第一篇：納米技術(shù)與應(yīng)用論文

納米技術(shù)與應(yīng)用

Nano technology and application 學(xué)號(hào)：2012093207 金月

Student number: 2012093207 Jinyue

摘要：納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末期誕生并迅速崛起的新技術(shù),它的基本涵義是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子,創(chuàng)造新物質(zhì)。納米(nm)是一個(gè)長(zhǎng)度單位,納米體系(通常界定為1～100nm的范圍)就在其中。這一體系既不完全適合于描述宏觀領(lǐng)域的牛頓經(jīng)典力學(xué)規(guī)律,又不完全適合于描述微觀領(lǐng)域的量子力學(xué)規(guī)律,它表現(xiàn)出了許多獨(dú)特的性能,需要用全新的理論、方法和表征手段在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然,這就是納米科技。納米科技主要包括:納米物理、納米化學(xué)、納米材料、納米生物納米電子等分支學(xué)科,它們之間既相互獨(dú)立,又相互聯(lián)系。目前,各個(gè)分支領(lǐng)域都取得了令人矚目的成果,納米科技正處于重大突破的前期。關(guān)鍵詞：新技術(shù) 納米科技應(yīng)用

Abstract: nanotechnology is born in the late 1980 s and rapid rise of the new technology, its basic meaning is within the scope of nano-sized understanding and reforming nature, through direct manipulation and arrangement of atoms, molecules, create new material.Nanometers(nm)is a unit length, nanometer system(usually defined as the range of 1 ~ 100 nm)among them.This system is not completely suitable for describe the macroscopic field of Newton's law of classical mechanics, and not entirely suited to describe the microscopic quantum mechanics in the field of law, it shows many unique properties, need to use new theories, methods and characterization methods in the nanometer size within the scope of understanding and reforming nature, this is the nano science and technology.Nano science and technology mainly includes: physics, chemistry, nano material, nano biological nanometer electronic branch, between them, is mutually independent and contact each other.At present, have made remarkable achievements in various subfields, nano science and technology is a major breakthrough in the early.Key words: new technology nanotechnology applications

中國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)最先開展納米科技研究的國(guó)家之一。20世紀(jì)80年代中期，中國(guó)開始資助納米材料研究和納米技術(shù)儀器裝備研制，目前中國(guó)的納米科技基礎(chǔ)研究已在國(guó)際上占有一席之地。1982年發(fā)明的掃描隧道顯微鏡（scanning tunneling microscope，STM）和1986年發(fā)明的原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)是納米測(cè)量表征上的一個(gè)里程碑，標(biāo)志著納米科技從概念階段，進(jìn)入到實(shí)質(zhì)性研究階段納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的廣闊領(lǐng)域。納米科學(xué)與技術(shù)主要包括：納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等。這七個(gè)相對(duì)獨(dú)立又相互滲透的學(xué)科和納米材料、納米器件、納米尺度的檢測(cè)與表征這三個(gè)研究領(lǐng)域。納米材料的制備和研究是整個(gè)納米科技的基礎(chǔ)。其中，納米物理學(xué)和納米化學(xué)是納米技術(shù)的理論基礎(chǔ)，而納米電子學(xué)是納米技術(shù)最重要的內(nèi)容。

納米技術(shù)的靈感，來自于已故物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼1959年所作的一次題為《在底部還有很大空間》的演講。這位當(dāng)時(shí)在加州理工大學(xué)任教的教授向同事們提出了一個(gè)新的想法。從石器時(shí)代開始，人類從磨尖箭頭到光刻芯片的所有技術(shù)，都與一次性地削去或者融合數(shù)以億計(jì)的原子以便把物質(zhì)做成有用的形態(tài)有關(guān)。范曼質(zhì)問道，為什么我們不可以從另外一個(gè)角度出發(fā)，從單個(gè)的分子甚至原子開始進(jìn)行組裝，以達(dá)到我們的要求？他說：“至少依我看來，物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子的制造物品的可能性?！?1990年，IBM公司阿爾馬登研究中心的科學(xué)家成功地對(duì)單個(gè)的原子進(jìn)行了重排，納米技術(shù)取得一項(xiàng)關(guān)鍵突破。他們使用一種稱為掃描探針的設(shè)備慢慢地把35個(gè)原子移動(dòng)到各自的位置，組成了IBM三個(gè)字母。這證明范曼是正確的，二個(gè)字母加起來還沒有3個(gè)納米長(zhǎng)。不久，科學(xué)家不僅能夠操縱單個(gè)的原子，而且還能夠“噴涂原子”。使用分子束外延長(zhǎng)生長(zhǎng)技術(shù)，科學(xué)家們學(xué)會(huì)了制造極薄的特殊晶體薄膜的方法，每次只造出一層分子。目前，制造計(jì)算機(jī)硬盤讀寫頭使用的就是這項(xiàng)技術(shù)。納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi)，通過對(duì)物質(zhì)反應(yīng)、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造新的材料、器件和充分利用它們的特殊的性能，并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的新現(xiàn)象和新規(guī)律。由于納米正好處于原子、分子為代表的微觀世界和以人類活動(dòng)空間為代表的宏觀世界的中間地帶，被稱為納米世界，也是物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)以及信息科學(xué)發(fā)展的新領(lǐng)地。納米材料中包含了若干個(gè)原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設(shè)計(jì)和制備。幾十個(gè)原子、分子或成千個(gè)原子、分子“組合”在一起時(shí)，表現(xiàn)出既不同于單個(gè)原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，這種“組合”被稱為“超分子”或“人工分子”?！俺肿印钡男再|(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。當(dāng)“超分子”繼續(xù)長(zhǎng)大或以通常的方式聚集成大塊材料時(shí)，奇特的性質(zhì)又會(huì)失去。通俗來說，納米材料一方面可以被當(dāng)作一種“超分子”，充分地展現(xiàn)出量子效應(yīng)；而另一方面它也可以被當(dāng)作一種非常小的“宏觀物質(zhì)”，以至于表現(xiàn)出前所未有的特性。同時(shí)，許多化學(xué)和生物反應(yīng)的過程也發(fā)生在納米尺度的層面上，因此探測(cè)納米尺度內(nèi)物理、化學(xué)和生物性質(zhì)的變化，將加深對(duì)生命科學(xué)的理解。對(duì)由數(shù)量不多的電子、原子或分子組成的體系中新規(guī)律的認(rèn)識(shí)和如何操縱或組合他們，是當(dāng)今納米科學(xué)技術(shù)的主要問題之一。當(dāng)前納米技術(shù)的研究和應(yīng)用主要在材料和制備、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)與健康、航天和航空、環(huán)境和能源、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)等方面。納米科技發(fā)展中，納米材料是它的前導(dǎo)，因?yàn)榧{米材料集中體現(xiàn)了小尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、高集成度和強(qiáng)相互作用以及高比表面積等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)，其中最應(yīng)該指出的是納米材料是將量子力學(xué)效應(yīng)工程化或技術(shù)化的最好場(chǎng)合之一，可能會(huì)產(chǎn)生全新的物理、化學(xué)現(xiàn)象。

