納米材料與納米技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

黃偉光 宋冰梅 陳濤

（南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210094）

納米材料與納米技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

黃偉光 宋冰梅 陳濤

（南京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇南京 210094）

納米材料具有獨特的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng),使得材料的性能發(fā)生突變,納米材料及采用納米材料的納米技術(shù)也因此成為材料科學(xué)與工程研究及應(yīng)用最重要的發(fā)展方向之一。文中總結(jié)了納米材料、納米合成技術(shù)、納米表征技術(shù)以及納米仿生智能構(gòu)筑技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析，展望了納米材料與納米技術(shù)在研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢,對國內(nèi)外納米材料及納米技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其廣闊的應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述。

納米材料；納米技術(shù)；計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

1 納米材料的概念

納米材料的概念是一位德國學(xué)者在1980年首次提出的，他是指晶體晶粒尺寸在1～100數(shù)量級的超細(xì)材料。晶體晶粒的尺寸在標(biāo)準(zhǔn)級內(nèi)，被稱為超細(xì)材料，納米級高于1nm的被稱為超細(xì)材料。嚴(yán)格意義的納米材料尺寸在5nm數(shù)量級。納米材料制作新時代產(chǎn)品的工藝技術(shù)是納米技術(shù)。

超細(xì)晶粒的優(yōu)異特殊性能是由納米材料的特殊性能引起的，由此特性導(dǎo)致的眾多實驗結(jié)果，引起了科學(xué)界的廣泛重視，這也使得納米科技邁入了科學(xué)界的橋處低位。納米晶體材料、復(fù)合材料被統(tǒng)稱為納米材料。

納米材料的空間維數(shù)由納米結(jié)構(gòu)的區(qū)分可以分為：（1）零維的納米顆粒材料；（2）一維纖維納米材料；（3）二維層狀納米材料。所有固態(tài)晶體材料均是晶體結(jié)構(gòu)的晶粒以及具有無序排列結(jié)構(gòu)的晶界組成,而晶界的厚度占的體積分?jǐn)?shù)很小可忽略不計,而納米材料中界面部分所占的體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)大,使得納米材料成為一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。此外,由于納米晶粒中的原子排列十分無序,使得通常大晶體材料產(chǎn)生分裂而成為分子軌道的能級。高濃度界面及原子能級的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致納米材料性能的顯著改變。納米材料及納米技術(shù)被公認(rèn)為是21世紀(jì)最有前途的研究和發(fā)展領(lǐng)域。

2 納米材料的特性

2.1 納米材料獨特的表面效應(yīng)

納米材料的表面原子數(shù)是有變化效應(yīng)的，引起變化效應(yīng)的是由原子數(shù)和總原子數(shù)的比例與晶粒的尺寸配比的,這樣的變化成為納米材料的表面效應(yīng)。相似形狀的粒子表面積與其線尺寸的平方成正比,由此可得其表面積(表面積/體積)與線尺寸成反比。

粒子線尺寸的變化對表面積會造成顯著影響，粒子線增大，表面積見效，表面積的原子數(shù)也會相應(yīng)的增加，由此導(dǎo)致表面原子配屬的重大失衡使納米材料的化學(xué)性顯像明顯。

2.2 納米材料的體積效應(yīng)

納米材料的體積效應(yīng)是由于單個納米粒子所包含的原子數(shù)很少導(dǎo)致。金屬納米粒子靠近費米面進(jìn)一步假設(shè)他們的能級為準(zhǔn)原子態(tài),由此得到費米能級。納米粒子的直徑減小導(dǎo)致能級間距將增大，進(jìn)而電阻率將增大,甚至?xí)?dǎo)致絕緣體。對具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬納米粒子還會出現(xiàn)非導(dǎo)電的高溫結(jié)構(gòu)異相,此情況僅在粒子中觀測到。

