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纳米材料与超导体
2018年07月13日     (浏览数:)

  纳米材料技术及其应用作为一项最具有市场应用潜力的高科学技术,已被众多事实和新出现的纳米材料新应用成果所证实。在德国、美国早已成立了纳米材料研究中心,仅开发项目的一项,德国就出资上亿美元投入研究;日本将其列为材料科学的四个重点研究。相比之下,我国在此方面投入研究资金较少,故和国外存在很大差距。
  纳米材料技术的重要组成部分是纳米微电子学及其器件,其最终目标是将目前的集成电路进一步减小,研制出由单分子构成的在室温下能使用的各种电子器件和其他元器件。到目前为止,利用上述技术已经研究成功众多纳米电子器件。具有奇特性能的碳纳米管的成功研制为纳米微电子学的大发展铺上一条大道。
  碳纳米管及其应用研究已取得令人瞩目的成绩。在国际上,首次实现硅碳纳米管陈列的自组织生长的正是我国清华大学和美国斯坦福大学合作完成的。毫无疑问,这必将推进碳纳米管在场发射平面显示方面的应用。
  碳纳米管独特的电化学性能使其在大规模集成电路、超导线材等领域的应用展示良好前景。潘树明亲手用纳米技术合成高温超导体,已申报发明专利,取得了中国发明专利,用此纳米超导体做成的超导相关材料及体材已被国际超导专家认可为领先水平,荣获日内瓦(23届)国际发明金奖和国际最优秀发明市长特别奖。目前正在设立实现低成本的碳纳米管作为锂离子电池负极材料及镍一氢电池材料开发的研究,由于碳纳米管是纳米级的同轴碳管组成的分子,其层状结构无序,有希望大幅度提高贮存锂离子数量。
  史迈尔(Smalley)等人首次合成单层碳纳米管,而且证明了此类纳米管具有良好的导电性能,实验证明碳纳米管具有极强的近场发放电子能力,大有希望用作近场发放的电子材料。
  碳纳米管的发明是作为直流电弧法合成富勒烯的副产品而得到的,富勒烯是由碳原子所形成的一系列分子的总称,可以说它的发现使我们眼界开阔到一个新的化学世界。从一维超导性到三维的超导性和纳米管电子特性均使我们耳目一新。它发现仅十几年,就使得材料科学、电子学、医药科学、生物学、化学、物理学的科学理论得以提高和大大丰富,在上述学科中的应用前景十分巨大。
  对富勒烯的研究还发现,富勒烯薄膜电极的比容量能达到1600mah/g(毫安时/每克),是目前电池电极材料的5倍,而且具有充电快的特点,这种高能电池一旦开发成功,是能源的一场革命性变革。富勒烯可望用于工业、农业、医学、航海、军事上。富勒烯在传感器和光学方面都显示极好的应用价值。富勒烯在超导,光学材料上作为科学前沿题正深入研究,有可能再开发出一种新的超导体。超导体的发明掀起对富勒烯研究热潮。超导体的发现,推动了超导体理论研究及应用研究。
  科研的速度加快,使碳纳米管研究插上双翅,如今单双层纳米管、磁化钼的纳米管均已出现。可以预见富勒烯将要给人们带来巨大经济效益。
  用高温超导体能设计出经济、社会效益巨大而又无有任何环境污染的重量轻、体积小的高效电能传输和储存系统。专家预测,十年后将形成300亿美元的超导发电机市场。 

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