纳米碳管分析

随着纳米技术的应用日益频繁，各种纳米材料广泛应用于各类产品当中。碳纳米管（CNT）是使用最广泛的纳米材料之一，其年生产量高达上千吨。其生产过程通常会用到金属催化剂，因此碳纳米管表面可能残留金属纳米粒子。碳纳米管的透射电子显微镜（TEM）图像，深色区域为金属颗粒，附着在无定形石墨材料和长单壁碳纳米管上测量碳纳米管上的金属含量是一项极大的挑战。XRF 最大的缺陷是它测量的是样品的金属总量，而不是单根或若干根碳纳米管上的金属。TEM 可以测量单根碳纳米管上的金属或纳米粒子，但过程十分缓慢冗长，一天之内只能测量少数几个碳纳米管样品。传统的 ICP-OES 和 ICP-MS 分析缺陷是它们需要完全消解碳纳米管，而鉴于其化学惰性，这将是一项巨大的挑战。单颗粒 ICP-MS（SP-ICP-MS），无需样品消解，通过监测瞬态金属信号即可实现金属量的半定量测量。SP-ICP-MS 还可以在一分钟之内分别对上千根碳纳米管进行快速测量，从而预估粒子的个数和含量。本文介绍了单壁碳纳米管（SWCNT）中钇（Y）（一种常用催化剂）的 SP-ICP-MS 测定方法。样品单壁碳纳米管是从溶液（Riverside，CA）中获取的，为粉末状。仪器NexION 2000 ICP-MS 实验结果图2 显示了 Y 的 SP-ICP-MS 信号，其中每个信号峰代表一根单壁碳纳米管的 Y 信号。随着过滤孔径的越来越小，越来越少的碳纳米管可以通过滤膜，因此 Y 信号越来越小。这说明 Y 纳米粒子与碳纳米管结合在一起，当碳纳米管出现时，可以观察到 Y 信号，当碳纳米管被滤除时，Y 信号消失。使用 Syngisitx 操作软件纳米模块，可自动计算分析中的峰数，显示本底脉冲和 Y 所生成脉冲的强度均值和中值。信号积分则反映出了单壁碳纳米管中的金属总量。该数值同使用酸消解后的样品信号，是一致的。结论使用SP-ICP-MS技术，可在无需消解碳纳米管（一个冗长繁琐的过程）的情况下准确量化碳纳米管中的金属杂质。使用金属杂质的含量可以推测单壁碳纳米管的计数浓度，有效拓展了 ICP-MS 在纳米材料领域的应用。想要了解更多详情，请扫描二维码下载完整的应用报告。

据美国物理学家组织网2月2日(北京时间)报道，来自IBM、苏黎世理工学院和美国普渡大学的工程师近日表示，他们构建出了首个10纳米以下的碳纳米管(CNT)晶体管，而这种尺寸正是未来十年计算技术所需的。这种微型晶体管能有效控制电流，在极低的工作电压下，仍能保持出众的电流密度，甚至可超过同尺寸性能最好的硅晶体管的表现。相关研究报告发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。　　很多科研小组都致力研发小尺寸的晶体管，以切合未来计算技术对于更小、更密集的集成电路的需要。但现有的硅基晶体管一旦尺寸缩小，就会失去有效控制电流的能力，即产生所谓的“短沟道效应”。　　在新研究中，科研人员舍弃硅改用单壁碳纳米管进行实验。碳纳米管具有出色的电气性能和仅为直径1纳米至2纳米的超薄“身躯”，这使其在极短的通道长度内也能保持对电流的闸门控制，避免“短沟道效应”的生成。而IBM团队研制的10纳米以下碳纳米管晶体管首次证明了这些优势。　　科学家表示，理论曾预测超薄的碳纳米管将失去对于电流的闸门控制，或减少输出时的漏极电流饱和，而这都会导致性能的降低。此次研究的最大意义在于，证明了10纳米以下的碳纳米管晶体管也能表现良好，且优于同等长度性能最佳的硅基晶体管，这标志着碳纳米管可成为规模化生产晶体管的可行备选。　　工程师在同一个纳米管上制造出若干个独立的晶体管，其中最小一个的通道长度仅为9纳米，而这个晶体管也表现出了极好的转换行为和漏极电流饱和，打破了理论的预言。当与性能最佳，但设计和直径不同的10纳米以下硅基晶体管进行对比时，9纳米的碳纳米管晶体管具有的直径归一化(漏)电流密度，可达到硅晶体管的4倍以上。而且其所处的工作电压仅为0.5伏，这对于降低能耗十分重要。此外，超薄碳纳米管晶体管的极高效能也显示出了其在未来计算技术中大规模使用的潜力。　　总编辑圈点　　没人不爱便携。所以电子元件抗拒不了“越缩越小”的命运。但对于碳纳米管晶体管，性能和尺寸却在“闹矛盾”：既往理论认为，如果缩到了15纳米以下的长度，那载体有效质量相对于其它半导体来说，就太小了，从而非常容易就隧穿和渗入设备——不受控制，这是身为电子元件所最不被看好的。不过，现在工程师们搞定了它，据其论文讲，问题发生在碳纳米管金属触点的物理模型有所不足，而此前的研究均忽视了这一点，没人仔细观察电子在通过那小小交界处时发生了什么。

p style="text-indent: 2em text-align: justify "近日，中国科学技术大学化学与材料学院杜平武教授课题组，首次利用纳米管稠环封端“帽子”模板，构建出纵向切割的纳米管弯曲片段。这种通过三个弯曲型分子连接两个石墨烯单元的方法，可直接得到纳米笼状结构，为构建封端锯齿型碳纳米管提供了新思路。相关研究成果发表在最新一期《德国应用化学》上。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "无独有偶。几乎在同时，以研制出世界上第一颗原子弹而闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室的研究人员，使用功能化碳纳米管生产出首个能在室温下使用通信波长发射单光子的碳纳米管材料。神奇材料碳纳米管，为何如此受各国科学家追捧？/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "空间结构像“挖空的足球”/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "1985年，“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光。将“足球”挖空，保持表面的五角和六角网格结构，再沿着一个方向扩展六角网格，并赋予平面网格以碳—碳原子和共价键，就形成了具有中空圆柱状结构的碳纳米管。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。其主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34纳米，直径一般为2—20纳米。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“可以将碳纳米管联想为头发丝，而实际上它的直径只有头发丝的几万分之一，即几万根碳纳米管并排起来才与一根头发丝相当。”杜平武教授告诉科技日报记者，作为典型的一维纳米结构，单层碳原子和多层碳原子网格卷曲而成的单壁与多壁碳纳米管，直径通常为0.8—2纳米和5—20纳米，目前报道的最细碳纳米管直径可小至0.4纳米。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "杜平武告诉记者，碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。若依其结构特征，碳纳米管则可分为扶手椅形纳米管和锯齿形纳米管等几种类型。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "制备方法是挑战/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“通常的碳纳米管制备方法主要有电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。”杜平武告诉记者，电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现的碳纳米管。“这种方法比较简单，但很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层碳纳米管。”/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“随后科研人员又发展出了化学气相沉积法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷，得到的碳纳米管纯度比较高，但管径不整齐，形状不规则。”杜平武说，后续逐步发展起来的固相热解法等，均受限于环境和条件。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“碳纳米管的制备过程与有机合成反应类似，其副反应复杂多样，很难保证同一炉碳纳米管均为扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管。”杜平武说，在强酸、超声波作用下，碳纳米管可以先断裂为几段，再在一定纳米尺度催化剂颗粒作用下增殖延伸，而延伸后所得的碳纳米管与模板的卷曲方式相同。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“如果通过类似于DNA扩增的方式对碳纳米管进行增殖，那么只需找到少量的扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管，便可在短时间内复制、扩增出数量几百万倍于模板数量的、同类型的碳纳米管。”杜平武说，这可能会成为制备高纯度碳纳米管的新方式。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "性能及尺寸超越硅基材料/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "“碳纳米管具有完美的一维管式结构，碳原子以碳—碳共价键结合，形成自然界中最强的化学键之一，因此轴向具有很高的强度和韧性。此外六角平面蜂窝结构围成的管壁侧面没有悬挂键，所以碳纳米管具有稳定的化学特性。”杜平武说，碳纳米管优异的性能表现在电学、热学和光学等方面，具有超越传统的导电、导热特性等等。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "2013年，斯坦福大学科学家制备了由平行排列的单壁碳纳米管为主要元器件的世界上最小“计算机”。近两年，碳纳米管电子器件的性能及尺寸又一次次被突破，势在超越并最终取代目前商用的硅基器件。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "碳纳米管还可以制成透明导电的薄膜，用作触摸屏的替代材料。且原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体，不受稀有矿产资源的限制。碳纳米管触摸屏具有柔性、抗干扰、防水、耐敲击与刮擦等特性，可以做成曲面，已在可穿戴装置、智能家具等领域得到应用。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "碳纳米管还给物理学家提供了研究毛细现象的最细毛细管，给化学家提供了进行纳米化学反应的最细试管，科学家甚至研制出能称量单个原子的“纳米秤”。“我国在碳纳米管材料的基础研究方面处于领先地位，结构均一性的控制方法和理论不断创新，控制指标也逐年刷新。”杜平武说。/p

科技日报北京10月22日电 法国研究人员从居住在巴黎的儿童肺部发现了碳纳米管，这是碳纳米管首次在人体内被检测出来。　　由于具有超强韧性、重量轻和导电性能佳等特性，碳纳米管在诸如计算机、服装、医疗保健等领域显示出了巨大的应用潜力。但是，小鼠实验表明，注入碳纳米管可引起类似于由石棉引发的免疫反应，这让人们对碳纳米管的使用产生了一些疑虑。　　为此，巴黎萨克莱大学的法特希穆萨及其同事展开了研究。据《新科学家》杂志网站20日报道，他们分析了64个哮喘患儿气管中体液的样本，在所有样本中都发现了碳纳米管 而在取自另外5名儿童肺部的巨噬细胞中，也有碳纳米管存在。　　目前尚不清楚这些儿童肺部的碳纳米管含量水平以及它们的来源，虽然该研究小组在巴黎采集的灰尘和汽车尾气样本中也发现了类似的结构。　　穆萨指出，即使碳纳米管没有直接毒性，但它们的表面积较大，其他分子易于黏附，因而可能有助于污染物质深入到肺部并穿过细胞膜。他说，虽然他们的研究目的并不是要找出肺部存在碳纳米管与这些儿童的疾病之间有什么关联，但哮喘病人可能会因碳纳米管的存在而显得特别脆弱，因为他们的巨噬细胞清除“垃圾”的能力受损了。　　美国北卡罗莱纳州立大学的詹姆斯邦纳表示，应该谨慎对待碳纳米管被检测出一事，因为多年来针对空气污染的其他研究并没有发现碳纳米管。在他看来，这些结构，尤其是患者肺部细胞中的物质到底是什么，还存在很大的不确定性。　　至于潜在的健康影响，英国伦敦大学玛丽女王学院的乔纳森格里格认为，碳纳米管不可能具有像石棉纤维那样的致癌潜力，因为石棉纤维更大，容易被困在肺部组织内。他指出，即使人们吸入了碳纳米管，这也没什么新鲜的，化石燃料中可能就有碳纳米管，对此肯定还需要开展更多的研究。

单一手性碳纳米管的宏量制备是构建高速、低功耗碳基电子、光电子器件的前提和关键。碳纳米管由于其极高的载流子迁移率、结构可调的带隙和纳米级的尺寸，被认为是后摩尔时代制备高性能电子器件的理想材料。然而前期的研究表明，不同碳纳米管即使微小的结构差异（比如相同直径，不同手性角）也会导致其巨大的光、电性质差异(Nat. Commun., 2023, 14, 1672 Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2107489)，而且不同结构碳纳米管之间还会发生光电耦合效应(Nano Res., 2023, 16, 1820 Nano Res2020, 13, 1149)。生长制备的不同结构碳纳米管混合物严重阻碍了其性质研究及器件应用。因此，单一手性碳纳米管规模化制备是碳纳米管领域一直以来追求的目标。然而目前为止，无论是生长还是分离，单一手性碳纳米管的规模化制备仍然面临着巨大的挑战。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心先进材料与结构分析实验室A05组刘华平研究员团队长期致力于单一手性碳纳米管的分离制备。早在2011年他们首次将凝胶色谱法应用于单一手性碳纳米管的分离制备 (Nat. Commun. 2011, 2, 309)，随后他们发展了多种分子调控技术，实现了20余种单一手性碳纳米管甚至镜像体的分离 (Adv. Sci. 2022, 9, 2200054 Nano Lett. 2014, 14, 6237；Nano Lett., 2013, 13, 1996)。近年他们通过二元表面活性剂体系与温度协同调控，实现了多种近锯齿型单一手性碳纳米管次毫克量级分离 (Sci. Adv., 2021, 7, eabe0084)。然而这样的产量仍然无法满足碳纳米管的实际应用需求。最近，该团队博士后杨德华在刘华平研究员指导下，发现凝胶色谱法分离碳纳米管手性结构的过程中，增加碳纳米管浓度，有利于促进其从流动相输运到凝胶表面，增强其在凝胶上的吸附，进而增加碳纳米管的分离效率和分离产量。然而利用传统的分散方法很难制备高浓度单分散碳纳米管溶液。为了解决这一关键科学问题，他们发展了一种再分散技术，通过超声分散-离心除杂-再分散过程，将单分散碳纳米管溶液的浓度从0.19毫克/毫升增加到了约1毫克/毫升。利用高浓度碳纳米管的分散液作为母液，单一手性碳纳米管的分离效率和产量提高6倍以上，实现了(6, 4), (6, 5), (11, 1), (7, 5), (7, 6), (8, 3), (8, 4) 以及(9, 1)等多种单一手性碳纳米管毫克量级分离。该技术同样适用于低成本的碳纳米管/石墨烯杂化物原材料。利用这种原材料的高浓度分散溶液，单一手性碳纳米管的分离产量提高一个数量级以上，达到次毫克量级。通过生命周期和技术经济评估，利用高浓度单分散碳纳米管溶液作为母液分离单一手性碳纳米管，在能耗和成本方面可以减少80-90%。因此目前的分散和分离策略为单一手性碳纳米管产业化分离提供了重要途径。以上研究成果以“Preparing high-concentration individualized carbon nanotubes for industrial separation of multiple single-chirality species”为题，于4月29日在Nature Communications (Nat. Commun. 2023, 14, 2491)期刊发表。中科院物理所周维亚研究员和魏小均副研究员参与了该项工作。清华大学魏飞教授提供了碳纳米管/石墨烯杂化物原材料。研究生李林海、刘玉敏参与了部分分离工作，李潇、席薇、张月娟参与了光谱、电镜等的表征工作。该工作还曾得到已故解思深院士的支持和指导。上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（grant nos. 2020YFA0714700 and 2018YFA0208402）、国家自然科学基金项目（grant nos. 51820105002, 51872320, 51472264，11634014, and 52172060）、以及中科院项目（grant no. XDB33030100, QYZDBSSW-SYS028, and 2020005）的支持。

p超强超韧和超耐疲劳性能的材料在航空航天、军事装备、防弹衣、大型桥梁、运动器材、人造肌肉等众多领域都面临巨大的需求。碳纳米管是典型的一维纳米材料，也是目前已知的力学强度最高和韧性最好的材料，其宏观强度和韧性均比目前广泛使用的碳纤维和芳纶等材料高出一个数量级以上。然而，由于其小尺寸特性以及难以被测试的特点，单根碳纳米管的疲劳行为以及疲劳破坏机制研究是该领域长期未能搞清楚的难题。由于疲劳可以在应力水平远低于静态断裂强度的情况下发生，探究疲劳行为和潜在的破坏机制对于新材料的应用和长期可靠性评估具有重要意义。/pp清华大学化工系魏飞教授和张如范副教授团队首次以实验形式测试了厘米级长度单根超长碳纳米管的耐疲劳性。相关成果以《超耐久性的超长碳纳米管》Super-durable Ultralong Carbon Nanotubes为题，于北京时间8月28日在线发表在Science上。论文通讯作者为清华大学化工系魏飞教授和张如范副教授，第一作者为清华大学化工系2016级博士生白云祥，其他参与研究的作者包括清华大学化工系硕士生岳鸿杰、博士生申博渊、孙斯磊，清华大学航天航空学院李喜德教授、徐志平教授、王海东副教授以及博士生王进、王识君。/pp为开展单根厘米级长度碳纳米管的疲劳力学行为测试，研究团队设计搭建了一个非接触式声学共振测试系统（non-contact acoustic-resonance-test，ART）。与基于电子显微镜的纳米材料测试系统相比，ART系统具有多方面优势，该系统不仅避免了电子束导致的样品损伤，也使得厘米长度的一维纳米材料的疲劳测试成为可能，同时还解决了小尺寸样品夹持以及高周次循环载荷的施加问题。/ppimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/707985f2-b550-4548-8fd2-93d9b63b7f67.jpg" title="WPS图片-修改尺寸.png" alt="WPS图片-修改尺寸.png"//pp图1. 超长碳纳米管的结构和疲劳测试方案/pp研究人员发现，碳纳米管具有十分优异的耐疲劳性。碳纳米管的耐疲劳性受到温度的影响，随着温度的升高而下降。/ppimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/03f5233e-64b7-445d-b109-463ad187bb7a.jpg" title="WPS图片-修改尺寸(1).png" alt="WPS图片-修改尺寸(1).png"//pp图2. 室温下的超长碳纳米管的耐疲劳性/pp同时，研究人员还对疲劳破坏的机制进行了探究。结果发现，与一般传统材料的疲劳损伤累积机制不同，其疲劳破坏呈现出整体破坏性，未发现损伤累积过程，初始缺陷的生成对碳纳米管的疲劳寿命起主导作用。/ppimg style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/0fc5bc6f-f72c-4bfc-bf5a-71ce4dd46051.jpg" title="WPS图片-修改尺寸(2).png" alt="WPS图片-修改尺寸(2).png"//pp图 3. 不同温度下的碳纳米管耐疲劳性/pp这项工作揭示了超长碳纳米管用于制造超强超耐疲劳纤维的光明前景，同时为碳纳米管各领域相关应用的寿命等设计提供了参考依据。/ppbr//p

