量子临界点谱学研究进展论文

编译 | 未玖

Nature , 29 July 2021, VOL 595 , ISSUE 7869

《自然》 2021年7月29日，第595卷，7869期

天文学 Astronomy

Light bending and X-ray echoes from behind a supermassive black hole

超大质量黑洞背后的光弯曲和X射线回声

作者： D. R. Wilkins, L. C. Gallo, E. Costantini, W. N. Brandt & R. D. Blandford

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摘要

黑洞周围吸积盘的最内层区域受到X射线的强烈辐射，这些X射线是由黑洞附近一个高度可变的致密冕区发射出来的。吸积盘反射的X射线和时间延迟提供了事件视界外的环境视图。IZwicky1（IZw1）是附近的窄线赛弗特1星系。

先前对来自吸积盘的X射线混响的研究表明，冕区由两部分组成：一个扩展的、缓慢变化的组成部分，延伸到内部吸积盘的表面；以及一个准直的核心，其光度波动从底部向上传播，主导着更快速的变化。

研究组报告了在IZw1中超大质量黑洞周围发射的X射线耀斑的观测结果。他们通过X射线发射谱中相对展宽的铁K线和康普顿峰，探测到来自吸积盘的X射线反射。对X射线耀斑的分析揭示了光子的短暂闪烁，与黑洞后面重新出现的辐射相一致。

这些光子的能级移动确定了它们来自吸积盘的不同部分。这些光子在吸积盘的远端反射，在黑洞周围弯曲并被强大的引力场放大。观察黑洞周围弯曲的光子证实了广义相对论的一个关键预测。

Abstract

The innermost regions of accretion disks around black holes are strongly irradiated by X-rays that are emitted from a highly variable, compact corona, in the immediate vicinity of the black hole. The X-rays that are seen reflected from the disk, and the time delays, provide a view of the environment just outside the event horizon. I Zwicky 1 (I Zw 1) is a nearby narrow-line Seyfert 1 galaxy. Previous studies of the reverberation of X-rays from its accretion disk revealed that the corona is composed of two components: an extended, slowly varying component extending over the surface of the inner accretion disk, and a collimated core, with luminosity fluctuations propagating upwards from its base, which dominates the more rapid variability. Here we report observations of X-ray flares emitted from around the supermassive black hole in I Zw 1. X-ray reflection from the accretion disk is detected through a relativistically broadened iron K line and Compton hump in the X-ray emission spectrum. Analysis of the X-ray flares reveals short flashes of photons consistent with the re-emergence of emission from behind the black hole. The energy shifts of these photons identify their origins from different parts of the disk. These are photons that reverberate off the far side of the disk, and are bent around the black hole and magnified by the strong gravitational field. Observing photons bent around the black hole confirms a key prediction of general relativity.

材料科学 Materials Science

Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution

金色金属水溶液的光谱证据

作者：Philip E. Mason, H. Christian Schewe, Tillmann Buttersack, Vojtech Kostal, Marco Vitek, Ryan S. McMullen, et al.

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摘要

绝缘材料原则上可以通过施加压力制成金属。如果是纯水，估计需要48兆巴的压力，这超出了目前的实验能力，可能只存在于大型行星或恒星的内部。事实上，最近的估计和实验表明，在实验室可达到的压力下，水充其量是只具有高质子导电性的超离子水，而不是具有导电电子的金属水。

研究组表明，在水与碱金属反应时，通过大量掺杂电子可制备金属水溶液。尽管具有高浓度溶剂化电子的液氨类似金属溶液早已为人所知并被表征，但碱金属与水之间的爆炸性相互作用迄今为止仅允许制备具有较低的亚金属电子浓度的水溶液。

研究组发现，水-碱金属反应的爆炸行为可以通过在1 0-4 毫巴的低压下将水蒸气吸附到真空室喷射的钠-钾合金液滴上来抑制。这种设计导致在金属合金液滴表面形成短暂的金色金属水液层。利用光学反射和同步辐射X射线光电子能谱证实了该液层的金属特性，每立方厘米掺杂约5 1 021 个电子。

