PPT1纳米技术研究进展 PPT2 纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸 在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进利科学技术为基 础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术 (计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)结合的产物，纳米科学技术又 将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳 米加工技术和纳米计量学等。纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料 2、纳米生物医学： 3、纳米电子学： 4、纳米动力学： 纳米技术生产的产品由于构成微粒的尺寸太小，也可能直接对人体产生威胁。一般的物 品拿在手上，由于构成的微粒大小是微米或以上量级的尺寸，不会渗透到人的皮肤细胞内， 以致进入血液。在纳米技术不断发展的今天，其安全性始终是个值得关注的问题。 PPT3 纳米材料 物质到纳米尺度以后，大约是在0.1一100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突 变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊 性能构成的材料，即为纳米材料。 过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际 上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。近些年来随着碳纳米管、 石墨烯等纳米纳米材料的发现和应用，科学领域掀起了一股“纳米热”，新成果层出不穷。 第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，1974年，科学家谷口纪 男(Norio Taniguchi)最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。20世纪70年代日本科学 家用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳 米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁 钴合金，把它做成大约20一30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000 倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 PPT4单原子层纳米金属材料研制成功 自石墨烯发现以来，科学界对含离域大P键的单层材料的研究集中在具有层状结构相 关材料体系方面。由于金属键无方向性而易于形成三维的紧密堆积结构，迄今为止具有离域 电子特性的单原子层的金属结构未见报道。 清华大学李亚栋院士团队利用弱配体聚乙烯吡咯烷酮PVP)稳定的甲醛还原金属佬，成 功制备出世界上第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，球差电镜和同步辐射研究均证实了这 一新颖的单原子层金属结构。 PPT5
PPT1 纳米技术研究进展 PPT2 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸 在 0.1 至 100 纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基 础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术 （计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又 将引发一系列新的科学技术，例如：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳 米加工技术和纳米计量学等。纳米技术包含下列四个主要方面： 1、纳米材料 2、纳米生物医学： 3、纳米电子学： 4、纳米动力学： 纳米技术生产的产品由于构成微粒的尺寸太小，也可能直接对人体产生威胁。