《纳米材料发展历史及其商业运用中碰到的问题(一)》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-08-02
  • 1959年,美国量子电动力学专家Richard Feynman进入纳米世界,建议材料科学家直接搬动原子进行物质合成。随后在全球范围内掀起了纳米技术探究的热潮。纳米材料发展历程经历了以下阶段:

    纳米晶或纳米相材料阶段。1990年以前,纳米科学家在实验室中探索各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体的制备,探索评估的方式与方法,总结并归纳纳米材料不同于普通材料的特殊性能;研究对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。

    复合材料阶段。1990~1994年,纳米界关注的方向是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性,进行纳米复合材料的设计,复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。

    纳米组装材料体系。1994年至今,纳米组装体系、合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。纳米研究学界把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

    纳米级结构材料简称为纳米材料,是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,并且按照特定排列方式构筑出一种全新材料组成。在学术研究上一般为它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。

    通常产生物理化学性质显著变化,由于材料的量接近了电子的相干长度,纳米材料的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如防水油、强硬度、熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。

    纳米材料行业发展到到今天出现,欧美发展国家,在芯片,医疗上的运用已经成绩斐然,这种材料给人类带来的贡献有目共赌。但现今中国的纳米材料行业到底是什么样的状况,结合我自身在纳米新材料的行业的经验,对于纳米材料在商业运用领域的现状的问题作出部分总结:

    1、纳米材料概念兴起,但消费者不知特性

    经过半个世纪的发展,纳米材料的概念经过教科书的普及,已然被大众所接受,但是对其纳米材料表现出特性,对于大多数非纳米材料专家来说并不是很熟知。创立上海乾节科技之后,我们的团队在进行市场调研和销售调查时进行破坏性实验后,主要的客户都对于材料使用后的出现超强性能表示惊奇,但是对于一种类似蒸馏水的液体使用后出现这种,仍然表示不确信,出现这种市场推广时困境,

    2、纳米材料投融和市场的混乱

    上海乾节团队的项目融资时,有的投资人甚至建议,我们在进行市场推广时,应该隐去纳米材料的材料构成,只针对于表现的防水油、超强防刮、杀菌和搞辐射功能进行推广,在投资人的眼中,纳米材料的乱象不但不能给项目带来赋能,反而会引起消费者对于我们产品购买时不确定性的选择。当我们在广州进行A轮的项目面谈时,我们宁愿选择保留自己的落后的钢化膜产品,也不愿意尝试我们的最新的产品。

    3、纳米材料没有形成产业结群

    北京大学纳米研究院,苏州纳米纳米城,新材料在线材料文献中,收录的纳米材料企业也是屈指可数。具有一部分的集群效应,但是这种按照单一材料进行集群的模式,并未能形成真正意义上产业化集群,纳米材料作为一种材料,能够以材料方式呈现给C端的产品屈指可数,在我们上海乾节科技的众多纳米材料产品当中,高浓缩纳米液态钢化膜产品,是能够单独以纳米材料形式解决客户痛点的,以材料形式呈现在客户的少数,但是商业应该中,也属于依托于B端,才能实现其产业化规模化的推广。

    作者简介:

    杨煊,笔名杨东泽,先后就读于北京大学、南开大学、天津商业大学,从事纳米材料行业多年,在纳米新材料应用方面有丰富经验。上海乾节科技创始人,任董事长兼CEO,乾节科技是有着先进和创新的纳米技术解决方案提供商,与世界顶级纳米技术实验室有着密切合作,不断在纳米涂层领域开发新的创新型产品。为多家文学平台签约诗人,号陆家嘴中央绿地里的抽象派哲理诗人,主要写作哲学散文、诗歌。