Abstract

Insulating materials can in principle be made metallic by applying pressure. In the case of pure water, this is estimated to require a pressure of 48 megabar, which is beyond current experimental capabilities and may only exist in the interior of large planets or stars. Indeed, recent estimates and experiments indicate that water at pressures accessible in the laboratory will at best be superionic with high protonic conductivity, but not metallic with conductive electrons. Here we show that a metallic water solution can be prepared by massive doping with electrons upon reacting water with alkali metals. Although analogous metallic solutions of liquid ammonia with high concentrations of solvated electrons have long been known and characterized, the explosive interaction between alkali metals and water has so far only permitted the preparation of aqueous solutions with low, submetallic electron concentrations. We found that the explosive behaviour of the water–alkali metal reaction can be suppressed by adsorbing water vapour at a low pressure of about 1 0-4 millibar onto liquid sodium–potassium alloy drops ejected into a vacuum chamber. This set-up leads to the formation of a transient gold-coloured layer of a metallic water solution covering the metal alloy drops. The metallic character of this layer, doped with around 5 1 021 electrons per cubic centimetre, is confirmed using optical reflection and synchrotron X-ray photoelectron spectroscopies.

Linear-in temperature resistivity from an isotropic Planckian scattering rate

各向同性普朗克散射率的线性温度电阻率

作者：Gaël Grissonnanche, Yawen Fang, Anaëlle Legros, Simon Verret, Francis Laliberté, Clément Collignon, et al.

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摘要

传统金属的电阻率随温度呈二次方下降，而各种“奇异金属”的电阻率当温度降至零时却随温度呈线性下降。这种线性温度电阻率归因于电荷载流子以 ħ/τ = αkBT 给出的速率散射，α为统一阶常数，ħ为普朗克常数， kB 为玻尔兹曼常数。

散射率和温度之间的这种简单关系在各种各样的材料中都可以观察到，这表明散射的基本上限是“普朗克极限”，但对这个极限的根本起源，人们知之甚少。

研究组报告了对 （一种空穴掺杂铜酸盐）的角相关磁阻测量，在最低测量温度下呈现出线性温度电阻率。角相关磁阻显示了一个明确定义的费米面，该面与角分辨光电子能谱测量结果定量一致，并显示了在普朗克极限下饱和的线性温度散射率，即α= 。

值得注意的是，研究组发现这个普朗克散射率是各向同性的，也就是说，它与方向无关，这与“热点”模型的预期相反。该研究表明，奇异金属的线性温度电阻率源于达到普朗克极限的与动量无关的非弹性散射率。

Abstract

A variety of ‘strange metals’ exhibit resistivity that decreases linearly with temperature as the temperature decreases to zero, in contrast to conventional metals where resistivity decreases quadratically with temperature. This linear-in-temperature resistivity has been attributed to charge carriers scattering at a rate given by ħ/τ = αkBT , where α is a constant of order unity, ħ is the Planck constant and kB is the Boltzmann constant. This simple relationship between the scattering rate and temperature is observed across a wide variety of materials, suggesting a fundamental upper limit on scattering—the ‘Planckian limit’—but little is known about the underlying origins of this limit. Here we report a measurement of the angle-dependent magnetoresistance of —a hole-doped cuprate that shows linear-in-temperature resistivity down to the lowest measured temperatures. The angle-dependent magnetoresistance shows a well defined Fermi surface that agrees quantitatively with angle-resolved photoemission spectroscopy measurements and reveals a linear-in-temperature scattering rate that saturates at the Planckian limit, namely α = . Remarkably, we find that this Planckian scattering rate is isotropic, that is, it is independent of direction, in contrast to expectations from ‘hotspot’ models. Our findings suggest that linear-in-temperature resistivity in strange metals emerges from a momentum-independent inelastic scattering rate that reaches the Planckian limit.

