复合式氧传感器研制成功

复合式氧传感器研制成功

“复合式氧传感器的研制及应用”科研课题于日前在津通过科研成果鉴定。鉴定委员会专家一致认为，这项由设在天津中医学院的国家中医药管理局三级实验室——医用化学传感器实验室承担的天津市教委科学研究课题，对生命科学研究具有重要意义。

目前，测定机体氧分压的方法有很多，如以血气分析仪为代表的离体测定方法，但这种方法是离体测定，不能连续动态检测，且需多次取血，操作不便；而经皮肤测定氧分压的传感器与二次仪表，不能测定深部组织的氧分压，且不能进行深部定位。因此，研究能够测定任何组织、微创的氧分压传感器，就显得非常必要。

郭义教授领导的医用化学传感器实验室，经多年的艰苦努力，研制出可用于在体测定氧分压的复合式氧传感器。这种传感器以惰性金属为敏感膜制作测试电极，将测试电极和参比电极组装在一个注射针内复合成微型针式传感器。此传感器为全固态，针尖小到0.35毫米，其灵敏度为0.1千帕，线性范围0.1～20千帕。课题组还研制出四通道氧分压测试仪，其极化电压可以在-0.4～-0.9伏范围内调节，测量范围为0～20千帕，精度为0.01千帕。

经在体和离体实验测试证明，这种复合式氧传感器可以实现连续在体、动态实时监测活体组织深部的氧分压，及时准确地反映出活体氧分压的变化。

鉴定委员会专家一致认为该课题选题新颖，切合实际，所研制的复合式氧传感器具有微型化，坚固耐用，性能稳定等特点，在人体生理学、病理学、药理学等生命科学研究中，具有重要的实际应用价值。