一般的物 品拿在手上，由于构成的微粒大小是微米或以上量级的尺寸，不会渗透到人的皮肤细胞内， 以致进入血液。在纳米技术不断发展的今天，其安全性始终是个值得关注的问题。 PPT3 纳米材料 物质到纳米尺度以后，大约是在 0.1—100 纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突 变，出现特殊性能。 这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊 性能构成的材料，即为纳米材料。 过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际 上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。近些年来随着碳纳米管、 石墨烯等纳米纳米材料的发现和应用，科学领域掀起了一股“纳米热”，新成果层出不穷。 第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，1974 年，科学家谷口纪 男（Norio Taniguchi）最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。20 世纪 70 年代日本科学 家用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳 米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁 钴合金，把它做成大约 20—30 纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高 1000 倍。80 年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。 PPT4 单原子层纳米金属材料研制成功 自石墨烯发现以来，科学界对含离域大 P 键的单层材料的研究集中在具有层状结构相 关材料体系方面。由于金属键无方向性而易于形成三维的紧密堆积结构，迄今为止具有离域 电子特性的单原子层的金属结构未见报道。 清华大学李亚栋院士团队利用弱配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的甲醛还原金属铑，成 功制备出世界上第一例单原子层厚度的纳米金属铑片，球差电镜和同步辐射研究均证实了这 一新颖的单原子层金属结构。 PPT5
一一成果2014年2月发表于权威期刊《自然一通讯》 PPT6北大破解碳纳米管制备难题 单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，根据卷曲方式（通 常称为“手性”)的不同（注：手性一词指一个物体与其镜像不重合。如我们的双手，左手 与互成镜像的右手不重合。)，可以是金属性导体或带隙不同的半导体（注：带隙亦称为能 隙(Bandgap energy gap)或译作能带隙，在固态物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带 (valence band)顶端至传导带(conduction band)底端的能量差距。) 这是碳纳米管的一个独特而优异的性质，但也为碳纳米管的制备带来了巨大的挑战，用 ·般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物，单一手性单壁碳纳米管的选择 性生长成为一个难题，经过国际上20余年的努力仍悬而未决，这已经成为碳纳米管研究和 应用发展的瓶颈。 PPT7 李彦教授课题组基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有 固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案。他们发展了一类钨基合金催化 剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其 晶态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。利用这种钨基合金纳米晶为催化 剂，就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳米管。 