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=236531
相关报告
  • 《河南大学纳米材料工程研究中心发布纳米材料制备化学研究方向》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2022-03-14
    • 河南大学纳米材料工程研究中心(简称“中心”)依托节能减阻添加剂教育部工程中心、河南省纳米材料工程技术研究中心及河南省纳米杂化材料工程研究中心组建,纳米杂化材料应用技术国家地方联合工程研究中心由国家发展和改革委员会于2015年12月批准建设。 研究方向 中心以国家战略和市场需求为导向,研究纳米材料宏量制备及应用中的基础科学问题和关键技术难题,发展高性能、多功能纳米材料的规模化制备技术,形成自主知识产权和关键核心技术。 中心设立纳米材料制备化学、纳米润滑材料、能源与环境催化以及有机功能材料等四个研究室和一个产业化中试基地。 纳米材料制备化学研究室 主要致力于纳米材料的制备化学研究,期望通过化学方法制备具有特种功能的纳米材料并开展其性能及应用研究。主要研究方向包括以下: ★储能与能量转换纳米材料 锂/钠离子电池电极材料 超级电容器材料 吸波材料 ★生物医用纳米材料 SiO2基纳米生物材料 复合纳米抗菌材料 仿生功能材料 ★纳米材料的宏量制备技术 少层石墨烯宏量制备 锂离子电池材料宏量制备 纳米润滑材料研究室 主要开展新型节能减摩材料和技术的应用基础和应用研究。主要研究方向包括以下: ★环境友好纳米添加剂 可分散性纳米微粒制备 纳米微粒润滑添加剂摩擦学 水基金属加工液添加剂 润滑材料组分、结构与性能演变规律 ★纳米复合薄膜 分子有序超薄膜及其摩擦学 有机、无机复合减摩抗磨涂层 仿生结构表面构建及性能调控 ★纳米复合钻井液 能源与环境催化研究室 长期致力于纳米光功能材料的设计合成及在光催化分解水、CO2光还原、有机污染物消除中的应用。主要研究方向包括以下: ★半导体光催化 缺陷态TiO2 硫属化合物 有机聚合物 理论计算 ★稠油降粘 稠油催化改质 稠油乳化降粘 ★生物电化学 双极电化学 电化学酶促合成 有机功能材料研究室 主要研究方向包括以下: ★ 螺烯化学 噻吩螺烯与双螺烯的设计与合成 噻吩螺烯与双螺烯的手性 手性噻吩螺烯与双螺烯的光电特性 类螺烯结构的设计与构筑 ★ 有机功能材料 基于并三噻吩的有机薄膜场效应晶体管(OFET) 基于二噻吩并噻咯的聚合物有机太阳能电池(OSC) 基于噻吩螺烯与双螺烯的自组装行为与纳微特性 基于环状四联噻吩的树枝状化合物的合成与物性 ★ 有机光化学 噻吩螺烯与双螺烯的光化学合成 稠合噻吩的敏化与光物理 荧光化学传感器 中试基地 主要研究方向包括以下: ★纳米材料制备化学 聚合物基纳米复合材料 低品油气资源开采纳米材料 纳米杂化阻燃剂 重金属污染土壤修复剂 节能减阻添加剂 ★纳米材料规模化制备 传质与梯度控制合成 纳米材料的纯化与分离 干燥、捕集与造粒 废水处理与资源化 随着技术开发与产业化工作的不断深化,河南大学纳米材料工程研究中心中试基地,逐步形成了以公司为工程技术开发核心,以国家工程中心为应用基础研究平台,以产业技术创新平台,为公共服务平台,以专业化众创空间为孵化企业培育基地,以纳米材料产业园为规模化企业产业化基地的全链式协同创新运营模式。 抢滩纳米材料前沿,实现“芯”突破 此前,500nm以下规格的电子级球形二氧化硅基本依赖进口,是我国高端电子封装制造的“卡脖子”材料,破解这一难题,对我国芯片产业链实现国产化,确保我国电子信息产业安全具有重要战略意义。 而解决这一尴尬局面的,正是河南大学纳米材料工程研究中心。这个“摸着石头过河”的研究中心,建成了全国唯一一家同时拥有小试、中试和工程验证试验平台及材料性能测试和评价实验平台的纳米材料与技术孵化基地。 针对高端电子封装材料的需求,中心采用液相法制备粒径可控的电子级球形二氧化硅,实现二氧化硅在微/纳米尺寸下的可控制备。 “项目通过原料纯化、反应条件调控和核心设备的研制,已实现20、50、100纳米的产业化,解决了我国依赖进口的尴尬局面。”中心总工程师张治军介绍,电子级球形SiO2实现进口替代,为芯片产业链的国产化战略实施提供基础原材料,确保了我国电子信息产业安全。 科技成果实现技术转化并最终实现产业化,才能真正服务于产业链升级。目前,研发团队正在思考,如何把纳米材料作为核心,上面延伸到原料,下至终极用户,完善产业链,更好地为国家做贡献。
