纳米材料与纳米技术在计算机网络系统中的应用分析

　　摘要：纳米材料具有独特的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，使得材料的性能发生突变，纳米材料及采用纳米材料的纳米技术也因此成为材料科学与工程研究及应用最重要的发展方向之一。文中总结了纳米材料、纳米合成技术、纳米表征技术以及纳米仿生智能构筑技术计算机网络系统中的应用分析，展望了纳米材料与纳米技术在研究领域的发展趋势，对国内外纳米材料及纳米技术的研究现状及其广阔的应用前景进行了综述.

　　关键词：纳米材料；纳米技术；计算机网络应用

　　中图分类号：TB383文献标识码：A文章编号：1003-2177（2017）04-0000-00

　　1纳米材料的概念

　　纳米材料的概念是一位德国学者在1980年首次提出的，他是只晶体晶粒尺寸在1～100数量级的超细材料。晶体晶粒的尺寸在标准级内，被称为超细材料，納米级高于1nm的被成为超细材料。严格意义的纳米材料尺寸在5nm数量级。纳米材料制作新时代产品的工艺技术是纳米技术。

　　超细晶粒的优异特殊性能是由纳米材料的特殊性能引起的，由此特性导致的众多实验结果，引起了科学界的广泛重视，这也使得纳米科技迈入了科学界的桥处低位。纳米晶体材料、复合材料被统称为纳米材料。

　　纳米材料的空间维数由纳米结构的区分可以分为：（1）零维的纳米颗粒材料；（2）一维纤维纳米材料；（3）二维层状纳米材料。所有固态晶体材料均是晶体结构的晶粒以及具有无序排列结构的晶界组成，而晶界的厚度占的体积分数很小可忽略不计，而纳米材料中界面部分所占的体积分数相当大，使得纳米材料成为一种新的结构状态。此外，由于纳米晶粒中的原子排列十分无序，使得通常大晶体材料产生分裂而成为分子轨道的能级。高浓度界面及原子能级的特殊结构导致纳米材料的性能的显著改变。纳米材料及纳米技术被公认为是21世纪最有前途的研究和发展领域。

　　2纳米材料的特性

　　2.1纳米材料独特的表面效应

　　纳米材料的表面原子数是有变化效应的，引起变化效应的是由原子数和总原子数的比例与晶粒的尺寸配比的，这样的变化成为纳米材料的表面效应。相似形状的粒子的表面积与其线尺寸的平方成正比，由此可得其比表面积（表面积/体积）与线尺寸成反比。

　　粒子线尺寸的变化对表面积会造成显著影响，粒子线增大，表面积见效，表面积的原子数也会响应的增加，由此导致表面原子配属的重大失衡使纳米材料的化学性显像明显。

　　2.2纳米材料的体积效应

　　纳米材料的体积效应是由于单个纳米粒子所包含的原子数很少导致。金属纳米粒子靠近费米面进一步假设他们的能级为准原子态，由此得到费米能级。纳米粒子的直径减小导致能级间距将增大，进而电阻率将增大，甚至会导致绝缘体。对具有同素异构转变的金属纳米粒子还会出现非导电的高温结构相，此情况仅在粒子中观测到。

　　2.3纳米材料的量子尺寸效应

　　纳米粒子的尺寸下降会导致半导体中分子轨道能级被占据，从而使得处于分离的量子化能级中的电子的波动性效应。纳米粒子的尺寸相当或更小时，呈现量子尺寸效应。例如，光吸收材料的特征波长而显示出极高的矫顽力。

　　2.4纳米材力学性能的效应

　　纳米材料的性能效应是由纳米粒子细化和材料的强度造塑性共同显现的。为了提高材料结构的强度，晶粒细化可以大大增强这种效应，并且第二次强化的过程随着尺寸的增加会显著增大，效果更强。结构纳米材料中，晶粒的相位结构更加细化，使其力学性能远超其他结构材料之上。纳米陶瓷和金属的任性已达到了普通金属材料的韧性水平，超过了超级钢。

　　3纳米技术

　　范围在10～7cm范围内的物体，经常显示出物理化学甚至生物性上的异样特征和现象。纳米技术的通俗定义是纳米尺度利用的结果。纳米在发展过程中，中字和电子交互作用形成波动，丰富了纳米尺度利用的方式。

