納米傳輸技術范文精選

本文作者：尹俊峰王義剛

在S系統的SIPOABS數據庫中進行檢索，得到1449件申請人國別為中國（CN）的納米技術領域專利申請，轉庫到DWPI中后，得到673個專利族。以下分別對這些申請的年代分布、細分領域（技術主題）分布、主要申請人分布和主要申請國別進行統計和分析。

專利申請量的年度分布

筆者對上述673個專利族的最早公開年和最早優先權年分別進行統計分析，得到1991～2012年納米技術領域中，我國申請人的國外專利申請量的年度分布狀況，見圖1所示。從圖1可以看出，在納米技術領域，中國申請人在國外的專利申請最早可以追溯到1991年（優先權日在1991年），但是中國申請人的相關專利申請較少，直至2000年才達到10件。2000年以后，中國申請人在國外的相關專利申請量有所增加，并在2007年前后達到一個峰值，接近100件，這一階段為快速發展階段。2007年至今，中國申請人在國外的相關專利申請量出現下降趨勢，筆者分析，其原因可能有兩點：首先，2010年以后的申請還沒有全部公開，因此無法統計在內；其次，一般而言，前沿科技領域較傳統領域受國際經濟環境影響大，2008年爆發國際金融危機、近期的歐債危機以及目前國際經濟環境低迷等是導致2008年至今中國申請人在國外的相關專利申請量減少的因素。

技術主題的分布情況

筆者分析了在納米技術領域，中日韓三國申請人向國外申請專利的情況，統計了在八個細分領域中中日韓三國申請人的國外專利申請量，見圖2所示。從圖2可知，在納米技術領域，中國申請人在國外的專利申請主要集中在“用于信息加工、存儲或傳輸的納米技術”和“用于材料和表面科學的納米技術”兩個細分領域中，這與韓國和日本申請人在國外的專利申請趨勢相同，可見這兩個細分領域是現在的熱點。而在“納米光學”領域，中國申請人在國外的專利申請量明顯偏低，這與韓國和日本的情況不同。結合圖1、圖2可知，我國納米技術的發展經過了初始階段（2000年之前）、快速發展階段（2000～2007年），現在已經逐步穩定。在納米技術領域，我國向國外申請專利的絕對量還很少，與一些先進國家相比還存在較大差距。

有機太陽能電池結構

有機太陽能電池結構對電池性能的影響至關重要。按照器件結構分類，有機太陽能電池可分為單質結、染料敏化和異質結等幾種。而異質結電池又包括p-n異質結、體異質結、混合異質結和疊層結構等種類。

倒置結構太陽能電池

近年來，研究人員基于本體異質結器件，設計制作了倒置（反型）結構(invertedstructure)器件，使電池的能量轉換效率和穩定性能有所提高。為傳統的電池器件，為倒置結構器件。倒置結構器件是通過對換傳統電池陰陽兩極極性制作的半導體器件，電池的陰極由高功函數金屬充當，但是電極必須進行修飾。通常利用半導體氧化物（例如ZnO）和堿金屬碳酸鹽(Cs2CO3)等材料修飾陰極，利用新材料V2O和MoO3修飾陽極，制作的電池在空氣中的穩定性有了很大的提高。同時，考慮到電荷的有效傳輸和抽取，在靠近陽極區域的活性層形成聚合物組分的富集區，靠近陰極區域的活性層形成富勒烯組分的富集區將是較為理想的狀態。倒置結構的推出很好地利用了這種相分離的現象，其性能達到了可以和傳統結構器件相媲美的水平。近年來，研究人員通過采用倒置結構并對陰極修飾層作各種納米形態處理提高了器件的穩定性、使用壽命以及能量轉換效率。基于倒置結構的疊層結構器件通過各子單元不同材料對太陽光譜的差別吸收，可以增加器件對光的吸收效率，使電池的光電轉換效率得到提升。采用倒置結構可以很好地提高器件穩定性，很大程度上延長器件使用壽命。Chu等利用ZnO納米晶作為器件的電子傳輸層，制作出了結構為的倒置器件，電池光電轉換效率達到了6.7%，同時具有很好的穩定性，未封裝電池在空氣中存放32天后，能量轉換效率還保持在初始值的85%左右。除此之外，研究者還通過制備ZnO納米粒子、納米線、納米棒、納米陣列、納米管以及在納米管中摻雜等方法，不同程度地提高了倒置結構電池器件的轉換效率。例如，Sekine等通過制備納米脊結構的ZnO作為倒置器件的電子傳輸層，有效地阻擋了空穴傳輸，并且增大了電子傳輸的有效接觸面積，與平面薄膜相比，該器件的能量轉換效率提高了25%。華盛頓大學的Hau等通過在倒置結構電池的ZnO納米層與活性層之間加入富勒烯基自組裝單分子層，從而更好地增加了活性層與修飾層之間的接觸，提高了電荷傳輸效率，使器件轉換效率提高了6%~28%。除ZnO外，TiO2、堿金屬碳酸鹽CsCO3以及經過摻雜處理的碳酸鹽也可以在倒置結構電池中作為電子傳輸層。2012年6月的研究報告顯示，華南理工大學曹鏞等利用有機鹽,作為倒置結構電池的電子傳輸層，不僅大幅度提高了光伏器件的穩定性，同時使轉換效率達到了9.2%。

