发布时间：2023-04-01 10:12:50
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的纳米化学论文样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划
由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。
（1）发达国家和地区雄心勃勃
为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。
日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。
欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。
（2）新兴工业化经济体瞄准先机
意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。
中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。
（3）发展中大国奋力赶超
综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。
2、纳米科技研发投入一路攀升
纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。
美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。
日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。
在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。
中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。
就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。
另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。
3、世界各国纳米科技发展各有千秋
各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。
（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下
根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。
2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。
在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。
另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。
（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头
据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。
专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。
（3）就整体而言纳米科技大国各有所长
美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。
虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。
日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。
在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。
日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。
日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。
欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。
中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。
4、纳米技术产业化步伐加快
目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。
美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。
美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。
日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。
欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。
关键词：纳米粒子，扁藻，浮游植物，胶体
在水化学中，传统上区分“溶解态”和“颗粒态” 是以能否通过0.45mm孔径的滤膜为标准的。这一划分标准由于纳米粒子（又称胶体粒子、超微粒子）的深入研究而受到了挑战。论文大全。纳米粒子的大小范围在1nm到1mm之间，因此，过去所谓的“溶解态”实际上包括了真正的溶解态部分和胶体部分。纳米粒子在海洋中是普遍存在的。由于它的比表面积较大，因而具有较大的吸附容量，从而控制着元素或化合物在溶解态或颗粒态间的分配。