Incoherent transport across the strange-metal regime of overdoped cuprates

过掺杂铜酸盐奇异金属区的非相干输运

作者：J. Ayres, M. Berben, M. Čulo, . Hsu, E. van Heumen, Y. Huang, et al.

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摘要

奇异金属具有非常规的电学性质，如线性温度电阻率、随温度平方变化的逆霍尔角和线性场磁电阻。即使是在具有简单能带结构的空穴掺杂铜酸盐材料中，确定这些集体异常的起源也颇有难度。普遍共识是，铜酸盐中奇异金属丰度与超导圆顶内掺杂p*处的量子临界点有关。

课题组研究了两个掺杂水平超过p*的超导铜酸盐家族的高场面内磁阻。在所有掺杂中，磁阻呈现正交标度，在高场温比下变为线性，这表明奇异金属区域远远超出p*。

此外，磁阻的大小比传统理论预测的要大得多，并且对杂质散射和磁场方向都不敏感。这些观察结果，再加上对零场和霍尔电阻的分析，均表明尽管铜酸盐奇异金属区域只有一个带，但它有两个电荷区，一个包含相干准粒子，另一个包含标度不变的“普朗克”耗散体。

Abstract

Strange metals possess highly unconventional electrical properties, such as a linear-in-temperature resistivity, an inverse Hall angle that varies as temperature squared and a linear-in-field magnetoresistance. Identifying the origin of these collective anomalies has proved fundamentally challenging, even in materials such as the hole-doped cuprates that possess a simple bandstructure. The prevailing consensus is that strange metallicity in the cuprates is tied to a quantum critical point at a doping p* inside the superconducting dome. Here we study the high-field in-plane magnetoresistance of two superconducting cuprate families at doping levels beyond p*. At all dopings, the magnetoresistance exhibits quadrature scaling and becomes linear at high values of the ratio of the field and the temperature, indicating that the strange-metal regime extends well beyond p*. Moreover, the magnitude of the magnetoresistance is found to be much larger than predicted by conventional theory and is insensitive to both impurity scattering and magnetic field orientation. These observations, coupled with analysis of the zero-field and Hall resistivities, suggest that despite having a single band, the cuprate strange-metal region hosts two charge sectors, one containing coherent quasiparticles, the other scale-invariant ‘Planckian’ dissipators.

化学 Chemistry

A radical approach for the selective C–H borylation of azines

氮杂芳环选择性C-H硼化反应的自由基途径

作者：Ji Hye Kim, Timothée Constantin, Marco Simonetti, Josep Llaveria, Nadeem S. Sheikh & Daniele Leonori

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摘要

硼官能团通常被引入取代芳香碳氢键，以通过分子片段的偶联加速小分子多样化。目前基于过渡金属催化碳氢键活化的方法对许多（杂）芳香族衍生物的硼化是有效的，但对氮杂芳环（含氮芳香族杂环）的适用性有限，而氮杂芳环是许多医药和农药产品的关键成分。

研究组报告了一种使用稳定且廉价的胺硼烷试剂的氮杂芳环硼化策略。光催化作用将这些低分子量材料转化为高活性的硼自由基，并将其有效地添加到氮杂芳环构建块中。

这种反应活性为s p2 碳-硼键组装提供了一种机械上的替代策略，其中过渡金属介导的碳-氢键活化和氮杂芳环有机金属中间体的还原消除的基本步骤被直接的、Minisci式的自由基加成所取代。

胺-硼基自由基的强亲核特性通过靶向氮杂芳环最活跃的位置，包括与碱性氮原子相邻的具有挑战性的位置，使碳-硼键的形成具有可预测性和位置选择性。这种方法使目前基于碳氢键活化策略无法靠近的芳香族位置得以靠近，并成功制备出硼化材料，否则将很难制备。

