宏大的创新型科技人才队伍,谋求经济增长与发展主动权,形成长期竞争优势,为加快经济发展方式转变提供强有力的科技支撑。太原高科纳米耐火材料的研究及其发明专利成果,大大推动了我国纳米技术、纳米材料的进步与发展,为耐火材料的发展开辟了一片新天地,也为开发更长寿、更节能、无污染功能化的新型绿色耐火材料带来了发展空间。为了进一步深入发展纳米技术在耐火材料领域中的应用研究,使纳米技术在耐火材料领域中得到更广泛的应用,太原高科将研究开发更多更实用的纳米耐火材料发明专利成果,以满足钢铁等高温工业发展需求,也为钢铁等高温工业技术的实施与发展提供了最佳服务。
发展“绿色耐材” 节能减排
耐火材料是高温工业的重要基础材料。在全球大力发展低碳经济形势下,实现高温工业的“绿色化”与耐火材料工业自身的“绿色化”不无关系。绿色耐火材料战略是关系到我国当前和今后耐火材料行业可持续发展的重要发展战略。我国在耐火材料总产量和品种数量上是当之无愧的世界第一。但就“绿色度”而言,差距却甚大,表现在诸如:炼钢耐火材料的平均比消耗高出国际先进水平1倍以上,高性能、长寿命产品比例少,质量稳定性欠佳,技术附加值不高,能耗高,存在环保和公害问题,某些原料资源短缺等。
我们研究开发的新型纳米耐火浇注料及其整体浇注技术,大幅度提高浇注的整体炉衬的使用寿命,节省资源,且节能环保,生产成本相对较低,经济适应性强,无粉尘,无排放有害气体,特别是无纳米粉体的污染,是真正的绿色耐火材料,适应循环经济发展要求,具有显著的经济效益和社会效益,已达到国际先进水平。该系列项目的大力推广也将为我国丰富的耐火矿产资源在现代耐火材料应用中提供广阔的发展前景,将资源变为产品,推动市场效益,可带动资源产业的更快发展。
建立纳米耐材产业化示范基地
我国钢铁产量巨大,2009年钢产量达5.7亿吨,位居世界首位,约占世界总产钢量的47%以上,钢铁生产的高速增长是伴随着流程优化与结构调整来实现的,其重要的就是对加快推进生态文明建设是从清洁生产总体高度上,加快科技创新与进步,继续将纳米技术纳入到耐火材料尖端技术之中,进行深入的研究开发和自主创新,并实施产业化,对钢铁等高温工业发展、高新技术的采用与实施、节能减排、提高质量、创新品种都将发挥非常重要的作用。
纳米科技和纳米材料是21世纪最有发展前景的高新技术,它对国家经济发展、经济转型、传统经济改造、自主创新等均具有重要意义。然而,纳米科技和纳米材料只有在生产实际应用中才能体现出自身的重大价值。国外多个国家都对纳米产品的产业化给予特别关注,并且作为纳米科技发展水平的重要标志。纳米材料制备技术由实验室转移到工厂生产势在必行,在纳米技术产业化过程中存在多方面制约纳米发展的瓶颈问题。为了解决纳米耐火材料产业化中出现的各种瓶颈问题,我们开展长期的专项研究并取得了较好的效果,这就为纳米耐火材料产业化铺平了道路,为加快推进产业结构调整,完善现代产业体系,加快推进传统产业技术改造,加快发展纳米战略新兴产业,全面提升产业技术水平和国际竞争力,都具有重大意义。
为此,建立纳米耐火材料产业化示范基地,对当前和今后耐火材料工业和钢铁等高温工业的发展是非常有意义的,而且也是十分紧迫和刻不容缓的。此外,国际间纳米技术和纳米材料的竞争更多体现在工业生产的纳米产品上,太原高科对纳米科技和纳米耐火材料的研究开发和自主创新作了长期的艰苦努力,并取得多项发明专利成果,并且对纳米科技和纳米耐火材料继续开展深入研究和产业化基地建设将会取得更多、更大进展,为我国纳米科技发展作出贡献。产业化示范基地建立后,太原高科将运用多项高新技术,谋求与尖端的纳米技术整合,加速纳米耐火材料的理论与实际应用研究,为耐火材料行业的纳米化发展创造条件和奠定基础,完成开发成果后,可积极推进开发和创新成果的产业化,及时服务于钢铁等高温工业生产中,使纳米技术及早地显现出经济效益和社会效益,为科技发展和进步作贡献,努力把21世纪纳米尖端耐火材料的开发与生产做好、做成功;为国家高温工业的发展继续作研发与服务;加快传统工业的改造,促进我国经济的平稳、快速发展。■
纳米科技范文第4篇
关键词：食品科学，纳米技术，纳米材料，应用
一、引言
二十世纪末纳米技术开始兴起，随着人们的重视程度不断提高和研究的进一步深入，纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业，并且开发、生产了许多新型的食品和一些具有良好功效和特殊功能的保健食品，纳米技术在食品方面的取得了卓越的成绩。
二、纳米技术概述
