《新型纳米材料研究报告》课件

新型纳米材料研究报告纳为纪领术彻变们米材料作21世材料科学域的革命性技，正在底改我的生活业产报绍纳概类和工生方式本告将全面介米材料的基本念、分、特性以及应别纳发趋势前沿用研究，特聚焦于新型米材料的最新突破和未来展过统内现状们纳疗环通系梳理国外研究，我将分析米材料在能源、医、保等领应讨临术发为关域的用潜力，并探其面的技挑战与展机遇，相研究提供参启考与示目录研究背景与意义纳发历业现状义米材料的展程、行及研究意基础理论与分类纳概类纳应米材料念、分、特性及米效新型纳米材料碳属氧复纳基、金基、化物及合米材料性能与应用电领应力学、学、光学特性及在各域的用前沿进展与未来展望发趋势最新研究突破、挑战与展研究背景纳米科技革命学科交叉融合技术驱动力纳现发领纳进术电显镜米材料的出引了材料科学域的米材料研究涉及物理学、化学、生物先表征技如高分辨子微、原传统个领显镜发为纳重大革命，突破了材料在性能上的学、材料科学等多学科域，是典型子力微等的展，米材料的研瓶颈纪纳术这种进创够自20世80年代以来，米技的交叉科学多学科融合促了究提供了有力工具，使科学家能在原经为热纷纷维碰纳论观开创已成全球科研点，各国投入新思的撞，加速了米材料的理子和分子尺度上操控和察材料，资发纳应设计大量源展米科技突破和用拓展了材料的新范式研究意义科学创新传统论突破材料理，拓展新物性产业升级动术产业结构优推高新技化社会发展决环疗解能源、境、医等重大挑战纳动术产业发义纳为应现米材料研究对推高新技展具有重要战略意在材料科学前沿，米材料理解量子效和表面象提供了理想平台；业应层纳显产创经济层纳术为竞关键领在工用面，米材料能著提升品性能，造新的增长点；在国家战略面，米技已成科技强国争的域行业现状主要研究问题基础理论与表征纳为术现如何更深入理解米尺度下的物理化学行？新型表征技如何突破有分辨率限制？制备与规模化开发经济环纳实现质纳如何更、保的米材料合成方法？如何高品米材料的批产量生？功能与应用设计纳统满应纳实际如何多功能米材料系足特定用需求？如何提高米材料在应用中的稳定性？安全与环境纳响么评纳环米材料对生物体的长期影是什？如何估和降低米材料的境风险？纳米材料概述定义标准历史发展纳个维纳围内纳概费讲够米材料是指至少在一度上尺寸在1-100米范的材米材料的念可追溯到1959年曼的著名演底部有足的纳亿约个宽间纪扫显镜发开料一米相当于十分之一米，等于5-6原子排列的空，但直到20世80年代描隧道微的明，才真正际标组织欧员构纳启纳时发现纳度国准化（ISO）、盟委会等机对米材料有了米材料研究的新代2004年石墨烯的更是将米异义规相似但略有差的定范材料研究推向高潮纳处质缩纳级别时质发显变现观米材料的独特之在于，当物尺寸小到米，其物理化学性会生著化，表出与相同成分的宏材料完全不同这质为开发术阔间的特性些奇特性新型材料和技提供了广空纳米材料的分类零维纳米材料一维纳米材料个维纳个维纳个维三度都在米尺度的材料，如量子点、两度在米尺度，一度延伸至微米纳这类纳线纳纳纤米粒子、富勒烯等材料在所有方向或更大的材料，如米、米管、米电结构维这类电传输上都受到量子限制，具有独特的子和等材料在子和力学性能方面光学特性具有方向性特点三维纳米材料二维纳米材料个维纳内结构纳个维纳状三度都大于100米，但部在只有一度在米尺度的片材料，如石纳纳复过属这类米尺度的材料，如米多孔材料、米合墨烯、渡金硫化物、MXene等材这类综纳应观极积内电材料等材料合了米效和宏材料具有高的比表面和独特的平面子优势传输料的特性纳米材料的独特性质极大的比表面积显著的表面效应独特的量子效应纳积达数数纳达电罗米材料的比表面可百至千米材料中，表面原子占比高30%-当材料尺寸接近子德布意波长远传统时电级结构现平方米/克，高于材料以石墨50%，表面能大幅提高，化学活性增，子能离散化，出量子为论积达这导纳属应这纳导烯例，其理比表面高2630平强致米金材料的熔点降限制效使米半体材料可通这应纳温过调节调带隙方米/克，使其在吸附、催化等用低、催化活性提高，如米金在室尺寸来控光学，如CdSe现氧应发颜从红蓝连中表出色下即可催化CO化反量子点的光色可色到色续调节纳米效应简介量子尺寸效应级结构带隙调能离散化，可表面界面效应/表面原子比例增大，活性提高小尺寸效应质响显变物理性受尺寸影著化宏观量子隧道效应电质现子、子的量子隧穿象增强纳应纳质论础应导纳带结构观纳属颗现导质应米效是理解米材料特殊性的理基量子尺寸效致米材料的能与宏材料不同，如米金粒可表出半体性；表面效纳应应响质观应则变传统电传输为使米材料的催化活性和反性大幅提高；小尺寸效影材料的熔点、硬度等物理性；宏量子隧道效改了的子行常用制备方法一自上而下法机械球磨法钢击块状纳优设备简单利用高能球磨机中球的冲力将材料粉碎至米尺度点是、成属氧纳备径较宽纯污本低，适合金和化物米粒子的批量制，但粒分布，度受染影响光刻技术过设计图转过蚀纳结构通掩模和光敏材料，将的案移到基底上，再通刻形成米分达纳电业术设备贵艺复杂辨率可10米以下，是微子工的核心技，但昂，工激光消融法轰击靶纳颗进利用高能激光脉冲材表面，使材料汽化形成米粒可在气相、液相中备纳颗纯产行，制的米粒度高，但量低，能耗大等离子体刻蚀应选择纳结构实现宽利用高能等离子体与材料表面反，性去除材料形成米可高深纳沟备电电统比米孔道和槽的精确制，广泛用于集成路和微机系制造常用制备方法二自下而上法溶胶凝胶法-过驱缩胶过转变为胶经热处通前体在溶液中水解、合形成溶，再通老化凝，最后干燥、纳该备温纯备属氧理得到米材料方法制度低、度高，可精确控制成分，广泛用于制金纳化物米材料化学气相沉积法（）CVD态驱温积纳结构备纯质气前体在高下分解并在基底表面沉形成薄膜或米可制高度、高碳纳设备量的米管、石墨烯等材料，但要求高，能耗大水热溶剂热法3/温压闭驱剂应备纳应条在高高密容器中，利用前体在水或有机溶中的反制米材料反件温备纳种纳和，可制晶型完整、分散性好的米晶体，适用于多无机米材料的合成分子自组装法间发纳结构备基于分子非共价作用力，使分子自排列成有序米可制功能化表面、生物纳相容性米材料等，是仿生材料研究的重要手段新型碳纳米材料石墨烯——结构特点卓越性能制备方法单层碳杂拥惊备剥石墨烯是由原子以sp²化方式形石墨烯有一系列人的物理化学性主要制方法包括机械离法（得到高维窝状结构发现论杨达质积氧还成的二蜂晶格，是目前能理氏模量高1TPa，是已知最量但小面石墨烯）、化原法个碳坚温电迁过规产的最薄、强度最高的材料每原子硬的材料之一；室子移率超（可大模生但缺陷多）、化学气相个邻碳键个远热导积备积质与三相原子形成σ，剩余的一200,000cm²/V·s，高于硅；率沉法（可制大面高量石墨烯）轨电键赋约过铜电应p道子形成离域的π，予石墨烯5,000W/m·K，超的10倍；光和外延生长法（适合子器件用）优异导电为个层电剥的性吸收率