传感器的发展史 求详尽点的 最好配上一些图片 我目前只知道主要经历了三个阶段！高分求助！在线等~！

1 微型化（Micro）
为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致，对于传感器性能指标（包括精确性、可靠性、灵敏性等）的要求越来越严格；与此同时，传感器系统的操作友好性亦被提上了议事日程，因此还要求传感器必须配有标准的输出模式；而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，所以它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代；后者主要由硅材料构成，具有体积小、重量轻、反应快、灵敏度高以及成本低等优点。
1.1 由计算机辅助设计（CAD）技术和微机电系统（MEMS）技术引发的传感器微型化
目前，几乎所有的传感器都在由传统的结构化生产设计向基于计算机辅助设计（CAD）的模拟式工程化设计转变，从而使设计者们能够在较短的时间内设计出低成本、高性能的新型系统，这种设计手段的巨大转变在很大程度上推动着传感器系统以更快的速度向着能够满足科技发展需求的微型化的方向发展。
对于微机电系统（MEMS）的研究工作始于20世纪60年代，其研究范畴涉及材料科学、机械控制、加工与封装工艺、电子技术以及传感器和执行器等多种学科，是一个极具前景的新兴研究领域。MEMS的核心技术是研究微电子与微机械加工与封装技术的巧妙结合，期望能够由此而制造出体积小巧但功能强大的新型系统。经过几十年的发展，尤其最近十多年的研究与发展，MEMS技术已经显示出了巨大的生命力，此项技术的有效采用将信息系统的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一个新的高度。在当前技术水平下，微切削加工技术已经可以生产出来具有不同层次的3D微型结构，从而可以生产出体积非常微小的微型传感器敏感元件，象毒气传感器、离子传感器、光电探测器这样的以硅为主要构成材料的传感/探测器都装有极好的敏感元件[1]，[2]。目前，这一类元器件已作为微型传感器的主要敏感元件被广泛应用于不同的研究领域中。
1.2 微型传感器应用现状
就当前技术发展现状来看，微型传感器已经对大量不同应用领域，如航空、远距离探测、医疗及工业自动化等领域的信号探测系统产生了深远影响；目前开发并进入实用阶段的微型传感器已可以用来测量各种物理量、化学量和生物量，如位移、速度/加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等
2 智能化（Smart）
智能化传感器（Smart Sensor）是20世纪80年代末出现的另外一种涉及多种学科的新型传感器系统。此类传感器系统一经问世即刻受到科研界的普遍重视，尤其在探测器应用领域，如分布式实时探测、网络探测和多信号探测方面一直颇受欢迎，产生的影响较大。
2.1 智能化传感器的特点
智能化传感器是指那些装有微处理器的，不但能够执行信息处理和信息存储，而且还能够进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。这一类传感器就相当于是微型机与传感器的综合体一样，其主要组成部分包括主传感器、辅助传感器及微型机的硬件设备。如智能化压力传感器，主传感器为压力传感器，用来探测压力参数，辅助传感器通常为温度传感器和环境压力传感器。采用这种技术时可以方便地调节和校正由于温度的变化而导致的测量误差，而环境压力传感器测量工作环境的压力变化并对测定结果进行校正；而硬件系统除了能够对传感器的弱输出信号进行放大、处理和存储外，还执行与计算机之间的通信联络。
通常情况下，一个通用的检测仪器只能用来探测一种物理量，其信号调节是由那些与主探测部件相连接着的模拟电路来完成的；但智能化传感器却能够实现所有的功能，而且其精度更高、价格更便宜、处理质量也更好。与传统的传感器相比，智能化传感器具有以下优点：
1．智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。此外，还能够利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿，以改进测量精度。
2．智能化传感器具有自诊断和自校准功能，可以用来检测工作环境。当工作环境临近其极限条件时，它将发出告警信号，并根据其分析器的输入信号给出相关的诊断信息。当智能化传感器由于某些内部故障而不能正常工作时，它能够借助其内部检测链路找出异常现象或出了故障的部件。
3．智能化传感器能够完成多传感器多参数混合测量，从而进一步拓宽了其探测与应用领域，而微处理器的介入使得智能化传感器能够更加方便地对多种信号进行实时处理。此外，其灵活的配置功能既能够使相同类型的传感器实现最佳的工作性能，也能够使它们适合于各不相同的工作环境。
4．智能化传感器既能够很方便地实时处理所探测到的大量数据，也可以根据需要将它们存储起来。存储大量信息的目的主要是以备事后查询，这一类信息包括设备的历史信息以及有关探测分析结果的索引等；
5．智能化传感器备有一个数字式通信接口，通过此接口可以直接与其所属计算机进行通信联络和交换信息。此外，智能化传感器的信息管理程序也非常简单方便，譬如，可以对探测系统进行远距离控制或者在锁定方式下工作，也可以将所测的数据发送给远程用户等。
2.2 智能化传感器的发展与应用现状
目前，智能化传感器技术正处于蓬勃发展时期，具有代表意义的典型产品是美国霍尼韦尔公司的ST-3000系列智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器，以及另外一些含有微处理器（MCU）的单片集成压力传感器、具有多维检测能力的智能传感器和固体图像传感器（SSIS）等。与此同时，基于模糊理论的新型智能传感器和神经网络技术在智能化传感器系统的研究和发展中的重要作用也日益受到了相关研究人员的极大重视。
指出的一点是：目前的智能化传感器系统本身尽管全都是数字式的，但其通信协议却仍需借助于4～20 mA的标准模拟信号来实现。一些国际性标准化研究机构目前正在积极研究推出相关的通用现场总线数字信号传输标准；不过，在眼下过渡阶段仍大多采用远距离总线寻址传感器（HART）协议，即Highway Addressable Remote Transducer。这是一种适用于智能化传感器的通信协议，与目前使用4～20mA模拟信号的系统完全兼容，模拟信号和数字信号可以同时进行通信，从而使不同生产厂家的产品具有通用性。
能化传感器多用于压力、力、振动冲击加速度、流量、温湿度的测量，如美国霍尼韦尔公司的ST3000系列全智能变送器和德国斯特曼公司的二维加速度传感器就属于这一类传感器。另外，智能化传感器在空间技术研究领域亦有比较成功的应用实例[6]。
发展中，智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。可以预见，新兴的智能化传感器将会在关系到全人类国民生的各个领域发挥越来越大作用。
3 多功能传感器（Multifunction）
如前所述，通常情况下一个传感器只能用来探测一种物理量，但在许多应用领域中，为了能够完美而准确地反映客观事物和环境，往往需要同时测量大量的物理量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器则是一种体积小巧而多种功能兼备的新一代探测系统，它可以借助于敏感元件中不同的物理结构或化学物质及其各不相同的表征方式，用单独一个传感器系统来同时实现多种传感器的功能。随着传感器技术和微机技术的飞速发展，目前已经可以生产出来将若干种敏感元件综装在同一种材料或单独一块芯片上的一体化多功能传感器。
3.1 多功能传感器的执行规则和结构模式
概括来讲，多功能传感器系统主要的执行规则和结构模式包括：
（1） 多功能传感器系统由若干种各不相同的敏感元件组成，可以用来同时测量多种参数。譬如，可以将一个温度探测器和一个湿度探测器配置在一起（即将热敏元件和湿敏元件分别配置在同一个传感器承载体上）制造成一种新的传感器，这样，这种新的传感器就能够同时测量温度和湿度。
（2） 将若干种不同的敏感元件精巧地制作在单独的一块硅片中，从而构成一种高度综合化和小型化的多功能传感器。由于这些敏感元件是被综装在同一块硅片中的，它们无论何时都工作在同一种条件下，所以很容易对系统误差进行补偿和校正。
（3）借助于同一个传感器的不同效应可以获得不同的信息。以线圈为例，它所表现出来的电容和电感是各不相同的。
（4）在不同的激励条件下，同一个敏感元件将表现出来不同的特征。而在电压、电流或温度等激励条件均不相同的情况下，由若干种敏感元件组成的一个多功能传感器的特征可想而知将会是多么的千差万别！有时候简直就相当于是若干个不同的传感器一样，其多功能特征可谓名副其实。
3.2 多功能传感器的研制与应用现状
多功能传感器无疑是当前传感器技术发展中一个全新的研究方向，日前有许多学者正在积极从事于该领域的研究工作。如将某些类型的传感器进行适当组合而使之成为新的传感器，如用来测量流体压力和互异压力的组合传感器。又如，为了能够以较高的灵敏度和较小的粒度同时探测多种信号，微型数字式三端口传感器可以同时采用热敏元件、光敏元件和磁敏元件；这种组配方式的传感器不但能够输出模拟信号，而且还能够输出频率信号和数字信号.
从目前的发展现状来看，最热门的研究领域也许是各种类型的仿生传感器了，而且在感触、刺激以及视听辨别等方面已有最新研究成果问世。从实用的角度考虑，多功能传感器中应用较多的是各种类型的多功能触觉传感器，譬如人造皮肤触觉传感器就是其中之一，这种传感器系统由PVDF材料、无触点皮肤敏感系统以及具有压力敏感传导功能的橡胶触觉传感器等组成。据悉，美国MERRITT公司研制开发的无触点皮肤敏感系统获得了较大的成功，其无触点超声波传感器、红外辐射引导传感器、薄膜式电容传感器、以及温度、气体传感器等在美国本土应用甚广。