  • 《《先进材料》国家纳米科学中心专题综述:抗菌碳纳米材料的新进展》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-11-09
    • 国家纳米科学中心的宫建茹课题组在国际知名期刊Advanced Materials上发表了抗菌碳纳米材料的专题综述“Antibacterial Carbon-Based Nanomaterials”(Adv. Mater. 2018, 1804838),系统地介绍了该研究方向近年来的重要进展。 目前,由于细菌耐药性的广泛出现和迅速传播,现有的可对抗耐药性细菌的抗生素种类极其有限,新型抗生素的开发进度缓慢,细菌感染再次被列为影响全球人类健康的重要因素之一。与传统的抗生素不同,纳米材料具有较强的跨膜能力、抑制外排泵的功能和不易诱发细菌耐药性的特点,有望成为一种新型抗生素替代品。其中,碳纳米材料具有高效的抗菌活性、良好的生物相容性和环境友好等特征,展现出巨大的抗菌应用潜力。据此,该综述系统介绍了碳纳米材料的重要理化性质,主要抗菌机制,其理化因素与抗菌机理的密切关联,以及发展抗菌碳纳米材料的挑战和前景。 碳纳米材料的主要理化性质及其抗菌机制 碳纳米材料能够通过多种机制实现抗菌或杀菌作用,其中包括:细菌细胞壁/细胞膜的机械性损伤、细菌的氧化应激(活性氧依赖和活性氧不依赖两种)、光热和光催化效应(如利用具有良好光催化性能的氮化碳纳米材料,Nano Lett. 2018, 18, 5954)、脂质抽提、细菌代谢抑制、包裹隔离及其协同作用。此外,这些作用机制和碳纳米材料的理化性质密切相关,如碳纳米材料的维度决定了与细菌的作用方式,进而可能影响其主要的抗菌作用机制。文章讨论了零维的富勒烯、纳米金刚石、碳点和石墨烯量子点,一维的单壁碳管和多壁碳管,二维的碳化氮、石墨烯及其衍生物的抗菌活性和抗菌机制。除维度外,碳纳米材料的尺寸、形状、片层数及表面功能化等方面的理化性质也与其抗菌活性息息相关。例如,石墨烯量子点经不同手性氨基酸功能化后表现出明显不同的抗菌活性。研究发现,D-型谷氨酸修饰的石墨烯量子点能够同细菌细胞壁合成中所必需的MurD连接酶高效结合,通过改变该酶的结构影响其酶活性,从而导致细菌细胞壁合成受阻,以达到抗菌目的;相比之下,L-型谷氨酸修饰的石墨烯量子点与MurD结合力较弱,不会对MurD的蛋白结构和酶活性造成影响,几乎没有明显的抗菌活性。两种手性石墨烯量子点和MurD结合作用的分子动力学理论分析结果表明D-型谷氨酸修饰的石墨烯量子点与MurD之间的范德华力和氢键作用显著强于L-型谷氨酸修饰的石墨烯量子点,因此导致抗菌活性的差异(Adv. Healthcare Mater. 2017, 6, 1601011)。 手性石墨烯量子点的抗菌活性和抗菌机制 虽然目前发现了大量的抗菌碳纳米材料,但是在将其转化到实际应用的过程中仍面临诸多问题:大规模制备方法的匮乏,材料在细菌中的定位不明确(可能会对抗菌机制的研究造成阻碍),大多数材料的选择性抗菌活性不好。该课题组的前期研究发现,氮掺杂石墨烯量子点具有优异的双光子荧光性能(Nano Lett. 2013, 13, 2436),动物水平的毒理学研究表明该材料具有良好的生物相容性(Toxicol. Res. 2015, 4, 270)。借助双光子荧光等技术,能更准确地获得碳纳米材料的细菌定位信息,有助于抗菌机制的分析。此外,将氮掺杂石墨烯量子点和传统的光敏剂结合可实现双光子光动力学反应(Chem. Commun. 2018, 54, 715),产生活性氧可用于抗菌。虽然抗菌碳纳米材料的发展面临种种问题与挑战,通过借鉴碳纳米材料在其它领域尤其是材料合成和生物医学领域积累的科研成果,碳纳米材料在抗菌应用方面存在着广阔的发展前景与实际应用价值。