第一篇：納米論文

學(xué)院：電子信息工程學(xué)院學(xué)號：姓名：徐通

20101693

納米材料的應(yīng)用

【摘 要】納米技術(shù)是當(dāng)今世界最有前途的決定性技術(shù)。文章簡要地概述了納米材料在力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和生命科學(xué)等方面的主要應(yīng)用，并簡單展望了納米材料的應(yīng)用前景?！娟P(guān)鍵詞】納米材料；納米技術(shù)；應(yīng)用

有人曾經(jīng)預(yù)測在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。世界各國相繼投入巨資進(jìn)行研究，美國從2000年啟動了國家納米計劃，國際納米結(jié)構(gòu)材料會議自1992年以來每兩年召開一次，與納米技術(shù)有關(guān)的國際期刊也很多。

一、納米材料的特殊性質(zhì)

納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，導(dǎo)致了高擴(kuò)散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)、燒結(jié)溫度降低、化學(xué)活性增大、耐腐蝕性增強(qiáng)。因此納米材料所表現(xiàn)的力、熱、聲、光、電磁等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時表現(xiàn)出的性質(zhì)。與傳統(tǒng)晶體材料相比，納米材料具有高強(qiáng)度——硬度、高擴(kuò)散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數(shù)、低熱導(dǎo)率、強(qiáng)軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學(xué)性能環(huán)境、光熱吸收、非線性光學(xué)、磁記錄、特殊導(dǎo)體、分子篩、超微復(fù)合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結(jié)助劑、潤滑劑等領(lǐng)域。

（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。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發(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，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。同時納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場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)合納米材料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗晶材料低得多，而且對紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗晶材料低3個數(shù)量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數(shù)量級，從而在光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。

（三）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。

（四）光學(xué)性質(zhì)

納米粒子的粒徑遠(yuǎn)小于光波波長。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)用于紅外線感測器材料。

（五）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，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。

二、納米技術(shù)現(xiàn)狀

目前美國在納米合成、納米裝置精密加工、納米生物技術(shù)、納米基礎(chǔ)理論等多方面處于世界領(lǐng)先地位。歐洲在涂層和新儀器應(yīng)用方面處于世界領(lǐng)先地位。早在“尤里卡計劃”中就將納米技術(shù)研究納入其中，現(xiàn)在又將納米技術(shù)列入歐盟2002——2006科研框架計劃。日本在納米設(shè)備和強(qiáng)化納米結(jié)構(gòu)領(lǐng)域處于世界先進(jìn)地位。日本政府把納米技術(shù)列入國家科技發(fā)展戰(zhàn)略4大重點(diǎn)領(lǐng)域，加大預(yù)算投入，制定了宏偉而嚴(yán)密的“納米技術(shù)發(fā)展計劃”。日本的各個大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)界也紛紛以各種方式投入到納米技術(shù)開發(fā)大潮中來。

中國在上世紀(jì)80年代，將納米材料科學(xué)列入國家“863計劃”、和國家自然基金項目，投資上億元用于有關(guān)納米材料和技術(shù)的研究項目。但我國的納米技術(shù)水平與歐美等國的差距很大。目前我國有50 多個大學(xué)20多家研究機(jī)構(gòu)和300多所企業(yè)從事納米研究，已經(jīng)建立了10多條納米技術(shù)生產(chǎn)線，以納米技術(shù)注冊的公司100多個，主要生產(chǎn)超細(xì)納米粉末、生物化學(xué)納米粉末等初級產(chǎn)品。

三、前景展望

經(jīng)過幾十年對納米技術(shù)的研究探索，現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室操縱單個原子，納米技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展。納米技術(shù)的應(yīng)用研究正在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤4大領(lǐng)域高速發(fā)展。可以預(yù)測：不久的將來納米金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管、平面顯示用發(fā)光納米粒子與納米復(fù)合物、納米光子晶體將應(yīng)運(yùn)而生；用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學(xué)組裝計算機(jī)將投入應(yīng)用；分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機(jī)器人、集成生物化學(xué)傳感器等將被研究制造出來。

納米技術(shù)目前從整體上看雖然仍然處于實(shí)驗(yàn)研究和小規(guī)模生產(chǎn)階段，但從歷史的角度看：上世紀(jì)70年代重視微米科技的國家如今都已成為發(fā)達(dá)國家。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國家很可能在21世紀(jì)成為先進(jìn)國家。納米技術(shù)對我們既是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，又是難得的機(jī)遇。必須加倍重視納米技術(shù)和納米基礎(chǔ)理論的研究，為我國在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)騰飛奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。整個人類社會將因納米技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化而產(chǎn)生根本性的變革。

【參考文獻(xiàn)】

顧寧． 納米技術(shù)與應(yīng)用[M]．

人民郵電出版社2002 曹茂盛． 納米材料導(dǎo)論[M]． 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2001

第二篇：納米論文

淺談納米尺寸效應(yīng)及其應(yīng)用

納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學(xué)特性，如原本導(dǎo)電的銅到某一納米級界限就不導(dǎo)電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時開始導(dǎo)電。這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點(diǎn)，以及其特有的三大效應(yīng)：表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)?，F(xiàn)在從尺寸效應(yīng)探討其特性和應(yīng)用。

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)。量子尺寸效應(yīng)指當(dāng)金屬或半導(dǎo)體從三維減小至零維時，載流子在各個方向上均受限，隨著粒子尺寸下降到接近或小于某一值（激子玻爾半徑）時，費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗壍默F(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。金屬或半導(dǎo)體納米微粒的電子態(tài)由體相材料的連續(xù)能帶過渡到分立結(jié)構(gòu)的能級，表現(xiàn)在光學(xué)吸收譜上從沒有結(jié)構(gòu)的寬吸收過渡到具有結(jié)構(gòu)的特征吸收。量子尺寸效應(yīng)帶來的能級改變、能隙變寬，使微粒的發(fā)射能量增加，光學(xué)吸收向短波長方向移動（藍(lán)移），直觀上表現(xiàn)為樣品顏色的變化，如CdS微粒由黃色逐漸變?yōu)闇\黃色，金的微粒失去金屬光澤而變?yōu)楹谏?。同時，納米微粒也由于能級改變而產(chǎn)生大的光學(xué)三階非線性響應(yīng)，還原及氧化能力增強(qiáng)，從而具有更優(yōu)異的光電催化活性[5,6]。

第頁 納米材料與技術(shù)是在20世紀(jì)80年代末才逐步發(fā)展起來的前沿交叉性新興學(xué)科領(lǐng)域，它與住處技術(shù)和生物技術(shù)一起并稱為21世紀(jì)三大前沿高新技術(shù)，并可能引導(dǎo)下一場工業(yè)革命。

納米技術(shù)是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)母咝陆徊婕夹g(shù)，人類剛剛邁進(jìn)門檻，就顯現(xiàn)出其強(qiáng)大的生命力。有些納米材料（如納米金剛石）經(jīng)過表面改性和分散，可以均勻分布到聚合物的熔融體中，經(jīng)過噴絲、冷卻形成具有特殊功能的納米纖維，添加比列很低，但每根短纖維上有成千上萬個納米顆粒。可以作成高抗磨、自清潔、防雨、防紫外線、防靜電、殺菌、紅外隱形等功能布料，很有發(fā)展前景。

將人類帶入新的微觀世界。人類可以從新的納米技術(shù)領(lǐng)域獲得很大好處。利用這項技術(shù)的目的是在納米尺寸上操縱物質(zhì)，以創(chuàng)造出具有全新分子組織形式的結(jié)構(gòu)。這有可能改變未來材料和裝置的生產(chǎn)方式，并且給人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)益處。

比如，利用精確控制形狀和成分的納米“磚塊”，人類有可能合成出自然界沒有的材料。然后可以把這些材料組裝成更輕更硬的較大結(jié)構(gòu)，而且這種結(jié)構(gòu)還具有課設(shè)計性。例如，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會曾經(jīng)發(fā)布的一份研究報告就描述了這些設(shè)想的特種新奇材料的特性。這些材料具有多種功能，并能夠感知環(huán)境變化而且作出相應(yīng)的反應(yīng)。比如，預(yù)計會出現(xiàn)一種強(qiáng)度是鋼鐵10倍的材料，具有超導(dǎo)彈性，透明材料和具有更高熔點(diǎn)的材料。吧納米技術(shù)用于儲存器，那么可以是整個圖書館的信息放入只有糖塊一樣大的小裝置中。也就是說，納米技術(shù)不只是向小型化邁進(jìn)了一步，而且是邁入了一個嶄新的微觀世

第頁 界。

傳統(tǒng)的解釋材料性質(zhì)的理論，只是用于大于臨界長度100納米的物質(zhì)。如果一個結(jié)構(gòu)的某個維度小于臨界長度，那么物質(zhì)的性質(zhì)就常常無法用傳統(tǒng)的理論去解釋。而科學(xué)家正試圖在大哥分子或原子尺度到十萬個分子的尺度之內(nèi)發(fā)現(xiàn)新奇的現(xiàn)象。