2.3%，尽管只有一原子厚近年来，化学离等新方法也取得了显进度著展碳纳米管结构与分类优异性能应用前景碳纳层状碳纳综碳轻质纳碳纳领现应米管是由石墨片卷曲形成的管米管合了材料的特性和米管在多域展巨大用潜力纳层数为单碳纳结构优势拥极为导电剂复导电米材料，按壁可分壁米米的独特，有高的力学强作添加提高合材料性；碳纳达钢备级电锂电电极管（SWCNT）和多壁米管度（拉伸强度可63GPa，是的100制超容器和池材料；用优异导电电达灵传场应（MWCNT）根据卷曲方式，又可分倍）和的性能（流密度可于高敏度感器和效晶体管；在为锯碳纳铜时领药载传⁹扶手椅型、齿型和手性米管，10A/cm²，是的1000倍）同，生物医学域用作物体和生物感结构现电质弯弹热导达还备轻复不同展不同的学性其曲性好，率高元件；可制超强超合材料用于6000W/m·K航空航天全氟石墨烯氟种氟维个碳个氟键氟全石墨烯是一由原子完全覆盖石墨烯表面的二材料，每原子与一原子形成共价与石墨烯不同，全石墨烯是一种绝缘带隙约为现观键赋优异够碱体，

3.0-

3.5eV，呈出白色外其C-F的存在予了材料的化学稳定性，能抵抗强酸、强甚至王水的腐蚀氟备过氟氟剥实现为种它温电层全石墨烯的制主要通石墨烯的直接化或化石墨的离作一新型功能材料，在高子器件、防腐涂、摩擦减领阔应过氟实现电质调阻、气体分离膜等域具有广用前景最新研究表明，通控制化程度，可对材料学、光学性的精准控二维纳米材料过渡金属硫化物六方氮化硼黑磷磷烯/₂₂为称为单层组以MoS、WS代被白色石墨烯的磷烯是由黑磷成维层状结构氮维皱表的二材六方化硼h-BN是一的二材料，具有褶调节带隙种宽带隙绝缘窝状结构现料，具有可的体的蜂，表出优异电内异带和的光性能每~

5.9eV其平面由强烈的各向性其层层组杂键隙从单层连由三原子成，中B-N以sp²化合形可的~

2.0eV间过属层窝状结构层间续调节层是渡金原子，成蜂，以到多的层华结填补上下是硫原子范德力合h-BN~

0.3eV，了石墨烯₂单层带隙热热导过属间MoS是直接稳定性好，率和渡金硫化物之导带隙约维电带隙红半体，高，是理想的二子的空白，在外光场应绝缘衬导热电迁电

1.8eV，在效晶体器件底和材子和高移率子器电测极应管、光探器和催化料件中具用潜力领应域用广泛纳米金属材料纳米银优异导电的抗菌性能和特性纳米金应独特的表面等离激元共振效纳米铂钯/选择卓越的催化活性和性磁性纳米颗粒顺靶超磁性和向功能纳属应应现观属质纳银围内现应疗米金材料因尺寸效和表面效表出与宏金截然不同的性米在10-100nm尺寸范展强烈的抗菌活性，已广泛用于医器械和费纳应现赖颜变从红传疗铂纳远块消品；米金因表面等离子体共振效呈尺寸依的色化，色到紫色，被用于生物感和癌症治；族米材料的催化活性超体材为电环关键铁纳颗则记录领现优势料，成燃料池和境催化的材料；基磁性米粒在生物医学和磁域展独特纳米氧化物材料二氧化钛₂氧化锌其他金属氧化物TiOZnO₂纳锐钛矿红种纳纤锌矿结构为₃₄纳颗顺TiO米材料以、金石两晶ZnO米材料以六方主，Fe O米粒具有超磁性，在生为优异种带隙导温靶药递型主，具有的光催化活性、化学是一直接半体~

