转帖]国内与纳米相关的一些成果（已搜无重复）
二元协同纳米功能界面材料的设计和研制 化学研究所 江雷一、研究背景及意义 近年来，纳米层次上的表面和界面科学有了蓬勃发展。尽管一些新的科学范式有待建立，但是已为跨越物理、化学、生物、材料科学和纳米科技等重大学科的新兴交*研究提供了有利时机。"二元协同纳米界面材料"就是从这一新层次起步的有关高级功能材料研制的新课题。表面和界面科学发展到现阶段，人们已有共识，不同物质之间可形成各种各样的界面，诸如金属、无机、有机、半导体及生物材料界面上的研究，发现了许多重大现象。在短短的一二十年中，借助异质材料的接触与融合所产生的表面和界面的奇异功能特性，来创造新型材料和器件，已成为许多研究领域的指导思想。
从物理的观点，凝聚态物质的表面相具有不同于体相的对称性和自由能；当某物质由宏观尺寸减小到介观尺寸时，表面相对材料物性的影响将不容忽视。因此，表面相的设计及控制，必然是研究新型界面材料的关键。"二元协同纳米界面结构"这一新概念，以有效地利用分子以上层次的化学和利用外场(光场、电场、磁场、热场等等)诱导下的非平衡态的协同效应为前题，在材料的宏观表面建造二元协同纳米界面结构。并以寻求有技术投产前景的新型界面材料为研究的目的。该界面材料的设计思想是，人们不一定追求合成全新的体材料，当采取某种特殊的表面加工后，在介观尺度能形成交错混杂的两种性质不同的二维表面相区；而每个相区的面积，以及两相构建的"界面"是纳米尺寸的。研究表明，这样具有不同，甚至完全相反理化性质的纳米相区，在某种条件下具有协同的相互作用，以致在宏观表面上呈现出超常规的界面物性的材料，即为二元协同纳米界面材料。
在二维表面上形成这种特殊纳米界面结构的二元协同的表面相，以及显示超常的宏观物性的微观机制研究是一个全新的课题。不同相区间的相互作用会影响相的偶合。这种偶合将促进两相间的协同效果。因此，研究在外场诱导下表面相的相变及化学反应，研究在二维表面不同的表面相区间长程协同关联的两相间的能量输运和电子转移，以及相关的界面物理和界面化学的课题，具有深远的理论意义。
另一方面，从宏观的学科发展及高技术产业化的着眼点出发，当今世界新的科学技术战略，已经不再是将基础研究、技术开发和面向市场的商品生产分立起来的分阶段的发展模式。一些有远见的高科技领导者和组织者，在制定基础研究战略时，已有意识地使之能尽早覆盖技术开发与新产品研制阶段，以促进工艺技术的进步，加速实现技术投产。例如，在欧美，特别是在日本，从半导体材料和电子工业的迅速发展中积累了丰富的经验。同样，一些发展中国家也按照这种基础研究和技术投产密切衔接与相互融合的范式，在若干高科技领域取得了成功。
"二元协同纳米界面材料"的研究计划，正是按照基础研究与技术投产高度重叠的发展范式，以便迅速建立起在国际市场上处于领先地位的有重大工业前景的高级功能材料。依据作者最新的研究表明，利用上述基础研究成果，可以将多种基质材料的表面修饰成超常规功能的表面。例如，在玻璃和建筑材料的表面修饰，将具有自清洁和防雾、防冰霜等效果。在金属材料．可以实现增加润滑和减少摩擦阻力的表面修饰。同样，可以实现高效光催化、电催化和吸波材料的表面修饰。
依据二元协同纳米界面结构的设计原理所研制的新产品，不仅有利于建材工业、汽车与精密机械工业、纺织工业、信息传感与电子工业、生物医学工程与医疗器械等民用企业的技术改造与产品更新换代。同时，对现代的军事装备的发展也具有重要价值。