　　结构的特征尺寸介于10-9～10-7m（1～100nm）的范围，物体经常显示出物理、化学和生物上新颖而明显改善的特性和现象.纳米技术是在一个纳米尺度利用功能结构的通俗定义。在纳米尺度上的重大改变主要是由于物质中的电子和原子交互作用的波动。通过创造纳米尺度的结构能控制材料的基本特性，由此将出现以前被认为生物系统的一个重要特性是物质在纳米尺度上有系统的组织。（-9和-7上标吗）

　　纳米技术的一大特点便是允许将所需信息储存在纳米表面，无需机器人和其他原件共同的配合储存.材料和生物科学技术结合，会得到全新的加工方法和工业动能.纳米尺度和微米尺度共同材料性质相比，纳米结构的韧性十足，不受影响.纳米体积的催化剂会大大减少废物产生和简介污染。纳米结构比微米小很多，所以纳米构成系统的原件密度大大高于微米尺度构成的原件。电子元器件在纳米结构的控制下相互作用，会得到新的电子元件，减低能耗的同时可以大大提高动能，提高效率。典型的纳米技术。

　　（1）自然界的纳米技术。叶绿体是进行光合作用的核心，其内部包括纳米级的分子结构，具有转化光能和二氧化碳为生物化学能的高活性.人类和动物牙齿表面的纳米级微晶，光滑并具有很高的硬度.

　　（2）早期的纳米技术。摄影和催化是早期的纳米技术。这两项技术通过纳米技术的发展而大幅提高。大部分现有的纳米技术是意外地发现的，例如，现在我们知道在橡胶中加入某种无机粘土可提高轮胎的寿命和耐磨性。

　　（3）铁磁流体。磁铁流体是一种由高精度纳米颗粒组成的胶体，纳米颗粒是永态磁体，只有当铁磁流体的磁场为零，附加磁场生成变化，才会发生共生反应。铁磁流体区别于其他流体，在得到外加磁场的同时，由于力矩产生于铁磁流体内部，特殊的流体力学现象会显现。

　　（4）硬质材料。纳米结构的硬材料正在进入商业领域.如WC/Co和和Co组成的纳米材料形成双连续纳米结构，获得优异的材料性能的同时硬度、断裂韧性和耐磨性都有显著提高.

　　（5）纳米涂料。纳米涂料的热喷技术将纳米结构材料应用于商业的途径.晶粒尺寸达到纳米尺度并且原子数目是可控范围内时，境界颗粒的纯度达到最大，和其他晶粒材料共同具备抗腐蚀能力。热稳定性和抵抗位错是纳米晶粒的特性，由此特性可以衍生出超高的硬度和韧性。纳米级涂料在日常使用过程中，可以减小涂料的应力状态，提高涂层厚度，抗腐蚀性能极强，耐老化。该技术现已应用在涡轮叶片，螺旋桨机翼等部件，每年有几十亿美元的潜在应用市场。

　　（6）纳米技术与相关技术路径分析。任何技术领域都无法独立的存在于科研领域，都是相对独立但又不同程度的和其他技术形成交互过程的情况，技术领域性质的差异导致独立发展和互溶发展间的异样表现形式。专利技术领域的共同关系，可以阐明技术领域间多项技术的互动关系。表1按共现特征统计了三个阶段纳米技术发展趋势。

　　（7）纳米技术与其它技术交融模式分析。不同领域的关联交互过程是通过不相连接的第三方技术领域联通而成，促进不同领域技术胡同的同时，也对中间领域技术在两端技术间的延伸发展有着重要作用

　　4网络黑客攻击

　　黑客攻击指的是通过破解系统的某个程序来获取数据甚至是获利，黑客攻击的主要手段分为破坏性和非破坏性。非破坏性仅影响系统的正常运行而破坏性则会盗取用户的重要数据，形成重大影响。

　　黑客攻击的常见模式是通过干扰程序运行、获取文件和传输方式等不被许可的操作。黑客攻击的对象和数据一般都是非常重要或者机密的，当攻击形成以后，会对客户造成重大损害。在使用电子邮件、木马等手段来攻击时，给整个计算机网络造成了极大的损害。由于黑客对于计算机网络正常运行有着重要的影响甚至是重大损害和经济威胁，各国对于该领域均非常重视，但就目前，防御黑客攻击的相关技术人才非常紧缺，相关培训也凤毛麟角，美国的国安局已成为对黑客人才需求最为迫切的美国联邦机构。黑客领域中威胁计算机网络安全的因素，如表2所示。