3.37eV，室物分离、向物送和磁共振成像中结纳应₂纳稳定性和生物相容性在紫外光照射下具有高激子合能60meVZnO用广泛；CeO米材料具有可逆的₂产电发氧态样纳纳氧还氧下，TiO能生子-空穴对，引米材料形多，包括米粒子、米化原能力和缺陷，在催化、燃料还应污纳₂纳线测压电传电氧疗现优异₂纳化原反分解有机染物米TiO棒、米等，在紫外探器、池和抗化治中表；SiO应污洁传颗积广泛用于光催化降解染物、自清感器、气体感器、抗菌材料和光催化米粒具有高比表面和良好的生物相层阳电电领应药载剂载涂、太能池和光化学分解水制等域具有广泛用容性，常用作物体和催化体氢领等域纳米复合材料聚合物基纳米复合材料陶瓷基纳米复合材料纳填碳纳过纳颗纳纤维将米料如米管、石墨烯等分散1通引入米粒或米改善陶瓷显韧应到聚合物基体中，著提高材料的力学2的脆性，提高性和断裂强度，用于导电温结构性能、性和阻燃性高材料生物纳米复合材料金属基纳米复合材料结纳拟纳颗属合生物大分子与米材料，模自然米粒强化金基体，提升强度、耐结构组织药递温生物材料，用于工程和物磨性和高稳定性，用于航空航天和汽统业送系车工纳复过纳单实现协应仅米合材料通在基体中引入米尺度的增强相，突破了一材料性能的局限，了1+12的同效例如，添加