美國國納米技術(shù)計劃初期研究的重點(diǎn)是，在分子尺度上具有新奇的特性并且系統(tǒng)、物理和化學(xué)性能有明顯提高的材料。比如，在納米尺度上，電子和原子的交互作用受到變化因素的影響。這樣，在納米尺寸上組織物質(zhì)的結(jié)構(gòu)就有可能使科學(xué)家在不改變材料化學(xué)成分的前提下，控制物質(zhì)的基本特性，比如磁性、蓄電能力和催化能力等。又如在納米尺度，生物系統(tǒng)具有一套成系統(tǒng)的組織，這使科學(xué)家能夠把人造組件和裝配系統(tǒng)放入細(xì)胞中，以制造出結(jié)構(gòu)經(jīng)過組織后的新材料，有可能使人類模擬自然的自行裝配。還有，納米組件有很大的表面積，這能夠使它們成為理想的催化劑和吸收劑等，并且在放電能和向人體細(xì)胞施藥方面派上用場。利用納米技術(shù)制造的材料與一般材料相比，在成分不變的情況下體積會大大縮小而且強(qiáng)度和韌性將得到提高。

美國西北大學(xué)開發(fā)的一種比色傳感器，已經(jīng)成功探測出結(jié)核桿菌?？茖W(xué)家把探測對象的DNA附加在納米大小的黃金微粒上。當(dāng)互補(bǔ)的微粒在溶液中存在時，黃金微粒會緊緊地結(jié)合在一起，改變懸浮液的顏色。

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。由

第頁 于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對超微粒而言，尺寸變小，同時其比表面積也顯著增加，從而產(chǎn)生如下的新奇的性質(zhì)：特殊的光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。具體的光學(xué)性質(zhì)是當(dāng)黃金被分割到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，尺寸越小，顏色愈是黑。由此可見，金屬超微顆粒對反光的反射率很低。熱學(xué)性質(zhì)具有高矯頑力的特征，已經(jīng)作為高儲存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶。利用磁性，人們已經(jīng)將磁性超微粒制成用途廣泛的磁性液體。力學(xué)性質(zhì)是具有良好的任性。因?yàn)榧{米材料具有大的界面，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，因此變現(xiàn)出很好的韌性和延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性質(zhì)。美國學(xué)者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯辛姿徕}等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3到5倍。

一般常見的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時，將成為優(yōu)異的磁性材料。

我們對納米材料的認(rèn)識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要不斷的探索和研究。相信通過不斷的深入，一定會使納米在更多的領(lǐng)域里發(fā)揮作用，服務(wù)于生產(chǎn)和生活。

第頁

參考文獻(xiàn)：

張力德、牟季美《納米材料和納米結(jié)構(gòu)》科學(xué)出版社，2002 陳敬忠、劉劍洪《納米材料科學(xué)導(dǎo)論》高等教育出版社，2006 黃昆原著，韓汝琦改編，《固體物理學(xué)》高等教育出版社，1988

第頁

第三篇：納米論文

納米復(fù)合材料論文

——納米陶瓷復(fù)合材料

摘要：本論文主要介紹了納米復(fù)合材料的的設(shè)計（包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和功能設(shè)計），討論了納米陶瓷復(fù)合材料的制備方法以及對所制備的金屬基納米復(fù)合材料的性能進(jìn)行了分析，最后對納米陶瓷納米復(fù)合材料的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：納米陶瓷材料

納米復(fù)合材料

制備

性能

展望

致遠(yuǎn)化學(xué)班

F1324005 陳昊 5132409039

目 錄

前 言 ?????????????????????????1 第1章納米陶瓷材料概述 ?????????????????2 第2章納米陶瓷材料的生產(chǎn)工藝………………………………………4 第3章納米陶瓷材料應(yīng)用……………………………………………5 結(jié)束語…………………………………………………………………7 參考文獻(xiàn) ????????????????????????7

前言

陶瓷材料在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)及國防領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。但是，由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆，韌性、強(qiáng)度較差，因而使其應(yīng)用受到了很大限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用，納米陶瓷隨之產(chǎn)生，希望以此來克服傳統(tǒng)陶瓷的脆性，使其具有像金屬一樣的柔韌性和可加工性。與傳統(tǒng)陶瓷相比。納米陶瓷的原子在外力變形條件下自己容易遷移，因此表現(xiàn)出較好的韌性與一定的延展性，因而從根本上解決了陶瓷材料的脆性問題。英國著名材料科學(xué)家卡恩在Nature雜志上撰文道：“納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。”

所謂納米陶瓷，是指陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸都限于100nm以下，是上世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的新型陶瓷材料。由于納米陶瓷晶粒的細(xì)化，品界數(shù)量大幅度增加，可使材料的韌性和塑性大為提高并對材料的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響，從而呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)陶瓷不同的獨(dú)特性能，成為當(dāng)今材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。

一、納米陶瓷材料的性能

納米陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與常規(guī)材料相比發(fā)生了很大變化，顆粒組元細(xì)小到納米數(shù)量級，界面組元大幅度增加，可使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性等力學(xué)性能大為提高，并對材料的熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。1.力學(xué)性能

硬度和斷裂韌度：對納米晶TiO2進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在室溫壓縮時，納米顆粒已有很好的結(jié)合，高于500℃很快致密化，而晶粒大小只有稍許的增加，所得的硬度和斷裂韌度值與單晶TiO2或粗顆粒壓縮體的相應(yīng)值比，性能相當(dāng)或更好。納米晶TiO2其硬度和斷裂韌度隨燒結(jié)溫度的增加(即空隙度的降低)而增加，在800~900℃溫度范圍燒結(jié)，與經(jīng)優(yōu)化燒結(jié)的塊狀陶瓷相比，兩者的硬度和斷裂韌度值相符。低溫?zé)Y(jié)后，納米晶TiO2就能獲得好的力學(xué)性能。通常硬化處理材料變脆，造成斷裂韌度的降低，而就納米晶而言，硬化和韌化由空隙的消除來形成，這樣就增加了材料的整體強(qiáng)度。納米晶TiO2經(jīng)800℃燒結(jié)后，維氏硬度H=630，斷裂韌度Kic(Mpam1/2)為2.8，空隙度為10％；而1000℃燒結(jié)后，H=925，Kic=2.8，空隙度為5％。2.熱學(xué)性能

(1)比熱，納米材料的界面結(jié)構(gòu)中原子分布比較混亂，與常規(guī)材料相比，界面體積分?jǐn)?shù)較大，因而納米材料熵對比熱的貢獻(xiàn)比常規(guī)材料大得多。如對應(yīng)粒徑為80nmAl2O3的比熱，比常規(guī)粗晶Al2O3高8％。

(2)熱膨脹，納米非晶氮化硅熱膨脹系數(shù)比常規(guī)晶態(tài)Si3N4高1～26倍。其原因是納米非晶氮化硅的結(jié)構(gòu)與常規(guī)晶態(tài)Si3N4有很大差別，前者是由短程有序的非晶態(tài)小顆粒構(gòu)成的，它們之間的界面占很大比例，界面原子的排列較之非晶顆粒內(nèi)部更為混亂。在相同條件下，原子和鍵的非線性熱振動比常規(guī)晶態(tài)顯著得多，因此對熱膨脹的貢獻(xiàn)也必然很大。

(3)導(dǎo)熱或超絕熱，絕熱材料目前在我國尚處于實(shí)驗(yàn)研究與工業(yè)實(shí)驗(yàn)的中間階段。由于氣孔尺寸小到納米級，主要產(chǎn)生如下納米效應(yīng)：當(dāng)輕質(zhì)材料中的氣孔尺寸小于50nm時，氣孔中的空氣分子就失去了自由流動的能力，因此相當(dāng)于抽了真空，稱為“零對流效應(yīng)”。由于材料的體積密度較小，氣孔尺寸很小，這時氣孔壁的數(shù)目趨于“無窮多”。對于每一個氣孔壁來說都具有遮熱板的作用，因而產(chǎn)生近于“無窮多遮熱板”的效應(yīng)，從而使輻射傳熱下降到最小的極限。由于近于無窮多納米孔的存在．熱流在固體中傳遞時就只能沿著氣孔壁傳遞，近于無窮多的氣孔壁構(gòu)成了近于“無窮多路徑”效應(yīng)，使固體熱傳導(dǎo)的能力下降到接近最低極限。

將硅酸鈣復(fù)合納米孔超級絕熱材料用于鋼結(jié)構(gòu)防火可使防火時間從目前一般厚質(zhì)防火涂料的2h左右延長到15h，給滅火贏得充足的時間。將該材料用于太陽能熱水器，可使其集熱效率提高一倍以上，而散熱損失下降到現(xiàn)在的30％。3.光學(xué)性能

材料的光學(xué)性能與其內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，特別是電子態(tài)、缺陷態(tài)和能級態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)。納米材料在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)材料有很大差別，突出表現(xiàn)在小尺寸顆粒和龐大體積分?jǐn)?shù)的界面，界面原子排列和鍵的組態(tài)的無規(guī)則性較大，使納米材料的光學(xué)性能出現(xiàn)一些與常規(guī)材料不同的新現(xiàn)象。

