復(fù)合式氧傳感器研制成功

復(fù)合式氧傳感器研制成功

“復(fù)合式氧傳感器的研制及應(yīng)用”科研課題于日前在津通過科研成果鑒定。鑒定委員會(huì)專家一致認(rèn)為，這項(xiàng)由設(shè)在天津中醫(yī)學(xué)院的國家中醫(yī)藥管理局三級(jí)實(shí)驗(yàn)室——醫(yī)用化學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的天津市教委科學(xué)研究課題，對(duì)生命科學(xué)研究具有重要意義。

目前，測(cè)定機(jī)體氧分壓的方法有很多，如以血?dú)夥治鰞x為代表的離體測(cè)定方法，但這種方法是離體測(cè)定，不能連續(xù)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，且需多次取血，操作不便；而經(jīng)皮膚測(cè)定氧分壓的傳感器與二次儀表，不能測(cè)定深部組織的氧分壓，且不能進(jìn)行深部定位。因此，研究能夠測(cè)定任何組織、微創(chuàng)的氧分壓傳感器，就顯得非常必要。

郭義教授領(lǐng)導(dǎo)的醫(yī)用化學(xué)傳感器實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)多年的艱苦努力，研制出可用于在體測(cè)定氧分壓的復(fù)合式氧傳感器。這種傳感器以惰性金屬為敏感膜制作測(cè)試電極，將測(cè)試電極和參比電極組裝在一個(gè)注射針內(nèi)復(fù)合成微型針式傳感器。此傳感器為全固態(tài)，針尖小到0.35毫米，其靈敏度為0.1千帕，線性范圍0.1～20千帕。課題組還研制出四通道氧分壓測(cè)試儀，其極化電壓可以在-0.4～-0.9伏范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，測(cè)量范圍為0～20千帕，精度為0.01千帕。

經(jīng)在體和離體實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明，這種復(fù)合式氧傳感器可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在體、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活體組織深部的氧分壓，及時(shí)準(zhǔn)確地反映出活體氧分壓的變化。

鑒定委員會(huì)專家一致認(rèn)為該課題選題新穎，切合實(shí)際，所研制的復(fù)合式氧傳感器具有微型化，堅(jiān)固耐用，性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在人體生理學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)等生命科學(xué)研究中，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

傳感器的發(fā)展史 求詳盡點(diǎn)的 最好配上一些圖片 我目前只知道主要經(jīng)歷了三個(gè)階段！高分求助！在線等~！

1 微型化（Micro）
為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致，對(duì)于傳感器性能指標(biāo)（包括精確性、可靠性、靈敏性等）的要求越來越嚴(yán)格；與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式；而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代；后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。
1.1 由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)引發(fā)的傳感器微型化
目前，幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出低成本、高性能的新型系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)著傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。
對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的研究工作始于20世紀(jì)60年代，其研究范疇涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工與封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多種學(xué)科，是一個(gè)極具前景的新興研究領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子與微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合，期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，尤其最近十多年的研究與發(fā)展，MEMS技術(shù)已經(jīng)顯示出了巨大的生命力，此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、多功能化和可靠性水平提高到了一個(gè)新的高度。在當(dāng)前技術(shù)水平下，微切削加工技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來具有不同層次的3D微型結(jié)構(gòu)，從而可以生產(chǎn)出體積非常微小的微型傳感器敏感元件，象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測(cè)器這樣的以硅為主要構(gòu)成材料的傳感/探測(cè)器都裝有極好的敏感元件[1]，[2]。目前，這一類元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域中。
1.2 微型傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀
就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，微型傳感器已經(jīng)對(duì)大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響；目前開發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來測(cè)量各種物理量、化學(xué)量和生物量，如位移、速度/加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子濃度及生物分子濃度等
2 智能化（Smart）
智能化傳感器（Smart Sensor）是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面一直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。
2.1 智能化傳感器的特點(diǎn)
智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣，其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及微型機(jī)的硬件設(shè)備。如智能化壓力傳感器，主傳感器為壓力傳感器，用來探測(cè)壓力參數(shù)，輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。采用這種技術(shù)時(shí)可以方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的測(cè)量誤差，而環(huán)境壓力傳感器測(cè)量工作環(huán)境的壓力變化并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行校正；而硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)鞲衅鞯娜踺敵鲂盘?hào)進(jìn)行放大、處理和存儲(chǔ)外，還執(zhí)行與計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。
通常情況下，一個(gè)通用的檢測(cè)儀器只能用來探測(cè)一種物理量，其信號(hào)調(diào)節(jié)是由那些與主探測(cè)部件相連接著的模擬電路來完成的；但智能化傳感器卻能夠?qū)崿F(xiàn)所有的功能，而且其精度更高、價(jià)格更便宜、處理質(zhì)量也更好。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1．智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。此外，還能夠利用軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償或其它更復(fù)雜的環(huán)境補(bǔ)償，以改進(jìn)測(cè)量精度。
2．智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能，可以用來檢測(cè)工作環(huán)境。當(dāng)工作環(huán)境臨近其極限條件時(shí)，它將發(fā)出告警信號(hào)，并根據(jù)其分析器的輸入信號(hào)給出相關(guān)的診斷信息。當(dāng)智能化傳感器由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時(shí)，它能夠借助其內(nèi)部檢測(cè)鏈路找出異常現(xiàn)象或出了故障的部件。
3．智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量，從而進(jìn)一步拓寬了其探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域，而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。此外，其靈活的配置功能既能夠使相同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)最佳的工作性能，也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。
4．智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時(shí)處理所探測(cè)到的大量數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要將它們存儲(chǔ)起來。存儲(chǔ)大量信息的目的主要是以備事后查詢，這一類信息包括設(shè)備的歷史信息以及有關(guān)探測(cè)分析結(jié)果的索引等；
5．智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口，通過此接口可以直接與其所屬計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。此外，智能化傳感器的信息管理程序也非常簡(jiǎn)單方便，譬如，可以對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制或者在鎖定方式下工作，也可以將所測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶等。
2.2 智能化傳感器的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀
目前，智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，具有代表意義的典型產(chǎn)品是美國霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器，以及另外一些含有微處理器（MCU）的單片集成壓力傳感器、具有多維檢測(cè)能力的智能傳感器和固體圖像傳感器（SSIS）等。與此同時(shí)，基于模糊理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的重要作用也日益受到了相關(guān)研究人員的極大重視。
指出的一點(diǎn)是：目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的，但其通信協(xié)議卻仍需借助于4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。一些國際性標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)目前正在積極研究推出相關(guān)的通用現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)；不過，在眼下過渡階段仍大多采用遠(yuǎn)距離總線尋址傳感器（HART）協(xié)議，即Highway Addressable Remote Transducer。這是一種適用于智能化傳感器的通信協(xié)議，與目前使用4～20mA模擬信號(hào)的系統(tǒng)完全兼容，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)可以同時(shí)進(jìn)行通信，從而使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品具有通用性。
能化傳感器多用于壓力、力、振動(dòng)沖擊加速度、流量、溫濕度的測(cè)量，如美國霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國斯特曼公司的二維加速度傳感器就屬于這一類傳感器。另外，智能化傳感器在空間技術(shù)研究領(lǐng)域亦有比較成功的應(yīng)用實(shí)例[6]。
發(fā)展中，智能化傳感器無疑將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見，新興的智能化傳感器將會(huì)在關(guān)系到全人類國民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來越大作用。
3 多功能傳感器（Multifunction）
如前所述，通常情況下一個(gè)傳感器只能用來探測(cè)一種物理量，但在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，為了能夠完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時(shí)測(cè)量大量的物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y(cè)系統(tǒng)，它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其各不相同的表征方式，用單獨(dú)一個(gè)傳感器系統(tǒng)來同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來將若干種敏感元件綜裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化多功能傳感器。
3.1 多功能傳感器的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式
概括來講，多功能傳感器系統(tǒng)主要的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式包括：
（1） 多功能傳感器系統(tǒng)由若干種各不相同的敏感元件組成，可以用來同時(shí)測(cè)量多種參數(shù)。譬如，可以將一個(gè)溫度探測(cè)器和一個(gè)濕度探測(cè)器配置在一起（即將熱敏元件和濕敏元件分別配置在同一個(gè)傳感器承載體上）制造成一種新的傳感器，這樣，這種新的傳感器就能夠同時(shí)測(cè)量溫度和濕度。
（2） 將若干種不同的敏感元件精巧地制作在單獨(dú)的一塊硅片中，從而構(gòu)成一種高度綜合化和小型化的多功能傳感器。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊硅片中的，它們無論何時(shí)都工作在同一種條件下，所以很容易對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償和校正。
（3）借助于同一個(gè)傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息。以線圈為例，它所表現(xiàn)出來的電容和電感是各不相同的。
（4）在不同的激勵(lì)條件下，同一個(gè)敏感元件將表現(xiàn)出來不同的特征。而在電壓、電流或溫度等激勵(lì)條件均不相同的情況下，由若干種敏感元件組成的一個(gè)多功能傳感器的特征可想而知將會(huì)是多么的千差萬別！有時(shí)候簡(jiǎn)直就相當(dāng)于是若干個(gè)不同的傳感器一樣，其多功能特征可謂名副其實(shí)。
3.2 多功能傳感器的研制與應(yīng)用現(xiàn)狀
多功能傳感器無疑是當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展中一個(gè)全新的研究方向，日前有許多學(xué)者正在積極從事于該領(lǐng)域的研究工作。如將某些類型的傳感器進(jìn)行適當(dāng)組合而使之成為新的傳感器，如用來測(cè)量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。又如，為了能夠以較高的靈敏度和較小的粒度同時(shí)探測(cè)多種信號(hào)，微型數(shù)字式三端口傳感器可以同時(shí)采用熱敏元件、光敏元件和磁敏元件；這種組配方式的傳感器不但能夠輸出模擬信號(hào)，而且還能夠輸出頻率信號(hào)和數(shù)字信號(hào).
從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，最熱門的研究領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器了，而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有最新研究成果問世。從實(shí)用的角度考慮，多功能傳感器中應(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器，譬如人造皮膚觸覺傳感器就是其中之一，這種傳感器系統(tǒng)由PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉，美國MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功，其無觸點(diǎn)超聲波傳感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器等在美國本土應(yīng)用甚廣。