导体材料是信息交互、电能传输和力、热、光、电、磁等能量转换的基础性材料，在航空航天、新能源汽车、电力线路等领域具有重要应用价值。随着大功率器件的发展，对轻量化、大载流、高导电性材料的需求越来越迫切。单根单壁碳纳米管（SWCNT）拥有极高的载流能力和电导率，载流能力比传统金属铜高出2~3个数量级，电导率更是银的1000倍以上。然而，当SWCNT组装成宏观薄膜的时候，由于碳管间电子/声子散射的影响，载流能力和电导率会显著降低，从而制约SWCNT薄膜在大功率器件领域的应用。 针对上述问题，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员康黎星等提出并研制了新型大载流、高导电碳纳米管复合薄膜材料。研究团队采用化学气相输运法将CuI均匀高效地填充到SWCNT管腔中，制备出CuI@SWCNT一维同轴异质结。SWCNT对CuI具有保护作用，保持了CuI的电化学活性，使其能够在恶劣的酸性环境和长期电化学循环下保持稳定性。研究通过电学测量发现，CuI@SWCNT薄膜相较于SWCNT薄膜具有更优的电导率和更强的载流能力，其载流能力提升4倍，达到2.04×107 A/cm2，电导率提升8倍，达31.67 kS/m。  SWCNT填充CuI后，SWCNT中电子流向CuI，导致SWCNT的费米能级降低；同时，CuI@SWCNT一维范德华异质结中SWCNT的结构未被破坏，载流子依然保持高效的传递速率，进而使得CuI@SWCNT薄膜具有更高的导电性和载流能力。CuI@SWCNT复合薄膜在未来高功率电子器件、大电流传输等应用中具有潜力。 相关研究成果以CuI Encapsulated within Single-Walled Carbon Nanotube Networks with High Current Carrying Capacity and Excellent Conductivity为题，发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金等的支持。

一位小朋友摸到静电球的球壳，头发立刻像刺猬般根根直竖，这是科技馆里很常见的场景。如果一个碳纳米管束被人为附加上足够的电荷，又会是怎样一幅景象呢?　　当碳纳米管束带的电荷达到一定程度时，在电子显微镜下，它会形成一种独特、新奇的像树一样的放射状格局。不仅如此，这些呈树枝状分离的碳纳米管还具有较小的直径(3纳米)，有的甚至是单根的碳纳米管。这是国家纳米科学中心研究员孙连峰与中国科学院物理所解思深院士等人合作研究的最新成果。这项工作得到了国家自然科学基金和中国科学院“百人计划”等的资助。相关成果发表在最新一期的《纳米快报》上。　　遭遇瓶颈的化学分离方法　　单壁碳纳米管是一种具有战略意义的新兴材料，它在复合材料、平板显示器、真空电子器材、生物探测器、抗电磁干扰材料等方面有广泛的应用。　　目前，科研人员已经能够根据需要大量制备单壁碳纳米管。“但是，由于单壁碳纳米管结构独特，性质奇异，管与管之间存在比较大的相互吸引力，科学家所制备的碳纳米管往往相互纠缠，形成碳纳米管束。”孙连峰说，“如果不能有效地分离出单根碳纳米管，就意味着无法对单根碳纳米管器件的制备及其物理特性展开相关研究。因此，如何将碳纳米管分离是需要研究解决的重要问题。”　　电泳分离法和层离法是现在最常用的碳纳米管束分离方法。孙连峰指出，这些现在常用的分离方法大多是化学方法。这些方法往往涉及到多种化学试剂(如表面活性剂)的使用，并且需要经过多步物理、化学过程才能完成。这些化学方法虽然可以有效地分离出单根碳纳米管，但由于存在掺杂效应，可能改变了碳纳米管本身的固有性质，而且得到的单壁管长度也大都不理想。　　比如说，电泳分离法就首先要使用表面活性剂对碳纳米管束进行处理，然后使用超声波冲击，最后在电泳池里分离。“这就产生了许多问题，碳纳米管有可能吸附表面活性剂分子从而改变自身的物理特性，从而使原来呈现的金属性或者是半导体性发生改变 另外，超生波的冲击还可能会破坏碳纳米管的结构，即便最后能够获得结构完整的管，一般来说长度也只有200纳米左右。”孙连峰说，“这给后续研究造成了诸多不便。因此，探索全新的、避免化学修饰的分离方法，是单壁碳纳米管以及器件研究的一个重要问题。”　　意外发现的物理分离方法　　“发现静电对碳纳米管束的分离作用纯属偶然。”孙连峰笑道，“一开始我们并没有计划要用电流来分离碳纳米管束，只是进行另一个实验的时候，意外发现了当碳纳米管束带有大量电荷的时候会产生‘爆炸’现象。”　　这种碳纳米管束意外分离的现象当然引起了他们的关注，为了寻找“爆炸”的原因，他们进行了大量实验。　　孙连峰解释说：“这种分离方法实际上利用的是最基本的同种电荷相互排斥的原理，让一束单壁碳纳米管带上同种电荷，当电荷之间的排斥力大于管之间的相互吸引力时，‘爆炸’就发生了。”　　孙连峰把这种全新的碳纳米管物理分离方法命名为库仑爆炸法。相互分离的碳纳米管形成的那种独特、新奇的放射状格局，非常类似于科技馆里小朋友触摸静电球后怒发冲冠的样子，于是它被称为“纳米树”(nanotree)。纳米树的树枝大小和长度不一，有的树枝可能就是单根的单壁碳纳米管，长度则可以达到5微米以上。　　为了确认库仑爆炸法并没有破坏分离后的碳纳米管的结构，孙连峰研究组进行了大量的验证工作。　　通过原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱(Raman)等实验证明，库仑爆炸法并不会破坏碳纳米管本身的结构。　　另外，孙连峰研究组还利用碳纳米管均匀带电模型，对发生库仑爆炸所需的理论电压进行了计算，结果与实验数值十分接近。　　不过，孙连峰对库仑爆炸法还是表示了谨慎的乐观。他指出，由于用于分离的碳纳米管束形状和结构不一，库仑爆炸法的可控性还不是很理想。　　接下来，孙连峰准备在库仑爆炸法分离出来的纳米树上，测试单壁碳纳米管的物理特性，以及分离后单壁碳纳米管加上电极后会有什么有趣的事情发生。　　“虽然每个纳米树的形状可能都不一样，但如果只是选取一个三端或者是四端结构的话，实际上我们已经制备出了多端器件的雏形，希望我们接下来的工作能够将多端器件研究向前推进一大步。”孙连峰说。

记者日前在天津开发区了解到，天津富纳源创科技有限公司通过产学研结合，成功的实现了全球首个碳纳米管触控屏的产业化，目前已生产碳纳米管触控屏700万片，月产规模达到150万片，成功的为华为、酷派、中兴等手机配套。　　上世纪九十年代碳纳米管的发现，让世界掀起了一股碳纳米管研究热。由于技术和工艺的复杂性这一技术至今绝大部分还处于实验室阶段。中科院院士、清华大学教授范守善告诉记者，碳纳米管技术是目前世界最前端技术之一，由于碳纳米管材料具有许多传统材料难以达到的特性，一直是各国科学家竞相研究课题。　　据介绍，富纳源创采用碳纳米管导电膜生产触控屏幕,与传统氧化铟锡膜(ITO)比较，有四大优势:一是原材料是碳，不用稀有金属铟，材料成本低 二是可挠曲、高抗弯折、耐敲击与刮擦性 三是具导电异向性，可设计新原理触控屏幕，避免其他厂商专利诉讼 四是生产工艺简单、耗能低、污染低，满足节能环保的要求。　　据了解，这一技术成功实现产业化是清华大学范守善院士领导的团队与富士康集团长期合作的结果。早在1995年范守善院士开始从事碳纳米管的研究，2000年富士康集团与清华大学合作成立了纳米科技研究中心。而后他们相继在碳纳米管基础研究和技术装备领域取得了一系列突破，依靠自身力量开发出超薄电容式碳纳米管触控屏幕和多点电容式碳纳米管触控屏幕。目前他们生产的触控屏幕尺寸从1.52英寸至10英寸均已实现量产，围绕这一产品获取授权专利107项。

p style="text-indent: 2em "透明导电薄膜是触控屏、平板显示器、光伏电池、有机发光二极管等电子和光电子器件的重要组成部件。氧化铟锡（ITO）是当前应用最为广泛的透明导电薄膜材料，但ITO不具有柔性且铟资源稀缺，难以满足柔性电子器件等的发展需求。单壁碳纳米管（SWCNT）相互搭接形成的二维网络结构具有柔韧、透明、导电等特点，是构建柔性透明导电薄膜的理想材料。但已报道SWCNT薄膜的透明导电性能仍与ITO材料有较大差距。/pp style="text-indent: 2em "因此，进一步提高SWCNT薄膜的透明导电特性是实现其器件应用的关键。分析表明，SWCNT透明导电薄膜中的管间接触电阻和管束聚集效应是制约其性能提高的主要瓶颈。一方面，由于SWCNT之间的接触面积小且存在肖特基势垒，载流子在搭接处的隧穿效应较弱，使得管间接触电阻远高于SWCNT的自身电阻；另一方面，虽然SWCNT的直径一般仅为1-2nm，但由于范德华力的作用其通常聚集成直径几十、上百纳米的管束以降低表面能；管束内部的SWCNT会吸光而降低薄膜的透光率，但对薄膜的电导几乎没有贡献。因此，研制高性能SWCNT柔性透明导电薄膜的关键是获得单根分散、低接触电阻的SWCNT网络结构。/pp style="text-indent: 2em "最近，中国科学院金属研究所与上海科技大学物质学院联合培养的博士研究生蒋松在金属所先进炭材料研究部的导师指导下与合作者采用浮动催化剂化学气相沉积法制备出具有“碳焊”结构、单根分散的SWCNT透明导电薄膜（图1A）。 /pp style="text-indent: 2em text-align: center "span style="text-align: center text-indent: 0em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/d1a3d102-e0c5-4683-b29e-cc493258961c.jpg" title="1 高性能碳纳米管透明导电薄膜研究取得进展 仪器信息网.jpg"/ /span/pp style="text-align: center text-indent: 2em "span style="color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px "图1. 单根分散、具有碳焊结构的SWCNT网络。/span/pp style="text-indent: 2em text-align: center "span style="color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px "（A）典型TEM照片；（B）单根SWCNT的百分含量统计；/span/pp style="text-indent: 2em text-align: center "span style="color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px "（C-D）无碳焊结构的金属性-半导体性SWCNT的I-V传输特性；/span/pp style="text-indent: 2em text-align: center "span style="color: rgb(127, 127, 127) font-size: 14px "（E-F）有碳焊结构的金属性-半导体性SWCNT的I-V传输特性。/span/pp style="text-indent: 2em "通过控制SWCNT的形核浓度，所得薄膜中约85%的碳管以单根形式存在（图1B），其余主要为由2-3根SWCNT构成的小管束。进而，通过调控反应区内的碳源浓度，在SWCNT网络的交叉节点处形成了“碳焊”结构（图1A）。/pp style="text-indent: 2em "研究表明该碳焊结构可使金属性-半导体性SWCNT间的肖特基接触转变为近欧姆接触（图1C-F），从而显著降低管间接触电阻。由于具有以上独特的结构特征，所得SWCNT薄膜在90%透光率下的方块电阻仅为41Ω □-1；经硝酸掺杂处理后，其方块电阻进一步降低至25Ω □-1，比已报道碳纳米管透明导电薄膜的性能提高2倍以上，并优于柔性基底上的ITO（图2A-B）。利用这种高性能SWCNT透明导电薄膜构建了柔性有机发光二极管（OLED）原型器件，其电流效率达到已报道SWCNT OLED器件最高值的7.5 倍（图2C-D），并具有优异的柔性和稳定性。/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/31a1c88d-964d-4fda-af47-d5b192bb42f2.jpg" title="2高性能碳纳米管透明导电薄膜研究取得进展 仪器信息网.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "span style="font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) "图2. SWCNT 柔性透明导电薄膜和SWNCT 有机发光二极管。/span/pp style="text-indent: 2em "span style="font-size: 14px color: rgb(127, 127, 127) "（A-B）SWCNT 柔性透明导电薄膜的光学照片及其透明导电性能对比；（C-D）SWCNT 有机发光二极管原型器件的光学照片及其光电性能对比。/span/pp style="text-indent: 2em "该研究从SWCNT网络结构的设计与调控出发，有效解决了限制其透明导电性能提高的关键问题，获得了具有优异柔性和透明导电特性的SWCNT薄膜，可望推动SWCNT在柔性电子及光电子器件中的实际应用。主要研究结果于5月4日在Science Advances在线发表（Sci. Adv. 4, eaap9264 (2018)，DOI: 10.1126/sciadv.aap9264）。该研究工作得到了科技部、基金委、中科院等部署的相关项目的支持。/p

北京大学信息科学技术学院博士研究生杨雷静与王胜副研究员作为共同第一作者所撰写的论文Efficient photovoltage multiplication in carbon nanotubes，于2011年11月1日在《自然》子刊《自然?光子学》(Nature Photonics, 2011, 5, PP.672-676)上发表。该论文报道了碳纳米管光电器件研究的重要突破，也是电子学系彭练矛教授研究组在碳纳米管器件研究领域所取得的最新进展。　　在地球资源日益匮乏的今天，太阳能作为重要的替代能源具有很多不可超越的优势。基于纳米尺度新材料的太阳能光伏器件研究是当前国际太阳能光伏领域研究的热点。碳纳米管是直接带隙材料，一直被认为可能在构建下一代太阳能电池中发挥重要影响。并且，半导体的单壁碳管具有独特的能带结构，以及很好的紫外到近红外的宽谱光吸收特性，可以充分地吸收利用太阳光。先前的研究已证明，碳管材料构建的光伏器件具有光生载流子倍增效应，利用这种效应构建的太阳能电池可能超越理论上预计的单个太阳能电池效率极限。但是大多数典型半导体碳管器件的光电压一般小于0.2V，对于实际应用而言小得难以满足需要。如何非常高效地级联碳管太阳能电池以获得高的光电压输出，就成为碳管光伏器件领域富有挑战性的工作之一。　　碳管级联太阳能电池模块示意图　　彭练矛研究组提出采用虚电极对接触方法，无需传统的掺杂工艺即可有效地使器件的光电压产生倍增，具体说来，在一根10μm长的碳管上级联5个电池单元，就可以获得大于1V的光电压。这项工作是在彭练矛研究组一系列前期研究的基础上实现的。2008年，研究组提出采用非对称接触电极的方法实现无需掺杂制备碳纳米管二极管，研究结果发表在《先进材料》(Advanced Materials, 2008, 20, 3258)上。 在此基础上，采用近乎同样但经过改进的工艺，又于今年实现了第一个真正意义上的碳管红外发光二极管(LED)，其研究论文发表在《纳米快讯》(Nano Letters, 2011, 11, 23)上。　　这项研究得到了国家重大科学研究计划和国家自然科学基金委员会的资助。