　　5计算机病毒

　　计算机病毒非常常见，是通过编制一些计算机指令，并且插入一定数目的损害性数据，使其能够达到自我复制的计算机指令。计算机病毒有各自的特点，大部分分为伴随性、蠕虫性、变型形等形态的病毒。这些病毒有些是随时呈现激活状态的，有些是自身释放在内存中，一旦计算机重启或者关机，只要接通电源，便可实施传染；但有些病毒在电脑中仅有一小部分的占用空间，即便激活状态也不会对计算机形成过大的伤害。

　　5.1系统漏洞

　　系统漏洞是指由于操作软件设计的疏忽和技术上的不完善，为不法分子窃取该软件的程序流提供了机会，使得系统被各种木马和病毒等侵入计算机，从而实现大面积控制，进而得到重要的信息和文件，甚至于破坏了电脑操作系统。系统漏洞也作为病毒的入侵入口存在。

　　长期以来，正版系统都以其高昂的购买成本让大多数人望而却步，大多数人还在使用着盗版系统，但盗版系统通常会留下非常多的系统漏洞。主要漏洞类型分为UP漏洞、账号类漏洞和热键类漏洞。这些漏洞的存在也进一步提供了病毒的扩散温床，导致计算机病毒的进一步扩散，影响了计算机的网络安全。

　　6计算机网络安全防范技术的应用分析

　　6.1防火墙技术防火墙

　　防火墙通过执行站点的安全策略，从而限制人们从定制的控制点离开；同时所有的的信息想要进入计算机，都必须通过防火墙，这样就能够有效的记录网上的所有活动，防止病毒侵入；防火墙能够通过隔开网络中的一个网段与另一个网段，从而能够很好对用户暴露点进行保护与限制。

　　7纳米材料与技术于计算机网络技术的结合

　　7.1数据加密技术

　　数据加密技术作为一种新兴技术，也是计算机网络安全的保障性技术，是指传送方通过各种加密函数转换形成密文，接收方对于数据加密技术的控制，需要数据加密技术的指定性。要求只有在解除密码后，才能而获得原来的数据，这些特殊的信息就是密钥。密钥共分为三类：专用密钥、对称密钥和公开密钥。

　　计算机网络由繁多的路径所构成，非常复杂，信息的传播也异常广泛，如何保证信息在传播过程中的安全性和时效性，需要通过计算机信息的加密技术来实现。

　　7.2网络访问控制技术

　　网络访问控制技术指的是以路由器作为网关，对外界的网络服务信息控制和筛选。这种技术可以防止计算机在实施远程登录和文件使用过程中，防止不法分子通过漏洞，对电脑进行空盒子。对访问者的身份进行深入检测后，可以有效的防止入侵，确保计算机在网络中的安全。

　　7.3安全漏洞检测技术

　　安全漏洞检测是一项重要技术。通过安全漏洞扫描能够帮帮助用户在黑客攻击之前找到系统的漏洞，并及时的恢复。在对安全漏洞进行检测的可以从各个方面进行了预防，保证网络的安全。

　　7.4数据库的备份与恢复技术

　　为了防止防止系统发生意外，数据库的备份与恢复技术需要保证数据的安全性和完整性。这种备份技术主要有数据库、备份数据库和事物日志来更好的确定网络的安全。数据库系统的构成模块，如图1所示。

　　7.5系统功能结构图的测试环境

　　测试环境。本系统的测试主要硬件环境：IntelPentiumD2.8G；软件环境：Windows2003R2；测试工具：NetBeansProfile3.2。从测试结果来看，在整个架构中，索引是由Guice维护的单例进行单线程索引，整个系统在最慢的环节遇到了瓶颈，因此线程数从3个提升到4个引起的性能并没有很大的提高，猜测线程数如果继续提升到某个数值，系统效率反而会下降。

　　8结语

　　在系统功能上，由纳米材料和纳米技术逐渐延伸的网络技术发展遍历行业内。每个节点根据HTTP协议中的Type字段自动找到相应解析器（Parser）解析资源，解析器将解析后的Resource对象传递给索引模块进行索引，实现纳米技术在计算机网络技术中的抓取過程。在抓取过程中能尽可能过滤重复模块，功能过滤不符合规则的网络节点，能够在抓取过程中统计信息，分析网络应用和系统运行状态。由于使用者对搜索引擎的需求是既有共性又有个性特征，因此只有结合用户需求的实际，开发出相应的检索系统以发挥其相应的作用，产生社会效益。

　　作者：黄伟光等

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