0.5wt%的环氧树韧约碳纳铝复时这种石墨烯可使脂的断裂性提高125%；米管增强基合材料的强度可提高30-50%，同保持良好的延展性多相协纳复电领阔应同作用使米合材料在航空航天、汽车、子和生物医学等域具有广的用前景热点材料纳米——MXene独特结构优异性能应用前景类过属碳氮结属优储领现为MXene是一由渡金化物、MXene合了陶瓷和金的点，表MXene在能源存域表尤突碳氮组维层状现优异导电达为级电电极实现化物或化物成的二材出的性高6000-8000出，作超容器材料可为积电料，通常表示Mn+1XnTx，其中M S/cm、机械强度和化学稳定性其丰超高的体比容~1500F/cm³和功过属亲电屏是渡金如Ti,Nb,V，X是C和/或富的表面化学和水性使其易于加工率密度；在磁蔽方面，只需微米终团层维结构实现屏N，Tx代表表面止基如-OH,-F,-成薄膜、涂或三与石墨烯厚度即可出色的蔽效果₃₂电结构传处O最典型的MXene是Ti CTx不同，MXene的子和性能可通92dB；此外，在催化、感、水过变组进调领现阔应改成和表面功能化行广泛理和生物医学等域也展出广控用前景纳米材料的力学性能电学性质分析高导电性量子限制效应尺寸依赖性纳碳碳纳导纳电罗属纳导电径变显米材料如石墨烯和米管因其特殊当半体米材料尺寸小于子德布意金米材料的性随粒化著杂结构电内时电带结构从电约纳的sp²化，子在平面高度离域波长，子受到量子限制，能当尺寸小于子平均自由程几十米现极电迁连续变为带隙减时电电纳化，表出高的子移率石墨烯的离散，随尺寸小而增大，子散射增强，阻率升高但米温电迁达这电质过调节结构积传室子移率可200,000使得量子点的光性可通尺寸的高比表面和特殊界面使其在感远进为电设计电极现纳电极cm²/V·s，高于硅~1,400行精确控制，光器件提供了新器和催化中表出色，如米金载电过维电积电极数⁸cm²/V·s，能承的流密度超10度的化学活性面可比平面金高出A/cm²十倍光学性能研究表面等离激元效应上转换荧光贵属纳颗电金米粒如Au、Ag表面自由发产荡掺杂纳子在光激下生集体振，形成表面稀土元素的米材料能将低能光子导电场转换为实现从红等离激元共振，致局域磁增强和高能光子，外到可见光纳颗从变为转换₄⁺⁺纳颗特征吸收峰米金粒球形棒的NaYF:Yb³,Er³米粒量子点发光状时从红红发发绿荧，吸收峰可520nm移至近外在980nm激下可出色光，在生为传热疗伪阳非线性光学效应导应现区域，生物感和光治提供了可物成像、安全防和太能利用中具有半体量子点因量子限制效，呈尺优势赖荧发能独特纳现显寸依的光特性CdSe量子点的射米材料在高强度光照下表出著的从蓝红线应谐产波长可色~450nm到色非性光学效，如二次波生、多连续调节产达纳谐产~650nm，量子率可光子吸收等金米棒的二次波生显术块数个数级80%以上，在生物成像、示技和光效率比体金高出量，可用于电应开关应器件中用广泛生物成像和光学等用214磁性能特征超顺磁性尺寸效应表面效应₃₄减临纳变显纳当磁性材料如Fe O尺寸小到界米磁性材料的磁性能随尺寸化米磁性材料的表面原子比例高，晶格约时热减单畴结构畴变导内尺寸20nm以下，能可克服磁晶著随着尺寸小，取代多畸和不完整配位致表面磁矩与部异颗场现为结构矫顽减产异纳颗各向性能，使粒在零外下表，力先增加后小当尺寸小不同，生表面磁各向性Fe米顺场时现顺临时现为顺过磁性，而在外存在又表出高磁于超磁界尺寸，材料表超粒的表面磁矩可比体相高40%通表这种顺纳颗矫顽这种现为饰调纳化强度超磁性使米磁性粒磁性，力接近于零象高面修和功能化，可控米磁性材料靶药递记录应论在生物分离、向物送和磁共振成密度磁和磁流体等用提供了理的磁性能和分散性，拓展其在催化和生剂现优势础领应像造影中表出独特基物医学域的用热学属性热导率增强熔点降低界面热阻热稳定性碳纳键导纳属颗纳复热应响纳热米管和石墨烯因强共价和低表面能增加致米金粒熔点米合材料中界面阻效影米材料的稳定性与尺寸、形貌维结构现极热导热传导关表出高率大幅低于体相整体和表面化学密切相纳热质现应碳纳热导别达远规为导热填米材料的学性表出丰富的尺寸效一方面，米管和石墨烯的率分高3500和5000W/m·K，超常材料，使其成理想的属纳颗减显纳颗块约为温连术料；另一方面，金米粒的熔点随尺寸小而著降低，10nm金米粒的熔点比体金低300K，低接技提供了可能纳复热为响热传导关键过设计实现热调开发导热热这在米合材料中，界面阻成影的因素通表面功能化和界面，可界面阻的有效控，出高性能或隔材料些独热为电热电特的学特性能源管理、子冷却和材料提供了新思路储能材料应用锂离子电池超级电容器太阳能电池纳锂电现优纳积优异导电纳结构阳电实现米材料在离子池中表出多重米材料的高比表面和性使其米在太能池中了多重功势纳电极缩锂扩为级电电极阳电米化的材料短了离子散成超容器的理想材料石墨烯能量子点敏化太能池利用量子点的径电电极积达带隙调围纳路，提高了充放速率；增大的比表面基材料比表面可2000m²/g以可性，拓展了光吸收范；米多积电极电质减极积电达₂积负载纳增强了/解接触，小了化；上，体比容可100-200F/cm³；孔TiO提供了大面的染料界面；纳结构缓电过则现达银应米可更好地解充放程中的体MXene材料展出高1500F/cm³的体米和金的表面等离激元效增强了光吸积变环纳线阳极积电级电记录钙钛矿阳电纳结构则化，延长循寿命硅米材比容，刷新了超容器性能收；而太能池中的米传统阳极论这纳级电电动料比石墨的理容量高8倍4200些米材料使超容器在高功率密度改善了荷分离和收集效率，推效率快应优势vs372mAh/g用中具有不可替代的速提升至25%以上催化领域应用工业催化电催化1纳剂细质转纳结构电极进氢备₂还米催化在石油化工、精化工和生物化米材料促气制、CO原和实现选择电应2中高效性催化燃料池反生物催化光催化4纳剂复纳导阳驱动污米材料固定化酶催化提高稳定性和可重使3米半体材料在太能下分解染物、分氢用性解水制纳积远传统剂纳剂温氧级数单铂米催化材料因其高比表面和丰富的表面活性位点，催化效率高于催化米金催化在低CO化中的活性比微米金高千倍；原子催化剂远传统铂纳颗壳结构纳剂则过电结构调氢电阴极氧还应的原子利用率接近100%，超米粒；而核Pd@Pt米催化通表面子控，大幅提高了燃料池原反活性纳决响过这实现选择调为绿续米催化材料的形貌、尺寸、晶面和表面配体对催化性能有定性影通精确控制些因素，可催化活性和性的精准控，色化学和可持术关键能源技提供支持医学诊疗应用靶向药物递送纳载药变疗减纳米体可将物精准运送至病部位，提高治效果，少副作用聚合物米质氧过应滞肿粒、脂体和介孔二化硅等材料可通EPR效增强渗透与留在瘤部位富过饰异实现动靶肽饰纳肿集；而通表面修特性配体，更可主向，如RGD修米粒对瘤血内细识别管皮胞的精准生物成像纳为剂灵顺氧铁纳米材料作造影大幅提升了医学影像的敏度和分辨率超磁性化米粒剂带发产为荧SPIONs是高效的MRI T2造影；量子点因窄射和高量子率成理想的光针纳则红现成像探；而金米棒因其近外表面等离子共振特性，在光声成像中表出色纳米治疗纳为疗剂纳纳红产热应米材料本身也可作治金米粒和米棒在近外光照射下生光效，肿热疗纳颗变场产热实现热疗可用于瘤的光治；磁性米粒在交磁中生量，磁治；而某纳氧铈还类经护疗些米材料如化具有酶活性，可清除自由基，用于抗炎和神保治生物传感器电化学传感光学传感纳饰电极显纳传米材料修著提高了生物基于米材料的光学感器利用材检测灵选择碳纳质实现灵检分子的敏度和性料的特殊光学性高敏饰电极电导测纳米管和石墨烯修因其高金米粒子的表面等离子共振积应颗时颜从红变率和大比表面，可将葡萄糖、多效使得粒聚集色胺检测纳质巴等生物分子的限降低至紫，可用于DNA、蛋白等生物分纳电检测荧摩尔甚至皮摩尔水平；而米金子的比色；量子点的光可被极则实现单电检测为灭实现荧传可分子化学，特定分子淬或增强，光诊转换纳颗则早期疾病断提供了新工具感；而上米粒可避免生荧扰检测物背景光干，提高信噪比场效应传感纳场应传电变极为实现标记基于米材料的效晶体管感器对表面荷化敏感，可物无需实时检测场应单载迁单个的石墨烯效晶体管因其原子厚度和高流子移率，对DNA质显响应纳线场应则时检测种分子或蛋白的吸附均有著；而硅米效晶体管可同多生标实现复杂数诊物志物，疾病的多参断环境净化应用水处理技术续纳净统高效可持的米化系空气净化纳米光催化材料分解有害气体土壤修复纳铁还污米零价原有机染物纳环净领现优势现污属氧氧团米材料在境化域表出独特，主要体在染物吸附和降解两方面在重金离子吸附方面，石墨烯/化石墨烯因其丰富的含基络铅镉属达纳复实现污可高效合、、汞等重金离子，吸附容量高200-400mg/g；磁性米合材料兼具高吸附能力和磁分离特性，可染物的高效去除和剂吸附回收污₂纳剂产氧污纳铁过电转在染物降解方面，TiO和ZnO等米光催化可在紫外光照射下生强化性自由基，高效降解有机染物；米零价nZVI通直接子还氯盐纳则拟温条污这纳为决资环污问题移原代有机物和硝酸；而米酶模生物酶的催化活性，在和件下降解染物些米材料解全球水源短缺和境染提供了有力工具防腐与抗菌纳米银抗菌金属氧化物碳基纳米材料纳银应纳纳氧锌氧铜氧镁属氧纳氧碳纳过纳米是目前用最广泛的抗菌米材料其米化、化和化等金化物化石墨烯等基米材料通米刀片效释银细显应氧应细锋边缘抗菌机制主要包括放的离子与菌蛋白米材料也具有著抗菌活性其抗菌机制主要和化激作用抑制菌生长其利质巯结质结构产氧释属纳细细时产导中的基合，破坏蛋白和功能；生是生活性自由基和放金离子米可物理切割菌胞膜，同生的ROS致氧氧损伤细条应细氧损伤复层仅成活性ROS化胞膜和DNA；直接ZnO在光照件下抗菌效果更强，已广泛用胞化石墨烯合抗菌涂不具有细细层纺织纳还优异热与菌胞膜相互作用，破坏膜完整性10-于抗菌涂、品和包装材料此外，米持久抗菌活性，兼具的机械和学性纳银颗肠细孢处20nm米粒对大杆菌、金黄色葡萄球CuO和MgO对菌子也有良好抑制效果，在能，可用于需要长期抗菌的表面理，如管道种浓疗领应值内疗层菌等多病原菌的最小抑菌度MIC低至2-医和食品安全域具有重要用价壁防腐和医器械涂10μg/mL打印与智能制造3D纳米增材制造功能性墨水多尺度制造纳领应开创纳纳实现结构纳结构术传统米材料在3D打印域的用了米材料基功能性墨水了与功米化打印技突破了3D打印碳纳属纳颗术结纳米增材制造的新范式米管和石墨能的一体化制造金米粒墨水通的分辨率限制双光子聚合技合纳为过温烧结导电图电实现级维烯等米材料作增强相添加到3D打印低形成案，阻率接近米材料，可100nm分辨率的三显属电纳结构书术结墨水中，可著提高打印件的机械强体相金5-10μΩ·cm，用于柔性子微；直接墨水写技DIW合导电复电响应纳纤维构级结构度、性和功能性石墨烯合墨水路打印；光材料墨水可打印光控米素墨水，可建具有多结构压电纳则这术为纳打印的件抗拉强度可提高40%以元件；而米材料墨水可直接打的仿生材料些技微光学元时备导电导热传组织上，同具、等附加功能印感器和能量收集器件件、工程支架和微型机器人的制造径提供了新途柔性电子器件纳领电术传统刚电导电碳纳备电极过米材料正引柔性子技革命，克服了性子器件的局限高石墨烯和米管可制透明柔性，透光率超90%，时数欧银纳线络结构导电韧弯数电杂纳复同方阻低至十/平方；米网兼具高性和机械柔性，折千次后仍能保持稳定学性能；有机-无机化米则实现导层合材料了柔性半体的高性能器件纳电现样应阳电设备显屏实现叠基于米材料的柔性子器件已展多化用柔性太能池可集成于曲面和可穿戴；柔性示器和触控幕可折和卷电肤过纳传阵拟觉储级电锂电则为个统这进动曲；子皮通米感器列模人体触感知；柔性能器件如超容器和池整系提供能源支持些展正推电设备监测领柔性子向可穿戴、智能包装和生物医学等域拓展航空航天与军工50%减轻结构重量纳复传统铝轻米增强合材料比合金300%强度提升碳纳环氧树韧米管增强脂断裂性提高10x导热系数复纯石墨烯/高分子合材料比高分子高95%雷达波吸收碳纳隐层米材料身涂的吸波效率领极为纳现传统极纳复碳纳环氧树复轻质航空航天域对材料性能要求苛刻，米材料的出突破了材料的性能限米增强合材料如米管/脂合材料，在保持特性的时韧结构纳复过纳颗韧温击韧热击碳纳同大幅提高了强度和性，已用于新一代飞机的部件；陶瓷基米合材料通米粒增，提高了高部件的冲性和冲性能；米材热护统则显层时热料改性的防系著提升了航天器再入大气的隔性能军领纳样发挥关键纳属药纳结构隐层实现宽频达纳传络则在工域，米材料同着作用米金粉末提高了炸能量密度和稳定性；米身涂了段雷波吸收；米感器网监测预统灵这应动军术迈大幅提高了和警系的敏度些用正推航空航天和工技向更高水平最新研究进展国际动态——石墨烯前沿研究原子级精密制备积术圆单化学气相沉CVD技取得突破，可在300mm晶上生长晶石墨烯，缺陷密个电迁论极这为规电应度降至每平方微米小于