大量的研究工作表明，海水中的纳米粒子在有机物、痕量元素和放射性核素的生物地球化学循环中的重要作用是不容置疑的。但以往的工作多偏重于对纳米粒子化学性质的研究，如纳米粒子的组成及纳米粒子与痕量金属和有机碳的相互作用等，而有关纳米粒子对生物的影响则研究的极少，基本上属空白。本文以扁藻为例，通过现场采水样与实验室模拟相结合的方法初步探讨了纳米粒子对浮游植物生长的影响。
1．实验部分
1 .1 藻类的培养
藻种选用亚心型扁藻（Platymonas subcordiformis），培养液为经沙滤煮沸后冷却的天然海水。先将亚心型扁藻在500ml三角锥形瓶中培养一段时间，待扁藻浓度变大后，逐步扩大培养水体，最后培养在大型水族箱内。藻种每次使用前均用350目筛绢过滤多次（镜检观察没有看到浮游动物）。
1．2 水样的采集与处理
1．2．1 水样的采集
1998年10月和11月两次分别对深圳大亚湾进行大面积调查，表层水用塑料桶采集（站位分布见图1—图2）。
碳纳米材料是近年来的研究热点，随着人们对碳纳米材料研究的深入，其在生物医学领域的应用也在拓展，本书综述了在碳纳米材料在生物医学中的应用前景、研究进展以及面临的主要挑战。
第1部分 介绍了碳纳米材料在生物医学中的应用，含第1-11章：1.碳纳米材料在生物医药中的应用前景，基于纳米柱、纳米金刚石以及纳米炸弹的物理化学性质，2.作为药物载体的碳纳米材料；3.功能性碳纳米材料在光热疗法、细胞毒性以及药物传递中的应用；4.具有特殊结构的碳纳米管在生物医药中的应用；5.水溶性的阳离子型富勒烯衍生物的光动力治疗；6.基于碳纳米管场发射X射线的微焦点计算机断层扫描技术在医学成像中的应用；7.义齿基托材料：纳米管/聚合丙烯酸甲酯复合树脂；8.石墨烯在生物医学中的应用；9.仿生石墨烯纳米传感器；10.功能性碳纳米点在生物医学中的应用；11.纳米金刚石材料在生物医学中的应用。第2部分 介绍了纳米科技在生物医药方面的应用：从碳纳米材料到仿生体系，含第12-18章：12.三维碳纳米結构的仿生工程；13.Janus纳米结构在生物医药中的应用；14.蛋白质纳米图案构筑；15.水溶胶粘合剂的仿生设计：从化学到应用，16.利用仿生膜测量脂质双分子层的渗透率；17.用于药物检测的荧光纳米传感器；18.仿生表面细胞工程。
本书的第一作者Mei Zhang是美国Case Western Reserve University的研究人员，主要从事碳纳米材料方面的研究，在Science等国际顶级期刊发表过多篇论文。本书可作为生物医药工程以及材料科学与工程等相关专业研究人员的参考书。
王兆刚，博士研究生
（中国科学院半导体研究所）
“十五”期间，北京化工大学以第一单位（个人）获国家技术发明奖3项，国家科技进步奖7项，获省部级奖励36项。申报发明专利280项，授权101项。被SCI收录论文1050篇，被EI收录论文706篇，被ISTP收录论文187篇。据教育部科技发展中心统计，2004年学校被SCI收录论文244篇，居全国高校第35位，比2000年前进了50位，2005年SCI收录论文413篇；特别是在SCI被引次数由2000年的18篇次、名列63名，上升到了2004年的288篇次、名列全国高校第36名。这对于一个只有800多名专任教师队伍的学校来说是殊为不易的。
以基础、应用基础为先导 构建知识、技术创新的平台
近年来，插入化学这一概念已逐渐被国际学术界认可并成为研究热点，十年间发表的SCI论文数目几乎增加了一倍，2004年达到2029篇。以长江学者段雪教授领衔的科研团队通过这一前沿领域的研究，在国内外著名学术刊物上发表被SCI收录研究论文100余篇，为完善和丰富超分子插层组装理论做出了贡献，奠定了在国际、国内相关研究领域的学术地位；近5年以来,共申报国际发明专利17项（已公开5项，并有2项进入国家阶段），申报国家发明专利99项，授权国家发明专利32项、公开国家发明专利29项，针对结构与技术创新构筑了较为完整的自主知识产权体系。基于应用基础研究和工程化及产业化的科技成果，2004年获国家技术发明二等奖1项，2001年获国家科技进步二等奖1项，还先后获得省部级成果奖励5项，形成了稳定的、有特色的、具有国际影响力的优势研究方向。
开发共性、关键技术 为行业科技进步服务
作为一家具有行业特色的高校，学校针对行业中一些关键、共性技术，组织研究、攻关，并将成果及时在企业中推广应用，这些成果在解决经济建设、社会发展和国防建设中的重大问题方面做出了突出贡献，产生了显著的经济效益和社会效益。
如，“丁基橡胶生产技术“于2002年8月用于工业生产中，生产结果表明，该技术已处于国际先进水平。这一关键技术的攻克为企业创造了5亿多元的经济效益。“大型高效搅拌槽/反应器的成套技术及装置”这一共性技术的开发，结束了我国关键的大型搅拌槽/反应器设备长期依赖进口的历史，与国内外技术相比，具有适应性强、单台设备生产能力高、操作弹性大、性能价格比高等特点，有明显的竞争优势。“特殊物料分离技术”已应用在高粘度、易自聚、含固体颗粒物料等270多套装置中。2003年对应用该技术的10家企业近三年的情况作了调查，他们开具的证明表明，三年内取得经济效益13亿元，节省蒸汽一百多万吨，减少化学污染物料排放约4万多吨。这一共性技术的开发应用，对推动行业的科技进步，大幅度提高生产能力、产品质量和经济效益，减少能耗物耗和污染物排放等方面做出了重要贡献。
上述案例说明，关键技术、共性技术对推动行业的科技进步，提高行业的国际竞争力有着十分重要的作用。与企业不同，学校开发的这类技术不求自身独占，而总是力求让更多企业使用，以充分发挥它在推动经济和社会发展中的作用。
扶植、培育新的生长点 加强对高新技术的研究开发