與其它方面的研究成果相比，目前在人工嗅覺方面的研究還似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)不盡人意。由于嗅覺元件接收到的判別信號(hào)是非常復(fù)雜的，其中總是混合著成千上萬種化學(xué)物質(zhì)，這就使得嗅覺系統(tǒng)處理起這些信號(hào)來異常錯(cuò)綜復(fù)雜。
人工嗅覺傳感系統(tǒng)的典型產(chǎn)品是功能各異的Electronic nose（電子鼻），近10多年來，該技術(shù)的發(fā)展很快，目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在國際市場(chǎng)流通，美、法、德、英等國家均有比較先進(jìn)的電子鼻產(chǎn)品問世。
“電子鼻”系統(tǒng)通常由一個(gè)交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)組成，并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)，具有識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜氣味的能力，主要用來解決一般情況下的氣味探測(cè)問題。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同，“電子鼻”系統(tǒng)傳感器陣列中傳感器的構(gòu)成材料及配置數(shù)量亦有所不同，其中，構(gòu)成材料包括金屬氧化物半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、石英晶振等，配置數(shù)量則從幾個(gè)到數(shù)十個(gè)不等?？傊?，“電子鼻”系統(tǒng)是氣體傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合的高科技產(chǎn)物，其氣體傳感器的體積很小，功耗也很低，能夠方便地捕獲并處理氣味信號(hào)。氣流經(jīng)過氣體傳感器陣列進(jìn)入到“電子鼻”系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理元件中，最后由陣列響應(yīng)模式來確定其所測(cè)氣體的特征。陣列響應(yīng)模式采用關(guān)聯(lián)法、最小二乘法、群集法以及主要元素分析法等方法對(duì)所測(cè)氣體進(jìn)行定性和定量鑒別。美國Cyranosciences公司生產(chǎn)的Cyranose 320電子鼻是目前技術(shù)較為先進(jìn)、適用范圍也比較廣的嗅覺傳感系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要由傳感器陣列和數(shù)據(jù)分析算法兩部分組成，其基本技術(shù)是將若干個(gè)獨(dú)特的薄膜式碳-黑聚合物復(fù)合材料化學(xué)電阻器配置成一個(gè)傳感器陣列，然后采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過分析由此傳感器陣列所收集到的輸出值的辦法來識(shí)別未知分析物。據(jù)稱，Cyranose 320電子鼻的適用范圍包括食品與飲料的生產(chǎn)與保鮮、環(huán)境保護(hù)、化學(xué)品分析與鑒定、疾病診斷與醫(yī)藥分析以及工業(yè)生產(chǎn)過程控制與消費(fèi)品的監(jiān)控與管理等。
4 無線網(wǎng)絡(luò)化（wireless networked）
無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們來說并不陌生，比如手機(jī)，無線上網(wǎng)，電視機(jī)。傳感器對(duì)我們來說也不陌生，比如溫度傳感器、壓力傳感器，還有比較新穎的氣味傳感器。但是，把二者結(jié)合在起來，提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks）這個(gè)概念，卻是近幾年才發(fā)生的事情。
這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)可愛的傳感器節(jié)點(diǎn)。說它們可愛，是因?yàn)樗鼈兊捏w積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算的微型計(jì)算機(jī)，它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行編碼，然后通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器
4.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)
傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”理念。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究采用系統(tǒng)發(fā)展模式，因而必須將現(xiàn)代的先進(jìn)微電子技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、系統(tǒng)SOC（system-on-chip）芯片設(shè)計(jì)技術(shù)、納米材料與技術(shù)、現(xiàn)代信息通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等融合，以實(shí)現(xiàn)其微型化、集成化、多功能化及系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，特別是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)特有的超低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和巨大實(shí)用價(jià)值，已經(jīng)引起了世界許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，并成為進(jìn)入2000 年以來公認(rèn)的新興前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對(duì)二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
4.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問題和關(guān)鍵技術(shù)
傳感器網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)用為目標(biāo)，其構(gòu)建是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，涉及到的研究工作和需要解決的問題在每一個(gè)層面上都很多。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面接口技術(shù)的研究意義重大。如果我們把傳感器網(wǎng)絡(luò)按其功能抽象成五個(gè)層次的話，將會(huì)包括基礎(chǔ)層（傳感器集合）、網(wǎng)絡(luò)層（通信網(wǎng)絡(luò)）、中間件層、數(shù)據(jù)處理和管理層以及應(yīng)用開發(fā)層。
其中，基礎(chǔ)層以研究新型傳感器和傳感系統(tǒng)為核心，包括應(yīng)用新的傳感原理、使用新的材料以及采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，以降低能耗、提高敏感性、選擇性、響應(yīng)速度、動(dòng)態(tài)范圍、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性以及在惡劣環(huán)境條件下工作的能力。
4.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究
傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用前景，被認(rèn)為是將對(duì)21 世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。已有和潛在的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域包括：軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、建筑物監(jiān)測(cè)等等。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，各種傳感器網(wǎng)絡(luò)將遍布我們生活環(huán)境，從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”。以下簡(jiǎn)要介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些應(yīng)用。
（1）軍事應(yīng)用
傳感器網(wǎng)絡(luò)研究最早起源于軍事領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有海洋聲納監(jiān)測(cè)的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)，也有監(jiān)測(cè)地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通過飛機(jī)撒播、特種炮彈發(fā)射等手段，可以將大量便宜的傳感器密集地撒布于人員不便于到達(dá)的觀察區(qū)域如敵方陣地內(nèi)，收集到有用的微觀數(shù)據(jù)；在一部分傳感器因?yàn)樵馄茐牡仍蚴r(shí)，傳感器網(wǎng)絡(luò)作為整傳感器網(wǎng)絡(luò)體仍能完成觀察任務(wù)。傳感器網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)使得它具有重大軍事價(jià)值，可以應(yīng)用于如下一些場(chǎng)景中：
▉監(jiān)測(cè)人員、裝備等情況以及單兵系統(tǒng)：通過在人員、裝備上附帶各種傳感器，可以讓各級(jí)指揮員比較準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握己方的保存狀態(tài)。通過在敵方陣地部署各種傳感器，可以了解敵方武器部署情況，為己方確定進(jìn)攻目標(biāo)和進(jìn)攻路線提供依據(jù)。
▉監(jiān)測(cè)敵軍進(jìn)攻：在敵軍駐地和可能的進(jìn)攻路線上部署大量傳感器，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)敵軍的進(jìn)攻行動(dòng)、爭(zhēng)取寶貴的應(yīng)對(duì)時(shí)間。并可根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
▉評(píng)估戰(zhàn)果：在進(jìn)攻前后，在攻擊目標(biāo)附近部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，從而收集目標(biāo)被破壞程度的數(shù)據(jù)。
▉核能、生物、化學(xué)攻擊的偵察：借助于傳感器網(wǎng)絡(luò)可以及早發(fā)現(xiàn)己方陣地上的生、化污染，提供快速反應(yīng)時(shí)間從而減少損失。不派人員就可以獲取一些核、生、化爆炸現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
（2）環(huán)境應(yīng)用
應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般具有部署簡(jiǎn)單、便宜、長(zhǎng)期不需更換電池、無需派人現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。通過密集的節(jié)點(diǎn)布置，可以觀察到微觀的環(huán)境因素，為環(huán)境研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡(luò)研究在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已經(jīng)有很多的實(shí)例。這些應(yīng)用實(shí)例包括：對(duì)海島鳥類生活規(guī)律的觀測(cè)；氣象現(xiàn)象的觀測(cè)和天氣預(yù)報(bào)；森林火警；生物群落的微觀觀測(cè)等
▉洪災(zāi)的預(yù)警：通過在水壩、山區(qū)中關(guān)鍵地點(diǎn)合理地布置一些水壓、土壤濕度等傳感器，可以在洪災(zāi)到來之前發(fā)布預(yù)警信息，從而及時(shí)排除險(xiǎn)情或者減少損失。
▉農(nóng)田管理：通過在農(nóng)田部署一定密度的空氣溫度、土壤濕度、土壤肥料含量、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等傳感器，可以更好地對(duì)農(nóng)田管理微觀調(diào)控，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)。
（3）家庭應(yīng)用
建筑及城市管理各種無線傳感器可以靈活方便地布置于建筑物內(nèi)，獲取室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，從而為居室環(huán)境控制和危險(xiǎn)報(bào)警提供依據(jù)。
▉ 智能家居：通過布置于房間內(nèi)的溫度、濕度、光照、空氣成分等無線傳感器，感知居室不同部分的微觀狀況，從而對(duì)空調(diào)、門窗以及其他家電進(jìn)行自動(dòng)控制，提供給人們智能、舒適的居住環(huán)境[16]。
▉建筑安全：通過布置于建筑物內(nèi)的圖像、聲音、氣體檢測(cè)、溫度、壓力、輻射等傳感器，發(fā)現(xiàn)異常事件及時(shí)報(bào)警，自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急措施。
▉智能交通：通過布置于道路上的速度、識(shí)別傳感器，監(jiān)測(cè)交通流量等信息，為出行者提供信息服務(wù)，發(fā)現(xiàn)違章能及時(shí)報(bào)警和記錄[17]。反恐和公共安全通過特殊用途的傳感器，特別是生物化學(xué)傳感器監(jiān)測(cè)有害物、危險(xiǎn)物的信息，最大限度地減少其對(duì)人民群眾生命安全造成的傷害。
（4）結(jié)論
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著十分廣泛的應(yīng)用前景，它不僅在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值，在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其優(yōu)越性，如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見，將來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將無處不在，將完全融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)最終可能將家用電器、個(gè)人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤，家庭采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。但是，我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始發(fā)展，它的技術(shù)、應(yīng)用都還還遠(yuǎn)談不上成熟，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)，加大投入力度，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，其應(yīng)用可以涉及到人類生活和社會(huì)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)無孔不入的十分龐大的網(wǎng)絡(luò)，需要各種技術(shù)支撐。目前，成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和進(jìn)一步發(fā)展，應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，形成新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)，創(chuàng)造無線通信的新天地。
5 結(jié)語
當(dāng)前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。今后，隨著CAD技術(shù)、MEMS技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)向前發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學(xué)技術(shù)呈輻射狀廣泛滲透的當(dāng)今社會(huì)，作為現(xiàn)代科學(xué)“耳目”的傳感器系統(tǒng)，作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎(chǔ)，必將進(jìn)一步得到社會(huì)各界的普遍關(guān)注。
微波傳感器依靠微波的很多優(yōu)點(diǎn)，將廣泛地用于微波通訊、衛(wèi)星發(fā)送等無線通訊，和雷達(dá)、導(dǎo)彈誘導(dǎo)、遙感、射電望遠(yuǎn)鏡中。并且在一些非接觸式的監(jiān)測(cè)和控制中也有很好的應(yīng)用。