光有X光、红外线、紫外线等很多种类，其中最受科学家关注的是“太赫兹光”。太赫兹光不仅能够观察无法看见的分子的运动，还可以用于癌症检查等，用途十分广泛。但迄今为止，人类对太赫兹光的检测以及产生这种光源都非常困难，属于未知领域。　　光具有波和粒子两重特性。2006年日本理化学研究所石桥研究小组利用“碳纳米管”的微小结构在世界上首次检测出太赫兹光子。　　在天然原子中，围绕原子核的电子具有分散的能量。把电子封闭在直径数纳米的碳纳米管内，电子就会像在天然原子中一样具有能量，与所藏身的碳纳米管一起形成“人工原子”。改变纳米管的长度，电子能量的间隔会随之发生自由变化。　　研究小组向“碳纳米管人工原子”照射太赫兹光，在液态氦温度环境下检测出了人工原子内的电子吸收太赫兹光等现象。这与爱因斯坦的“光电效果”是同一原理。　　太赫兹波介于电磁波粒子特性极强的光和强电波之间的周波带，有利于生物体检测和环境诊断。目前对太赫兹波的光源和检测器的开发仍处于落后状态，这一研究成果对利用太赫兹波开发高敏感度检测仪器具有重要意义。同时，对碳纳米管新功能量子纳米级设备的开发提供了新的手段。

p　　strong仪器信息网讯/strong 2016年9月28-29日，由布鲁克纳米分析部举办的2016年全国用户交流会在北京美丽的古北水镇召开。近50名来自全国的布鲁克纳米分析仪器用户专家代表参加了此次交流会。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="01.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/51e3a6a1-f235-4ab9-aa6c-e85ee6ffc1f6.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克纳米分析部中国区经理李慧 主持会议/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="02.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/0cab7ec9-6e0e-4305-8617-5f270588e653.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克纳米分析部德国产品总监 Andreas Kahl致开幕词/strong/pp　　本次交流会旨在推动EDS、EBSD、Micro-XRF技术及电子显微学的进步和发展、提高广大显微学工作者的学术及技术水平，以促进显微学在材料科学、生命科学等领域的应用和发展。交流会分为大会报告和分组讨论交流两个部分。大会报告上用户专家及布鲁克应用专家们为大家带来9个精彩报告，内容涉及能谱分析、EDS定量、微区XRF、EBSD、TKD等纳米分析的前沿技术。大会现场大家积极交流互动，展现出一派活跃的学术交流氛围。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/4cbca1a1-60f2-45eb-8ef5-b7809e0d5ae9.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong交流会现场/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="3.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/8cdaf311-0c51-463d-be13-657dbe5fa5c5.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克德国应用专家 Max Patzschke/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：低电压低束流电镜条件下能谱分析方法及应用/strong/pp　　作为布鲁克的创新产品，平插式能谱仪可以在保留高能量分辨率的同时提供超高计数率和空间分辨率。Max在介绍此款能谱仪时，特别强调了其XFlash探测器，该探测器不仅可以提供很高的固体角(1.1sr)，还可以在低束流、低电压、更小激发体积条件下对纳米尺度材料样品进行精确分析。接着，Max分别以高聚物、陨石、宇宙飞船收集彗星粉尘试样等样品的能谱分析为例，阐述了平插式能谱仪的面扫描面积大、扫描速度快、粗糙样品扫描不产生阴影等优异性能。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="4.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/c809e810-6ea6-4d2d-be0a-5b4e11cd2264.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克亚太区产品应用经理 王锐/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：EDS定量方法原理解读及应用/strong/pp　　王锐经理首先为大家科普了X射线的产生原理及EDS定量理论模型，接着结合实际样品分析情况讲解了P/B ZAF(建议粗糙、无标样情况适使用)和PhiRHoZ model(建议轻量元素、表面平整有标样情况使用)两种常用定量方法。最后针对定量过程中出现的样品充电、样品粗糙、C定量等问题依次做了原因分析，并给出对应解决方案。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="7.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/938da589-5695-4a7e-a258-0938a767ba63.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克中国应用专家 禹宝军/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：痕量元素的分析方法-扫描电镜用Micro-XRF技术介绍/strong/pp　　禹宝军通过与EDS对比，介绍了扫描电镜用Micro-XRF很高激发深度等优越特性。接着讲解了Micro-XRF在地质、矿物、玻璃、金属等样品分析中的应用，结果表明Micro-XRF具有不干扰SEM操作、分析结果可媲美台式XRF等特点。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="8.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/9d927a64-9f31-49d4-bef2-7db7527a15e0.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong中科院地质与地球物理研究所 杨继进教授/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：能谱在石油地质研究中的新应用/strong/pp　　杨继进教授首先以PM2.5污染为背景，分析了能谱在石油地质领域研究的重要意义。接着介绍了矿物分析-扫描电镜类仪器的选型和参数情况，包括能谱仪效率、分辨率、分析软件系统等。最后讲解了他们实验室使用布鲁克能谱仪在大面积矿物质成分、样品中特定矿物分布、油气储层研究等方面的应用情况。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="13.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/fca8806e-db7e-40e5-84c6-63512b018aca.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong中国科学院上海硅酸盐研究所 曾毅研究员/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：EBSD空间分辨率的研究/strong/pp　　透射模式电子背散射电子衍射可以显著提高扫描电镜进行相鉴定和取向分析的空间分辨率，是2012年以后出现的新技术。针对目前TKD空间分辨率仅有定性描述，无法定量给出数据的情况。曾毅研究员创新地采用图像关联技术对原始菊池线衍射花样进行逐点提取比较，从而将花样重叠情况进行量化分析，给出了钢铁材料在30kV下的TKD理论分辨率为7nm。这也是对TKD空间分辨率的首次报道，相关结果发表在Journal of Microscopy，264(1), 2016, 34-40上。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="9.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/b250c66a-a2e0-4a02-bf29-56421e3b1be1.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克德国产品经理 Daniel Goran/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告1题目：EBSD技术的最新应用进展/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告2题目：最新TKD技术的发展及在纳米晶样品分析中的应用/strong/pp　　Daniel主要介绍了EBSD在样品相鉴定领域的先进技术，并以换热器钢管样品的相鉴定分析为例，讲解了EBSD配套软件ESPRIT2.1在数据处理过程中表现出的快捷、大大缩减SEM扫描时间等优秀性能。/pp　　接着Daniel还与大家分享了TKD的最新技术，其中尤其强调了on-axis探测器，该探测器系统可以为TKD提供高检测信号强度、快达620fps的测量速度等优秀性能。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="14.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/7ef0c03c-9a21-452a-b673-da595a2ea822.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克亚洲区售后服务经理 Joo Hsiang Chua/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：BNA维修部介绍及售后服务讲解/strong/pp　　Joo首先向大家介绍了布鲁克纳米分析部的全球业务分布及组织框架，随后从售后维修配套、维修配套传单、售后技术支持等方面具体讲解了布鲁克纳米分析部的完善售后服务体系。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="12.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/ba6aa4bd-1c14-4c6f-89bb-f4327ff02efc.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong布鲁克中国应用专家 严祁祺/strong/pp style="TEXT-ALIGN: center"strong报告题目：痕量元素及深度检测方法介绍-台式Micro-XRF技术应用/strong/pp　　与传统XRF的相比，微区XRF具有X射线穿透能力强、可实现大块样品快速扫描、无需样品制备等优点。严祁祺报告中主要介绍了布鲁克微区XRF系列产品M1、M2、M4等在地质薄片、树叶元素分析、昆虫、金属材料、考古等领域的具体应用实例。/pp style="TEXT-ALIGN: center"img title="00.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201609/insimg/8417aa80-4096-4b2e-9429-a76bb5f9380b.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"strong参会人员合影留念/strong/pp　　会上仪器信息网编辑发现，布鲁克应用专家和高层们都分散和用户们坐在了一起，以便更好的与用户的交流，相信如此重视聆听客户、注重细节的布鲁克纳米分析部的发展必将指日可待。/ppbr//pp style="text-align: center "a href="http://www.instrument.com.cn/webinar/icem2016/index2016.html" target="_self" title=""img src="http://www.instrument.com.cn/edm/pic/wljt2220161009174035342.gif" width="600" height="152"//a/p

可控有序修饰的单壁碳纳米管。研究团队 供图记者日前从华南理工大学获悉，该校前沿软物质学院林志伟教授与美国国家标准与技术研究院（NIST）研究员Ming Zheng，利用DNA首次实现了单壁碳纳米管（SWCNTs）的可控有序修饰。相关研究发表于Science。审稿人对相关研究成果给予了高度评价，认为该工作完成了过去很多研究者尝试但收效甚微的宏大目标，是该领域的重大进展。据介绍，该论文发表后引起了较大反响，国内外多家媒体对该工作进行了亮点报道。Science刊载了一篇Perspective对该工作进行评述：“本论文所设计的材料，为实现室温超导材料迈出了重要一步，是里程碑式的发现。”该研究工作通过简单的DNA序列设计和精密的结构表征，为SWCNTs可控化学修饰开辟了一个全新的思路。华南理工大学为该论文合作单位，林志伟为第一作者兼通讯作者，博士生李依浓为论文的分子模拟和彩图设计做出了重要贡献；Ming Zheng 为共同通讯作者，NIST为主要通讯单位。SWCNTs是由单层碳原子组成的一维管状纳米材料，具有优异的光学、电学、力学、热学等方面性能，被广泛应用于包括电子器件、光学仪器、疾病检测等诸多领域。SWCNTs的化学修饰可以改变其晶格结构，进而改变电学和光学性能，对发展新型材料如有机超导材料、量子材料意义重大，是国际前沿的研究方向。但由于SWCNTs中所有碳原子的化学环境相同，SWCNTs的可控化学修饰是该领域长期存在的一项重大挑战。林志伟表示，“精确可控的修饰方法，使得科学家有望像服装设计师一样，按自己的想法 ‘可定制化’地设计SWCNTs化学结构，以实现特殊的性能，例如超导性能和量子性能等，进而实现在航空航天、量子计算机、量子通信、新一代生物医疗等领域的前沿应用。”具体来说，作者将含有鸟嘌呤碱基（Guanine，G）的DNA序列，缠绕至多种单手性SWCNTs的表面，通过调控SWCNTs种类、DNA序列和构象，实现预先定制反应位点。在525 nm光照下激发玫瑰红（Rose Bengal）产生单线态氧，进而引发G与SWCNTs发生反应。之后利用吸收光谱、光致发光光谱（PL）、拉曼光谱对产物结构进行表征。SWCNTs与DNA的反应示意图和光谱表征。研究团队 供图为了深入研究反应机理以及反应后SWCNTs晶格中反应位点的空间分布，研究人员设计了一系列有相同G含量，但G相对位置不同的DNA（2G-n），出乎意料地发现C3GC7GC3（2G-7）和（8,3）SWCNTs的反应产物，在拉曼、荧光光谱中与SWCNTs晶格缺陷相关的峰强出现了极小值，表明在SWCNTs中形成了有序排列的晶格缺陷，即有序排列的反应位点。利用冷冻电镜（Cryo-EM）对C3GC7GC3-（8,3）的结构进行表征和重构，证实了有序的DNA螺旋结构。通过计算机模拟所构筑的理论模型与冷冻电镜的重构模型相互验证，清楚地揭示了反应机理，并进一步证明了晶格缺陷（G反应位点）在SWCNTs表面等间距的有序排列。基于精确可控的SWCNTs修饰方法，有望实现按可定制化的方式，重塑SWCNTs原有的晶格结构和光电性能，为发展有机超导材料、拓扑材料等变革性材料提供重要的理论和实验依据。美国《Science Daily》对该研究成果进行了专题报道，文中指出：“科学家利用DNA克服了之前几乎无法逾越的障碍，设计出有望给电子产品带来革命性影响的材料。”相关论文信息： https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo4628 【近期会议推荐】仪器信息网将于2022年8月30-31日举办第五届纳米材料表征与检测技术网络会议，开设“能源与环境纳米材料”、“生物医用纳米材料”“纳米材料表征技术与设备研发（上）”、“纳米材料表征技术与设备研发（下）”4个专场，邀请20余位国内知名科研院所、高等院校、仪器企业的专家学者做精彩报告，内容涉及冷冻电镜、透射电镜、扫描电镜、扫描隧道能谱、X射线光电子能谱仪、纳米粒度及Zeta电位仪、超分辨荧光成像、表面等离子体耦合发射、荧光单分子单粒子光谱磁纳米粒子成像、拉曼光谱、X射线三维成像等多种表征与分析技术。报名听会1、扫描下方二维码进入会议官网，点击“立即报名”：2、复制下方链接在浏览器中打开，进入会议官网后点击“立即报名”https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/nano2022/

仪器信息网讯 2010年8月20-22日，由国家自然科学基金委员会化学科学部主办，北京大学、清华大学和中国科学院化学研究所共同承办的“第三届全国生命分析化学学术报告与研讨会”在北京大学召开。　　大会同期举办了“生物纳米技术”系列报告会，300余人参加了此会。会议由厦门大学陈曦教授、郑州大学冶保献教授、中国科学院化学研究所毛兰群研究员和北京大学黄岩谊研究员共同主持，16位来自科研院所和高校的专家学者做了精彩的报告。部分报告内容摘录如下：　　福州大学 池毓务教授　　低毒性纳米电致化学发光体及共反应物的研究　　池毓务教授的课题组对低毒性纳米电致化学发光体和纳米共反应物进行了一些研究，从中发现了环境友好、生物低毒性、容易标记、具有良好电致化学发光活性的碳量子点(CODs)发光体和SnO纳米颗粒，详细研究了相关纳米材料的制备方法、它们各自组成的电致发光电致体系、电致化学发光性能、及其反应机理，并对它们的分析应用前景进行了评价。　　复旦大学 卢建忠教授　　基于金纳米微粒的化学发光免疫分析和特定序列DNA分析　　免疫分析和特定序列DNA分析新技术的构建多年来一直吸引着国内外学者们的热情，检测方法涵盖了电化学、色谱、质谱、比色、荧光、同位素和化学发光法(CL)等。卢建忠教授课题组以金纳米颗粒为标记物，采用CL分析法，发展了一系列基于金纳米颗粒的CL免疫分析和特定序列DNA分析法。　　哈尔滨工业大学 刘绍琴教授　　自组装膜纳米结构薄膜的光学性质：从器件到传感器　　刘绍琴教授研究小组采用层层自组装技术构筑基于量子点的生物传感系统：(1)将具有可逆光致变色性能的多金属氧酸盐Na-POMs与具有荧光性能的CdSs@CdS量子点有序组装在玻璃、石英或硅基底表面，成功构建了具有可逆光控荧光开关功能的纳米复合薄膜；(2)将量子点与酶进行有序组装，利用量子点光学特性与酶的催化活性和特异性相结合，构建了可直接用于检测血清样品中葡萄糖以及果蔬中有机磷农药残留的光学和光电生物传感器。　　华东师范大学 施国跃教授　　基于室温离子液体/纳米传感器的研究及其对大鼠脑渗析液中谷氨酸的实时在线检测　　施国跃教授课题组以功能化的室温离子液体[C3(OH)2][BF4]为模板，采用原位电沉积的方法，在玻碳电极表面制备了平均粒径为2.5nm的Au/Pt合金纳米粒子并构筑了GlutaOX-[C3(OH)2 min][ BF4]-Au/Pt-Nafion生物传感器。结合微渗析在线体系，对大鼠纹状体内谷氨酸的含量进行了实时、在线、连续的测定。　　西南大学 黄承志教授　　长距离共振能量转移及其分析化学　　黄承志教授在报告中首先介绍了长距离共振能量转移(LrRET)的研究背景及其基础理论，着重介绍了LrRET中供体-受体对的构建及其分析应用。他在报告中对LRET的研究进行了展望：(1)新材料(不同材质、大小、形状的供体和受体)的合成及组装技术将会进一步拓展LrRET理论；(2)LrRET对生物大分子的检测，特别是检测距离在10nm以上的生物分子相互作用中将会有广阔的应用前景；(3)LrRET将会在细胞和活体成像中得到广泛的应用；(4)在大量的实验基础上提出LrRET的机制。　　东南大学 钱卫平教授　　基于局域表面等离子体共振的新型纳米探针构建及其生物传感器应用研究　　钱卫平教授研究了电子传递介质的金纳米壳生长过程中局部表面等离子体共振(LSPR)谱演变规律，构建了一种用于LSPR生物传感快速检测生物催化反应和抗氧化物质的抗氧化能力等的新型纳米探针，探索了利用LSPR谱变化检测生物体系中有重要生理意义的酶的活性和酶催化反应的底物和产物水平以及抗氧化物质的抗氧化能力等。　　吉林大学 宋大千教授　　金磁纳米粒子探针在SPR传感器中的应用　　宋大千教授首先介绍了SPR技术的检测原理、仪器结构，然后介绍了金纳米粒子和磁纳米粒子在SPR中的应用和优缺点。他的课题组研究发现：通过控制纳米粒子的尺寸和组成，对其化学和物理性质进行调节，金磁纳米粒子同时具备了金纳米粒子和磁纳米粒子的优点，与其单组分金属纳米粒子相比，具有独特的光学、催化和电子学性质。　　此外，在本次“生物纳米技术”报告会上作报告的还有：(排名不分先后)姓名职称单位报告题目蒋兴宇研究员中国科学院纳米研究中心微流控技术在生化分析研究中的应用 刘松琴教授东南大学自由基聚合反应在生物传感器中的应用李正平教授河北大学利用恒温指数扩增反应高灵敏度检测microRNA邱建丁教授南昌大学纳米金/聚多巴胺/四氧化三铁/石墨烯复合纳米材料制备及其免疫传感器研究汪莉教授江西师范大学普鲁士蓝-壳聚糖/乙酰胆碱酯酶修饰玻碳电极检测西维因的电化学研究苏星光教授吉林大学磁性荧光编码微球用于马病毒的多元免疫分析与分离刘继峰教授聊城大学核酸碱基自组装膜表面沉积铂电催化剂以及在H2O2和CH3OH电化学中的应用毕赛研究生青岛科技大学基于细胞适体和限制性内切酶循环放大化学发光检测肿瘤细胞的研究朱玲艳研究生青岛大学电解胶束溶液法制备聚吖啶橙/石墨烯修饰电极及其应用

