董事长致词

宣传汽车健康养护 打造博纳士品牌

汽车也会像人一样，会“头疼、脑热、腹泻、气短”，会“心绞痛”，会“脑拴塞”，会“动脉硬化”，……，会因为疾病“致死”——报废。这种说法在一年前还会有人觉得是耸人听闻，会觉得是把车辆人性化的“笑话”。但现在已经从少数专家觉得有道理，变成多数车友可以接受，并且可以通过仿生类比对车辆的“毛病”进行“保健”和“治疗”了。这不但要归功于医科出身并当过医生的汽车健康养护专家刘昌平先生的研究和宣传，也要归功于现代科技发展所带来的汽车养护用品的进步。

现代医学是以解胞学为基础发展起来的，发展历程印证了唯物主义的辩证思维。这期间药物治疗的显效性和手术治疗的直观性也坚定了西医作为科学的实证性。汽车在人的参与下具有生命体的全部特征，汽车健康养护成为一门交叉学科，也出现了“医和药”的研究和探索。这大大拓展了汽车养护用品的概念，已经从外观（外科）养护发展到了内部（内科）保健。并且，感觉上汽车比人还麻烦。因为，人们习惯上认为，只要汽车一“生病”，就要进修理厂“动手术”，花大钱，修车的费用要占养车费用的相当大的比例，最让人着急的是汽车生病会把人也“撂倒”在路上。让人更不可接受的还有汽车只要一生病，没有吃药打针的“内科治疗”，只有拆机换件的“外科手术”。这些错误观念在汽车健康养护理念建立起来以后都发生了变化。

发动机是汽车的“心脏”，油路、燃烧室和排气系统是“肠胃道”，汽车也常患“心血管疾病”和消化不良、腹泻等“胃肠道疾病”。例如，说起汽车的“饮食”，就不能不说我国柴汽油的质量问题——烯烃含量过高。正是这个问题让汽车的肠胃内容易形成胶质和积碳，从而堵塞油路，干扰燃烧。还导致动力下降、油耗超标等“心血管疾病”及早燃、爆震、尾气排污等“胃肠道疾病”。

的确，汽车像人一样，也存在“健康、亚健康、疾病”的三种状态。根据调查统计，健康车占20%，亚健康车占65%，故障车占15%。这说明大部分行驶的汽车都处于亚健康状态，只不过有时车主朋友们感觉不到罢了。我们知道，对于人类疾病，有预防措施，有内科和外科，各种治疗方法都比较完善。而汽车却往往被简单地送到修理厂作“手术”，不但费用很大，也经常因为更换了假冒伪劣配件而降低了汽车性能及使用寿命。如果您是位细心也很注意时尚科技的人，那您就会知道“健康理念”已经引入了汽车维修服务领域。并且，现代科技的发展，早已为汽车健康提供了许多疗效显著的“处方药”、“非处方药”和功效独特的“保健品”，形成了系统的车病预防和内科治疗模式、技术、方法和系列产品。只不过由于人们还没有像理解人体健康和保健诊疗那样去理解汽车的健康理念，还未能积极采用预防和内科诊疗方法。

汽车发病都是长时间缺乏科学合理的保健养护，由“亚健康状态”积累恶化而成的，如果我们能够遵照人类的预防保健方法，采取有效措施和高新科技产品消除损害汽车健康的因素，汽车疾病是完全能够预防和减轻的。您将尽情享受爱车的健康与“舒适”，免受“汽车外科手术”和昂贵养车费用之苦。

据我和北京大学方正博雅纳米技术工程中心同仁长时间的研究、对比、使用和观察，现在市场上的确有些产品已经具有较好的疗效，具备了汽车药品和保健品的功效。由我主持研发的“博纳士”纳米燃油/润滑油添加剂就是功效全面、作用明显和没有任何毒副作用的汽车内科“特效药和保健品”，特别是对目前高烯烃含量柴汽油所导致的汽车“心血管疾病”和“胃肠道疾病”有神奇的治疗、预防作用。据调查，一般车辆只要坚持使用就可以使汽车获得“健康饮食”，并可得到养车费用1：10以上的投入产出回报。这两种产品均是是利用液相纳米组装技术和辐射化工工艺生产的高新技术产品。