(1)紅外吸收：對納米材料紅外吸收的研究表明，紅外吸收譜中出現(xiàn)藍(lán)移和寬化。納米相Al2O3，紅外吸收譜在400～1000cm-1波數(shù)范圍內(nèi)有一個寬廣的吸收帶，與A12O3單晶相比，紅外吸收峰有明顯的寬化，其中對應(yīng)單晶的637cm-1和442cm-1的吸收峰，在納米相中藍(lán)移到639.7cm-1和442.5cm-1。(2)熒光現(xiàn)象：用紫外光激發(fā)摻Cr和Fe的納米相A12O3時，在可見光范圍觀察到新的熒光現(xiàn)象。

(3)光致發(fā)光：退火溫度低于673K時，納米非晶氮化硅塊體在紫外光到可見光范圍的發(fā)光現(xiàn)象與常規(guī)非晶氮化硅不同，出現(xiàn)6個分立的發(fā)光帶，而常規(guī)非晶氮化硅在紫外光到可見光很寬的波長范圍的發(fā)光呈現(xiàn)一個很寬的發(fā)光帶。4.電磁學(xué)性能

納米材料與常規(guī)材料在結(jié)構(gòu)上，特別是在磁結(jié)構(gòu)上有很大差別，因此在磁性方面會有其獨(dú)特的性能。除磁結(jié)構(gòu)和磁化特點(diǎn)不同外，納米晶材料顆粒組元小到納米級，具有高的矯頑力，低的居里溫度，顆粒尺寸小于某一臨界值時，具有超順磁性等。同時，納米材料的界面組元與粗晶材料有很大差別，使界面組元本身磁性具有獨(dú)特性能。例如界面的磁各向異性小于晶內(nèi)，居里溫度低于常規(guī)材料等。

由于納米材料中存在龐大體積分?jǐn)?shù)的界面，使平移周期在一定范圍內(nèi)遭到嚴(yán)重破壞，顆粒愈小，電子平均自由程愈短，偏離理想周期場愈嚴(yán)重。因此，納米材料的電學(xué)性能(如電導(dǎo)、介電性、壓電性等)與常規(guī)材料存在明顯的差別。

(1)電阻和電導(dǎo)，晶界原子排列愈混亂，晶界厚度愈大，對電子散射能力就愈強(qiáng)。界面這種高能壘是使電阻升高的主要原因。當(dāng)晶粒尺寸小于電子平均自由程時，晶界組元對電子的散射起主導(dǎo)作用，這時電阻與溫度的關(guān)系以及電阻溫度系數(shù)的變化都明顯偏離粗晶情況，甚至出現(xiàn)反常現(xiàn)象。納米非晶氮化硅(粒徑大約15nm)的電導(dǎo)比常規(guī)非晶氮化硅高。

(2)介電特性。納米材料在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)材料存在很大差別，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在介電常數(shù)和介電損耗對顆粒尺寸有很強(qiáng)的依賴關(guān)系，電場頻率對介電行為有極強(qiáng)的影響。納米材料的介電常數(shù)隨電場頻率的降低而升高，并顯示出比常規(guī)粗晶材料高的介電性。納米材料隨著電場頻率的下降，介質(zhì)的多種極化都能跟上外加電場的變化，介電常數(shù)增大。(3)壓電效應(yīng)，經(jīng)研究表明，未經(jīng)退火和燒結(jié)的納米非晶氮化硅塊體具有強(qiáng)的壓電效應(yīng)，而常規(guī)非晶氮化硅不具有壓電效應(yīng)。

二、納米陶瓷材料制備工藝與方法 蒸發(fā)凝聚法(PVD法)蒸發(fā)凝聚法是制備納米粉體的一種早期的物理方法，蒸發(fā)法所得產(chǎn)品顆粒粒度一般在5～100納米之間。蒸發(fā)法是將金屬或化合物顆粒的原料加熱、蒸發(fā)，使之成為原子或分子，再使許多原子或分子凝聚，生成極微細(xì)的納米粉體。目前已發(fā)展出多種蒸發(fā)凝聚技術(shù)手段制備納米陶瓷粉體，這些方法大體上可分為：真空蒸發(fā)法、氣體蒸發(fā)法等。而按原料加熱蒸發(fā)技術(shù)手段不同，又可將蒸發(fā)法分為：太陽爐加熱蒸發(fā)法、電子束加熱蒸發(fā)法、等離子體加熱蒸發(fā)法及激光束加熱蒸法等。

蒸發(fā)冷凝法也是一種蒸發(fā)凝聚法，在真空蒸發(fā)室內(nèi)充人低壓惰性氣體，加熱金屬或化合物蒸發(fā)源，蒸氣將凝聚成納米尺寸的團(tuán)簇，并在液氮冷卻棒上聚集得到納米粉體。蒸發(fā)冷凝法的優(yōu)點(diǎn)是可在體系中加置原位壓實(shí)裝置直接得到納米陶瓷材料。

蒸發(fā)凝聚法的缺點(diǎn)是裝備龐大，設(shè)備投資昂貴，且不能制備高熔點(diǎn)的氧化物和碳化物粉體，所得粉體一般粒徑分布范圍較寬。2化學(xué)氣相反應(yīng)法(CVD法)化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor DePosition CVD)法是在高熱卞反應(yīng)產(chǎn)物蒸氣形成很高的過飽和蒸氣壓而使其自動凝聚形成大量的晶核。這些晶核在加熱區(qū)不斷長大、聚集成顆粒，且隨著氣流進(jìn)人低溫區(qū)使顆粒生長、聚集和晶化過程停止，最終在收集室內(nèi)收集得到納米陶瓷粉體。CVD法可通過選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物濃度、流速、溫度和組成配比等工藝條件，實(shí)現(xiàn)對粉體組成、形貌、尺寸、晶相等控制。3激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相法(LICVD法)激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積(Laser Indueed Chemical Vapor DePosition LICVD)法是利用反應(yīng)氣體分子對特定波長激光束的吸收而產(chǎn)生熱解或化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)成核生長形成超細(xì)粉末。UCVD法通常采用高能CO2激光器。4等離子體氣相合成法（PCVD法）等離子化學(xué)氣相沉積伊（Plasma Chemical Vapor Deposition PCVD)法是納米陶瓷粉體制備的常用方法之一，它具有反應(yīng)溫度高、升溫和冷卻速率快等特點(diǎn)。等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，由電離的導(dǎo)電氣體組成，其中包括:電子、正離子、負(fù)離子、激發(fā)態(tài)的原子和分子、基態(tài)原子和分子及光子。采用等離子氣相化學(xué)法制備陶瓷納米粉體材料具有許多優(yōu)點(diǎn):a、等離子體中具有較高的電離度，可以得到多種活性組分，有利于各類反應(yīng)的進(jìn)行；b、等離子體反應(yīng)空間大，可以使相應(yīng)物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)完全；c、與激光誘導(dǎo)氣相沉積法相比，等離子氣相化學(xué)法更容易工業(yè)化。5溶膠-凝膠（SOL-GEL）法

溶膠-凝膠法是指在水溶液中加入有機(jī)配體與金屬離子形成配合物，通過控制pH值、反應(yīng)溫度等條件讓其水解、聚合，經(jīng)溶膠)凝膠途徑形成一種空間骨架結(jié)構(gòu)，然后脫水焙燒得到目的產(chǎn)物的一種方法。此法在制備復(fù)合氧化物納米陶瓷材料時具有很大的優(yōu)越性。

三、納米陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域

1、硬性防護(hù)和軟性保護(hù)材料

普通陶瓷在用作防護(hù)材料時，由于其韌性差，受到彈丸撞擊后容易在撞擊區(qū)出現(xiàn)顯微破壞、跨晶、界面破壞、裂紋擴(kuò)展等一系列破壞過程，從而降低了陶瓷材料的抗彈性能。納米陶瓷具有高韌性的性能，提高了陶瓷材料的抗沖擊性能，可有效提高主戰(zhàn)坦克復(fù)合裝甲的抗彈能力，增強(qiáng)速射武器陶瓷襯管的抗腐蝕性和抗沖擊性；由防彈陶瓷外層和碳納米管復(fù)合材料作襯底，可制成堅硬如鋼的防彈背心。在未來的戰(zhàn)爭中，若能把納米陶瓷用于車輛裝甲防護(hù)，會具有更好的抗彈、抗爆震、抗擊穿能力，提供更為有力的保護(hù)。納米Y2O3和ZrO2在較低溫度燒結(jié)的陶瓷具有很高的韌性和強(qiáng)度，被用于軸承和刀具等耐磨器件。

另一方面起著軟性保護(hù)的納米涂料也在防護(hù)領(lǐng)域起著重要的作用，目前納米陶瓷用于腐蝕條件惡劣環(huán)境中的防腐納米陶瓷涂料，能有效保護(hù)航標(biāo)燈座、船舶、石油化工設(shè)施和各類貯罐、橋梁、橋墩、鐵路涵洞、鉆井設(shè)備、海上油田等設(shè)施以及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等生產(chǎn)設(shè)備的外表面，在較長時間內(nèi)防止強(qiáng)酸堿、鹽霧、凍融、霉菌等的浸漬。