現(xiàn)在可以用物理、化學(xué)及生物學(xué)的方法制備出只包含幾百個(gè)或兒千個(gè)原子、分子的 “顆?！?。這些“顆?！钡某叽缰挥袔讉€(gè)納米，它們很容易與外界的氣體、流體甚至固體的原子發(fā)生反應(yīng)，也就是說十分活潑。實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)如果將金屬銅或鋁做成幾個(gè)納米的顆粒，一遇到空氣就會(huì)燃燒，發(fā)生爆炸。有人認(rèn)為用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會(huì)有更大的推力。另外，用納米金屬顆粒粉體做催化劑，可加快化學(xué)反應(yīng)過程，大大地提高化工合成的產(chǎn)率。

如果把金屬納米材料顆粒粉體制成塊狀金屬材料，它會(huì)變得十分結(jié)實(shí)，強(qiáng)度比普通金屬高十幾倍，同時(shí)又可以像橡膠一樣富于彈性。人們幻想有一天會(huì)使用這樣的納米鋼材或納米鋁材制造出汽車、飛機(jī)或輪船，使它們的重量減少到原來的1/10。不僅如此，汽車或飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)由具有塑性的納米陶瓷材料制成，可在更高的溫度下運(yùn)作，汽車跑得更快，飛機(jī)飛得更高。

對(duì)于納米技術(shù)研發(fā)，歐洲對(duì)美國(guó)當(dāng)仁不讓。納米技術(shù)是歐盟前兩個(gè)計(jì)劃的重點(diǎn)，在第六個(gè)框架計(jì)劃中，納米技術(shù)又是一個(gè)最優(yōu)先領(lǐng)域，研發(fā)經(jīng)費(fèi)為13億歐元。納米技術(shù)也處在歐盟另兩個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域生命科學(xué)和信息社會(huì)技術(shù)的核心地位。歐洲納米商業(yè)聯(lián)合會(huì)稱，如果把歐盟成員國(guó)的投資計(jì)算在內(nèi)，歐洲2002年的納米技術(shù)的投資應(yīng)是美國(guó)的兩倍。歐盟有86個(gè)國(guó)內(nèi)和國(guó)際研究網(wǎng)絡(luò)致力于納米技術(shù)的研究，參加網(wǎng)絡(luò)的有2000多個(gè)，其中有許多機(jī)構(gòu)得到了國(guó)家的資助。德國(guó)、法國(guó)和英國(guó)等都有完備的納米技術(shù)研究計(jì)劃。

通信技術(shù)是現(xiàn)代信息社會(huì)的重要技術(shù)支撐，在人們的社會(huì)生活中發(fā)揮著重要的、不可替代的作用。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從材料、器件、信息傳輸、信息處理、信息顯示、終端通信產(chǎn)品等多個(gè)方面為未來通。通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展展示了全新的技術(shù)，正引領(lǐng)未來通信科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是納米科技對(duì)未來的電子信息技術(shù)將產(chǎn)生十分重要的促進(jìn)作用。納米材料為光纜提供了新的技術(shù)，近來，一些廠商已開發(fā)出納米光纖涂料、納米光纖油膏、納米護(hù)套用聚乙烯（PE）及光纖護(hù)套管用納米PBT等材料。采用納米材料的光纜，利用了納米材料所具有的許多優(yōu)異性能，對(duì)光纜的抗機(jī)械沖擊性能、阻水、阻氣性都有一定的改善，并可延長(zhǎng)光纜的使用壽命，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

采用納米科技制造技術(shù)制備的量子點(diǎn)激光器能夠用于量子加密技術(shù)。目前，許多金融機(jī)構(gòu)、政府部門和一些國(guó)防項(xiàng)目承包商都采用了量子加密技術(shù)。量子保密通信通過了信息傳輸過程中的安全性，在未來10年會(huì)有比較大的發(fā)展。利用納米制造技術(shù)制造的光子晶體光纖能用于未來全新光孤子光通信系統(tǒng) 參考文獻(xiàn)：

趙玉芳，楊伯君，張茹，納米技術(shù)在光通信中的應(yīng)用[J].光通信技術(shù)，2007，2，55-56.;周治平、郜定山、汪毅等，硅基集成電子器件的新進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2007，2（44）,31-38 周治平、郜定山、汪毅等，硅基集成電子器件的新進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2007，2（44）,31-38 曾祥基.新科技革命的特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào),2000(3)周兆英，王中林，林立偉．微系統(tǒng)和納米技術(shù)．科學(xué)出版社，2007

第二篇：納米技術(shù)及其應(yīng)用論文

納米技術(shù)及其在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用

摘要：主要介紹了納米技術(shù)的內(nèi)涵、主要內(nèi)容及納米技術(shù)在微機(jī)械和包裝、食品

或總稱為微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），用于有傳動(dòng)機(jī)械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、醫(yī)療和診斷儀器等。MEMS使用的是一種類似于集成電器設(shè)計(jì)和制造的新工藝。特點(diǎn)是部件很小，蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動(dòng)機(jī)，用于超快速離心機(jī)或陀螺儀等。在研究方面還要相應(yīng)地檢測(cè)準(zhǔn)原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進(jìn)入納米尺度，但有很大的潛在科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

（3）納米生物學(xué)和納米藥物學(xué)，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間相互作用的試驗(yàn)，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)等。有了納米技術(shù)，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件使構(gòu)成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細(xì)粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。

（4）納米電子學(xué)包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光／電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當(dāng)前電子技術(shù)的趨勢(shì)要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷?！案臁笔侵疙憫?yīng)速度要快?！案洹笔侵竼蝹€(gè)器件的功耗要小。但是“更小”并非沒有限度。

3．納米技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用

3．1納米技術(shù)在微機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)應(yīng)用途徑的不斷拓寬，微機(jī)械的開發(fā)在全世界方興未艾。例如，進(jìn)入人體的醫(yī)療機(jī)械和管道自動(dòng)檢測(cè)裝置所需的微型齒輪、電機(jī)、傳感器和控制電路等。制造這些具有特定功能的納米產(chǎn)品，其技術(shù)路線可分為兩種：一是通過微加工和固態(tài)技術(shù)，不斷將產(chǎn)品微型化；二是以原子、分子為基本單元，根據(jù)人們的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)和組裝，從而構(gòu)筑成具有特定功能的產(chǎn)品。3．1．1采用微加工技術(shù)制造納米機(jī)械