与其它方面的研究成果相比，目前在人工嗅觉方面的研究还似乎远远不尽人意。由于嗅觉元件接收到的判别信号是非常复杂的，其中总是混合着成千上万种化学物质，这就使得嗅觉系统处理起这些信号来异常错综复杂。
人工嗅觉传感系统的典型产品是功能各异的Electronic nose（电子鼻），近10多年来，该技术的发展很快，目前已有数种商品化的产品在国际市场流通，美、法、德、英等国家均有比较先进的电子鼻产品问世。
“电子鼻”系统通常由一个交叉选择式气体传感器阵列和相关的数据处理技术组成，并配以恰当的模式识别系统，具有识别简单和复杂气味的能力，主要用来解决一般情况下的气味探测问题。根据应用对象的不同，“电子鼻”系统传感器阵列中传感器的构成材料及配置数量亦有所不同，其中，构成材料包括金属氧化物半导体、导电聚合物、石英晶振等，配置数量则从几个到数十个不等。总之，“电子鼻”系统是气体传感器技术和信息处理技术进行有效结合的高科技产物，其气体传感器的体积很小，功耗也很低，能够方便地捕获并处理气味信号。气流经过气体传感器阵列进入到“电子鼻”系统的信号预处理元件中，最后由阵列响应模式来确定其所测气体的特征。阵列响应模式采用关联法、最小二乘法、群集法以及主要元素分析法等方法对所测气体进行定性和定量鉴别。美国Cyranosciences公司生产的Cyranose 320电子鼻是目前技术较为先进、适用范围也比较广的嗅觉传感系统之一，该系统主要由传感器阵列和数据分析算法两部分组成，其基本技术是将若干个独特的薄膜式碳-黑聚合物复合材料化学电阻器配置成一个传感器阵列，然后采用标准的数据分析技术，通过分析由此传感器阵列所收集到的输出值的办法来识别未知分析物。据称，Cyranose 320电子鼻的适用范围包括食品与饮料的生产与保鲜、环境保护、化学品分析与鉴定、疾病诊断与医药分析以及工业生产过程控制与消费品的监控与管理等。
4 无线网络化（wireless networked）
无线网络对我们来说并不陌生，比如手机，无线上网，电视机。传感器对我们来说也不陌生，比如温度传感器、压力传感器，还有比较新颖的气味传感器。但是，把二者结合在起来，提出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks）这个概念，却是近几年才发生的事情。
这个网络的主要组成部分就是一个个可爱的传感器节点。说它们可爱，是因为它们的体积都非常小巧。这些节点可以感受温度的高低、湿度的变化、压力的增减、噪声的升降。更让人感兴趣的是，每一个节点都是一个可以进行快速运算的微型计算机，它们将传感器收集到的信息转化成为数字信号，进行编码，然后通过节点与节点之间自行建立的无线网络发送给具有更大处理能力的服务器
4.1 传感器网络
传感器网络是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。传感器网络的研究采用系统发展模式，因而必须将现代的先进微电子技术、微细加工技术、系统SOC（system-on-chip）芯片设计技术、纳米材料与技术、现代信息通讯技术、计算机网络技术等融合，以实现其微型化、集成化、多功能化及系统化、网络化，特别是实现传感器网络特有的超低功耗系统设计。传感器网络具有十分广阔的应用前景，在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和巨大实用价值，已经引起了世界许多国家军界、学术界和工业界的高度重视，并成为进入2000 年以来公认的新兴前沿热点研究领域，被认为是将对二十一世纪产生巨大影响力的技术之一。
4.2 传感器网络研究热点问题和关键技术
传感器网络以应用为目标，其构建是一个庞大的系统工程，涉及到的研究工作和需要解决的问题在每一个层面上都很多。对无线传感器网络系统结构及界面接口技术的研究意义重大。如果我们把传感器网络按其功能抽象成五个层次的话，将会包括基础层（传感器集合）、网络层（通信网络）、中间件层、数据处理和管理层以及应用开发层。
其中，基础层以研究新型传感器和传感系统为核心，包括应用新的传感原理、使用新的材料以及采用新的结构设计等，以降低能耗、提高敏感性、选择性、响应速度、动态范围、准确度、稳定性以及在恶劣环境条件下工作的能力。
4.3 传感器网络的应用研究
传感器网络有着巨大的应用前景，被认为是将对21 世纪产生巨大影响力的技术之一。已有和潜在的传感器应用领域包括：军事侦察、环境监测、医疗、建筑物监测等等。随着传感器技术、无线通信技术、计算技术的不断发展和完善，各种传感器网络将遍布我们生活环境，从而真正实现“无处不在的计算”。以下简要介绍传感器网络的一些应用。
（1）军事应用
传感器网络研究最早起源于军事领域，实验系统有海洋声纳监测的大规模传感器网络，也有监测地面物体的小型传感器网络。现代传感器网络应用中，通过飞机撒播、特种炮弹发射等手段，可以将大量便宜的传感器密集地撒布于人员不便于到达的观察区域如敌方阵地内，收集到有用的微观数据；在一部分传感器因为遭破坏等原因失效时，传感器网络作为整传感器网络体仍能完成观察任务。传感器网络的上述特点使得它具有重大军事价值，可以应用于如下一些场景中：
▉监测人员、装备等情况以及单兵系统：通过在人员、装备上附带各种传感器，可以让各级指挥员比较准确、及时地掌握己方的保存状态。通过在敌方阵地部署各种传感器，可以了解敌方武器部署情况，为己方确定进攻目标和进攻路线提供依据。
▉监测敌军进攻：在敌军驻地和可能的进攻路线上部署大量传感器，从而及时发现敌军的进攻行动、争取宝贵的应对时间。并可根据战况快速调整和部署新的传感器网络。
▉评估战果：在进攻前后，在攻击目标附近部署传感器网络，从而收集目标被破坏程度的数据。
▉核能、生物、化学攻击的侦察：借助于传感器网络可以及早发现己方阵地上的生、化污染，提供快速反应时间从而减少损失。不派人员就可以获取一些核、生、化爆炸现场的详细数据。
（2）环境应用
应用于环境监测的传感器网络，一般具有部署简单、便宜、长期不需更换电池、无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置，可以观察到微观的环境因素，为环境研究和环境监测提供了崭新的途径传感器网络研究在环境监测领域已经有很多的实例。这些应用实例包括：对海岛鸟类生活规律的观测；气象现象的观测和天气预报；森林火警；生物群落的微观观测等
▉洪灾的预警：通过在水坝、山区中关键地点合理地布置一些水压、土壤湿度等传感器，可以在洪灾到来之前发布预警信息，从而及时排除险情或者减少损失。
▉农田管理：通过在农田部署一定密度的空气温度、土壤湿度、土壤肥料含量、光照强度、风速等传感器，可以更好地对农田管理微观调控，促进农作物生长。
（3）家庭应用
建筑及城市管理各种无线传感器可以灵活方便地布置于建筑物内，获取室内环境参数，从而为居室环境控制和危险报警提供依据。
▉ 智能家居：通过布置于房间内的温度、湿度、光照、空气成分等无线传感器，感知居室不同部分的微观状况，从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制，提供给人们智能、舒适的居住环境[16]。
▉建筑安全：通过布置于建筑物内的图像、声音、气体检测、温度、压力、辐射等传感器，发现异常事件及时报警，自动启动应急措施。
▉智能交通：通过布置于道路上的速度、识别传感器，监测交通流量等信息，为出行者提供信息服务，发现违章能及时报警和记录[17]。反恐和公共安全通过特殊用途的传感器，特别是生物化学传感器监测有害物、危险物的信息，最大限度地减少其对人民群众生命安全造成的伤害。
（4）结论
无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如家用、保健、交通等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。比如微型传感器网最终可能将家用电器、个人电脑和其他日常用品同互联网相连，实现远距离跟踪，家庭采用无线传感器网络负责安全调控、节电等。无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。但是，我们还应该清楚的认识到，无线传感器网络才刚刚开始发展，它的技术、应用都还还远谈不上成熟，国内企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展。
无线传感器网络是新兴的通信应用网络，其应用可以涉及到人类生活和社会活动的所有领域。因此，无线传感器网络将是未来的一个无孔不入的十分庞大的网络，需要各种技术支撑。目前，成熟的通信技术都可能经过适当的改进和进一步发展，应用到无线传感器网络中，形成新的市场增长点，创造无线通信的新天地。
5 结语
当前技术水平下的传感器系统正向着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。今后，随着CAD技术、MEMS技术、信息理论及数据分析算法的继续向前发展，未来的传感器系统必将变得更加微型化、综合化、多功能化、智能化和系统化。在各种新兴科学技术呈辐射状广泛渗透的当今社会，作为现代科学“耳目”的传感器系统，作为人们快速获取、分析和利用有效信息的基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注。
微波传感器依靠微波的很多优点，将广泛地用于微波通讯、卫星发送等无线通讯，和雷达、导弹诱导、遥感、射电望远镜中。并且在一些非接触式的监测和控制中也有很好的应用。