表1 納米技術(shù)發(fā)展趨勢

技術(shù)領(lǐng)域類型 1978-1988年數(shù)量1978-1988年比例1989-1999年數(shù)量1989-1999年比例2000-2010年數(shù)量2000-2010年比例單獨 獨立發(fā)展 20 0.63共現(xiàn) 融合發(fā)展 30 0.37合計 50 1 1 1

表2 黑客領(lǐng)域中威脅計算機網(wǎng)絡(luò)安全的因素

1978-1988年 1989-1999年2000-2010年技術(shù)中街 技術(shù)領(lǐng)域 聯(lián)絡(luò)中介 技術(shù)中街 技術(shù)領(lǐng)域 顧問中介 聯(lián)絡(luò)中介 技術(shù)領(lǐng)域 顧問中介 聯(lián)絡(luò)中介G 01N TF38 36 2 TF22 6 TF34 26 464 H 01J TF34 13 1 TF20 8 TF40 22 451 B01D TF22 6 3 TF25 10 TF18 25 401 G 11B TF28 4 1 TF18 6 79 TF16 41 306 A 61K TF13 3 0 TF10 4 71 TF38 15 293 C 30B TF19 2 0 TF13 2 65 TF38 9 250 H 01F TF34 2 0 TF37 11 56 TF34 10 217 A 61L TF10 1 0 TF24 4 42 TF22 28 171

2.3 納米材料的量子尺寸效應(yīng)

納米粒子的尺寸下降會導(dǎo)致半導(dǎo)體中分子軌道能級被占據(jù)，從而使得處于分離的量子化能級中的電子的波動性效應(yīng)。納米粒子的尺寸相當(dāng)或更小時,呈現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)。例如,光吸收材料的特征波長而顯示出極高的矯頑力。

2.4 納米材力學(xué)性能的效應(yīng)

納米材料的性能效應(yīng)是由納米粒子細(xì)化和材料的強度造塑性共同顯現(xiàn)的。為了提高材料結(jié)構(gòu)的強度，晶粒細(xì)化可以大大增強這種效應(yīng)，并且第二次強化的過程隨著尺寸的增加會顯著增大，效果更強。結(jié)構(gòu)納米材料中，晶粒的相位結(jié)構(gòu)更加細(xì)化，使其力學(xué)性能遠(yuǎn)超其他結(jié)構(gòu)材料之上。納米陶瓷和金屬的韌性已達(dá)到了普通金屬材料的韌性水平，超過了超級鋼。

3 納米技術(shù)

范圍在10～7cm范圍內(nèi)的物體，經(jīng)常顯示出物理化學(xué)甚至生物性上的異樣特征和現(xiàn)象。納米技術(shù)的通俗定義是納米尺度利用的結(jié)果。納米在發(fā)展過程中，中子和電子交互作用形成波動，豐富了納米尺度利用的方式。

結(jié)構(gòu)的特征尺寸介于10～10m(1～100nm)的范圍,物體經(jīng)常顯示出物理、化學(xué)和生物上新穎而明顯改善的特性和現(xiàn)象。納米技術(shù)是在一個納米尺度利用功能結(jié)構(gòu)的通俗定義。在納米尺度上的重大改變主要是由于物質(zhì)中的電子和原子交互作用的波動。通過創(chuàng)造納米尺度的結(jié)構(gòu)能控制材料的基本特性,由此將出現(xiàn)以前被認(rèn)為生物系統(tǒng)的一個重要特性是物質(zhì)在納米尺度上有系統(tǒng)的組織。

納米技術(shù)的一大特點便是允許將所需信息儲存在納米表面,無需機器人和其他原件共同的配合儲存。材料和生物科學(xué)技術(shù)結(jié)合,會得到全新的加工方法和工業(yè)動能。納米尺度和微米尺度共同材料性質(zhì)相比,納米結(jié)構(gòu)的韌性十足,不受影響。納米體積的催化劑會大大減少廢物產(chǎn)生和間接污染。納米結(jié)構(gòu)比微米小很多，所以納米構(gòu)成系統(tǒng)的原件密度大大高于微米尺度構(gòu)成的原件。電子元器件在納米結(jié)構(gòu)的控制下相互作用，會得到新的電子元件，減低能耗的同時可以大大提高動能，提高效率。典型的納米技術(shù)。