研究组已将此工艺应用于将胺-硼烷官能团引入复杂和工业相关产品中。主流交叉偶联技术使硼化氮杂芳环产品多样化，从而使芳香族氨基硼烷成为化学合成的重要组成部分。

Abstract

Boron functional groups are often introduced in place of aromatic carbon–hydrogen bonds to expedite small-molecule persification through coupling of molecular fragments. Current approaches based on transition-metal-catalysed activation of carbon–hydrogen bonds are effective for the borylation of many (hetero)aromatic derivatives but show narrow applicability to azines (nitrogen-containing aromatic heterocycles), which are key components of many pharmaceutical and agrochemical products. Here we report an azine borylation strategy using stable and inexpensive amine-borane reagents. Photocatalysis converts these low-molecular-weight materials into highly reactive boryl radicals that undergo efficient addition to azine building blocks. This reactivity provides a mechanistically alternative tactic for s p2 carbon–boron bond assembly, where the elementary steps of transition-metal-mediated carbon–hydrogen bond activation and reductive elimination from azine-organometallic intermediates are replaced by a direct, Minisci-style, radical addition. The strongly nucleophilic character of the amine-boryl radicals enables predictable and site-selective carbon–boron bond formation by targeting the azine’s most activated position, including the challenging sites adjacent to the basic nitrogen atom. This approach enables access to aromatic sites that elude current strategies based on carbon–hydrogen bond activation, and has led to borylated materials that would otherwise be difficult to prepare. We have applied this process to the introduction of amine-borane functionalities to complex and industrially relevant products. The persification of the borylated azine products by mainstream cross-coupling technologies establishes aromatic amino-boranes as a powerful class of building blocks for chemical synthesis.

地球科学 Earth Science

A process-based approach to understanding and managing triggered seismicity

用基于过程的方法来理解和管理人为触发的地震活动

作者：Bradford H. Hager, James Dieterich, Cliff Frohlich, Ruben Juanes, Stefano Mantica, John H. Shaw, et al.

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摘要

人们越来越担心由人类活动引发的地震活动，即应力的微小增加会导致构造承载的断层破裂。这些人类活动包括采矿、蓄水、开发地热田、提取碳氢化合物和水，以及向地下储层注入水、C O2 和C H4 等。

在缺乏足够信息来理解和控制人为触发地震过程的情况下，政府建立了基于经验监管的框架，并取得了不同程度的成功。20世纪70年代初在美国科罗拉多州Rangely油田进行的现场试验表明，地震活动可能通过循环地下流体压力高于或低于某阈值来开启或关闭。

研究组报告了一种多学科方法的开发、测试和实施，用于管理人为触发的地震活动，使用全面和详细的地下信息来校准地质力学和震源物理学模型。然后，他们通过将这些模型的预测结果与校准后的后续观测结果进行比较，来进行验证。

研究组在意大利南部地震活跃的Val d'Agri油田使用了该模型，证明了基于过程的方法可成功管理人为触发的地震活动，并将其应用于油气田开发。在其他地方应用该方法亦有助于管理和减轻人为触发的地震活动。

Abstract

There is growing concern about seismicity triggered by human activities, whereby small increases in stress bring tectonically loaded faults to failure. Examples of such activities include mining, impoundment of water, stimulation of geothermal fields, extraction of hydrocarbons and water, and the injection of water, C O2 and methane into subsurface reservoirs. In the absence of sufficient information to understand and control the processes that trigger earthquakes, authorities have set up empirical regulatory monitoring-based frameworks with varying degrees of success. Field experiments in the early 1970s at the Rangely, Colorado (USA) oil field suggested that seismicity might be turned on or off by cycling subsurface fluid pressure above or below a threshold. Here we report the development, testing and implementation of a multidisciplinary methodology for managing triggered seismicity using comprehensive and detailed information about the subsurface to calibrate geomechanical and earthquake source physics models. We then validate these models by comparing their predictions to subsequent observations made after calibration. We use our approach in the Val d’Agri oil field in seismically active southern Italy, demonstrating the successful management of triggered seismicity using a process-based method applied to a producing hydrocarbon field. Applying our approach elsewhere could help to manage and mitigate triggered seismicity.