（1）微細(xì)加工。日本發(fā)那科公司開發(fā)的能進(jìn)行車、銑、磨和電火花加工的多功能微型精密加工車床（FANUCROBO nano Ui 型），可實(shí)現(xiàn)5軸控制，數(shù)控系統(tǒng)最小設(shè)定單位是1nm（10－3μm）。該機(jī)床設(shè)有編碼器半閉環(huán)控制，還有激光全息式直線移動(dòng)的全閉環(huán)控制。編碼器與電機(jī)直聯(lián)，具有每周6 400萬個(gè)脈沖的分辨率，每個(gè)脈沖相當(dāng)于坐標(biāo)軸移動(dòng)0．2 nm，編碼器反饋單位為1／3 nm，故跟蹤誤差在±1／3 nm以內(nèi)。直線分辨率為1 nm，跟蹤誤差在±3 nm以內(nèi)。CNC裝置采用FANUC－16i，實(shí)現(xiàn)AInano輪廓控制。并用FANUCSERVOMOTORαi伺服電機(jī)裝上高分辨率檢測(cè)裝置及αi系列伺服放大器，實(shí)現(xiàn)了微細(xì)加工。

（2）微型機(jī)器人。在工業(yè)制造領(lǐng)域，微型機(jī)器人可以適應(yīng)精密微細(xì)操作，尤其在電子元器件的制造方面。美國(guó)邁特公司的研究人員最近設(shè)計(jì)出一種用于組裝納米制造系統(tǒng)的微型機(jī)器人，這種機(jī)器人的長(zhǎng)度約為5mm。研究人員稱，假設(shè)能利用納米制造技術(shù)使這種機(jī)器人的體積不斷縮小，其最終的體積不會(huì)超過灰塵的微粒。日本三菱公司也開發(fā)了一種微型工業(yè)機(jī)器人，該機(jī)器人采用了5節(jié)閉式連桿機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)手臂的輕量化與高剛性，其動(dòng)作速度及精度完全可以趕上專用機(jī)器人。往復(fù)上下方向25 mm，水平方向100 mm的拾取動(dòng)作，所需時(shí)間縮短到0．28 s。另外，通過采用閉式連桿機(jī)構(gòu)與高剛性減速機(jī)，實(shí)現(xiàn)了比以往機(jī)器人高10％的位置重復(fù)精度（±5 nm），可適用于精密微細(xì)操作。我國(guó)在微型機(jī)器人的研制方面也取得了可喜的成績(jī)。據(jù)媒體報(bào)道，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的機(jī)器人，其操作精度達(dá)到了納米級(jí)，可以應(yīng)用于分子生物學(xué)基因操作，能夠?qū)?xì)胞和染色體進(jìn)行“手術(shù)”，并能在微電子、精密加工等精度要求較高的領(lǐng)域一顯身手。（3）微型電機(jī)。美國(guó)俄亥俄州克利夫西

卡塞大學(xué)已建立了一所納米級(jí)微型電機(jī)實(shí)驗(yàn)室，專門研究納米技術(shù)及其超微機(jī)電系統(tǒng)。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的微型電動(dòng)機(jī)，小到只能在顯微鏡下才能看得見。德國(guó)汽車零件制造商博士公司正在研制納米技術(shù)傳感器，這種傳感器將為人們提供關(guān)于汽車上每個(gè)零部件在三維空間中運(yùn)動(dòng)的精確信息。當(dāng)微型傳感器探測(cè)到速度驟減時(shí)，就會(huì)自動(dòng)釋放安全氣囊。3．1．2采用自組裝技術(shù)制造納米機(jī)械

（1）生物器件。以分子自組裝為基礎(chǔ)制造的生物分子器件是一種完全拋棄以硅半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的電子器件。將一種蛋白質(zhì)選作生物芯片，利用蛋白質(zhì)可制成各種生物分子器件，如開關(guān)器件、邏輯電路、存儲(chǔ)器、傳感器以及蛋白質(zhì)集成電路等。美國(guó)密歇根韋思大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物分子信息小組，利用細(xì)菌視紫紅質(zhì)（簡(jiǎn)稱BR蛋白質(zhì)）和發(fā)光染料分子研制具有電子功能的蛋白質(zhì)分子集成膜，這是一種可使分子周圍的勢(shì)場(chǎng)得到控制的新型邏輯元件。美國(guó)錫拉丘茲大學(xué)也利用BR蛋白質(zhì)研制模擬人腦聯(lián)想能力的中心網(wǎng)絡(luò)和聯(lián)想式存儲(chǔ)裝置。

（2）納米分子電動(dòng)機(jī)。美國(guó)IBM公司瑞士蘇黎士實(shí)驗(yàn)室與瑞士巴塞爾大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)DNA能夠被用來彎曲直徑不及頭發(fā)絲的五十分之一的硅原子構(gòu)成的“懸臂”。上下彎曲，頂端則粘有單股DNA鏈。DNA自然形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，雙鏈被分開后，它們會(huì)力圖重新組合。當(dāng)研究人員將帶有單股DNA鏈的“懸臂”置于含有與之對(duì)應(yīng)的單股DNA鏈的溶液中，這兩個(gè)鏈就會(huì)自動(dòng)配對(duì)結(jié)合在一起，小“懸臂”在這種力的作用下開始彎曲。研究人員利用這種生物力學(xué)技術(shù)制造帶有納米級(jí)閥門的微型膠囊（納米分子電動(dòng)機(jī)）。通過控制這種驅(qū)動(dòng)力來控制閥門的開合，可以將精確劑量的藥物傳送到身體的需要部位來達(dá)到治療的目的。3．2納米技術(shù)在包裝機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

采用納米材科技術(shù)對(duì)包裝機(jī)關(guān)鍵零部件（如軸承、齒輪、彈簧等）進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高設(shè)備的耐磨性、硬度和壽命。碳納米管還具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較高的熱導(dǎo)率。由于具有非常大的長(zhǎng)度—直徑比，可以制造出任何復(fù)雜形狀的零件，是復(fù)合材料理想的增強(qiáng)纖維。目前，用價(jià)格低廉的納米塑料制成的齒輪、陶瓷軸承、納米陶瓷蚊輥、電雕輥等印刷包裝機(jī)械零件已 走進(jìn)企業(yè)，開始代替金屬材料?，F(xiàn)代膠印機(jī)上應(yīng)用著很多傳感器．如控制飛達(dá)紙堆的自動(dòng)升降、氣泵供氣時(shí)間檢測(cè)、合壓時(shí)間檢測(cè)、空張檢測(cè)、墨量控制等。納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強(qiáng)度及較強(qiáng)的韌性可用于制造刀具、包裝和食品機(jī)械的密封環(huán)、軸承等以提高其耐磨性和耐蝕性，也可用于制作輸送機(jī)械和沸騰干燥床關(guān)健部件的表面涂層。3．3納米技術(shù)在食品機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用