（1）自然界的納米技術(shù)。葉綠體是進(jìn)行光合作用的核心,其內(nèi)部包括納米級的分子結(jié)構(gòu),具有轉(zhuǎn)化光能和二氧化碳為生物化學(xué)能的高活性。人類和動物牙齒表面的納米級微晶,光滑并具有很高的硬度。

（2）早期的納米技術(shù)。攝影和催化是早期的納米技術(shù)。這兩項技術(shù)通過納米技術(shù)的發(fā)展而大幅提高。大部分現(xiàn)有的納米技術(shù)是意外發(fā)現(xiàn)的,例如,現(xiàn)在我們知道在橡膠中加入某種無機粘土可提高輪胎的壽命和耐磨性。

（3）鐵磁流體。磁鐵流體是一種由高精度納米顆粒組成的膠體，納米顆粒是永態(tài)磁體，只有當(dāng)鐵磁流體的磁場為零，附加磁場生成變化，才會發(fā)生共生反應(yīng)。鐵磁流體區(qū)別于其他流體，在得到外加磁場的同時，由于力矩產(chǎn)生于鐵磁流體內(nèi)部，特殊的流體力學(xué)現(xiàn)象會顯現(xiàn)。

圖1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成模塊

（4）硬質(zhì)材料。納米結(jié)構(gòu)的硬材料正在進(jìn)入商業(yè)領(lǐng)域，如WC/Co和TiC/Fe，WC和Co組成的納米材料形成雙連續(xù)納米結(jié)構(gòu),獲得優(yōu)異的材料性能的同時硬度、斷裂韌性和耐磨性都有顯著提高。

（5）納米涂料。納米涂料的熱噴技術(shù)將納米結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于商業(yè)的途徑，晶粒尺寸達(dá)到納米尺度并且原子數(shù)目是可控范圍內(nèi)時，晶界顆粒的純度達(dá)到最大，和其他晶粒材料共同具備抗腐蝕能力。熱穩(wěn)定性和抵抗位錯是納米晶粒的特性，由此特性可以衍生出超高的硬度和韌性。納米級涂料在日常使用過程中，可以減小涂料的應(yīng)力狀態(tài)，提高涂層厚度，抗腐蝕性能極強，耐老化。該技術(shù)現(xiàn)已應(yīng)用在渦輪葉片，螺旋槳機翼等部件，每年有幾十億美元的潛在應(yīng)用市場。

（6）納米技術(shù)與相關(guān)技術(shù)路徑分析。任何技術(shù)領(lǐng)域都無法獨立的存在于科研領(lǐng)域，都是相對獨立但又不同程度的和其他技術(shù)形成交互過程的情況，技術(shù)領(lǐng)域性質(zhì)的差異導(dǎo)致獨立發(fā)展和互溶發(fā)展間的異樣表現(xiàn)形式。專利技術(shù)領(lǐng)域的共同關(guān)系，可以闡明技術(shù)領(lǐng)域間多項技術(shù)的互動關(guān)系。表1按共現(xiàn)特征統(tǒng)計了三個階段納米技術(shù)發(fā)展趨勢。

（7）納米技術(shù)與其它技術(shù)交融模式分析。不同領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)交互過程是通過不相連接的第三方技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)通而成，促進(jìn)不同領(lǐng)域技術(shù)互通的同時，也對中間領(lǐng)域技術(shù)在兩端技術(shù)間的延伸發(fā)展有著重要作用。