博纳士纳米燃油添加剂中被组装的是最普通的物质——水，是被纳米结构材料组装成纳米尺度的“纳米水”。在柴汽油中的添加比例只有万分之一，但其作为纳米材料独有的超强无力活性却能强有力地清除油箱、油路和喷油嘴、燃烧室中的胶质、积碳，并防止其再生成。该产品巧妙利用“纳米水”颗粒的微爆作用让燃油二次雾化，将普通机械电子喷射雾化的油滴再细化数千倍，使燃油充分彻底的燃烧，既提升了机械动力，又降低了燃油消耗，减少了尾气污染物的排放。这种作用机理和功效受到国家内燃机质量检验检测中心台架检测和可靠性实验；国家机动车排污检测中心十五工况台架检测；交通部汽车行业能源利用检测中心试验场油耗测试；铁道部铁路科学研究院单缸机和多缸机节能台架检测和北汽集团等数十家机构检测/使用证明：该产品能够有效清净发动机油路和燃烧室，燃油最可几节油率达到16%，降低尾气污染物排放40%以上。

博纳士纳米润滑油添加剂被组装的是性质最稳定、硬度最高的球形纳米金刚石。在千分之一的添加比例下就能在润滑油中形成数万亿的“纳米金刚石滚珠”不但使润滑油具有了典型的纳米材料特征，还利用纳米组装结构膜对润滑油中重组份和清净金属表面的亲和作用，使润滑油在机械摩擦副表面形成“滚珠轴承结构膜”，改变了粘滞和摩擦的生成条件，让原来的滑动摩擦变成了滚动摩擦，大幅度降低了摩擦阻力。这种滚珠轴承结构膜还承担了机械摩擦面的绝大部分摩擦载荷，使摩擦性能耗大幅度降低。这种纳米滚珠轴承结构膜稳定附着于机械摩擦面，使发动机冷启动时保持良好的润滑状态，消除了冷启动磨损。这种作用机理和功效受到中国人民解放军军事交通运输学院汽车试验检测中心台架检测、总后勤部油料部油品研究所理化性能检测和模拟台架评定、中央电视台科技频道《科技之光》栏目“前沿”节目摄制组北京—哈尔滨高速公路行车实验（节目报道“纳米润滑油”已于2003年12月9日播出）证明：提高缸压10%、提高功率5%、实车降低油耗9.74%，并且由于消除了润滑油变质的主要影响因素，使润滑油使用寿命及更换周期延长了1—2倍。

如果车辆能够坚持使用博纳士?纳米燃油/润滑油添加剂，就可以有效预防和治疗汽车的“心血管疾病”和“胃肠道疾病”。

科学普及需要一个过程，汽车健康养护理念的普及也需要我们所有从事汽车保健品研究、生产和销售的企业和所有参与者共同努力。我们能够提供给用户的是这样一个解决方案，那就是通过专家象医生诊断、开处方一样给汽车看病治疗，让汽车不生病、少生病，小病不仅医院（修理厂），大病在药物治疗下自动康复。

现代科技的发展已经可以让汽车这样的能耗大户，通过保健品的治疗作用所带来的节能效果让用户感受到零成本治疗，甚至让用户直接感受大于1的产出。我们的事业发展空间是无穷的。