PPT8华东理工在高强度碳纳米管纤维方面获重大进展 自1991年被发现以来，碳纳米管一直被公认为所能制造出来的最强、最刚、最韧的分 子。不过，要想更好地实现碳纳米管的优良性能和诸多实际应用，必须将碳纳米管组装成宏 观材料，例如纤维。如何连续制备碳纳米管纤维，并保持单根碳纳米管的优良性能，成为科 学界和产业界追求的目标。 PPT9 针对上述问题，王健农教授课题组创新性地利用浮动化学气相沉积法连续制备出碳纳米 管宏观筒状物，并在开放大气环境中将筒状物直接过水收缩成纤维，然后采用机械辊压工艺 提高纤维的致密性，成功制备出高强度(3.76-5.53Ga)、高延伸率(8-13%)和高导电率的 碳纳米管纤维材料，其抗拉强度首次达到韧性和导电性大大优于传统高强碳纤维的水平，在 航空航天等高端领域将得到重要应用。 2016年2月，王健农教授又成功制备出高强度(9.6GPa)、高杨氏模量(130GPa)和高延 伸率(8%)的碳纳米管薄膜材料。因其抗拉强度值远远高于所有已发表文献中的强度值。其相 关成果发表在纳米领域国际著名期刊Nano Letters上。 PPT10超长二氧化钛纳米管：高倍率超长循环寿命储能材料 目前，市场上销售的锂离子电池主要以石墨作为负极和LCoO2作为正极，材料本身限
——成果 2014 年 2 月发表于权威期刊《自然－通讯》 PPT6 北大破解碳纳米管制备难题 单壁碳纳米管可看作是由石墨烯沿一定方向卷曲而成的空心圆柱体，根据卷曲方式（通 常称为“手性”）的不同（注：手性一词指一个物体与其镜像不重合。如我们的双手，左手 与互成镜像的右手不重合。），可以是金属性导体或带隙不同的半导体（注：带隙亦称为能 隙（Bandgap energy gap）或译作能带隙，在固态物理学中泛指半导体或是绝缘体的价带 （valence band）顶端至传导带（conduction band）底端的能量差距。） 这是碳纳米管的一个独特而优异的性质，但也为碳纳米管的制备带来了巨大的挑战，用 一般方法合成的样品均为不同结构的碳纳米管组成的混合物，单一手性单壁碳纳米管的选择 性生长成为一个难题，经过国际上 20 余年的努力仍悬而未决，这已经成为碳纳米管研究和 应用发展的瓶颈。 PPT7 李彦教授课题组基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有 固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案。他们发展了一类钨基合金催化 剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其 晶态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。利用这种钨基合金纳米晶为催化 剂，就能够生长出具有特定结构的单壁碳纳米管。 PPT8 华东理工在高强度碳纳米管纤维方面获重大进展 自 1991 年被发现以来，碳纳米管一直被公认为所能制造出来的最强、最刚、最韧的分 子。不过，要想更好地实现碳纳米管的优良性能和诸多实际应用，必须将碳纳米管组装成宏 观材料，例如纤维。如何连续制备碳纳米管纤维，并保持单根碳纳米管的优良性能，成为科 学界和产业界追求的目标。 PPT9 针对上述问题，王健农教授课题组创新性地利用浮动化学气相沉积法连续制备出碳纳米 管宏观筒状物，并在开放大气环境中将筒状物直接过水收缩成纤维，然后采用机械辊压工艺 提高纤维的致密性，成功制备出高强度(3.76–5.53 GPa)、高延伸率(8–13%)和高导电率的 碳纳米管纤维材料，其抗拉强度首次达到韧性和导电性大大优于传统高强碳纤维的水平，在 航空航天等高端领域将得到重要应用。 2016 年 2 月，王健农教授又成功制备出高强度(9.6 GPa)、高杨氏模量 (130 GPa)和高延 伸率(8%)的碳纳米管薄膜材料。因其抗拉强度值远远高于所有已发表文献中的强度值。其相 关成果发表在纳米领域国际著名期刊 Nano Letters 上。 PPT10 超长二氧化钛纳米管：高倍率超长循环寿命储能材料 目前，市场上销售的锂离子电池主要以石墨作为负极和 LiCoO2 作为正极，材料本身限