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橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的主要成就

1、核動(dòng)力與研究反應(yīng)堆—從曼哈頓工程到電的產(chǎn)生
20世紀(jì)四十年代誕生了許多動(dòng)力反應(yīng)堆概念，有些發(fā)展被認(rèn)為仍然有效的技術(shù)。因?yàn)檎J(rèn)為鈾非常稀少，所以一些科學(xué)家想出一種產(chǎn)生多余消耗钚的快速反應(yīng)堆。1945年，Wigner和Harry Soodak公布了用鈉冷卻增殖反應(yīng)堆的第一個(gè)設(shè)計(jì)。
2、反應(yīng)堆化學(xué)—钷的發(fā)現(xiàn)
1914年，第一次世界大戰(zhàn)中在戰(zhàn)斗中陣亡的前一年，其工作影響元素在周期表中最后排序。才華橫溢的英國物理學(xué)家證明在稀土釹和釤之間應(yīng)該存在元素61。1941-42年美國化學(xué)家們?cè)噲D造出元素61，但不能證明已經(jīng)造出這一元素。
1945年，在Charles Coryell的領(lǐng)導(dǎo)下，工作在石墨反應(yīng)堆上的化學(xué)家Jacob Marinsky和Larry Glendenin造出了元素61。他們通過鈾的裂變和用用來自反應(yīng)堆中裂變鈾的中子轟擊釹獲得這一元素。他們?cè)诟浇臒釋?shí)驗(yàn)室和化學(xué)樓里工作，利用離子交換色層法，首次從化學(xué)上鑒定了元素61的兩個(gè)同位素。
Marinsky和Glendenin在1947年的美國化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議上宣布了他們?cè)诨瘜W(xué)上證明元素61的存在。1948年，他們?cè)隈R省理工學(xué)院工作時(shí)建議將元素61“钷”命名為普羅米修斯（希臘神話中的巨人，相傳因盜取天火給人類觸怒主神宙斯，被鎖在高加索山崖遭受神鷹折磨）。這一想法來自Coryell的妻子Grace Mary。1949年這一名稱被國際化學(xué)化學(xué)聯(lián)合會(huì)所接受。
钷是在地球地殼中沒有發(fā)現(xiàn)發(fā)射β的放射性金屬，在仙女座中一個(gè)星的光譜里看到了它。钷147用于導(dǎo)彈中的儀器核動(dòng)力電池。
3、核同位素
二次大戰(zhàn)期間，橡樹嶺Y-12廠被用來電磁分離兩個(gè)鈾同位素，產(chǎn)生曼哈頓工程用的武器等級(jí)的材料。大戰(zhàn)結(jié)束后，除了一個(gè)電磁型同位素分離器大廳外，其他所有的大廳均轉(zhuǎn)為它用。剩余的設(shè)施轉(zhuǎn)給ORNL，生產(chǎn)許多用于和平目的的同位素。
4、核醫(yī)學(xué)—疾病的診斷和治療
將ORNL產(chǎn)生的放射性同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榭苫謴?fù)人體健康的試劑是ORNL核醫(yī)學(xué)研究人員長(zhǎng)期以來的奮斗目標(biāo)。20世紀(jì)七十年代中葉以來，在Russ Knapp的領(lǐng)導(dǎo)下，他們開發(fā)出用于醫(yī)學(xué)掃描診斷心臟病的放射性成像試劑。該試劑已經(jīng)在全世界350000病人研究中經(jīng)過了試驗(yàn)，在日本和俄羅斯進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并用于治療無數(shù)的心臟病患者。ORNL試劑是用放射性碘做標(biāo)記的脂肪酸，可用來探測(cè)心臟病發(fā)作后心肌有多少還活著，預(yù)測(cè)搭橋手術(shù)或氣球狀的血管成型術(shù)是否會(huì)恢復(fù)所有血液流通。
5、核燃料—開發(fā)新工藝
第二次世界大戰(zhàn)期間，橡樹嶺的石墨反應(yīng)堆是作為一個(gè)試驗(yàn)工廠為展示钚的產(chǎn)生而運(yùn)行的。ORNL的研究人員開發(fā)出從用過的鈾燃料和裂變產(chǎn)品中分離钚的化學(xué)工藝。他們利用沉淀從溶解在硝酸中用過的燃料中提取钚，設(shè)計(jì)和應(yīng)用工藝。
6、核燃料—核工業(yè)的新設(shè)計(jì)
上個(gè)世紀(jì)四十年代末，由Eugene Wigner領(lǐng)導(dǎo)的ORNL小組設(shè)計(jì)了水冷卻釋熱元件，確保材料試驗(yàn)反應(yīng)堆產(chǎn)生足夠高的中子濃縮度，以便確定哪些支撐最好的材料可用于未來反應(yīng)堆。該組設(shè)計(jì)的鈾釋熱元件放在鋁板之間，外面由鈹包圍，將中子反射回到堆芯。Wigner最有名的發(fā)明是將鋁板彎曲，所以在非常熱的情況下，它們只向一個(gè)方向彎曲，防止水冷卻液流量的壓縮，這決定著中子的流強(qiáng)。這個(gè)設(shè)計(jì)是美國研究反應(yīng)堆和潛水艇堆芯的模型。
7、核燃料—國際軟件
SCALE是一個(gè)易于使用用來確定核裝置的設(shè)計(jì)和傳輸或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包是否符合核安全標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。ORNL開發(fā)的系統(tǒng)在世界范圍里被用來回答核安全問題。例如：裝有用完的核燃料的儲(chǔ)存罐足以屏蔽，防止雇員達(dá)到有害輻射水平嗎？罐的設(shè)計(jì)，在平板卡車或火車車廂里罐的擺放，會(huì)防止涉及不受控制地釋放能量和輻射的臨界事故嗎？
8、核安全—了解挑戰(zhàn)
ORNL在無數(shù)方面對(duì)核安全起作用。它培養(yǎng)了900多位反應(yīng)堆設(shè)計(jì)和安全操作方面的工程師。實(shí)驗(yàn)室出版了核安全雜志已有30多年。60年代以來，ORNL已經(jīng)對(duì)核臨界安全具有了重要影響 — 利用工業(yè)控制防止產(chǎn)生在鈾或钚的處理、儲(chǔ)存和運(yùn)輸中發(fā)生意外不能控制的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的潛在后果。ORNL的研究人員提供幾個(gè)臨界安全標(biāo)準(zhǔn)和管理批準(zhǔn)這個(gè)指導(dǎo)原則的國際小組。
9、核脫鹽—渴望解決方案
聯(lián)合國估計(jì)全世界有11億人口，幾乎6個(gè)人中就有1人喝不到安全的飲用水。一種解決的方案是從海洋里取水并把鹽除掉。
10、核不擴(kuò)散—降低核威脅
2002年，ORNL組與美國核安全局、國務(wù)院和國際原子能委員會(huì)的專家們一道從南斯拉夫反應(yīng)堆上安全拆除50公斤的高濃縮鈾。這些材料被運(yùn)到俄羅斯轉(zhuǎn)為反應(yīng)堆級(jí)燃料。
為減少美國和俄羅斯反應(yīng)堆產(chǎn)生的多余的武器級(jí)的钚，ORNL管理多處為輕水反應(yīng)堆生產(chǎn)、輻照和試驗(yàn)基于钚的混合氧化物燃料的工作。ORNL管理和與俄羅斯從事開發(fā)生產(chǎn)俄羅斯反應(yīng)堆所用混合氧化物燃料需要的技術(shù)。
通過將原蘇聯(lián)的武器研究人員固有的技術(shù)商品化和重新產(chǎn)業(yè)化的努力，ORNL正為他們創(chuàng)造有意義的工作。
11、中子散射—變化的儀器
1994年，率先在橡樹嶺石墨反應(yīng)堆上采用中子散射開展材料研究的Clifford Shull分享了諾貝爾物理獎(jiǎng)。Shull和他的導(dǎo)師Ernest Wollan利用中子散射確定晶體中原子在哪里。中子散射在世界上被用于研究材料的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，開發(fā)出強(qiáng)力塑料、小電機(jī)中看到的改進(jìn)的磁性材料、信用卡、計(jì)算機(jī)磁盤和CD盤。1945后期，用X射線散射研究固體和氣體的Wollan考慮用石墨反應(yīng)堆的中子研究散射。他通過讓反應(yīng)堆中子經(jīng)過晶體產(chǎn)生了一個(gè)單波長(zhǎng)中子束流，并用譜儀測(cè)量與中的原子核相互作用所發(fā)生的中子散射的角度和能量。這一信息幫助揭示物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
12、半導(dǎo)體—打造數(shù)字的未來
過去40年間，ORNL的研究人員提供了重要的信息和技術(shù)，產(chǎn)生了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，提高了該產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)意義。
1962年，Ordean Oen和Mark Robinson在開展晶體材料中輻射損傷理論研究的同時(shí)，進(jìn)行揭示離子溝道影響與固體中長(zhǎng)排的原子平行的原子的長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬。這一工作和Bill Appleton、Charles Moak、Sheldon Datz、Herb Krause和其他人所做的高能離子溝道實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛄私鉁系垃F(xiàn)象，幫助工業(yè)界生產(chǎn)具有正確特性的植入離子的半導(dǎo)體材料。
13、半導(dǎo)體—傳輸電力
由于有了高溫超導(dǎo)線和電纜，未來的電網(wǎng)將更加有效。ORNL的研究人員與工業(yè)伙伴合作，利用1986年發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象所開發(fā)的高溫超導(dǎo)線的電阻比銅線的電阻小得多。與相當(dāng)?shù)募夹g(shù)比較，使用這樣的線的設(shè)備占用空間較小，運(yùn)行費(fèi)用較低，耗能較少。美國電網(wǎng)中超導(dǎo)電纜導(dǎo)電是同樣大小尺寸銅線的5倍。因?yàn)楦邷爻瑢?dǎo)電纜以熱量形式損失很少的能量，所以電傳輸?shù)膿p耗減少一半，從8%降低到4%。
14、離子植入材料—實(shí)在的人造關(guān)節(jié)
在ORNL，通過純理論手段出色地發(fā)現(xiàn)離子溝道，最后導(dǎo)致制定基于加速器的計(jì)劃將離子引入材料。研究人員發(fā)現(xiàn)離子植入能夠改進(jìn)許多材料的表面，包括用于制造人造髖關(guān)節(jié)和膝蓋的合金。
15、環(huán)境影響分析—尋找平衡
聯(lián)邦政府資助或批準(zhǔn)的設(shè)施在建造前，必須認(rèn)真檢查工程的效果。在環(huán)境影響說明中，必須權(quán)衡它們的造價(jià)和效益。自1971年以來，為核電廠曾準(zhǔn)備過這樣的環(huán)境影響說明。ORNL和其他三個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員涉及一個(gè)應(yīng)急計(jì)劃，為90個(gè)運(yùn)行核電廠和那些建設(shè)中的核電廠或正在設(shè)計(jì)中的核電廠起草環(huán)境影響說明。七十年代，ORNL還涉及決定是否為提出的電廠建造冷卻塔，以保護(hù)哈德遜河的有條紋鱸魚。ORNL的工程師們開發(fā)出的一種電子標(biāo)記，它通過手術(shù)植入雨中。該標(biāo)記發(fā)射出超聲波信號(hào)，用于觀測(cè)三文魚靠近水電大壩時(shí)的變化 — 這一信息有助于魚安全通大壩的上游和下游。
16、環(huán)境質(zhì)量—種下科學(xué)的種子
來自工業(yè)設(shè)施的放射性和有害物質(zhì)對(duì)構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)植物有什么影響？生態(tài)系統(tǒng)與地球大氣如何發(fā)生相互作用？ORNL的研究人員幫助回答了這些和其他50多年來的其他問題，開創(chuàng)了生態(tài)研究的新領(lǐng)域。
17、空間探索—最后的前沿科學(xué)
2002年8月20日，美國國家宇航局慶祝旅行者2號(hào)宇宙探測(cè)器通過太陽系旅程25周年 — 可能是人類探索宇宙最偉大的功績(jī)。旅行者2號(hào)向地球發(fā)回令人注目的木星、土星、天王星和海王星地形、環(huán)和衛(wèi)星的照片。旅行者2號(hào)距太陽足足超過60億英里遠(yuǎn)，上面載有ORNL制造的材料。
18、石墨和碳產(chǎn)品—從導(dǎo)彈到納斯卡（NASCAR）