近几年，学校生物化工技术的研究开发得到了长足的发展，环境领域项目明显增加，计算机应用技术研究持续发展，农业工程有关的研究工作开始显现成效。在生物技术加工过程，特别是微生物发酵平台技术和脂肪酶催化，在国内有一定的优势。在生物资源和生物能源领域，开发了从青霉素菌丝体中提取麦角固醇、壳聚糖和氨基葡萄糖的新工艺，先后获得2001年中国石油化工科技进步二等奖，2002年国家发明二等奖。酶法合成生物柴油的小试已于2004年1月通过了技术鉴定。在分离工程和中药现代化方面，开发了中药连续多级逆流多级萃取设备及工艺，获中国商业联合会科学技术进步一等奖、2005年国家科技进步二等奖。
依靠现代化工技术 改造和建立新型化工产业
现代化工技术主要特点是“绿色化，资源高效、集约化，进而改善产品结构，降低资源消耗并从根本上减少环境污染。”利用现代化工技术改造传统化工基地，建立新型化工产业，提高其竞争力具有举足轻重的作用。如：具有国际领先或先进水平的研究成果超重力技术，在长江学者陈建峰教授的带领下，在较宽领域中进行了大量有关超重力高新技术的研究。学校首创超重力法制备纳米材料技术，成功合成出纳米碳酸钙、纳米阻燃剂、纳米电子化学品、纳米白碳黑、复合纳米材料等产品，并成功实现纳米碳酸钙的大规模工业化生产；在世界上首先实现了超重力法油田注水脱氧的商业运行；协助美国Dow Chemical公司建成了世界上最大的超重力反应分离装置，取得了巨大的经济效益；多项超重力反应与分离示范技术已出口美国、新加坡和台湾地区。中心在超重力反应与分离、制备纳米材料技术以及高技术产业化方面走在世界的前列，取得了一批具有国际影响的成果：2001年获北京市科技进步一等奖、2002年获中国高校科学技术（发明）二等奖、2003年获国家技术发明二等奖，近200篇，申请国际发明专利9项（已授权2项），申请国家发明专利35项（已授权10项）。
积极开展科研组织的创新
结合当前国家经济社会发展的重大需求，在基地、团队建设基础上，学校组建安全科学与监控工程中心、国防新材料研究中心、资源与环境研究中心、能源工程研究中心。在这四个中心建设的指导思想中，首先改变了学科建设以学科点申报为导向和目标的习惯做法，其所涉及研究领域大多数尚未完整体现于现有学科专业分类体系中，而是紧密结合了经济社会发展面临的重大问题。学科专业是知识划分和知识生产制度化的产物，学科制度通过规范有效地推动了学科新知识的增长，但同时形成了学科之间相对封闭甚至冲突，不利于学科之间的交流，从而在一定程度上抑制了学科内部的知识创新活力。其次，打破现行人员行政隶属关系的壁垒，包括绩效考核体系、利益分配管理办法等方面对学科交叉与融合形成的人为阻滞因素。第三，通过人事聘任制度的深化改革，加强学科建设中个体责任意识，大力扶植各层次科技创新团队。
加强统筹、协调 实现集成科学和技术、工程的重点突破
由于历史原因，学校在科研基地建设方面相对薄弱。通过努力，学校近年新增2个北京市重点实验室、2个教育部重点实验室和1个教育部工程中心。
全球性资源匮乏和行业资源消耗高，已成为制约化学工业发展乃至国民经济发展的首要矛盾。学校以“可控化学反应科学与技术基础可控化学反应科学与技术基础”教育部重点实验室为基础，瞄准化工与资源的学科交叉点――化工资源有效利用，积极组织协调，按照以化工手段解决资源问题为主导思想，充分利用学校化工、材料和化学3个一级学科布局紧凑、专业方向完整的优势，通过化学、化工及材料等学科间的交叉、渗透和整合，形成以化工资源有效利用为特色方向，“化工资源有效利用”国家重点实验室已经纳入建设计划。
论文摘要:充满生机的二十一世纪，以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命，节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心，纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用，它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。
纳米材料（又称超细微粒、超细粉末）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
一、纳米材料的特殊性质
（一）力学性质
高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
（二）磁学性质
当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
（三）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
（四）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
二、纳米材料在化工行业中的应用
（一）在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
（二）在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。（三）在精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。
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。21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。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。
参考文献:
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[2]严东生，冯端，材料新星?纳米材料科学,湖南科学技术出版社，1998年.