所谓纳米，它是一种几何尺寸的度量单位，l纳米为百万分之一毫米，也就是十亿分之一米的长度。由于纳米材料的微观粒子非常的小，进而表现出特殊的力学、热学、物理和化学特性，并且具备特殊的功能。[1]总体而言，纳米材料具有优异的晶粒尺寸小、表面效应、量子尺寸效应、体积效应等，这些特性使得纳米技术广泛应用于食品工艺。[2]从二十世纪九十年代初开始，纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学、纳米化学、纳米药物学以及纳米生物技术的到了快速发展，同时有关的新名词、新概念也不断涌现。人们对纳米技术的理解较为模糊，一直以来人民对其研究也处于起步阶段，还有待于我们进一步深入研究。纳米技术的主要目标是，根据纳米结构所具有的特性和功能，结合人们的需求，对材料进行加工，并制造具有特定功能的产品，给人们带来全新的技术革命。此外，在设计过程中在原子、分子的水平上运用纳米技术进行材料设计，进而制造出具有全新性质和各种功能的材料，从而满足人们日益增长的生活需求。
三、食品科学中纳米技术的应用
随着纳米技术的快速发展，纳米食品生产取得了可喜的成绩。到目前为止，纳米食品产品已经超过三百种，一大部分食品已经实现了商业化。据相关统计预测，到2013年我国纳米食品市场将达到250亿美元。[3]由此可见，纳米技术在食品上的应用有较为广阔的前景。纳米技术在食品上的应用和研究主要包括：纳米包装材料、纳米食品加工以及纳米检测技术等诸多方面，具体应用如下：
（一）微乳化技术和纳米胶囊制备技术
微乳液其实就是通过将两种互不相溶的液体形成的吉布斯自由能最小、状体均匀并且稳定，各向同性、粒径大小为l-100纳米、外观透明或半透明的分散体系，而制备该微乳液的技术也称为微乳化技术。自从上个世纪末以来，人们加大对微乳理论和应用的研究，并将微乳化技术已应用于纳米颗粒、微胶囊和纳米胶囊的制备。采用纳米技术，将微胶囊制备成具有粒径大小在10-1000纳米尺寸的新型材料。由于纳米胶囊颗粒微小，形成胶体溶液，易于分散和悬浮在水中，并形成清澈透明的液体，从而使所载的药物或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，进而有利于提高疗效的目的，增加药品生产效率。[4]此外，由于分子自组装技术特殊的界面分子识别功能，纳米胶囊的制备技术已应用到香料阻燃剂、医药、石油产品以及食品调味品等领域，并且其应用范围将会进一步扩大。调查显示，目前制备纳米胶囊的方法主要有微乳聚合法、乳液中的界面沉积法、乳液中的界面聚合法、复相乳液溶剂挥发法等。
（二）纳米技术在食品包装与保险技术中的应用
在食品包装行业，纳米技术的应用最为普遍，并且该技术能给人们带来极大的利益。因为，在包装材料过程中，只需加入一定的纳米微粒就能够有效地增加包装材料的抗菌性能与密封效果，从而更好地为食品包装提高质量安全保障。同时，在冰箱制造行业也能看到纳米技术的应用情况，通过纳米技术能够有效地生产出一些抗菌性的冰箱，从而满足人们日常生活需求。[5]此外，由于纳米材料的尺寸微小（纳米级别），并体现出特殊的功能，在食品包装过程中加入一定的纳米微粒有利于改变对现有包装材料的性能，从而进一步保证食品的安全。甚至已有不少人研究纳米技术在玻璃和陶瓷容器等领域的应用，通过加入纳米颗粒，可以有效地增加了脆性材料的韧性与强度，还可以有效地吸收紫外线防止塑料包装由于时间过长而出现老化、变质等现象，进而增加食品包装的使用寿命，促进食品包装行业的发展。
（三）纳米技术在超细微粒和纳米粒子制备中的应用
在当今的高新技术研究领域中，超细微粒尤其是纳米粒子已经成为人们研究的热门方向，并是当今急需加大研究投入的领域。经过超细化处理后的物质，粒子之间的接触面积增大，比表面积也大大增加，界面能显著提高，表面能会发生巨大变化，从而显现出独特的物理与化学性能。通常情况下，制备超细粒子的方法为超细碾磨法，例如市场上比较普遍的具有强抗氧化性的超细绿茶粉与具有强结合水能力的超细面粉等。研究表明，粒子越小越有助于人体的吸收消化，约1000纳米的超细绿茶粉呈现出较好的营养消化和吸收率，其营养价值大大超出普通的绿茶粉。[6]再比如近年来迅速发展起来的新技术--超临界流体制备超细微粒技术，也属于纳米技术制备超细粒子的范畴，该技术可以较准确地控制结晶过程，对粒子尺寸进行精确的控制，从而生产出的超细微粒粒径小且粒度分布均匀，该技术在医疗药物制造行业较为普遍，具有非常广阔的应用前景。
（四）纳米技术在食品检测中的应用
