纳米传输技术范文精选

本文作者：尹俊峰王义刚

在S系统的SIPOABS数据库中进行检索，得到1449件申请人国别为中国（CN）的纳米技术领域专利申请，转库到DWPI中后，得到673个专利族。以下分别对这些申请的年代分布、细分领域（技术主题）分布、主要申请人分布和主要申请国别进行统计和分析。

专利申请量的年度分布

笔者对上述673个专利族的最早公开年和最早优先权年分别进行统计分析，得到1991～2012年纳米技术领域中，我国申请人的国外专利申请量的年度分布状况，见图1所示。从图1可以看出，在纳米技术领域，中国申请人在国外的专利申请最早可以追溯到1991年（优先权日在1991年），但是中国申请人的相关专利申请较少，直至2000年才达到10件。2000年以后，中国申请人在国外的相关专利申请量有所增加，并在2007年前后达到一个峰值，接近100件，这一阶段为快速发展阶段。2007年至今，中国申请人在国外的相关专利申请量出现下降趋势，笔者分析，其原因可能有两点：首先，2010年以后的申请还没有全部公开，因此无法统计在内；其次，一般而言，前沿科技领域较传统领域受国际经济环境影响大，2008年爆发国际金融危机、近期的欧债危机以及目前国际经济环境低迷等是导致2008年至今中国申请人在国外的相关专利申请量减少的因素。

技术主题的分布情况

笔者分析了在纳米技术领域，中日韩三国申请人向国外申请专利的情况，统计了在八个细分领域中中日韩三国申请人的国外专利申请量，见图2所示。从图2可知，在纳米技术领域，中国申请人在国外的专利申请主要集中在“用于信息加工、存储或传输的纳米技术”和“用于材料和表面科学的纳米技术”两个细分领域中，这与韩国和日本申请人在国外的专利申请趋势相同，可见这两个细分领域是现在的热点。而在“纳米光学”领域，中国申请人在国外的专利申请量明显偏低，这与韩国和日本的情况不同。结合图1、图2可知，我国纳米技术的发展经过了初始阶段（2000年之前）、快速发展阶段（2000～2007年），现在已经逐步稳定。在纳米技术领域，我国向国外申请专利的绝对量还很少，与一些先进国家相比还存在较大差距。

摘要：本文主要以纳米技术在生物医疗领域的应用作为出发点，分析了纳米技术在生物医疗领域的应用前景，并探讨了我国纳米医疗技术在未来发展中面临的机遇和挑战。

关键词：纳米技术；生物医学；应用；机遇；挑战

随着科技的进步，纳米技术在生物医药和科学技术等领域的应用较为广泛。尤其是生物医药领域，对于临床医学和基础医学的发展起到了积极的推动作用。虽然在不少科学家和医学研究家们对纳米技术进行了详细的研究，并将其运用于生物医学领域，取得了不错的成效。但是对于纳米技术的研究还不够深入，相较于发达国家而言，我国的纳米医学技术还处于发展的初级阶段。需要对纳米医学技术在今后发展中面临的机遇和挑战进行分析。

一、纳米技术在生物医药领域的应用

（一）纳米生物学

纳米生物学是以纳米作为尺度，其研究内容主要包括：其一，细胞器结构、细胞器功能。比如细胞核和线粒体内部结构和功能分析。其二，交换细胞信息，包括生物体的物质、细胞能量信息等。其三，针对生物反应问题，对其反应机理问题进行研究和分析。比如有关于生物复制和生物调控的机理分析。其四，发展分子工程。包括纳米生物分子机器人和信息处理系统等。将纳米显微术引入生物医药领域，可以为生物学家研究进行研究提供技术支撑。比如ScanningProbeMicro-scopes,简称SPMs，中文简称扫描探针显微镜，这是一种新型的纳米生物技术，标志着显微技术和纳米技术的发展。除此之外，扫描显微镜(STM)的内部结构较小、不复杂，因此操作流程较为简单，生物学家可以借助扫描显微镜展开原子级分辨探究，从而提高生物细胞观测能力和分辨能力。仔细观察原子级的内部结构对于进一步探索和研究生物原子微观知识具有推动作用。在自然条件下，利用扫描显微镜可以对生物的蛋白质、多糖等分子展开直接观察。借助STM弹道电子发射电镜可以对单个原子进行操作，这是一种典型的人工改变单个生物结构和分子结构的行为方式。这种方式可以实现治疗疾病这一超前设想。

有机太阳能电池结构

有机太阳能电池结构对电池性能的影响至关重要。按照器件结构分类，有机太阳能电池可分为单质结、染料敏化和异质结等几种。而异质结电池又包括p-n异质结、体异质结、混合异质结和叠层结构等种类。