石墨反應(yīng)堆的名稱承認(rèn)石墨需要有的特性。這種形式的結(jié)晶碳被選為橡樹嶺的第一臺(tái)反應(yīng)堆和Hanford钚產(chǎn)生反應(yīng)堆的減速器。石墨不僅將鈾裂變中產(chǎn)生的中子減速到足以使钚形成，而且還在高溫時(shí)變得更強(qiáng)，并抗輻射損傷。
19、先進(jìn)材料—工業(yè)用的合金
材料合成ORNL第一個(gè)開發(fā)的商業(yè)化的合金是耐鹽酸鎳基合金-N，先由國際鎳公司出售，由Haynes International公司銷售。這個(gè)鎳-鉬-銅-鐵合金是由Hank Inouye和其他人開發(fā)的，含有ORNL開發(fā)的熔鹽反應(yīng)堆使用的燃料。該種合金抗老化、抗斷裂和抗暴露在熱的含氟化物的鹽引起的腐蝕。
20、先進(jìn)材料—工具、渦輪機(jī)和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)
許多發(fā)明在10到15年里從實(shí)驗(yàn)室到工廠都不會(huì)取得成功，但ORNL的一種陶瓷發(fā)現(xiàn)后3年成為商業(yè)產(chǎn)品。這個(gè)名人遺物收藏館的陶瓷是鋁氧化物和從普通米殼制造的微觀硅炭化物SiC晶須的復(fù)合材料。
21、生物技術(shù)—用細(xì)菌清除
ORNL生物技術(shù)一個(gè)早期的例子是1972年由Chet Francis所做的展示：花園土壤中的細(xì)菌能夠去掉工業(yè)廢水中的硝酸鹽和稀有元素。ORNL在俄亥俄州的Portsmouth鈾濃縮廠建了一座試驗(yàn)生物反應(yīng)堆處理硝酸鹽廢物。橡樹嶺Y-12國家安全整套裝置為處理硝酸廢物的一座工廠采用了Francis的設(shè)計(jì)。在這些場(chǎng)地利用重組體和自然細(xì)菌處理地下廢物的生物治療在繼續(xù)進(jìn)行。
在1997年進(jìn)行的lysimeter實(shí)驗(yàn)中，ORNL采用了基因工程微生物來探測(cè)土壤污染物；美國政府部門首次批準(zhǔn)它在能源部的一個(gè)場(chǎng)地有控制地向環(huán)境釋放。
六十年代，Howard Adler和他的助手們研究輻射對(duì)大腸桿菌的影響。一些被輻射損傷的細(xì)菌死亡，神秘的是除非它們生長(zhǎng)在有其他細(xì)菌的情況下。最終的解釋是含有來自那些其他細(xì)菌薄膜部分的酶，它把氧從介質(zhì)中去掉，使得受損傷的大腸桿菌得以復(fù)原。
Adler和Jim Copeland開發(fā)出一項(xiàng)提取和冷藏這些薄膜碎片，和利用它們?nèi)サ魜碜灾С謪捬跷⑸铮ㄔ谘踔兴劳觯┮后w介質(zhì)的氧的技術(shù)。他們的技術(shù)有助于早發(fā)現(xiàn)由厭氧微生物和生產(chǎn)像丁醇之類的化學(xué)品引起的疾病，如破傷風(fēng)和壞疽。1987年，他們成立了Oxyrase公司，繼續(xù)向北美、南美、亞洲和歐洲的醫(yī)院病理學(xué)和研究實(shí)驗(yàn)室銷售診斷介質(zhì)。
利用在生產(chǎn)除冰劑、食品添加劑、溶劑和最后是塑料中需要的將普通糖轉(zhuǎn)化為琥珀酸的一種新的微生物，ORNL和美國能源部其他的國家實(shí)驗(yàn)室與應(yīng)用碳-化學(xué)制品公司（Applied Carbo-Chemicals）一起開發(fā)了一種發(fā)酵工藝。ORNL的Nhuan Nghiem和Brian Davison在生物反應(yīng)堆中開發(fā)了這一發(fā)酵工藝。應(yīng)用碳-化學(xué)制品公司展示了這一很快商品化的發(fā)酵10萬公升的工藝流程。
22、光合作用—發(fā)現(xiàn)光
發(fā)現(xiàn)光對(duì)研究綠色植物細(xì)胞和輻射有興趣的幾位ORNL的生物學(xué)家集中研究了光合作用。
23、生物系統(tǒng)—生命工廠一瞥
ORNL制定其生物研究計(jì)劃，旨在確定輻射的性質(zhì)和輻射對(duì)活細(xì)胞的影響。
這些研究是出于關(guān)心反應(yīng)堆、原子武器試驗(yàn)和進(jìn)入人體的放射性元素的輻射對(duì)健康的影響而進(jìn)行的。輻射生物學(xué)方面的世界權(quán)威Alexander Hollaender1946年來到橡樹嶺，率領(lǐng)ORNL的研究人員開展輻射對(duì)微生物、果蠅、植物和以后是老鼠的影響的研究。他制定了一項(xiàng)廣泛的計(jì)劃，一度使ORNL成為世界上最大的生物實(shí)驗(yàn)室。曾在ORNL從事生物科學(xué)研究的20名研究人員被選為美國國家科學(xué)院的院士。
24、計(jì)算生物學(xué)—發(fā)現(xiàn)基因，預(yù)言蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
ORNL的計(jì)算生物學(xué)研究人員在人類基因組工程中起著重要作用。2001年，《科學(xué)》和《自然》雜志特刊刊登了人類基因組草圖，這兩個(gè)特刊都提到了ORNL的生物信息學(xué)研究。ORNL的Frank Larimer、Jay Snoddy和Ed Uberbacher被列為那期《自然》主要論文的兩作者。Uberbacher和Richard Mural開發(fā)的GRAIL發(fā)現(xiàn)基因工具用于這項(xiàng)工作，《科學(xué)》雜志的基因組計(jì)劃大事記中也提到了它。
Ying Xu和Dong Xu開發(fā)了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)言和評(píng)估計(jì)算機(jī)工具盒（PROSPECT），即預(yù)言來自氨基酸序列的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的計(jì)算工具。了解這些特定的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)對(duì)疾病的研究和發(fā)現(xiàn)藥物至關(guān)重要。PROSPECT可在幾小時(shí)而不是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需要的數(shù)月就可確定蛋白質(zhì)的幾何結(jié)構(gòu)。它是世界上最佳的預(yù)言蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的工具之一。
25、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)—檢查和預(yù)防疾病
在過去的50年中，ORNL的研究人員發(fā)明了大的儀器，小型分析儀和小的芯片，用來診斷或預(yù)防人類疾病和小毛病。
1950年，由物理學(xué)家P. R. Bell領(lǐng)導(dǎo)的ORNL的一個(gè)組發(fā)明了一種改進(jìn)閃爍譜儀，測(cè)量從磷光體產(chǎn)生與輻射打擊這些晶體成正比的光閃爍的次數(shù)和強(qiáng)度。多路分析儀用電子學(xué)裝置將這些閃爍記錄下來，能夠快速對(duì)β和γ輻射能量進(jìn)行分析。
1956年，Bell的組找到將電子計(jì)算機(jī)并入醫(yī)學(xué)掃描儀更精確地突出吸收放射性同位素的腫瘤的方法，從而不必要開刀來檢查癌。ORNL開發(fā)的這些商業(yè)型號(hào)的成像機(jī)器被用于全世界的主要醫(yī)學(xué)中心，用來查出惡性腫瘤的位置，以便進(jìn)行治療，延長(zhǎng)患者的生命。
1961年，利用美國原子能委員會(huì)和美國國家衛(wèi)生院提供的經(jīng)費(fèi)，由Norman Anderson領(lǐng)導(dǎo)的ORNL的一個(gè)組發(fā)現(xiàn)用于生產(chǎn)核反應(yīng)堆燃料濃縮鈾離心技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用。研究人員證明，根據(jù)大小和密度將物質(zhì)分離成為分子組成部分的快速自旋分離機(jī)，通過去掉可造成免疫病人副作用的外來蛋白質(zhì)，能夠純化疫苗。到1967年，以O(shè)RNL發(fā)明為基礎(chǔ)的商用帶狀離心機(jī)為無數(shù)人生產(chǎn)了更為安全的疫苗。
在Anderson的引導(dǎo)下，Charles Scott和其他ORNL的研究人員在六十和七十年代末發(fā)明了可提的快速離心分析儀，用于全美國的醫(yī)療診所。這些分析儀在幾分鐘內(nèi)就能檢驗(yàn)出血、尿和體內(nèi)其他流體的成分，為醫(yī)療診斷記錄下數(shù)據(jù)。
這些機(jī)器中，最著名的是ORNL的GeMSAEC，它由國家衛(wèi)生院的普通醫(yī)學(xué)科學(xué)處和原子能委員會(huì)共同資助。利用一個(gè)旋轉(zhuǎn)15個(gè)透明管通過光束的轉(zhuǎn)子，GeMSAEC將結(jié)果顯示在示波器上，將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，在以前一次分析所用的時(shí)間里完成15的醫(yī)學(xué)分析。以這一發(fā)明為基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)分析儀用于許多美國的診所。
在七十和八十年代，ORNL的Carl Burtis發(fā)明了可提血液轉(zhuǎn)子（blood rotor），它采用了最新的技術(shù)，根據(jù)GeMSAEC的概念加以改進(jìn)。這個(gè)小的分析儀采用與光束存在的情況下的血液成分發(fā)生作用的各種試劑，旨在為診所醫(yī)師和獸醫(yī)快速和同時(shí)提供人和動(dòng)物血液組成部分的測(cè)量結(jié)果。該技術(shù)于1992年轉(zhuǎn)讓給Abaxis公司，仍然生產(chǎn)以該技術(shù)為基礎(chǔ)的血液分析儀。
九十年代，由ORNL的Tuan Vo Dinh和位于Knoxville的湯姆森癌癥救生中心（Thompson Cancer Survival Center）的Bergein Overholt和Masoud Panjehpour開發(fā)了一項(xiàng)確定食管腫瘤是良性還是惡性的非外科激光技術(shù)。
這個(gè)光學(xué)傳感器采用內(nèi)診鏡、光纖、激光和算法規(guī)則收集和比較食道中的熒光圖形（正常的惡性組織不同）。該傳感器已在湯姆森癌癥救生中心200個(gè)患者的1000個(gè)樣品中經(jīng)過試驗(yàn)。在占98%的試驗(yàn)中，光學(xué)的和外科的活組織切片檢查結(jié)果一致。ORNL已經(jīng)將光學(xué)活組織切片檢查技術(shù)轉(zhuǎn)讓給了Nashville的橡樹嶺癌癥即刻化驗(yàn)室。
Vo-Dinh、Alan Wintenberg和其他人發(fā)明了一種先進(jìn)的多功能生物芯片系統(tǒng)，將來的某一天，它可在醫(yī)生的辦公室里很快診斷很多疾病。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給了橡樹嶺的HealthSpex公司。
九十年代初期由ORNL的研究人員Mike Ramsey發(fā)明的“芯片實(shí)驗(yàn)室”的改進(jìn)型號(hào)被Caliper技術(shù)公司（Caliper Technologies）商品化。這些火柴盒大小的芯片有幾個(gè)比人的頭發(fā)還細(xì)的通道，它們與存儲(chǔ)器連接，所有的存儲(chǔ)器利用微加工技術(shù)都刻在極小的玻璃板上。芯片可以用來分析DNA、RNA、蛋白質(zhì)和細(xì)胞。Caliper技術(shù)公司也在銷售針對(duì)發(fā)現(xiàn)藥物的高輸入輸出信息通過量實(shí)驗(yàn)用的設(shè)備。該公司2001年的銷售額接近3000萬美元，比2000年增長(zhǎng)59%。
26、智能機(jī)器—用機(jī)器人降低風(fēng)險(xiǎn)
機(jī)械操縱器早已用于高放射性物質(zhì)工作屏蔽室，防止使用者接觸放射性物質(zhì)。從七十年代晚期開始，ORNL的研究人員就發(fā)明了遙控的靈巧伺服操作器，可在電視上看這些操作器的工作。這樣的“遙控操作”技術(shù)能夠使在對(duì)人太危險(xiǎn)的放射性區(qū)域的工作成為可能。這一技術(shù)擴(kuò)展了阿貢國家實(shí)驗(yàn)室提出的較早概念，啟動(dòng)了ORNL機(jī)器人的研究。從此，遙控技術(shù)便應(yīng)用到核燃料再加工、軍事戰(zhàn)場(chǎng)彈藥管理、加速器、聚變反應(yīng)堆和美國能源部全國廢料廠環(huán)境清理工程（如遙控等離子體弧切金屬結(jié)構(gòu)以拆除被污染的設(shè)備）。