---------------------------------------------------------------

摘自《中国国情报告》2001年卷 313-319

纳米技术和纳米材料的应用和发展

李正孝

方正博雅纳米技术工程中心，北京大学技术物理系

（完稿于2000年12月28日 北京）

一、关于纳米技术和纳米材料
    1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后甚至可以根据人类的意愿，逐个排列原子或分子，制造超晶态产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术（Nano-technology）一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明观察纳米结构的重要工具－－扫描隧道显微镜（STM），为我们揭示一个可直接探测的原子、分子世界，对当时称为“介观物理”（Mesoscopic Physics）的研究和发展产生了积极的促进作用。并且，只有在介观体系中才显得那么重要的表面和界面问题也开始发展成为科学。1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生。
    介观是指介于宏观和微观之间的意思，纳米是一个介观尺度的度量单位，1纳米等于十亿分之一米，是人类毛发直径的一万分之一，是可见光最短波长的四百分之一。这是一个比微观尺度（原子大小为0.1纳米）大，又比宏观尺度（光学显微镜分辨极限的微米尺度）小的世界。在这个世界里的研究工作是从基础物理学对这个尺度上的结构（纳米结构——Nano-structure）所表现出的奇异特性开始的。如果考察电子通过纳米圆环所组成电路，它的行为将不遵守欧姆定律，而表现出彼此之间的关联性（AB效应）。在这个尺度上的物质，表面原子或分子占了相当大的比例，已经无法区分它们是长程有序（晶态）、短程有序（液态），还是完全无序（气态）了，而成为物质的一种新的状态——纳米态。并且，人们很早就注意到这种纳米态的性质不主要取决于其体内的原子或分子，而是主要取决于表面或界面上分子排列的状态。由于它们具有量子力学上的强关联性而表现出完全不同于宏观和微观世界的介观性质，这就是纳米材料。
    纳米材料是由几十个到数千个原子或分子组合成的介观体系。这些数量不多的原子或分子“组合”在一起时，被称为“超分子”或“人工分子”。“超分子”的性质，由于它内部的强关联性，它的熔点、磁性、电容性、导电性、发光性和水溶性都有重大变化。当“超分子”继续长大，或以通常的方式聚集成大块材料时，奇特的性质又会失去。通俗来说，纳米材料一方面可以被当做一种“超分子”，由于它的尺寸太小，不足已达到能对可见光散射的尺度（可见光波长的三分之一），它对可见光是完全透明的，充分地展现出微观世界的量子效应。另一方面它也可以被当做一种非常小的“宏观物质单元”，用以构建宏观物质，以至于在宏观世界中表现出前所未有的特性。更重要的是，许多化学和生物反应的过程也发生在纳米尺度的层面上，因此探测纳米尺度内物理、化学和生物性质的变化，将加深对物质世界和生命科学的理解。对由数量不多的电子、原子或分子组成的体系中新规律的认识和如何操纵或组合它们，是当今纳米科学技术的主要问题之一。
    纳米技术的研究热点集中地表现在如下四个方面：
◎纳米强度支撑材料：进行具有特殊性能的纳米材料和纳米结构的研究，以探索和改善传统材料的综合性能及其应用，如以纳米技术为依托，开发比现有的钢的强度高十倍，而比重大大降低的结构材料，将使常规材料工业发生革命性突破。
◎纳米结构器件：研究、设计和制备新型纳米结构和器件，以推动信息、能源、环境、医疗、农业及航天技术的革新和发展，如信息技术中的新型存储、读取、显示和运算器件的研究和发展，将使现有计算机的硬盘存取密度提高一百万倍，并使体积进一步缩小。
◎纳米探测技术：纳米加工和纳米探测技术的实践应用，象原子力显微镜（AFM）的发展，已经使人类能够在原子尺度上对单个原子进行搬移，对原子之间的价键结合态进行观测。一种能方便进行活体检测，探测出只有几个癌变细胞的手段也正在研究之中，这将使生命科学的研究在一个完全量化的严格领域内进行。
◎二元协同纳米界面材料：针对纳米材料本征问题——表面或界面问题的二元协同纳米界面材料的研究，从改变纳米材料表面或界面性质入手，实现性质不同材料的界面重组，在介观尺度上构建出新的材料。例如，将油和水这两类不管在宏观和微观尺度上都完全不相容的材料的界面性质改变，使其相容，将可以制造出许多新的热力学稳定体系。将这类材料应用于关系国计民生的燃油生产和医疗保健领域，将使燃油的物理活性，化妆品、保健品和中药有效成分的利用率，和医学中靶向药物的命中率大大提高（一百万倍）。并且，在这个技术平台上发展的纳米布、纳米孔涂料、纳米超滤膜将使我们人类的衣食住行发生突破性变化。