納米SiC、Si3N4在較寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)紅外線有較強(qiáng)的吸收作用，可用作紅外吸波和透波材料，做成功能性薄膜或纖維。納米Si3N4非晶塊具有從黃光到近紅外光的選擇性吸收，也可用于特殊窗口材料，以納米SiO2做成的光纖對(duì)600 nm以上波長(zhǎng)光的傳輸損耗小于10 dB／km，以納米SiO2和納米TiO2制成的微米級(jí)厚的多層干涉膜，透光性好而反射紅外線能力強(qiáng)，與傳統(tǒng)的鹵素?zé)粝啾?，可?jié)省15％的電能。經(jīng)研究證明，將30～40 nm的TiO2分散到樹脂中制成薄膜，成為對(duì)400 nm波長(zhǎng)以下的光有強(qiáng)烈吸收能力的紫外線吸收材料，可作為食品殺菌袋和保鮮袋最佳原料。納米SiO2光催化降解有機(jī)物水處理技術(shù)無二次污染，除凈度高，其優(yōu)點(diǎn)是：①具有很大的比表面積，可將有機(jī)物最大限度地吸附在其表面；②具有更強(qiáng)的紫外線吸收能力，因而具有更強(qiáng)的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機(jī)物分解掉。這為污水處理量較大的食品企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持。介孔固體和介孔復(fù)合體是近年來納米材料科學(xué)領(lǐng)域較引人注目的研究對(duì)象，由于這種材料較高的孔隙率（孔洞尺寸為2～50 nm）和較高的比表面，因而在吸附、過濾和催化等方面有良好的應(yīng)用前景。對(duì)純凈水、軟飲料等膜過濾和殺菌設(shè)備又提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展空間。橡膠和塑料是包裝和食品機(jī)械應(yīng)用較多的原材料。但通常的橡膠是靠加入炭黑來提高其強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，制品為黑色，不適宜用在食品機(jī)械上。納米材料的問世使這一問題迎刃而解。新的納米改性橡膠各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果優(yōu)異。普通塑料產(chǎn)量大、應(yīng)用廣、價(jià)格低，但性能遜于工程塑料，而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價(jià)格高，限制了它在包裝和食品機(jī)械上的大范圍應(yīng)用。用納米材料對(duì)普通塑料聚丙烯進(jìn)行改性，達(dá)到工程塑料尼龍－6的性能指標(biāo)，且工藝性能好、成本低，可大量采用。

4．納米技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的發(fā)展前景

（1）機(jī)械及汽車工業(yè)的滑配原件如：軸承、滑軌上應(yīng)用納米陶瓷鍍膜能產(chǎn)生超底的磨擦界面，大大減低磨損并能提高負(fù)載。（2）塑膠流道的低粘應(yīng)用：例如T型模、拉絲模、套筒和熱膠道，可有效減少積料碳化的產(chǎn)生幾率。（3）射出成型時(shí)發(fā)生的粘模、包封短射、鏡面霧化及拖痕均具有革命性的改善，尤其是在滑塊及頂針上所展現(xiàn)的干式潤(rùn)滑，更是任何金屬所無法表現(xiàn)的優(yōu)異性。（4）IC封裝膠、橡膠及發(fā)泡塑料由于具有極高的粘著性，因此必須借助大量脫模劑來幫助脫模，納米陶瓷的荷葉效應(yīng)可減少脫模劑的使用及模具清理時(shí)間。

（5）納米陶瓷的低摩擦、低沾粘特性使塑膠在模具內(nèi)的流動(dòng)大幅提升，特別是高精度模具例如薄光板、塑膠鏡片、汽車聚光燈罩等模具應(yīng)用后對(duì)產(chǎn)品的不良率上均有明顯的改善。

5．結(jié)語

綜上所述，納米技術(shù)是近十多年來逐步發(fā)展起來的一門前沿性與綜合性交叉的新學(xué)科，是現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它的迅猛發(fā)展將引發(fā)21世紀(jì)新的工業(yè)革命。美國(guó)商業(yè)通訊公司研究報(bào)告稱，未五年，用于橡膠產(chǎn)品和油墨生產(chǎn)的碳黑填充料將繼續(xù)高居納米材料需求榜首。今后幾年，全球納米材料的需求將以2．7％年增長(zhǎng)速度增長(zhǎng)，到2010年將達(dá)到1 030萬t，所以納米包裝具有較大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿?。過去，我國(guó)機(jī)械包裝工業(yè)的一些先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)技術(shù)，大多是依靠進(jìn)口。納米技術(shù)的出現(xiàn)，將對(duì)我國(guó)機(jī)械包裝行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新帶來新的發(fā)展機(jī)遇。相信在不遠(yuǎn)的將來，納米技術(shù)將廣泛應(yīng)用于機(jī)械工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，它給機(jī)械業(yè)帶來的變化將是巨大的。參考文獻(xiàn)

1向春禮．納米科技及其發(fā)展前景［J］．新材料產(chǎn)業(yè)，2001（4）2王新林．金屬功能材料的幾個(gè)最新發(fā)展動(dòng)向［J］．新材料產(chǎn)業(yè)，2001（4）3唐蘇亞．納米技術(shù)在微機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］．微電機(jī)，2002 4萬乃建．21世紀(jì)數(shù)控技術(shù)新面貌［J］．機(jī)械制造，2001（20）

第三篇：納米材料與納米技術(shù)論文

納米材料與納米技術(shù)

學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院

專業(yè)年級(jí)： 2015級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)生姓名：梁建業(yè) 學(xué)號(hào)：3115001473

4班 摘要：納米技術(shù)是當(dāng)今世界最有前途的決定性技術(shù)。文章簡(jiǎn)要了解納米材料和納米技術(shù)，介紹它的一些相關(guān)的應(yīng)用及其在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀，并嘗試預(yù)測(cè)它的發(fā)展趨勢(shì)。與此同時(shí)，也共同探討下其存在的問題。首先，讓我們來簡(jiǎn)單地了解下納米材料和納米技術(shù)吧！一． 什么是納米材料？

納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，1nm=10ˉ9m。納米材料是指在結(jié)構(gòu)上具有納米尺度調(diào)制特征的材料，納米尺度一般是指1~100nm。當(dāng)一種材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)入納米尺度特征范圍時(shí)，其某個(gè)或某些性能會(huì)發(fā)生明顯的變化。納米尺度和性能的特異變化是納米材料必須同時(shí)具備的兩個(gè)基本特征。

按材質(zhì)，納米材料可分為納米金屬材料、納米非金屬材料、納米高分子材料和納米復(fù)合材料。其中納米非金屬材料又可細(xì)分為納米陶瓷材料、納米氧化物材料和其他非金屬納米材料。

按納米尺度在空間的表達(dá)特征，納米材料可分為零維納米材料即納米顆粒材料、一維納米材料（如納米線、棒、絲、管和纖維等）、二維納米材料（如納米膜、納米盤和超晶格等）、納米結(jié)構(gòu)材料即納米空間材料（如介孔材料。