由于计算机技术的飞速发展，使得纳米传感器技术发展也较为迅猛，并且已经成功在食品安全监测广泛应用。[6]纳米生物传感器技术，是采用选择性结合靶分子的生物探针，对食品进行安全监测的技术。这是因为纳米材料本身就是非常敏感，对于不均匀的化学和生物物质反应非常的灵敏，将纳米技术与计算机技术、生物学、电子材料等相结合起来，可以制备新型的传感器件，从而达到提高食品安全检测的可靠性和准确性。此外人们还通过纳米生物传感器技术，实现了对食品安全的灵敏、有效、快速检测。比如在传统的检测领域，特别是在监测微量细菌时，需要扩增或富集样本中的目标菌。我们就可以利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器，这种方法不仅能够大大减少检测所需的时间，而且还可以提高检测的准确度，提高了食品安全检测的效率。
四、结语
由于我国纳米技术研究起步较晚，在许多方面还存在不足之处，但是近年来随着国内专家学着对纳米技术的研究力度不断加大，同时国家在政策等方面给予了大力支持，纳米技术已经取得了一定的成绩，特别是纳米技术在食品工业中的广泛应用。我相信在不久的将来，纳米技术将会引发一场新的食品科学的革命，为我国食品工业带来巨大的经济社会效益和广阔的发展空间，同时也会在一定程度上加速人们生活方式和饮食结构的变化，引领人们进入全新的食品行业，保障食品安全，提高人民生活水平。
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纳米科技范文第5篇
关键词：纳米科学纳米技术纳米管纳米线纳米团簇半导体
NanoscienceandNanotechnology–theSecondRevolution
Abstract:Thefirstrevolutionofnanosciencetookplaceinthepast10years.Inthisperiod,researchersinChina,HongKongandworldwidehavedemonstratedtheabilitytofabricatelargequantitiesofnanotubes,nanowiresandnanoclustersofdifferentmaterials,usingeitherthe“build-up”or“build-down”approach.Theseeffortshaveshownthatifnanostructurescanbefabricatedinexpensively,therearemanyrewardstobereaped.Structuressmallerthan20nmexhibitnon-classicalpropertiesandtheyofferthebasisforentirelydifferentthinkinginmakingdevicesandhowdevicesfunction.Theabilitytofabricatestructureswithdimensionlessthan70nmallowthecontinuationofminiaturizationofdevicesinthesemiconductorindustry.Thesecondnanoscienceandnantechnologyrevolutionwilllikelytakeplaceinthenext10years.Inthisnewperiod,scientistsandengineerswillneedtoshowthatthepotentialandpromiseofnanostructurescanberealized.Therealizationisthefabricationofpracticaldeviceswithgoodcontrolinsize,composition,orderandpuritysothatsuchdeviceswilldeliverthepromisedfunctions.Weshalldiscusssomedifficultiesandchallengesfacedinthisnewperiod.Anumberofalternativeapproacheswillbediscussed.Weshallalsodiscusssomeoftherewardsifthesedifficultiescanbeovercome.