另外，表面和界面科学发展到现阶段，人们己有共识，不同物质之间可形成各种各样的界面，诸如金属和非金属、无机和有机、导体/半导体/绝缘体、生命材料和非生命材料界面上的研究，发现了许多重要现象。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，用来制造新型材料和器件，已成为技术和材料研究的主要指导思想。
    从物理的观点，凝聚态物质的表面相和界面相具有不同于体相的对称性和自由能，当物质由宏观尺寸减小到介观尺寸时，表面相和界面相对材料物性的影响将不容忽视。因此，表面相和界面相的设计及控制，必然是研究新型界面材料的关键。
    二元协同纳米界面材料”这一概念，不同于传统的单一体相材料，是在材料的介观表面建造二元协同结构。这种界面材料的设计思想是：人们不一定追求合成全新的单相体材料，只是采取某种特殊的表面加工，在介观尺度能形成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，甚至可以让材料的宏观表面上呈现出超常规的界面物性，即为二元协同性。
    对物质世界二元性的认识，早在两千多年前的春秋战国时代，我们的祖先就已有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。不仅在物质的组成上，而且在物质的性质上也无时无处不反映着二元协同的性质，现在人们正有意识地利用这种二元协同性质研制新材料。在分子和超分子材料方面，如表面活性剂（同时具有亲水及疏水基的分子）、有机非线性光学材料（同时具有分离的推拉电子基的功能分子）、有机超导体和有机强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衍生的复合分子晶体等，都显示了二元协同思想对研制新型材料的重要指导作用。
    “二元协同纳米界面材料”是将二元协同性推广到纳米界面所研制出的新型界面材料。我们知道，物性的二元协同互补性是一个普适的概念，可以表现为多种形式。如：亲水性与疏水性（亲油性与疏油性），导电性与绝缘性，氧化性与还原性，表面几何结构的互补性（凸与凹），稳定结构与亚稳结构，顺磁性与抗磁性，半导体的P型与N型，强诱电体与反强诱电体，左旋光性与右旋光性等。在通常的情况下，体材料的表面相和界面相多表现为单一的特性。然而，当利用二元协同界面材料的设计思想，在介观尺度甚至纳米尺度形成二元协同界面后，这样的界面常会表现出超常的界面物性。为了实现上述的二元协同性质，需要借助介观物理和介观化学的基本原理，完成界面材料的分子设计。
    下面从几个例子来阐述二元协同纳米界面材料的应用：
◎超双亲性界面物性（同时具有超亲水性及超亲油性的表面）材料
    光照射可引起Ti02（二氧化钛）表面在纳米区域内形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构，从而使宏观的Ti02表面表现出奇妙的超双亲性。利用这种原理制作的新材料，可以用于修饰玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清洁及防雾等效果。这种双亲二元协同原理，也可以用来指导设计和研制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，让洗涤衣物仅用清水，而不再使用传统的洗涤剂；也可以应用到人体血管和人体器官的表面修饰，以防止血栓的形成，提高人的健康水平；用到人造器官上，可以改善同活体组织的兼容性，来实现长时间的使用寿命。
◎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、由主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的几何形状，以形成互补的（如凸与凹相间）表面结构。由于在纳米尺寸低凹的表面可强力吸附气体分子，并让其稳定存在，相当于在宏观表面上有一层稳定的气体薄膜，使油和水均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会趋于最大值，从而失去浸润性。如果在输油管的管道内采用这种带有防静电功能的材料来构造一种表面修饰涂层，可以实现石油与管壁的无接触、低粘滞运输，这对于输油管道的安全运行有重要价值。当然，这种超双疏性，在纺织，包装工业等领域也同样具有广泛的应用前景。
◎纳米尺度光阳极、光阴极两相共存的高效光催化界面材料
    借助光化学和光电化学的研究思想，利用介观化学方法，可以研制多种具有光化学活性的纳米杂化界面材料。例如，在Ti02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，让其在紫外光的照射下具有更高的光催化效果，以用来分解有毒气体（如：甲醛，苯，氧化氮等），还可以杀死其表面接触的细菌。该材料将在空气净化和杀菌抑菌方面有重要的应用。
    以上只是三个典型的实例，物质世界的二元协同性是无穷尽的，二元协同纳米界面材料也将有无穷无尽的排列组合，等待我们去开发的将是一个丰富多彩的纳米材料新世界。