0.1，子移率接近理限大模集成路础层蚀术备纳边缘结用奠定了基原子外延和控制刻技可精确制米米尺寸、特定构纳带的石墨烯量子点和米单原子传感技术单单检测术进纳传实基于石墨烯的分子/原子技取得重大展石墨烯米孔感器现单碱识别检测时间达级场应传了DNA基，分辨率微秒；石墨烯效晶体管感器检测单个过灵达级别质复可气体分子吸附/解吸程，敏度ppb；石墨烯-蛋白合传实现单颗测为检测感器成功了病毒粒探，快速病原提供了新工具功能调控与器件集成调进过级掺杂饰实现石墨烯功能控研究取得突破性展通原子和表面修，带隙调层扭转现导开了石墨烯精确控；双石墨烯在特定魔角下展出超性，创维华异质结构了拓扑量子材料研究新方向；石墨烯与其他二材料的范德实现电这为电计电了新型光特性些研究下一代柔性子、量子算和光子器论础件奠定了理基新型纳米催化剂单原子催化剂催化剂纳米酶MXene单剂纳领维剂电结构纳拟纳原子催化SACs是米催化域的二MXene催化因其独特的子米酶是模生物酶活性的功能米材进过单个属调质为热革命性展，通将金原子固定和可控的表面性成研究点料，克服了天然酶稳定性差、成本高的载实现₃₂氢应₃₄纳颗现类过氧在体上，了100%的原子利用率Ti CTx MXene在析反HER中缺点Fe O米粒表出₂单剂现优异过电仅为₂₂羟最新研究表明，Pt/CeO原子催化表出活性，位151mV j化物酶活性，催化H O生成基自由氧应转频达₂₂电还₂纳颗则类氧在CO化反中的化率TOF