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橡树岭国家实验室的主要成就

1、核动力与研究反应堆—从曼哈顿工程到电的产生
20世纪四十年代诞生了许多动力反应堆概念，有些发展被认为仍然有效的技术。因为认为铀非常稀少，所以一些科学家想出一种产生多余消耗钚的快速反应堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用钠冷却增殖反应堆的第一个设计。
2、反应堆化学—钷的发现
1914年，第一次世界大战中在战斗中阵亡的前一年，其工作影响元素在周期表中最后排序。才华横溢的英国物理学家证明在稀土钕和钐之间应该存在元素61。1941-42年美国化学家们试图造出元素61，但不能证明已经造出这一元素。
1945年，在Charles Coryell的领导下，工作在石墨反应堆上的化学家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他们通过铀的裂变和用用来自反应堆中裂变铀的中子轰击钕获得这一元素。他们在附近的热实验室和化学楼里工作，利用离子交换色层法，首次从化学上鉴定了元素61的两个同位素。
Marinsky和Glendenin在1947年的美国化学学会会议上宣布了他们在化学上证明元素61的存在。1948年，他们在马省理工学院工作时建议将元素61“钷”命名为普罗米修斯（希腊神话中的巨人，相传因盗取天火给人类触怒主神宙斯，被锁在高加索山崖遭受神鹰折磨）。这一想法来自Coryell的妻子Grace Mary。1949年这一名称被国际化学化学联合会所接受。
钷是在地球地壳中没有发现发射β的放射性金属，在仙女座中一个星的光谱里看到了它。钷147用于导弹中的仪器核动力电池。
3、核同位素
二次大战期间，橡树岭Y-12厂被用来电磁分离两个铀同位素，产生曼哈顿工程用的武器等级的材料。大战结束后，除了一个电磁型同位素分离器大厅外，其他所有的大厅均转为它用。剩余的设施转给ORNL，生产许多用于和平目的的同位素。
4、核医学—疾病的诊断和治疗
将ORNL产生的放射性同位素转变为可恢复人体健康的试剂是ORNL核医学研究人员长期以来的奋斗目标。20世纪七十年代中叶以来，在Russ Knapp的领导下，他们开发出用于医学扫描诊断心脏病的放射性成像试剂。该试剂已经在全世界350000病人研究中经过了试验，在日本和俄罗斯进行工业化生产，并用于治疗无数的心脏病患者。ORNL试剂是用放射性碘做标记的脂肪酸，可用来探测心脏病发作后心肌有多少还活着，预测搭桥手术或气球状的血管成型术是否会恢复所有血液流通。
5、核燃料—开发新工艺
第二次世界大战期间，橡树岭的石墨反应堆是作为一个试验工厂为展示钚的产生而运行的。ORNL的研究人员开发出从用过的铀燃料和裂变产品中分离钚的化学工艺。他们利用沉淀从溶解在硝酸中用过的燃料中提取钚，设计和应用工艺。
6、核燃料—核工业的新设计
上个世纪四十年代末，由Eugene Wigner领导的ORNL小组设计了水冷却释热元件，确保材料试验反应堆产生足够高的中子浓缩度，以便确定哪些支撑最好的材料可用于未来反应堆。该组设计的铀释热元件放在铝板之间，外面由铍包围，将中子反射回到堆芯。Wigner最有名的发明是将铝板弯曲，所以在非常热的情况下，它们只向一个方向弯曲，防止水冷却液流量的压缩，这决定着中子的流强。这个设计是美国研究反应堆和潜水艇堆芯的模型。
7、核燃料—国际软件
SCALE是一个易于使用用来确定核装置的设计和传输或存储数据包是否符合核安全标准的计算机软件系统。ORNL开发的系统在世界范围里被用来回答核安全问题。例如：装有用完的核燃料的储存罐足以屏蔽，防止雇员达到有害辐射水平吗？罐的设计，在平板卡车或火车车厢里罐的摆放，会防止涉及不受控制地释放能量和辐射的临界事故吗？
8、核安全—了解挑战
ORNL在无数方面对核安全起作用。它培养了900多位反应堆设计和安全操作方面的工程师。实验室出版了核安全杂志已有30多年。60年代以来，ORNL已经对核临界安全具有了重要影响 — 利用工业控制防止产生在铀或钚的处理、储存和运输中发生意外不能控制的链式反应的潜在后果。ORNL的研究人员提供几个临界安全标准和管理批准这个指导原则的国际小组。
9、核脱盐—渴望解决方案
联合国估计全世界有11亿人口，几乎6个人中就有1人喝不到安全的饮用水。一种解决的方案是从海洋里取水并把盐除掉。
10、核不扩散—降低核威胁
2002年，ORNL组与美国核安全局、国务院和国际原子能委员会的专家们一道从南斯拉夫反应堆上安全拆除50公斤的高浓缩铀。这些材料被运到俄罗斯转为反应堆级燃料。
为减少美国和俄罗斯反应堆产生的多余的武器级的钚，ORNL管理多处为轻水反应堆生产、辐照和试验基于钚的混合氧化物燃料的工作。ORNL管理和与俄罗斯从事开发生产俄罗斯反应堆所用混合氧化物燃料需要的技术。
通过将原苏联的武器研究人员固有的技术商品化和重新产业化的努力，ORNL正为他们创造有意义的工作。
11、中子散射—变化的仪器
1994年，率先在橡树岭石墨反应堆上采用中子散射开展材料研究的Clifford Shull分享了诺贝尔物理奖。Shull和他的导师Ernest Wollan利用中子散射确定晶体中原子在哪里。中子散射在世界上被用于研究材料的结构和动力学，开发出强力塑料、小电机中看到的改进的磁性材料、信用卡、计算机磁盘和CD盘。1945后期，用X射线散射研究固体和气体的Wollan考虑用石墨反应堆的中子研究散射。他通过让反应堆中子经过晶体产生了一个单波长中子束流，并用谱仪测量与中的原子核相互作用所发生的中子散射的角度和能量。这一信息帮助揭示物质的结构。
12、半导体—打造数字的未来
过去40年间，ORNL的研究人员提供了重要的信息和技术，产生了半导体产业，提高了该产业的经济意义。
1962年，Ordean Oen和Mark Robinson在开展晶体材料中辐射损伤理论研究的同时，进行揭示离子沟道影响与固体中长排的原子平行的原子的长距离运动的计算机模拟。这一工作和Bill Appleton、Charles Moak、Sheldon Datz、Herb Krause和其他人所做的高能离子沟道实验能够了解沟道现象，帮助工业界生产具有正确特性的植入离子的半导体材料。
13、半导体—传输电力
由于有了高温超导线和电缆，未来的电网将更加有效。ORNL的研究人员与工业伙伴合作，利用1986年发现的现象所开发的高温超导线的电阻比铜线的电阻小得多。与相当的技术比较，使用这样的线的设备占用空间较小，运行费用较低，耗能较少。美国电网中超导电缆导电是同样大小尺寸铜线的5倍。因为高温超导电缆以热量形式损失很少的能量，所以电传输的损耗减少一半，从8%降低到4%。
14、离子植入材料—实在的人造关节
在ORNL，通过纯理论手段出色地发现离子沟道，最后导致制定基于加速器的计划将离子引入材料。研究人员发现离子植入能够改进许多材料的表面，包括用于制造人造髋关节和膝盖的合金。
15、环境影响分析—寻找平衡
联邦政府资助或批准的设施在建造前，必须认真检查工程的效果。在环境影响说明中，必须权衡它们的造价和效益。自1971年以来，为核电厂曾准备过这样的环境影响说明。ORNL和其他三个国家实验室的研究人员涉及一个应急计划，为90个运行核电厂和那些建设中的核电厂或正在设计中的核电厂起草环境影响说明。七十年代，ORNL还涉及决定是否为提出的电厂建造冷却塔，以保护哈德逊河的有条纹鲈鱼。ORNL的工程师们开发出的一种电子标记，它通过手术植入雨中。该标记发射出超声波信号，用于观测三文鱼靠近水电大坝时的变化 — 这一信息有助于鱼安全通大坝的上游和下游。
16、环境质量—种下科学的种子
来自工业设施的放射性和有害物质对构成生态系统的动植物有什么影响？生态系统与地球大气如何发生相互作用？ORNL的研究人员帮助回答了这些和其他50多年来的其他问题，开创了生态研究的新领域。
17、空间探索—最后的前沿科学
2002年8月20日，美国国家宇航局庆祝旅行者2号宇宙探测器通过太阳系旅程25周年 — 可能是人类探索宇宙最伟大的功绩。旅行者2号向地球发回令人注目的木星、土星、天王星和海王星地形、环和卫星的照片。旅行者2号距太阳足足超过60亿英里远，上面载有ORNL制造的材料。
18、石墨和碳产品—从导弹到纳斯卡（NASCAR）
石墨反应堆的名称承认石墨需要有的特性。这种形式的结晶碳被选为橡树岭的第一台反应堆和Hanford钚产生反应堆的减速器。石墨不仅将铀裂变中产生的中子减速到足以使钚形成，而且还在高温时变得更强，并抗辐射损伤。
19、先进材料—工业用的合金
材料合成ORNL第一个开发的商业化的合金是耐盐酸镍基合金-N，先由国际镍公司出售，由Haynes International公司销售。这个镍-钼-铜-铁合金是由Hank Inouye和其他人开发的，含有ORNL开发的熔盐反应堆使用的燃料。该种合金抗老化、抗断裂和抗暴露在热的含氟化物的盐引起的腐蚀。
20、先进材料—工具、涡轮机和柴油发动机
许多发明在10到15年里从实验室到工厂都不会取得成功，但ORNL的一种陶瓷发现后3年成为商业产品。这个名人遗物收藏馆的陶瓷是铝氧化物和从普通米壳制造的微观硅炭化物SiC晶须的复合材料。
21、生物技术—用细菌清除
ORNL生物技术一个早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示：花园土壤中的细菌能够去掉工业废水中的硝酸盐和稀有元素。ORNL在俄亥俄州的Portsmouth铀浓缩厂建了一座试验生物反应堆处理硝酸盐废物。橡树岭Y-12国家安全整套装置为处理硝酸废物的一座工厂采用了Francis的设计。在这些场地利用重组体和自然细菌处理地下废物的生物治疗在继续进行。
在1997年进行的lysimeter实验中，ORNL采用了基因工程微生物来探测土壤污染物；美国政府部门首次批准它在能源部的一个场地有控制地向环境释放。
六十年代，Howard Adler和他的助手们研究辐射对大肠杆菌的影响。一些被辐射损伤的细菌死亡，神秘的是除非它们生长在有其他细菌的情况下。最终的解释是含有来自那些其他细菌薄膜部分的酶，它把氧从介质中去掉，使得受损伤的大肠杆菌得以复原。
Adler和Jim Copeland开发出一项提取和冷藏这些薄膜碎片，和利用它们去掉来自支持厌氧微生物（在氧中死亡）液体介质的氧的技术。他们的技术有助于早发现由厌氧微生物和生产像丁醇之类的化学品引起的疾病，如破伤风和坏疽。1987年，他们成立了Oxyrase公司，继续向北美、南美、亚洲和欧洲的医院病理学和研究实验室销售诊断介质。
利用在生产除冰剂、食品添加剂、溶剂和最后是塑料中需要的将普通糖转化为琥珀酸的一种新的微生物，ORNL和美国能源部其他的国家实验室与应用碳-化学制品公司（Applied Carbo-Chemicals）一起开发了一种发酵工艺。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反应堆中开发了这一发酵工艺。应用碳-化学制品公司展示了这一很快商品化的发酵10万公升的工艺流程。
22、光合作用—发现光
发现光对研究绿色植物细胞和辐射有兴趣的几位ORNL的生物学家集中研究了光合作用。
23、生物系统—生命工厂一瞥
ORNL制定其生物研究计划，旨在确定辐射的性质和辐射对活细胞的影响。
这些研究是出于关心反应堆、原子武器试验和进入人体的放射性元素的辐射对健康的影响而进行的。辐射生物学方面的世界权威Alexander Hollaender1946年来到橡树岭，率领ORNL的研究人员开展辐射对微生物、果蝇、植物和以后是老鼠的影响的研究。他制定了一项广泛的计划，一度使ORNL成为世界上最大的生物实验室。曾在ORNL从事生物科学研究的20名研究人员被选为美国国家科学院的院士。
24、计算生物学—发现基因，预言蛋白质结构
ORNL的计算生物学研究人员在人类基因组工程中起着重要作用。2001年，《科学》和《自然》杂志特刊刊登了人类基因组草图，这两个特刊都提到了ORNL的生物信息学研究。ORNL的Frank Larimer、Jay Snoddy和Ed Uberbacher被列为那期《自然》主要论文的两作者。Uberbacher和Richard Mural开发的GRAIL发现基因工具用于这项工作，《科学》杂志的基因组计划大事记中也提到了它。
Ying Xu和Dong Xu开发了蛋白质结构预言和评估计算机工具盒（PROSPECT），即预言来自氨基酸序列的蛋白质三维结构的计算工具。了解这些特定的蛋白质三维结构对疾病的研究和发现药物至关重要。PROSPECT可在几小时而不是传统实验需要的数月就可确定蛋白质的几何结构。它是世界上最佳的预言蛋白质结构的工具之一。