二、中国在纳米技术研究领域所取得的成就和地位
    纳米技术从介观物理和介观化学脱胎出来的时代，恰逢中国改革开放，中国知识分子从桎梏中解放出来以后所迸发出的蓬勃活力令世人瞩目。当八十年的人们在赞美科技的春天到来的时候，中国的科学家们已从追踪世界水平的“两弹一星”，人工合成胰岛素，高温超导和中文激光照排汉字处理技术中跨出来，瞄准了世界科技前沿的介观物理，几乎与世界同时起步研究和发展了纳米技术。
    在国外还没有完整建制的介观物理实验室之前，1985年设在北京大学的人工微结构和介观物理国家实验室（1990年核准）就已经启动，设在南京大学的固体微结构国家重点实验室也于1985年对外开放，中科院北京物理所和沈阳金属所的科学家们也于同期开展了后来称之为纳米结构和纳米材料的基础科学研究。仅用了十几年的时间，我国科学家就先后取得了一系列令世界瞩目的科研成果。
    1991年，碳纳米管被人类发现，它的力学性质尤其引人注目。这种材料的质量只是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的十倍，一度成为纳米技术研究的热点。北京大学的科学家们也在同期制备出当时世界最长的碳纳米管。诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，也将被广泛用于超微导线、超微开关和纳米电子元器件。
    1993年，继1989年美国斯坦福大学搬运原子团"写"下斯坦福大学英文名字和1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出"IBM"之后，中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出"中国"二字，标志着我国开始在国际纳米技术领域占有一席之地。
    1996年，中国科学家在核技术的帮助下成功地解决了油—水二元协同纳米界面的化学结构和成份的稳定性问题，研究出热力学稳定的、能够克服极限破乳等问题的、水相尺度为6纳米的油包水型燃油添加剂，使燃油的物理活性提高了上百万倍，在八千分之一的添加量下取得发动机台架节省燃油10%的结果。
    1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机。
    1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的"秤"，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量；此后不久，北京大学的科学家研制出能称量单个原子重量的“秤”，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录。
    到2000年，纳米技术逐步走向市场，全年纳米产品的营业额达到500亿美元。
    在2000年里，我国纳米技术领域捷报频传。10月份，中国科学院化学所的科学家在二元协同纳米界面的技术平台上，成功地对人造纤维的表面进行了纳米结构处理，在纤维表面形成20纳米尺度的凸凹结构，改变了纤维表面油和水的浸润性，在世界上率先研发成功纳米布。这种纳米技术还可以使经过处理的建筑材料表面，具有自清洁和防雾、防冰霜的效果。11月份，北京大学方正博雅纳米技术工程中心的纳米燃油添加剂在北大博雅科技实业有限公司实现了产业化，该产品在八千分之一的添加比例下，经过了数万吨燃油的多种车型路用实验，结果表明：节油率达10—20％；国家环境科学研究院的国家标准十五工况尾气排放台架检测表明：汽车尾气污染物净化能力为美国同类产品的二倍。正式通过了国家环保总局环境科学研究院和北京市环保局环境保护监测中心的严格检测。北京市环保监测中心按照最新的国家标准双怠速法检测表明：氮氢化物(HC)降低33％-82%，一氧化炭（CO）降低31%-95%，氮氧化物（NOx）降低39%-87%，该产品被证实能大幅度降低尾气有害物质排放，并对已成为环保焦点的氮氧化物尾气排放的有独到的净化作用。氮氧化物正是北京等大城市光化学污染和人类肺癌的“罪魁祸首”，它不但会使大城市连续发生直到下午还不散去的光化学雾，还成为诱发心肺疾病的主要祸源，而城市空气中的氮氧化物污染70%来自汽车尾气。该成果还通过了中国石油天然气集团主持召开的技术论证，并已达成联合生产高品质成品燃油的产业化生产协议，成为世界上率先实现大规模产业化的纳米技术产品。
    2000年11月，我国在世界上首次直接观察到纳米金属材料在室温下的自然伸延现象以后，又在纳米材料热物性研究中首次发现固体纳米薄膜能在超过它正常熔点60℃以后保持不熔化；最近，我国又首次利用碳纳米管研制出新一代显示器样品，这标志着我国在碳纳米管应用上取得重要突破，并跻身世界先进行列，为通用平板显示器的研发开辟了新的捷径，在碳纳米管平板显示器实用化进程中做出了中国人的独特贡献。
    近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成就。一是大面积定向碳管合成；二是超长纳米碳管制备；三是氯化镓纳米棒制备；四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功；五是合成准一维纳米丝和纳米电缆；六是用苯热法制备纳米氮化镓微晶。最近我国科学家又成功地合成了直径最小的碳纳米管，还发现了纳米金属铜的延展性。

