纳米技术“增绿”北京奥运

21世纪世界经济和社会的发展对纳米材料技术有着巨大的需求。纳米技术对人类的健康、财富和安全产生的重大影响，将超过20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物对人类的影响。在一些关键的高技术领域，纳米技术具有巨大的市场冲击力。

可持续发展战略和绿色奥运，对新型纳米材料及技术提出了新的迫切需求。预计 "十五"期间的市场规模就可达到30亿元的需求规模。开发绿色奥运为主题的空气净化材料；轻质、高效纳米阻燃材料；环境友好纳米建筑材料，如场馆用涂料、塑胶跑道等；水处理材料；催化材料等等，对建设"绿色北京"方面的意义深远。

北京需要哪些绿色

"绿色北京"四个字是对我们心目中北京环境形象较恰当和贴切的表述。这个名字也包含了大家对一个天蓝、水清、地绿的北京的憧憬，对一片明亮、清新天空，夜晚能看见闪烁繁星的憧憬。绿色北京的内涵：绿色应该体现在多方面，不仅应体现在视觉上的绿色，也应体现在听觉上的绿色，嗅觉上的绿色，感觉上的绿色，行动上的绿色，生活上的绿色......

视觉上的绿色北京，北京不再仅是一片高楼，皇城和光秃秃的黄土地，而是绿草覆地，绿树成荫和深厚文化底蕴的皇城、现代气息的高楼交相辉映。北京的天空也不将再是灰色的，而是一片明亮清新的天空。夜晚，小朋友们能坐在城市中心的草坪上数星星。

感觉上的听觉、嗅觉，感觉上的绿色北京，我们会在城市里感受鸟语花香，听到小鸟婉转的歌声，潺潺流水，感受空气中弥漫的树木花草的清香，我们感受到与大自然是那么的协调和溶于一体。

生活上的绿色北京，环境和资源意识得到普及，市民热爱大自然，提倡绿色生活方式，公共交通成为出行的首选，布袋取代一次性塑料袋，人们拒绝购买非生态友好的产品，自觉的合理利用水、电、气等各种资源，垃圾分类和资源循环利用得到广泛和积极的支持与参与，资源循环型的社会得以确立......

环境保护不仅仅是一个口号、一个话题，它更是一门系统的科学，更是一种意识、一种理念、一种生活方式。绿色北京的建立，不但需要政府的努力，也需要专家学者、产业界以及公众的广泛参与......

这一切的实现，都要靠技术进步的实现，并且很多要靠纳米技术的发展。

纳米技术的"绿色"功能 纳米电子技术

自从1991年Iijima发表纳米碳管(Carbon Nanotubes)的文章以后，纳米碳管的机械性质、电性、热传导、超导等特性都被证实有其突出之处，尤其是在场发射特性方面最被看好，一般都公认这种新材料可以在传统十分之一的电场下发射出过去千倍以上强度的电子束。举例而言，过去用削尖的钨或钼等可在30～40V/μm的电场下发射nA/cm2的电子，而利用钻石则可达到μA/cm2，如今用纳米碳管可以轻易在3～4V/μm的电场下达到μA/cm2，甚至于高达μA/cm2的电流密度，这是钻石百万倍的强度！所以马上激起新一代纳米碳管FED革命的构想。

彩色纳米碳管场发射显示器，利用纳米碳管的低导通电场、高发射电流密度以及高稳定性，结合FED技术实现了传统阴极射线管具有的影像品质，产品还有省电及体积薄小等优点，可以开发兼具低驱动电压、高发光效率的大尺寸、低成本平面显示器。

纳米碳管是由日本科学家Iijima在1991年首先发现的。在其后的数年时间中人们对纳米碳管的性能和制备技术做了大量的研究，纳米碳管成了学术界研究的热点。1995年瑞典的Walt A.De Heer研究了纳米碳管的场发射特性，提出将纳米碳管作为场发射电子源的设想，并在《科学》上发表了他们的研究成果，在学术界引起了很大轰动。

纳米碳管可以分为单壁（single wall）和多壁（multi wall）两种。其直径大约大几十个纳米范围。由于纳米碳管很小，在纳米碳管尖端附近的电场非常集中，产生电子的场致发射。和硅锥或钼锥发射体相比较，纳米碳管的发射电流更大。