制了其快速充放电的性能，尤其在便携式电子设备（如手机、电脑灯）和电动汽车领域仍难 以满足供电需求。突破传统锂电池的储电瓶颈并开发出超快倍率充放电和超长循环寿命的锂 电池具有重大意义，这必将极大推动新一代储能技术的发展。 新加坡南洋理工大学的Chen Xiaodong教授课题组在传统水热反应中加入机械力搅拌， 成功合成长度达几十徽米的钛酸盐纳米管，这比通过传统水热法合成的纳米管长度增加大 约100倍。 PPT11 基于超长可弯曲的纳米管结构并结合热处理化学转换，二氧化钛三维网络构架得以构 建，并展示出了优异的超快充放电性能。在超快充放电（每次<3分钟，电流密度为8.4AWg) 的情况下，可以循环充放电达10000次以上，这等同于长达25年的产品寿命（假设一天充 电一次)。 一一成果于2014年9月发表在《Advanced Materials》期f刊，该期刊接收与材料领域相 关的顶尖科研成果，2015年度其接收率只有9%，影响因子为18.96。 PPT12科学家揭示纳米粒子神奇特性外部液体内部晶体 纳米粒子的应用包含从电子学到药物学等一系列领域，一般来说，研究人员希望纳米粒 子形成一定的形状，且这些形状要非常稳定，在有些情况下最好可以持续几年。然而，美 国麻省理工学院的李巨(JuL)教授带领的研究小组在纯银纳米粒子里发现了一个令人惊讶 的现象：室温下，从外面看它们像液体水滴，会摇晃并随时改变形状，而它们内部则是超级 稳定的晶体结构。 PPT13 实验是在室温环境下进行的，使用了直径不超过10纳米的纯银粒子，宽度不超过人类头 发的1/1000。银具有相对较高的熔点（大约为962摄氏度），因此纳米粒子里观测到的任何类似 液体的行为应该“相当意外”。 研究人员利用透射式电子显微镜和原子建模进行的细节成像揭示了虽然金属纳米粒子 的外部移动类似于液体，但只有相当于1-2个原子厚度的最外层在特定时间是移动的。随着 这些外层原子层在表面移动并在其它处重新堆积，它们产生了更大运动量的错觉一一但在每 一颗粒子内“内部是结晶的，因此唯一移动光的原子是第一个或者第二个单层。”李说道。 “除了第一、二层，其它各处都是结晶透明的。”相比之下，如果水滴融化成液态，晶体结 构的有序性将完全丢失，就像一整面墙坍塌成分散的砖块。 从技术层面讲，粒子的变形是拟弹性的，这意味着在压力移除后材料可以回归之前的原 始形状，就像被压缩的橡胶球，这与可塑性是相对的，后者是一堆已经变形的泥土，它会继 续保持新的形状。 界面扩散的可塑性的现象最先是由美国麻省理工学院陶瓷工程学教授罗伯特·科博 (Robert L.Coble)提出的，它也被称为科布尔蠕变(Coble creep)。“因此我们将所观察 到的灵活的称为科布尔伪弹性。”李说道。 现在这一现象已经被科学家们理解，研究纳米电路或者其他纳米设备的科研人员可以轻 易的进行补偿。如果纳米粒子得到难以察觉的稀薄氧化层的保护，那么类似液体的行为就可 以完全消除，从而实现稳定的电路。 另一方面，这一现象对于其它应用也很有用：例如在电触头必须经受旋转重构的电路里， 最大化这种效应的粒子或可能被证明是非常有用的，利用惰性金属或者在还原性气氛下，实 现氧化层形成的失稳。部，原子保持完美排列，就像墙上的砖块一样。 这一发现公然挑战了某些研究预期，这部分原因是对大部分材料的关系的理解已经很成 熟，也即材料的机械强度会随着体积的减少而增加。“整体来说，体积越小，强度越大。” 李说道。但“当体积非常小时，材料组件可能变得非常微弱，从‘越小越强’到‘越小越弱’
制了其快速充放电的性能，尤其在便携式电子设备（如手机、电脑灯）和电动汽车领域仍难 以满足供电需求。突破传统锂电池的储电瓶颈并开发出超快倍率充放电和超长循环寿命的锂 电池具有重大意义，这必将极大推动新一代储能技术的发展。 新加坡南洋理工大学的 Chen Xiaodong 教授课题组在传统水热反应中加入机械力搅拌， 成功合成长度达几十微米的钛酸盐纳米管，这比通过传统水热法合成的纳米管长度增加大 约 100 倍。 PPT11 基于超长可弯曲的纳米管结构并结合热处理化学转换，二氧化钛三维网络构架得以构 建，并展示出了优异的超快充放电性能。在超快充放电（每次< 3 分钟，电流密度为 8.4 A/g） 的情况下，可以循环充放电达 10000 次以上，这等同于长达 25 年的产品寿命（假设一天充 电一次）。 ——成果于 2014 年 9 月发表在《Advanced Materials》期刊，该期刊接收与材料领域相 关的顶尖科研成果，2015 年度其接收率只有 9%，影响因子为 18.96。 PPT12 科学家揭示纳米粒子神奇特性 外部液体内部晶体 纳米粒子的应用包含从电子学到药物学等一系列领域，一般来说，研究人员希望纳米粒 子形成一定的形状，且这些形状要非常稳定，在有些情况下最好可以持续几年。