1.7=10mA/cm²；Mo CTx在CO基；CeO米粒具有超化物⁻纳颗单选择₂还为氧s¹，是Pt米粒的20倍；Fe-N-C原中具有高性，可将CO原歧化酶SOD活性，可清除超自由基；剂氧还应过₂壳纳结构现原子催化在原反中活性接近商CO，法拉第效率超90%；而Nb CTxAu/Pt核米展多酶活性，在葡业剂则氮还氨现检测氧疗现Pt/C催化，但成本降低了95%双在气原制方面表出良好催化萄糖和抗化治中表出色通剂₂进现终团调过调纳原子催化如Fe-N-C一步表出性能表面缺陷和止基控是提高表面工程和形貌控制，可精准控选择关键异独特的催化性MXene催化性能的策略米酶的催化活性和底物特性医学纳米机器人智能纳米药物系统微纳米马达纳药统纳进纳达环智能米物系是医学米机器人的自主推的微米马可在生物境中雏响应内环变实现动执务状形，能体境化，精准自由移，行特定任Pt-Au杆微药释响应纳肿达₂₂产氧实物放pH型米粒子利用瘤米马利用H O分解生的气泡环发药释现进驱动达过微境酸性特征pH

6.5-

6.8触物自推；磁螺旋微米马通外响应纳场导转场放；磁型米粒子在外部磁引部旋磁控制方向与速度；而生物分达标响应驱动达则下准确到目部位；而多重刺激子的微米马利用ATP等生物能纳统则实现复杂时驱动内环实型米系可更的空控制源，更适合体境最新研究药释肿组织靶积现约动带药物放，如在瘤向累后，了30μm/s的移速度，可携过红发释疗药细进递再通近外光激放化物物、胞或基因行精准送纳米机器人集成系统纳统结动疗纳发米机器人集成系合了感知、运和治功能，代表着医学米机器人的展方纠纳实现肿异识别释诱导肿向DNA折米机器人了瘤特性和凝血因子放，成功瘤血管栓导热疗药释时进诊塞；磁控聚合物微球集成了磁航、光治和物放功能，可同行断和治疗纳则结组细趋导；而生物混合米机器人合了合成材料和生物分，如利用菌化性航的微级米游泳者纳米结构精准合成纳米技术DNA纸术异实现纳结构级构设计备DNA折利用DNA分子特性配对原理，米的原子精准筑最新研究可制维纳结构间达这结构为药载纳50-500nm尺度的三米，空分辨率2nm些可作物体、分子机器和米电开创纳路模板，了自下而上米制造的新范式模板限域合成结构导纳氧阳极氧铝碳纳模板法利用有序引米材料生长，控制形貌和尺寸介孔二化硅、化和米管进实现单纳线纳规备变异数级是常用模板最新展了分散性米和米管的大模制，尺寸系5%；多孔级纳结构结观动纳级积领现模板合成出的分米合了宏流性和米高比表面，在催化和能源域表出色自组装自限域生长/间组备复杂纳结构过剂温基于分子相互作用的自装是制米的有力手段通控制溶、度、pH和表面活剂导纳颗结构亲组备胶性，可引米粒形成特定的超双性聚合物自装可制精确尺寸10-200nm的束药递饰纳组维结构现质用于物送；表面修的金米粒子可自装成三晶体，表出新奇的光学性；而基于识别组则构纳分子的生物分子自装可建功能性米机器原子层沉积外延生长/层积术级个环个层实现原子沉ALD技可在原子精度控制薄膜厚度，每循精确生长一原子最新研究复杂维结构层选择术备纳图蚀了三的共形涂，厚度偏差1%；区域性ALD技可直接制米案，无需刻艺术则备极维单氮工；而外延生长技可制晶体缺陷密度低的二材料，如4英寸晶石墨烯和六方化硼智能响应材料光响应响应pH氮苯吡团纳含偶、螺喃等光敏基的米磁电场响应发构/亚胺材料可在特定波长光照下生可逆聚丙烯酸PAA和聚乙烯PEI等变应转换纳颗电质纳变纳颗变场产热型化或化学反上米粒弱解聚合物米粒子对pH化高磁性米粒可在交磁下生饰响应统红碱环别纳复修的光系可利用近外光触度敏感，在酸性与性境中分呈量或机械力；液晶聚合物米合材发层组织内药释现胀状态电这电场发变导深的物放，克服了紫不同的溶和表面荷一料能在作用下生取向化，应肿环观变这响应为线温度响应外光穿透深度有限的缺点特性被广泛用于瘤微境致宏形些特性无控靶递药统传药递统驱动多重刺激响应pH~