由于纳米碳管具有良好的场发射性能，它可以作为电子源应用于场发射显示器件。基于纳米碳管的场发射显示技术，将被用于比赛时大屏幕的显示，同时具备高亮度、低能耗、低成本的特点。

生物芯片检测技术

比赛结果的公平、公正是奥运会的基本原则，但是总是有人铤而走险，使用兴奋剂来获得一些不公平的结果。使用兴奋剂既违反体育道德和医学道德，也违反奥林匹克运动制定的规章；使用兴奋剂对运动员和青年的健康造成的危害令人担心；特别是当初在服用兴奋剂上迈出第一步的冒险者后来纷纷当上了教练，培养着未来的世界冠军。他们最先体会到兴奋剂带来的无穷"魔力"而兴奋不已，至于后果早已抛置脑后。

由于这些不和谐声音的存在，使我们不得不对运动员进行抽样检测，赛外检查成为奥运会药检的重要组成部分。目前赛外检查已为各国和各体联普遍接受，检查人数猛增，田联由1995年的1200人次增长至1996年的1500人次；德国1996奥运会前检查2万人次；泳联在1996奥运会前进行世界范围的抽查。随着药检人数越来越多，原有的技术已经不能满足需要，高速、快捷、准确的检测技术为市场所需求。使用纳米生物芯片的检测技术因为具备了这样的条件，而成为检测技术的首选。

谈起生物芯片技术的来源，我们可以追朔到一个多世纪之前，EdSouthern先生发现被标记的核酸分子能够与另一被固化的核酸分子配对杂交。因此，Southernblot可被看做是最早的生物芯片。在八十年代，BainsW.等人就将短的DNA片断固定到支持物上，借助杂交方式进行序列测定。但基因芯片从实验室走向工业化却是直接得益于探针固相原位合成技术和照相平板印刷技术的有机结合以及激光共聚焦显微技术的引入。它使得合成、固定高密度的数以万计的探针分子切实可行，而且借助激光共聚焦显微扫描技术使得可以对杂交信号进行实时、灵敏、准确的检测和分析。

生物芯片是将生命科学研究中所涉及的不连续的分析过程(如样品制备、化学反应和分析检测)，利用微电子、微机械、化学、物理技术、计算机技术在固体芯片表面构建的微流体分析单元和系统，使之连续化、集成化、微型化。

自清洁材料

备受瞩目的中国国家大剧院的穹顶所需的六千平方米玻璃和三万平方米钛板，将分别采用--纳米自清洁玻璃、纳米自清洁钛板。据介绍，纳米自清洁玻璃是经久耐用、镀膜、中性色的玻璃，它比普通玻璃在降雨时和降雨后保持更加清亮的效果，而不需花费像普通玻璃一样的清洗工作。另外，其表面纳米自清洁薄膜具有超亲水、光催化性能，可使玻璃表面无机及有机污染很容易被雨水清洗掉，从而大大减少人工清洗、环保又节能。在表面进行了纳米处理的纳米自清洁钛板在保持原有性能不变情况下，可使水分完全均匀地在钛板表面铺展开来，完全浸润钛板，并将附着于表面的灰尘携带走。在日光的作用下，纳米自清洁钛板可分解附着在钛板表面的有机污渍，从而达到自清洁效果，保持钛板的长期清洁。

建筑材料

纳米材料在建材中具有十分广阔的市场应用前景和巨大的经济、社会效益。未来的可移动的整体房屋可以用纳米材料建造。包括轻质高强纳米墙体材料、门窗、管材、环保涂料、屋面材料、新型纳米阻燃材料、太阳能电池、通风及给排水净化系统等。纳米材料以其特有的光、电、磁等性能为建筑材料的发展带来一次前所未有的革命。

目前，城市的环境污染正在加剧，其中粉尘污染、气体污染尤为严重。建筑外墙作为城市的一道主要风景线，正在受到越来越严重的侵蚀。涂料可以美化环境和居室，但是由于传统涂料耐洗刷性差，时间不长墙壁就变得斑驳陆离。如何让城市中的这道建筑风景历久弥新？目前采用纳米技术开发的自清洁涂料将为人们创造出更为洁净、健康和靓丽的生存环境。