先进半导体材料的发展，已经成为国家战略发展的重要内容。而无机杂质分析和质量控制是半导体制程中非常重要的一环。为了助推集成电路产业发展，作为半导体无机分析的领导者，安捷伦科技于 2020 年 1 月 9 日，在上海举办了“安捷伦半导体论坛无机元素分析论坛”。来自全国的集成电路产业超过 100 名代表参加了本次论坛。来自日本和台湾地区的半导体无机分析专家，高纯试剂供应商 QC 专家，以及半导体在线元素分析，高纯气体分析等解决方案的供应商，分享了在半导体无机分析最先进分析技术，最热门的客户需求，以及最前沿的解决方案，共同为大家带来一场集成电路无机杂质分析技术盛宴。图为：论坛现场首先，安捷伦大中华东大区整机销售总经理杨挺先生做了精彩的欢迎致辞。图为：安捷伦科技大中华东大区整机销售总经理杨挺ICP-MS 已经成为半导体制程中痕量元素分析的标准技术。面对半导体制程一路快速发展，痕量元素分析的要求也越来越高。作为半导体行业无机分析解决方案的领导者，自 20 世纪 80 年代后期以来，安捷伦与领先的半导体制造商和化学品供应商密切合作，开发一系列 ICP-MS 系统和应用。安捷伦 ICP-MS 半导体元素分析的创新之路安捷伦原子光谱研发总监 Matsuzaki 先生带来了《安捷伦 ICP-MS 半导体元素分析中的创新之路》的报告，回顾了半导体客户对于仪器稳定性和基体耐受性的核心需求，安捷伦从冷等离子体技术到世界上第一台串接 ICP-MS，实现的一次次技术提升，以及对未来 ICP-MS 技术发展的展望。图为：安捷伦原子光谱 R&D 总监 Toshifumi Matsuzaki 亚太地区半导体全新分析技术客户不断提升的需求，驱动着安捷伦不断技术创新。来自台湾巴斯夫无机事业部品质管理经理，负责巴斯夫全球实验室的技术支持的許卿恆先生，做了名为《亚太地区半导体全新分析技术》的报告，分享了半导体制程飞速发展中对检测技术革新最直接的感受，以及利用安捷伦 7900 ICP-MS\8900 ICP-MS/MS 实现越来越严格半导体无机杂质质控要求的故事。图为：台湾巴斯夫无机事业部 品质管理经理 許卿恆ICP-MS/MS 测定有机溶剂中氯的分析技巧来自安捷伦日本，有着超过 30 年半导体 ICP-MS 应用研发经验的安捷伦的高级应用科学家Mizobuchi 先生带来了半导体领域又一个无机杂质质控难题攻克的故事：《ICP-MS/MS 测定有机溶剂中氯的分析技巧》。图为：安捷伦日本 ICP-MS 高级应用科学家 Katsuo Mizobuchi单纳米颗粒 ICP-MS 分析的最新趋势随着半导体制程线宽越来越窄，可能一个纳米级别的不溶性颗粒，都有可能造成不合格产品。关注半导体行业多年的安捷伦半导体 ICP-MS 应用专家 Shimamura 先生做了名为《单纳米颗粒ICP-MS 分析的最新趋势》的报告，介绍了安捷伦强大的应用研发团队和客户开发了利用 ICP-MS 分析高纯试剂中单纳米颗粒的最近技术进展。图为：安捷伦日本 半导体行业 ICP-MS 应用专家 Shimamura Yoshinori半导体无机杂质在线分析最新成果除了 ICP-MS 最前沿的技术进展，本次半导体论坛，安捷伦合作伙伴也分享了最新应用。来自德国 PVA Tepla 公司，VDP 事业部的经理 Robert Beikler 博士分享了 VPD 分析中的全自动液体处理和超痕量测试解决方案。图为：德国 PVA Tepla 公司 VDP 事业部经理 Robert BeiklerIAS Inc. China 的陈登云先生，带来了气体在线分析解决方案《最新气体分析和单纳米颗粒 ICP-MS 新进样系统介绍》。图为：IAS Inc. China 技术总监 陈登云本次论坛，来自半导体无机杂质分析各领域的专家分享了精彩的报告。来自全国的集成电路产业链的参会代表与演讲嘉宾，对无机杂质分析领域最前沿而分析技术，以及最热门的解决方案做了充分的沟通和交流。关于安捷伦科技安捷伦是生命科学、诊断和应用化学市场领域的领导者。公司为全世界的实验室提供仪器、服务、消耗品、应用与专业知识，以帮助客户获得他们所寻求的深入见解。安捷伦的专业知识和深受信赖的合作能力，使得客户对解决方案满怀信心。推荐阅读：1. ICP-MS 期刊 | 半导体行业解决方案创新之路，附海量干货下载https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100320/news_483925.htm2. 微米到纳米的变迁 | 安捷伦和半导体行业的“超纯”往事https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100320/news_520378.htm关注“安捷伦视界”公众号，获取更多资讯。

镧系解离增强荧光免疫分析技术(DELFIA)作为目前最灵敏的荧光生物检测方法，在科学研究和医疗领域已获得广泛的商业应用。商用的DELFIA试剂盒采用传统的分子探针如稀土螯合物作为标记物，存在着稀土离子标记比率低(最高10~30个稀土离子)、光化学稳定性差和价格昂贵等缺点。与稀土螯合物相比，稀土纳米发光材料具有化学稳定性高、可修饰性好、潜在生物毒性低等优点，是目前普遍看好的新一代荧光生物标记材料。然而，由于稀土离子4fN电子组态间的禁戒跃迁特性，直接利用稀土离子自身的敏化发光无法达到高灵敏检测的需求。因此，科学家设想能否结合DELFIA技术，将稀土纳米晶作为纳米探针替代分子探针稀土螯合物，利用纳米晶高度浓缩的稀土离子(每个纳米晶含成千上万个稀土离子)来提高其标记比率，并借助DELFIA增强液将纳米晶溶解生成大量强发光的稀土胶束，从而达到提高发光与检测灵敏度的目的。　　在国家自然科学基金杰出青年科学基金、科技部&ldquo 973&rdquo 计划和重大科学仪器开发项目、中科院战略性先导科技专项和创新国际团队项目等支持下，中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室陈学元研究小组和结构化学国家重点实验室黄明东研究小组合作，发展了一种基于稀土纳米晶溶解增强的荧光免疫分析技术(DELBA)。该技术沿用了商用DELFIA的操作流程，简单地以稀土纳米探针替代分子探针稀土螯合物，利用稀土纳米晶高度浓缩的稀土离子提高其标记比率，极大地增强了体系的发光与检测灵敏度。项目组通过高分辨荧光光谱、元素分析等手段，以~9 nm NaEuF4为纳米荧光探针和&beta -萘甲酰三氟丙酮(&beta -NTA)为增强剂，揭示了稀土纳米晶溶解增强的发光机理，并实现了对人体广谱肿瘤标志物癌胚抗原(CEA)的高灵敏DELBA检测，检测极限达0.1 pg/mL，比商用DELFIA试剂盒降低了近3个数量级，为迄今CEA检测最优值。进一步地，该团队利用发展的DELBA技术测试了肿瘤医院20例血清CEA值，结果与商用DELFIA试剂盒基本一致，并通过测定变异系数、回收率等验证了该方法的准确度和可靠性。上述工作以通讯形式于8月11日在线发表在《德国应用化学》杂志上(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, DOI: 10.1002/anie.201405937)，并申请了中国和PCT国际发明专利。　　此前，该团队在基于稀土纳米荧光探针的肿瘤标志物检测方面已取得系列研究进展。例如，利用LiLuF4:Yb3+,Er3+上转换纳米荧光探针实现了对疾病标志物人绒毛膜促性腺激素&beta 亚单位(&beta -hCG)的上转换荧光(UCL)检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1252 Frontispiece) 利用超小CaF2: Ce3+/Tb3+纳米荧光探针实现对人体肿瘤标志物可溶性尿激酶受体(suPAR)的时间分辨荧光共振能量传递(TR-FRET)检测(Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 6671)。　　基于稀土纳米探针的溶解增强荧光免疫分析原理示意图：a-传统DELFIA b-新技术DELBA

低温等离子改性接枝是一种处理时间短、不产生化学污染、不破坏材料的整体体积结构、仅仅改变材料表面性能的处理技术。近年来，等离子体所“低温等离子体应用研究室”陈长伦、邵大冬、胡君、王祥科等所在的课题组利用低温等离子体技术对碳纳米管进行表面修饰改性组装，克服了碳纳米管的难溶性带来的制约等问题，大为提高了其实际应用程度。　　该课题组在用低温等离子体技术对碳纳米管进行改性组装后，将其应用于环境污染物检测和治理研究方面，取得了一系列成果。　　一是分别利用Ar/H2O，Ar/NH3，Ar/O2微波等离子体对碳纳米管进行表面处理，使其表面引入含氧、含氨基等功能基团，提高了碳纳米管的亲水性和分散性，使其可制备纳米溶液。这些经过处理的(表面修饰的)功能化材料对改善碳纳米管在生物、环境污染物吸附等方面，具有很好的应用前景。部分研究结果发表在Applied Physics Letter (2010, 96, 131504) Carbon (2010, 48, 939-948) The Journal of Physical Chemistry C (2009, 113, 7659-7665) Diamond & Related Materials (in press) 并受邀请在国际会议上做2次口头报告。　　二是利用N2射频等离子体对碳纳米管表面进行活化处理，然后接枝上有机单体和天然高分子材料，制备碳纳米管/有机物复合材料。等离子体制备的复合材料表面具有各种功能基团，这些功能基团对持久性有机污染物(POPs)、有毒有害的重金属离子、放射性核素具有强的吸附、络合能力，因而提高了复合材料对污染物的吸附能力。部分研究结果发表在The Journal of Physical Chemistry B (2009, 113, 860-864) Chemosphere (2010, 79, 679-685) Plasma Processes and Polymers (in press,并被选为封面)。　　三是碳纳米管由于尺度小，使其在吸附处理有机/无机污染物后，在回收和循环利用纳米材料方面具有很大的难度。采用传统的离心法需要高的转速，过滤法易导致过滤膜堵塞，如果吸附污染物的碳纳米管进入环境，会产生二次污染。针对上述问题，该课题组采用溶胶—凝胶法，首先在碳纳米管上组装上铁氧化物，然后利用N2射频等离子体对碳纳米管/铁氧化物表面进行活化处理，接枝上有机单体和天然大分子材料，制备出磁性多重复合纳米材料，该磁性复合纳米材料不仅具有高的吸附性能，且磁分离技术可以简单方便地把磁性复合纳米材料从溶液中分离出来，解决了固液分离的难题，同时可以大量的应用到实际工作中。部分相关研究成果发表在Environmental Science and Technology (2009,43,2362-2367) Journal of Hazard Material (2009,164, 923-928) Journal of Physical Chemistry B (jp-2009-11424k)。　　该工作得到了国家自然科学基金，科技部973重大研究计划“面向持久性有毒污染物痕量检测与治理的纳米材料应用基础”，中科院合肥物质科学研究院重大项目，合肥研究院人才项目和火花项目，中科院新型薄膜太阳能电池重点实验室基金等经费的支持。

麻省理工学院科学家制造新手机电池的原材料-----含碳纳米管　　随着智能手机在功能性方面的不断进步，电池续航能力及寿命却越来越无法满足用户的需求。智能手机用户抱怨称，手机耗电能力就像孩子消耗糖果一样的迅速。目前，一种全新的便携式电子产品可充电电池制造科技为解决这一问题带来曙光，根据新制造科技制造出来的电池蓄电力为目前电池的十倍。　　麻省理工学院科学家发现在电池一端电极使用含碳纳米管可以比现在的锂电池蓄存更多的电力。科学家们在实验室中使用多层含碳纳米管制造电池的正极，同时使用锂钛氧化物制造电池的负极。这种电池充电效率及蓄电能力远比目前最高端的锂电池更优良。为验证含碳纳米管电池在使用寿命方面的表现，科学家对新研发的含碳纳米管电池进行1000次充放电实验。结果在经历1000次充放电后，含碳纳米管电池内的物质属性变化极微，电池蓄电力丝毫未见减少。这也就证明，含碳纳米管电池拥有比锂电池更长的使用寿命。　　对于使用智能手机及其他便携式电子产品的用户来说，这无疑是一个好消息。但目前这种含碳纳米管电池仍仅处于实验室研发阶段。制约这种新型电池普及的主要原因在于，含碳纳米管基板在制成电池电极之前需要在两种不同的电池溶解液中浸泡，而这一过程极其费时。麻省理工学院化学工程系教授保拉-哈蒙德(Paula Hammond)宣称，她的研究团队目前正在努力寻找解决这一问题的方法。目前提出的最可行解决方法为通过向含碳纳米管基板喷洒可替代性物质取代其在电池溶解液中浸泡的耗时过程。　　相信这种含碳纳米管制成的电池在不久的未来即可上市，届时使用智能手机的用户将不再需要为手机电量不够等问题而费神。

p　　strong仪器信息网讯/strong 目前，世界最黑的物质是由英国Surrey Nanosystems公司制造的”Vantablack(梵塔黑)”。然而，上海交通大学的崔可航和麻省理工学院的布莱恩· 沃德尔(Brian Wardle)发表在ACS Applied Materials & Interfaces上的文章《Breakdown of Native Oxide Enables Multifunctional, Free-Form Carbon Nanotube–Metal Hierarchical Architectures》打破了这一最黑的记录。他们通过a href="https://www.instrument.com.cn/list/sort/2.shtml" target="_self"近红外-紫外-可见分光光度计/a测量各种可能角度的反射光量，发现它比梵塔黑反射的光还要少十倍。/pp　　这种材料由垂直排布的碳纳米管阵列组成。研究人员将铝箔在盐水中除去氧化层，然后在无氧环境下利用化学气相沉积(CVD)在铝的表面生长成碳纳米管阵列。使用这种方法使得需求温度降低了约100℃，并通过碳纳米管与铝的结合显著提高了材料的热学和电学性能。/pp　　该项技术已经被申请专利，研究人员称，未来计划让所有的艺术家都可以免费使用这项技术进行非商业性质的艺术创作。/pp style="text-align: center "img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 411px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/382d4df2-b3bd-4d0b-bf38-5aa7f974bc0c.jpg" title="宝石.png" alt="宝石.png" width="600" height="411" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "　　strong虚荣的救赎(the Redemption of Vanity)/strong/pp　　这颗名为“虚荣的救赎”的艺术品，是由麻省理工学院艺术、科学和技术中心(MIT Center for Art，Science，and Technology Artist in Residence Diemut Strebe)与沃德尔及其实验室合作创作的。照片左侧是来自 LJ West Diamonds 的 16.78 克拉重、估价约为 200 万美元的天然黄色钻石，图右则是用这种迄今为止最黑的新款碳纳米管基材料涂覆在钻石表面呈现出的艺术效果。/pp　　天体物理学家、诺贝尔物理学奖得主约翰· 马瑟(John Mather)正着手探索用这种最黑的材料作为宽场红外巡天望远镜(WFIRST)上“遮星伞(Star Shade)”装置，用于防眩光和抗冲击。宽场红外巡天望远镜是美国宇航局(NASA)正在开发的红外空间望远镜，将用于对近红外天空进行宽场成像和调查。其主要任务是要解决暗能量、系外行星和红外天体物理学领域的基本问题。而遮星伞装置是一个巨大的黑色遮盖物，可以保护太空望远镜免受杂散光的影响。/ppbr//p

微流体装置中这些由碳纳米管做成的微型柱头，能够捕捉任何流经装置的癌细胞或其他细小物质。每个柱头直径为30微米。　　一个由哈佛大学和麻省理工学院(MIT)组成的研究小组近日设计出一种小型装置，可检测出血液样本中的癌细胞，这项成果有望帮助医生快速判断癌症是否存在扩散迹象。研究报告发表在近期的Small期刊上。　　这种微流体装置只有一枚硬币大小，但可以检测到包括艾滋病病毒在内的多种病毒。据领导该项研究的哈佛大学医学院生物医学工程教授梅米特托纳(Mehmet Toner)表示，这种装置的早期版本诞生于四年前，当时研究小组用硅制成一种微型柱头，将抗体涂在其表面，当病人血液流经这种硅柱，任何接触到柱头的癌细胞便能被抗体捕获。不过在当时，仍有一些细胞完全没有触碰到硅柱。　　通过与MIT副教授Brian Wardle的合作，托纳的研究小组用碳纳米管代替硅，在这种装置中置入不同几何形状的碳纳米管簇(nanotube forest)，并且每根纳米管的表面都涂满可识别癌细胞的多种抗体，由于碳纳米管的优良吸附性能，使得含有癌细胞的血液样本能充分流经该装置，最终，这种经过改良的装置捕获癌细胞的能力相比之前提高了8倍。　　使用碳纳米管的另一个好处还在于，研究人员可以通过改变纳米管的几何结构使这种装置能够捕捉不同大小的物质——大到癌细胞，小至病毒。　　在因癌症死亡的人中，有90%是由于癌症扩散最终导致死亡的，而扩散中的癌细胞通常很难被检测到，这种微流体装置或有望改变这种现状。　　目前，托纳的小组正在致力于对该装置进行设计调整，以期能检测出艾滋病病毒。(科学网 张笑/编译)　　相关仪器：共焦显微镜 荧光显微镜　　完成人：梅米特托纳课题组　　实验室：美国麻省总医院生物微机电系统资源中心 麻省理工学院航空航天系

纳米材料，这一看似离我们很遥远的微小粒子，其实已经出现在我们生活中的方方面面。例如具有广泛杀菌功效的纳米银在医疗卫生、医疗器械、纺织、涂料、日用品等方面有着广泛应用。在给我们生活带来便利的同时，纳米科技可能也是一柄双刃剑，对人类健康和环境存在危害的可能。 目前应用较为广泛的纳米材料多为金属、金属氧化物、以及纳米碳材料。大量的使用必将引起环境中的排放量日益增长，可能会对生态和环境造成破坏。 岛津ICPMS-2030能够对样品中的纳米粒子的成分、粒径大小及颗粒浓度进行分析，助您一探究竟！ 仪器配置岛津电感耦合等离子体质谱仪ICPMS-2030系列 单纳米颗粒分析原理样品中的悬浮颗粒在进入ICP离子源时是不连续的，中间会有短暂的间隔，因此每个颗粒产生的离子云也是不连续的。当检测器高速采集数据时颗粒则会产生一个个不连续的脉冲信号。颗粒数量越多，则信号数量越多；颗粒越大，对应的信号强度则越高。对所测得的颗粒信号进行计算和统计，既能得到样品中颗粒的粒径信息。图1. 单纳米颗粒分析流程 样品前处理所有的纳米颗粒标品及试样通过超纯水进行稀释，稀释定容后超声分散20 min后马上进ICP-MS于时间分辨模式下采集信号。 样品分析 使用已知浓度的40 nmAuNPs（金纳米粒子）样品引入到ICPMS-2030中测试单颗粒信号。统计单位时间内测得的信号个数，并计算引入到仪器中的粒子总数。建立颗粒数量浓度同信号个数线性关系能够实现对未知样品中颗粒数量的测定。 表1纳米粒子信号-浓度计统计结果对地表水样品进行加标测试，向地表水中加入20 nm，40 nm，80 nm AuNPs分散液以及40、80 nm AuNPs分散液混合后进行ICPMS-2030测试，绘制样品粒径分布图。 图2.地表水样中不同粒径金纳米粒子（AuNPs）ICPMS粒径测试分布 结 论 使用岛津ICPMS-2030分析测定了地表水中金纳米粒子（AuNPs），具有灵敏度高，前处理简便等特点，能够快速得到样品中纳米材料元素构成，颗粒大小以及颗粒浓度等信息，为纳米材料的分析提供了一个新的思路。 撰稿人：刘子辉