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。下面是我整理的纳米材料科技论文，希望你能从中得到感悟!

纳米材料综述

【摘要】 本文综述了纳米材料的发展、种类、结构特性、目前应用状况和相关的应用前景，并对我国和国际目前的研究水平和投入做了对比分析。

【关键词】 纳米、纳米技术、纳米材料、纳米结构

1 引言

著名科学家费曼于1959年所作的《在底部还有很大空间》的演讲中，以“由下而上的方法”出发，提出从单个分子甚至原子开始进行组装，以达到设计要求。他说道，“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”并预言，“当我们对细微尺寸的物体加以控制的话，将极大得扩充我们获得物性的范围。”[1]

1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工。1982年，科学家发明研究纳米的重要工具――扫描隧道显微镜，使人类首次在大气和常温下看见原子，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用。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。[2]

2 纳米技术

纳米技术是在单个原子、分子层次上对物质的种类、数量和结构形态进行精确的观测、识别和控制的技术，是在纳米尺度范围内研究物质的特性和相互作用，并利用这些特性制造具有特定功能产品的多学科交叉的高新技术。其最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子、分子，制造出具有特定功能的产品。

3 纳米材料

纳米材料的概念

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10～100个原子紧密排列在一起的尺度。从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在微米以下，即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1～100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。

纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。

纳米材料的分类

纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。

(1)纳米粉末

纳米粉末又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于：高密度磁记录材料;吸波隐身材料;磁流体材料;防辐射材料;单晶硅和精密光学器件抛光材料;微芯片导热基片与布线材料;微电子封装材料;光电子材料;先进的电池电极材料;太阳能电池材料;高效催化剂;高效助燃剂;敏感元件;高韧性陶瓷材料(摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等);人体修复材料;抗癌制剂等。

(2)纳米纤维

纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤(未来量子计算机与光子计算机的重要元件)材料;新型激光或发光二极管材料等。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。

(3)纳米膜

纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化(如汽车尾气处理)材料;过滤器材料;高密度磁记录材料;光敏材料;平面显示器材料;超导材料等。

(4)纳米块体

纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料。主要用途为：超高强度材料;智能金属材料等。

4 纳米材料的应用

由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性[8]、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。

5 纳米材料的前景

纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。纳米材料的应用涉及到各个领域，21世纪将是纳米技术的时代。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。

6 结束语

纳米材料在21世纪高科技发展中占有重要地位。纳米材料由于其无可挑剔的优越性，已成为世界各国研究的热点。其应用已渗透到人类生活和生产的各个领域，促使许多传统产业得到改进。世界发达国家的政府都在部署未来10～15年有关纳米科技研究规划。我国对纳米材料的研究也取得了令世界瞩目的、具有前沿性的科技成果。纳米技术的开发，纳米材料的应用，推动了整个人类社会的发展，也给市场带来了巨大的商业机遇。

参考文献

[1]孙红庆.科技天地―计划与市场探索[M]，2001/05

[2]肖建中.材料科学导论[M].北京：中国电力出版社，2001，43～50.

[3]吴润，谢长生.粉状纳米材料的表面研究进展与展望[J].材料导报.2000，14(10)：43～46.

纳米材料与应用

摘要 ：简要介绍了纳米材料的分类以及它的基本效应，讲解了纳米材料的特殊性能。分析了新型能源纳米材料中光电转换、热点转换、超级电容器及电池电极的纳米材料;环境净化纳米材料中的光催化、吸附、尾气处理等;较具体的讲述了纳米生物医药材料中纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料。

关键词 ：纳米材料 性能 应用

纳米是一个长度单位，1nm=10ˉ9m。纳米材料是指在结构上具有纳米尺度调制特征的材料，纳米尺度一般是指1～100nm。当一种材料的结构进入纳米尺度特征范围时，其某个或某些性能会发生明显的变化。纳米尺度和性能的特异变化是纳米材料必须同时具备的两个基本特征。