二、二元协同纳米界面材料的设计与创成 对物质世界二元性的认识，我们的祖先早已意识到用阴阳二元性的逻辑思维。现代科学的发展也证实了物质世界从最小单元开始就是由各种协同互补的二元性基本粒子所组成。不仅是物质的组成而且物质的性质也无时无处不反映着二元协同的性质。人们正在有意识地利用这二元协同性研制新材料。在分子和超分子材料方面有(例如)表面活性剂(同时具有亲水及疏水端基的分子)；还有有机非线性光学材料(同时具有分离的推拉电子基团的功能分子)；在有机超导体和有机铁磁体方面也利用了由电子给体和电子受体组成的电荷转移盐生成的复合分子晶体等等，都显示了二元协同思想对研制新型材料的重要指导作用。
在中国科学院知识创新工程的支持下，作者所在的中科院化学所功能界面材料研究组以上面二元协同纳米功能界面材料的设计研究思想为核心，对以下三类材料的研究取得了重要进展：
1．超双亲性界面(同时具有超亲水性及超亲油性的表面)材料
研究表明，光的照射可引起TiO2表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构。这样在宏观的TiO2表面将表现出奇妙的超双亲性。作者所在的研究组利用这种原理制作材料修饰玻璃及建筑材料表面，使之具有自清洁及防雾等效果(图1)。
图1 防雾、自清洁玻璃
这种双亲二元协同原理，同样可以用来指导进一步设计和创成在其他基材上使用的超双亲性修饰剂。例如，在纤维及衣物上使用修饰剂，将使它们具有超双亲性。可以设想，洗涤衣物可以仅用清水冲洗，不再使用传统的洗洁剂；同样也可以应用到人造血管和人造人体器官的表面修饰，以防止血栓的形成，并且改善同活体组织的兼容性，来实现校时间的使用寿命。上述材料，对人类生活和净化环境都是十分重要的。
2．超双疏性界面物性(同时具有超疏水及超疏油性的表面)材料
利用由下到上、由原子到分子、由分子到聚集体的外延生长纳米化学方法．可以在特定的表面上建造纳米尺寸几何形状互补的(如凸与凹相间)界面结构。由于在纳米尺寸低凹的表面可使吸附气体分子稳定存在，所以在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，从而使材料的表面呈现超常的双疏性。这时水滴或油滴与界面的接触角趋于最大值。如果在输油管的管道内壁采用带有防静电功能的材料建造这种表面修饰涂层，则可实施石油与管壁的无接触运输。这对于输油管道的安全运行有重要价值。显然，该超双疏性在纺织，包装工业等领域同样具有广泛的应用前景。
图2超双疏现象：(a)超疏水同时；(b)超疏油
3.纳米尺度光阳极、光阴极两相共存的高效光催化界面材料
作者借助光化学和光电化学的研究思想，利用纳米化学方法，研制多种具有光化学活性的纳米界面材料。例如，在TiO2表面的纳米区域内可以构建光阳极与光阴极共存的二元协同界面结构，在紫外光的照射下具有高效的光催化效果。可以用来分解有毒气体(如甲醛、苯、氧化氮等)，杀死其表面接触的细菌。该材料已在空气净化和杀菌抑菌方面得到应用(图3)。
三、结束语
以上只是作者研究小组近期在二元协同纳米界面材料研究方面所取得的三个典型的结果。近年来发展迅速的二元分子材料和纳米科学，不断为二元协同纳米界面结构的理论与实验提供了新的研究内容和研究方向。我们这方面的工作已发表论文二十余篇，申请专利三项。 "二元协同纳米界面材料"概念提出后受到国内外科学界及企业界的广泛重视。曾被特邀为在香港举行的"国际纳米结构材料会议"做大会报告，并被会议主席评价为"我们所忽视了的全新领域"。中国商品交易中心已投资2000万元对该项目进行产业化推动，并吸引了多家大型企业进行专项产业发展，有望在一年的时间内实现产业规模。
物质世界的二元性是无穷无尽的，二元协同纳米界面材料也将是无穷无尽的排列组合。随着科技发展的突飞猛进，有关二元协同纳米界面材料的研究将进入一个新的发展时期，等待我们的将是一个丰富多彩的新剁高级功能材料的世界。
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