自单壁碳纳米管被发现以来，其优异的电学性能引起了广泛的关注。但是，现有方法制备的单壁碳纳米管都是金属性管和半导体性管的混合物，两种管的互相影响会降低彼此的器件性能。为使金属性管和半导体性管各尽其用，而不是互相影响进而降低彼此的器件性能，单壁碳纳米管的分离/富集就显得尤为重要，并成为本领域一个亟待解决的瓶颈问题。　　化学所有机固体院重点实验室与日本索尼公司先进材料实验室的科研人员合作，在单壁碳纳米管分离/富集领域取得了新进展，有关研究成果申请了发明专利并发表在近期的《先进材料》(Adv. Mater., 2009, 21, 813-816)上。　　他们采用实验室常用的化学气相沉积装置(图1)，在400摄氏度的高温下通入刻蚀性气体，从而实现了单壁管的选择性分离/富集。与当前广泛报导的溶液分离方法选择性反应(刻蚀)金属性碳管不同，这种气相刻蚀的方法选择性刻蚀半导体性单壁管(图2)，被刻蚀的碳管转化为二氧化碳气体排出装置外，而金属性单壁管则被保留在了装置内。本方法对于不同直径范围的半导体管均有选择性刻蚀作用，尤其是对于直径小于1.18 nm半导体管，刻蚀效率高达90%。此外，本方法还具有成本低廉，操作方便，易于规模化及对金属性碳管破坏性小等优点，为大规模富集金属性单壁碳纳米管提供了一个新的思路。北京大学物理系相关教授还利用密度泛函法对选择性刻蚀进行了理论计算。　　 　　图1 用于气相刻蚀的电炉装置　　 　　图2 选择性分离前后碳管样品的Raman 光谱(a，b)，及紫外可见近红外光谱(c，d)