Keywords:Nanoscience,Nanotechnology,Nanotubes,Nanowires,Nanoclusters,“build-up”,“build-down”,Semiconductor
I.引言
纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。例如，美国政府2001财政年度在纳米尺度科学上的投入要比2000财政年增长83%，达到5亿美金。有两个主要的理由导致人们对纳米尺度结构和器件的兴趣的增加。第一个理由是，纳米结构（尺度小于20纳米）足够小以至于量子力学效应占主导地位，这导致非经典的行为，譬如，量子限制效应和分立化的能态、库仑阻塞以及单电子邃穿等。这些现象除引起人们对基础物理的兴趣外，亦给我们带来全新的器件制备和功能实现的想法和观念，例如，单电子输运器件和量子点激光器等。第二个理由是，在半导体工业有器件持续微型化的趋势。根据“国际半导体技术路向（2001）“杂志，2005年前动态随机存取存储器（DRAM）和微处理器（MPU）的特征尺寸预期降到80纳米，而MPU中器件的栅长更是预期降到45纳米。然而，到2003年在MPU制造中一些不知其解的问题预期就会出现。到2005年类似的问题将预期出现在DRAM的制造过程中。半导体器件特征尺寸的深度缩小不仅要求新型光刻技术保证能使尺度刻的更小，而且要求全新的器件设计和制造方案，因为当MOS器件的尺寸缩小到一定程度时基础物理极限就会达到。随着传统器件尺寸的进一步缩小，量子效应比如载流子邃穿会造成器件漏电流的增加，这是我们不想要的但却是不可避免的。因此，解决方案将会是制造基于量子效应操作机制的新型器件，以便小物理尺寸对器件功能是有益且必要的而不是有害的。如果我们能够制造纳米尺度的器件，我们肯定会获益良多。譬如，在电子学上，单电子输运器件如单电子晶体管、旋转栅门管以及电子泵给我们带来诸多的微尺度好处，他们仅仅通过数个而非以往的成千上万的电子来运作，这导致超低的能量消耗，在功率耗散上也显著减弱，以及带来快得多的开关速度。在光电子学上，量子点激光器展现出低阈值电流密度、弱阈值电流温度依赖以及大的微分增益等优点，其中大微分增益可以产生大的调制带宽。在传感器件应用上，纳米传感器和纳米探测器能够测量极其微量的化学和生物分子，而且开启了细胞内探测的可能性，这将导致生物医学上迷你型的侵入诊断技术出现。纳米尺度量子点的其他器件应用，比如，铁磁量子点磁记忆器件、量子点自旋过滤器及自旋记忆器等，也已经被提出，可以肯定这些应用会给我们带来许多潜在的好处。总而言之，无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。
II.纳米结构的制备———首次浪潮
有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）。“build-up“的优点是个体纳米部件的制备成本低以及工艺简单快捷。有多种方法如气相合成以及胶体化学合成可以用来制备纳米元件。目前，在国内、在香港以及在世界上许多的实验室里这些方法正在被用来合成不同材料的纳米线、纳米管以及纳米团簇。这些努力已经证明了这些方法的有效性。这些合成方法的主要缺点是材料纯洁度较差、材料成份难以控制以及相当大的尺寸和形状的分布。此外，这些纳米结构的合成后工艺再加工相当困难。特别是，如何整理和筛选有着窄尺寸分布的纳米元件是一个至关重要的问题，这一问题迄今仍未有解决。尽管存在如上的困难和问题，“build-up“依然是一种能合成大量纳米团簇以及纳米线、纳米管的有效且简单的方法。可是这些合成的纳米结构直到目前为止仍然难以有什么实际应用，这是因为它们缺乏实用所苛求的尺寸、组份以及材料纯度方面的要求。而且，因为同样的原因用这种方法合成的纳米结构的功能性质相当差。不过上述方法似乎适宜用来制造传感器件以及生物和化学探测器，原因是垂直于衬底生长的纳米结构适合此类的应用要求。