6.8向系和智能生物制的物送系和微型器提供异酰胺纳聚N-丙基丙烯PNIPAM米感器了可能胶临温结种响应纳统实现凝在其界溶液度LCST,合多机制的米系可发胀缩转复杂为温响应~32°C附近生可逆的溶-收的智能行度/pH双水变积变达这种胶过设计实现逻辑，体化可10倍特性使凝通共聚物，了为药释传响应响应统其成理想的物控和生物感材门式；磁/光双系可先通过调实现过场导标过料通共聚合控LCST，可体磁航到目位置，再通光激温发靶释药释药实现疗触的向活放物，高精度治绿色可持续制备工艺生物模板法结构为备态纳为备利用生物体的特殊作模板，制形可控的米材料以蝴蝶翅膀模板制氧钛细结构阳电现优异质的二化光子晶体保留了原生物体的精，在太能池中表；蛋白笼壳调属纳颗纤维、病毒和DNA分子可用于精确控金米粒的尺寸和排列；而海藻和素则为备积剂减贵属衍生物作支架材料制高比表面催化，少金用量水相低能耗合成/剂艺环污辅热术纳水相合成取代有机溶工，大幅降低境染微波助水合成技将米材料时间从传统数时缩数钟温的合成的小短至分，能耗降低70%以上；室离子液体合成技术温压备质纳动应术则实现纳连续可在常常下制高量米材料；而流反器技了米材料的备产减剂制，提高了率和一致性，少了溶和能源消耗废物资源化利用废为备纳实现变废为从备氧弃物作原料制米材料，宝煤灰中提取硅，制介孔二化硅纳农业废备碳纳氧废旧电和沸石米材料；利用弃物如制米材料和二化硅；回收池中的钴锂属备电纳这艺仅还减、等金，再生制池米材料些工不降低了原材料成本，少了废处负实现资环弃物理担，了源的循利用典型科研成果案例团队简发响研究成果介表期刊影团队开发纳线电开创脑哈佛大学Lieber出米子-Nature,2021机接口新方向记录单生物界面，可个经电神元的信号团队设计锂属电锂电斯坦福大学崔毅高容量金Science,2022突破池能量密度负极护层环瓶颈池保，循寿命500次华张团队开发碳纳碳纳观清大学强出超高强度Nature Materials,刷新米管宏材纤维达记录米管，强度2023料强度

