纳米科学

  • 王雪莲
  • 2019-04-09
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纳米科学技术是当今世界各国经济发展的主要驱动力之一。 纳米技术与信息技术、生物技术共同构成了世界高新技术的三大支柱,是最重要、发展最快的前沿领域之一。中国和丹麦都在纳米科学和技术方面投入了大量人力和物力。中丹学院纳米科学与技术项目主要依托于国家纳米科学中心,并且和中科院化学所、生物物理所、物理所、半导体所、国科大化学化工学院等单位共同联合开展。

研究领域和主题

SDC框架内的纳米科学研究领域涉及纳米科学的多个方面,包括表面功能分子的合成、自组装、表征及其理论探究,具有新热电特性的纳米材料的合成,以及可用于器件制造等应用的分子纳米结构等。

在中丹中心的合作框架内,纳米科学领域的合作研究主要涵盖以下五个主题:

1)功能纳米材料(Functional Nanomaterials

由纳米结构组成的材料可能具有新的物理、化学或生物特性,可实现传统材料无法实现的特定功能。这种功能纳米材料的出现未来可能会彻底改变工业制造的模式和方向。因此,设计和合成具有所需特定功能的材料也是纳米技术的关键要素之一。纳米科学可在这方面提供所需的科学知识库,从而充分发挥纳米技术的重要作用。因此这就需要对纳米结构的基本性质有一个详细的了解,而且要通过理论和实验之间的相互论证来达到所需目的。

2)分子纳米结构的自组装(Self assembly of molecular nanostructures

纳米科学领域的基本挑战之一是探究纳米材料组装的基本机制。有机分子和其他纳米材料如纳米颗粒和碳纳米管等,它们具有各种独特的性质,可能在分子电子学、光学和分子力学等领域发挥重要作用。然而,目前仍没有简单且行之有效的方法将单个分子组装成为功能器件,如电子电路、光子网络或纳米机器人。

3)纳米能源材料(Nano energy materials

化石燃料向可再生能源的能源结构升级依赖于重大的科学技术突破。其中,重要的研究领域包括太阳能电池、制氢技术、风能、气体转化、柴油合成及生物燃料等。而这些研究领域都需要开发具有新性能和改进性能的新材料。换言之,发展可持续能源供应技术的关键之一在于新材料的特性、设计和控制能力。

随着纳米技术的不断发展,材料设计的潜力得到了极大的提高。目前,已经可以通过操纵原子排列来设计、创造出全新的材料,这些材料的新特性将在特定领域发挥重要的作用。

4)纳米医学(Nanomedicine

纳米医学是一个迅速新兴的研究领域,它将通过制定预防、诊断和治疗疾病的新策略来提高人们的生活质量。纳米医学是将纳米科学和相关技术在临床环境中与生物医学相结合,从而产生一种全新的方法来抵抗人类疾病。该研究领域包括纳米颗粒的药物递送和生物成像功能、再生医学和纳米软硬植入物的功能化、纳米药物设计和纳米生物传感器等。

5)纳电子学和纳米光子学(Nanoelectronics and -photonics

硅基电子器件的微型化很可能在未来10-20年内达到极限。为了突破极限,纳米电子学和纳米光子学领域的一些方法是利用单个分子和基于纳米晶体的高效光学元件来制造逻辑元件。此方法通过在预设的纳米模板上组装分子或纳米晶体,进而在功能化的单元之间建立互连。