“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积（MOVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。在“build-down”方法中有几条不同的技术路径来制造纳米结构。最简单的一种，也是最早使用的一种是直接在衬底上刻蚀结构来得到量子点或者量子线。另外一种是包括用离子注入来形成纳米结构。这两种技术都要求使用开有小尺寸窗口的光刻版。第三种技术是通过自组装机制来制造量子点结构。自组装方法是在晶格失配的材料中自然生长纳米尺度的岛。在Stranski-Krastanov生长模式中，当材料生长到一定厚度后，二维的逐层生长将转换成三维的岛状生长，这时量子点就会生成。业已证明基于自组装量子点的激光器件具有比量子阱激光器更好的性能。量子点器件的饱和材料增益要比相应的量子阱器件大50倍，微分增益也要高3个量级。阈值电流密度低于100A/cm2、室温输出功率在瓦特量级（典型的量子阱基激光器的输出功率是5-50mW）的连续波量子点激光器也已经报道。无论是何种材料系统，量子点激光器件都预期具有低阈值电流密度，这预示目前还要求在大阈值电流条件下才能激射的宽带系材料如III组氮化物基激光器还有很大的显著改善其性能的空间。目前这类器件的性能已经接近或达到商业化器件所要求的指标，预期量子点基的此类材料激光器将很快在市场上出现。量子点基光电子器件的进一步改善主要取决于量子点几何结构的优化。虽然在生长条件上如衬底温度、生长元素的分气压等的变化能够在一定程度上控制点的尺寸和密度，自组装量子点还是典型底表现出在大小、密度及位置上的随机变化，其中仅仅是密度可以粗糙地控制。自组装量子点在尺寸上的涨落导致它们的光发射的非均匀展宽，因此减弱了使用零维体系制作器件所期望的优点。由于量子点尺寸的统计涨落和位置的随机变化，一层含有自组装量子点材料的光致发光谱典型地很宽。在竖直叠立的多层量子点结构中这种谱展宽效应可以被减弱。如果隔离层足够薄，竖直叠立的多层量子点可典型地展现出竖直对准排列，这可以有效地改善量子点的均匀性。然而，当隔离层薄的时候，在一列量子点中存在载流子的耦合，这将失去因使用零维系统而带来的优点。怎样优化量子点的尺寸和隔离层的厚度以便既能获得好均匀性的量子点又同时保持载流子能够限制在量子点的个体中对于获得器件的良好性能是至关重要的。
很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。
在未来的十年中，纳米科学和技术的第二次浪潮很可能发生。在这个新的时期，科学家和工程师需要征明纳米结构的潜能以及期望功能能够得到兑现。只有获得在尺寸、成份、位序以及材料纯度上良好可控能力并成功地制造出实用器件才能实现人们对纳米器件所期望的功能。因此，纳米科学的下次浪潮的关键点是纳米结构的人为可控性。
III.纳米结构尺寸、成份、位序以及密度的控制——第二次浪潮
为了充分发挥量子点的优势之处，我们必须能够控制量子点的位置、大小、成份已及密度。其中一个可行的方法是将量子点生长在已经预刻有图形的衬底上。由于量子点的横向尺寸要处在10-20纳米范围（或者更小才能避免高激发态子能级效应，如对于GaN材料量子点的横向尺寸要小于8纳米）才能实现室温工作的光电子器件，在衬底上刻蚀如此小的图形是一项挑战性的技术难题。对于单电子晶体管来说，如果它们能在室温下工作，则要求量子点的直径要小至1-5纳米的范围。这些微小尺度要求已超过了传统光刻所能达到的精度极限。有几项技术可望用于如此的衬底图形制作。