目前，国际医学行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医学就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法，随着健康科学的发展，人们对药物的要求越来越高。控制药物释放减少副作用，提高药效，发展药物定向治疗，必须凭借纳米技术。纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织，尤其是以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称为"定向导弹"。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滚动，因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药，避免身体健康部位受损，可以大大减小药物的毒副作用，因而深受人们的欢迎。
2在涂料方面的应用；
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术，再给涂料中添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性从而获得传统涂层没有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐热、阻燃、耐腐蚀、变色等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射，耐大气侵害和抗降解等，在卫生用品上应用可起到杀菌保结作用。
在建材产品如玻璃中加入适宜的纳米材料，可达到减少光的透射和热估递效果，产生隔热，阻燃等效果。由于氧化物纳米微粒的颜色不同，这样可以通过复合控制涂料的颜色，克服碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅限粒径而变，而具有随角度变色的效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米Tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面色彩多样化。
3在化工方面的应用；
化工业影响到人类生活的方方面面，如果在化工业中采用纳米技术，将更显示出独特畦力。在橡胶塑料等化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3和SiO2,加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。最近又开发了食品包装的TiO2.纳米TiO2能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有利污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。4其他生活方面的应用：
纳米技术正在悄悄地渗透到老百姓衣、食、住、行各个领域。化纤布料制成的衣服虽然艳丽，但因摩擦容易产生静电，因而在生产时加入少量金属纳米微粒，就可以摆脱烦人的静电现象。不久前，关于保温被、保温衣的电视宣传，提到应用了纳米技术。纳米材料可使衣物防静电、变色、贮光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣机等一些电器时间长了容易产生细菌，而采用了纳米材料，新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌，又可以除味杀菌。紫外线对人体的害处极大，有的纳米微粒却可以吸收紫外线对人体有害的部分，市场上的许多化妆品正是因为加入了纳米微粒而具备了防紫外线的功能。传统的涂料耐洗刷性差，时间不长墙壁就会变的班驳陆离，纳米技术应用之后，涂料的技术指标大大提高，外墙涂料的耐洗刷性提高很多，以前的电视、音响等家电外表一般都是黑色的，被称为黑色家电，这是因为家电外表材料中必须加入碳黑进行静电屏蔽。如今可以通过控制纳米微粒的种类，进而可控制涂料的颜色，使黑色家电变成彩色家电。