按形態(tài)，納米材料可分為納米顆粒材料、納米固體材料（也稱納米塊體材料）、納米膜材料以及納米液體材料（如磁性液體納米材料和納米溶膠等）。

按功能，納米材料可分為納米生物材料、納米磁性材料、納米藥物材料、納米催化材料、納米智能材料、納米吸波材料、納米熱敏材料以及納米環(huán)保材料等）。

二．什么是納米技術(shù)？

納米技術(shù)（nanotechnology）是指在0.1~100nm空間尺度上操縱原子和分子，對(duì)材料進(jìn)行加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品或?qū)ξ镔|(zhì)及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的一門綜合性的高新技術(shù)學(xué)科。其實(shí)通俗的講就是“use little things to finish the big work”。我們?cè)诜肿釉舆@樣的微小尺度上加工材料，得到一些新型的功能性的高科技產(chǎn)品，他們往往具有相比于一般材料更優(yōu)良的性能，具有很高的實(shí)用價(jià)值和研究?jī)r(jià)值。而將納米應(yīng)用到測(cè)量等方面，又可以達(dá)到高精度的效果，比如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子顯微鏡(AFM)的發(fā)明等。另外還有：納米物理學(xué)、納米生物學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工技術(shù)和納米計(jì)量學(xué)等方面的應(yīng)用。

三． 納米技術(shù)的特異性質(zhì)及其相關(guān)的應(yīng)用。

1.納米技術(shù)的具有的個(gè)性效應(yīng)。

小尺寸效應(yīng)是指：隨著顆粒尺寸的不斷減小，當(dāng)進(jìn)入納米量級(jí)的時(shí)候，顆粒的光、聲、電磁和熱力學(xué)等物理性質(zhì)將發(fā)生根本性變化的一類現(xiàn)象。比如磁性的納米顆粒的矯頑力異常之高，而且其有很多應(yīng)用，磁性車票、磁性鑰匙、磁性信用卡等都是應(yīng)用這一性質(zhì)；又如納米二氧化鈦陶瓷一改傳統(tǒng)陶瓷在室溫下可彎曲，塑性形變可達(dá)到100%，這就克服了傳統(tǒng)陶瓷性非常脆的弱點(diǎn)。

量子尺寸效應(yīng)是指：隨著顆粒的尺寸進(jìn)入納米量級(jí)，電子能級(jí)也隨之從連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的，也就是量子化的了，而且能級(jí)間距也發(fā)生了分裂。這時(shí)納米微粒的磁、光、聲、熱、電等性能有了根本性的轉(zhuǎn)變，例如實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，納米銀是絕緣體。表面效應(yīng)是指：伴隨著顆粒尺寸的不斷減小，顆粒總的表面積大幅度變大，表面原子數(shù)急劇上升，與此同時(shí)，納米材料的表面能也急劇變大，這種現(xiàn)象稱之為表面效應(yīng)。由于表面原子活化能大，所以它們具有非常高的活性，很不穩(wěn)定，就更容易與其他物質(zhì)結(jié)合。我們熟悉的現(xiàn)象：納米金屬微粒在空氣中就能夠燃燒。

宏觀量子隧道效應(yīng)是指：一些宏觀量，例如量子相干器件中的磁通量、納米顆粒的電導(dǎo)率、超微顆粒的磁化強(qiáng)度等也具有隧道效應(yīng)的現(xiàn)象。

2.納米技術(shù)的特殊性質(zhì)。

（一）力學(xué)性質(zhì)

高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。納米材料的位錯(cuò)密度很低，位錯(cuò)滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯(cuò)圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯(cuò)塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納米材料中位錯(cuò)滑移和增殖不會(huì)發(fā)生，這就是納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年歷史，由于金屬陶瓷的混合燒結(jié)和晶粒粗大的原因其力學(xué)強(qiáng)度一直難以有大的提高。應(yīng)用納米技術(shù)制成超細(xì)或納米晶粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅提高，使其在難以加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng)用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。

（二）磁學(xué)性質(zhì)

當(dāng)代計(jì)算機(jī)硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應(yīng)法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應(yīng)為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應(yīng)高達(dá)50%，可以用于信息存儲(chǔ)的磁電阻讀出磁頭，具有相當(dāng)高的靈敏度和低噪音。目前巨磁電阻效應(yīng)的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時(shí)納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場(chǎng)間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用作新型的磁傳感材料。高分子復(fù)合納米材料對(duì)可見光具有良好的透射率，對(duì)可見光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對(duì)紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低3個(gè)數(shù)量級(jí)，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個(gè)數(shù)量級(jí)，從而在光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。

（三）電學(xué)性質(zhì)

由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。2001年用碳納米管制成的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。并根據(jù)低溫下碳納米管的三極管放大特性，成功研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研究的深入進(jìn)展，已經(jīng)成功研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

（四）熱學(xué)性質(zhì)

納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對(duì)太陽光有強(qiáng)烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉(zhuǎn)換為熱能。

（五）光學(xué)性質(zhì)

納米粒子的粒徑遠(yuǎn)小于光波波長(zhǎng)。與入射光有交互作用，光透性可以通過控制粒徑和氣孔率而加以精確控制，在光感應(yīng)和光過濾中應(yīng)用廣泛。由于量子尺寸效應(yīng)，納米半導(dǎo)體微粒的吸收光譜一般存在藍(lán)移現(xiàn)象，其光吸收率很大，所以可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。

（六）生物醫(yī)藥材料應(yīng)用

納米粒子比紅血細(xì)胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由運(yùn)動(dòng)，如果利用納米粒子研制成機(jī)器人，注入人體血管內(nèi)，就可以對(duì)人體進(jìn)行全身健康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。在醫(yī)藥方面，可在納米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的輸運(yùn)更加方便。

納米材料和納米技術(shù)的現(xiàn)狀： 一．國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀：

與國(guó)外相比,由于我們自身的某些特殊原因,國(guó)內(nèi)對(duì)納米材料的研究起步晚,確切的應(yīng)該是20世紀(jì)80年代,到現(xiàn)在僅僅三十來年的時(shí)間,但在納米材料其特異性能的誘惑下，在以中科院為龍頭的引導(dǎo)下，我國(guó)對(duì)納米材料的研究一直保持高速發(fā)展，并取得很多重大成果，使我國(guó)對(duì)納米材料的研究在總體水平上達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，當(dāng)然這些成就的取得得益于國(guó)家對(duì)納米高端技術(shù)的高度重視，近年來納米材料已經(jīng)成為社會(huì)熱點(diǎn)話題，納米材料的應(yīng)用研究正如火如荼地進(jìn)行，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重的新局面。由于我國(guó)納米材料研究方面已經(jīng)取得的驕人成果，使我們的研究情況在國(guó)際上都占有一定的地位。目前，我國(guó)納米材料研究資助項(xiàng)目，主要以金屬和無機(jī)非金屬材料主，占80%左右，高分子和化學(xué)合成材料是另一個(gè)重要方向，都有所突破。而納米結(jié)構(gòu)材料研究集中在納米晶、納米粉、納米薄膜、納米材料、納米材料改性、增強(qiáng)增韌、納米結(jié)構(gòu)和納米特性研究;納米功能材料的重點(diǎn)領(lǐng)域?yàn)榧{米信息材料、納米環(huán)境材料、納米傳感材料、熱電光磁環(huán)境下的特性研究。信息領(lǐng)域包括納米信息材料、納米電子學(xué)、納米器件等，是材料、物理、信息相互交叉、促進(jìn)的領(lǐng)域。生命領(lǐng)域主要集中資助生物材料及應(yīng)用，如生物納米傳感、檢測(cè)等。礦物和巖土介質(zhì)中納米顆粒的分布和形成機(jī)理及應(yīng)用研究則是地球科學(xué)的主要內(nèi)容。