25、生物医学技术—检查和预防疾病
在过去的50年中，ORNL的研究人员发明了大的仪器，小型分析仪和小的芯片，用来诊断或预防人类疾病和小毛病。
1950年，由物理学家P. R. Bell领导的ORNL的一个组发明了一种改进闪烁谱仪，测量从磷光体产生与辐射打击这些晶体成正比的光闪烁的次数和强度。多路分析仪用电子学装置将这些闪烁记录下来，能够快速对β和γ辐射能量进行分析。
1956年，Bell的组找到将电子计算机并入医学扫描仪更精确地突出吸收放射性同位素的肿瘤的方法，从而不必要开刀来检查癌。ORNL开发的这些商业型号的成像机器被用于全世界的主要医学中心，用来查出恶性肿瘤的位置，以便进行治疗，延长患者的生命。
1961年，利用美国原子能委员会和美国国家卫生院提供的经费，由Norman Anderson领导的ORNL的一个组发现用于生产核反应堆燃料浓缩铀离心技术的医学应用。研究人员证明，根据大小和密度将物质分离成为分子组成部分的快速自旋分离机，通过去掉可造成免疫病人副作用的外来蛋白质，能够纯化疫苗。到1967年，以ORNL发明为基础的商用带状离心机为无数人生产了更为安全的疫苗。
在Anderson的引导下，Charles Scott和其他ORNL的研究人员在六十和七十年代末发明了可提的快速离心分析仪，用于全美国的医疗诊所。这些分析仪在几分钟内就能检验出血、尿和体内其他流体的成分，为医疗诊断记录下数据。
这些机器中，最著名的是ORNL的GeMSAEC，它由国家卫生院的普通医学科学处和原子能委员会共同资助。利用一个旋转15个透明管通过光束的转子，GeMSAEC将结果显示在示波器上，将数据送入计算机，在以前一次分析所用的时间里完成15的医学分析。以这一发明为基础的医学分析仪用于许多美国的诊所。
在七十和八十年代，ORNL的Carl Burtis发明了可提血液转子（blood rotor），它采用了最新的技术，根据GeMSAEC的概念加以改进。这个小的分析仪采用与光束存在的情况下的血液成分发生作用的各种试剂，旨在为诊所医师和兽医快速和同时提供人和动物血液组成部分的测量结果。该技术于1992年转让给Abaxis公司，仍然生产以该技术为基础的血液分析仪。
九十年代，由ORNL的Tuan Vo Dinh和位于Knoxville的汤姆森癌症救生中心（Thompson Cancer Survival Center）的Bergein Overholt和Masoud Panjehpour开发了一项确定食管肿瘤是良性还是恶性的非外科激光技术。
这个光学传感器采用内诊镜、光纤、激光和算法规则收集和比较食道中的荧光图形（正常的恶性组织不同）。该传感器已在汤姆森癌症救生中心200个患者的1000个样品中经过试验。在占98%的试验中，光学的和外科的活组织切片检查结果一致。ORNL已经将光学活组织切片检查技术转让给了Nashville的橡树岭癌症即刻化验室。
Vo-Dinh、Alan Wintenberg和其他人发明了一种先进的多功能生物芯片系统，将来的某一天，它可在医生的办公室里很快诊断很多疾病。该项技术已经转让给了橡树岭的HealthSpex公司。
九十年代初期由ORNL的研究人员Mike Ramsey发明的“芯片实验室”的改进型号被Caliper技术公司（Caliper Technologies）商品化。这些火柴盒大小的芯片有几个比人的头发还细的通道，它们与存储器连接，所有的存储器利用微加工技术都刻在极小的玻璃板上。芯片可以用来分析DNA、RNA、蛋白质和细胞。Caliper技术公司也在销售针对发现药物的高输入输出信息通过量实验用的设备。该公司2001年的销售额接近3000万美元，比2000年增长59%。
26、智能机器—用机器人降低风险
机械操纵器早已用于高放射性物质工作屏蔽室，防止使用者接触放射性物质。从七十年代晚期开始，ORNL的研究人员就发明了遥控的灵巧伺服操作器，可在电视上看这些操作器的工作。这样的“遥控操作”技术能够使在对人太危险的放射性区域的工作成为可能。这一技术扩展了阿贡国家实验室提出的较早概念，启动了ORNL机器人的研究。从此，遥控技术便应用到核燃料再加工、军事战场弹药管理、加速器、聚变反应堆和美国能源部全国废料厂环境清理工程（如遥控等离子体弧切金属结构以拆除被污染的设备）。
27、有害辐射防护学和辐射计量学—帮助确定辐射防护的指导原则
1942年12月当芝加哥获得第一个受控连锁反应时，一些物理学家测量了工作地点的辐射强度。因为曼哈顿工程开始，所以需要用“有害辐射防护学”的方法测量由人造核素放射出的辐射和控制工作地点的放射性污染。
28、辐射屏蔽—安全第一
20世纪三十年代，Eugene Wigner发明了一个公式，表明有些材料比其他材料在接收或放慢中子散射中更为有效。这一工作确立了辐射防护研究的基础。
到1951年，在Everitt Blizard的指导下，ORNL成为进行计算以确定需要防止人和设备受到有害辐射强度辐射的铅、钢和混凝土屏蔽的厚度和配置。对于后来流产的核飞机工程，ORNL的研究人员努力工作，以找到保护由小核反应堆提供动力的飞机机组人员免受辐射的重量轻的屏蔽材料。为了给这一工作提供数据，五十年代建造了ORNL整体屏蔽反应堆和塔式屏蔽装置。
1958年，ORNL的研究人员开发了中子传输代码和光子传输代码，它们的屏蔽配置最佳地防止人类受到中子和伽马射线的辐射。1959年，他们评估了为美国第一艘也是唯一的一艘核动力民用船只Savannah号提出的反应堆屏蔽的有效性。
1966年，橡树岭电子直线加速器开始为屏蔽代码开发者提供辐射如何与单个原子在屏蔽材料中发生相互作用方面的数据。该加速器帮助科学家们回答了像“中子辐射被原子核捕获或散射掉了多少？”和“引起原子裂变多少？”这样的问题。
1967年，ORNL开发了计算模拟代码，该代码仍然用来评价辐射屏蔽的有效性。1986年，橡树岭传输模型公布；这个第一次公开的辐射传输模拟代码能够解决极大、复杂和三维屏蔽问题。
ORNL的屏蔽研究正用于设计散裂中子源靶、医学辐射治疗和国土安全工程。ORNL的研究人员还对困难屏蔽问题的咨询请求做出反应。
29、信息中心—分享科学数据
四十年前，ORNL所长Alvin Weinberg率领总统专门小组研究解决迅速增长的数据量问题。该小组建议成立专门的信息处理中心，负责为科学界评审、分析、压缩和解释科学文献。
30、能源效率—能耗低冷却度高
在过去的三十年中，ORNL率先开发出能耗低并对环境构成较小威胁的冷冻系统。之所以要这样做，原因是七十年代以来，因为进口用于燃料的石油供应不稳定造成能源价格的上涨；需要降低燃煤电厂的目标，因而削减使气候改变的二氧化碳的排放量，以及为保存保护我们的平流层臭氧层必须替换含有氟氯碳传统冷却剂。
31、能源效率—能耗低热效高
地球几乎储存从太阳接收能量的一半，起码高于人类每年需要能量的500倍。通过开发这个巨大的能源储存能力，地热加热泵为建筑物供热制冷，并提供热水。利用有不影响环境流体的地下管道，地热加热泵在冬天将来自较热地的热量传诵到建筑物，夏天将建筑物里的热量散发到较凉的地里。
32、能源效率—未来的建筑
1974年阿拉伯石油对美国禁运，美国加油站排起长队，能源价格节节盘升后，ORNL应邀作为联邦政府节能研究的计划管理者。由Roger Carlsmith领导的ORNL住户节能计划致力于减少家庭使用油、气和电（20%由燃油厂提供）的问题。因为取暖和制冷占美国平均家庭用的能量的50-70%，所以通过加绝缘切断经过墙壁不需要的热流，就可以大量降低能源消耗和支付的费用。ORNL的研究人员研究改进绝缘的方法，并计算家里和公司加了绝缘后所节省的能量。
33、化学和质谱测定法取得成功
ORNL的化学家们率先发明了在其石墨反应堆会上将钚从来自废铀燃料的其他裂变产物中分离出来，从而取得了该实验室为结束第二次世界大战而承担的任务。
34、核物理和天文物理—从原子到爆炸的星球
ORNL的核物理研究始于四十年代晚期，主要是因为核飞机工程需要有关反应堆产生的中子的行为和对屏蔽材料效应的信息。1948年，Arthur Snell利用一台改进的3MV的静电加速器开始了研究。这台3MV的静电加速器是一台高压直流加速器，通过用质子轰击锂产生中子束流。1951年，安装了世界上同类加速器中能量最高的一台5MV的静电加速器。
35、高性能计算—冲击极限
50年来，ORNL在推进计算方面一直是领先者。1954年，Alston Householder领导的一个ORNL小组与阿贡国家实验室合作建了一台计算机，与世界上其他计算机相比，其速度最快，数据存储能力最大。被称为橡树岭自动计算机和逻辑发动机的这台机器，帮助科学家们解决了核物理、辐射效应和研制厄运核飞机工程的屏蔽方面解决了许多问题。
36、软件模拟—科学发现的模型
ORNL在世界范围内对用于科学发现的软件和算法具有重大影响。八十年代晚期，ORNL开发出并行虚拟机（PVM）软件。该软件的用户在九十年代中期超过40万，在世界范围内事实上成为将计算机组合成虚拟超级计算机的标准。
37、地理信息系统—跟踪地球
1969年ORNL开创了地理信息科学，10多年以后商业地理信息系统（GIS）工业发展起来。GIS是一个计算机系统，它可以收集、存储、控制和显示地理信息，包括由卫星和飞机搜集的图像。ORNL曾利用GIS将涉及局部到全球范围问题的几个多学科研究计划结合在一起。
38、运输后勤—找到捷径
为可能采取的军事行动，将部队和所需要的装备从美国基地运到国外基地，最快的路途是什么？由于ORNL和田纳西大学研究人员为美国空军开发的特殊软件，美国部队和装备可比以前更快地被空运到潜在的战区。
39、生物量能量—一个木材的新世界
由于ORNL管理了20年的一项能源部计划，工业有了更有效的用于造纸、建材和家具的纸浆和木材来源。能源部生物能的供料开发计划的原来目的，是开发可转化为燃料在农场生长的可持续性的农作物。然而，由于ORNL与美国农业森林服务部门、农业研究站、多所大学和几家林木产品公司的合作，选择和开发了几种快速生长的树木和草，它们可用于木制产品和能源。白杨和柳枝稷作为典型的农作物出现。
40、聚变能源—寻找最后的能源来源
长期以来，从俄罗斯和日本到欧洲和美国的科学家们都在谋求开发聚变能作为丰富、安全和环境上友好的电力来源。为达到这一雄心勃勃的目标，他们必须克服科学和工程学科范围内的问题。ORNL在国际聚变界以实际上在聚变科学和工程的每个学科中做出强大贡献，并在开发聚变能方面具有保持中心作用技术的实验室和闻名。
41、技术转让—从工作台到市场
四十多年来，ORNL开发的许多技术被转化为构成作为创建新公司基础的实用产品和服务项目。作为实验室的一部分，ORNL的技术转让计划及其带来的经济增长是基础科学研究的“下游的”副产品。的确，自2000年4月30日以来，利用ORNL转让技术的30家新公司，包括橡树岭地区的许多公司成立。
42、科学教育—打下基础
自从成立以来，ORNL就为教育培训和研究机会提供了资源。1946年初Eugene Wigner成为ORNL负责研究的所长后，他建立了橡树岭反应堆技术学校。该校成为几所大学核工程课程的典范，是ORNL对核能的最大贡献。该校的毕业生中有的成为核工业的领导人，包括Hyman G. Rickover船长，他来到ORNL了解美国海军是否可利用核能。
43、废料管理—结束核周期
石墨反应堆变成临界六十年后，今天，ORNL通过发现隔离核废料的安全方法，正帮助结束核的周期。最重要的工作可能关系到地质上处理用过燃料和高放射性核废料储存地的选址，它是导致国会批准丝兰山（内华达州）作为可能处理场地努力的一部分。努力的过程开始于1955年美国国家科学院召开的专门制定美国永久处理反应堆废料计划的一次会议。与会的65名科学家中，有ORNL的科学家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。与会者推荐采用层状盐作为高放射性废料处理的最佳方法，尽管存在其他的选项。
44、政府政策—帮助美国的科学发展
ORNL的研究已经为联邦政府的科技政策决策者们提供了重要信息，造成争论，有时成为各种法律、条例和其他政策的措辞。例如，自六十年代以来，ORNL的研究导致制定了几个规章标准，这些标准改进了核电厂运行的安全。
45、ORNL的未来—下一代大科学园区
1943年，6000多名工人开始建造大约150栋建筑物，后来它们构成ORNL。该实验室的全体工作人员正在重建这一实验室。除14亿美元的散裂中子源SNS外，3亿美元的现代化计划将会使它能够吸引下一代世界水平的科学家到ORNL工作。私人资助的设施:建在能源部立契转让的土地上，30万平方英尺的设施里建有最先进的能源和计算科学实验。