6.5GPa单铂剂实现为德国马普研究所原子催化Nature Catalysis,天然气高效利用提烷温转径甲低活化，化2023供新途率95%顶发纳领开创论近年来，尖期刊《Nature》《Science》表了大量米材料域的性研究，引用率高的文维趋势显应导主要集中在能源、生物医学和新型二材料方向最新研究示，多学科交叉和用向的研究获关仅发现决实际问题产业转正得越来越多注，不追求新材料，也注重解和化国内科研突破生物医学应用能源材料领域纳赵团队开发纳弹二维材料新突破国家米科学中心宇亮的米炸技开发态电术过红发纳产应中科院物理所/化学所合作的硫化物固解，通近外激光触米材料生空化效，团队开发质纳复温电导达⁻实现肿击进临试验阶北京大学彭海琳出全新的石墨烯外延生长米合材料，室离子率10³S/cm，了对深部瘤的精准打，已入床术实现单备为态锂电业迈关键业团队发响应纳载技，了8英寸晶石墨烯的制，缺陷密度全固池商化出一步；南京工大段；上海交通大学梁高林研的磁米历属艳团队实现刘庆团队设计碳纳剂脑屏为脑胶质疗降至史最低；中科院金所李秀首次学的CoₙN@多孔米催化在水体突破了血障，瘤治提供了新思属备现氢过电仅张团队设计纳级联了MXene材料在金基体中的均匀分散，制出分解中表出超高活性，析位路；中山大学胜利的米酶体系可铝复华张团队业铂剂种氧经强度提高80%的基合材料；清大学强48mV@10mA/cm²，接近商催化水平；北高效清除多活性自由基，在神退行性疾病治开发备维碳纳业团队开发钙钛矿阳疗显的双模板法可控制二多孔米片，在超京工大学王喆的新型量子点太中示出良好效果级电现电创内纪录容器中表出超高能量密度90Wh/kg能池效率突破24%，国主要技术挑战大规模制备纳产业临米材料化面的首要挑战成本控制产经济降低生成本、提高可行性质量稳定性间证批次一致性与长期性能保标准化与表征统评标建立一的价准与方法纳从实验业产临规备实验质纳难扩产剥虽产质产米材料室到工化生面多重挑战在大模制方面，室高量米材料的合成方法通常以大能，例如石墨烯的机械离法然品量高，但极备积设备连续动应决这问题决纳问题量低；CVD法可制大面石墨烯，但投入大、能耗高流反器是解一的潜在方案，但仍需解米材料的均匀分散与收集关键质碳纳业应纳质标尚成本控制是另一挑战目前高量米管的价格在500-2000美元/kg，而商用通常要求降至50美元/kg以下此外，米材料的量准化未建立，不同批产异这极领应统标驱开发绿线决这次、不同厂商的品性能差大，大限制了其在高精度域的用建立一的表征方法和准体系，降低前体成本，色低能耗合成路，是解些挑战的关键健康与环境安全风险潜在健康风险环境影响安全评估挑战纳屏纳过种径进环纳评临米材料的特殊尺寸使其能穿透生物米材料通多途入境，其行米材料的安全估面独特挑战材进细细发现为规污银纳颗种类质异难统障，入胞甚至胞核研究某模式与常染物不同米粒料繁多且性各，以建立一纳发氧应环释银评标纳内为些米材料可能引化激、炎症反在水境中可放离子，对水生生物估准；米材料在生物体的行应损伤细产纳氧钛种响、基因和胞凋亡例如，多壁生毒性；米二化在水体中可吸受多因素影尺寸、形貌、表面化学碳纳态类污变迁评复杂传统米管长度20μm的形似石附其他染物，改其移和生物可利等，增加了估性；毒理学方动实验现类碳纳续环纳棉，在物中表出似石棉的致用性；米管可持存在于境中，法可能不适用于米尺度；长期暴露效纳氧钛经导难显纳应环归数癌性；米二化呼吸道暴露可以降解最新研究示，米材料可和境宿据缺乏目前各国正加则过链态统传递纳评致肺部炎症；而某些量子点如CdSe能通食物在生系中和富强米安全研究，建立特定的估框属态响尚欧规纳因含有重金而具有潜在毒性集，但长期生影不明确架，如盟的REACH法米材料修正案纳米材料回收与再利用收集与分离开发纳术过滤术纳颗过高效米材料收集技，如磁分离、膜和离心技磁性米粒可通外场纳过滤纳加磁直接回收，回收率95%；米膜可截留尺寸2nm的米材料；而超高纯化与再生则纳颗响应实现2速离心适用于分散体系的米粒回收新型刺激材料可智能聚集和分过处热处复污团复纳离，提高收集效率通化学理、理或生物修去除表面染和功能基，恢米材料性能例碳纳过热处污属纳剂过还处如，米管可通理去除有机染物；金米催化可通酸洗和原理饰纳过调实现转化与升级再生活性；聚合物修的米粒子可通pH控可逆聚集和分散，便于多次使用废旧纳转为实现值废旧锂电钴锂纳将米材料化新型功能材料，价提升池中的酸米材转为值剂纳剂为驱备复损料可化高价催化；失活的米催化可作前体制合材料；而功能过饰变应领可回收设计失的量子点可通表面修改其光学特性，用于新的用域从头虑纳设计产响应连团纳复源考米材料的全生命周期，易于回收的品性接基使米条组载纳合材料在特定件下可控降解和分分离；可降解体将米功能材料包裹在可回收胶块设计许选择换组的微囊中；模化允性更失效件，延长整体使用寿命未来发展趋势预测多功能集成智能自适应材料纳纳统备环未来米材料将朝着多功能集成方向智能米材料系将具境感知和发单时备种应响应纳展，一材料同具多性能，自适能力刺激型米材料可电电热电异质环动调纳如集成光、磁或功能根据外界境自整性能；仿生纳结构实现属协拟复应米将材料性的同增米材料模生物体自修、自适和壳结构纳剂时处调纳强，如核米催化同提高信息理功能；量子控米材料利选择层结构纳复应实现纳活性和性；多次米合用量子效新奇功能；而米机优异复杂务材料兼具的力学性能和功能特器人和分子机器将完成任，如编组纳统实现靶药递术这性；而可程自装米系将向物送和分子水平手些属调疗环监测物理性和化学功能的精准控材料将在智能医、境和自适应结构发挥关键中作用绿色可持续发展纳续发为趋势启发纳资米材料的可持展将成主流生物和生物衍生米材料依托可再生减环负绿备艺试剂设计虑源，少境担；色制工最小化能源和有毒使用；全生命周期考从备废环响闭环统实现环这趋势动材料制到弃的境影；回收系材料的循利用一将推纳术从导转环续统米技高性能向向境友好和可持性平衡的系性思考中国纳米产业前景工作总结主要发现应用价值创新驱动统纳础论备纳环疗进领创动纳进动本研究系梳理了米材料的基理、制米材料在能源、境、医和先制造等新是推米科技步的核心力多学科应现应储发纳创维方法、性能特征和用前景，重点分析了石墨域展出重大用潜力新型能材料突破了交叉融合激了米材料研究的新思；先纳结构关传统电纳剂进计拟术发现烯、MXene等新型米材料的-性能池的能量密度限制；米催化大幅提表征和算模技加速了新材料；而发现纳质应靶纳药统开创产协则进转应系研究，米材料的独特性源于量子高了化学反效率；向米物系了学研同促了科研成果的化用未应应过疗纳复则动纳应坚顶既尺寸效和表面效，通精确控制尺寸、形精准医新范式；而米增强合材料推来米材料研究持天立地，要追求实现调为轻结构设计这应纳创础貌和表面化学，可性能的精准控，材了量化些用共同表明，米原性基研究突破，又要面向国家战略需设计维术从实验产业为决类决实际问题实现纳术值料提供新度技正室走向化，成解人可求，解，米技的社会价续发关键持展挑战的力量最大化致谢科研团队合作伙伴资助机构谢课题组员过谢纳编衷心感全体成在研究程中感国家米科学中心、中科院物理所本研究得到国家自然科学基金号创贡献别谢张华设备发计划的辛勤工作和新特感教和清大学材料学院在高端表征和NSFC-

12345678、国家重点研导议论计际伙编级创授的悉心指和战略性建，李博士在理算方面的大力支持国合作号2023YFA9876和省科技新专业术东联专项资实验进设备材料合成方面的技支持，以及王伴麻省理工学院和京大学在合研究的金支持室先的更师项贵议为开设专项经费工程在表征分析中的精确操作研究目中提供的宝建，也本研究增新也离不学校双一流建们实验设计数献际视业应验证谢资构纳生同学在、据分析和文添了国野企合作方在用的支持感各助机对米材料基综样没产业积极进础应开发续关述方面付出的努力同功不可和化探索中的参与，促了科研究和用的持注和投入实际应转研成果的用化。