三、纳米技术的应用和发展
    我们知道，微米尺度的加工和结构材料是当代微电子工业的支柱，而纳米技术（包括制备和加工等）和纳米材料将成为下一代微电子学器件的基础。纳米科技发展中，纳米材料是它的前导。因为，纳米材料集中体现了小尺寸、复杂构型、高集成度和强相互作用以及高比表面积等现代科学技术发展的特点，其中最应该指出的是纳米材料是将量子力学效应工程化或技术化的最好场合之一，会产生全新的物理化学现象。
    在人类进入21世纪之际，人们期望，科学技术的发展能对社会的发展和生存环境的改善及人体健康的保障都将作出更大的贡献。在新的世纪内，信息科学技术、生命科学技术和纳米科学技术是当前科学技术发展的主流，他们的发展将使人类社会、生存环境和科学技术本身变得更好。
人类已经可以在科学的推理下看到：
● 纳米抗血栓中药：
    用亲脂型二元纳米协同界面包覆的中药成份将使头号威胁人类健康的心脑血管疾病的有效治疗不再是幻想，它将使中国文明的重要组成部分——中药走向世界。因为这样的纳米中药将具有普通中药数百万倍的物理活性（治疗效果），并且，可以畅通无阻地到达因脂肪堆积而造成的血管拴塞和组织病变部位，并因亲和而富集，进而因亲和而与脂肪溶合，在溶合的同时释放出治疗的有效成分，从而使药物的靶向性提高数百万倍。
● 纳米孔膜：
    利用二元协同纳米界面技术平台制备的纳米孔膜的应用，将彻底解决油漆、涂料的潮解脱落问题，并可方便地大规模生产带有呼吸作用的纳米防水涂料和带有反渗析作用的纳米超滤膜，这将给人类的日常生活，甚至对从根本上解决人类日益严重的缺水问题的海水淡化技术带来革命性变化。
● 纳米修复材料：
    利用纳米技术还可以以新原理和新结构在纳米层次上构筑特定性质的材料或自然界不存在的材料，制作生物材料和仿生材料，并能在材料破坏过程中进行纳米级损伤的诊断和修复。目前，纳米材料在仪器、化妆品、医药、印刷、造纸、电子、通讯、建筑及军事等方面都得到越来越多的应用。
● 纳米自洁表面处理和涂料：
    如果将透明、疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在大楼表面或瓷砖、玻璃上，大楼不会被空气中的油污弄脏，瓷砖和玻璃也不会沾上水蒸气而永远透明。任何粘在表面上的物质，经阳光的照射，都会在纳米的催化作用下，变成可以蒸发的气体或者容易被擦掉的物质，建筑物不再会变得脏乎乎的，家庭里的卫生设备也不必每天清洗了。将这种纳米颗粒放到织物纤维中去，做成的衣服不会沾上灰尘，省去不少洗衣服的麻烦。氧化物纳米颗粒最大的本领是在电场作用下或在光的照射下迅速改变颜色。平常人们戴的变色镜变色的迅速较慢，用纳米材料做成的变色镜就不一样了，变色速度很快，用它做士兵的防护激光镜是再好不过了。
● 新型纳米光源和太阳能转换器：
    用纳米氧化物材料作成广告板，在电、光的作用下，会变得更加绚丽多彩。半导体纳米材料的最大用处是可以发出各种颜色的光，可以做成超小型激光的光源，它还可以吸收太阳光中的光源，把它们直接变成电能。这种技术一旦实现，太阳能汽车、太阳能住宅就会成为现实，到那时，人们居住的环境将更加美丽，空气更加清新。
● 纳米传感器：
    半导体纳米材料做成的各种传感器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。把不容易被人体吸收的药物或食品，如维生素等做成纳米粉或纳米粉的悬浮液极易被人体吸收。
● 纳米导向药物和皮肤护理保健品：
    如果在人体外部加以导向，可利用纳米药物阻断毛细血管饿死癌细胞，那么药物治疗的效果会大大提高。纳米颗粒还可以用于人体的细胞分离或细胞染色，也可以用来携带DNA进行DNA治疗基因缺陷。如果把纳米药物做成膏药贴在患处，药物可以通过皮肤直接被吸收，而无须针管注射，少去了注射的感染。纳米传感系统能进行病症的早期诊断，利用纳米材料还能制作耐用的人体友好的人工组织和器官、复明和复聪器件，提高病人的生活质量。