纳米陶瓷：开辟工程陶瓷新领域_纳米陶瓷

随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属似的柔韧性和可加工性。英国材料学家指出，纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指在陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响，为替代工程陶瓷的应用开拓了新领域。

氧化锆纳米线的合成方法


成果简介：该项目研制的氧化锆纳米线的合成方法，涉及一种纳米陶瓷材料的制备工艺。该方法是以氧氯化锆(ZrOCl2?8H2O)、草酸(H2C2O4?2H2O)为原料，在室温下，分别配制氧氯化锆(ZrOCl2)与草酸(H2C2O4)水溶液，并在不断搅拌氧氯化锆(ZrOCl2)溶液的情况下，将草酸(H2C2O4)水溶液慢慢加入到氧氯化锆ZrOCl2溶液中，然后继续不断地搅拌，得到锆溶胶；然后将多孔氧化铝膜浸入到所得的锆溶胶中，待10分钟后，在压力为1.3MPa情况下加压5小时；将经处理过的膜从溶胶中取出，在红外灯下烘干，再在500℃、氩气氛下常压焙烧5小时，即得到氧化锆纳米线阵列。该方法工艺简单，原料易得，可合成出直径为50～300纳米，长度大于10微米的氧化锆纳米线。该发明可望在催化、涂料、氧传感器、陶瓷增韧、固体氧化物燃料电池等诸多领域中得到广泛的应用。

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性方法

成果简介：该项目研制的纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于纳米陶瓷粉体制造技术领域，其特征在于依次含有以下步骤：用高速混合搅拌法使陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂；使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系；以5～0份纳米陶瓷粉体，0.5～5份有机单体的质量比来加入有机单体，继续超声分散，同时缓慢滴加入引发剂，升温到形成自由基的温度(70～80℃)，直至反应结束。用该发明所述的方法可制出具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系以直接进行离心成型得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯。打碎了纳米陶瓷粉体间的硬团聚，消除了直接影响素坯成型的消极因素，有利于陶瓷的低温烧结和晶粒细化。

热喷涂用纳米陶瓷粉末的低成本规模化生产方法

成果简介：该技术生产纳米热喷涂粉末材料，可以控制粉末的晶体粒度、颗粒粒度和形貌，颗粒内部保持纳米结构。粉末技术指标如颗粒大小及其分布、颗粒形状、流动性等，满足热喷涂工艺的要求。该技术方法适用于Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等氧化物陶瓷材料及其复合物的纳米热喷涂粉末的生产。通过反应物浓度、温度、压力、添加剂、成型、晶化等参数的控制和调节，可实现低成本规模化生产。该技术成果具有良好的应用前景。

低温燃烧－水热合成制备纳米陶瓷颜料

成果简介：该项目的目的就是突破传统的烧结工艺，将低温燃烧（Low-Temperature Combustion Synthesis，简称LCS）技术和水热合成（Hydrothermal Synthesis）技术相结合，制造纳米陶瓷颜料。该类颜料在陶瓷计算机喷墨打印装饰等领域具有广阔的用途。该颜料主要指标包括，颜料平均粒径＜50nm；颜料使用温度（根据产品而定）在1250℃左右；其他性能与普通陶瓷颜料相同。

纳米电子陶瓷材料及其器件工业性制备新技术

成果简介：该项目采用超重力反应沉淀法合成纳米级介质陶瓷基体材料，利用超重力的作用，消除微观混合的影响，克服了常规搅拌釜或管式沉淀法合成颗粒的过程技术上的不足，同时结合溶胶－凝胶法引入表面改性剂，提高基体材料与添加剂的混合均匀程度，控制添加剂的分布状态，改善成型、烧结等特性，制备出粒径、粒度分布、物相均可控的改性中低温纳米介质陶瓷材料；并从浓悬浮体结构模型出发，协调超细粉体在介质中的分散行为；利用纳米效应特性及三维仿真设计软件，优化介质材料设计及合成工艺。

微乳液纳米反应器合成制备纳米陶瓷颜料

成果简介：微乳液法制备纳米陶瓷颜料是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂分子界面膜的作用下生成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或半透明的低粘度分散体系。微乳液中剂量小的溶剂被包裹在剂量大的溶剂中形成一个微泡，微泡的表面被表面活性剂所包裹，其粒径在1～100nm，通过选择表面活性剂及控制相对含量，可将其水相液滴尺寸限制在纳米级，不同微乳液滴相互碰撞发生物质交换，在水核中发生化学反应，每个水相微区相当于一个“微反应器”，在每个微泡中固相的成核、生长、凝结等过程仅仅局限在一个微小的球形液滴内从而形成球形微粒，从而得到纳米陶瓷颜料。

精密纳米陶瓷手术刀

成果简介：传统钢制手术刀在使用和加热消毒时易腐蚀、钝化，寿命低；金刚石手术刀加工工艺复杂，透明，操作困难，价格昂贵。该成果采用纳米陶瓷材料与加工高技术克服了上述缺点，刀口锋利，无磁，无毒，无静电，寿命长，防腐蚀，具有生物体组织相容性，精度高，刀口可快速愈合，术后无明显切痕，易于操作，可在高温下使用，且成本适中。

永久性自洁净纳米陶瓷釉


成果简介：该产品是一种永久性自洁净纳米陶瓷釉，在普通陶瓷釉中添加进多种纳米氧化物材料，改变传统陶瓷釉配方，使用传统的陶瓷类产品制备工艺烧结，使新陶瓷类产品陶瓷釉表面有纳米结构，因此具有疏水和永久性自洁净功能。该陶瓷釉主要用于电力瓷瓶、瓷棒、建筑和家用等自洁净陶瓷类产品中。该发明的陶瓷釉制备工艺简单、成本低、不改变陶瓷产品的生产工艺，且耐温范围大、耐酸碱性好。

纳米陶瓷涂层、纹路技术在电饭煲、电压力锅上应用


成果简介：电饭煲、电压力锅的内锅需要采用纳米陶瓷涂料。该项目研制的涂料采用无机质的陶瓷经过纳米技术处理和机能性添加剂结合，加水分解和缩合过程后，最终形成精密的、高强度的纳米陶瓷涂料，以金属为基质的内锅表面经过超硬化处理后，在低温下（200摄氏度以下）固化成形，表面硬度高，无任何毒性和腐蚀性物质，无任何气味，具有节能、耐高温、不粘、安全等特点。采用纹路技术的电饭煲、电压力锅的风锅，其特征在于锅体内壁均布多边形或圆形或椭圆形凹槽，特点是内锅加热辐射面积增加，扩大内锅受热面积，节约热源。大米或烹饪的食物与锅体均布有间隙，水填充其中，加热时水汽传热更充分，底部受热均匀，不糊底。

金属陶瓷材料

成果简介：该项目建成乌海市第一条用焦化厂废气生产年产3万吨耐火材料生产线，主要针对高铝、异形耐火材料的生产。进行了“稀土电解用新型惰性阳极材料”“纳米陶瓷刀具”开发。该项目产品为新型惰性阳极材料及配套产品。以既有良好导电性又具有高温抗腐蚀性且成本低廉的金属铝化物材料为阳极，替代传统的石墨阳极。利用陶瓷相的纳米尺寸效应提高刀具的韧性使其高于10MPam1/2以上，同时使用具有特殊物理、化学性质及高温性能的新金属间化合物材料来粘结纳米陶瓷。

纳米材料及加工技术


成果简介：该项目来源于黑龙江省科技攻关计划，主要研究内容包括纳米材料的制备及成形、纳米材料的加工技术、超分子薄膜体系的自组装技术与机理。取得的成果如下：超纯超细纳米陶瓷粉末原料的制备技术：采用湿化学法制备超纯超细纳米陶瓷粉末，粒度在30～80nm之间，无硬团聚；纳米陶瓷超塑成形技术：采用无粘结剂冷等静压成形素坯，在真空热压烧结炉中烧结，最后在真空烧结炉中完成超塑成形；纳米复合粉体制备技术：应用高能球磨法采用变转速多次循环球磨工艺，制备出了平均晶粒尺寸约为25nm的WC-10Co-0.8VC-0.2Cr3C2(wt%)纳米复合粉末，提高了纳米WC-Co复合粉末的制备效率；纳米复合粉体压制成形技术：采用二次双向模压成形工艺对纳米WC-Co复合粉末进行压制，纳米WC-Co粉末素坯的相对密度达到55%以上；控制纳米晶WC-Co烧结过程中晶粒长大技术：制备出了平均晶粒尺寸为250nm，综合性能较高的硬质合金块体；纳米陶瓷表面精密磨削技术：采用了在线电解修整（ELID）磨削技术对纳米陶瓷块材进行了镜面磨削；纳米陶瓷材料特性的测量技术：采用了纳米压痕技术原理，获得纳米陶瓷的力学性能；超分子薄膜体系自组装技术：采用液相沉积的方法，完成了硫醇单分子表面金属团簇的形成。