总之，在未来生活中，纳米技术将带给我们无限的舒心与时尚，使人类的生存的条件更加优越。
参考文献
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论文关键词：纳米尺寸；性能
李壮，陕西咸阳人，1963年生。1983年在延安大学获理学学士，1987年在中国科学院长春应用化学研究所获高分子化学专业理学硕士，1991年获分析化学专业理学博士，1991至1993年，吉林大学光化学研究室博士后。
1993～1995年，为德国Jena分子生物技术研究所分子细胞和电子显微学实验室客座科学家；1995至1998年，为中国科学院长春应用化学研究所电分析化学开放实验室副研究员；1998至2000年，担任实验室副主任、研究员，2000年至今任研究员、博士生导师、中国科学院研究生院教授，电分析化学国家重点实验室副主任。在20几年的科研生涯中，李壮获得了丰硕的成果。例如，是他创造性地提出了利用原子力显微镜制作基因组DNA高分辨物理图的概念，改进和发展了DNA、单链DNA及DNA/限制性内切酶络合物样品制备方法；是他提出利用纳米点样笔技术和纳米粒子搬动技术，制作直径、长度、形状、种类可控的纳米导线及纳米阵列电极方法，为直接实现纳米器件的连接和纳米电化学器件的制备提供了可能；是他提出了将样品浓缩到微米、纳米斑点，为实现超高灵敏拉曼、表面增强拉曼、荧光及发光等检测奠定了基础。据不完全统计，截至目前，李壮已、会议论文200多篇，专著4部4章；申请科技发明专利20项。他参与的“扫描探针显微技术在电化学和生命科学中的基础研究”获2003年吉林省科学技术进步一等奖，“功能化电极界面的研究——从化学修饰到自组装”获2004年吉林省科学技术进步一等奖。
李壮还将环境保护、节能减排作为科研工作指南，组织科技人员成功地研制了农业高效节水灌溉成套设施，以及改善城乡人民如厕环境，解决水冲厕所浪费资源、污染环境问题的设计方案。李壮认为，科研工作者应该关注国计民生，努力为人类提供更好的生存环境，解决人民群众切身的实际问题。他们的这两项研究正是出于这个目的。
我国的水资源紧缺，而农业用水浪费现象极为严重，据统计，我国农业用水量占全国的70%以上，目前农田采用传统的大水漫灌方式，水的有效利用率仅为30%。因此，改变千百年来的灌溉习惯，推广高效节水灌溉技术是缓解水资源紧缺的有效途径。李壮和他的科研团队研发的高效节水灌溉技术采用防渗灌水方式，有效地提高了水利用率，对于节水增产、降低作业成本、提高劳动生产率产生了很好的效果。此外，李壮对我国城乡厕所引发的污染环境的问题，进行了一系列的研究与探讨。
他提出了从源头解决污染，改善生活环境“零污染、零感染、零废弃物排放，变废为宝”的农村城镇学校如厕解决方案。这一方案的进一步研究和发展，有可能从根本上解决人类粪便和化肥对环境的污染及水污染问题；有可能彻底解决粪便的交叉感染,为人类健康提供保障；同时，有可能解决冲水厕所造成的巨大水资源浪费，大大降低水处理厂生活污水处理成本；更重要的是为人类提供了“方便”。这一方案的延伸，还有可能同时解决餐厨垃圾及禽畜粪便对环境的污染。这一方案的进一步研究、发展和实施，将是人类既水冲厕所后的又一次变革，并建议国家设立重大研究专项。
关键词：金刚石工具，胎体，改进方法