二．國(guó)外的研究現(xiàn)狀：

科學(xué)家很早就預(yù)言納米技術(shù)將在21世紀(jì)科技舞臺(tái)上扮演重要的角色。日本通產(chǎn)省政府與1990年做出資助兩項(xiàng)十年計(jì)劃的重要決定，分別是量子裝置計(jì)劃和關(guān)于原子技術(shù)的計(jì)劃，因此日本也就成為了世界上大規(guī)模大投入研究納米技術(shù)的先導(dǎo)國(guó)。日本的公司和研究所主要集中研究材料的加工和制造，包括先進(jìn)的醫(yī)療診斷器械和微電子應(yīng)用方面。納米技術(shù)廣泛而細(xì)致，包括如納米顆粒的合成、加工，以及具有納米結(jié)構(gòu)的材料的制造等。目前，從總體實(shí)力上客觀評(píng)價(jià)，在納米材料合成和組裝研究方面美國(guó)處于領(lǐng)先地位，歐洲和日本緊隨其后；在生物方法以及其實(shí)際應(yīng)用方面，美國(guó)和歐洲又要強(qiáng)一點(diǎn)，日本稍遜一點(diǎn)點(diǎn)；納米分散和涂層方面美國(guó)與歐洲相近，日本的研究較晚一些，但日本在納米裝置領(lǐng)域和固體材料方面相當(dāng)強(qiáng)悍，比美國(guó)、歐洲都先進(jìn)。發(fā)展趨勢(shì)

一．納米材料的發(fā)展趨勢(shì)

(1)納米尺度。通過精確地控制尺寸和成分來合成材料單元,制備更輕更強(qiáng)的材料,并具有壽命長(zhǎng)、維修費(fèi)用低等特點(diǎn);以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的生物材料和仿生材料;由于納米技術(shù)能使物質(zhì)的物理、化學(xué)性能發(fā)生根本的改變,如納米陶瓷硬如鋼鐵,而納米鋼卻能像橡膠那樣富有彈性等。所以,納米技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)材料技術(shù)的發(fā)展方向。(2)航天和航空。這方面的研究主要包括:研制低能耗、抗輻射、高性能計(jì)算機(jī);微型航天器用納米集成的測(cè)試、控制儀器和電子設(shè)備;抗熱脹、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料。(3)國(guó)家安全。通過納米電子器件在信息控制中的應(yīng)用,使軍隊(duì)在預(yù)警、導(dǎo)彈攔截等領(lǐng)域快速反應(yīng);用納米機(jī)械設(shè)備控制,國(guó)家核防衛(wèi)系統(tǒng)的性能將大大提高;通過納米材料的應(yīng)用,可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性有很大提高,可用于艦船、潛艇和戰(zhàn)斗機(jī)等。二．納米技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)(1)微電子和計(jì)算機(jī)。納米結(jié)構(gòu)的微處理器的效率將提高100萬倍,并實(shí)現(xiàn)兆兆比特的存儲(chǔ)器(提高1000倍);研制集成納米傳感器系統(tǒng)。(2)環(huán)境和能源。發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù),減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境;制備孔徑1nm的納孔材料作為催化劑的載體,用以消除水和空氣中的污染;成倍提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

(3)醫(yī)學(xué)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更方便,將來用納米結(jié)構(gòu)“組裝”一種尋找病毒的藥物進(jìn)入人體后,可對(duì)艾滋病、癌癥、病毒性感冒等進(jìn)行治療;在人工器官外涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排斥反應(yīng);研究與人體友好的人工組織、器官復(fù)明和復(fù)聰器件等。

(4)生物。在納米尺度上按照預(yù)定的對(duì)稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖核酸等,在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能,生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料;動(dòng)植物的基因改善和治療,測(cè)定DNA的基因芯片等。存在的問題： 一．社會(huì)危害

納米材料（包含有納米顆粒的材料）本身的存在并不是一種危害。只有它的一些方面具有危害性，特別是他們的移動(dòng)性和增強(qiáng)的反應(yīng)性。只有某些納米粒子的某些方面對(duì)生物或環(huán)境有害，我們才面臨一個(gè)真的危害。二．健康問題

納米顆粒進(jìn)入人體有四種途徑：吸入，吞咽，從皮膚吸收或在醫(yī)療過程中被有意的注入（或由植入體釋放）。一旦進(jìn)入人體，它們具有高度的可移動(dòng)性。在一些個(gè)例中，它們甚至能穿越血腦屏障。

納米粒子在器官中的行為仍然是需要研究的一個(gè)大課題。基本上，納米顆粒的行為取決于它們的大小，形狀和同周圍組織的相互作用活動(dòng)性。它們可能引起噬菌細(xì)胞（吞咽并消滅外來物質(zhì)的細(xì)胞）的“過載”，從而引發(fā)防御性的發(fā)燒和降低機(jī)體免疫力。它們可能因?yàn)闊o法降解或降解緩慢，而在器官里集聚。還有一個(gè)顧慮是它們同人體中一些生物過程發(fā)生反應(yīng)的潛在危險(xiǎn)。由于極大的表面積，暴露在組織和液體中的納米粒子會(huì)立即吸附他們遇到的大分子。這樣會(huì)影響到例如酶和其他蛋白的調(diào)整機(jī)制。三．環(huán)境問題

主要擔(dān)心納米顆?？赡軙?huì)造成未知的危害。四．社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)

納米技術(shù)的使用也存在社會(huì)學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。在儀器的層面，也包括在軍事領(lǐng)域使用納米技術(shù)的可能性。（例如，在MIT士兵納米技術(shù)研究所[1]研究的裝備士兵的植入體或其他手段，同時(shí)還有通過納米探測(cè)器增強(qiáng)的監(jiān)視手段。

盡管到目前為止，納米材料與納米技術(shù)仍然是個(gè)飽受爭(zhēng)議的話題，對(duì)人類的危害還是個(gè)未知數(shù)，但隨著科技的發(fā)展,我相信這些問題都將會(huì)被妥善解決。納米的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤卣?將會(huì)產(chǎn)生革命性的變革。預(yù)計(jì)不久的將來,納米科技將深入到各行各業(yè)乃至千家萬戶,并將成為今后二三十年科技發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)。