近些年来，国内许多科研机构纷纷推出了各具特色的自清洁涂料等产品，不仅使外墙涂料的耐洗刷性由原来的1000多次提高到了1万多次，老化时间延长了2倍多，而且在瓷砖表面涂上纳米薄层，制成自洁瓷砖，可使粘附在表面上的油污、细菌等在光的照射下及在纳米材料催化作用下，变成气体或者容易被擦掉的物质。自洁净外墙建筑涂料根据荷叶的自清洁原理，即荷叶表面上有细微且凹凸不平的纳米结构，运用先进技术使涂料在干燥成膜过程中在涂层表面形成类似荷叶的凹凸形貌。这种纳米涂层既可以使灰尘颗粒附着在涂层表面呈悬空状态，使水与涂层表面的接触角大大增加，有利于水珠在涂层表面的滚落；同时又根据涂层的自分层原理，将疏水性物质引入丙烯酸乳液中，使涂料在干燥成膜过程中自动分层，从而在涂层表面富集一层疏水层，进一步保证堆积或吸附的污染性微粒在风雨的冲刷下脱离涂层表面，达到自清洁目的。

除了制备出以上一些涂料以外，还研制出同时具有抗菌、防雾、防霉、自洁、光催化分解污染物等多重功效的新型光触媒涂料。该种涂料中的主要功能成分为纳米TiO2及其银系复合物。抗菌实验显示，这种涂料对金黄色葡萄球菌的抗菌率大于99％，还具有室温下快速成膜的优点。该涂料可在多种材料如玻璃、陶瓷、塑料等表面使用，赋予这些材料抗菌、防雾、防霉、自洁、光催化分解污染物等多重功能。因此这种涂料可在多种场合诸如汽车后视镜、汽车玻璃、玻璃幕墙、道路交通指示牌、广告牌、汽车和火车车身上使用。

环保材料

绿色北京的建设就是要以环保产业为龙头产业之一，影响和带动其他朝阳产业和高新技术产业的发展，逐步改变以往粗放型的生产方式，大力推行清洁生产、生态工程等可持续的经济增长方式，逐步使北京市的经济和社会发展走上健康良性的发展轨道。

北京巨大的人口数量，再加上举办奥运会时来自世界各国的运动员和观众，北京污水处理的压力凸现，如何让河流清澈？如何让人们能够喝上放心的饮水？这一切都给环保部门提出了严峻的挑战。

纳米环保材料是利用纳米材料的各种效应和性能，对室内空气净化、大气净化、工业废气净化、饮用水净化、有机废水净化、处理等环保方面起到重要作用。其中，环境净化用纳米吸附材料具有易回收重复利用、消除二次污染、资源丰富便宜、易推广应用等特点；水净化纳米材料可以有效降解含有难降解有毒有机污染物的废水，使被污染水体（饮用水源）得到有效净化；空气净化纳米材料只需要微弱的光源（冬日多云：0.1mW/cm2）就可以催化空气中0.01～10ppm程度的有毒有害物质，实现空气净化的目的。

特别是在污水处理方面，由于纳米技术具有优异的处理能力，它的技术进步可以大大缓解这一切带来的压力。例如，膨润土纳米复合吸附材料合成所需时间大大缩短（由2小时降至2分钟），工艺简单，能耗降低，滤液可以循环利用，消除了合成过程中的表面活性剂污染；制得的有机膨润土纳米吸附材料质量稳定、外观均一、成本较低；去除水中有机污染物的效率及饱和吸附容量等吸附性能优于常规合成的有机膨润土。采用特殊方式合成的CPC-膨润土对酸性大红染料的脱色率比常规合成的有机膨润土提高15%。吸附处理酸性大红染料的脱色率从67.1%提高到97.6%，吸附速度加快，处理时间减少。吸附处理有机废水的效率优于传统方法制备的有机膨润土，显著降低废水处理的成本，易于推广使用。该项技术推广应用后，必将产生很大环境效益和经济效益。