另外以納米陶瓷粉體為基體，利用其致密速度快、燒結(jié)溫度低和良好的界面延展性，在燒結(jié)過程中控制顆粒尺寸在200—500nm的的最佳范圍，可以獲得具有良好超塑性的納米陶瓷材料。如納米陶瓷電極板燈就是基于這樣的基礎(chǔ)，燈的電極使用了納米級的陶瓷粉燒接，起到了保護(hù)燈管的作用。

2、耐高溫材料

納米陶瓷粉末涂料在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的隔熱保溫效果，不脫落、不燃燒，耐水、防潮，無毒、對環(huán)境無污染，對提高航空發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度，進(jìn)而提高發(fā)動機(jī)的推重比和降低燃料消耗具有重要作用，適用于冶金、化工工業(yè)、電廠的熱力鍋爐及焦化煤氣等熱力設(shè)備和熱力管網(wǎng)等高溫設(shè)備的防腐、爐外降溫，并有望成為艦艇、軍用渦輪發(fā)動機(jī)高溫部件的理想材料，以提高發(fā)動機(jī)效率，可靠性與工作壽命。在汽車工業(yè)也有著廣闊前景，如用納米陶瓷作為氣缸內(nèi)襯材料，因耐高溫可提高燃料燃燒溫度，使燃料的熱效率提高；涂覆于汽車玻璃表面可起到防污和防霧、隔熱作用。

3、生物材料、臨床應(yīng)用材料

隨著納米材料研究的深入，納米生物陶瓷材料的優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)，其強(qiáng)度、韌性、硬度以及生物相容性都有顯著提高。例如當(dāng)羥基磷灰石粉末中添加10％~70％的ZrO2粉末時，材料經(jīng)1300~1350℃熱壓燒結(jié)，其強(qiáng)度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加。納米SiCn增強(qiáng)羥基磷灰石復(fù)合材料比純羥

基磷灰石陶瓷的抗彎強(qiáng)度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強(qiáng)度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當(dāng)。從表1可看出納米陶瓷材料的力學(xué)性能。

Erbe等用納米技術(shù)制備出納米磷酸鈣，它不僅可以作為骨髓細(xì)胞的細(xì)胞骨架，還可以加速細(xì)胞的形成。生物功能陶瓷能夠模仿人體某些特殊生理行為，可以用來構(gòu)成牙齒和骨骼等某些人體部位，甚至可望部分或整體地修復(fù)或替換人體的某種組織器官。傳統(tǒng)的陶瓷材料晶粒，氣孔較大，因此其脆性及彈性模量也較大，給人工牙齒的質(zhì)量帶來影響。Hlateng等正在研究一種納米陶瓷材料，該材料不僅強(qiáng)度、柔韌、可塑性好。而且彈性模量接近天然骨，極大地改善了材料的力學(xué)相容性和生物相容性，為臨床制作人工關(guān)節(jié)、人工牙齒及牙種植體開辟了新途徑。利用納米微?？稍隗w內(nèi)方便傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，科學(xué)家開發(fā)出放射療法用的羥基磷灰石復(fù)合陶瓷微粒。把可放射β射線的化學(xué)元素?fù)饺爰{米微粒內(nèi)，制成β射線源材料，把它植入人體腫瘤附近，就可直接照射癌細(xì)胞又不損傷周圍正常組織。目前，一種生物陶瓷材料硅酸鋁釔(YAS)就可以滿足這些要求。初步臨床表明，采用這種材料治療可以大大延長病人的壽命。

4、以陶瓷粉末為吸收劑的吸收材料

傳統(tǒng)的汽車尾氣凈化催化材料是在陶瓷載體表面涂一層Al2O3粉體材料作為分散層，再在分散層表面涂一層催化劑材料作為活性層。將分散層和活性層的材料制備技術(shù)開發(fā)成納米表面材料技術(shù)，可明顯改善汽車尾氣催化劑的性能，提高了汽車尾氣凈化器的壽命。

5、壓電材料

壓電陶瓷廣泛用于電子技術(shù)、激光技術(shù)、通汛、生物、醫(yī)學(xué)、導(dǎo)航、自動控制、精密加工、傳感技術(shù)、計量檢測、超聲和水聲、引燃引爆等軍用、商用及民用領(lǐng)域。納米陶瓷晶體結(jié)構(gòu)上沒有對稱中心，具有壓電效應(yīng)。通過精選材料組成體系和添加物改性，可以獲得高能和低溫?zé)Y(jié)兼?zhèn)涞膲弘娂{米陶瓷材料。通過控制納米晶粒的生長可獲得量子限域效應(yīng)，以及性能奇異的鐵電體，以提高壓電熱解材料機(jī)電轉(zhuǎn)換和熱釋性能。即卡金說的壓電材料就具有這樣的變化特征。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)它們的厚度介于20~23nm時，其壓電效率提高了100％。近年迅速發(fā)展的各類壓電變壓器、壓電驅(qū)動器、大功率超聲焊接技術(shù)、壓電式振動給料器、超聲CVD新工藝和核電站相配套的大功率超聲工程都是納米陶瓷在壓電方面的應(yīng)用。

6、信息材料

電子陶瓷的應(yīng)用范圍日趨廣泛，包括基板、傳感器。這些之所以廣泛地采用電子陶瓷來制作。原因在于隨著追求降低半導(dǎo)體元件的工作電壓和增加多層陶瓷電容單位體積效率，多層陶瓷電容器內(nèi)層厚度降低，總層數(shù)增加。當(dāng)陶瓷中的晶粒尺寸減小一個數(shù)量級，晶粒的表面積及晶界的體積亦以相應(yīng)的倍數(shù)增加。納米功能陶瓷除了可降低產(chǎn)品的成本，滿足電子元件小型化的需要外，還可減少連接的距離，將會提高對環(huán)境的穩(wěn)定性，減少噪音并降低產(chǎn)品對噪音的敏感性瑚，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

7、清潔材料

“納米易潔陶瓷”系采用特殊的涂覆技術(shù)。將納米液態(tài)聚合硅均布于陶瓷表面，經(jīng)高溫處理后得到具有納米量級膜層的陶瓷。聚合硅成膜后能大大降低陶瓷的表面張力，使液體在陶瓷表面呈半球狀，不易掛沾，易于清潔。納米陶瓷具有明顯的易潔特性，在使用中便于清洗節(jié)水，也會減少因使用化學(xué)清潔劑而造成的環(huán)境污染。同時納米陶瓷材料還具有一定的抗菌性。所以其在墻地磚及衛(wèi)生潔具的應(yīng)用有著十分廣闊的前景和重要的環(huán)保意義。

結(jié)束語

納米陶瓷作為一種新型的高性能陶瓷,將越來越受到世界各國科學(xué)家的關(guān)注。納米陶瓷材料的發(fā)展是現(xiàn)代物理和先進(jìn)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物, 是近年來發(fā)展起來的一門全新的科學(xué)技術(shù),它將成為新世紀(jì)最重要的高新技術(shù)之一。納米陶瓷的研究與發(fā)展,必將引起陶瓷工業(yè)的發(fā)展與變革,引起陶瓷學(xué)理論上的發(fā)展乃至新的理論體系的建立,以適應(yīng)納米尺度的研究需要,從而使納米陶瓷材料具有更佳的性能,使其在工程領(lǐng)域乃至日常生活中得到更廣泛的應(yīng)用。未來納米陶瓷發(fā)展的方向主要有以下幾個方面：（1）納米陶瓷粉體新的制備方法和工藝條件的研究與開發(fā)；開發(fā)高效率、低成本的制備技術(shù)；（2）納米粉體形成納米陶瓷的反應(yīng)機(jī)理研究；（3）智能化敏感陶瓷元件計算機(jī)用光纖陶瓷材料、計算機(jī)硬盤和高穩(wěn)定性陶瓷電容器；（4）研究納米粉體對環(huán)境的污染機(jī)理，做好應(yīng)用過程中的環(huán)境保護(hù)；（5）加速納米粉體的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)程。在21世紀(jì)，納米陶瓷粉體將飛速發(fā)展，在各領(lǐng)域的應(yīng)用將全面展開，并將產(chǎn)生一批新技術(shù)、新產(chǎn)品；在電子、通信等高技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的增長點(diǎn)。

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第四篇：納米論文

納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

[摘要]納米醫(yī)學(xué)是納米技術(shù)與醫(yī)藥技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,納米醫(yī)學(xué)研究在疾病診斷和治療方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。近幾年,納米技術(shù)突飛猛進(jìn),作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。本文從納米醫(yī)學(xué)、納米生物技術(shù)和納米生物材料三個方面,講述了納米生物工程的重大進(jìn)展。本文就納米診斷技術(shù)、組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料、納米藥物載體、納米藥物等方面的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展進(jìn)行綜述,并探討納米醫(yī)學(xué)的發(fā)展前景。