电镀金刚石工具中，镀层对金刚石起支撑和结合作用，被称为胎体或基质金属，它决定着金刚石颗粒能否充分发挥切削作用，一般要求它满足高硬度、高耐磨性和较高的韧性等性能要求，所以人们首先考虑到采用提高胎体材料的性能方法，改进金刚石工具。
1.胎体金属的合金化
虽然单一镀层（如镍）具有较高的强度，特别是韧性，但是一般硬度较低，因而人们多采用合金镀层。
1.1Ni-Co 二元合金镀层
钴不仅能提高镍金属的强度（镍钴合金的胎体抗压强度为1600MPa），而且能提高胎体金属的抗热性能，在800℃时的Ni-Co 二元合金胎体金属强度极限为500MPa，还能提高胎体金属的韧性。因而Ni-Co 二元合金镀层成为广为采用的胎体材料，然而有时Ni-Co 二元合金镀层的硬度仍是不足，在加工坚硬且研磨性极强的材料时, 胎体消耗很快。而且Ni-Co 镀层只有在钴含量达到约30％ 时，才能保证较高的硬度及耐磨性，大量昂贵的金属钴增加了成本。
1.2Ni-Mn 二元合金镀层
金属锰比钴更能提高镍胎体硬度、强度和耐磨性。镍锰胎体硬度比镍钴胎体硬度提高洛氏（HRC）10 度左右。合金中锰的含量虽然很少，但对胎体性能影响很大。镍锰胎体金刚石钻头在坚硬强研磨性地层钻进时, 平均寿命和时效分别比镍钴胎体钻头提高55%和30% , 同时, 镍锰胎体钻头不需高转速、大压力, 有利于减少材料的消耗, 降低钻探成本。但是Ni-Mn 二元合金镀层脆性较高，易开裂，使工作层易于碎裂。
1.3Ni-Co-Mn 三元合金镀层
Ni-Co-Mn三元合金镀层具有更高的综合机械性能。硬度比Ni-Co 高，脆性又比Ni-Mn低，正符合电镀金刚石制品对胎体的要求。采用Ni-Co-Mn 三元合金镀层制作的石材工具比采用Ni-Co 二元合金镀层制品更加锋利，更加耐用，特别对硬质石材，更能显示出优势。因节约大量昂贵材料钴，Ni-Co-Mn 三元合金镀层成本低。Ni-Co-Mn 三元合金镀层的机械性能可在大范围内进行调整，满足更广泛场合的需求。但在获得Ni-Co-Mn 三元合金镀层时，镀液成分复杂，稳定性不易控制。论文格式。
2.胎体金属的复合化
复合镀层是通过共沉积的方法,将一种或数种不溶性的固体颗粒、纤维均匀地夹杂到金属镀层中所形成的特殊镀层。由于复合镀层内均匀的弥散着大量固体微粒，这些硬质微粒，会对晶粒之间的滑移产生很大的阻碍作用，使金属获得有效的强化。
2.1Ni-Co-细粒金刚石复合镀层
在镀液中加入适量的纳米金刚石粉，获得的Ni-Co-金刚石复合镀层的硬度明显提高，硬度可达601.53HV，摩擦磨损性能显著提高：镍钴合金镀层的摩擦系数为0.35 左右,寿命在摩擦半径为14mm 时平均为0.022km；含纳米金刚石粉的Ni-Co-diamond 复合镀层摩擦系数为0.3 左右，镀层寿命在摩擦半径为14mm 时为0.15km。用Ni-Co-diamond 复合镀层作金刚石钻头胎体，制备的金刚石钻头在坚硬、强研磨性地层中钻进，耐磨性好，钻头进尺快，寿命长，且能防止孔斜。由于超细金刚石粉体极易团聚,使其效能无法充分发挥,所以要采取措施对金刚石粉进行分散。这样必然制约了超细粉体的使用价值和应用前景。
2.2Ni-Co-稀土元素复合镀层
少量的稀土化合物的加入可使镀液和镀层性能得到不同程度的改善,在电沉积过程中,主要是阳离子吸附在金属沉积物表面上,而稀土金属离子在电极上表现出较强的吸附性，稀土金属离子易于吸附在晶体生长的活性点上, 即吸附在晶面的生长点上,有效地抑制晶体的生长，所以在镀液中添加稀土元素后,能得到晶粒细小的镀层。用万能外圆磨床M1420E 通过对亮镍镀层和加入稀土元素的亮镍镀层金刚石工具磨削陶瓷的磨削试验研究,稀土元素的加入提高了金刚石工具的磨削比。亮镍镀层金刚石工具耐磨性差,胎体消耗快,不能保证金刚石的高出刃,金刚石脱落快；添加稀土的亮镍结合剂工具胎体耐磨性提高,对金刚石包镶较好,金刚石出刃高度大,因此工具的使用效率得到提高。