4 網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊

黑客攻擊指的是通過破解系統(tǒng)的某個程序來獲取數(shù)據(jù)甚至是獲利，黑客攻擊的主要手段分為破壞性和非破壞性。非破壞性僅影響系統(tǒng)的正常運行而破壞性則會盜取用戶的重要數(shù)據(jù)，形成重大影響。

黑客攻擊的常見模式是通過干擾程序運行、獲取文件和傳輸方式等不被許可的操作。黑客攻擊的對象和數(shù)據(jù)一般都是非常重要或者機密的，當(dāng)攻擊形成以后，會對客戶造成重大損害。在使用電子郵件、木馬等手段來攻擊時，給整個計算機網(wǎng)絡(luò)造成了極大的損害。由于黑客對于計算機網(wǎng)絡(luò)正常運行有著重要的影響甚至是重大損害和經(jīng)濟威脅，各國對于該領(lǐng)域均非常重視，但就目前，防御黑客攻擊的相關(guān)技術(shù)人才非常緊缺，相關(guān)培訓(xùn)也鳳毛麟角，美國的國安局已成為對黑客人才需求最為迫切的美國聯(lián)邦機構(gòu)。黑客領(lǐng)域中威脅計算機網(wǎng)絡(luò)安全的因素，如表2所示。

5 計算機病毒

計算機病毒非常常見，是通過編制一些計算機指令，并且插入一定數(shù)目的損害性數(shù)據(jù)，使其能夠達(dá)到自我復(fù)制的計算機指令。計算機病毒有各自的特點，大部分分為伴隨性、蠕蟲性、變型性等形態(tài)的病毒。這些病毒有些是隨時呈現(xiàn)激活狀態(tài)的，有些是自身釋放在內(nèi)存中，一旦計算機重啟或者關(guān)機，只要接通電源，便可實施傳染；但有些病毒在電腦中僅有一小部分的占用空間，即便激活狀態(tài)也不會對計算機形成過大的傷害。

系統(tǒng)漏洞是指由于操作軟件設(shè)計的疏忽和技術(shù)上的不完善，為不法分子竊取該軟件的程序流提供了機會，使得系統(tǒng)被各種木馬和病毒等侵入，從而實現(xiàn)大面積控制，進(jìn)而得到重要的信息和文件，甚至于破壞了電腦操作系統(tǒng)。系統(tǒng)漏洞也作為病毒的入侵入口存在。

長期以來，正版系統(tǒng)都以其高昂的購買成本讓大多數(shù)人望而卻步，大多數(shù)人還在使用著盜版系統(tǒng)，但盜版系統(tǒng)通常會留下非常多的系統(tǒng)漏洞。主要漏洞類型分為UP漏洞、賬號類漏洞和熱鍵類漏洞。這些漏洞的存在也進(jìn)一步提供了病毒的擴散溫床，導(dǎo)致計算機病毒的進(jìn)一步擴散，影響了計算機的網(wǎng)絡(luò)安全。

6 計算機網(wǎng)絡(luò)安全防范技術(shù)的應(yīng)用分析

防火墻通過執(zhí)行站點的安全策略，從而限制人們從定制的控制點離開；同時所有的的信息想要進(jìn)入計算機,都必須通過防火墻，這樣就能夠有效的記錄網(wǎng)上的所有活動，防止病毒侵入；防火墻能夠通過隔開網(wǎng)絡(luò)中的一個網(wǎng)段與另一個網(wǎng)段，從而能夠很好對用戶暴露點進(jìn)行保護(hù)與限制。

7 納米材料技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合

7.1 數(shù)據(jù)加密技術(shù)

數(shù)據(jù)加密技術(shù)作為一種新興技術(shù)，也是計算機網(wǎng)絡(luò)安全的保障性技術(shù),是指傳送方通過各種加密函數(shù)轉(zhuǎn)換成密文，接收方對于數(shù)據(jù)加密技術(shù)的控制,需要數(shù)據(jù)加密技術(shù)的指定性。要求只有在解除密碼后，才能獲得原來的數(shù)據(jù)，這些特殊的信息就是密鑰。密鑰共分為三類：專用密鑰、對稱密鑰和公開密鑰。