[引言] 納米技術(shù)的基本概念是用單個原子、分子制造和操作物質(zhì)的技術(shù),是現(xiàn)代高科技前沿技術(shù).納米技術(shù)應(yīng)用前景廣闊,幾乎涉及現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的所有領(lǐng)域,世界各國都把納米技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展項目,投入巨資搶占納米技術(shù)戰(zhàn)略高地.[關(guān)鍵詞]納米醫(yī)學(xué);納米生物材料;診斷;治療

1、跨世紀(jì)的新學(xué)科——納米科技

所謂/納米科技,就是在0.1~100納米的尺度上,研究和利用原子和分子的結(jié)構(gòu)、特征及相互作用的高新科學(xué)技術(shù),它是現(xiàn)代科學(xué)和先進(jìn)工程技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。1990年7月,第一屆國際納米科技會議的召開,標(biāo)志著納米科技的正式誕生。時至今日,納米科技涉及到幾乎現(xiàn)有的所有科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。它的誕生,使人類改造自然的能力直接延伸到分子和原子。它的最終目標(biāo),是人類按照自己的意志操縱單個原子,在納米尺度上制造具有特定功能的產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛 躍。目前,納米科技已經(jīng)取得一系列成果,正處于重大突破的前夜。研究者認(rèn)為,這一興起于本世紀(jì)90年代的納米科技,必將雄踞于21世紀(jì),對人類社會產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。

2、納米醫(yī)學(xué)的提出

納米醫(yī)學(xué)的形成除了納米技術(shù)之外，其醫(yī)學(xué)本身也應(yīng)具有可應(yīng)用納米技術(shù)的客觀基礎(chǔ)和必要條件?？陀^基礎(chǔ)是指，像其他物質(zhì)一樣，醫(yī)學(xué)研究的主體———人體本身是由分子和原子構(gòu)成的。實(shí)現(xiàn)納米醫(yī)學(xué)的必要條件是，要在分子水平上對人體有更為全面而詳盡的了解。隨著現(xiàn)代生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,人類在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究內(nèi)容已開始從細(xì)胞、染色體等微米尺度的結(jié)構(gòu)深入到更小的層次,進(jìn)入到單個分子甚至分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。這些極其微細(xì)的分子結(jié)構(gòu)的特征:尺度空間在0.1-100 nm,屬于納米技術(shù)的尺度范圍。研究這些納米尺度的分子結(jié)構(gòu)和生命現(xiàn)象的學(xué)科,就是納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)。納米醫(yī)學(xué)是一門涉及物理學(xué)、化學(xué)、量子學(xué)、材料學(xué)、電子學(xué)、計算機(jī)學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域的綜合 性交叉學(xué)科。Freitas曾給納米醫(yī)學(xué)下過一個較詳細(xì)的定義:他認(rèn)為,納米醫(yī)學(xué)是利用人體分子工具和分子知識,預(yù)防、診斷、治療疾病和創(chuàng)傷,劫除疼痛,保護(hù)和改善人體健康的科學(xué)和技術(shù)。目前的納米醫(yī)學(xué)研究水平還處于初級階段,當(dāng)然,由于各國科學(xué)工者的不懈努力,納米醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域已初露曙光,有部分研究成果已開始接近臨床應(yīng)用。

從定義來看,納米醫(yī)學(xué)可以分為兩大類,一是在分子水平上的醫(yī)學(xué)研究,基因藥物和基因療法等就是典型體現(xiàn);二是把其他領(lǐng)域的納米研究成果引入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,如某種納米裝置在醫(yī)療和診斷上的應(yīng)用。納米醫(yī)學(xué)的奧秘在于,可以從納米量級的尺度來進(jìn)行原來不可能達(dá)到的醫(yī)療操作和疾病防治。當(dāng)生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元小到納米量級的時候,其性質(zhì)會有意想不到的變化。這種變化既包括物質(zhì)的原有性能變得更好,還可能有我們所意想不到的性能和效益,從而用來治病防病。

3、納米技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用 3.1 診斷疾病

在診斷方面，將應(yīng)用納米醫(yī)學(xué)技術(shù)手段，在診室內(nèi)進(jìn)行全面的基因檢查和特殊細(xì)菌涂層標(biāo)記物的實(shí)時全身掃描；檢測腫瘤細(xì)胞抗原、礦質(zhì)沉積物、可疑的毒素、源于遺傳或生活方式的激素失衡，以及其它以亞毫米空間分辨率制成所定目標(biāo)三維圖譜的特定分子。在納米醫(yī)學(xué)時代，這些強(qiáng)有力的手段將使醫(yī)務(wù)人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費(fèi)用，在數(shù)分鐘或數(shù)秒鐘內(nèi)獲得所需的結(jié)果。許多以往診斷比較困難或無法診斷的疾病,隨著納米技術(shù)的介入,將很容易被確診。為判斷胎兒是否具有遺傳缺陷,以往常采用價格昂貴并對人體有損害的羊水診斷技術(shù)。如今應(yīng)用納米技術(shù),可簡便安全地達(dá)到目的。孕8周左右血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細(xì)胞,用納米粒很容易將這些胎兒細(xì)胞分離出來進(jìn)行診斷。目前美國已將此項技術(shù)應(yīng)用于臨床診斷。肝癌患者由于早期沒有明顯癥狀,一旦發(fā)現(xiàn)常已到晚期,難以治愈,因而早期診斷極為重要。中國醫(yī)科大學(xué)第二臨床學(xué)院把納米粒應(yīng)用于醫(yī)學(xué)研究,經(jīng)過4年的努力,完成了超順磁性氧化鐵超微顆粒脂質(zhì)體的研究。動物實(shí)驗(yàn)證明,運(yùn)用這項研究成果,可以發(fā)現(xiàn)直徑3mm以下的肝腫瘤。這對肝癌的早期診斷、早期治療有著十分重要的意義。3.2 納米藥物和納米藥物載體

這是納米醫(yī)學(xué)中的一個非常活躍的領(lǐng)域,適時準(zhǔn)確地釋放藥物是它的基本功能之一?？茖W(xué)家正在為糖尿病人研制超小型的,模仿健康人體內(nèi)的葡萄糖檢測系統(tǒng)。它能夠被植入皮下,監(jiān)測血糖水平,在必要的時候釋放出胰島素,使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。美國密西根大學(xué)的博士正在設(shè)計一種納米/智能炸彈,它可以識別出癌細(xì)胞的化學(xué)特征。這種智能炸彈很小,僅有20nm左右,能夠進(jìn)入并摧毀單個的癌細(xì)胞。

德國醫(yī)生嘗試借助磁性納米微粒治療癌癥,并在動物實(shí)驗(yàn)中取得了較好療效。將一些極其細(xì)小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里,然后將患者置于可變的磁場中,氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度,這一溫度可慢慢熱死癌細(xì)胞。由于腫瘤附近的機(jī)體組織中不存在磁性微粒,因此這些健康組織的溫度不會升高,也不會受到傷害?？茖W(xué)家指出,將磁性納米顆粒與藥物結(jié)合,注入到人體內(nèi),在外磁場作用下,藥物向病變部位集中,從而達(dá)到定向治療的目的,將大大提高腫瘤的藥物治療效果。

納米藥物與傳統(tǒng)的分子藥物的根本區(qū)別在于它是顆粒藥物。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體,即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒,如納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體等。二是納米藥物,即指直接將原料藥物加工成的納米顆粒,或利用嶄新的納米結(jié)構(gòu)或納米特性,發(fā)現(xiàn)基于新型納米顆粒的高效低毒的治療或診斷藥物。前者是對傳統(tǒng)藥物的改良,而后者強(qiáng)調(diào)的是把納米材料本身作為藥物。

3.2.1 納米藥物

直接以納米顆粒作為藥物的應(yīng)用之一是抗菌藥物。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環(huán)保、遇水后殺菌力更強(qiáng)、不會誘導(dǎo)細(xì)菌耐藥性等多種性能。以這種抗菌顆粒為原料,成功地開發(fā)出了創(chuàng)傷貼、潰瘍貼等納米醫(yī)藥類產(chǎn)品。例如,納米二氧化鈦樹脂基托材料具有一定的抗變形鏈球菌和抗白色念珠菌的效果,當(dāng)樹脂基托中抗菌劑的濃度達(dá)到3%時,即可達(dá)到滿意的抗菌效果。

無機(jī)納米顆粒作為新型的抗癌藥物為腫瘤治療提供了新的思路。研究人員用Gd@C82(OH)22處理得肝癌的小鼠,在10.7mol/kg的注射劑量下能有效地抑制腫瘤生長,同時對機(jī)體不產(chǎn)生任何毒性。其抑瘤效應(yīng)不是通過納米顆粒對腫瘤的直接殺傷起作用,而是可能通過激活機(jī)體免疫來實(shí)現(xiàn)對腫瘤的抑制作用。納米羥基磷灰石在體外對惡性腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生明顯的抑制作用,而對正常細(xì)胞作用甚微,可望通過進(jìn)一步的研究獲得一種區(qū)別于傳統(tǒng)的化療藥物的納米無機(jī)抗癌藥物。此外,有的物質(zhì)納米化后出現(xiàn)新的治療作用,如二氧化鈦納米粒子可抑制癌細(xì)胞增殖;二氧化鈰納米顆粒可以清除眼中的電抗性分子并防治一些由于視網(wǎng)膜老化而帶來的疾病。