27、有害輻射防護(hù)學(xué)和輻射計(jì)量學(xué)—幫助確定輻射防護(hù)的指導(dǎo)原則
1942年12月當(dāng)芝加哥獲得第一個(gè)受控連鎖反應(yīng)時(shí)，一些物理學(xué)家測(cè)量了工作地點(diǎn)的輻射強(qiáng)度。因?yàn)槁D工程開始，所以需要用“有害輻射防護(hù)學(xué)”的方法測(cè)量由人造核素放射出的輻射和控制工作地點(diǎn)的放射性污染。
28、輻射屏蔽—安全第一
20世紀(jì)三十年代，Eugene Wigner發(fā)明了一個(gè)公式，表明有些材料比其他材料在接收或放慢中子散射中更為有效。這一工作確立了輻射防護(hù)研究的基礎(chǔ)。
到1951年，在Everitt Blizard的指導(dǎo)下，ORNL成為進(jìn)行計(jì)算以確定需要防止人和設(shè)備受到有害輻射強(qiáng)度輻射的鉛、鋼和混凝土屏蔽的厚度和配置。對(duì)于后來流產(chǎn)的核飛機(jī)工程，ORNL的研究人員努力工作，以找到保護(hù)由小核反應(yīng)堆提供動(dòng)力的飛機(jī)機(jī)組人員免受輻射的重量輕的屏蔽材料。為了給這一工作提供數(shù)據(jù)，五十年代建造了ORNL整體屏蔽反應(yīng)堆和塔式屏蔽裝置。
1958年，ORNL的研究人員開發(fā)了中子傳輸代碼和光子傳輸代碼，它們的屏蔽配置最佳地防止人類受到中子和伽馬射線的輻射。1959年，他們?cè)u(píng)估了為美國第一艘也是唯一的一艘核動(dòng)力民用船只Savannah號(hào)提出的反應(yīng)堆屏蔽的有效性。
1966年，橡樹嶺電子直線加速器開始為屏蔽代碼開發(fā)者提供輻射如何與單個(gè)原子在屏蔽材料中發(fā)生相互作用方面的數(shù)據(jù)。該加速器幫助科學(xué)家們回答了像“中子輻射被原子核捕獲或散射掉了多少？”和“引起原子裂變多少？”這樣的問題。
1967年，ORNL開發(fā)了計(jì)算模擬代碼，該代碼仍然用來評(píng)價(jià)輻射屏蔽的有效性。1986年，橡樹嶺傳輸模型公布；這個(gè)第一次公開的輻射傳輸模擬代碼能夠解決極大、復(fù)雜和三維屏蔽問題。
ORNL的屏蔽研究正用于設(shè)計(jì)散裂中子源靶、醫(yī)學(xué)輻射治療和國土安全工程。ORNL的研究人員還對(duì)困難屏蔽問題的咨詢請(qǐng)求做出反應(yīng)。
29、信息中心—分享科學(xué)數(shù)據(jù)
四十年前，ORNL所長(zhǎng)Alvin Weinberg率領(lǐng)總統(tǒng)專門小組研究解決迅速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量問題。該小組建議成立專門的信息處理中心，負(fù)責(zé)為科學(xué)界評(píng)審、分析、壓縮和解釋科學(xué)文獻(xiàn)。
30、能源效率—能耗低冷卻度高
在過去的三十年中，ORNL率先開發(fā)出能耗低并對(duì)環(huán)境構(gòu)成較小威脅的冷凍系統(tǒng)。之所以要這樣做，原因是七十年代以來，因?yàn)檫M(jìn)口用于燃料的石油供應(yīng)不穩(wěn)定造成能源價(jià)格的上漲；需要降低燃煤電廠的目標(biāo)，因而削減使氣候改變的二氧化碳的排放量，以及為保存保護(hù)我們的平流層臭氧層必須替換含有氟氯碳傳統(tǒng)冷卻劑。
31、能源效率—能耗低熱效高
地球幾乎儲(chǔ)存從太陽接收能量的一半，起碼高于人類每年需要能量的500倍。通過開發(fā)這個(gè)巨大的能源儲(chǔ)存能力，地?zé)峒訜岜脼榻ㄖ锕嶂评洌⑻峁崴?。利用有不影響環(huán)境流體的地下管道，地?zé)峒訜岜迷诙鞂碜暂^熱地的熱量傳誦到建筑物，夏天將建筑物里的熱量散發(fā)到較涼的地里。
32、能源效率—未來的建筑
1974年阿拉伯石油對(duì)美國禁運(yùn)，美國加油站排起長(zhǎng)隊(duì)，能源價(jià)格節(jié)節(jié)盤升后，ORNL應(yīng)邀作為聯(lián)邦政府節(jié)能研究的計(jì)劃管理者。由Roger Carlsmith領(lǐng)導(dǎo)的ORNL住戶節(jié)能計(jì)劃致力于減少家庭使用油、氣和電（20%由燃油廠提供）的問題。因?yàn)槿∨椭评湔济绹骄彝ビ玫哪芰康?0-70%，所以通過加絕緣切斷經(jīng)過墻壁不需要的熱流，就可以大量降低能源消耗和支付的費(fèi)用。ORNL的研究人員研究改進(jìn)絕緣的方法，并計(jì)算家里和公司加了絕緣后所節(jié)省的能量。
33、化學(xué)和質(zhì)譜測(cè)定法取得成功
ORNL的化學(xué)家們率先發(fā)明了在其石墨反應(yīng)堆會(huì)上將钚從來自廢鈾燃料的其他裂變產(chǎn)物中分離出來，從而取得了該實(shí)驗(yàn)室為結(jié)束第二次世界大戰(zhàn)而承擔(dān)的任務(wù)。
34、核物理和天文物理—從原子到爆炸的星球
ORNL的核物理研究始于四十年代晚期，主要是因?yàn)楹孙w機(jī)工程需要有關(guān)反應(yīng)堆產(chǎn)生的中子的行為和對(duì)屏蔽材料效應(yīng)的信息。1948年，Arthur Snell利用一臺(tái)改進(jìn)的3MV的靜電加速器開始了研究。這臺(tái)3MV的靜電加速器是一臺(tái)高壓直流加速器，通過用質(zhì)子轟擊鋰產(chǎn)生中子束流。1951年，安裝了世界上同類加速器中能量最高的一臺(tái)5MV的靜電加速器。
35、高性能計(jì)算—沖擊極限
50年來，ORNL在推進(jìn)計(jì)算方面一直是領(lǐng)先者。1954年，Alston Householder領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)ORNL小組與阿貢國家實(shí)驗(yàn)室合作建了一臺(tái)計(jì)算機(jī)，與世界上其他計(jì)算機(jī)相比，其速度最快，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力最大。被稱為橡樹嶺自動(dòng)計(jì)算機(jī)和邏輯發(fā)動(dòng)機(jī)的這臺(tái)機(jī)器，幫助科學(xué)家們解決了核物理、輻射效應(yīng)和研制厄運(yùn)核飛機(jī)工程的屏蔽方面解決了許多問題。
36、軟件模擬—科學(xué)發(fā)現(xiàn)的模型
ORNL在世界范圍內(nèi)對(duì)用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的軟件和算法具有重大影響。八十年代晚期，ORNL開發(fā)出并行虛擬機(jī)（PVM）軟件。該軟件的用戶在九十年代中期超過40萬，在世界范圍內(nèi)事實(shí)上成為將計(jì)算機(jī)組合成虛擬超級(jí)計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。
37、地理信息系統(tǒng)—跟蹤地球
1969年ORNL開創(chuàng)了地理信息科學(xué)，10多年以后商業(yè)地理信息系統(tǒng)（GIS）工業(yè)發(fā)展起來。GIS是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它可以收集、存儲(chǔ)、控制和顯示地理信息，包括由衛(wèi)星和飛機(jī)搜集的圖像。ORNL曾利用GIS將涉及局部到全球范圍問題的幾個(gè)多學(xué)科研究計(jì)劃結(jié)合在一起。
38、運(yùn)輸后勤—找到捷徑
為可能采取的軍事行動(dòng)，將部隊(duì)和所需要的裝備從美國基地運(yùn)到國外基地，最快的路途是什么？由于ORNL和田納西大學(xué)研究人員為美國空軍開發(fā)的特殊軟件，美國部隊(duì)和裝備可比以前更快地被空運(yùn)到潛在的戰(zhàn)區(qū)。
39、生物量能量—一個(gè)木材的新世界
由于ORNL管理了20年的一項(xiàng)能源部計(jì)劃，工業(yè)有了更有效的用于造紙、建材和家具的紙漿和木材來源。能源部生物能的供料開發(fā)計(jì)劃的原來目的，是開發(fā)可轉(zhuǎn)化為燃料在農(nóng)場(chǎng)生長(zhǎng)的可持續(xù)性的農(nóng)作物。然而，由于ORNL與美國農(nóng)業(yè)森林服務(wù)部門、農(nóng)業(yè)研究站、多所大學(xué)和幾家林木產(chǎn)品公司的合作，選擇和開發(fā)了幾種快速生長(zhǎng)的樹木和草，它們可用于木制產(chǎn)品和能源。白楊和柳枝稷作為典型的農(nóng)作物出現(xiàn)。
40、聚變能源—尋找最后的能源來源
長(zhǎng)期以來，從俄羅斯和日本到歐洲和美國的科學(xué)家們都在謀求開發(fā)聚變能作為豐富、安全和環(huán)境上友好的電力來源。為達(dá)到這一雄心勃勃的目標(biāo)，他們必須克服科學(xué)和工程學(xué)科范圍內(nèi)的問題。ORNL在國際聚變界以實(shí)際上在聚變科學(xué)和工程的每個(gè)學(xué)科中做出強(qiáng)大貢獻(xiàn)，并在開發(fā)聚變能方面具有保持中心作用技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室和聞名。
41、技術(shù)轉(zhuǎn)讓—從工作臺(tái)到市場(chǎng)
四十多年來，ORNL開發(fā)的許多技術(shù)被轉(zhuǎn)化為構(gòu)成作為創(chuàng)建新公司基礎(chǔ)的實(shí)用產(chǎn)品和服務(wù)項(xiàng)目。作為實(shí)驗(yàn)室的一部分，ORNL的技術(shù)轉(zhuǎn)讓計(jì)劃及其帶來的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是基礎(chǔ)科學(xué)研究的“下游的”副產(chǎn)品。的確，自2000年4月30日以來，利用ORNL轉(zhuǎn)讓技術(shù)的30家新公司，包括橡樹嶺地區(qū)的許多公司成立。
42、科學(xué)教育—打下基礎(chǔ)
自從成立以來，ORNL就為教育培訓(xùn)和研究機(jī)會(huì)提供了資源。1946年初Eugene Wigner成為ORNL負(fù)責(zé)研究的所長(zhǎng)后，他建立了橡樹嶺反應(yīng)堆技術(shù)學(xué)校。該校成為幾所大學(xué)核工程課程的典范，是ORNL對(duì)核能的最大貢獻(xiàn)。該校的畢業(yè)生中有的成為核工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)人，包括Hyman G. Rickover船長(zhǎng)，他來到ORNL了解美國海軍是否可利用核能。
43、廢料管理—結(jié)束核周期
石墨反應(yīng)堆變成臨界六十年后，今天，ORNL通過發(fā)現(xiàn)隔離核廢料的安全方法，正幫助結(jié)束核的周期。最重要的工作可能關(guān)系到地質(zhì)上處理用過燃料和高放射性核廢料儲(chǔ)存地的選址，它是導(dǎo)致國會(huì)批準(zhǔn)絲蘭山（內(nèi)華達(dá)州）作為可能處理場(chǎng)地努力的一部分。努力的過程開始于1955年美國國家科學(xué)院召開的專門制定美國永久處理反應(yīng)堆廢料計(jì)劃的一次會(huì)議。與會(huì)的65名科學(xué)家中，有ORNL的科學(xué)家Floyd Culler、Roy Morton、和Ed Struxness。與會(huì)者推薦采用層狀鹽作為高放射性廢料處理的最佳方法，盡管存在其他的選項(xiàng)。
44、政府政策—幫助美國的科學(xué)發(fā)展
ORNL的研究已經(jīng)為聯(lián)邦政府的科技政策決策者們提供了重要信息，造成爭(zhēng)論，有時(shí)成為各種法律、條例和其他政策的措辭。例如，自六十年代以來，ORNL的研究導(dǎo)致制定了幾個(gè)規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)了核電廠運(yùn)行的安全。
45、ORNL的未來—下一代大科學(xué)園區(qū)
1943年，6000多名工人開始建造大約150棟建筑物，后來它們構(gòu)成ORNL。該實(shí)驗(yàn)室的全體工作人員正在重建這一實(shí)驗(yàn)室。除14億美元的散裂中子源SNS外，3億美元的現(xiàn)代化計(jì)劃將會(huì)使它能夠吸引下一代世界水平的科學(xué)家到ORNL工作。私人資助的設(shè)施:建在能源部立契轉(zhuǎn)讓的土地上，30萬平方英尺的設(shè)施里建有最先進(jìn)的能源和計(jì)算科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