—电子束光刻通常可以用来制作特征尺度小至50纳米的图形。如果特殊薄膜能够用作衬底来最小化电子散射问题，那特征尺寸小至2纳米的图形可以制作出来。在电子束光刻中的电子散射因为所谓近邻干扰效应（proximityeffect）而严重影响了光刻的极限精度，这个效应造成制备空间上紧邻的纳米结构的困难。这项技术的主要缺点是相当费时。例如，刻写一张4英寸的硅片需要时间1小时，这不适宜于大规模工业生产。电子束投影系统如SCALPEL（scatteringwithangularlimitationprojectionelectronlithography）正在发展之中以便使这项技术较适于用于规模生产。目前，耗时和近邻干扰效应这两个问题还没有得到解决。
—聚焦离子束光刻是一种机制上类似于电子束光刻的技术。但不同于电子束光刻的是这种技术并不受在光刻胶中的离子散射以及从衬底来的离子背散射影响。它能刻出特征尺寸细到6纳米的图形，但它也是一种耗时的技术，而且高能离子束可能造成衬底损伤。
—扫描微探针术可以用来划刻或者氧化衬底表面，甚至可以用来操纵单个原子和分子。最常用的方法是基于材料在探针作用下引入的高度局域化增强的氧化机制的。此项技术已经用来刻划金属（Ti和Cr）、半导体（Si和GaAs）以及绝缘材料（Si3N4和silohexanes），还用在LB膜和自聚集分子单膜上。此种方法具有可逆和简单易行等优点。引入的氧化图形依赖于实验条件如扫描速度、样片偏压以及环境湿度等。空间分辨率受限于针尖尺寸和形状（虽然氧化区域典型地小于针尖尺寸）。这项技术已用于制造有序的量子点阵列和单电子晶体管。这项技术的主要缺点是处理速度慢（典型的刻写速度为1mm/s量级）。然而，最近在原子力显微术上的技术进展—使用悬臂樑阵列已将扫描速度提高到4mm/s。此项技术的显著优点是它的杰出的分辨率和能产生任意几何形状的图形能力。但是，是否在刻写速度上的改善能使它适用于除制造光刻版和原型器件之外的其他目的还有待于观察。直到目前为止，它是一项能操控单个原子和分子的唯一技术。
—多孔膜作为淀积掩版的技术。多孔膜能用多种光刻术再加腐蚀来制备，它也可以用简单的阳极氧化方法来制备。铝膜在酸性腐蚀液中阳极氧化就可以在铝膜上产生六角密堆的空洞，空洞的尺寸可以控制在5-200nm范围。制备多孔膜的其他方法是从纳米沟道玻璃膜复制。用这项技术已制造出含有细至40nm的空洞的钨、钼、铂以及金膜。
—倍塞（diblock）共聚物图形制作术是一种基于不同聚合物的混合物能够产生可控及可重复的相分离机制的技术。目前，经过反应离子刻蚀后，在旋转涂敷的倍塞共聚物层中产生的图形已被成功地转移到Si3N4膜上，图形中空洞直径20nm，空洞之间间距40nm。在聚苯乙烯基体中的自组织形成的聚异戊二烯（polyisoprene）或聚丁二烯（polybutadiene）球（或者柱体）可以被臭氧去掉或者通过锇染色而保留下来。在第一种情况，空洞能够在氮化硅上产生；在第二种情况，岛状结构能够产生。目前利用倍塞共聚物光刻技术已制造出GaAs纳米结构，结构的侧向特征尺寸约为23nm,密度高达1011/cm2。
—与倍塞共聚物图形制作术紧密相关的一项技术是纳米球珠光刻术。此项技术的基本思路是将在旋转涂敷的球珠膜中形成的图形转移到衬底上。各种尺寸的聚合物球珠是商业化的产品。然而，要制作出含有良好有序的小尺寸球珠薄膜也是比较困难的。用球珠单层膜已能制备出特征尺寸约为球珠直径1/5的三角形图形。双层膜纳米球珠掩膜版也已被制作出。能够在金属、半导体以及绝缘体衬底上使用纳米球珠光刻术的能力已得到确认。纳米球珠光刻术（纳米球珠膜的旋转涂敷结合反应离子刻蚀）已被用来在一些半导体表面上制造空洞和柱状体纳米结构。