3.2.2 納米藥物載體

實(shí)現(xiàn)細(xì)胞和亞細(xì)胞層次上藥物的靶向傳遞和智能控制釋放,是降低藥物毒副作用、提高治療效果的共性問題。納米粒子介導(dǎo)的藥物輸送是納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一個關(guān)鍵技術(shù),在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性。目前,用作藥物載體的材料有金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒及生物活性納米顆粒等。理想的納米藥物載體應(yīng)具備以下性質(zhì):毒性較低或沒有毒性;具有適宜的制備及提純方法;具有合適的粒徑與形狀;具有較高的載藥量;具有較高的包封率;對藥物具有良好的釋放特性;具有良好的生物相容性,可生物降解或可被機(jī)體排出;具有較長的體內(nèi)循環(huán)時間,并能在療效相 關(guān)部位持久存。3.3 納米生物技術(shù)

納米生物技術(shù)是納米技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它即可以用于生物醫(yī)學(xué),也可以服務(wù)于其它社會需求。所包含的內(nèi)容非常豐富,并以極快的速度增加和發(fā)展,難以概述。

3.3.1生物芯片技術(shù)

生物芯片是在很小幾何尺度的表面積上,裝配一種或集成多種生物活性,僅用微量生理或生物采樣,即可以同時檢測和研究不同的生物細(xì)胞、生物分子和DNA的特性,以及它們之間的相互作用,獲得生命微觀活動的規(guī)律。生物芯片可以粗略地分為細(xì)胞芯片、蛋白質(zhì)芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等幾類,都有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點(diǎn),已成為21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的前沿科技。

近2年,已經(jīng)通過微制作(MEMS)技術(shù),制成了微米量級的機(jī)械手,能夠在細(xì)胞溶液中捕捉到單個細(xì)胞,進(jìn)行細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和通訊等特性研究。美國哈佛大學(xué)的教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員,發(fā)展了微電子工業(yè)普遍使用的光刻技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,并研制出效果更好的軟光刻方法。以此,制出了可以捕捉和固定單個細(xì)胞的生物芯片,通過調(diào)節(jié)細(xì)胞間距等,研究細(xì)胞分泌和胞間通訊。此類細(xì)胞芯片還可以作細(xì)胞分類和純化等。它的功能原理非常簡單,僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性,即可達(dá)到選擇和固定細(xì)胞及細(xì)胞面密度控制。

美國圣地亞國家實(shí)驗(yàn)室的發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了納米愛好者的預(yù)言。正像所預(yù)想的那樣,納米技術(shù)可以在血流中進(jìn)行巡航探測,即時發(fā)現(xiàn)諸如病毒和細(xì)菌類型的外來入侵者,并予以殲滅,從而消除傳染性疾病。

研究人員做了一個雛形裝置,發(fā)揮芯片實(shí)驗(yàn)室的功能,它可以沿血流流動并跟蹤像鐮狀細(xì)胞血癥和感染了愛滋病的細(xì)胞。血液細(xì)胞被導(dǎo)入一個發(fā)射激光的腔體表面,從而改變激光的形成。癌細(xì)胞會產(chǎn)生一種明亮的閃光;而健康細(xì)胞只發(fā)射一種標(biāo)準(zhǔn)波長的光,以此鑒別癌變。3.3.2納米探針

一種探測單個活細(xì)胞的納米傳感器,探頭尺寸僅為納米量級,當(dāng)它插入活細(xì)胞時,可探知會導(dǎo)致腫瘤的早期DNA損傷。

3.4組織修復(fù)和再生醫(yī)學(xué)中的納米材料

將納米技術(shù)與組織工程技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建具有納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的細(xì)胞生長支架正在形成一個嶄新的研究方向。相對于微米尺度,納米尺度的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與機(jī)體內(nèi)細(xì)胞生長的自然環(huán)境更為相似。納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建有可能從分子和細(xì)胞水平上控制生物材料與細(xì)胞間的相互作用,引發(fā)特異性細(xì)胞反應(yīng),對于組織再生與修復(fù)具有潛在的應(yīng)用前景和重要意義。將納米纖維水凝膠作為神經(jīng)組織的支架,在其中生長的鼠神經(jīng)前體細(xì)胞的生長速度明顯快于對照材料。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導(dǎo)性、強(qiáng)度、彈性、韌性和耐久性,同時還可以改進(jìn)基體材料的生物相容性。研究發(fā)現(xiàn),隨著復(fù)合物中碳納米管含量的增加,神經(jīng)元細(xì)胞和成骨細(xì)胞在復(fù)合材料上的黏附與生長也越來越活躍,而星形細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的活性則呈現(xiàn)同等程度的下降。研究人員設(shè)計的人造紅細(xì)胞輸送氧的能力是同等體積天然紅細(xì)胞的236倍,可應(yīng)用于貧血癥的局部治療、人工呼吸、肺功能喪失和體育運(yùn)動需要的額外耗氧等。研究人員成功合成了模擬骨骼亞結(jié)構(gòu)的納米物質(zhì),該物質(zhì)可取代目前骨科常用的合金材料,其物理特性符合理想的骨骼替代物的模數(shù)匹配,不易骨折,且與正常骨組織連接緊密,顯示出明顯的正畸應(yīng)用優(yōu)勢。

納米自組裝短肽材料RADA16-I與細(xì)胞外基質(zhì)具有很高相似性,RADA16-I納米支架可以作為一種臨時性的細(xì)胞培養(yǎng)人工支架,它能很好地支持功能型細(xì)胞在受損位置附近生長、遷移和分化,因而有利于細(xì)胞抵達(dá)傷口縫隙,使組織得以再生。有研究人員利用RADA16-I納米支架修復(fù)了倉鼠腦部的急性創(chuàng)傷,并且恢復(fù)了倉鼠的視覺功能。RADA16-I形成的水凝膠可用作新型的簡易止血劑,用于多種組織和多種不同類型傷口的止血。

4、我國發(fā)展納米生物學(xué)和納米醫(yī)學(xué)的現(xiàn)狀和發(fā)展策略

目前,我國在納米生物和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的研究基礎(chǔ)還比較薄弱,通過采取各種激勵措施和各種研究計劃的實(shí)施,特別是國家自然科學(xué)基金委的納米技術(shù)重大研究計劃對納米生物和納米醫(yī)學(xué)項目的支持,我國在納米生物和納米醫(yī)學(xué)方面的研究狀況有了很大的改善,生物、醫(yī)學(xué)界的許多院、所相繼建立了有關(guān)納米技術(shù)的研究室,如中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所、軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院毒物藥物研究所和生物物理研究所等都設(shè)立了納米研究室,初步形成了一只較強(qiáng)的研究隊伍。近年來,來自化學(xué)、物理、信息、藥物、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家通過幾次研討會進(jìn)一步明確了納米生物和納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究方向和內(nèi)容,并建立了較密切的合作。我國在納米生物和納米醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域也涌現(xiàn)了一批極具特色的研究成果,如在生物傳感器、生物芯片、新型藥物載體和靶向藥物、新型納米藥物劑型、新造影劑、重大疾病的機(jī)制、納米材料的應(yīng)用和生物安全性及重大疾病預(yù)防和早期診斷與治療技術(shù)等方面。但是,這些研究的水準(zhǔn)與國際先進(jìn)水平還有相當(dāng)?shù)牟罹?離國家、社會的需求也有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。

納米醫(yī)學(xué)工程的建立不僅是因?yàn)橛衅淦惹械男枰?而且也因?yàn)橛辛藢?shí)現(xiàn)的可能。如今,納米科技在國際上已嶄露頭角,世界各發(fā)達(dá)國家紛紛開展納米科技的研究。在我國,科技界對納米科技的重要性有了共識,納米科技研究已取得引人注目的成果。學(xué)科發(fā)展和社會需要是推動社會發(fā)展的巨大動力,學(xué)科發(fā)展可以創(chuàng)造新的需求,社會需求可以促進(jìn)學(xué)科向深度和廣度發(fā)展。納米生物醫(yī)學(xué)工程正在出現(xiàn),我們無力將它阻擋。雖然它的廣泛應(yīng)用尚有待時日,并潛在危險,但若沒有它,我們現(xiàn)在面臨的許多生物醫(yī)學(xué)工程問題就不可能得到滿意的解決。