2.3Ni-Co-纳米碳管复合镀层
碳纳米管(CNTs)具有超高的强度和韧性，作为高级复合材料的增强体，可极大地改善复合材料的强度和韧性。此外，CNTs 还有化学稳定性好、摩擦因数低的特性，有望制备具有高耐磨、减磨和耐腐蚀等性能的新一类复合镀层。通过观察复合镀层的SEM 形貌的，基体表面被一层浓密的碳纳米管覆盖着,这些碳纳米管的一端深深地嵌镶于基体中,而另一端暴露于基体外, 显然可以对基体起到保护作用。论文格式。本实验室正致力于采用该复合镀层制备电镀金刚石工具的研究。
3.胎体金属的晶粒细化
镀层的结晶过程受制于晶核形成速率与晶粒生长速率。晶核形成速率越快,晶粒生长速率越慢,从而结晶越细,镀层就越致密，硬度和韧性也就越好。按照电化学理论，阴极电化学极化过电位越大,则越易形成晶核,从而结晶越细,镀层就越致密。因而人们采用提高电化学极化过电位，细化晶粒，达到改进胎体材料的目的。
3.1细化添加剂
添加剂加入电解液后，它在电极表面上的吸附，增加了电化学极化，被覆盖的晶粒停止生长，产生新的晶核；新晶粒不久又被覆盖，再产生新的结核中心,于是能获得细致的结晶。其次，添加剂在晶体表面上吸附能降低晶体的表面能，因而可以降低微晶的形成，这有利于形成新晶核。细化添加剂主要是磺酸类、亚磺酸类、磺酰胺类、二磺酸类等，例如：糖精、对甲苯磺酰胺、苯亚磺酸、苯磺酸、萘而磺酸钠等。可以从加入芳香酮类物质添加剂前后镀层表面的形貌发现,加入添加剂前的晶粒颗粒较大,而且颗粒结晶度较差,晶粒松散,加入添加剂后,晶粒颗粒明显变小,而且结晶致密。
3.2超声波法
利用超声波能使物质作激烈的强迫机械振动，还能产生单向力的作用。当一定频率的超声波通过液体时，尺寸适当的小气泡发生共振。在超声波的稀疏阶段，小泡迅速膨胀变大；在稠密阶段，小泡又突然被压缩，直至崩溃。小泡被突然压缩时，周围液体以极大速度来填充空穴，附近的液体或固体都会受到上千个大气压的高压，这就是空化现象或空化作用。在有超声波条件下，使用高电流密度进行电镀，与常规电镀相比，可以使镀层较为细致紧密、平整光滑、厚度均匀、无孔隙、与基体结合良好，并且具有较高的强度和硬度。在频率为16kHz 的超声场中电镀镍，硬度可提高3O﹪-5O﹪。在适当的工艺条件下，也可以使镀层的内应力低于无超声波电镀的镀层。其原因在于，当阴极电流密度高到一定值时，阴极极化急剧增加，导致析氢加剧，pH 值上升，阴极出现氢氧化镍溶液，而超声波的空化现象又对这种溶胶起着细化和分散作用以及稳定作用，防止溶胶凝聚和沉淀。超声波不宜用于金刚石上砂的全过程，只用于加厚期，当金刚石磨粒埋入镀层一定厚度时，采用超声波，金刚石磨粒不会被震落，就不会影响金刚石工具的上砂数目。
3.3脉冲电镀与纳米胎体材料
脉冲电镀是20 世纪60 年展起来的一种新型的电镀技术。其依据的电化学原理是：在一个脉冲周期内，当电流导通时，电化学极化增大，阴极区附近金属离子充分被沉积，镀层结晶细致光亮；当电流关断时，阴极区附近放电离子又回复到初始浓度，浓差极化消除。因此，脉冲电镀是采用一种新型的施电方式。利用电流或电压脉冲的张驰，降低阴极的浓差极化，从而允许更高的电流密度得到更高的电极极化，最终达到细化晶粒的作用。目前电沉积技术已经成为纳米材料的一种重要制备手段，这些材料具有很高的硬度和较好的韧性，被用来制备金刚石工具时，可使金刚石工具的耐磨性显著提高。论文格式。李照美等人采用脉冲电沉积法制备了纳米镍金刚石工具，对其进行磨损破坏性试验，结果表明脉冲纳米镍金刚
石工具的平均寿命明显高于常规镍钴金刚石工具，约为1.5 倍。
【参考文献】
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