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第四篇：納米技術(shù)論文

納米“武裝”的交通環(huán)境

交通運(yùn)輸學(xué)院

肖昊瑋

Cover letter 當(dāng)新興的納米技術(shù)碰到棘手的交通環(huán)保問題，會(huì)擦出怎樣不同的火花，會(huì)激發(fā)出什么獨(dú)具創(chuàng)意的解決靈感？本文將為您一一呈現(xiàn)。摘要

目前環(huán)境問題是全球熱點(diǎn)，交通污染問題也引起了越來越多的關(guān)注，為了交通在服務(wù)人們出行的同時(shí)，更好的保護(hù)好我們的環(huán)境，人們已做出很多方面的努力與探索。而隨著納米技術(shù)的興起，人們開始考慮將納米技術(shù)應(yīng)用于交通領(lǐng)域，來改善目前的交通環(huán)境問題。本文通過對(duì)納米技術(shù)的理論性分析，即通過納米技術(shù)應(yīng)用前后的參數(shù)分析，進(jìn)而論述其運(yùn)用在交通領(lǐng)域上的可行性，以及對(duì)現(xiàn)有的應(yīng)用于交通廢氣處理、噪音處理及污水處理等方面的納米技術(shù)進(jìn)行研究與探討，來闡明納米技術(shù)的的確確在交通環(huán)保方面具有其特有的優(yōu)勢(shì)，納米環(huán)保值得推而廣之，讓交通更好的服務(wù)我們的生活。背景與意義

納米，這個(gè)曾經(jīng)轟動(dòng)一時(shí)的新興詞匯，這個(gè)曾經(jīng)讓世人感到好奇的計(jì)量單位，現(xiàn)如今正在以其特有的科學(xué)魅力，一步步地改變著我們的世界。當(dāng)下正是科技水平飛速發(fā)展、日新月異的時(shí)代，隨之而來的交通環(huán)境問題是亟待解決的，交通工具為我們出行提供便利的同時(shí)帶來的尾氣成為了清新空氣的“最大殺手”，其此起彼伏的鳴笛

聲帶來的噪音污染也讓我們的耳朵備受煎熬，輪渡在客運(yùn)貨運(yùn)方面做出諸多貢獻(xiàn)的同時(shí)，也帶來了水污染這樣令人頭疼的問題。隨著納米技術(shù)的悄然崛起，納米環(huán)保也會(huì)迅速來臨?？茖W(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米技術(shù)的日臻完善和成熟，將納米技術(shù)愈發(fā)廣泛地應(yīng)用于交通領(lǐng)域，會(huì)對(duì)我們的交通生活的改善作用日益凸顯出來。而且，納米技術(shù)拓展了人類利用資源和保護(hù)環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。理論基礎(chǔ)

空氣凈化方面：目前大部分交通工具（如汽車、火車、飛機(jī)等）仍以化石燃料為主要能量來源，然而化石燃料卻存在明顯的污染特質(zhì)——不易充分燃燒，從容造成空氣的污染以及能源的浪費(fèi)。環(huán)境保護(hù)和能源高效利用是可持續(xù)發(fā)展的主旋律，就燃油來說，尋找提高燃油燃燒效率和降低廢氣排放的途徑便成了當(dāng)務(wù)之急。而一般的化學(xué)清洗類添加劑（清凈劑）加入燃油中的主要作用是防止化油器或噴嘴附著沉積物（膠質(zhì)），對(duì)除去已沉積在燃燒室和油路中的沉積物也有一定作用，但其作用僅僅是維持了發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作點(diǎn)，沒有從根本上解決燃燒、排放和積碳的問題。這類添加劑降低尾氣排放的效果并明顯。要提高燃油燃燒的效率，必須提高燃油的霧化程度，也就是增大其比表面積。而納米燃油添加劑正是通過這樣的過程讓燃油二次霧化，上萬倍地提高了燃油的物理活性。有資料表明，運(yùn)用納米技術(shù)還可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％。在燃煤中加入的納米級(jí)助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產(chǎn)生。納米級(jí)催化劑用于汽車尾氣催化，有極強(qiáng)的氧化還原性能，使汽油燃燒時(shí)不再產(chǎn)生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進(jìn)行尾氣凈化處理。另外我們知道，氫能是新的清潔能源，但儲(chǔ)存等方面的問題制約著氫能的開發(fā)利用，已有的稀土由于儲(chǔ)氫量少，應(yīng)用受到很大的限制。如能研制成功一種合成的高質(zhì)量碳納米材料，則能儲(chǔ)存和凝聚大量的氫氣，并可以做成燃料電池驅(qū)動(dòng)汽車，可有效避免因機(jī)動(dòng)車尾氣排放所造成的大氣污染。

噪音控制方面：經(jīng)檢測(cè)，飛機(jī)、車輛、船舶等主機(jī)工作時(shí)的噪聲可達(dá)到上百分貝，容易對(duì)人造成干擾和危害。當(dāng)機(jī)器設(shè)備等被納米技術(shù)微型化以后，其互相撞擊、摩擦產(chǎn)生的交變機(jī)械作用力將大為減少，噪聲污染便被得到有效控制。

污水純凈化方面：水運(yùn)交通是客貨運(yùn)的主力軍，而航道是水運(yùn)交通體系中最為重要的一環(huán)，其暢通與否直接關(guān)系到水運(yùn)是否順利進(jìn)行?？赡壳昂舆\(yùn)航道均或多或少遭受到了污染，其污染物大部分是生活垃圾，有的河段中還遭受到農(nóng)藥等化學(xué)制劑的污染，而海航航道則會(huì)時(shí)常由于原油泄漏而造成大面積水域污染。這些污水問題的處理就顯得迫在眉睫。新型的納米級(jí)凈水劑具有很強(qiáng)的吸附能力，它是普通凈水劑的10～20倍，可將污水中的懸浮物和鐵銹、異味等污染物除去，通過納米孔徑的過濾裝置，還能把水中的細(xì)菌、病毒去除。因細(xì)茵、病毒的直徑比納米大而被過濾掉，可水分子以及比水分子還要小的礦物質(zhì)元素卻被保留下來，經(jīng)過納米凈化后的水體清澈，沒有異味，成為高質(zhì)量的純凈水，甚至完全可以飲用。

應(yīng)用舉例

空氣凈化方面：目前研制出來并已應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域的EPS納米節(jié)能燃料裝置，就是利用的納米技術(shù)將汽油分子分割成納米為單位的質(zhì)子保證充分燃燒，這樣應(yīng)用的結(jié)果是，氣體燃燒完全有助于動(dòng)力提升，節(jié)約能源。