按材质，纳米材料可分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。其中纳米非金属材料又可细分为纳米陶瓷材料、纳米氧化物材料和其他非金属纳米材料。

悬浮于流体的纳米颗粒可大幅度提高流体的热导率及传热效果，例如在水中添加5%的铜纳米颗粒，热导率可以增大约倍，这对提高冶金工业的热效率有重要意义。纳米颗粒可表现出同质大块物体不同的光学特性，例如宽频带、强吸收、蓝移现象及新的发光现象，从而可用于发光反射材料、光通讯、光储存、光开光、光过滤材料、光导体发光材料、光学非线性元件、吸波隐身材料和红外线传感器等领域。

纳米颗粒在电学性能方面也出现了许多独特性。例如纳米金属颗粒在低温下呈现绝缘性，纳米钛酸铅、钛酸钡等颗粒由典型得铁电体变成了顺电体。可以利用纳米颗粒制作导电浆料、绝缘浆料、电极、超导体、量子器件、静电屏蔽材料压敏和非线性电阻及热电和介电材料等。纳米粒子的粒径小，表面原子所占比例很大，表面原子拥有剩余的化学键合力，表现出很强的吸附能力和很高的表面化学反应活性。新制备的金属粒子接触空气，能进行剧烈氧化反应或发光燃烧(贵金属除外)。

纳米材料还广泛应用于环境保护中，它具有能耗低、操作简便、反应条件温和、可减少二次污染等突出特点。纳米材料在生物学性能也有广泛应用，用纳米颗粒很容易将血样中极少的胎儿细胞分离出来，方法简便，成本低廉，并能准确判断胎儿细胞是否有遗传缺陷。人工纳米材料由于其所具有的独特性质能满足人类发展中的多样化需求，近年来获得迅速的发展。目前，越来越多的人工纳米材料已被投放市场，给人们的生活带来巨大的变化和进步。

来自美国加州大学洛杉矶分校和中国天津大学的研究人员们合作，将导电性能良好的碳纳米管和高容量的氧化钒编织成多孔的纤维复合材料，并将该复合材料应用到超级电容器的电极上，获得了新型的具有高能量密度和高循环稳定性的超级电容器。这种超级电容器是非对称的，包含复合材料的阳极和传统的阴极，以及有机的电解质。其中电极薄膜的厚度要比之前的报道高很多，可以达到100微米上，从而使其可以获得更高的能量密度。由于其制备过程与传统的锂离子电池和电容器的生产过程近似，研究人员们认为这种新型电容器的可以比较容易地投入大规模生产。同时，他们也相信该项研究成果向同行们展示了纳米复合材料在高能量、高功率电子设备中的应用前景。

通过先进碳材料的应用，综合了人造石墨和天然石墨做为锂离子电池负极材料活性物质的优点，克服了它们各自存在的缺点，是满足先进锂离子电池性能要求的新一代碳贮锂材料。具有下列优点：微观结构稳定性好，适合大电流充放电;表观性状相容性好，适合形成稳定的SEI膜;粒子形貌、粒径分布适应性强，适合不同的加工工艺要求。适用于先进锂离子电池(液态、聚合物)对下列性能的要求：更高的比能量(体积比、重量比);更高的比功率;更长的循环寿命;更低的使用成本。

应用纳米TiO2泡沫镍金属滤网及甲醛、氨、TVOC吸附改性活性炭等新材料，以及采用惯流风扇取代传统的离心风扇结构，提高空气净化器的性能。光催化泡沫镍金属滤网的特性;镍金属网是用特殊的工艺方式将金属镍制作成具有三维网状结构的金属滤网。它具有：空隙加大，一般大于96%;通透性好，流体通过阻力小;其实际面积比表观面积大很多倍的特性。镍金属网是将纳米级的TiO2以特殊工艺镶嵌在泡沫状镍金属网上，从而将光催化材料的杀菌、除臭、分解有机物的功能和镍的超稳定性很好的结合在一起。它有效的解决了其他光催化材料在使用中存在的有效受光面积小、流体和光催化材料接触面积小、气阻大以及因光催化材料在光催化作用下的强氧化性致使其附着基材易老化和光催化易脱落而使其寿命短的缺陷。活性炭改性工艺及增强性能;活性炭是一种多孔性的含碳物质，它具有高度发达的空隙构造，是一种优良的空气中异味吸附剂。

纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中有机物更充分地接触，可将有机物最大限度地吸附在它的表面具有更强的紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力可快速降息夫在其表面的有机物分解。此外，在汽车尾气催化的性能方面以及在空气净化中广泛应用。

常规陶瓷由于气孔、缺陷的影响，存在着低温脆性的缺点，它的弹性模量远高于人骨，力学相容性欠佳，容易发生断裂破坏，强度和韧性都还不能满足临床上的高要求，使它的应用受到一定的限制。而纳米陶瓷由于晶粒很小，使材料中的内在气孔或缺陷尺寸大大减少，材料不易造成穿晶断裂，有利于提高材料的断裂韧性;而晶粒的细化又同时使晶界数量大大增加，有助于晶粒间的滑移，使纳米陶瓷表现出独特的超塑性。许多纳米陶瓷在室温下或较低温度下就可以发生塑性变形。纳米陶瓷的超塑性是其最引入注目的成果。传统的氧化物陶瓷是一类重要的生物医学材料，在临床上已有多方面应用，主要用于制造人工骨、人工足关节、肘关节、肩关节、骨螺钉、人工齿，以及牙种植体、耳听骨修复体等等。

由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料。在纳米碳材料中主要包括纳米碳纤维、碳纳米管、类金刚石碳等;纳米碳纤维除了具有微米级碳纤维的低密度、高比模量、比强度、高导电性之外，还具有缺陷数量极少、比表面积大、结构致密等特点，这些超常特性和良好的生物相容性，使它在医学领域中有广泛的应用前景，包括使人工器官、人工骨、人工齿、人工肌腱在强度、硬度、韧性等多方面的性能显著提高;此外，利用纳米碳材料的高效吸附特性，还可以将它用于血液的净化系统，清除某些特定的病毒或成份。

目前，纳米高分子材料的应用已涉及免疫分析、药物控制释放载体、及介入性诊疗等许多方面。免疫分析作为一种常规的分析方法，在蛋白质、抗原、抗体乃至整个细胞的定量分析上发挥着巨大的作用。在特定的载体上，以共价结合的方式固定对应于分析对象的免疫亲和分子标识物，将含有分析对象的溶液与载体温育，通过显微技术检测自由载体量，就可以精确地对分析对象进行定量分析。在免疫分析中，载体材料的选择十分关键。纳米聚合物粒子，尤其是某些具有亲水性表面的粒子，对非特异性蛋白的吸附量很小，因此已被广泛地作为新型的标记物载体来使用。

近年来，组织工程成为一个崭新的研究领域，吸引了众多学科研究者的关注。在工程化的方法培养组织、器官的过程中，用于细胞种植、生长的支架材料是一个关键的因素，能否使种植的细胞保持活性和增殖能力，是支架材料应用的重要条件。据报道，将甲壳素按一定的比例加入到胶原蛋白中可以制成一种纳米结构的复合材料，与以往的胶原蛋白支架相比，其力学强度得到增强，孔径尺寸增大，表明这种具有纳米结构的复合材料作为细胞生长的三维支架，在力学、生物学方面有很大的优越性和应用潜力。在硬组织修复与替换的研究中，纳米复合材料也开始逐步显示出其优异的性能。用肽分子和两亲化合物的自组装可以得到一种类似细胞外基质的纤维状支架，这种纳米纤维可以引导羟基磷灰石的矿化，形成纳米结构的复合材料，研究发现，这种纳米复合材料内部的微观结构与自然骨中胶原蛋白/羟基磷灰石晶粒的排列结构一致。

参考文献：

[1] 陈飞. 浅谈纳米材料的应用[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊). 2009(03)

[2] 张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16)