倒置结构太阳能电池

近年来，研究人员基于本体异质结器件，设计制作了倒置（反型）结构(invertedstructure)器件，使电池的能量转换效率和稳定性能有所提高。为传统的电池器件，为倒置结构器件。倒置结构器件是通过对换传统电池阴阳两极极性制作的半导体器件，电池的阴极由高功函数金属充当，但是电极必须进行修饰。通常利用半导体氧化物（例如ZnO）和碱金属碳酸盐(Cs2CO3)等材料修饰阴极，利用新材料V2O和MoO3修饰阳极，制作的电池在空气中的稳定性有了很大的提高。同时，考虑到电荷的有效传输和抽取，在靠近阳极区域的活性层形成聚合物组分的富集区，靠近阴极区域的活性层形成富勒烯组分的富集区将是较为理想的状态。倒置结构的推出很好地利用了这种相分离的现象，其性能达到了可以和传统结构器件相媲美的水平。近年来，研究人员通过采用倒置结构并对阴极修饰层作各种纳米形态处理提高了器件的稳定性、使用寿命以及能量转换效率。基于倒置结构的叠层结构器件通过各子单元不同材料对太阳光谱的差别吸收，可以增加器件对光的吸收效率，使电池的光电转换效率得到提升。采用倒置结构可以很好地提高器件稳定性，很大程度上延长器件使用寿命。Chu等利用ZnO纳米晶作为器件的电子传输层，制作出了结构为的倒置器件，电池光电转换效率达到了6.7%，同时具有很好的稳定性，未封装电池在空气中存放32天后，能量转换效率还保持在初始值的85%左右。除此之外，研究者还通过制备ZnO纳米粒子、纳米线、纳米棒、纳米阵列、纳米管以及在纳米管中掺杂等方法，不同程度地提高了倒置结构电池器件的转换效率。例如，Sekine等通过制备纳米脊结构的ZnO作为倒置器件的电子传输层，有效地阻挡了空穴传输，并且增大了电子传输的有效接触面积，与平面薄膜相比，该器件的能量转换效率提高了25%。华盛顿大学的Hau等通过在倒置结构电池的ZnO纳米层与活性层之间加入富勒烯基自组装单分子层，从而更好地增加了活性层与修饰层之间的接触，提高了电荷传输效率，使器件转换效率提高了6%~28%。除ZnO外，TiO2、碱金属碳酸盐CsCO3以及经过掺杂处理的碳酸盐也可以在倒置结构电池中作为电子传输层。2012年6月的研究报告显示，华南理工大学曹镛等利用有机盐,作为倒置结构电池的电子传输层，不仅大幅度提高了光伏器件的稳定性，同时使转换效率达到了9.2%。

叠层结构太阳能电池

叠层结构(tandemstructure)太阳能电池是将多个器件单元以串联的方式层叠而成的一个器件，该结构使器件可以吸收更宽域的光谱，从而成为了提高电池转换效率的有效途径。2012年初，美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Dou等采用两个子单元的叠层倒置结构制作有机太阳能电池，使光电转换效率达到了8.62%，于2012年2月创下了当时世界光伏器件能量转换效率的最高值。同时，据PV-Tech报道，德国有机光伏开发商Heliatek采用独特的卷对卷(rolltoroll)工艺，在低温真空条件下沉积有机分子，在1.1cm2的衬底上研制出了能量转换效率达到10.7%的有机叠层光伏电池，打破了同类电池原有记录。此外，等利用作为活性层，制作了多结结构电池，很大程度上提高了电池的开路电压和能量转换效率。

1我国电子技术发展

1.1数字化发展。

我国传统电子技术手段，多采用模拟信号进行设计与运行。20世纪60年代，电子技术应用基础便是模拟电路。伴随现代化电子技术手段的快速发展，其逐步向着数字化的方向转变更新，数字电路系统以及信号发挥了越发重要的作用，使得数字信号处理手段更加优化完善。数字化的电子技术可全面借助计算机系统完成处理以及管控，有效预防模拟信号的不良失真或是畸变现象，可显著提升电子技术抵御干扰性能。电子技术的数字化发展还会为大众操作增加更多的便利，可令大众更加清晰电子技术特征，无需对其做更深入的研究便可自如的操作运行。

1.2绿色化发展。

当前，大众更加重视环境保护建设，因此促进电子技术实现了绿色化发展。这一趋势则可为我国节省更多的电力，提升资源应用效益，对创建环境友好型社会发挥了有利作用。伴随创新管控技术以及电路拓扑结构的广泛开发应用，电子技术运行应用效率稳步提升，在较多专业领域内均发挥了较大的应用价值。同时绿色化、环保化的发展趋势，则为各类节能开关电源系统的发展打下了坚实基础，使得开关电源整体性能水平逐步提升，并使工作效率大大增加。

1.3微型化发展。

1医学方面的应用：

目前，国际医学行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医学就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法，随着健康科学的发展，人们对药物的要求越来越高。控制药物释放减少副作用，提高药效，发展药物定向治疗，必须凭借纳米技术。纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，尤其是以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称为"定向导弹"。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滚动，因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药，避免身体健康部位受损，可以大大减小药物的毒副作用，因而深受人们的欢迎。

2在涂料方面的应用；

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术，再给涂料中添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性从而获得传统涂层没有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐热、阻燃、耐腐蚀、变色等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射，耐大气侵害和抗降解等，在卫生用品上应用可起到杀菌保结作用。

在建材产品如玻璃中加入适宜的纳米材料，可达到减少光的透射和热估递效果，产生隔热，阻燃等效果。由于氧化物纳米微粒的颜色不同，这样可以通过复合控制涂料的颜色，克服碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅限粒径而变，而具有随角度变色的效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米Tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面色彩多样化。

3在化工方面的应用；