纳米陶瓷材料产业化制备技术开发

成果简介：该项目运用了材料设计理论和显微结构的控制技术。该项目采用高温溶胶－凝胶工艺，将几十种矿物原料或工业废渣在高温下溶化成均质的高温溶胶(玻璃质溶体)，从而解决了陶瓷材料制备中的组成不均匀性和残留气孔等难题，将高温容胶快速冷却后形成非晶态溶胶体(一种可晶化的玻璃)，然后将非晶态的凝胶体在特定的热处理制度下使之原位受控晶化，形成晶粒尺寸在纳米级且结构均匀致密的纳米微晶陶瓷。该项目的关键技术主要包括高温溶制技术，是解决材料组成均匀和性能可靠的关键技术；玻璃熔体的成形技术，是实现纳米微晶陶瓷制品产业化制备的关键；原位受控晶化技术，获得具有理想显微结构和优良性能的纳米微晶陶瓷材料的关键。

新型纳米复相陶瓷的制备和性能

成果简介：该成果内容包括CrN、TiN和NbN纳米粉体的制备、高强度高导电Si3N4/TiN纳米复相陶瓷、高强度可切削的Si3N4/BN纳米复相陶瓷和高力学性能的ZTM/SiC、ZTA/LaAl11O18纳米复相陶瓷等。通过纳米复合工艺制备了高强度的纳米复相陶瓷及高强度高导电和高强度可切削的具有结构-功能一体化特性的纳米复相陶瓷，在汽车、电子、机械和化工行业具有潜在的应用前景。

α-氧化铁基纳米陶瓷制备的CO气敏元件(中试)

成果简介：该项目是在完成省科技厅1995年下达的“用于CO选择性检测的α-Fe2O3基纳米粉体的合成及气敏元件研制”(闽科鉴字[1997]第81号)成果基础上，进行的中试。中试目标是考察放大批量合成纳米粉体并制作CO气敏元件的工艺的可行性和元件的各项性能指标：建立一条制作元件的中试生产线及气敏元件自动检测系统；建立CO气敏元件技术标准。中试选定的纳米粉体和元件生产工艺是可行的。元件性能仍保持小试的样品水平，达到国内外同类产品先进水平。其主要技术指标：加热功率≤100mV；清洁空气中阻值≤10M；灵敏度≥3(100ppmCO)；响应时间≤10秒；气体分辨率≥3(100ppmCO，H2)。中试所确定的元件制作工艺可作为批量生产的依据，建议进行批量生产，并着手组织力量设计与元件匹配的传感器，并组织生产整机。

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性方法


成果简介：该项目研制的纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于纳米陶瓷粉体制造技术领域，其特征在于依次含有以下步骤：用高速混合搅拌法使陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂；使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系；以5～0份纳米陶瓷粉体，0.5～5份有机单体的质量比来加入有机单体，继续超声分散，同时缓慢滴加入引发剂，升温到形成自由基的温度(70～80℃)，直至反应结束。用该发明所述的方法可制出具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系以直接进行离心成型得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯。打碎了纳米陶瓷粉体间的硬团聚，消除了直接影响素坯成型的消极因素，有利于陶瓷的低温烧结和晶粒细化。

变换天工器如神！2021年世界新材料发展回顾-

科技 日报国际部

磁性超导材料指含有磁性离子的超导材料，可用于加速大型强子对撞机中的粒子，建造磁悬浮交通工具等。目前开发和批量生产磁性超导体的主要问题是，要使用复杂且昂贵的冷却设备。俄罗斯量子中心科研人员首次在室温下获得了磁性超导材料，借助该技术，未来可创建不需要复杂、昂贵冷却装置的量子计算机。相关实验是在钇铁石榴石单晶膜上进行的，该物质在某些温度下具有自发磁化作用。

俄罗斯国立研究型技术大学与俄科学院微电子技术问题研究所通过沉积石墨烯涂层技术开发出一种独特的硅纳米复合材料。这一研发成果将加速直接放置在电子产品印刷电路板上的“微电厂”技术的发展。

多孔硅结构被越来越多地应用于微电子技术和生物医学。它的一个重要特性是大小不同的孔在整个材料中均匀分布。在医学上，多孔硅膜起到过滤器的作用，例如用于血液透析。在便携式电子产品中，它们被用作微型燃料电池的电极，微型燃料电池是一种有前途的氢能源，可以集成到印刷电路板中。但当与工作液体（水或弱碱性溶液）接触时，纳米多孔硅会逐渐被破坏。由于采用新方法处理硅结构，其表面电阻降低了数百倍，并且对弱碱性溶液的稳定性显著提高。此外，由于在孔道内表面形成了额外的凸起，材料表面有效面积增加了两倍以上。所有这些都极大地改善了微燃料电池的特性，并提高了其中所使用的昂贵催化剂的耐久性。

另外，俄远东联邦大学和俄科学院远东分院自动化过程控制研究所开发出一种激光打印硅纳米颗粒的技术。该技术的优势在于速度快、制造成本低，能够用颗粒覆盖大面积的区域。这将使VR眼镜和其他电子产品变得更小，制造成本更低。硅纳米颗粒是生产微型光电开关、超薄计算机芯片、微生物传感器和遮蔽涂层的构建基元。借助激光印刷的硅纳米块可以控制入射到其上的光波的振幅、光谱和传播方向等主要特性。

英国剑桥大学的研究人员模仿自然界中最坚固的材料之一——蜘蛛丝的特性，创造了一种基于植物的、可持续的、可伸缩的聚合物薄膜。这种新材料与当今使用的许多普通塑料一样坚固，可以取代许多普通家用产品中的一次性塑料。同时，该材料无须工业堆肥设备就可在大多数自然环境中安全降解，也可实现工业化大规模生产。

剑桥大学研究人员结合软机器人制造技术、超薄电子学和微流体技术，开发出一种超薄充气设备，可以治疗最剧烈的肢体疼痛，如无法通过止痛药治愈的腿部和背部疼痛，而无需进行侵入性手术。该设备或可成为治疗全球数百万人顽固性疼痛的长期有效解决方案。

利物浦大学领导的一个合作研究小组发现了一种有史以来导热率（又称导热系数）最低的新无机材料。这一发现代表了材料设计在原子尺度上控制热流的新突破，这将促进废热转化为电能和有效利用燃料的新型热电材料的加速开发，为构建可持续发展 社会 找到新路。

剑桥大学找到了一种方法，可以从纤维素（植物、水果和蔬菜的细胞壁的主要组成部分）中制造出可持续、无毒、且可生物降解的闪光剂，利用自组装技术可以产生色彩鲜艳的薄膜。

剑桥大学研究人员开发出一种柔软而坚固的新材料，外观和感觉就像软软的果冻，但其可承受相当于大象站在上面的重量，在压缩时就像一块超硬、防碎的玻璃。其还可完全恢复到原来的形状，即使其80%的成分是水。

在新材料领域，美国科学家发挥自己的奇思妙想，获得了多项突破。2004年“新材料之王”石墨烯问世，人们自此开始不断地去尝试设计新型二维材料，硼烯被认为比石墨烯更强、更轻、更柔韧，或将成为继石墨烯之后又一种“神奇纳米材料”。

阿贡国家实验室等机构研制出了由硼和氢原子构成的氢化硼烯，这种二维材料仅两个原子厚，且比钢更坚固，有望在纳电子学和量子信息技术领域大显身手。西北大学的工程师首次创造出一种双层原子厚度的硼烯，有望给太阳能电池和量子计算等带来革命性变化。

加州大学伯克利分校科学家首次研制出一种单原子厚且能在室温下工作的超薄磁体，有望应用于下一代存储器、计算机、自旋电子学以及量子物理等领域。

此外，卡内基大学科学家开发了一种新方法，合成出了一种拥有六边形结构的新型晶型硅，有可能被用于制造新一代电子和能源器件，新设备的性能将超过现有普通立方形结构硅制成设备的性能。普林斯顿大学研究人员研制出了世界上迄今最纯净的砷化镓，每100亿个原子仅含有一个杂质，为进一步 探索 量子现象铺平了道路。

日本物质材料研究机构试制“金刚石电池”，也称“贝塔伏特电池”，是利用放射性物质制成的“核电池”的一种。放射性物质的原子核不稳定，会释放各种放射线并衰变，其中碳14和镍的放射性同位素镍63等会释放β射线。碳14的半衰期约为5700年，镍63约为100年，所以可实现长寿命电池。“金刚石电池”即利用此类放射性物质释放β射线来实现发电。日本目前试制的“金刚石电池”寿命可达100年，可用作太空和地下设备的电源。