人類正在被歷史及自身推向一個嶄新的陌生世界,倘若人類能直接利用原子、分子進(jìn)行生產(chǎn)活動,這將是一個質(zhì)的飛躍,將改變?nèi)祟惖纳a(chǎn)方式,并空前地提高生產(chǎn)能力,有可能從根本上解決人類面臨的諸多困難和危機(jī)。我們有必要把納米科技和生物醫(yī)學(xué)工程概念進(jìn)行拓展,把納米科技的理論與方法引入生物醫(yī)學(xué)工程的相關(guān)研究領(lǐng)域,創(chuàng)立新的邊緣學(xué)科——納米生物醫(yī)學(xué)工程?？梢韵嘈?納米醫(yī)學(xué)工程將會成為納米科技的重要分支,并開創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)工程新紀(jì)元?？茖W(xué)家認(rèn)為,納米科技在生物醫(yī)學(xué)方面,甚至有可能超過信息技術(shù)和基因工程,成為決勝未來的關(guān)鍵性技術(shù)。[參 考 文 獻(xiàn)] [1]劉吉平,郝向陽.納米科學(xué)與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2002:2,227-229,234-238,239-242,230-234.[2]李道萍.21世紀(jì)嶄新的學(xué)科——納米醫(yī)學(xué)[J]1世界新醫(yī)學(xué)信息文摘,2003,1(3):208-210.[3]李會東.納米技術(shù)在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2005,27(2):49-51.[4]皮洪瓊,吳俊,袁直等.注射用生物可降解胰島素納米微球的制備[J]1應(yīng)用化學(xué),2001,18(5):365-369.[5]常津.阿毒素免疫磁性毫微粒的體內(nèi)磁靶向定位研究[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報,1996,15(4):216-221.[6]張共清,梁屹.納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)的應(yīng)用[J]1中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報,2002,24(2):197-201.〔7〕中國社會科學(xué)院語言研究所詞典編輯室編.現(xiàn)代漢語詞典.北京:商務(wù)印書館2002年版:1711〔8〕奇云.21世紀(jì)的納米醫(yī)學(xué).健康報,2001(4):12〔9〕紀(jì)小龍.納米醫(yī)學(xué)怎樣診治疾病.健康報,2001,7,19[9]奇 云.納米醫(yī)學(xué)——21世紀(jì)的科技新領(lǐng)域[N].中國醫(yī)藥報,1995年6月8日~1995年7月18日,第1160期-1178期,第7版.[10]奇 云.納米材料——21世紀(jì)的新材料[J].科技導(dǎo)報,1992(10):28-31.[11]奇 云.納米電子學(xué)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代物理知識,1994,6(5):24-25.[12]奇 云.納米生物學(xué)的誘人前景[N].光明日報,1993年5月7日,第15864號第3版.[13]奇 云.納米化學(xué)研究進(jìn)展[J].自然雜志,1993,16（9、10):2-5.[14]奇 云.納米化學(xué)研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代化工,1993,13(8):38-39.[15] 華中一.納米科學(xué)與技術(shù)[J].科學(xué),2000,52(5):6-10..

第五篇：納米材料論文

納米材料

材料化學(xué)0911 0920213110 魏正宇

摘要：納米材料是指構(gòu)成材料的顆粒粒度都在納米級，或者是含有一定比例的納米級顆粒的材料。納米材料的優(yōu)點(diǎn)有表面活性增大，還會有量子尺寸效應(yīng)等。本文通過對納米材料的特殊性質(zhì)以及光纖通信，納米半導(dǎo)體的光催化特性上的重要 的作用進(jìn)行了描述同時也介紹了多種制備納米材料的方法。

一．納米材料概述

納米材料是近幾年材料科學(xué)中最富有活力，研究內(nèi)涵十分豐富的研究熱點(diǎn)之一?！凹{米”是一個尺寸單位，最早以“納米”來命名的材料是在20世紀(jì)80年代，它是指顆粒尺寸限制在10~100nm范圍內(nèi)，是處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)，它具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。

納米材料的發(fā)展大致可以分為三個階段：第一階段（1900年以前）主要是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制備各種材料的納米顆粒粉體，研究評估表征的方法,探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。第二階段（1994年）關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料的奇特物理，化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計納米復(fù)合材料。在第三階段（從1994年到現(xiàn)在），納米組裝系統(tǒng)，人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注。費(fèi)曼曾預(yù)言“如果有一天人們能按照自己的意愿排列原子和分子......，那將會創(chuàng)造什么樣的奇跡”。

二．納米材料的分類

納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發(fā)時間最長、技術(shù)最為成熟，是生產(chǎn)其他三類產(chǎn)品的基礎(chǔ)。

納米粉末：又稱為超微粉或超細(xì)粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介于原子、分子與宏觀物體之間處于中間物態(tài)的固體顆粒材料。

納米纖維：指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。

納米膜：納米膜分為顆粒膜與致密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細(xì)小的間隙的薄膜。致密膜指膜層致密但晶粒尺寸為納米級的薄膜。

納米塊體：將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結(jié)晶得到的納米晶粒材料。

三．納米材料的特性 1)小尺寸效應(yīng)

納米微粒的尺度一般在1～100nm之間，用它做成的納米材料會演示出特殊的性質(zhì)。當(dāng)超微粒子的尺寸和光波波長和德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小的時候，聲、光、磁、電、熱等特性會呈現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。例如納米材料的熔點(diǎn)會降低，如金的熔點(diǎn)是1333K，而納米金只有603K。銀的熔點(diǎn)是969.8K，納米銀的熔點(diǎn)只有273K。利用納米金屬熔點(diǎn)降低的性質(zhì)，我們可以在低溫的條件下來燒結(jié)制備合金，而且也可以使不互溶的金屬冶煉成合金。例如鈦合金的制備應(yīng)該會更加容易，而因?yàn)槿埸c(diǎn)降低的話，以前沒有辦法制備的性能更好的合金就會被制備出，這應(yīng)該會給我們的航天材料帶來革新，給航天事業(yè)帶來新的突破。

2)表面效應(yīng)

納米微粒粒度小，表面積大，位于表面的原子數(shù)迅速增加。隨著粒徑減小，比表面積大大增加。納米粒子表面原子與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺寸的減小而大幅度增加。粒徑為1納米時，表面將占20%,粒徑為1納米時，表面的體積百分?jǐn)?shù)增加到99%。由于龐大的比表面積，表面原子數(shù)增加，無序度增加，鍵態(tài)嚴(yán)重失配，配位不足，出現(xiàn)許多活性中心極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合，從而出現(xiàn)一些奇特現(xiàn)象。比如金屬納米粒子在空氣中可以燃燒，鐵納米粒子可以作為催化劑在低溫下分解二氧化碳等。

3)量子尺寸效應(yīng)

納米微粒對某種波長的光的吸收帶有藍(lán)移（發(fā)光帶或吸收帶由長波移向短波長）現(xiàn)象，對各種波長光的吸收帶有寬化現(xiàn)象，納米微粒利用此特性吸收紫外光。通常把隨著顆粒尺寸減少，能隙加大而發(fā)生藍(lán)移的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。

四．納米材料的用途

由于納米材料的比表面積很高，使得表面積增到，處于界面上的原子多，表面活性高。這一點(diǎn)最適合用來做催化劑，這樣它的活性一定很高，這樣就可以使反應(yīng)條件更加容易。例如乙烯的氫化反應(yīng)，通常用鉑作催化劑，在873K進(jìn)行。如果改用納米鉑黑作為催化劑，這個反應(yīng)在室溫下就可以進(jìn)行了。又如，粒徑為30nm的鎳可把有機(jī)化學(xué)加氫和脫氫反應(yīng)速度提高15倍。

納米材料顆粒對光的吸收特別好，利用這種性質(zhì)，可制作紅外線檢測元件，紅外吸收材料及現(xiàn)代隱形戰(zhàn)斗機(jī)上的雷達(dá)吸收材料。這對國家的軍事力量帶來了新的力量?，F(xiàn)在在我們國家新研發(fā)的殲-14戰(zhàn)斗機(jī)中采用國際最先進(jìn)的等離子隱身技術(shù)，并結(jié)合低RCS隱身技術(shù)，使正面雷達(dá)反射截面積僅為0.06平方米，并且殲-14同樣使用了先進(jìn)的紅外隱身技術(shù)，通過噴流冷卻矩形噴口，垂尾、平尾、尾撐向后延伸，可遮蔽發(fā)動機(jī)噴口的紅外線輻射，蒙皮采國產(chǎn)新型紅外抑制涂料，有效降低了超音速巡航時產(chǎn)生的紅外輻射。相信在不久的將來，我國的航天科技上運(yùn)用到納米材料，會使吸波頻帶寬、吸收率高、隱身效果好，使用會更加簡便、不會影響飛行器的飛行性能，還可能在一定程度上減少的飛行阻力。

同時呢，納米材料在防曬化妝品，塑料，金屬防腐及熒光燈中得到了廣泛的應(yīng)用。如在塑料表面增加一層含有納米微粒的透明涂層，吸收紫外光，就可防止塑料老化。

五．納米微粒制備方法

納米材料的合成和制備一直是納米科技的一個重要的課題。新材料制備工藝的研究與探索對控制納米材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能有著重要的影響。選 擇適當(dāng)?shù)墓に噷Σ牧系倪\(yùn)用方向起到至關(guān)重要的作用，目前主要的方法有低壓氣體中蒸發(fā)法、濺射法、微乳液法、溶膠一凝膠法、化學(xué)氣相沉積法等。

1.物理制備方法

1)低壓氣體中蒸發(fā)法

此種制備方法是在低壓的氫、氮等惰性氣體中通過電阻加熱法、等離子噴射法、高頻感應(yīng)法、電子束法、激光法等辦法加熱金屬，使其蒸發(fā)后形成超微粒(1~1000nm)或納米微粒。當(dāng)然不同的加熱方法制備出的超微粒的量、種類、粒徑分布及大小等都存在一些差別。