計算機網(wǎng)絡(luò)由繁多的路徑所構(gòu)成，非常復(fù)雜，信息的傳播也異常廣泛，如何保證信息在傳播過程中的安全性和時效性，需要通過計算機信息的加密技術(shù)來實現(xiàn)。

7.2 網(wǎng)絡(luò)訪問控制技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)訪問控制技術(shù)指的是以路由器作為網(wǎng)關(guān)，對外界的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息控制和篩選。這種技術(shù)可以防止計算機在實施遠(yuǎn)程登錄和文件使用過程中，防止不法分子通過漏洞，對電腦進(jìn)行空盒子。對訪問者的身份進(jìn)行深入檢測后，可以有效的防止入侵，確保計算機在網(wǎng)絡(luò)中的安全。

7.3 安全漏洞檢測技術(shù)

安全漏洞檢測是一項重要技術(shù)。通過安全漏洞掃描能夠幫助用戶在黑客攻擊之前找到系統(tǒng)的漏洞，并及時的恢復(fù)。在對安全漏洞進(jìn)行檢測的可以從各個方面進(jìn)行預(yù)防，保證網(wǎng)絡(luò)的安全。

7.4 數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)技術(shù)

為了防止系統(tǒng)發(fā)生意外，數(shù)據(jù)庫的備份與恢復(fù)技術(shù)需要保證數(shù)據(jù)的安全性和完整性。這種備份技術(shù)主要有數(shù)據(jù)庫、備份數(shù)據(jù)庫和事物日志來更好的確定網(wǎng)絡(luò)的安全。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成模塊，如圖1所示。

7.5 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖的測試環(huán)境

測試環(huán)境。本系統(tǒng)的測試主要硬件環(huán)境：IntelPentiumD2.8G；軟件環(huán)境：Windows2003R2；測試工具：NetBeansProfile3.2。從測試結(jié)果來看，在整個架構(gòu)中，索引是由Guice維護(hù)的單例進(jìn)行單線程索引，整個系統(tǒng)在最慢的環(huán)節(jié)遇到了瓶頸，因此線程數(shù)從3個提升到4個引起的性能并沒有很大的提高，猜測線程數(shù)如果繼續(xù)提升到某個數(shù)值，系統(tǒng)效率反而會下降。

8 結(jié)語

在系統(tǒng)功能上，由納米材料和納米技術(shù)逐漸延伸的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展遍歷行業(yè)內(nèi)。每個節(jié)點根據(jù)HTTP協(xié)議中的Type字段自動找到相應(yīng)解析器(Parser)解析資源，解析器將解析后的Resource對象傳遞給索引模塊進(jìn)行索引，實現(xiàn)納米技術(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的抓取過程。在抓取過程中能盡可能過濾重復(fù)模塊，功能過濾不符合規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，能夠在抓取過程中統(tǒng)計信息，分析網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和系統(tǒng)運行狀態(tài)。由于使用者對搜索引擎的需求是既有共性又有個性特征，因此只有結(jié)合用戶實際需求，開發(fā)出相應(yīng)的檢索系統(tǒng)以發(fā)揮其相應(yīng)的作用，產(chǎn)生社會效益。

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TB383

A

1003-2177（2017）04-0061-04

黃偉光（1984—）,男,山東茌平人,在讀博士研究生,高級工程師,研究方向:納米材料技術(shù)、3D打印技術(shù)等；宋冰梅（1973—）,女,遼寧沈陽人,在讀博士研究生,高級工程師,研究方向:建筑材料分類技術(shù),納米材料,計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等；陳濤（1970—）,男,遼寧沈陽人,在讀博士研究生,高級工程師,研究方向:碳纖維材料、工程材料仿真技術(shù),納米材料的應(yīng)用技術(shù)等。