噪音控制方面：目前研制開發(fā)出來的納米技術(shù)潤(rùn)滑劑，既能在物體表面形成半永久性的固態(tài)膜，產(chǎn)生極好的潤(rùn)滑作用，得以大大降低機(jī)器設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲，又能延長(zhǎng)它的使用壽命。另外，近年來有關(guān)工頻電磁場(chǎng)對(duì)人體健康的影響問題已眾所周知，可現(xiàn)在我們?cè)僖膊挥脼榉离姶泡椛涠鴵?dān)憂。在強(qiáng)烈輻射區(qū)工作并需要電磁屏蔽時(shí)，可以在墻內(nèi)加入納米材料層，或者涂上納米涂料，能大大提高遮擋電磁波輻射性能。

污水純凈化方面：納米二氧化鈦就是目前運(yùn)用最為廣泛的一種污水處理制劑，其催化、降解、吸附的能力都十分突出，還具有極強(qiáng)的殺菌作用和絮凝能力，能有效地保障河運(yùn)航道無垃圾、泥沙堵塞的情況發(fā)生，以及保證海運(yùn)航道的原油污染得到最快最及時(shí)的處理，從而是水路運(yùn)輸更加安全環(huán)保。結(jié)論

被稱之為21世紀(jì)前沿科學(xué)的納米技術(shù)在交通環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，甚至?xí)淖內(nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)環(huán)保觀念，利用納米技術(shù)解決交通污染問題將成為未來交通環(huán)境保護(hù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。雖然本文

講述的都是納米技術(shù)對(duì)交通環(huán)境改善方面一些小應(yīng)用，但納米技術(shù)做出的貢獻(xiàn)，其影響可是極其深遠(yuǎn)的。相信被納米“武裝”了的交通環(huán)境會(huì)變得越來越美，而未來納米技術(shù)對(duì)我們生活的貢獻(xiàn)也必將是無止境的。參考文獻(xiàn)

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第五篇：納米技術(shù)論文

納米材料的應(yīng)用及未來小望

（北京交通大學(xué) 軟件學(xué)院 軟件工程 15301111 張子開）由于納米微粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等使得它們?cè)诖?、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、高致密度材料的燒結(jié)、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應(yīng)用前景。8.1陶瓷增韌

陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料有很好的韌性。因?yàn)榧{米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與延展性。8.2磁性材料方面的應(yīng)用

磁性金屬和合金一般都有磁電阻現(xiàn)象，所謂磁電阻是指在一定磁場(chǎng)下電阻改變的現(xiàn)象，人們把這種現(xiàn)象稱為磁電阻。所謂巨磁阻就是指在一定的磁場(chǎng)下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值約高10余倍。巨磁電阻效應(yīng)是近10年來發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象。磁性液體的主要特點(diǎn)是在磁場(chǎng)作用下可以被磁化，可以在磁場(chǎng)作用下運(yùn)動(dòng)，但同時(shí)它又是液體，具有液體的流動(dòng)性。在靜磁場(chǎng)作用下，磁性顆粒將沿著外磁場(chǎng)方向形成一定有序排列的團(tuán)鏈簇，從而使得液體變?yōu)楦飨虍愋缘慕橘|(zhì)。當(dāng)光波、聲波在其中傳播時(shí)（如同在各向異性的晶體中傳播一樣），會(huì)產(chǎn)生光的法拉第旋轉(zhuǎn)、雙折射效應(yīng)、二向色性以及超聲波傳播速度與衰減的各向異性。此外，磁性液體在靜磁場(chǎng)作用下，介電性質(zhì)亦會(huì)呈現(xiàn)各向異性。這些有別于通常液體的奇異性質(zhì)，為若干新穎的磁性器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。納米微晶軟磁材料目前沿著高頻、多功能方向發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒈榧败洿挪牧蠎?yīng)用的各方面，如功率變壓器、脈沖變壓器、高頻高壓器、可飽和電抗器、互感器、磁屏蔽、磁頭、磁開關(guān)、傳感器等，它將成為鐵氧體的有力競(jìng)爭(zhēng)者。新近發(fā)現(xiàn)的納米微晶軟磁材料在高頻場(chǎng)中具有巨磁阻抗效應(yīng)，又為它作為磁敏感元件的應(yīng)用增添了多彩的一筆。研制納米復(fù)合稀土永磁材料，通常軟磁材料的飽和磁化強(qiáng)度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向異性又遠(yuǎn)高于軟磁材料，如將軟磁相與永磁相在納米尺度范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就有可能獲得兼?zhèn)涓唢柡痛呕瘡?qiáng)度、高矯頑力的新型永磁材料。微磁學(xué)理論表明，稀土永磁相的晶粒尺寸只有低于20 nm時(shí)，通過交換糯合才有可能增大剩磁值。

8.3納米材料在催化領(lǐng)域的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～18倍。

8.4在漿料方面的應(yīng)用 納米材料用作導(dǎo)電漿料，導(dǎo)電漿料是電子工業(yè)的原材料，由于納米材料可使塊體材料的熔點(diǎn)大大降低，因此用超銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以在低溫下燒結(jié)，此時(shí)基片可以不用耐高溫陶瓷，甚至可采用塑料等低溫材料。8.5在精細(xì)化工方面的應(yīng)用

精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。

9納米材料的應(yīng)用前景

納米材料的應(yīng)用前景是十分廣闊的，如：納米電子器件，醫(yī)學(xué)和健康，航天、航空和空間探索，環(huán)境、資源和能量，生物技術(shù)等。我們知道基因DNA具有雙螺旋結(jié)構(gòu)，這種雙螺旋結(jié)構(gòu)的直徑約為幾十納米。用合成的晶粒尺寸僅為幾納米的發(fā)光半導(dǎo)體晶粒，選擇性的吸附或作用在不同的堿基對(duì)上，可以“照亮”DNA的結(jié)構(gòu)，有點(diǎn)像黑暗中掛滿了燈籠的寶塔，借助與發(fā)光的“燈籠”，我們不僅可以識(shí)別燈塔的外型，還可識(shí)別燈塔的結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)而言之，這些納米晶粒，在DNA分子上貼上了標(biāo)簽。目前，我們應(yīng)當(dāng)避免納米的庸俗化。盡管有科學(xué)工作者一直在研究納米材料的應(yīng)用問題，但很多技術(shù)仍難以直接造福于人類?，F(xiàn)階段納米材料的應(yīng)用主要集中在納米粉體方面，屬于納米材料的起步階段，應(yīng)該指出這不過是納米材料應(yīng)用的初級(jí)階段，可以說這并不是納米材料的核心，更不能將“納米粉體的應(yīng)用”等同與納米材料。

10小結(jié)

納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21世紀(jì)是納米技術(shù)的時(shí)代，國(guó)家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“21世紀(jì)最重要、最前沿的科學(xué)”。納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。21世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，設(shè)計(jì)出各種新型的材料和器件。通過納米材料科學(xué)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)及資料

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