納米陶瓷：開辟工程陶瓷新領(lǐng)域_納米陶瓷

隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，希望以此克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬似的柔韌性和可加工性。英國材料學(xué)家指出，納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。利用納米技術(shù)開發(fā)的納米陶瓷材料是指在陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處在納米水平（1～100nm），使得材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷許多不足，并對(duì)材料的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要影響，為替代工程陶瓷的應(yīng)用開拓了新領(lǐng)域。

氧化鋯納米線的合成方法


成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目研制的氧化鋯納米線的合成方法，涉及一種納米陶瓷材料的制備工藝。該方法是以氧氯化鋯(ZrOCl2?8H2O)、草酸(H2C2O4?2H2O)為原料，在室溫下，分別配制氧氯化鋯(ZrOCl2)與草酸(H2C2O4)水溶液，并在不斷攪拌氧氯化鋯(ZrOCl2)溶液的情況下，將草酸(H2C2O4)水溶液慢慢加入到氧氯化鋯ZrOCl2溶液中，然后繼續(xù)不斷地?cái)嚢瑁玫戒喨苣z；然后將多孔氧化鋁膜浸入到所得的鋯溶膠中，待10分鐘后，在壓力為1.3MPa情況下加壓5小時(shí)；將經(jīng)處理過的膜從溶膠中取出，在紅外燈下烘干，再在500℃、氬氣氛下常壓焙燒5小時(shí)，即得到氧化鋯納米線陣列。該方法工藝簡(jiǎn)單，原料易得，可合成出直徑為50～300納米，長(zhǎng)度大于10微米的氧化鋯納米線。該發(fā)明可望在催化、涂料、氧傳感器、陶瓷增韌、固體氧化物燃料電池等諸多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

納米陶瓷粉體表面乳液聚合改性方法

成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目研制的納米陶瓷粉體表面乳液聚合改性的方法屬于納米陶瓷粉體制造技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于依次含有以下步驟：用高速混合攪拌法使陶瓷粉體表面預(yù)先涂覆用以使陶瓷粉體表面呈疏水性的偶聯(lián)劑；使經(jīng)過偶聯(lián)劑預(yù)處理的納米陶瓷粉體、乳化劑和水在超聲波的作用下形成穩(wěn)定的乳液體系；以5～0份納米陶瓷粉體，0.5～5份有機(jī)單體的質(zhì)量比來加入有機(jī)單體，繼續(xù)超聲分散，同時(shí)緩慢滴加入引發(fā)劑，升溫到形成自由基的溫度(70～80℃)，直至反應(yīng)結(jié)束。用該發(fā)明所述的方法可制出具有良好分散性的、經(jīng)過表面聚合改性的、穩(wěn)定的陶瓷粉體乳液體系以直接進(jìn)行離心成型得到顆粒分散均勻的陶瓷素坯。打碎了納米陶瓷粉體間的硬團(tuán)聚，消除了直接影響素坯成型的消極因素，有利于陶瓷的低溫?zé)Y(jié)和晶粒細(xì)化。

熱噴涂用納米陶瓷粉末的低成本規(guī)模化生產(chǎn)方法

成果簡(jiǎn)介：該技術(shù)生產(chǎn)納米熱噴涂粉末材料，可以控制粉末的晶體粒度、顆粒粒度和形貌，顆粒內(nèi)部保持納米結(jié)構(gòu)。粉末技術(shù)指標(biāo)如顆粒大小及其分布、顆粒形狀、流動(dòng)性等，滿足熱噴涂工藝的要求。該技術(shù)方法適用于Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等氧化物陶瓷材料及其復(fù)合物的納米熱噴涂粉末的生產(chǎn)。通過反應(yīng)物濃度、溫度、壓力、添加劑、成型、晶化等參數(shù)的控制和調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)低成本規(guī)模化生產(chǎn)。該技術(shù)成果具有良好的應(yīng)用前景。

低溫燃燒－水熱合成制備納米陶瓷顏料

成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目的目的就是突破傳統(tǒng)的燒結(jié)工藝，將低溫燃燒（Low-Temperature Combustion Synthesis，簡(jiǎn)稱LCS）技術(shù)和水熱合成（Hydrothermal Synthesis）技術(shù)相結(jié)合，制造納米陶瓷顏料。該類顏料在陶瓷計(jì)算機(jī)噴墨打印裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的用途。該顏料主要指標(biāo)包括，顏料平均粒徑＜50nm；顏料使用溫度（根據(jù)產(chǎn)品而定）在1250℃左右；其他性能與普通陶瓷顏料相同。

納米電子陶瓷材料及其器件工業(yè)性制備新技術(shù)

成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目采用超重力反應(yīng)沉淀法合成納米級(jí)介質(zhì)陶瓷基體材料，利用超重力的作用，消除微觀混合的影響，克服了常規(guī)攪拌釜或管式沉淀法合成顆粒的過程技術(shù)上的不足，同時(shí)結(jié)合溶膠－凝膠法引入表面改性劑，提高基體材料與添加劑的混合均勻程度，控制添加劑的分布狀態(tài)，改善成型、燒結(jié)等特性，制備出粒徑、粒度分布、物相均可控的改性中低溫納米介質(zhì)陶瓷材料；并從濃懸浮體結(jié)構(gòu)模型出發(fā)，協(xié)調(diào)超細(xì)粉體在介質(zhì)中的分散行為；利用納米效應(yīng)特性及三維仿真設(shè)計(jì)軟件，優(yōu)化介質(zhì)材料設(shè)計(jì)及合成工藝。

微乳液納米反應(yīng)器合成制備納米陶瓷顏料

成果簡(jiǎn)介：微乳液法制備納米陶瓷顏料是利用兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑分子界面膜的作用下生成的熱力學(xué)穩(wěn)定的、各向同性的、外觀透明或半透明的低粘度分散體系。微乳液中劑量小的溶劑被包裹在劑量大的溶劑中形成一個(gè)微泡，微泡的表面被表面活性劑所包裹，其粒徑在1～100nm，通過選擇表面活性劑及控制相對(duì)含量，可將其水相液滴尺寸限制在納米級(jí)，不同微乳液滴相互碰撞發(fā)生物質(zhì)交換，在水核中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，每個(gè)水相微區(qū)相當(dāng)于一個(gè)“微反應(yīng)器”，在每個(gè)微泡中固相的成核、生長(zhǎng)、凝結(jié)等過程僅僅局限在一個(gè)微小的球形液滴內(nèi)從而形成球形微粒，從而得到納米陶瓷顏料。

精密納米陶瓷手術(shù)刀

成果簡(jiǎn)介：傳統(tǒng)鋼制手術(shù)刀在使用和加熱消毒時(shí)易腐蝕、鈍化，壽命低；金剛石手術(shù)刀加工工藝復(fù)雜，透明，操作困難，價(jià)格昂貴。該成果采用納米陶瓷材料與加工高技術(shù)克服了上述缺點(diǎn)，刀口鋒利，無磁，無毒，無靜電，壽命長(zhǎng)，防腐蝕，具有生物體組織相容性，精度高，刀口可快速愈合，術(shù)后無明顯切痕，易于操作，可在高溫下使用，且成本適中。

永久性自潔凈納米陶瓷釉


成果簡(jiǎn)介：該產(chǎn)品是一種永久性自潔凈納米陶瓷釉，在普通陶瓷釉中添加進(jìn)多種納米氧化物材料，改變傳統(tǒng)陶瓷釉配方，使用傳統(tǒng)的陶瓷類產(chǎn)品制備工藝燒結(jié)，使新陶瓷類產(chǎn)品陶瓷釉表面有納米結(jié)構(gòu)，因此具有疏水和永久性自潔凈功能。該陶瓷釉主要用于電力瓷瓶、瓷棒、建筑和家用等自潔凈陶瓷類產(chǎn)品中。該發(fā)明的陶瓷釉制備工藝簡(jiǎn)單、成本低、不改變陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，且耐溫范圍大、耐酸堿性好。

納米陶瓷涂層、紋路技術(shù)在電飯煲、電壓力鍋上應(yīng)用


成果簡(jiǎn)介：電飯煲、電壓力鍋的內(nèi)鍋需要采用納米陶瓷涂料。該項(xiàng)目研制的涂料采用無機(jī)質(zhì)的陶瓷經(jīng)過納米技術(shù)處理和機(jī)能性添加劑結(jié)合，加水分解和縮合過程后，最終形成精密的、高強(qiáng)度的納米陶瓷涂料，以金屬為基質(zhì)的內(nèi)鍋表面經(jīng)過超硬化處理后，在低溫下（200攝氏度以下）固化成形，表面硬度高，無任何毒性和腐蝕性物質(zhì)，無任何氣味，具有節(jié)能、耐高溫、不粘、安全等特點(diǎn)。采用紋路技術(shù)的電飯煲、電壓力鍋的風(fēng)鍋，其特征在于鍋體內(nèi)壁均布多邊形或圓形或橢圓形凹槽，特點(diǎn)是內(nèi)鍋加熱輻射面積增加，擴(kuò)大內(nèi)鍋受熱面積，節(jié)約熱源。大米或烹飪的食物與鍋體均布有間隙，水填充其中，加熱時(shí)水汽傳熱更充分，底部受熱均勻，不糊底。

金屬陶瓷材料

成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目建成烏海市第一條用焦化廠廢氣生產(chǎn)年產(chǎn)3萬噸耐火材料生產(chǎn)線，主要針對(duì)高鋁、異形耐火材料的生產(chǎn)。進(jìn)行了“稀土電解用新型惰性陽極材料”“納米陶瓷刀具”開發(fā)。該項(xiàng)目產(chǎn)品為新型惰性陽極材料及配套產(chǎn)品。以既有良好導(dǎo)電性又具有高溫抗腐蝕性且成本低廉的金屬鋁化物材料為陽極，替代傳統(tǒng)的石墨陽極。利用陶瓷相的納米尺寸效應(yīng)提高刀具的韌性使其高于10MPam1/2以上，同時(shí)使用具有特殊物理、化學(xué)性質(zhì)及高溫性能的新金屬間化合物材料來粘結(jié)納米陶瓷。

納米材料及加工技術(shù)


成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目來源于黑龍江省科技攻關(guān)計(jì)劃，主要研究?jī)?nèi)容包括納米材料的制備及成形、納米材料的加工技術(shù)、超分子薄膜體系的自組裝技術(shù)與機(jī)理。取得的成果如下：超純超細(xì)納米陶瓷粉末原料的制備技術(shù)：采用濕化學(xué)法制備超純超細(xì)納米陶瓷粉末，粒度在30～80nm之間，無硬團(tuán)聚；納米陶瓷超塑成形技術(shù)：采用無粘結(jié)劑冷等靜壓成形素坯，在真空熱壓燒結(jié)爐中燒結(jié)，最后在真空燒結(jié)爐中完成超塑成形；納米復(fù)合粉體制備技術(shù)：應(yīng)用高能球磨法采用變轉(zhuǎn)速多次循環(huán)球磨工藝，制備出了平均晶粒尺寸約為25nm的WC-10Co-0.8VC-0.2Cr3C2(wt%)納米復(fù)合粉末，提高了納米WC-Co復(fù)合粉末的制備效率；納米復(fù)合粉體壓制成形技術(shù)：采用二次雙向模壓成形工藝對(duì)納米WC-Co復(fù)合粉末進(jìn)行壓制，納米WC-Co粉末素坯的相對(duì)密度達(dá)到55%以上；控制納米晶WC-Co燒結(jié)過程中晶粒長(zhǎng)大技術(shù)：制備出了平均晶粒尺寸為250nm，綜合性能較高的硬質(zhì)合金塊體；納米陶瓷表面精密磨削技術(shù)：采用了在線電解修整（ELID）磨削技術(shù)對(duì)納米陶瓷塊材進(jìn)行了鏡面磨削；納米陶瓷材料特性的測(cè)量技術(shù)：采用了納米壓痕技術(shù)原理，獲得納米陶瓷的力學(xué)性能；超分子薄膜體系自組裝技術(shù)：采用液相沉積的方法，完成了硫醇單分子表面金屬團(tuán)簇的形成。

納米陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)開發(fā)