然而，美 国麻省理工学院的李巨（Ju Li）教授带领的研究小组在纯银纳米粒子里发现了一个令人惊讶 的现象：室温下，从外面看它们像液体水滴，会摇晃并随时改变形状，而它们内部则是超级 稳定的晶体结构。 PPT13 实验是在室温环境下进行的，使用了直径不超过 10 纳米的纯银粒子,宽度不超过人类头 发的 1/1000。银具有相对较高的熔点(大约为 962 摄氏度),因此纳米粒子里观测到的任何类似 液体的行为应该“相当意外”。 研究人员利用透射式电子显微镜和原子建模进行的细节成像揭示了虽然金属纳米粒子 的外部移动类似于液体，但只有相当于 1-2 个原子厚度的最外层在特定时间是移动的。随着 这些外层原子层在表面移动并在其它处重新堆积，它们产生了更大运动量的错觉——但在每 一颗粒子内“内部是结晶的，因此唯一移动光的原子是第一个或者第二个单层。”李说道。 “除了第一、二层，其它各处都是结晶透明的。”相比之下，如果水滴融化成液态，晶体结 构的有序性将完全丢失，就像一整面墙坍塌成分散的砖块。 从技术层面讲，粒子的变形是拟弹性的，这意味着在压力移除后材料可以回归之前的原 始形状，就像被压缩的橡胶球，这与可塑性是相对的，后者是一堆已经变形的泥土，它会继 续保持新的形状。 界面扩散的可塑性的现象最先是由美国麻省理工学院陶瓷工程学教授罗伯特•科博 （Robert L. Coble）提出的，它也被称为科布尔蠕变（Coble creep）。“因此我们将所观察 到的灵活的称为科布尔伪弹性。”李说道。 现在这一现象已经被科学家们理解，研究纳米电路或者其他纳米设备的科研人员可以轻 易的进行补偿。如果纳米粒子得到难以察觉的稀薄氧化层的保护，那么类似液体的行为就可 以完全消除，从而实现稳定的电路。 另一方面，这一现象对于其它应用也很有用：例如在电触头必须经受旋转重构的电路里， 最大化这种效应的粒子或可能被证明是非常有用的，利用惰性金属或者在还原性气氛下，实 现氧化层形成的失稳。部，原子保持完美排列，就像墙上的砖块一样。 这一发现公然挑战了某些研究预期，这部分原因是对大部分材料的关系的理解已经很成 熟，也即材料的机械强度会随着体积的减少而增加。“整体来说，体积越小，强度越大。” 李说道。但“当体积非常小时，材料组件可能变得非常微弱，从‘越小越强’到‘越小越弱’
的转变可能非常突兀。 PPT14纳米结构 传统材料的强度、重量和密度是相互关联的。例如陶瓷牢固但很沉，但是在纳米级大小 时，这些规律就不适用了。在这个尺寸范围，陶瓷的结构属性和机械属性受重量等属性的约 束变少，也能被更精确地更改。 给金属和陶瓷材料打造纳米级结构可给它们带来超能力，进而有望改变一切东西的建造 方式。它们可变得任何时候都极富弹性，极其坚固，十分轻盈，同时能够在被压平之后恢复 成原来的形状。 20l5年9月，加州理工学院实验室教授、纳米结构倡导者朱莉娅·格里尔(Julia Greer) 为这类材料的强度和弹性创造了新的记录。 PPT15 徽型构架：电子显徽镜扫描像展现了其陶瓷纳米格构 这种由像微型埃菲尔铁塔的支杆一样纵横交错的纳米级支杆组成的新型材料，是有史以 来最牢固最轻质的物质之一。研究人员发现，通过用心设计纳米级支杆和连接点，他们可以 制造出像海绵那样被挤压后能恢复原状的陶瓷、金属等材料。这些材料非常牢固，而且非常 轻，能像羽毛一样浮在空中。 为了制造出陶瓷纳米支架，格里尔团队使用一种名为双光子干涉光刻（相当于成本极低 的3D激光打印技术)的技术，首先，他们用这一方法，使用聚合物制造出了所需的结构- 网格，接着，用氧化铝等陶瓷将聚合物包裹起来，随后，再用氧等离子体对其进行蚀刻，最 终只留下中空的陶瓷管网格。 格里尔团队证明，通过改变管壁的厚度，可以很好地对材料是否容易破碎进行控制。当 管壁很厚时，陶瓷会在压力下粉碎，和我们想象的一样，但当管壁仅为10纳米厚时，材料 在压力下也会弯曲，但随后会恢复其形状。 研究人员表示，这种新材料或许非常适合用做制造电池的原料。纳米结构拥有很大的表 面积，而且非常轻质，这两点结合起来，可以制造能快速充放且能容纳很多能源的电池。实 际上，格里尔表示，她正在与德国博世公司携手将最新设计应用在锂离子电池的制造过程中。 一研究成果于2015年9月刊登于《science》杂志上 PPT16将二氧化碳变成纳米材料 大气中的二氧化碳等温室气体是全球变暖的罪魁祸首，如何能将二氧化碳转变成对人类 有用的物质，二氧化碳将成为我们人类最为廉价和环保的一种可再生能源。 2015年9月，美国乔治华盛顿大学Stuart Licht教授领导的研究小组成功利用简便的电 化学方法将二氧化碳转化为碳纳米纤维。他们首先将碳酸锂加热到其熔点(723摄氏度)以 上使其处于熔融状态，再接通电路对碳酸锂进行电解。电解得到的产物是氧化锂、氧气和以 碳纳米纤维形式沉积到金属电极上的碳单质。随后氧化锂与空气中的二氧化碳结合重新生成 碳酸锂，随即被电解，总的结果就是将空气中的二氧化碳转化为碳纳米纤维。 PPT17