日前，中科院科技战略咨询研究院国家纳米科学中心联合发布《纳米研究前沿分析报告》，报告内容显示，近年来，全球主要国家纳米技术研究投资不断加大，科研人员数量和相关企业数均大幅增加，在生物医药等新兴领域受到重视，并且纳米技术研究迈向新阶段，由单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米技术的应用和商业化。　　报告选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域分别进行分析，其中，纳米检测研究主要围绕量子点、贵金属纳米簇、上转换材料等纳米探针等技术以及纳米生物传感器几个方面开展。纳米生物和医学检测技术的热点主要集中在用于分子影像诊断的纳米探针技术 在贵金属纳米簇纳米探针研究高被引论文主要以核苷酸作为保护模板合成荧光银纳米簇探针的研究，以增加其稳定性，并将其用于核苷酸、汞离子及蛋白等的生物检测。　　在“测量表征”部分，报告指出，纳米测量表征技术主要有两个发展方向，即光干涉测量技术和扫描纤维测量技术。该领域的研究前沿共涉及高被引论文153篇，研究内容包括光谱测量研究、电子显微测量研究以及利用多种表征手段研究纳米材料的表面/界面等。其中光谱测量研究对超分辨成像、纳米尺度磁共振研究、表面等离激元共振(SPR)以及表面增强拉曼光谱(SERS)四个研究方向进行了分析，指出当前各研究技术主要进展及研究内容。此外，报告中指出，原位透射电子显微镜(insituTEM)技术实现了对物质在外部激励下的微结构响应行为的动态、原位实时观测。该方向的研究聚焦在利用原位透射电子显微镜技术对纳米电极材料的锂化和退锂化过程进行原位表征。报告全文如下：纳米研究前沿分析报告中国科学院科技战略咨询研究院国家纳米科学中心2017年8月　　《纳米前沿分析报告》编写组　　指导顾问　　国家纳米科学中心刘鸣华　　总体设计　　中国科学院科技战略咨询研究院冷伏海边文越　　国家纳米科学中心吴树仙　　各国计划分析　　中国科学院科技战略咨询研究院张超星　　研究前沿解读　　中国科学院科技战略咨询研究院王海名(锂电池、太阳能电池、测量表征)　　中国科学院科技战略咨询研究院邢颖(纳米药物、纳米检测、仿生纳米孔、纳米安全性)　　中国科学院科技战略咨询研究院边文越(纳米发电机、纳米催化)　　数据分析化与可视化图谱　　中国科学院科技战略咨询研究院李国鹏王小梅摘要　　纳米技术是具有广泛应用前景的战略性前沿技术。本研究采用内容分析、文献计量、图谱可视化等分析方法，结合专家和领域情报人员的研究，对美国、英国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚以及我国纳米技术的战略规划和发展布局进行了调研分析 基于高被引论文的共被引关系，形成纳米技术前沿科学图谱，揭示了纳米技术的前沿方向，对比了主要国家的高被引论文数量 并选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域分别进行了分析解读。研究得出以下结论：　　1.通过对比分析主要国家的纳米技术研发计划发现：(1)各国对纳米技术的信心普遍增强，资金投入和人员投入普遍加大 (2)各国将纳米技术列入促进国家经济发展和解决重要问题的关键技术领域，能源和生物医药等领域尤其受到重视 (3)纳米技术研发重心由最初单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米材料的应用和商业化 (4)各国通过公共研发平台、产业园区等方式，促进产学研合作及与其他领域的融合 (5)各国纷纷开展环境、健康、安全和伦理、限制等方式，社会研究以及国际标准和规范的制定，促进纳米技术相关产业被社会接受 (6)各国普遍重视纳米技术的基础教育和高等教育。　　2.基于科睿唯安公司EssentialScienceIndicators数据库中的11814个研究前沿，筛选出纳米领域研究前沿1391个，综合考虑论文的被引用情况和发表时间，遴选出41个热点前沿和37个新兴前沿。1391个研究前沿涉及高被引论文6639篇，美国和中国高被引论文数量遥遥领先于其他国家。　　3.美国在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”和“测量标准”7个前沿研究领域中高被引论文数量排名第一，在“锂电池”和“纳米催化”中高被引论文数量排名第二。我国在“锂电池”和“纳米催化”2个研究领域中高被引论文数量排名第一，在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米安全性”5个研究领域中排名第二，在“测量标准”中排名第四，在“纳米仿生孔”方面还有待提高。　　4.我国在纳米科技领域已形成一批达到世界领跑水平的优势研究方向和优秀团队。例如中科院化学所、南开大学、华东理工大学、北京大学等机构在太阳能电池领域，中科院大连化物所、中科院上海高等研究院和上海科技大学等机构在高效合成低碳烯烃领域，均取得突出成果。　　综观纳米研究的前沿分布和变化趋势，我们相信：纳米科技正在深入到科技与社会的变革领域，向绿色、健康等国际前沿和国家需求的大方向发展，中国在世界竞争格局中逐渐占据优势地位，并具有改变未来发展秩序的潜力。　　由于数据研究和专业水平的限制，本报告可能有些观点有待商榷，恳请各位专家读者批评指正。　　《纳米研究前沿分析报告》编写组　　2017年7月　　北京一主要国家纳米研究计划分析　　2001年，美国率先制定了《国家纳米技术计划》，英国、德国、俄罗斯、欧盟、中国、日本、韩国、印度、澳大利亚等国家随后也制定了本国或本地区的纳米技术发展计划。进入本世纪第二个十年，各国纷纷对原有计划进行了更新和调整。　　纵观各国纳米技术研发计划，既有共性又有各自的特色和侧重。共性之处至少包括以下6点：(1)对纳米技术的信心普遍增强，投资力度普遍加大，核心科研人员数量和相关企业数均大幅增加 (2)将纳米技术列入促进国家经济发展和解决关键问题的关键技术领域，在能源和生物医药等领域尤其受到重视 (3)研发重心由最初单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米材料的应用和商业化，纳米技术的研究走向了新的阶段 (4)通过公共研发平台、产业园区等方式，促进产学研合作及与其他领域的融合，缩短从“提案”到“产业化”的时间 (5)开展EHS(环境、健康、安全)和ELSI(伦理、限制、社会课题)研究以及国际标准和规范(ISO、IEC)的制定，促进纳米技术新型产业被社会接受 (6)重视纳米技术的基础教育和高等教育。　　在各自特色和侧重方面，首先各国计划的总体方向和实现目标不尽相同。作为纳米创新战略的领先者，美国的纳米战略和研究目标更为具体，近几年先后制定了关于碳纳米管研究、纳米纤维素商业化及纳米技术在水资源的可持续利用等使命导向型的研究计划。同时，其战略规划更致力于通过多学科融合解决一些重大挑战问题，例如2015年发布了《纳米技术引发的重大挑战：未来计算》项目。日本的战略规划强调利用纳米技术“尖端化”和“融合化”的已有成果，将那些能够应对社会需求的纳米技术进一步体系化，促进课题解决型研究的发展。韩国的战略规划在继续重视战略性纳米技术基础研究的前提下强调促进纳米技术产业化，实现信息技术融合型新兴产业、未来发展动力、整洁便利环境、健康长寿及安全放心的社会5大国家战略技术目标。德国的纳米研究计划将研究重点放在了对现有研究成果的有效转化上，希望借此能提高德国企业的竞争力。欧盟近几年的纳米技术战略计划侧重于石墨烯的研发和应用上，尤其是其在能源领域的应用。澳大利亚的纳米战略计划希望在已有研究实力基础之上实现能源、环境、健康、国家安全及振兴制造业等重大挑战性问题的解决。至于中国，除国家自然科学基金委外，其它相关机构没有设立单独针对纳米科学和技术的全谱规划。国家自然科学基金委的规划更偏重于基础研究，重在纳米制造和测量及机理/机制的研究，部分规划涉及应用领域，如能源、医药、环境等，但多数处于应用研究的最前端，离真正的商业化或者产业化还有较长距离。　　其次，各国计划中具体研究方向/领域也存在着显著的区别。本文选取了生物、环境、能源、器件与制造、测量、仪器设备、标准与安全7个领域进行比较分析，发现如下特点。　　1)生物领域：英国偏重于生物纳米技术的产业化，如建立纳米纤维的生产平台，设计纳米工厂等 中国较重视碳纳米材料的生物应用及具有免疫应答的生物医用材料的开发 澳大利亚偏重于人体仿生纳米器件的研究 印度希望利用纳米粒子开发抗虫害植物品种。俄罗斯、德国、韩国及欧盟等把纳米植入材料作为其重要的研究方向 美国、俄罗斯、澳大利亚、日本及印度等把纳米药物的靶向输送列为重点支持方向 美国、日本、德国等高度重视医学成像。　　2)环境领域：欧盟和德国将CO2的捕获和利用作为重要的研究方向，英国更为关注纳米材料对环境的毒性研究，日本把放射性物质的去除技术作为其战略方向之一，韩国较为重视大气净化纳米催化剂研究，中国较为重视极端环境材料的研发。美国、俄罗斯、英国、澳大利亚、日本等高度重视纳米材料水处理技术。　　3)能源领域：美国在纳米储能材料领域较为重视锂电池固体聚合物电解质、热自发电池等的研发，在纳米发电材料领域较为重视多孔固体氧化物燃料电池电解质及光伏发电增强材料的研发。欧盟重视柔性电池、轻型电存储及储氢系统的研发以及发展包括渗透能发电在内的新型可再生能源。俄罗斯较为重视太阳能电池、重型陶瓷磁铁及替代能源材料的研发，英国将研发重点放在了钙钛矿型电池模块化上，日本强调对高温超导输送电的研究，韩国主要部署了柔性电极、智能窗户及隔热元件等研究方向，澳大利亚较为重视安全动力电池和太阳能电池的研发，中国较为重视热电材料和长续航动力电池的研究。　　4)器件与制造领域：美国、俄罗斯和欧盟都将纳米传感器的研发列为其战略研究方向，美国和中国都很重视芯片的研发，欧盟和中国都将柔性智能器件、非易失性存储器列入研究方向。美国较为重视软物质制造技术，俄罗斯较为重视基于忆阻器的电子元件，欧盟较为重视基于石墨烯的集成电路、等离子体光开关及晶体管的研发，中国较为重视极低功耗器件和电路、3D打印、硅基太赫兹技术等。　　5)测量领域：美国关注异质材料的表征，欧盟重视选择性单分子探测，俄罗斯强调原子分辨率的材料表面成像系统，中国将重点研发具有极限分辨能力的表征和测量技术。　　6)仪器设备领域：欧盟和韩国在柔性显示器方面均有战略部署。美国、德国、欧盟、韩国、澳大利亚等重视功能探测器/传感器(如分子探测器、光电探测器、感应传感器)研究。欧盟较为重视利用太赫兹技术的相关器件的研发，德国则较为重视危险物质探测和救援人员防护设备的研发，俄罗斯较为重视对纳米机器人的研究，中国将纳米绿色印刷和纳米刻蚀作为重要的研究方向。　　7)标准与安全领域：美国强调了对石墨烯的监管及其对基因等的影响，德国重视应用纳米技术时的必要保护措施及对食品材料的创新研究，韩国提出要研究感染性生物物质检测与监测，中国更为重视纳米领域应用的重要标准和检测技术。美国、德国、韩国、中国关于纳米标准与安全领域的战略部署均涉及纳米材料的生物安全技术研究。二国际纳米研究前沿分析　　(一)数据、方法论及可视化图谱　　科睿唯安公司EssentialScienceIndicators(ESI)数据库基于高被引论文(Top1%)之间的共被引关系，聚类形成若干高被引论文簇，每一簇包括研究主题相同或相近的若干篇高被引论文，形成一个“研究前沿”。本报告以ESI数据库中的11814个研究前沿为基础，通过文献检索、专家遴选等方法筛选出和纳米研究相关的研究前沿1391个，涉及高被引论文6639篇。ESI数据获取时间为2016年1月，高被引论文发表时间为2008-2015年。　　为了可视化展现纳米研究前沿在全领域研究前沿中的分布，本报告以研究前沿为基本单元，基于文本向量空间相似性计算了研究前沿间的相似性，然后用OpenOrd布局算法将研究前沿映射到二维空间，得到基于研究前沿的科学全景图谱(图1)。图谱中的每个点代表一个研究前沿，研究前沿的相似度越高则点的距离越近。通过不同颜色区分研究前沿中纳米领域论文比例的高低。本报告发现，一般比例达到60%以上才能归为纳米领域研究前沿。图1基本反映了纳米研究前沿在全领域研究前沿中的分布情况。　　本报告对6639篇高被引论文的通讯作者国别情况进行了统计，如表1所示，美国和中国分居前两位，遥遥领先于其他国家。　　国家纳米科学中心组织专家对1391个研究前沿进行了命名。本报告按照“纳米制造”“纳米能源”“纳米生物”“纳米测量”对其进行分类，结果如表2所示，可视化图谱如图2所示。　　本报告采用文献计量学方法从1391个纳米研究前沿中遴选出热点前沿41个和新兴前沿37个(详见附录)。热点前沿的遴选主要考虑前沿的施引文献数量。根据表1中的分类，对每个类(包括“其他”类)中的研究前沿按照施引文献总量进行排序，提取排在前10%的最具引文影响力的研究前沿，再根据高被引论文出版年的平均值重新排序，找出那些“最年轻”的研究前沿。每个类分别选出10个热点前沿(不足10个，取全部前10%)，共计41个热点前沿。新兴前沿的遴选主要考虑组成前沿的高被引论文的时效性。首先选取高被引论文平均出版年在2014年1月之后的研究前沿，然后根据总被引频次从高到低排序，选取被引频次在60次以上的研究前沿，共计37个新兴前沿。　　(二)研究前沿分析解读　　本报告从“纳米能源”“纳米生物”“纳米制造”“纳米测量”四个大类中选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域进行分析解读。每个领域包括若干个研究前沿。　　1锂电池　　锂电池领域的研究前沿共涉及高被引论文413篇，研究内容主要围绕锂离子电池、聚合物锂电池、锂离子电池表征研究等。如表3所示，中国在该领域的高被引论文数量最多，具有显著的优势，美国和新加坡的高被引论文数量分列第2、3位。　　(1)锂离子电池　　a.负极材料　　硅基材料由于具有高化容量、相对较低的充放电平台及储量丰富等优点，是目前负极材料的研究热点之一。在该研究方向上，斯坦福大学崔毅团队表现突出，设计制备了核壳、空心硅纳米球、中空硅纳米管、硅纳米线阵列等不同结构，进一步优化了其电化学性能。美国西北大学黄嘉兴研究团队的表现也较为抢眼，其研究聚焦在利用石墨烯改进硅基负极材料的相关性能。　　常温下，锗拥有比硅更高的电子电导率和锂离子扩散率，因此锗是高功率锂离子电池负极材料强有力的候选者。目前，研究人员尝试制备各种锗纳米结构材料以改进其电极性能。韩国学者Park等获得了零维的空心锗纳米颗粒以及三维的多孔锗纳米颗粒，显示出较好的循环性能。　　金属锡作为锂离子电池负极材料时的理论容量高达994mAh/g，但其容量易迅速衰减、循环性能差。近年来研究人员开发出一系列纳米颗粒、纳米管、纳米片、纳米纤维、多孔结构等多种形貌的锡氧化物的合成与制备方法，显著改善了其循环性能和倍率性能。中国科学院、南京师范大学、上海交通大学、浙江大学等在该研究方向表现较为突出。　　二氧化钛是有望替代石墨电极的锂离子电池理想负极材料。近年来，研究人员围绕不同形貌纳米结构的TiO2负极材料进行了大量的研究工作。新加坡南洋理工大学楼雄文研究团队在该方向表现突出，通过将TiO2和高导电性的石墨烯复合，获得了具有较高的可逆比容量、优异的循环和倍率性能的复合材料。复旦大学、中科院金属所、上海交通大学等均在该方向也取得了若干突破。　　氧化铁由于其理论容量高、资源丰富、价格便宜等优势吸引了研究人员的极大关注。新加坡南洋理工大学楼雄文研究团队对α-Fe2O3应用于锂电池负极材料进行了大量研究，团队制备的α-Fe2O3纳米管、α-Fe2O3纳米盘，其中空和多孔的结构一方面增加了储锂空间，提高了嵌锂容量，另一方面对充放电过程中电极材料的体积变化均有缓解作用，从而显示出较优异的电化学性能。　　其他获得了较多研究的可用作锂离子电池负极材料的金属氧化物还包括氧化钼、铜氧化物、氧化钴、氧化锰等。研究人员通过制备纳米结构的过渡金属氧化物、与导电聚合物复合、与金属复合等改善电极材料的电化学性能。浙江大学涂江平教授团队、新加坡南洋理工大学楼雄文团队、中科院物理所李泓研究员团队等均发表了多篇高被引研究论文。　　石墨烯具有很高的杨氏模量和断裂强度，同时还具有很高的电导率和热导率、优异的电化学性能以及易功能化的表面，这些特点都使石墨烯成为锂离子电池负极材料的首先研究材料。中国在该领域表现突出，主要研究机构有南开大学、复旦大学、中科院化学所、国家纳米科学中心、中科院上海硅酸盐所、上海大学、浙江大学等。国外方面，美国西北大学、新加坡南洋理工大学、澳大利亚卧龙岗大学等也在该研究领域表现活跃。　　二维MoS2纳米片作为锂离子电池负极材料时显示了较高的电化学储锂容量和较好的循环性能。中国研究人员在该领域较为活跃，浙江大学陈卫祥教授研究团队通过多种手段制备了MoS2/石墨烯复合材料并用作锂离子电池负极材料，不仅具有较高的可逆容量，而且其循环稳定性和倍率性能也十分优异。　　b.正极材料　　最具代表性的正极材料LiFePO4是目前锂离子电池正极材料研究的热点领域，研究人员致力于研究利用碳包覆、导电金属离子包覆、金属离子掺杂和电极材料纳米化等方法提高LiFePO4的性能。改性后LiFePO4的放电容量、高倍率放电性能、循环性能均获得了不同程度的提升。中国科学院、复旦大学、中南大学等国内研究机构在该领域表现活跃。　　c.隔膜材料　　该方向的高倍引论文集中在系统研究包含二氧化硅、三氧化二铝涂层的聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯等新型锂离子电池隔膜材料对锂离子电池的容量、循环性能和倍率放电性能的影响方面。韩国在该研究方向表现较为突出。　　d.机理研究　　随着锂离子电池研究的日益兴起，对锂离子电池电极材料机理的探索也愈发受到关注和重视。美国桑迪亚国家实验室黄建宇(已经全职加入燕山大学)研究团队在该领域的表现较为突出。浙江大学、中国科学院等在该领域也发表了多篇高被引论文，但多为合作研究。　　e.柔性锂离子电池　　中科院金属所、半导体所、中国科技大学、北京大学、中南大学、中山大学等在该方向的研究主要聚焦在利用石墨烯泡沫为集流体装载氧化铁和钛酸锂等材料改进柔性锂离子电池的性能以及开发基于碳纳米管的柔性电极材料等。　　(2)锂硫电池　　锂硫电池具有巨大理论容量和能量密度优势，但在实际应用中还存在室温下的电导率极低、充放电过程中正极硫材料容易流失等技术瓶颈。清华大学张强教授研究团队在锂硫电池领域表现最为突出，提出具有自分散特性的石墨烯-碳纳米管杂化物、柱撑石墨烯等纳米碳材料担载活性材料，进而获得高面容量的高效正极。加拿大滑铁卢大学Nazar团队、斯坦福大学崔毅团队、德克萨斯大学奥斯丁分校Manthiram团队较为活跃。　　(3)锂空气电池　　锂空气电池的能量密度预计高达600Wh/kg，但面临稳定性、效率、实用性和安全性等挑战。麻省理工学院YangS.H.研究团队通过化学气相沉积过程为存储固体氧化锂提供了更多孔隙，因此提升了锂空气电池的能量密度 开发出Au-Pt合金纳米催化剂，将锂空气电池的充放电效率提升至77%。　　2太阳能电池　　太阳能电池领域的研究前沿共涉及高被引论文516篇，研究内容主要围绕量子点敏化太阳能电池、有机太阳能电池、无机太阳能电池等。如表4所示，美国在该领域的高被引论文数量最多，中国位列第二，与美国的差距较小。韩国、英国在高被引论文数量方面处于第二梯队，与美国和中国相比有明显差距。　　太阳能电池按照制作材料和发展历程可以分成三代：第一代太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅的硅基太阳能电池 第二代太阳能电池主要是非晶硅和多元化合物的薄膜太阳能电池，如GaAs、CdS、CdTe、铜铟镓硒等材料 第三代太阳能电池同时具有绿色环保、成本低廉、转化效率高等特点，主要包括有机聚合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。　　(1)量子点敏化太阳能电池　　量子点敏化太阳能电池(QDSCs)因其制备成本低、工艺简单及量子点本身的优异性能(如尺寸效应、多激子效应)等优点，近年来受到广泛关注。加拿大多伦多大学SargentE.H.研究小组、美国国家可再生能源实验室NozikA.J.研究小组以及华东理工大学钟新华教授团队在该方面较为突出。2012年，Sargent小组实现了迄今为止红外量子点电池的最高能量转化效率7%。2013年，华东理工大学钟新华课题组合成了基于CdSeTe的量子点，获得了高达6.36%的光电转换效率。2015年，该团队通过对TiO2/CdSeTe表面依次沉积ZnS和SiO2，获得8.21%的认证效率。　　(2)有机太阳能电池　　a.钙钛矿太阳能电池　　2013年以来，以钙钛矿相有机金属卤化物(CH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I))作为吸光材料的薄膜太阳电池(简称钙钛矿太阳电池，PSCs)因其兼具较高的光电转换效率和潜在极低的制备成本等优点引起学术界的高度关注?PSCs光电转化效率的快速提高使得PSCs被Science评为2013年十大科学突破之一?　　瑞士洛桑联邦理工学院Grä tzelM、牛津大学Snaith,H.J.、韩国成均馆大学ParkN.G.等研究团队在钙钛矿太阳能电池领域取得了一系列重大成果，目前在PSCs研究领域处于领先地位。2011年韩国成均馆大学Park课题组优化了TiO2表面和钙钛矿的制作工艺，将PSCs效率提高到6.5%?2012年牛津大学Snaith课题组提出了“介孔超结构太阳电池”的概念，使PSCs效率首次达到10.9%?2013年，Grä tzel课题组和牛津大学Snaith课题组将PSCs效率提高到15%和15.4%?年仅30余岁的牛津大学青年科学家Snaith也因此被Nature评为2013年十大科学人物之一。和英国、瑞士、韩国等相比，中国在该研究方向的高被引论文相对较少。　　b.染料敏化太阳能电池　　20世纪60年代，德国科学家Tributseh等首次发现了染料吸附在半导体上在一定条件下能产生电流，成为染料敏化太阳能电池的重要基础。　　瑞士洛桑联邦理工学院的Grä tzelM为染料敏化太阳能电池领域的发展做出了一系列重要贡献。2011年，Grä tzel等制备出光电效率为12.3%的电池 2014年，课题组再次刷新染料敏化太阳能电池效率，达13%。除此之外，Grä tzel研究团队在染料光敏化剂、电极等方面也取得了一系列重大成果。中国研究人员在该领域也有突出表现，代表性的研究团队包括中国海洋大学唐群委团队、中山大学匡代彬团队、中科院长春应化所王鹏团队、大连理工大学马廷丽团队等。唐群委研究团队在导电聚合物方面做了很多有意义的工作，采用基于高氯酸掺杂的聚苯胺纳米颗粒制成染料敏化太阳能电池用对电极，获得了大于7%的光电转化效率。匡代彬研究团队在特殊形貌TiO2在染料敏化太阳能电池中的应用以及光电极研究方向取得了一系列成果。2009年，王鹏课题组率先研制出转化效率达9.8%的染料敏化太阳能电池。　　c.聚合物太阳能电池　　与硅基太阳能电池相比，聚合物太阳能电池具有器件结构简单、重量轻、可低成本大规模制备等突出优点。根据受体情况，聚合物太阳能电池可以划分为基于富勒烯受体的聚合物太阳能电池、基于非富勒烯小分子受体的聚合物太阳能电池、全聚合物太阳能电池等。　　基于富勒烯的聚合物太阳能电池的研究主要集中在以受体材料C60衍生物PCBM和给体材料导电聚合物聚己基噻吩(P3HT)混合作为光活性层而形成的体相异质结结构。英国帝国理工学院、美国能源部、加州大学系统、斯坦福大学、中科院化学所李永舫院士等在该研究方向表现活跃。　　发展高性能的非富勒烯受体是有机太阳能电池领域的挑战性难题。中国和美国是非富勒烯聚合物电池研究方向的主要研究国家。北京大学占肖卫团队率先提出了稠环电子受体的概念，设计合成了一系列高性能有机稠环电子受体材料，取得了一系列重大突破。2015年，该课题组报道了效率高达6.8%的非富勒烯聚合物太阳能电池。2016年，该团队报道的电池效率达9.6%，刷新了世界最高效率。中科院化学所侯建辉团队也是该研究方向最为活跃的研究团队之一。2016年，该研究团队在小面积非富勒烯型聚合物太阳能电池器件(13mm2)中取得了创纪录的11.2%的能量转换效率，使非富勒烯型聚合物太阳能电池效率达到了富勒烯受体的最好水平。　　在全聚合物太阳能电池方面，中科院化学所李永舫团队表现活跃。2015年，该团队将全聚合物太阳能电池的能量转换效率提高到8.27%。　　除上述外，2016年，南开大学陈永胜研究团队利用寡聚物材料的互补吸光策略构建了一种具有宽光谱吸收特性的叠层有机太阳能电池器件，实现了12.7%的光电转化效率，创造了当时文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的最高纪录。　　(3)无机太阳能电池　　a.表面等离激元(surfaceplasmon)增强太阳能电池　　加州理工学院AtwaterH.A.研究团队是该研究方向的主要开拓者。2010年，AtwaterH.A.等指出在保证活性层厚度不增加的情况下等离激元纳米结构存在三种有效提高活性层吸收的光捕获策略。基于上述光捕获策略，表面等离激元太阳能电池己取得了很大进展，短路电流密度、功率转换效率等参数均实现了大幅提升。　　b.化合物薄膜太阳能电池　　薄膜太阳能电池的种类较多，主要类型包括碲化镉、砷化镓、铜铟硒(CIS)、铜铟镓硒(CIGS)、铜锌锡硫(CZTS)等薄膜太阳能电池。2010年，德国太阳能和氢能研究中心研究的铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池的光电转化率达到20.3%。2011年，美国国家可再生能源实验室研制的小面积GaAs薄膜太阳能电池实现了28.3%的光电转换效率。在该研究方向，美国的研究实力较为突出，知名研究机构包括加州大学系统、IBM公司、劳伦斯伯克利国家实验室等 中国科学院、香港中文大学、华东师范大学等国内机构也表现活跃。　　3纳米发电机　　纳米发电机领域的研究前沿共涉及高被引论文有32篇，研究内容主要分布在摩擦纳米发电机和压电纳米发电机两个研究方向。如表5所示，该领域的高被引论文基本都来自美国，其中25篇来自美国佐治亚理工学院教授、中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长王中林院士。　　发电机原理主要有电磁、压电、热电和静电四种类型。纳米发电机主要采用压电和静电(即摩擦)两条技术路线。在纳米发电机发展过程中，王中林院士做出了重要开创性贡献。2006年，王中林课题组首次报道了压电纳米发电机，利用压电极化电荷和所产生的随时间变化的电场来驱动电子在电路中的流动。2012年，王中林课题组首次报道了摩擦纳米发电机，利用两种不同材料接触所产生的表面静电荷所导致的随时间变化的电场来驱动电子的流动。迄今为止，摩擦纳米发电机已发展至四种工作模式(垂直接触-分离、水平滑动、单电极、独立层)，输出功率密度从每平方米3.67毫瓦飙升至300多瓦，可将日常环境中的各种机械能转化为电能，作为微纳电源为微小型设备供电，作为自驱动传感器用于健康监测、生物传感、人机交互等。最近，王中林课题组致力于将摩擦纳米发电机用于收集海洋能，并首次用于设备仪器(质谱仪)中。除了应用研究，王中林院士还论证了纳米发电机的理论源头来自于麦克斯韦的位移电流的第二项，并由此推导出压电纳米发电机和摩擦纳米发电机的基本输运方程。　　压电纳米发电机虽然发明较早，但过低的输出电流限制了其发展和应用。核心材料从最初的ZnO纳米线，正在朝BaTiO3、PZT等钙钛矿型材料、PVDF聚合物材料、MoS2等二维材料等方向发展，结构既有一维纳米线、纳米纤维，也有二维平面薄膜。　　4纳米药物　　纳米药物领域的研究前沿共涉及高被引论文488篇，研究内容主要围绕纳米药物载体与药物递送、肿瘤治疗纳米药物、抗菌治疗纳米药物等。如表6所示，在高被引论文数量方面，美国最多，中国排名第二，美国和中国的表现明显优于其他国家。　　近年来，纳米材料和纳米技术越来越多地进入到临床应用阶段。经临床实践证实，根据纳米材料对肿瘤细胞和肿瘤组织靶向性的特性设计出的纳米药物能明显改善肿瘤治疗。其中，肿瘤光热治疗技术作为一种新型的治疗策略，已经在肿瘤治疗方面引起了高度关注。早期的光热治疗主要通过高热量来直接破坏、消除肿瘤细胞。近年来很多研究者发现这些纳米材料产生的热除具有直接杀伤肿瘤细胞的作用外，还可通过抑制肿瘤转移、克服化疗耐药从而发挥抗肿瘤作用。目前研究较多的光热材料以金纳米材料为主，研究内容主要围绕金纳米棒、金纳米笼等金纳米材料的肿瘤光热治疗，及光声成像-光控释放-光热治疗化疗等纳米金多手段多功能的诊疗一体化研究。2008年，美国佐治亚理工学院El-SayedMA团队利用金纳米棒对小鼠鳞状上皮细胞癌进行等离激元光热治疗，论文被引521次。2012年，国家纳米科学中心陈春英和吴晓春团队把介孔二氧化硅包被的金纳米棒用于肿瘤的成像、化疗和热疗，论文被引395次。其他知名机构包括美国德克萨斯大学安德森癌症中心、美国华盛顿大学以及我国东华大学、苏州大学、哈尔滨工程大学和南京大学等。　　纳米药物载体与药物递送方向近年发展迅速。主要用于药物载体的纳米材料包括纳米脂质体、聚合物胶束、纳米囊和纳米球、纳米磁性颗粒、介孔二氧化硅纳米粒等。氧化石墨烯具有良好的生物相容性、易于表面功能化，其巨大的比表面使它具有超高载药率。2008年美国斯坦福大学戴宏杰教授团队率先报道了利用氧化石墨烯作为难溶性含芳香结构抗癌药物的载体，其具有良好的水溶性，可用于难溶性药物的增溶，并可有效杀伤肿瘤细胞。两篇相关论文分别被引用达1789和1533次。其中介孔二氧化硅因多孔性、比表面积大、便于修饰性、毒性低等特点，得到广泛应用，具有极大的发展前景。相关核心论文主要围绕介孔二氧化硅的合成、特性及癌症治疗等生物医药应用。主要研究团队包括美国加州大学洛杉矶分校ZinkJeffreyI.和NelAndreE.团队、美国西北大学StoddartJ.Fraser团队、中科院理化所唐芳琼团队、芬兰埃博学术大学SahlgrenCecilia团队、美国新泽西州立大学MinkoTamara团队、美国爱荷华州立大学Vivero-EscotoJuanL.团队、福州大学杨黄浩团队、新加坡南洋理工大学ZhangQuan和ZhaoYanli团队等。其中NelAndreE.团队关于siRNA修饰的负载抗癌药物的介孔二氧化硅纳米输运体系以克服肿瘤多重耐药性的研究被引用455次。　　脂质体近年来也是给药系统研究领域中的研究热点，已经在许多方面显示出其潜在的应用价值，知名研究机构包括美国哈佛大学、美国德州大学奥斯丁分校、澳大利亚哥廷理工大学以及我国南京大学等。　　5纳米检测　　纳米生物和医学检测领域的研究前沿共涉及高被引论文325篇，研究内容主要围绕量子点、贵金属纳米簇、上转换材料等纳米探针技术以及纳米生物传感器。如表7所示，在高被引论文数量方面，美国最多，中国排名第二，美国和中国的表现明显优于其他国家。　　纳米生物和医学检测技术的热点主要集中在用于分子影像诊断的纳米探针技术。纳米探针具有影像信号强度大、靶向效果好、代谢动力学可控等显著的优点。近年来，基于贵金属纳米材料(金、银等纳米颗粒)、量子点、上转换荧光纳米颗粒的荧光纳米探针迅速发展，成为纳米生物医学检测领域的前沿热点。　　在贵金属纳米簇纳米探针研究方向上，高被引论文主要研究以核苷酸作为保护模板合成荧光银纳米簇探针，以增加其稳定性，并将其用于核苷酸、汞离子及蛋白等的生物检测。美国佐治亚理工学院DicksonRobertM.团队、美国阿拉莫斯国家实验室MartinezJenniferS.团队和中国科学院长春应用化学所汪尔康院士团队在该研究方向较为突出。　　在量子点纳米探针研究方向上，美国海军实验室生物分子科学工程中心MattoussiHedi、MedintzIgorL.团队的高被引论文主要研究量子点共振能量转移，斯坦福大学戴宏杰团队和中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌团队的高被引论文主要研究Ag2S量子点应用于近红外影像，福州大学池毓务团队的高被引论文主要研究功能化碳量子点，南开大学严秀平团队的高被引论文主要研究ZnS量子点。　　在纳米生物传感器研究方向上，斯坦福大学鲍哲南团队、加州大学伯克利分校JaveyAli团队、首尔大学PangChanghyun团队、中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽团队等主要研究用于电子皮肤压力传感的生物传感器，美国西北太平洋国家实验室林跃河团队、康涅狄格大学RuslingJamesF团队、中国西南大学袁若团队、清华大学李景虹团队、南京大学朱俊杰团队等主要研究免疫生物传感器。　　6仿生纳米孔　　仿生纳米孔道领域的研究前沿共涉及高被引论文45篇，研究内容主要集中在利用纳米孔进行生物大分子分析识别的基础研究和应用研究。如表8所示，美国在该领域具有非常显著的研究优势，高被引论文有23篇，超过了总数的一半 英国和德国分别有8篇和4篇高被引论文，分列2、3位 中国只有1篇高被引论文。　　上世纪90年代，科学家提出了将单链DNA拉过蛋白孔，检测碱基穿过时电导的微小改变，进而实现纳米孔DNA测序的设想。进入21世纪后，越来越多的科研人员致力于该领域研究，让纳米孔测序成为现实，研究成果也逐步向商业实用方向迈进。开发的纳米孔类型主要包括生物纳米孔和固态纳米孔等，测序主要包括核酸测序(主要是DNA测序)和蛋白质分析等。　　生物纳米孔利用天然生物学通道，如α-溶血素结构和耻垢分支杆菌孔蛋白A(MspA)等。牛津纳米孔技术(OxfordNanpore)公司BayleyHagan团队开发了可商业化的α-溶血素生物纳米孔。2009年，该公司发表论文《单分子纳米孔DNA连续碱基测序》，实现了碱基连续测定，准确度平均为99.8%。该文被引用677次，是本领域被引频次最高的论文。此后，牛津纳米孔技术公司推出了商业化的纳米孔测序仪——MinION和GridION。基于纳米孔的单分子DNA读取技术不再需要光学检测和同步的试剂洗脱过程，也被称为第四代测序技术，相比更早的测序技术有着更快的数据读取速度和更大的应用潜能。　　2010年，美国华盛顿大学的JensGundlach首次证明，耻垢分支杆菌孔蛋白A可用于DNA测序，并与阿拉巴马大学微生物学家MichaelNiederweis合作证明MspA孔隙结合“棘轮系统”便可读取短DNA序列。2012年，该团队又一次利用MspA和噬菌体Phi29聚合酶相结合，实现单核苷酸的分辨率和DNA易位控制，该成果推动了长期以来生物纳米孔遇到的两个主要障碍的解决。同年，美国加州大学圣克鲁兹分校MarkAkeson团队也利用MspA和Phi29聚合酶相结合，使DNA正向和反向棘轮以每秒2.5-40个核苷酸的速度通过纳米孔实现实时单核苷酸分辨率的检测。　　生物纳米孔在稳定性、持久性等方面存在不足，难以满足持续的大规模测序的需求。随着微加工技术的不断进步，固态纳米孔应运而生。人工制备的固态纳米孔具有孔径稳定、物化性能良好、具有低成本、高读长、易集成等的优点，被认为是下一代纳米孔技术。固态纳米孔的材料主要是石墨烯、氮化硅、硅、金属氧化物等。　　石墨烯在检测DNA上具有出色的潜力。哈佛大学JeneGolovchenko团队和美国麻省理工学院的研究人员2010年在nature上发表论文证实石墨烯可以制成人工膜材料进行DNA测序，指引了石墨烯纳米孔DNA检测的方向。哈佛大学JeneGolovchenko团队制备了与DNA分子的直径紧密匹配的石墨烯纳米孔，发现其对DNA具有非常好的灵敏度和分辨率。荷兰代尔夫特技术大学科维理纳米科学研究所的Dekker,C团队将石墨烯薄片放置在氮化硅膜的微孔上并使用电子束在石墨烯中钻出纳米尺寸的孔来获得纳米孔。在其他仿生纳米孔材料方面，德国慕尼黑工业大学、美国哥伦比亚大学的研究人员利用氮化硅修饰纳米孔，阿根廷拉普拉塔国立大学的研究人员利用聚(4-乙烯基吡啶)大分子构建块修饰固态纳米孔，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员将亚纳米厚度的单层或几层厚的剥离的二硫化钼(MoS2)固定在氮化硅纳米孔上，均可以改善DNA的分析。　　同时，纳米孔的检测物范围也不断扩大，从DNA发展到RNA、蛋白质、金纳米颗粒和有毒分子等的分析。如牛津大学BayleyHagan团队、美国加州大学圣克鲁兹分校MarkAkeson团队和荷兰代尔夫特技术大学科维理纳米科学研究所的Dekker,C团队等利用生物纳米孔开展蛋白检测，研究的重点是蛋白质解折叠和易位问题。此外，美国宾夕法尼亚大学Drndic,M和Wanunu,M团队利用薄的纳米孔快速检测小RNA分子。英国东英吉利大学利用牛津纳米孔技术公司开发的MinION纳米孔平台测序鉴定细菌抗生素抗性岛的位置和结构。　　7纳米安全性　　纳米安全性领域的研究前沿共涉及高被引论文157篇，研究内容主要围绕纳米物质和生物体及环境的相互作用，着重研究纳米物质的物理化学特性等与生物学毒性效应之间的关系。如表9所示，美国在该领域的高被引论文数量最多，有59篇，明显高于其他国家 中国在该领域的高被引论文数量排在第2位，有25篇。　　碳纳米管、介孔二氧化硅、石墨烯等纳米材料在医学检测、纳米药物递送、纳米治疗等方面开辟了新的应用途径。同时，关于其生物安全性、毒性的研究也逐渐引起关注。该领域研究前沿的高被引论文的主要分为两个研究方向：纳米材料对人体健康的风险研究和纳米材料的环境风险研究。健康风险研究主要围绕肺毒性、皮肤毒性、细胞毒性、生物相容性等，关注的主要纳米物质包括碳纳米管、纳米锌、纳米银、石墨烯、介孔纳米二氧化硅、纳米二氧化钛和纳米金等。环境风险研究主要围绕环境释放、环境归趋、生态毒理学、生物降解、植物吸收等。　　纳米银的毒性作用研究包括纳米银颗粒的细胞毒性、遗传毒性、发育毒性、炎症反应及毒性作用机制，纳米银在生物体内的分布动力学，纳米银对癌细胞系增殖和凋亡的影响等。新加坡国立大学ValiyaveettilS教授团队2009年发表的论文《银纳米粒子对人体细胞的细胞毒性和遗传毒性》被引用1153次。此外，韩国环境及商品检测研究所、美国空军研究实验室、荷兰国家公共卫生和环境研究院等研究机构也有高被引论文贡献。　　碳纳米管的安全性研究包括单壁/多壁碳纳米管的生物相容性、体内分布循环、细胞内吞、慢性毒性、间皮损伤和致癌性、毒性的影响因素(如长度、尺寸依赖性)等。2008年，苏格兰爱丁堡大学DonaldsonK团队研究发现石棉状长碳纳米管可能导致小鼠产生一种以往由石棉引起的恶性间皮瘤，该论文被引用1329次。此外，美国斯坦福大学、麻省理工大学和美国国家职业安全卫生研究所、德国巴斯夫公司和拜耳公司、我国北京大学等也有高被引论文贡献。　　介孔二氧化硅材料的生物安全性研究包括介孔二氧化硅纳米材料的生物相容性、生物分布、细胞毒性和溶血活性的影响因素(如尺寸、形状、表面效应)等，中科院理化所唐芳琼团队表现较为突出。　　纳米金颗粒的体内分布研究主要集中在金纳米颗粒在生物体内的分布、累积及粒径和表面电荷等影响因素研究，主要研究机构包括德国环境健康研究中心等。　　纳米材料释放进入环境的估算与环境影响评价研究包括纳米材料在环境多介质中的分布、在环境中的排放、归趋建模等，主要研究机构包括瑞士联邦材料科学与技术实验室等。　　氧化石墨烯的毒性作用及安全性评价研究集中在氧化石墨烯的毒性作用与生物安全性研究方面，来自中国和美国的研究机构比较活跃。　　8纳米催化　　纳米催化领域的研究前沿共涉及高被引论文303篇，研究内容围绕纳米催化剂的制备和应用展开。如表10所示，我国在该领域的高被引论文数量排名第一，所占份额超过1/3，反映出我国近年来在纳米催化领域具有较强的研究优势。美国的高被引论文数量排名第二，所占比例接近1/4。其余国家高被引论文数量相对较少。　　纳米催化剂通常由活性组分和载体两部分组成。常见的活性组分包括金属(及其化合物)、半导体、碳基材料(石墨烯、碳纳米管、石墨相C3N4等)等。尺寸、形貌、结构、组成等是影响活性组分催化活性的重要因素。出于成本考虑，活性组分的总体研究趋势是在保证活性的前提下，尽量减少贵金属的使用，用储量丰富、价格低廉的普通金属或者非金属材料替代贵金属。常用的载体包括氧化物(SiO2、TiO2、Fe3O4等)、碳基材料(石墨烯、碳纳米管、石墨相C3N4等)、多孔材料(沸石、介孔材料、金属有机框架化合物等)等。载体不仅为活性组分高度分散提供了表面，而且还可以参与催化过程，例如促进光生电荷分离等。对于多孔载体，孔道的限域可以起到择形催化作用。由于易于分离回收，磁性可回收载体近年发展迅速。　　纳米催化的特点介于均相催化和非均相催化之间。中科院大连化物所张涛院士团队首次发现单原子催化剂具有与均相催化剂相当的活性，从实验上证明单原子可能成为沟通均相催化与多相催化的桥梁。　　纳米催化的反应类型大致分为传统催化、电催化和光催化三类。在传统催化中，C1化学占据重要位置，包括费托合成、甲烷转化、CO氧化、CO2还原、甲醇氧化等。近年来，我国C1化学取得一系列重大突破。中科院大连化物所包信和院士团队构建了硅化物晶格限域的单中心铁催化剂，成功地实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品。包信和院士团队还利用自主研发的新型复合催化剂，创造性地将煤气化产生的合成气高选择性地直接转化为低碳烯烃，乙烯、丙烯和丁烯的选择性大于80%，突破了费托合成低碳烯烃选择性最高58%的极限。中国科学院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队自主研发了暴露面为{101}和{020}晶面的Co2C纳米平行六面体结构催化剂，实现了温和条件下(250oC、1~5个大气压)合成气高选择性直接制备烯烃，低碳烯烃选择性可达60%，总烯烃选择性高达80%以上，烯/烷比可高达30以上。　　在电催化中，燃料电池和金属-空气电池的阴极氧还原反应是研究重点之一。铂是重要的氧还原反应电催化剂。受铂成本高等缺点影响，催化剂一方面朝着减少铂的用量方向发展，采用二元或三元合金的形式，例如Pt-Fe、Pt-Co、Pt-Fe-Cu等。另一方面朝着非铂催化剂方向发展，例如钯及其合金，以及氮掺杂的碳材料(石墨烯、碳纳米管)等。电解水是另一类重要的电催化反应，新型析氢催化剂包括硫化钼化合物(MoS2、MoS3等)、氮掺杂的碳纳米管封装的金属催化剂等，新型析氧催化剂包括氮掺杂的石墨烯等。美国斯坦福大学戴宏杰团队制备的Co3O4/氮掺杂石墨烯电催化剂同时具有很高的氧还原和析氧活性，文章被引次数超过1900次。二氧化碳的转化也是研究热点，中国科学技术大学谢毅院士团队采用新型钴基电催化剂，将二氧化碳高效清洁转化为液体燃料，得到国际同行高度评价。　　在光催化中，水和空气中污染物的降解是研究重点之一，常用的催化剂包括TiO2等半导体、BiOX(X=Cl,Br,I)、Ag/AgX(X=Cl,Br,I)、石墨相C3N4等。二氧化碳还原制甲烷、甲醇等碳氢燃料正处于研究热点，在减少温室气体的同时还可提供替代能源，常用催化剂包括TiO2等半导体、Ag/AgX(X=Cl,Br,I)、金属有机框架化合物、石墨烯、石墨相C3N4等。光解水一直是光催化研究的重要课题，国家纳米科学中心宫建茹研究员和武汉理工大学余家国教授合作制备的石墨烯负载CdS光解水制氢催化剂很受高度关注，文章被引次数超过1000次。　　9测量表征　　纳米测量表征技术主要是指纳米尺度和精度的测量技术。近十几年来，随着测量技术的飞速发展，至今已经出现了多种可以实现纳米测量的技术和仪器。近期纳米级测量技术主要有两个发展方向，即光干涉测量技术和扫描显微测量技术。　　纳米测量表征领域的研究前沿共涉及高被引论文153篇，研究内容包括光谱测量研究、电子显微测量研究以及利用多种表征手段研究纳米材料的表面/界面等。如表11所示，美国在该领域的高被引论文数量最多，德国和英国分列第2、3位，中国在高被引论述数量方面与美国相比有明显差距。　　(1)光谱测量研究　　a.超分辨成像　　近年来随着超分辨荧光显微术的兴起，研究人员研制了多种突破衍射极限的超分辨光学显微镜，分辨率可达约20nm左右，某些情况下甚至可小于2nm。这些超分辨显微镜主要分为两类：一类以StefanW.Hell发明的受激辐射耗尽(STED)显微镜为代表，通过调制光照明方式来实现超分辨 另一类是基于单分子定位的超分辨显微镜，通过对具有光开关功能的荧光基团进行单分子成像和定位而实现，光活化定位显微术(PALM)技术、随机光学重构显微术(STORM)技术、荧光活化定位显微术(fPALM)技术均是这一技术方向的研究热点。2014年诺贝尔化学奖授予发展超分辨率荧光显微成像技术的3位科学家，分别是美国霍华德· 休斯医学研究所教授EricBetzig(PALM技术)、德国马克斯普朗克生物物理化学研究所教授StefanW.Hell(STED技术)和美国斯坦福大学教授WilliamE.Moerner。　　b.纳米尺度磁共振研究　　当前通用的磁共振谱仪受制于探测方式，其成像分辨率仅为毫米级。纳米尺度弱磁探测技术将磁共振技术的研究对象推进到单分子，成像分辨率提升至纳米级。　　2008年，德国斯图加特大学Wrachtrup团队和美国哈佛大学Lukin团队首次报道了利用金刚石中的氮-空位色心(NV)进行纳米尺度弱磁探测的工作，开创了纳米测磁研究方向。此外，哈佛大学Yacoby研究团队、Walsworth研究团队，中国科技大学杜江峰研究团队均是该方向中最为活跃的研究团队。2008年以来，杜江峰研究团队陆续取得了微波场的百纳米级分辨率矢量重构、绘制世界首张单个生物分子的磁共振谱等重大研究突破。　　c.表面等离激元共振(SPR)　　光(或电磁波)与金属纳米粒子相互作用能够在纳米尺度范围聚焦很强的电磁能量，突破传统光学中的衍射极限，即表面等离激元共振(SPR)现象。该方向的研究主要集中在氧化钨、硫化铜、硒化铜、金纳米颗粒、多种胶体纳米颗粒的表面等离激元共振和局域表面等离激元共振性质研究以及基于表面等离激元光镊系统对金属纳米颗粒和生物分子的稳定捕获和动态操控能力研究等。　　d.表面增强拉曼光谱(SERS)　　当分子接近或吸附在贵金属纳米材料表面时，其拉曼信号能被放大多个数量级，因此近年来表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种快速、灵敏的检测技术已获得广泛认可。该方向的研究主要聚焦在基于纳米材料(主要是金纳米粒子)的拉曼基底的研发以及SERS在生物检测领域的应用。美国杜克大学和西班牙维戈大学在该方向研究较为活跃。　　(2)电子显微测量研究　　原位透射电子显微镜(insituTEM)技术实现了对物质在外部激励下的微结构响应行为的动态、原位实时观测。该方向的研究聚焦在利用原位透射电子显微镜技术对纳米电极材料的锂化和退锂化过程进行原位表征。美国能源部桑迪亚国家实验室黄建宇(已经全职加入燕山大学)研究团队在该研究方向非常活跃。黄建宇等人首次实现了在透射电子显微镜下搭建锂离子电池体系，研究纳米线在锂化过程中的形貌变化和作为锂离子电池电极的锂化机理。此外，桑迪亚国家实验室LiuXiaoHua团队、佐治亚理工朱廷研究团队等也是该领域中的重要研究队伍。三总结　　本报告通过纳米领域各国发展规划调研和文献计量分析，结合领域情报人员的研究，得出以下发现。　　1.通过对比分析美国、英国、法国、德国、俄罗斯、欧盟、日本、韩国、印度、澳大利亚以及我国的纳米技术研发计划，发现各国规划具有以下共同之处：(1)对纳米技术的信心普遍增强，投资力度普遍加大，核心科研人员数量和相关企业数均大幅增加 (2)将纳米技术列入促进国家经济发展和解决关键问题的关键技术领域，在能源和生物医药等领域尤其受到重视 (3)研发重心由最初单一的纳米材料制备和功能调控转向纳米材料的应用和商业化，纳米技术的研究走向了新的阶段 (4)通过公共研发平台、产业园区等方式，促进产学研合作及与其他领域的融合，缩短从“提案”到“产业化”的时间 (5)开展EHS(环境、健康、安全)和ELSI(伦理、限制、社会课题)研究以及国际标准和规范(ISO、IEC)的制定，促进纳米技术相关产业被社会接受 (6)重视纳米技术的基础教育和高等教育。　　2.基于科睿唯安公司EssentialScienceIndicators(ESI)数据库中的11814个研究前沿，通过文献检索、专家遴选等方法筛选出和纳米研究相关的研究前沿1391个，涉及高被引论文6639篇(2008-2015年)。在高被引论文数量方面，美国和中国分居前两位，遥遥领先于其他国家。综合考虑论文的被引用情况和发表时间，从1391个纳米研究前沿中遴选出41个热点前沿和37个新兴前沿。　　3.选择了“锂电池”“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”“纳米催化”和“测量标准”9个前沿研究领域进行分析解读(每个研究领域包括若干研究前沿)。在高被引论文数量方面，美国在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米仿生孔”“纳米安全性”和“测量标准”7个研究领域中排名第一，在“锂电池”和“纳米催化”中排名第二。我国在“锂电池”和“纳米催化”2个研究领域中排名第一，在“太阳能电池”“纳米发电机”“纳米药物”“纳米检测”“纳米安全性”5个研究领域中排名第二，在“测量标准”中排名第四，在“纳米仿生孔”中未进入前五。　　4.我国在纳米科技领域已形成一批达到世界领跑水平的优势研究方向和优秀团队。例如，(1)太阳能电池：中科院化学所侯建辉研究员团队2016年在小面积非富勒烯型聚合物太阳能电池器件中取得了创纪录的11.2%的能量转换效率，使非富勒烯型聚合物太阳能电池效率达到了富勒烯受体的最好水平 南开大学陈永胜教授团队2016年创造了文献报道的有机/高分子太阳能电池光电转化效率的最高纪录12.7% 华东理工大学钟新华教授团队2016年创造了量子点太阳能电池11.6%的效率纪录 此外北京大学占肖卫教授团队、中科院化学所李永舫院士团队等也非常突出 (2)C1化学：中科院大连化物所包信和院士团队成功实现了甲烷在无氧条件下选择活化，一步高效生产乙烯、芳烃和氢气等高值化学品 包信和院士团队还将煤气化产生的合成气高选择性地直接转化为低碳烯烃 中科院上海高等研究院和上海科技大学联合科研团队实现了温和条件下合成气高选择性直接制备烯烃。

