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浅析纳米材料技术在生产中的广泛应用

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浅析纳米材料技术在生产中的广泛应用

现在我们已经知道,所谓纳米材料技术,是一种材料新技术。将材料加工到纳米级的尺寸就形成了一种新的材料,从而出现许多新的材料特性,是物质从量燮到质变的一个典型的例子。现在已经确定的纳米材料已经有很多种,下面,我们择要介绍如下。

    (1)效应颜料

    这是纳米材料最重要、最有前途的用途之一,特别是在汽车的涂装业中,因为纳米材料具有随角度变化色彩的性能,使汽车面漆大增光辉,深受配漆专家的喜爱。

    (2)防护材料

    由于某些纳米材料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用,在产品和材料中添加少量(一般不超过含量的2)的纳米材料,就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用,使之更加具有耐久性和透明性,因而被广泛用于护肤产品、装饰材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维以及农用塑料薄膜等方面。

    更为重要的应用是在特别功能性防护方面的应用,比如隐形飞机、电磁屏蔽、射线防护等。都将随着纳米防护新材料的出现而改变传统的防护方式。

    (3)精细陶瓷材料

    使用纳米级陶瓷材料可以在低温、低压下生产质地致密且性能优异的陶瓷。因为纳米粒子非常小,很容易压实在一起。此外,纳米粒子陶瓷组成的新材料是一种极薄的透明涂料,喷涂在诸如玻璃、塑料、金属、漆器甚至磨光的大理石上,具有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有这种陶瓷的塑料眼镜片既轻又耐磨,还不易破碎。

    (4)高效催化剂

    纳米粒子表面积大、表面活性中心多,为做催化剂提供了必要的条件。目前用纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂,可大大提高反应效率。利用纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂,燃烧效率可提高100倍,如用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应表明,镍粒径在5nm以下,反应选择性发生急剧变化,醛分解反应得到有效控制,生成酒精的转化率急剧增大。

    (5)传感材料

    纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征,是适合用做传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳米粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化,利用其电阻的显著变化可做成传感器,其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良。最新的信息显示,已经有科学家考虑采用“浮尘法”将微小的传感器送到外太空,随太阳风等宇宙风在太空飘浮,以探测宇宙信息。

    (6)易烧结材料

    由于纳米粒子的小尺寸效应及活性大,不论高熔点材料还是复合材料的烧结,都比较容易。具有烧结温度低、烧结时间短,而且可得到烧结性能良好的烧结体。例如普通钨粉需要在3000℃的高温下烧结,而当掺入01%~05%的纳米镍粉时,烧结成型温度可降低到l2001311℃。

    (7)医学与生物工程材料

    纳米粒子与生物体有着密切的关系,如构成生命要素之一的核糖核酸蛋白质复合体,其粒度在1520nm之间,生物体内的多种病毒也是纳米粒子。此外,用纳米SiOz微粒可进行细胞分离,用金的纳米粒子进行定位病变治疗,可以减少副作用等。研究纳米生物学可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系,获取生命信息。特别是细胞内的各种信息。利用纳米粒子研制成机器人,注入人体血管内,可对人体进行全身健康检查,疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物,甚至还可能清除病毒、杀死癌细胞等。

    (8)新能源与环保材料

    德国科学家正在设计用纳米材料制作一种高温燃烧器,通过电化学反应过程,不经燃烧就把天然气转化为电能。燃料的利用率要比一般电厂的效率提高20%~30%,而且大大减少了二氧化碳的排气量。

    (9)微器件纳米材料

    特别是纳米线,可以使芯片集成度提高,电子元件体积缩小,使半导体技术取得突破性进展,大大提高了计算机的容量和运行速度,对微器件制作起决定性的推动作用。纳米材料在使机器微型化及提高机器容量方面的应用前景被很多发达国家看好,有人认为它可能引发新一轮工业革命。

    (10)光电材料与光学材料

    纳米材料由于其特殊的电子结构与光学性能作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事航空中用的吸波隐身材料,以及包括太阳能电池在内的储能及能量转换材料等具有很高的应用价值。

    (11)增强材料

    纳米结构的合金具有很高的延展性等,在航空航天工业与汽车工业中是一类很有应用前景的材料;纳米硅作为水泥的添加剂可大大提高其强度;纳米纤维作硫化橡胶的添加剂可增强橡胶并提高其回弹性,纳米管在作纤维增强材料方面也有潜在的应用前景。(12)纳米滤膜

    采用纳米材料发展出分离仅在分子结构上有微小差别的多组分混合物,实现高能分离操作的纳米滤膜。其他还有将纳米材料用做火箭燃料推进剂、H2分离膜、颜料稳定剂及智能涂料、复合磁性材料等。

    从以上简要的介绍可知,纳米材料由于具有特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能,广泛应用于宇航、国防工业、磁记录设备、计算机工程、环境保护、化工、医药、生物工程和核工业等领域。不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统产业带来生机和活力。可以预言,纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展必将对传统的化学工业和其他产业带来重大影响。一种新材料的出堍往往是划时代的,就如人类经历了石器时代、青铜器时代和铁器时代一样,不久我们将面临的是纲米材料时代。

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