高效高稳定性纳米光催化材料实现了光催化活性剂的批量生产，小试产品降解有机物（亚甲基蓝）的能力为商品P～25的8～10倍。利用复合掺杂等方法，制得的氧化钛光催化剂在可见光波长范围内具有明显的降解有机物的能力，采用浸涂方法成功地在多种基材上牢固、均匀地附载上纳米氧化钛光催化剂，与其粉体比较，该涂层降解有机物的能力不仅没有减小，而且还提高了20%～30%。利用光催化法进行了企业实际废水（COD > 160 mg/l, 色度 > 90,氨氮 > 110mg/l，在去除有毒难降解有机污染物及氨氮）的深度处理试验中，光催化处理1小时色度去除 >99%，2小时COD去除率98%以上，配合其他技术脱氨率 >99%。并且利用负载有光催化剂涂层的多孔陶瓷，已经成功地批量生产出高性能的光催化空气净化器。具有空气净化效率高、彻底，集除尘、分解有害气体、消毒杀菌于一体。本装置净化空气的能力优于同类产品，如对室内空气中的甲醛、氨和苯的降解能力比日本的同类产品净化器高3～5倍。

清洁能源

作为2008年奥运会三大主题之一的"绿色奥运"能否实现，事关奥运会的成败，而"绿色奥运"的实现，又在很大程度上依赖于绿色能源的推广。可以说，"绿色奥运"的基本内涵之一就是绿色能源，实施绿色能源战略是实现"绿色奥运"的重要保障。

纳米能源技术的开发，将在不同程度上缓解能源的短缺状况，提高现有能源的使用效率，为整个世界的发展提供新的动力。纳米太阳能电池材料、高效储能材料、热电转换材料等是新型能源材料的重要组成部分和主要发展方向，将在解决21世纪日益突出的能源危机问题上，发挥重要作用，形成一个新的经济增长点，具有巨大的市场容量。
采用纳米技术可对能量功效、能量存储以及能量生产等方面产生显著影响；利用纳米合成和组装方法，可以开发出更加节能的照明技术；利用纳米技术可以大大降低太阳能电池的制造成本，提高太阳能的转化和储存；开发出降低能耗、提高能量使用效率和运输效率的高强轻质材料；开发出高效能量储存用纳米材料，如储氢材料、高容量超级电容器、高性能电池等；开发出能源利用效率更高的发光材料；开发出新型高效能量转换用纳米材料，如热电、磁致冷等。

有了这些强有力的手段，奥运村住地就可以全部采用高效、节能的建筑材料，全部采用太阳能热水器供应热水。外面路灯全部采用太阳能光伏电池；路上行驶的车辆采用燃料电池或者是别的清洁能源。

纳米改性服装

通过功能纳米氧化物填充到纤维中可制得各种差别化、功能化纤维，将赋予普通纤维特殊功能(高感性、高吸湿透湿、防污性、抗静电及导电性、抗菌性及消臭性、离子交换性、生物降解与相容性、隐身、发光等)而成为新一代化学纤维，或者采用化学、物理的方法，将功能性组分与高聚物复合成纤，达到集多种功能于一体的效果，这一切将为纤维的发展带来了一场革命，这些特种功能纤维将满足人们日益追求的舒适、保健、环保、智能型服装的要求。运动员穿着这些纳米材料改性的服装，参加比赛将会更舒适，高吸湿透湿、抗菌性及消臭性、防污性的服装给奥运健儿增加了更好的选择。

"绿色北京"的概念反映了最大多数国人尤其是北京人的共同的期盼。顺应这一潮流，不仅有利于改善北京的环境状况，而且有利于借此凝聚人心，团结广大人民群众，提高北京市的向心力和凝聚力。试想，一个经济快速发展、环境清洁优美、生态良性循环的绿色北京本身就是一个城市团结和凝聚力的象征。

总之，绿色北京的建设，不仅是申办奥运的需要，也是北京迈向新世纪发展的需要，更是北京走向世界的需要！纳米技术的发展，体现了"科技奥运，以人为本"的精神。

绿色北京，科技奥运，我们共同期待！共同关注！