—将图形从母体版转移到衬底上的其他光刻技术。几种所谓“软光刻“方法，比如复制铸模法、微接触印刷法、溶剂辅助铸模法以及用硬模版浮雕法等已被探索开发。其中微接触印刷法已被证明只能用来刻制特征尺寸大于100nm的图形。复制铸模法的可能优点是ellastometric聚合物可被用来制作成一个戳子，以便可用同一个戳子通过对戳子的机械加压能够制作不同侧向尺寸的图形。在溶剂辅助铸模法和用硬模版浮雕法（或通常称之为纳米压印术）之间的主要差异是，前者中溶剂被用于软化聚合物，而后者中软化聚合物依靠的是温度变化。溶剂辅助铸模法的可能优点是不需要加热。纳米压印术已被证明可用来制作具有容量达400Gb/in2的纳米激光光盘，在6英寸硅片上刻制亚100nm分辨的图形，刻制10nmX40nm面积的长方形，以及在4英寸硅片上进行图形刻制。除传统的平面纳米压印光刻法之外，滚轴型纳米压印光刻法也已被提出。在此类技术中温度被发现是一个关键因素。此外，应该选用具有较低的玻璃化转变温度的聚合物。为了取得高产，下列因素要解决：
1）大的戳子尺寸
2）高图形密度戳子
3）低穿刺（lowsticking）
4）压印温度和压力的优化
5）长戳子寿命。
具有低穿刺率的大尺寸戳子已经被制作出来。已有少量研究工作在试图优化压印温度和压力，但显然需要进行更多的研究工作才能得到温度和压力的优化参数。高图形密度戳子的制作依然在发展之中。还没有足够量的工作来研究戳子的寿命问题。曾有研究报告报道，覆盖有超薄的特氟隆类薄膜的模板可以用来进行50次的浮刻而不需要中间清洗。报告指出最大的性能退化来自于嵌在戳子和聚合物之间的灰尘颗粒。如果戳子是从ellastometric母版制作出来的，抗穿刺层可能需要使用，而且进行大约5次压印后需要更换。值得关心的其他可能问题包括镶嵌的灰尘颗引起的戳子损伤或聚合物中图形损伤，以及连续压印之间戳子的清洗需要等。尽管进一步的优化和改良是必需的，但此项技术似乎有希望获得高生产率。压印过程包括对准、加热及冷却循环等，整个过程所需时间大约20分钟。使用具有较低玻璃化转换温度的聚合物可以缩短加热和冷却循环所需时间，因此可以缩短整个压印过程时间。IV．纳米制造所面对的困难和挑战
上述每一种用于在衬底上图形刻制的技术都有其优点和缺点。目前，似乎没有哪个单一种技术可以用来高产量地刻制纳米尺度且任意形状的图形。我们可以将图形刻制的全过程分成下列步骤：
1．在一块模版上刻写图形
2．在过渡性或者功能性材料上复制模版上的图形
3．转移在过渡性或者功能性材料上复制的图形。
很显然第二步是最具挑战性的一步。先前描述的各项技术，例如电子束光刻或者扫描微探针光刻技术，已经能够刻写非常细小的图形。然而，这些技术都因相当费时而不适于规模生产。纳米压印术则因可作多片并行处理而可能解决规模生产问题。此项技术似乎很有希望，但是在它能被广泛应用之前现存的严重的材料问题必须加以解决。纳米球珠和倍塞共聚物光刻术则提供了将第一步和第二步整合的解决方案。在这些技术中，图形由球珠的尺寸或者倍塞共聚物的成分来确定。然而，用这两种光刻术刻写的纳米结构的形状非常有限。当这些技术被人们看好有很大的希望用来刻写图形以便生长出有序的纳米量子点阵列时，它们却完全不适于用来刻制任意形状和复杂结构的图形。为了能够制造出高质量的纳米器件，不但必须能够可靠地将图形转移到功能材料上，还必须保证在刻蚀过程中引入最小的损伤。湿法腐蚀技术典型地不产生或者产生最小的损伤，可是湿法腐蚀并不十分适于制备需要陡峭侧墙的结构，这是因为在掩模版下一定程度的钻蚀是不可避免的，而这个钻蚀决定性地影响微小结构的刻制。