的转变可能非常突兀。 PPT14 纳米结构 传统材料的强度、重量和密度是相互关联的。例如陶瓷牢固但很沉，但是在纳米级大小 时，这些规律就不适用了。在这个尺寸范围，陶瓷的结构属性和机械属性受重量等属性的约 束变少，也能被更精确地更改。 给金属和陶瓷材料打造纳米级结构可给它们带来超能力，进而有望改变一切东西的建造 方式。它们可变得任何时候都极富弹性，极其坚固，十分轻盈，同时能够在被压平之后恢复 成原来的形状。 2015 年 9 月，加州理工学院实验室教授、纳米结构倡导者朱莉娅·格里尔（Julia Greer） 为这类材料的强度和弹性创造了新的记录。 PPT15 微型构架：电子显微镜扫描像展现了其陶瓷纳米格构 这种由像微型埃菲尔铁塔的支杆一样纵横交错的纳米级支杆组成的新型材料，是有史以 来最牢固最轻质的物质之一。研究人员发现，通过用心设计纳米级支杆和连接点，他们可以 制造出像海绵那样被挤压后能恢复原状的陶瓷、金属等材料。这些材料非常牢固，而且非常 轻，能像羽毛一样浮在空中。 为了制造出陶瓷纳米支架，格里尔团队使用一种名为双光子干涉光刻（相当于成本极低 的 3D 激光打印技术）的技术，首先，他们用这一方法，使用聚合物制造出了所需的结构- 网格，接着，用氧化铝等陶瓷将聚合物包裹起来，随后，再用氧等离子体对其进行蚀刻，最 终只留下中空的陶瓷管网格。 格里尔团队证明，通过改变管壁的厚度，可以很好地对材料是否容易破碎进行控制。当 管壁很厚时，陶瓷会在压力下粉碎，和我们想象的一样，但当管壁仅为 10 纳米厚时，材料 在压力下也会弯曲，但随后会恢复其形状。 研究人员表示，这种新材料或许非常适合用做制造电池的原料。纳米结构拥有很大的表 面积，而且非常轻质，这两点结合起来，可以制造能快速充放且能容纳很多能源的电池。实 际上，格里尔表示，她正在与德国博世公司携手将最新设计应用在锂离子电池的制造过程中。 ——研究成果于 2015 年 9 月刊登于《science》杂志上 PPT16 将二氧化碳变成纳米材料 大气中的二氧化碳等温室气体是全球变暖的罪魁祸首，如何能将二氧化碳转变成对人类 有用的物质，二氧化碳将成为我们人类最为廉价和环保的一种可再生能源。 2015 年 9 月，美国乔治·华盛顿大学 Stuart Licht 教授领导的研究小组成功利用简便的电 化学方法将二氧化碳转化为碳纳米纤维。他们首先将碳酸锂加热到其熔点（723 摄氏度）以 上使其处于熔融状态，再接通电路对碳酸锂进行电解。电解得到的产物是氧化锂、氧气和以 碳纳米纤维形式沉积到金属电极上的碳单质。随后氧化锂与空气中的二氧化碳结合重新生成 碳酸锂，随即被电解，总的结果就是将空气中的二氧化碳转化为碳纳米纤维。 PPT17
电子显微镜下看到的由二氧化碳转化而来的碳纳米纤维 碳纳米纤维是由石墨片层卷曲而成的纳米尺度纤维状材料，其结构介于碳纳米管和普通 碳纤维之间，在复合材料、催化等许多领域都有着重要的应用，但目前的生产技术费时费力。 一一2015年8月3日发表于《NANO Letters》 PPT18钴纳米材料将二氧化碳转化成清洁能源 来自中国合肥国家物理科学实验室的研究小组开发出了一种由钴制成的新型纳米材料， 可以将二氧化碳气体转化为一种称为甲酸盐的清洁燃料。研究小组使用电解还原过程将小 电流通过这种材料从而改变了二氧化碳的分子结构，将其转化为清洁燃料。 换言之，当电流被施加到这种钴纳米材料上时，会让材料内部的分子跟通过它的二氧化 碳分子进行相互作用，这将导致氢原子附着在二氧化碳的碳原子上，促使一个额外的电子进 入其中一个氧原子中。于是二氧化碳就变成了HC02,即甲酸盐。 甲酸盐具有易降解性、低毒性和低成本的特征。甲酸盐中加入钯基催化剂后制成的甲 酸燃料电池功率密度为甲醇燃料电池的两倍。同时甲酸盐不易燃烧，容易存储和运输。 一2016年1月f刊登于《Angewandte Chemie》 PPT19纳米李晶面金刚石超强硬度机制探究上获新突破 金刚石作为自然界中硬度最高的材料，是材料硬度研究领域的标杆，其维氏刻压强度可 达到100GPa。寻找硬度超过金刚石的材料长期成为这领域内科研工作者的一个挑战目标， 同时这类硬度极高的材料能被用作极端情况下的切削工具、钻头、产生极端高压的对顶砧等 等，对于军事、科研、工业、民用都有很重要的意义。 