据北京大学官方网站公布的消息，该校科研团队在下一代芯片技术领域取得重大突破，成功研发出世界首个基于碳纳米管的张量处理器芯片，可实现高能效的卷积神经网络运算。随着人工智能技术的飞速发展，尤其是ChatGPT等大模型应用的崛起，未来世界的数据将呈爆发式增长，海量数据的处理对芯片的算力和能量效率提出了严峻挑战。然而，高能效计算芯片的发展正遭遇芯片架构、晶体管性能两个重大瓶颈：传统的冯诺依曼架构已经无法满足高速、高带宽的数据搬运和处理需求，未来的高能效运算芯片必须在硬件架构上进行革新，以适用于神经网络等模型的张量数据运算。同时，构建芯片的硅基互补金属氧化物半导体晶体管也处于尺寸缩减、功耗剧增的困境，亟须发展超薄、高载流子迁移率的半导体作为沟道材料，期望构建比硅基CMOS晶体管具有更好可缩减性和更高性能的晶体管。碳纳米管具有优异的电学特性和超薄结构，碳纳米管晶体管已经展现出超越商用硅基晶体管的性能和功耗潜力，因此有望成为构建未来高效能运算芯片的主要器件技术。只有在系统架构和底层晶体管两个方面共同实现突破，才能最大化地提升芯片的算力和能效。目前成熟的硅基器件技术的运算芯片主要依赖于架构的创新，而基于新材料电子器件的研究，主要集中在提升晶体管的性能，尚未有研究工作将二者结合起来。北京大学研究团队基于碳纳米管晶体管这一新型器件技术，结合高效的脉动阵列架构设计，成功制备了世界首个碳纳米管基的张量处理器芯片。该芯片采用新型器件工艺和脉动阵列架构，将3000个碳纳米管晶体管集成为张量处理器芯片，将碳基电子学从器件研究推向系统演示，显著提升卷积神经网络的运算效率，功耗极低，且准确率达到88％。此外，碳基晶体管展现出比硅基CMOS晶体管更优的速度、功耗等综合优势，碳基张量处理器在180纳米技术节点具有3倍性能优势，并有延续至先进技术节点的潜力，有望满足人工智能时代对高性能、高能效芯片的需求。