2)濺射法

濺射法是物理氣相沉積的一種。所謂“濺射”是指核能粒子轟擊固體表面，使固體原子(或分子)從表面射出的現(xiàn)象。這些被濺射出來的原子將帶有一定的動能，并且具有方向性。應(yīng)用這一現(xiàn)象將濺射出來的物質(zhì)沉積到基片的方法稱為濺射法。

2.化學(xué)制備方法

1）微乳液法(反相膠束法)微乳液法，又稱反相膠束法，是一種制備納米材料的液相化學(xué)法。所謂反相膠束法是指兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，也就是雙親分子將連續(xù)介質(zhì)分割成微小空間形成微型反應(yīng)器，反應(yīng)物在其中反應(yīng)生成固相，由于成核、晶體生長、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程受到微反應(yīng)器的限制，從而形成包裹有一層表面活性劑，并且有一定凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和形態(tài)的納米粒子。

反膠束法制備納米微粒的優(yōu)點(diǎn)有:實(shí)驗(yàn)裝置簡單、能耗低、操作簡單、粒徑大小可控、粒子分散性好、分布窄、易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)操作等特點(diǎn)。

2）溶膠一凝膠法(膠體化學(xué)法)溶膠一凝膠法其基本原理是: 用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，經(jīng)水解直接形成溶膠或解凝形成穩(wěn)定的透明溶膠系，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒固化制備出分子或納米亞結(jié)構(gòu)的材料。溶膠一凝膠轉(zhuǎn)化

溶膠中含有大量的水，凝膠化過程中，使體系失去流動性，形成一種開放的骨架結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)凝膠的途徑有兩個:一是化學(xué)法，通過控制溶膠中的電解質(zhì)濃度;二是物理法，迫使膠粒間相互靠近，克服斥力，實(shí)現(xiàn)膠凝化。

3）化學(xué)氣相沉積法

化學(xué)氣相沉積法是指直接利用氣體或通過各種手段將物質(zhì)變?yōu)闅怏w，讓一種或數(shù)種氣體通過熱、光、電、磁和化學(xué)等的作用而發(fā)生熱分解、還原或其他反應(yīng)，從氣相中析出納米粒子，冷卻后得到納米粉體。用此法可以制取金屬納米粉末、金屬和非金屬的氫、氧、氮、碳化物的納米粉末，以及各類納米薄膜。六．納米半導(dǎo)體

納米半導(dǎo)體材料基于獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，其能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，使其物理、化學(xué)性質(zhì)相對于普通體相半導(dǎo)體材料發(fā)生了明顯的變化。1)光催化特性

通過減小半導(dǎo)體催化劑的顆粒粒徑，可以顯著提高其光催化效率。近幾年來，對TiO等半導(dǎo)體納米粒子的光催化性質(zhì)的研究表明，納米粒子的光催化活性比相應(yīng)的體相材料高得多。半導(dǎo)體納米粒子具有優(yōu)異的光催化活性的原因主要有: 納米半導(dǎo)體粒子尺寸到納米量級時，量子尺寸效應(yīng)就變得顯著，這使得導(dǎo)帶和價帶之間的能隙變寬，生成光生電子和空穴能量更高，具有更高的氧化、還原能力。

當(dāng)顆粒粒徑小于載流子復(fù)合前遷移的距離時，電子與空穴復(fù)合幾率降低，有效提高光催化效率，粒子半徑減小，光生電子從晶體內(nèi)擴(kuò)散到表面的時間越短，電子與空穴分離的效果越好，從而提高光催化效率。

半導(dǎo)體催化劑粒徑減小，催化劑的表面積提高，使比表面積對反應(yīng)速率的約束減小，表面缺陷和活性中心增加，這些對提高光催化活性都是有利的。2)光催化技術(shù)的運(yùn)用

a)污水處理

隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展，工業(yè)污水和生活污水排放量越來越多，它們的污染源主要來源于防腐劑、洗滌劑、除草劑、殺蟲劑、農(nóng)藥和染料等。這其中很多有機(jī)物是利用生物處理技術(shù)難以消除的。研究表明，利用半導(dǎo)體材料的光催化性質(zhì)來處理廢水中的有關(guān)有機(jī)污染物有可能成為一種有效的方法。半導(dǎo)體光催化材料在光照條件下，產(chǎn)生電子和空穴，它們具有較強(qiáng)的氧化和還原能力，不僅可以還原有毒的重金屬離子，同時還能降解大多數(shù)有機(jī)物，并最終生成無毒無味的水和二氧化碳及一些簡單的無機(jī)物。

b)氣體凈化

近幾十年來，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，有害氣體凈化日益受到人們的重視。納米半導(dǎo)體光催化降解技術(shù)為這一問題的解決提供了良好的途徑。光催化能在室溫下利用空氣中的水蒸汽和氧去除污染物，與需要在較高溫度下進(jìn)行、操作步驟復(fù)雜的其它多相催化方法比較，具有顯著的優(yōu)越性。

空氣污染可分為兩類:室內(nèi)有害氣體和大氣污染氣體。室內(nèi)有害氣體主要包括裝飾材料等放出的甲醛及生活環(huán)境中產(chǎn)生的甲硫醇、硫化氫、氨氣，室內(nèi)汗臭、香煙臭味、冰箱異味等。二氧化鈦通過光催化作用可將吸附于其表面的這些物質(zhì)分解氧化，從而使空氣中這些物質(zhì)的濃度降低，減輕或消除環(huán)境不適感。大氣污染氣體主要指由汽車尾氣與工業(yè)廢氣等帶來的氮氧化物和硫氧化物。利用納米二氧化鈦的光催化作用可將這些氣體氧化，形成蒸氣壓低的硝酸或硫酸，這些硝酸或硫酸可在降雨過程中除去。另外，將光催化大氣凈化材料應(yīng)用于建筑物外墻表層，可實(shí)現(xiàn)大氣凈化與建材功能一體化，具有廣闊的應(yīng)用前景。

c)抗菌

抗菌是指二氧化鈦在光照下對環(huán)境中微生物的抑制或殺滅。在人們的居住環(huán)境中存在著各種有害微生物，對人類生活產(chǎn)生不良影響。光催化殺菌是利用光激發(fā)后，催化劑表面生成的活性羥基、超氧離子、過羥基和雙氧水的強(qiáng)氧化能力與生物大分子如脂類、蛋白質(zhì)、酶類以及核酸大分子發(fā)生反應(yīng)，直接損害或通過一系列氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而對生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)引起廣泛的損傷性破壞。比起傳統(tǒng)方法，光催化滅菌具有抗菌與殺菌效果迅速、殺菌能力強(qiáng)、同時還可以分解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物等特點(diǎn)。利用納米二氧化鈦的光催化性能可充分抑制或殺滅環(huán)境中的有害微生物，使環(huán)境微生物對人的危害降低。近年來，納米二氧化鈦的抗菌性能不斷被人們開發(fā)和利用，隨著抗菌熒光燈、抗菌纖維、抗菌建材、抗菌涂料和 抗菌陶瓷衛(wèi)生設(shè)施的相繼出現(xiàn)，納米二氧化鈦的抗菌性能將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

七．納米材料的發(fā)展未來

納米材料有自潔。防垢，防附著，耐高溫，耐摩擦，耐沖擊的優(yōu)良性能，從20世紀(jì)90年代開始，各國科學(xué)家紛紛投入“納米戰(zhàn)”。有人把納米材料稱為“工業(yè)味精”，因?yàn)榘阉叭觥比朐S多傳統(tǒng)材料中，老產(chǎn)品會換上令人驚嘆的新面貌。在當(dāng)前的形勢下，納米材料的研究應(yīng)該推向工業(yè)化，相信，在不久的將來，納米材料在新材料，化工，能源，信息等領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更大的作用。

結(jié)語：納米材料相當(dāng)于一次技術(shù)革新，它在人類生活中起到了重要的作用，它帶動了人類社會的進(jìn)步，引領(lǐng)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，同時它也是最有前途的新型材料?，F(xiàn)在納米材料已經(jīng)悄然進(jìn)入我們的生活，開始朝大眾化的目標(biāo)而來。隨著各個領(lǐng)域?qū){米材料的研究力度的加強(qiáng)，可預(yù)見在不久的將來，納米材料會運(yùn)用地更加廣泛，便利。納米材料又會為我們生活水平帶來一個大的跨步。參考文獻(xiàn)：（1）戴立益，我們周圍的化學(xué)，華東師范大學(xué)出版社，2002（2）張立德，牟季美。納米材料和納米結(jié)構(gòu)，北京科學(xué)出版社，2001（3）李田，嚴(yán)煦世,上海環(huán)境科學(xué)，(1992)11.（4）王怡中,環(huán)境科學(xué)，(1998)1.（5）胡安正，唐超群,功能材料，32001)586.（6）黃德歡，納米技術(shù)與應(yīng)用，上海中國紡織大學(xué)出版社，2001（7）李新勇,李數(shù)本,化學(xué)進(jìn)展，(1996)231.