摘要: 本着国家的需要和中国科研机构的研究优势这两个标准,中国目前在纳米技术研究在锂电池开发、绿色印刷和纳米医学三个领域较为活跃。

纳米技术经过几十年的快速发展,直至今天依然有着巨大的潜力,早在2012年,中国就发布了关于纳米研究的国家重大科学研究计划——“十二五”专项规划,计划在五年里投资10亿元,而在“十三五”规划中,纳米技术也被列为重点研究方向。在资金和政策的共同促进下,中国现在已经是纳米技术领域的主要参与者,科学论文和专利的数量位列全球第一。

本着国家的需要和中国科研机构的研究优势这两个标准,中国目前在纳米技术研究的三个领域较为活跃,下面小编就带着大家来领略一下纳米技术的风采。

用纳米技术开发研究锂电池

纳米技术致力于解决传统锂电池领域的哪些重大问题?


1.    体积变化导致活性颗粒和电极的开裂与破碎

新型的高容量电极材料经过多次循环之后,活性颗粒和电极材料会开裂和破碎,影响电学传导,并造成容量降低,最终导致电池失效,大大缩短了电池的使用寿命。


2.     SEI膜(固体-电解质中间相)的稳定性

研究人员在锂金属和电解质之间构建一层纳米界面保护层,譬如相互连接的空心碳纳米球。这样,在充放电过程中,SEI膜就随着界面保护层的存在而稳定下来,而不会逐渐变厚。这种策略同时也解决了锂金属负极的枝晶问题。


3.     电子和离子传输

对于颗粒而言,由于传输距离更短,锂离子嵌入/脱嵌过程以及电子传输在纳米颗粒中比在微米颗粒中更快。

对于电极而言,电子和离子的快速传输对于电池的高质量负载量至关重要。主要采用以下三种策略:

  • 在金属集流器上构建导电纳米活性材料,譬如自支撑的纳米线阵列,相互连接的中空碳纳米球等;

  • 在纳米结构金属集流器表面沉积活性材料。

  • 在3D导电网状结构中沉积活性材料。


4.     长距离的电极原子/分子运动

在可重复充电锂电池中,这些高容量电极材料的结构变化和相变使得活性原子/分子长距离扩散严重影响了电池性能。纳米技术解决方案主要还是以物理和化学方式的纳米限域为主。


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纳米技术用于”绿色印刷“


1.     什么是绿色印刷?

纳米材料绿色制版技术,相当于用数码照相机代替胶卷照相机。传统的激光照排相当于“胶片照相机”,而绿色制版技术就像是“数码相机”。

“简单来说,纳米材料绿色制版原理就是在亲水的版材上打印出亲油的图文区,通过亲油和亲水的差异形成图文区和空白区的差别。制版的版材本身是亲水性质,这使它不沾染油性的油墨;而印刷品上的图文区,则打印上亲油的纳米材料。这样,印版上机印刷时,打印有亲油纳米材料的区域就得到图片和文字,而没有打印的区域还是空白一片。


2.     它与传统印刷相比有什么优势?

纳米科技给印刷技术带来新的突破,不但环保,还可以节约成本。和传统的印刷设备相比,可以节约30%左右的成本。据了解,该项技术的产业化正在稳步推进之中,目前山东等地的报社已经开始利用这项技术大规模印刷报纸。


3.     纳米材料+喷墨技术=绿色环保”

中科院绿色印刷重点实验室的发展目标就是打造一个绿色印刷制造中心,不断加强纳米材料和装备软件两个集成的研究,在墨点扩散与咖啡环的控制、打印线条尺寸形貌的控制以及图案转移水墨平衡的控制这3个印刷的关键技术控制方面实现新的突破,将纳米技术应用到印刷、电子、印染和建材四个领域。

 

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纳米技术用于医学领域


纳米技术在医学上的运用,给传统医学带来的将是革命性的变化。例如,纳米技术可以用来做微量标志物的检测,使疾病能获得早期诊断;研发的纳米材料可以对疾病进行靶向治疗,让医学诊断和治疗向更精准的方向前进。纳米技术的运用,还创造了许多传统医学不存在的治疗方案,如用DNA做免疫治疗等等。

纳米技术还将在药物研发方面带来革命性变化,例如我们用传统方法寻找抗肿瘤药物非常费时,而运用纳米技术可以一天同时筛选100万种药物,大大缩短了新药的研发周期。

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毫无疑问,纳米技术能为人们的生活带来巨大的改变。我国纳米技术的布局较早,在纳米技术发展的开始阶段就同国际发展保持同步,经过了几十年的快速发展,直至今天依然有着巨大的潜力。纳米技术是二十一世纪科技发展的重点,这不仅是一次技术革命,还会是一次产业革命。


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