日本高知工科大学的研究团队开发出均匀含有14种元素，并且具有纳米级微孔随机连接的海绵结构“纳米多孔超多元催化剂”。这种催化剂是通过制备含14种元素的铝合金，并在碱性溶液中优先溶解铝脱合金化，然后聚集铝以外的元素实现的。由于该合金只需溶解即可，因此可以进行大规模生产。

日本量子科学技术研究开发机构、东北大学和高能加速器研究机构改良了合金的成分，发现无需使用稀有金属，使用铝和铁也可以储存氢。研究发现，虽然铝和铁都是不容易与氢发生反应的金属，但使其在7万个大气压以上的环境下与650 以上的高温氢发生反应，则可以储存氢，变成新的金属氢化物。日本开发出这类不使用稀有金属的储氢合金，可以实现储氢材料的低成本运输。

东京工业大学、熊本大学等组成的研究团队开发出有助于燃料电池实现脱铂的新物质“十四元环铁络合物”。该研究团队制作由14个原子固定铁原子、结构比十六元环络合物小一圈的芳香族十四元环铁络合物。利用电位扫描试验评估新制备的催化剂的氧还原催化活性发现，与铁酞菁相比具有更优异的催化活性和耐久性。团队之后的目标是，通过优化十四元环的周边结构，将催化活性提高至目前的30倍左右，以使铂替代催化剂实现实用化。

纳米技术方面，法国南巴黎大学固体物理实验室联合奥地利格拉茨技术大学物理研究所，首次对纳米表面声子进行了三维成像，有望促进新的更有效的纳米技术的发展。为了开发新的纳米技术，必须首先使表面声子在纳米尺度上实现可视化。在新研究中，科学家用电子束激发了晶格振动，用特殊的光谱方法对其进行测量，然后进行了层析成像重建。

氢能源方面，法国国家科学研究中心和德国慕尼黑工业大学的研究人员开发出一种新的氢催化剂。氢化酶是一种既可以催化电解水制氢,又能实现将氢转化为电的逆反应的酶,研究人员将氢化酶纳入“氧化还原聚合物”,从而使氢化酶能够被嫁接到电极上。研究人员以此制造了一种系统,可以催化两个方向的反应,即系统既可以作为燃料电池使用,也可以进行相反的化学反应,通过电解水产生氢气。

纳米材料方面，法国国家科学研究中心联合麻省理工学院混凝土可持续性中心成功利用纳米炭黑让水泥具备导电性。研究人员通过将便宜且易于大规模生产的纳米碳材料引入到混合物中并验证其导电性。通过在水泥混合物中加入体积为4%的纳米炭黑颗粒，得到的样品具有导电性。当施加低至5伏的电压时可以将该水泥样品的温度提高到41摄氏度。由于它能提供均匀的热量分布，这为室内地板采暖提供了可能，可以替代传统的辐射采暖系统。此外其还可用于道路路面除冰。

根据《2021年度纳米技术发展实施计划》和《第七次产业技术创新计划（2019—2023）2021年度实施计划》，韩国政府提供的纳米研究经费连续三年高速增长。

韩国成均馆大学研究展示了在富镍氧化物上涂布石墨烯涂层，从而在不使用传统导电剂的情况下制备包含高导电活性阴极的新方向，进一步揭示了Gr纳米技术的应用可行性。

韩国研究团队开发了一种使用二硫化钛作为活性材料且不使用固体电解质的目前性能最好的纳米薄膜正极。

韩国科学技术研究院利用半导体制造工程中使用的金属薄膜沉积工艺，完成了氢燃料电池催化剂金属纳米粒子量产技术。制造过程中使用特殊基板以避免金属沉积为薄膜。

韩国一项共同研究打造线宽4.3埃的导电通道获得成功。该研究使用了透明的单原子厚度的二维黑磷作为导电材料。该材料有望成为代替石墨烯的新一代半导体器件。研究成果通过原子分辨率的透射电子显微镜进行了验证。

韩国科学技术研究院研发的超快脉冲激光器，将包含石墨烯的附加谐振器插入到工作在飞秒范围内的光纤脉冲激光振荡器，将现有激光器的脉冲频率提升了1万倍。

以色列企业Polaris Solutions称其与以国防部合作研制出一种名为“Kit 300”的热视觉隐身材料。该材料由金属、聚合物和超细纤维组成，其主要用于在夜间帮助士兵避免被热成像设备发现，但其也可根据作战环境（如戈壁、丛林等）需求定制颜色和图案，在可见光条件下帮助士兵伪装。此外，该材料具有防水功能，具有较高的强度和柔韧性，可弯曲成U形作为临时担架。

以色列理工大学电气和计算机工程学院的研究人员在《科学》杂志发文称，其研制了一种超薄的“二维材料（仅由一层原子组成）”，这种材料可以“捕获”光，且科学家可使用特殊的“量子显微镜”观察光在其中的传播。这种材料有望为新一代微型光学技术铺平道路，以色列理工大学卡米纳教授称，该发现或可将光纤直径由1微米减小到1纳米。

以色列理工学院研究团队发文称，在原始结构中去除一个氧原子，能够显著提升铁电材料的导电性能。研究人员发现，铁电材料——钛酸钡的原子形成类似立方体的晶格结构，通过在晶格结构中去除一个氧原子，可以形成一个名为“四极子”的独特拓扑结构，材料的导电率将得到显著提升，该研究有助于未来降低电子设备的能耗。

德国亥姆霍兹柏林能源与材料研究中心用X射线显微技术在1秒钟内拍摄了1000张断层图像，刷新了材料研究领域的世界纪录。该中心发明一种放置在硅和钙钛矿中间的自组装甲基单层膜材料，提高了填充性能以及太阳能电池的稳定性，并创造了钙钛-硅串联太阳能电池效率的世界纪录。于利希研究中心等合成和表征了所谓的二维材料，并证明该材料是磁振子的拓扑绝缘体。奥格斯堡大学根据量子效应阻碍磁序原理研发一种稳定化合物，可以替代顺磁盐实现超低温。

马克斯普朗克胶体和界面研究所研发一种氮化碳纳米管膜，能以高转化率催化各种光化学反应。这些碳纳米管充当空间隔离的纳米反应器可将污水转化为清水。德国电子同步辐射加速器使用高强度的X射线来观察单个催化剂纳米粒子的工作情况，向更好地理解真正的工业催化材料迈出了重要一步。利用位于德国达姆施塔特的粒子加速器设施，德国科学家成功对114号元素鈇进行了人工合成和研究，结果表明鈇核并不是所谓的“稳定岛”。

弗里茨·哈伯研究所发现，通过用激光照射半导体氧化锌，半导体表面可以变成金属，然后又变回来。慕尼黑工业大学等发现，固态电池界面涂覆纳米涂层可让电池稳定。卡尔斯鲁厄理工学院发现，同时涂覆和干燥两层电极，可以将干燥时间缩短至不到20秒，可使锂离子电池的生产速度提高至少三分之一。

德国联邦材料测试研究所于世界上首次认证测定荧光量子效率的标准物，可对新型荧光物质及其测量技术进行可靠和可比较的表征。弗莱堡大学开发注塑成型玻璃工艺，可用于大批量生产复杂的玻璃结构、玻璃器件代替之前的塑料产品。弗劳恩霍夫建筑物理研究所开发了一种脱矿工艺，可将工业炭黑从车辆轮胎的矿物灰中完全分离出来。

近几十年来，科学界对纳米技术的使用及其在科学、工程和生物医学领域提供的机会越来越感兴趣。与大块对应物相比，纳米晶体具有独特的物理特性，并且由于它们的尺寸小，可以很容易地进入活细胞甚至单个细胞器。这使得纳米晶体能够成功用作药物的载体，这极大地促进了它们对单个细胞的靶向递送，并且具有巨大的潜力，特别是在癌症的化学疗法中。

更有趣的是纳米晶体，它不仅可以作为靶向药物递送的被动剂，还可以积极参与活细胞内的生物过程。2021年10月，乌克兰国家科学院闪烁材料研究所发布消息称，该研究所的纳米结构材料室在纳米生物材料领域对一种新型的具有生物活性的纳米晶体（纳米酶）进行了研究，这些纳米晶体具有类似于酶的特性，具有控制细胞中生化过程速率的功能。他们发现这些纳米晶体的特性主要取决于它们极强的抗氧化活性。

众所周知，活细胞中不断形成所谓的活性氧，由于其极高的氧化能力，可以破坏活细胞的各种成分，从而对身体产生负面影响。随着年龄的增长，这些病变会不断积累，许多科学家认为这种人体结构变化的积累是导致衰老的关键原因之一。也就是说，有效调节活细胞中活性氧的水平可以成为预防多种疾病甚至延缓衰老的因素之一。酶分子可以控制活细胞中活性氧的水平，研究最多的具有酶样抗氧化活性的纳米晶体类型之一的氧化铈纳米晶体。该研究所的科学家研究证实了纳米晶体能够减缓小鼠的衰老过程，科学家们在研究过程中还建立了纳米晶体在不同酸度环境中促进氧化活性的具体机制。

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