另一方面，用干法刻蚀技术，譬如，反应离子刻蚀(RIE)或者电子回旋共振（ECR）刻蚀，在优化条件下可以获得陡峭的侧墙。直到今天大多数刻蚀研究都集中于刻蚀速度以及刻蚀出垂直墙的能力，而关于刻蚀引入损伤的研究严重不足。已有研究表明，能在表面下100nm深处探测到刻蚀引入的损伤。当器件中的个别有源区尺寸小于100nm时，如此大的损伤是不能接受的。还有就是因为所有的纳米结构都有大的表面-体积比，必须尽可能地减少在纳米结构表面或者靠近的任何缺陷。
随着器件持续微型化的趋势的发展，普通光刻技术的精度将很快达到它的由光的衍射定律以及材料物理性质所确定的基本物理极限。通过采用深紫外光和相移版，以及修正光学近邻干扰效应等措施，特征尺寸小至80nm的图形已能用普通光刻技术制备出。然而不大可能用普通光刻技术再进一步显著缩小尺寸。采用X光和EUV的光刻技术仍在研发之中，可是发展这些技术遇到在光刻胶以及模版制备上的诸多困难。目前来看，虽然也有一些具挑战性的问题需要解决，特别是需要克服电子束散射以及相关联的近邻干扰效应问题，但投影式电子束光刻似乎是有希望的一种技术。扫描微探针技术提供了能分辨单个原子或分子的无可匹敌的精度，可是此项技术却有固有的慢速度，目前还不清楚通过给它加装阵列悬臂樑能否使它达到可以接受的刻写速度。利用转移在自组装薄膜中形成的图形的技术，例如倍塞共聚物以及纳米球珠刻写技术则提供了实现成本不是那么昂贵的大面积图形刻写的一种可能途径。然而，在这种方式下形成的图形仅局限于点状或者柱状图形。对于制造相对简单的器件而言，此类技术是足够用的，但并不能解决微电子工业所面对的问题。需要将图形从一张模版复制到聚合物膜上的各种所谓“软光刻“方法提供了一种并行刻写的技术途径。模版可以用其他慢写技术来刻制，然后在模版上的图形可以通过要么热辅助要么溶液辅助的压印法来复制。同一块模版可以用来刻写多块衬底，而且不像那些依赖化学自组装图形形成机制的方法，它可以用来刻制任意形状的图形。然而，要想获得高生产率，某些技术问题如穿刺及因灰尘导致的损伤等问题需要加以解决。对一个理想的纳米刻写技术而言，它的运行和维修成本应该低，它应具备可靠地制备尺寸小但密度高的纳米结构的能力，还应有在非平面上刻制图形的能力以及制备三维结构的功能。此外，它也应能够做高速并行操作，而且引入的缺陷密度要低。然而时至今日，仍然没有任何一项能制作亚100nm图形的单项技术能同时满足上述所有条件。现在还难说是否上述技术中的一种或者它们的某种组合会取代传统的光刻技术。究竟是现有刻写技术的组合还是一种全新的技术会成为最终的纳米刻写技术还有待于观察。
另一项挑战是，为了更新我们关于纳米结构的认识和知识，有必要改善现有的表征技术或者发展一种新技术能够用来表征单个纳米尺度物体。由于自组装量子点在尺寸上的自然涨落，可信地表征单个纳米结构的能力对于研究这些结构的物理性质是绝对至关重要的。目前表征单个纳米结构的能力非常有限。譬如，没有一种结构表征工具能够用来确定一个纳米结构的表面结构到0.1À的精度或者更佳。透射电子显微术(TEM)能够用来研究一个晶体结构的内部情况，但是它不能提供有关表面以及靠近表面的原子排列情况的信息。扫描隧道显微术（STM）和原子力显微术（AFM）能够给出表面某区域的形貌，但它们并不能提供定量结构信息好到能仔细理解表面性质所要求的精度。当近场光学方法能够给出局部区域光谱信息时，它们能给出的关于局部杂质浓度的信息则很有限。除非目前用来表征表面和体材料的技术能够扩展到能够用来研究单个纳米体的表面和内部情况，否则能够得到的有关纳米结构的所有重要结构和组份的定量信息非常有限。
V.展望