● 纳米加工技术和介观物理：
    为了研究纳米科学和应用纳米科学的研究及成果，首先要能按照人们的意愿在纳米尺度的世界中自由地剪裁、安排材料，这一技术被称为纳米加工技术。实际上，一方面纳米加工技术是纳米材料的重要基础、另一方面纳米加工技术中包含了许多人们尚未认识清楚的纳米科学问题。比如说，在一个粗细为几纳米的孔或线里，原子的扩散就与宏观世界里的扩散大不一样。一般而言，原子运动的自由程为几个微米，在此长度上，原子发生碰撞，进行热扩散器壁的作用可忽略不计，可在纳米孔或线内，原子的扩散主要是靠与孔壁的碰撞来完成的。再举一个例子，一般认为物体之间相互运动时的磨擦力主要来源于物体表面的不平整性，即物体表面越光滑，它们之间的磨擦力越小，在纳米世界里，材料表面越小，相互之间距离很近，以至于使两块材料表面上的原子会发生化学键合而产生对相互运动的阻力。因此，在纳米世界内，所有的加工都必须在原子尺寸的层面上考虑。
● 纳米电子元器件：
    纳米加工技术可以使不同材质的材料集成在一起，它具有芯片的功能，又可以探测到电磁波、光波（包括可见光红外线、紫外线等）信号，同时还能完成电脑的命令。如果将这一集成器件安装在卫星上，可以使卫星的重量大大地减小。当前人们已经在考虑用“小鸟”卫星部分地代替现有的卫星系统。如果在卫星上用纳米集成器件，“小鸟”卫星将更小，更容易发射，成本也更便宜。
● 纳米碳管的应用：
    各国科学家正在致力于研究的碳纳米管材料，是一种非常独特的材料。它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”，内部是空的，外部直径只有几到几十个纳米。这样的材料很轻，但是很结实。它的密度是钢的1／6，而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软，又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用碳纳米管做绳索，是惟一可以从月球上挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索，如果用它做成地球——月球乘人的电梯，人们到月球定居就很容易了。纳米管的细尖极易发射电子，用于做电子枪，可以做成几厘米厚的壁挂式电视屏，这是电视制造业新的方向。
● 纳米材料超高物理活性的应用：
    只包含几百个或几千个原子、分子的“纳米颗粒”，按照一般的经验，原子与原子之间的距离为0.2纳米左右，可以估计出在尺寸为1纳米的立方体“颗粒”中、“立方颗粒”的每一边上只能排列5个原子，总体可容纳125个原子、但是其中98个原子在表面上。我们知道，表面上的原子只受到来自内部的一侧的原子的作用。因此，它们很容易与外界的气体、流体甚至固体的原子发生反应，也就是说十分活泼。实验上发现如果将金属铜或铝做成几个纳米的颗粒，一遇到空气就会燃烧，发生爆炸。有人认为用纳米颗粒的粉体做成火箭的固体燃料将会有更大的推力，可以用作新型火箭的固体燃料，也可用作烈性炸药。另外，用纳米金属颗粒粉体作催化剂，可加快化学反应过程，大大地提高化工合成的产率。
● 纳米材料高强度的应用：
    如果把金属纳米材料颗粒粉体制成块状金属材料，它会变得十分结实，强度比一般金属高十几倍，同时又可以像橡胶一样富于弹性。人们幻想在下一个世纪，总有一天会制造出如此神奇性质的纳米钢材和纳米铝材。用这种材料制造汽车、飞机或轮船，会使它们的重量减少到1／10。到那时，一辆摩托车的重量会变成只有20-30千克。人们日常生活中最常用的陶瓷材料具有硬而脆的特点，硬是指它可以做刀具切削金属，脆是指它经不住冲击。陶瓷的另一个长处是耐高温，在10000℃的高温下也不变形。现在，用纳米陶瓷粉制成的陶瓷已经表现出一定的塑性，这个问题一旦被彻底解决，会在汽车发动机上大显身手，彻底甩掉发动机的冷却水套，使发动机工作在更高的温度下，汽车跑得更快、飞机会飞得更高。
