纳米科学

  • 王雪莲
  • 2019-04-09
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纳米科学是开发新技术(例如能源和健康)背后的驱动力之一。 中国和丹麦都在纳米科学和纳米技术方面投入了大量资金,并将重点放在解决世界上一些问题上,健康和能源。

该主题与两个卓越的中心紧密相关,建立在与中国科学院中国研究小组的密切关系上:国家纳米科学中心和化学研究所,两者均位于北京。

SDC框架内的纳米科学研究领域涉及纳米科学的许多方面,从表面结合功能分子的合成、自组装、表征和理论理解,到具有新热电特性的纳米材料的合成,以及允许分子和其他方面的可能性参与电子电路的纳米结构。

      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,可用于实现传统材料无法实现的特定功能。这种功能性纳米材料的出现未来可能会彻底改变工业制造模式和方向。因此,设计和合成具有所需功能的此类材料的能力是纳米技术的关键要素。纳米科学在这方面的作用是获取必要的科学知识库,以确保成功地应用该技术。这就需要对纳米结构的基本性质有一个详细的了解,而这只能通过理论和实验之间的密切互动来实现。

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了解纳米材料组装背后的基本机制。有机分子和其他纳米材料,如纳米颗粒和碳纳米管,它们具有各种迷人的性质,将来可能在分子电子学、光学和分子力学等领域发挥作用。然而,目前仍没有简单而行之有效的方法将单个组件组装成功能器件,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重大的科学技术突破。其中,关键的研究领域包括太阳能电池、氢技术、风能、气体转化、合成柴油、生物燃料等。而所有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升级,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新材料,从而创造出全新的材料,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,它试图通过制定预防、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科学相结合,从而产生一种全新的方法来对抗人类疾病。研究领域包括用于药物递送和生物成像的纳米颗粒、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)纳电子学和纳米光学(Nanoelectronics and -photonics)

硅基电子器件的微型化很可能在未来10-20年内终结。为了突破极限,纳米电子学和纳米光子学领域的一些构想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。通过在预先定义的纳米模板上组装分子或纳米晶体,并在功能化的单元之间创建互连。