上海交通大学孙弘教授小组使用第一性原理计算方法对于过渡金属硼化物新型超硬材料以 及各类特殊性质超硬材料都开展过深刻的研究，通过分析实验发现，实验过程中使用硬度较 小的金刚石压头去刻压硬度较大的nt-Dia,但是最终压头并没有损坏。 PPT20 基于这一观察，研究小组提出了最大正压力刻压模型，并用该模型对t-Dia进行了形变 模拟，成功解释了处于反常Hal-Petch区域的nt-Dia材料硬度达到200GPa这一实验事实。 计算发现孪晶面相对于一般晶界有着更低的界面能，在切向形变以及压头正压力的共同作用 下，将会发生规律性移动，使得材料在形变过程中，通过相变以及“旋转”的方式，从硬度较 低的结构转变到硬度很高的结构，提升材料的硬度。 -于2016年11月f刊登于《Physical Review Letter》 PPT21 纳米生物医学 纳米生物医学是生物医学技术和纳米技术的有机结合，包括纳米粒子与药物载体技术、 纳米医学诊断、纳米治疗、用于生物传感器的纳米材料和技术、基于微纳加工技术的纳米生 物传感器件、生命科学研究中的纳米表征技术等。 纳米生物学发展到一定技术程度时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细 胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞
电子显微镜下看到的由二氧化碳转化而来的碳纳米纤维 碳纳米纤维是由石墨片层卷曲而成的纳米尺度纤维状材料，其结构介于碳纳米管和普通 碳纤维之间，在复合材料、催化等许多领域都有着重要的应用，但目前的生产技术费时费力。 ——2015 年 8 月 3 日发表于《NANO Letters》 PPT18 钴纳米材料将二氧化碳转化成清洁能源 来自中国合肥国家物理科学实验室的研究小组开发出了一种由钴制成的新型纳米材料， 可以将二氧化碳气体转化为一种称为甲酸盐的清洁燃料。 研究小组使用电解还原过程将小 电流通过这种材料从而改变了二氧化碳的分子结构，将其转化为清洁燃料。 换言之，当电流被施加到这种钴纳米材料上时，会让材料内部的分子跟通过它的二氧化 碳分子进行相互作用，这将导致氢原子附着在二氧化碳的碳原子上，促使一个额外的电子进 入其中一个氧原子中。于是二氧化碳就变成了 HCO2，即甲酸盐。 甲酸盐具有易降解性、低毒性和低成本的特征。 甲酸盐中加入钯基催化剂后制成的甲 酸燃料电池功率密度为甲醇燃料电池的两倍。同时甲酸盐不易燃烧,容易存储和运输。 ——2016 年 1 月刊登于《Angewandte Chemie》 PPT19 纳米孪晶面金刚石超强硬度机制探究上获新突破 金刚石作为自然界中硬度最高的材料，是材料硬度研究领域的标杆，其维氏刻压强度可 达到 100GPa。寻找硬度超过金刚石的材料长期成为这领域内科研工作者的一个挑战目标， 同时这类硬度极高的材料能被用作极端情况下的切削工具、钻头、产生极端高压的对顶砧等 等，对于军事、科研、工业、民用都有很重要的意义。 上海交通大学孙弘教授小组使用第一性原理计算方法对于过渡金属硼化物新型超硬材料以 及各类特殊性质超硬材料都开展过深刻的研究，通过分析实验发现，实验过程中使用硬度较 小的金刚石压头去刻压硬度较大的 nt-Dia，但是最终压头并没有损坏。 PPT20 基于这一观察，研究小组提出了最大正压力刻压模型，并用该模型对 nt-Dia 进行了形变 模拟，成功解释了处于反常 Hall-Petch 区域的 nt-Dia 材料硬度达到 200GPa 这一实验事实。 计算发现孪晶面相对于一般晶界有着更低的界面能，在切向形变以及压头正压力的共同作用 下，将会发生规律性移动，使得材料在形变过程中，通过相变以及“旋转”的方式，从硬度较 低的结构转变到硬度很高的结构，提升材料的硬度。 ——于 2016 年 11 月刊登于《Physical Review Letter》 PPT21 纳米生物医学 纳米生物医学是生物医学技术和纳米技术的有机结合，包括纳米粒子与药物载体技术、 纳米医学诊断、纳米治疗、用于生物传感器的纳米材料和技术、基于微纳加工技术的纳米生 物传感器件、生 命科学研究中的纳米表征技术等。 纳米生物学发展到一定技术程度时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细 胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，可以用于定向杀癌细胞