成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目運(yùn)用了材料設(shè)計(jì)理論和顯微結(jié)構(gòu)的控制技術(shù)。該項(xiàng)目采用高溫溶膠－凝膠工藝，將幾十種礦物原料或工業(yè)廢渣在高溫下溶化成均質(zhì)的高溫溶膠(玻璃質(zhì)溶體)，從而解決了陶瓷材料制備中的組成不均勻性和殘留氣孔等難題，將高溫容膠快速冷卻后形成非晶態(tài)溶膠體(一種可晶化的玻璃)，然后將非晶態(tài)的凝膠體在特定的熱處理制度下使之原位受控晶化，形成晶粒尺寸在納米級(jí)且結(jié)構(gòu)均勻致密的納米微晶陶瓷。該項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)主要包括高溫溶制技術(shù)，是解決材料組成均勻和性能可靠的關(guān)鍵技術(shù)；玻璃熔體的成形技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)納米微晶陶瓷制品產(chǎn)業(yè)化制備的關(guān)鍵；原位受控晶化技術(shù)，獲得具有理想顯微結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能的納米微晶陶瓷材料的關(guān)鍵。

新型納米復(fù)相陶瓷的制備和性能

成果簡(jiǎn)介：該成果內(nèi)容包括CrN、TiN和NbN納米粉體的制備、高強(qiáng)度高導(dǎo)電Si3N4/TiN納米復(fù)相陶瓷、高強(qiáng)度可切削的Si3N4/BN納米復(fù)相陶瓷和高力學(xué)性能的ZTM/SiC、ZTA/LaAl11O18納米復(fù)相陶瓷等。通過納米復(fù)合工藝制備了高強(qiáng)度的納米復(fù)相陶瓷及高強(qiáng)度高導(dǎo)電和高強(qiáng)度可切削的具有結(jié)構(gòu)-功能一體化特性的納米復(fù)相陶瓷，在汽車、電子、機(jī)械和化工行業(yè)具有潛在的應(yīng)用前景。

α-氧化鐵基納米陶瓷制備的CO氣敏元件(中試)

成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目是在完成省科技廳1995年下達(dá)的“用于CO選擇性檢測(cè)的α-Fe2O3基納米粉體的合成及氣敏元件研制”(閩科鑒字[1997]第81號(hào))成果基礎(chǔ)上，進(jìn)行的中試。中試目標(biāo)是考察放大批量合成納米粉體并制作CO氣敏元件的工藝的可行性和元件的各項(xiàng)性能指標(biāo)：建立一條制作元件的中試生產(chǎn)線及氣敏元件自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)；建立CO氣敏元件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。中試選定的納米粉體和元件生產(chǎn)工藝是可行的。元件性能仍保持小試的樣品水平，達(dá)到國內(nèi)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。其主要技術(shù)指標(biāo)：加熱功率≤100mV；清潔空氣中阻值≤10M；靈敏度≥3(100ppmCO)；響應(yīng)時(shí)間≤10秒；氣體分辨率≥3(100ppmCO，H2)。中試所確定的元件制作工藝可作為批量生產(chǎn)的依據(jù)，建議進(jìn)行批量生產(chǎn)，并著手組織力量設(shè)計(jì)與元件匹配的傳感器，并組織生產(chǎn)整機(jī)。

納米陶瓷粉體表面乳液聚合改性方法


成果簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目研制的納米陶瓷粉體表面乳液聚合改性的方法屬于納米陶瓷粉體制造技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于依次含有以下步驟：用高速混合攪拌法使陶瓷粉體表面預(yù)先涂覆用以使陶瓷粉體表面呈疏水性的偶聯(lián)劑；使經(jīng)過偶聯(lián)劑預(yù)處理的納米陶瓷粉體、乳化劑和水在超聲波的作用下形成穩(wěn)定的乳液體系；以5～0份納米陶瓷粉體，0.5～5份有機(jī)單體的質(zhì)量比來加入有機(jī)單體，繼續(xù)超聲分散，同時(shí)緩慢滴加入引發(fā)劑，升溫到形成自由基的溫度(70～80℃)，直至反應(yīng)結(jié)束。用該發(fā)明所述的方法可制出具有良好分散性的、經(jīng)過表面聚合改性的、穩(wěn)定的陶瓷粉體乳液體系以直接進(jìn)行離心成型得到顆粒分散均勻的陶瓷素坯。打碎了納米陶瓷粉體間的硬團(tuán)聚，消除了直接影響素坯成型的消極因素，有利于陶瓷的低溫?zé)Y(jié)和晶粒細(xì)化。

變換天工器如神！2021年世界新材料發(fā)展回顧-

科技 日?qǐng)?bào)國際部

磁性超導(dǎo)材料指含有磁性離子的超導(dǎo)材料，可用于加速大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中的粒子，建造磁懸浮交通工具等。目前開發(fā)和批量生產(chǎn)磁性超導(dǎo)體的主要問題是，要使用復(fù)雜且昂貴的冷卻設(shè)備。俄羅斯量子中心科研人員首次在室溫下獲得了磁性超導(dǎo)材料，借助該技術(shù)，未來可創(chuàng)建不需要復(fù)雜、昂貴冷卻裝置的量子計(jì)算機(jī)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)是在釔鐵石榴石單晶膜上進(jìn)行的，該物質(zhì)在某些溫度下具有自發(fā)磁化作用。

俄羅斯國立研究型技術(shù)大學(xué)與俄科學(xué)院微電子技術(shù)問題研究所通過沉積石墨烯涂層技術(shù)開發(fā)出一種獨(dú)特的硅納米復(fù)合材料。這一研發(fā)成果將加速直接放置在電子產(chǎn)品印刷電路板上的“微電廠”技術(shù)的發(fā)展。

多孔硅結(jié)構(gòu)被越來越多地應(yīng)用于微電子技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)。它的一個(gè)重要特性是大小不同的孔在整個(gè)材料中均勻分布。在醫(yī)學(xué)上，多孔硅膜起到過濾器的作用，例如用于血液透析。在便攜式電子產(chǎn)品中，它們被用作微型燃料電池的電極，微型燃料電池是一種有前途的氫能源，可以集成到印刷電路板中。但當(dāng)與工作液體（水或弱堿性溶液）接觸時(shí)，納米多孔硅會(huì)逐漸被破壞。由于采用新方法處理硅結(jié)構(gòu)，其表面電阻降低了數(shù)百倍，并且對(duì)弱堿性溶液的穩(wěn)定性顯著提高。此外，由于在孔道內(nèi)表面形成了額外的凸起，材料表面有效面積增加了兩倍以上。所有這些都極大地改善了微燃料電池的特性，并提高了其中所使用的昂貴催化劑的耐久性。

另外，俄遠(yuǎn)東聯(lián)邦大學(xué)和俄科學(xué)院遠(yuǎn)東分院自動(dòng)化過程控制研究所開發(fā)出一種激光打印硅納米顆粒的技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于速度快、制造成本低，能夠用顆粒覆蓋大面積的區(qū)域。這將使VR眼鏡和其他電子產(chǎn)品變得更小，制造成本更低。硅納米顆粒是生產(chǎn)微型光電開關(guān)、超薄計(jì)算機(jī)芯片、微生物傳感器和遮蔽涂層的構(gòu)建基元。借助激光印刷的硅納米塊可以控制入射到其上的光波的振幅、光譜和傳播方向等主要特性。

英國劍橋大學(xué)的研究人員模仿自然界中最堅(jiān)固的材料之一——蜘蛛絲的特性，創(chuàng)造了一種基于植物的、可持續(xù)的、可伸縮的聚合物薄膜。這種新材料與當(dāng)今使用的許多普通塑料一樣堅(jiān)固，可以取代許多普通家用產(chǎn)品中的一次性塑料。同時(shí)，該材料無須工業(yè)堆肥設(shè)備就可在大多數(shù)自然環(huán)境中安全降解，也可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

劍橋大學(xué)研究人員結(jié)合軟機(jī)器人制造技術(shù)、超薄電子學(xué)和微流體技術(shù)，開發(fā)出一種超薄充氣設(shè)備，可以治療最劇烈的肢體疼痛，如無法通過止痛藥治愈的腿部和背部疼痛，而無需進(jìn)行侵入性手術(shù)。該設(shè)備或可成為治療全球數(shù)百萬人頑固性疼痛的長(zhǎng)期有效解決方案。

利物浦大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)合作研究小組發(fā)現(xiàn)了一種有史以來導(dǎo)熱率（又稱導(dǎo)熱系數(shù)）最低的新無機(jī)材料。這一發(fā)現(xiàn)代表了材料設(shè)計(jì)在原子尺度上控制熱流的新突破，這將促進(jìn)廢熱轉(zhuǎn)化為電能和有效利用燃料的新型熱電材料的加速開發(fā)，為構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展 社會(huì) 找到新路。

劍橋大學(xué)找到了一種方法，可以從纖維素（植物、水果和蔬菜的細(xì)胞壁的主要組成部分）中制造出可持續(xù)、無毒、且可生物降解的閃光劑，利用自組裝技術(shù)可以產(chǎn)生色彩鮮艷的薄膜。

劍橋大學(xué)研究人員開發(fā)出一種柔軟而堅(jiān)固的新材料，外觀和感覺就像軟軟的果凍，但其可承受相當(dāng)于大象站在上面的重量，在壓縮時(shí)就像一塊超硬、防碎的玻璃。其還可完全恢復(fù)到原來的形狀，即使其80%的成分是水。

在新材料領(lǐng)域，美國科學(xué)家發(fā)揮自己的奇思妙想，獲得了多項(xiàng)突破。2004年“新材料之王”石墨烯問世，人們自此開始不斷地去嘗試設(shè)計(jì)新型二維材料，硼烯被認(rèn)為比石墨烯更強(qiáng)、更輕、更柔韌，或?qū)⒊蔀槔^石墨烯之后又一種“神奇納米材料”。

阿貢國家實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)研制出了由硼和氫原子構(gòu)成的氫化硼烯，這種二維材料僅兩個(gè)原子厚，且比鋼更堅(jiān)固，有望在納電子學(xué)和量子信息技術(shù)領(lǐng)域大顯身手。西北大學(xué)的工程師首次創(chuàng)造出一種雙層原子厚度的硼烯，有望給太陽能電池和量子計(jì)算等帶來革命性變化。

加州大學(xué)伯克利分校科學(xué)家首次研制出一種單原子厚且能在室溫下工作的超薄磁體，有望應(yīng)用于下一代存儲(chǔ)器、計(jì)算機(jī)、自旋電子學(xué)以及量子物理等領(lǐng)域。

此外，卡內(nèi)基大學(xué)科學(xué)家開發(fā)了一種新方法，合成出了一種擁有六邊形結(jié)構(gòu)的新型晶型硅，有可能被用于制造新一代電子和能源器件，新設(shè)備的性能將超過現(xiàn)有普通立方形結(jié)構(gòu)硅制成設(shè)備的性能。普林斯頓大學(xué)研究人員研制出了世界上迄今最純凈的砷化鎵，每100億個(gè)原子僅含有一個(gè)雜質(zhì)，為進(jìn)一步 探索 量子現(xiàn)象鋪平了道路。

日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)試制“金剛石電池”，也稱“貝塔伏特電池”，是利用放射性物質(zhì)制成的“核電池”的一種。放射性物質(zhì)的原子核不穩(wěn)定，會(huì)釋放各種放射線并衰變，其中碳14和鎳的放射性同位素鎳63等會(huì)釋放β射線。碳14的半衰期約為5700年，鎳63約為100年，所以可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命電池?！敖饎偸姵亍奔蠢么祟惙派湫晕镔|(zhì)釋放β射線來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。日本目前試制的“金剛石電池”壽命可達(dá)100年，可用作太空和地下設(shè)備的電源。