本文授权转载自：清华大学头条新闻，转载请联系出处。10月2日，清华大学化学工程系魏飞教授团队在《自然通讯》（Nature Communications）上在线发表题为“超纯半导体性碳纳米管的速率选择生长”（Rate selected growth of the ultrapure semiconducting carbon nanotube arrays）的论文。该论文研究指出，碳纳米管在生长过程中的原子组装速率与其带隙相互锁定，金属管数量随长度的指数衰减速率比半导体管高出数量级，在长度达到154mm后可实现99.9999%超长半导体管阵列的一步法制备，这一方法为制备结构完美、高纯半导体管水平阵列这一世界性难题提供了一项全新的技术路线，对新一代碳基电子材料的可控制备具有重要价值。研究背景随着信息技术的高速发展，半导体芯片已成为数字经济和国家安全的重要基础。近年来，以硅基材料为核心的摩尔定律即将走到终点，在众多替代材料中，碳纳米管凭借纳米级尺寸和优异的电子空穴高迁移率成为新一代芯片电子的理想候选材料。美国国防高级研究计划局宣布投资15亿美元推进“电子复兴计划”，用于开发微型化、高性能碳纳米管芯片。斯坦福大学和麻省理工学院相继研发出碳纳米管计算机和基于1.4万个碳纳米管晶体管构筑的16位微处理器，充分展现了碳纳米管在后硅时代的发展潜力。我国在碳纳米管电子器件及材料制备的工程应用领域具有显著优势，特别是在单根碳纳米管晶体管无掺杂制备及小碳纳米管器件领域做出了众多原创性贡献。在碳纳米管宏量制备领域，也已率先实现世界高、千吨级产量聚团状和垂直阵列状碳纳米管的批量制备，并在动力电池领域规模化应用。然而，碳纳米管的结构缺陷、手性结构控制仍然是制约高性能碳基芯片应用的关键问题。研究过程基于以上问题，魏飞教授团队专注结构完美超长碳纳米管的研发10余年，发现超长碳纳米管在分米级长度上的结构一致性，率先制备出世界上长的550mm碳纳米管，并验证了碳纳米管的数量随长度呈现指数衰减的Schulz-Flory分布规律。进一步研究发现，金属和半导体管的数量也各自满足Schulz-Flory分布，但半导体管的半衰期长度是金属管的10倍以上。拉曼散射、瑞利散射光学表征及同位素标记的生长速度测试表明，金属与半导体管的半衰期长度差异源于碳纳米管自身带隙锁定的生长速度。缩小非均相催化中外扩散与毒化过程的活化能差异，从而提高碳纳米管的长度，是实现具有窄带隙分布的半导体管阵列可控制备的关键。据此，该团队设计层流方形反应器，精准控制气流场和温度场并优化恒温区结构，将催化剂失活几率降至百亿分之一，成功实现了超长水平阵列碳纳米管在7片4英寸硅晶圆表面的大面积生长，长长度650mm，单位反应位点转化数达到1.53×106 s-1。用154mm处的碳纳米管阵列作为沟道材料制作的晶体管器件，开关比为108，迁移率4000cm2/Vs以上，电流密度14A/m，展现了超长碳纳米管在阵列水平的优异电学性能。高纯度半导体性碳纳米管阵列的速率选择生长研究结果这种利用带隙锁定生长速度实现高纯半导体管可控制备的方法，为原位自发提纯半导体材料提供了一种全新路线，为发展新一代高性能碳基集成电子器件奠定了坚实的基础。该工作是魏飞教授团队继实现半米长碳纳米管可控制备及原位卷绕成大面积、单手性碳纳米管线团后的又一创新性工作，为实现碳纳米管在高端电子产品及柔性电子器件中的应用，推动国家微电子行业发展提供了可行的路线。论文直达文章通讯作者为魏飞教授，作者为清华大学化工系2015级博士生朱振兴，芬兰阿尔托大学应用物理系博士后魏楠、清华大学微电子系许军教授及2016级博士生程为军、清华大学化工系王垚副教授、张如范助理教授、博士生申博渊、孙斯磊、高俊参与了该工作。本项研究工作受到国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金委及北京市科学技术委员会等项目的资助。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12519-5 点击查看更多往期精彩文章 严峻环境下的自救——探寻端气候下的生命存续 | 前沿应用【上篇】发现生命的轨迹——化石中的碳元素分析 | 前沿应用地底深处的生命探索——矿物中的化学反应分析 | 前沿应用【下篇】复旦巧用增强拉曼“识”雾霾 | 前沿用户报道瞪你一眼，就能“看透”你 | 用户动态青岛能源所实现毫秒级单细胞拉曼分选，"后液滴"设计功不可没|前沿用户报道表面增强共振拉曼光谱探究细胞色素c在活性界面上的电子转移新型荧光探针——细胞膜脂变化无所遁形!1+1≥3，AFM-Raman 材料表征新技术！——附新相关论文 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载，文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有。HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息，以供读者阅读、自行参考及评述，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。点击下方“阅读原文”查看新闻。

采用原位反应法在碳纳米管（CNTs）的管内合成CoFe2O4纳米颗粒,制备了管内填充磁性碳纳米管（IF-MCNTs）,建立了管内填充磁性碳纳米管/磁性固相萃取-气相色谱/质谱法（IF-MCNTs/MSPEGC/M S）测定土壤和水藻样品中7种多环芳烃（PAHs）的分析方法。通过透射电镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）等研究了IF-MCNTs的结构性能。考察了萃取条件对萃取性能的影响。研究表明,在最佳实验条件下,IF-MCNTs能够有效富集萘（NAP）、苊（ANE）、芴（FLU）、菲（PHE）、荧蒽（FLA）、芘（PYR）和苯并荧蒽（B（b） FL）,对应饱和萃取容量分别为197.2,247.8,293.5,387.1,488.5,504.2和43.6 ng/mg。方法线性范围为5.0～500 ng/L,检出限在1.7～3.1 ng/L之间,相对标准偏差（RSD）小于6.8%。将所建方法应用于分析实际环境样品中7种PAHs,加标回收率在73.5%～97.2%之间,RSDs为3.4%～9.5%。方法可用于环境样品中多环芳烃的检测。管内填充磁性碳纳米管固相萃取_气_省略_谱_质谱法测定环境样品中多环芳烃_周婵媛.pdf

2020年4月1日，中国科学院合肥物质科学研究院官网发布“纳米材料环境转化过程对生态毒性影响及机制研究取得进展”。近期，中科院合肥研究院技术生物所黄青课题组以水生生态系统初级生产者藻类为受试对象，应用光谱技术对纳米氧化锌在含磷水体中的转化过程进行定性和定量分析，阐明了环境物质转化过程对小球藻毒性效应影响及其机制。相关成果已被英国皇家化学会期刊Environmental Science: nano接收发表。 随着纳米科技迅速发展，纳米材料对环境和生物潜在影响日益受到关注。纳米毒理学研究表明，环境过程对纳米材料毒性效应影响显著，使其毒性区别于原始状态纳米材料，但环境转化过程对毒性效应影响规律尚待阐明，这对纳米材料环境安全性评价非常重要。　研究人员利用拉曼光谱和XRD等光谱手段，发现随水体中磷含量的增加，纳米氧化锌先部分转变成晶体状磷酸锌，再转变成无定型磷酸锌。毒性效应检测结果表明，原始状态纳米氧化锌的毒性主要源自其释放的锌离子；在含磷水体中，纳米氧化锌发生物理化学转变，生成了低毒性的磷酸锌，使其毒性显著区别与原始状态的纳米氧化锌。此外，结合光合作用相关基因表达分析，研究人员揭示了纳米氧化锌物态变化对藻类光合作用产生影响，是纳米毒性效应差异的重要原因。　研究结果为利用光谱技术分析纳米材料环境转化的理化过程，阐明环境转化过程对毒性效应的影响及机制，以及合理评价纳米材料在真实环境水体中生态安全性提供了理论和实验基础。　　该研究受到国家重大研究计划、国家自然科学基金以及安徽省自然科学基金等课题的资助。光谱分析技术由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成．这种方法叫做光谱分析．做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱．这种方法的优点是非常灵敏而且迅速．某种元素在物质中的含量达10^-10(10的负10次方)克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来．光谱分析在科学技术中有广泛的应用．光谱技术根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量的方法叫光谱分析．其优点是灵敏，迅速．根据分析原理光谱分析可分为发射光谱分析与吸收光谱分析二种；根据被测成分的形态可分为原子光谱分析与分子光谱分析。光谱分析的被测成分是原子的称为原子光谱,被测成分是分子的则称为分子光谱。按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱；按产生的本质不同，可分为原子光谱、分子光谱；按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱；按光谱表观形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。现代光谱分析仪器有原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪(原子吸收分光光度计)、红外光谱仪等。

【会议摘要】 国际纳米分析研讨会起始于2019年春季，得益于次会议科研学者与用户的积肯定和对纳米尺度前沿分析方法的推动，德国neaspec将在2022年5月18日至21日举办二届国际纳米分析研讨会。本次会议将采用线上线下结合的方式进行（前三天线上，四天线下），目前已有来自于全名校和研究机构的200名科学家和用户将在慕尼黑出席本次会议。Quantum Design中国将承办中国区的在线会议，届时邀请您免费参加为期三天的线上国际研讨会。 本次会议将聚焦于纳米成像与纳米光谱仪（s-SNOM）的技术发展和应用，集中展示s-SNOM在结合同步辐射光源、超快泵浦探测、红外光和太赫兹光等先进光源下在纳米尺度对光与物质相互作用的探索和主要贡献，应用范围涵盖从了生命科学、生物医药、高分子及软物质科学、半导体器件、能源光伏、二维材料、量子材料和低温材料的纳米光谱与成像分析和测量方法，以促进先进学科和新兴研究领域在纳米尺度的探索与定量表征。 【注册报名】 您可通过点击此处或扫描下方二维码注册参与此次会议。 扫描上方二维码，即刻注册此次会议！ 【会议日程安排】 Session 1 Synchrotron and Ultrafast Spectroscopy（同步辐射和超快光谱） Session 2 Emerging Applications（新兴应用） Session 3 Terahertz Applications（太赫兹应用） Session 4 Bio and Medical Applications（生物和医学应用） Session 5 Polymer Applications（聚合物应用） Session 6 2D Materials Applications（二维材料应用） Session 7 Cryogenic Applications（低温应用） 点击此处或扫描下方二维码，获取详细会议日程。 扫码即可获取详细会议日程 neaSCOPE——纳米成像与纳米光谱的标杆 多功能关联通道测试：应用领域：

梓梦科技纳米粒度仪是应用很广泛的一种科学仪器，使用多角度动态光散射技术测量颗粒粒度分布 。动态光散射(DLS)法原理 ：当激光照射到分散于液体介质中的微小颗粒时，由于颗粒的布朗 运动引起散射光的频率偏移，导致散射光信号随时间发生动态变化，该变化的大小与颗粒的布朗运动速度有关，而颗粒的布朗运动速度又取决于颗粒粒径的大小，颗粒大布朗运动速度低，反之颗粒小布朗运动速度高，因此动态光散射技术是分析样品颗粒的散射光强随时间的涨落规律，使用光子探测器在固定的角度采集散射光，通过相关器进行自相关运算得到相关函数，再经过数学反演获得颗粒粒径信息。纳米粒度仪的应用领域： 纳米材料：用于研究纳米金属氧化物、纳米金属粉、纳米陶瓷材料的粒度对材料性能的影响。 生物医药：分析蛋白质、DNA、RNA、病毒，以及各种抗原抗体的粒度。 精细化工: 用于寻找纳米催化剂的最佳粒度分布，以降低化学反应温度，提高反应速度。 油漆涂料:用于测量油漆、涂料、硅胶、聚合物胶乳、颜料、 油墨、水/油乳液、调色剂、化妆品等材料中纳米颗粒物的粒径。 食品药品：药物表面包覆纳米微粒可使其高效缓释，并可以制成靶向药物，可用来测量包覆物粒度的大小，以便更好地发挥药物的疗效。 航空航天 纳米金属粉添加到火箭固体推进剂中，可以显著改进推进剂的燃烧性能，可用于研究金属粉的最佳粒度分布。 国防科技：纳米材料增加电磁能转化为热能的效率，从而提高对电磁波的吸收性能，可以制成电磁波吸波材料。不同粒径纳米材料具有不同的光学特性，可用于研究吸波材料的性能。