疊層結構太陽能電池

疊層結構(tandemstructure)太陽能電池是將多個器件單元以串聯的方式層疊而成的一個器件，該結構使器件可以吸收更寬域的光譜，從而成為了提高電池轉換效率的有效途徑。2012年初，美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Dou等采用兩個子單元的疊層倒置結構制作有機太陽能電池，使光電轉換效率達到了8.62%，于2012年2月創下了當時世界光伏器件能量轉換效率的最高值。同時，據PV-Tech報道，德國有機光伏開發商Heliatek采用獨特的卷對卷(rolltoroll)工藝，在低溫真空條件下沉積有機分子，在1.1cm2的襯底上研制出了能量轉換效率達到10.7%的有機疊層光伏電池，打破了同類電池原有記錄。此外，等利用作為活性層，制作了多結結構電池，很大程度上提高了電池的開路電壓和能量轉換效率。

摘要：本文主要以納米技術在生物醫療領域的應用作為出發點，分析了納米技術在生物醫療領域的應用前景，并探討了我國納米醫療技術在未來發展中面臨的機遇和挑戰。

關鍵詞：納米技術；生物醫學；應用；機遇；挑戰

隨著科技的進步，納米技術在生物醫藥和科學技術等領域的應用較為廣泛。尤其是生物醫藥領域，對于臨床醫學和基礎醫學的發展起到了積極的推動作用。雖然在不少科學家和醫學研究家們對納米技術進行了詳細的研究，并將其運用于生物醫學領域，取得了不錯的成效。但是對于納米技術的研究還不夠深入，相較于發達國家而言，我國的納米醫學技術還處于發展的初級階段。需要對納米醫學技術在今后發展中面臨的機遇和挑戰進行分析。

一、納米技術在生物醫藥領域的應用

（一）納米生物學

納米生物學是以納米作為尺度，其研究內容主要包括：其一，細胞器結構、細胞器功能。比如細胞核和線粒體內部結構和功能分析。其二，交換細胞信息，包括生物體的物質、細胞能量信息等。其三，針對生物反應問題，對其反應機理問題進行研究和分析。比如有關于生物復制和生物調控的機理分析。其四，發展分子工程。包括納米生物分子機器人和信息處理系統等。將納米顯微術引入生物醫藥領域，可以為生物學家研究進行研究提供技術支撐。比如ScanningProbeMicro-scopes,簡稱SPMs，中文簡稱掃描探針顯微鏡，這是一種新型的納米生物技術，標志著顯微技術和納米技術的發展。除此之外，掃描顯微鏡(STM)的內部結構較小、不復雜，因此操作流程較為簡單，生物學家可以借助掃描顯微鏡展開原子級分辨探究，從而提高生物細胞觀測能力和分辨能力。仔細觀察原子級的內部結構對于進一步探索和研究生物原子微觀知識具有推動作用。在自然條件下，利用掃描顯微鏡可以對生物的蛋白質、多糖等分子展開直接觀察。借助STM彈道電子發射電鏡可以對單個原子進行操作，這是一種典型的人工改變單個生物結構和分子結構的行為方式。這種方式可以實現治療疾病這一超前設想。

1我國電子技術發展

1.1數字化發展。

我國傳統電子技術手段，多采用模擬信號進行設計與運行。20世紀60年代，電子技術應用基礎便是模擬電路。伴隨現代化電子技術手段的快速發展，其逐步向著數字化的方向轉變更新，數字電路系統以及信號發揮了越發重要的作用，使得數字信號處理手段更加優化完善。數字化的電子技術可全面借助計算機系統完成處理以及管控，有效預防模擬信號的不良失真或是畸變現象，可顯著提升電子技術抵御干擾性能。電子技術的數字化發展還會為大眾操作增加更多的便利，可令大眾更加清晰電子技術特征，無需對其做更深入的研究便可自如的操作運行。

1.2綠色化發展。

當前，大眾更加重視環境保護建設，因此促進電子技術實現了綠色化發展。這一趨勢則可為我國節省更多的電力，提升資源應用效益，對創建環境友好型社會發揮了有利作用。伴隨創新管控技術以及電路拓撲結構的廣泛開發應用，電子技術運行應用效率穩步提升，在較多專業領域內均發揮了較大的應用價值。同時綠色化、環保化的發展趨勢，則為各類節能開關電源系統的發展打下了堅實基礎，使得開關電源整體性能水平逐步提升，并使工作效率大大增加。

1.3微型化發展。

1醫學方面的應用：

目前，國際醫學行業面臨新的決策，那就是用納米尺度發展制藥業。納米生物醫學就是從動植物中提取必要的物質，然后在納米尺度組合，最大限度發揮藥效，這恰恰是我國中醫的想法，隨著健康科學的發展，人們對藥物的要求越來越高。控制藥物釋放減少副作用，提高藥效，發展藥物定向治療，必須憑借納米技術。納米粒子可使藥物在人體內方便傳輸。用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織，尤其是以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱為"定向導彈"。該技術是在磁性納米微粒包覆蛋白質表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滾動，因此可以用檢查和治療身體各部位的病變。利用納米系統檢查和給藥，避免身體健康部位受損，可以大大減小藥物的毒副作用，因而深受人們的歡迎。

2在涂料方面的應用；

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能。借助于傳統的涂層技術，再給涂料中添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性從而獲得傳統涂層沒有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐熱、阻燃、耐腐蝕、變色等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射，耐大氣侵害和抗降解等，在衛生用品上應用可起到殺菌保結作用。

在建材產品如玻璃中加入適宜的納米材料，可達到減少光的透射和熱估遞效果，產生隔熱，阻燃等效果。由于氧化物納米微粒的顏色不同，這樣可以通過復合控制涂料的顏色，克服碳黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅限粒徑而變，而具有隨角度變色的效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米Tio2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面色彩多樣化。

3在化工方面的應用；