日本高知工科大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出均勻含有14種元素，并且具有納米級(jí)微孔隨機(jī)連接的海綿結(jié)構(gòu)“納米多孔超多元催化劑”。這種催化劑是通過制備含14種元素的鋁合金，并在堿性溶液中優(yōu)先溶解鋁脫合金化，然后聚集鋁以外的元素實(shí)現(xiàn)的。由于該合金只需溶解即可，因此可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、東北大學(xué)和高能加速器研究機(jī)構(gòu)改良了合金的成分，發(fā)現(xiàn)無需使用稀有金屬，使用鋁和鐵也可以儲(chǔ)存氫。研究發(fā)現(xiàn)，雖然鋁和鐵都是不容易與氫發(fā)生反應(yīng)的金屬，但使其在7萬個(gè)大氣壓以上的環(huán)境下與650 以上的高溫氫發(fā)生反應(yīng)，則可以儲(chǔ)存氫，變成新的金屬氫化物。日本開發(fā)出這類不使用稀有金屬的儲(chǔ)氫合金，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫材料的低成本運(yùn)輸。

東京工業(yè)大學(xué)、熊本大學(xué)等組成的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出有助于燃料電池實(shí)現(xiàn)脫鉑的新物質(zhì)“十四元環(huán)鐵絡(luò)合物”。該研究團(tuán)隊(duì)制作由14個(gè)原子固定鐵原子、結(jié)構(gòu)比十六元環(huán)絡(luò)合物小一圈的芳香族十四元環(huán)鐵絡(luò)合物。利用電位掃描試驗(yàn)評(píng)估新制備的催化劑的氧還原催化活性發(fā)現(xiàn)，與鐵酞菁相比具有更優(yōu)異的催化活性和耐久性。團(tuán)隊(duì)之后的目標(biāo)是，通過優(yōu)化十四元環(huán)的周邊結(jié)構(gòu)，將催化活性提高至目前的30倍左右，以使鉑替代催化劑實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

納米技術(shù)方面，法國南巴黎大學(xué)固體物理實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)物理研究所，首次對(duì)納米表面聲子進(jìn)行了三維成像，有望促進(jìn)新的更有效的納米技術(shù)的發(fā)展。為了開發(fā)新的納米技術(shù)，必須首先使表面聲子在納米尺度上實(shí)現(xiàn)可視化。在新研究中，科學(xué)家用電子束激發(fā)了晶格振動(dòng)，用特殊的光譜方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，然后進(jìn)行了層析成像重建。

氫能源方面，法國國家科學(xué)研究中心和德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新的氫催化劑。氫化酶是一種既可以催化電解水制氫,又能實(shí)現(xiàn)將氫轉(zhuǎn)化為電的逆反應(yīng)的酶,研究人員將氫化酶納入“氧化還原聚合物”,從而使氫化酶能夠被嫁接到電極上。研究人員以此制造了一種系統(tǒng),可以催化兩個(gè)方向的反應(yīng),即系統(tǒng)既可以作為燃料電池使用,也可以進(jìn)行相反的化學(xué)反應(yīng),通過電解水產(chǎn)生氫氣。

納米材料方面，法國國家科學(xué)研究中心聯(lián)合麻省理工學(xué)院混凝土可持續(xù)性中心成功利用納米炭黑讓水泥具備導(dǎo)電性。研究人員通過將便宜且易于大規(guī)模生產(chǎn)的納米碳材料引入到混合物中并驗(yàn)證其導(dǎo)電性。通過在水泥混合物中加入體積為4%的納米炭黑顆粒，得到的樣品具有導(dǎo)電性。當(dāng)施加低至5伏的電壓時(shí)可以將該水泥樣品的溫度提高到41攝氏度。由于它能提供均勻的熱量分布，這為室內(nèi)地板采暖提供了可能，可以替代傳統(tǒng)的輻射采暖系統(tǒng)。此外其還可用于道路路面除冰。

根據(jù)《2021年度納米技術(shù)發(fā)展實(shí)施計(jì)劃》和《第七次產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃（2019—2023）2021年度實(shí)施計(jì)劃》，韓國政府提供的納米研究經(jīng)費(fèi)連續(xù)三年高速增長(zhǎng)。

韓國成均館大學(xué)研究展示了在富鎳氧化物上涂布石墨烯涂層，從而在不使用傳統(tǒng)導(dǎo)電劑的情況下制備包含高導(dǎo)電活性陰極的新方向，進(jìn)一步揭示了Gr納米技術(shù)的應(yīng)用可行性。

韓國研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用二硫化鈦?zhàn)鳛榛钚圆牧锨也皇褂霉腆w電解質(zhì)的目前性能最好的納米薄膜正極。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院利用半導(dǎo)體制造工程中使用的金屬薄膜沉積工藝，完成了氫燃料電池催化劑金屬納米粒子量產(chǎn)技術(shù)。制造過程中使用特殊基板以避免金屬沉積為薄膜。

韓國一項(xiàng)共同研究打造線寬4.3埃的導(dǎo)電通道獲得成功。該研究使用了透明的單原子厚度的二維黑磷作為導(dǎo)電材料。該材料有望成為代替石墨烯的新一代半導(dǎo)體器件。研究成果通過原子分辨率的透射電子顯微鏡進(jìn)行了驗(yàn)證。

韓國科學(xué)技術(shù)研究院研發(fā)的超快脈沖激光器，將包含石墨烯的附加諧振器插入到工作在飛秒范圍內(nèi)的光纖脈沖激光振蕩器，將現(xiàn)有激光器的脈沖頻率提升了1萬倍。

以色列企業(yè)Polaris Solutions稱其與以國防部合作研制出一種名為“Kit 300”的熱視覺隱身材料。該材料由金屬、聚合物和超細(xì)纖維組成，其主要用于在夜間幫助士兵避免被熱成像設(shè)備發(fā)現(xiàn)，但其也可根據(jù)作戰(zhàn)環(huán)境（如戈壁、叢林等）需求定制顏色和圖案，在可見光條件下幫助士兵偽裝。此外，該材料具有防水功能，具有較高的強(qiáng)度和柔韌性，可彎曲成U形作為臨時(shí)擔(dān)架。

以色列理工大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的研究人員在《科學(xué)》雜志發(fā)文稱，其研制了一種超薄的“二維材料（僅由一層原子組成）”，這種材料可以“捕獲”光，且科學(xué)家可使用特殊的“量子顯微鏡”觀察光在其中的傳播。這種材料有望為新一代微型光學(xué)技術(shù)鋪平道路，以色列理工大學(xué)卡米納教授稱，該發(fā)現(xiàn)或可將光纖直徑由1微米減小到1納米。

以色列理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)發(fā)文稱，在原始結(jié)構(gòu)中去除一個(gè)氧原子，能夠顯著提升鐵電材料的導(dǎo)電性能。研究人員發(fā)現(xiàn)，鐵電材料——鈦酸鋇的原子形成類似立方體的晶格結(jié)構(gòu)，通過在晶格結(jié)構(gòu)中去除一個(gè)氧原子，可以形成一個(gè)名為“四極子”的獨(dú)特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，材料的導(dǎo)電率將得到顯著提升，該研究有助于未來降低電子設(shè)備的能耗。

德國亥姆霍茲柏林能源與材料研究中心用X射線顯微技術(shù)在1秒鐘內(nèi)拍攝了1000張斷層圖像，刷新了材料研究領(lǐng)域的世界紀(jì)錄。該中心發(fā)明一種放置在硅和鈣鈦礦中間的自組裝甲基單層膜材料，提高了填充性能以及太陽能電池的穩(wěn)定性，并創(chuàng)造了鈣鈦-硅串聯(lián)太陽能電池效率的世界紀(jì)錄。于利希研究中心等合成和表征了所謂的二維材料，并證明該材料是磁振子的拓?fù)浣^緣體。奧格斯堡大學(xué)根據(jù)量子效應(yīng)阻礙磁序原理研發(fā)一種穩(wěn)定化合物，可以替代順磁鹽實(shí)現(xiàn)超低溫。

馬克斯普朗克膠體和界面研究所研發(fā)一種氮化碳納米管膜，能以高轉(zhuǎn)化率催化各種光化學(xué)反應(yīng)。這些碳納米管充當(dāng)空間隔離的納米反應(yīng)器可將污水轉(zhuǎn)化為清水。德國電子同步輻射加速器使用高強(qiáng)度的X射線來觀察單個(gè)催化劑納米粒子的工作情況，向更好地理解真正的工業(yè)催化材料邁出了重要一步。利用位于德國達(dá)姆施塔特的粒子加速器設(shè)施，德國科學(xué)家成功對(duì)114號(hào)元素鈇進(jìn)行了人工合成和研究，結(jié)果表明鈇核并不是所謂的“穩(wěn)定島”。

弗里茨·哈伯研究所發(fā)現(xiàn)，通過用激光照射半導(dǎo)體氧化鋅，半導(dǎo)體表面可以變成金屬，然后又變回來。慕尼黑工業(yè)大學(xué)等發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電池界面涂覆納米涂層可讓電池穩(wěn)定?？査刽敹蚶砉W(xué)院發(fā)現(xiàn)，同時(shí)涂覆和干燥兩層電極，可以將干燥時(shí)間縮短至不到20秒，可使鋰離子電池的生產(chǎn)速度提高至少三分之一。

德國聯(lián)邦材料測(cè)試研究所于世界上首次認(rèn)證測(cè)定熒光量子效率的標(biāo)準(zhǔn)物，可對(duì)新型熒光物質(zhì)及其測(cè)量技術(shù)進(jìn)行可靠和可比較的表征。弗萊堡大學(xué)開發(fā)注塑成型玻璃工藝，可用于大批量生產(chǎn)復(fù)雜的玻璃結(jié)構(gòu)、玻璃器件代替之前的塑料產(chǎn)品。弗勞恩霍夫建筑物理研究所開發(fā)了一種脫礦工藝，可將工業(yè)炭黑從車輛輪胎的礦物灰中完全分離出來。

近幾十年來，科學(xué)界對(duì)納米技術(shù)的使用及其在科學(xué)、工程和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供的機(jī)會(huì)越來越感興趣。與大塊對(duì)應(yīng)物相比，納米晶體具有獨(dú)特的物理特性，并且由于它們的尺寸小，可以很容易地進(jìn)入活細(xì)胞甚至單個(gè)細(xì)胞器。這使得納米晶體能夠成功用作藥物的載體，這極大地促進(jìn)了它們對(duì)單個(gè)細(xì)胞的靶向遞送，并且具有巨大的潛力，特別是在癌癥的化學(xué)療法中。

更有趣的是納米晶體，它不僅可以作為靶向藥物遞送的被動(dòng)劑，還可以積極參與活細(xì)胞內(nèi)的生物過程。2021年10月，烏克蘭國家科學(xué)院閃爍材料研究所發(fā)布消息稱，該研究所的納米結(jié)構(gòu)材料室在納米生物材料領(lǐng)域?qū)σ环N新型的具有生物活性的納米晶體（納米酶）進(jìn)行了研究，這些納米晶體具有類似于酶的特性，具有控制細(xì)胞中生化過程速率的功能。他們發(fā)現(xiàn)這些納米晶體的特性主要取決于它們極強(qiáng)的抗氧化活性。

眾所周知，活細(xì)胞中不斷形成所謂的活性氧，由于其極高的氧化能力，可以破壞活細(xì)胞的各種成分，從而對(duì)身體產(chǎn)生負(fù)面影響。隨著年齡的增長(zhǎng)，這些病變會(huì)不斷積累，許多科學(xué)家認(rèn)為這種人體結(jié)構(gòu)變化的積累是導(dǎo)致衰老的關(guān)鍵原因之一。也就是說，有效調(diào)節(jié)活細(xì)胞中活性氧的水平可以成為預(yù)防多種疾病甚至延緩衰老的因素之一。酶分子可以控制活細(xì)胞中活性氧的水平，研究最多的具有酶樣抗氧化活性的納米晶體類型之一的氧化鈰納米晶體。該研究所的科學(xué)家研究證實(shí)了納米晶體能夠減緩小鼠的衰老過程，科學(xué)家們?cè)谘芯窟^程中還建立了納米晶體在不同酸度環(huán)境中促進(jìn)氧化活性的具體機(jī)制。

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