● 纳米单电子元器件：
    把自由运动的电子囚禁在一个小的纳米颗粒内，或者在一根非常细的短金属线内，线的宽度只有几个纳米，会发生十分奇妙的事情。由于颗粒内的电子运动受到限制，原来可以在费米动量以下连续具有任意动量的电子状态，变成只能具有某动量值，也就是电子动量或能量被量子化了。自由电子能量量子化的最直接的结果表现在，当在金属颗粒的两端加上电压、电压合适时，金属颗粒导电；而电压不合适时，金属颗粒不导电。这样一来，原来在宏观世界内奉为经典的欧姆定律在纳米世界内就不再成立了。还有一种奇怪的现象，当金属纳米颗粒从外电路得到一个额外的电子时，金属颗粒具有了负电性，它的库仑力，足以排斥下一个电子从外电路进入金属颗粒内、切断了电流的连续性，这使得人们想到是否可以发展用一个电子来控制的电子器件，所谓单电子器件。单电子器件的尺寸很小，一旦实现，把他们集成起来做成电脑芯片，电脑的容量和计算速度将提高上百万倍。
● 纳米激光器和高密度信息存储器：
    实际上，被囚禁的电子可不那么“老实”，按照量子力学的规律，有时它可以穿过“监狱”的“墙壁”逃逸出来，一方面在新一代芯片中似乎不用连线而相关联在一起，当然，需要新的设计才能使单电子器件变成集成电路。另一方面也会使芯片的动作不可控制。归根结底，在这一世界中电子应被看成是“波”而不是一个粒子。所以尽管电子器件已经在实验室里得以实现，但是真要用在工业上还需要时间。被囚禁在小尺寸内的电子的另一种贡献，是会使材料发出强的光。“量子点列激光器”或“级联激光器”的尺寸极小，但发光的强度很高，用很低的电压就可以驱动它们发生蓝光或绿光，用来读写光盘可使光盘的存贮密度提高几倍。如果用“囚禁”原子的小颗粒量子点来存贮数据，制成量子磁盘，存贮度可提高成千上万倍，会给信息存贮的技术带来一场革命。

    世界各国科学工程技术界以及产业界的有识之士都充分地认识到纳米技术和纳米材料不但将成为明天高新技术产业的源头，而今天也在应用上呈现出令人惊叹的结果。发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，今年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。最近日本设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米技术列为下世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在纳米技术的研究方面，现在美国已在纳米结构组装体系的高比表面纳米颗粒制备与合成方面领先，在纳米功能涂层设计改性及纳米材料在生物技术中的应用上与欧共体并列世界第一，纳米尺度的元器件和纳米固体制备上也要与日本分庭抗礼。
    我国在纳米领域的科学发现和产业化研究有一定的优势，目前同美、日、德等国位于国际第一梯队的前列。虽然，现在我国已经建立了一定数量的纳米材料和技术的生产基地，纳米技术的开发应用也已经兴起，已经初步实现了产业化，但只有纳米技术实现了全面产业化，才能说纳米时代到来了。纳米要实现大规模、低成本的大规模产业化生产，还有许多的工作要做。人们应该充分认识到纳米技术中很多目标的实现，需要10年到20年的时间。另外，还要充分了解纳米科学技术是多学科的、综合性的科学研究，又是极具研究风险和投资风险的场所，将以大量的资金和高科技投入换取高额的利润回报。