第一篇：08化本班 05號 黃榕 納米材料在陶瓷領(lǐng)域的應用新進展

納米材料在陶瓷領(lǐng)域的應用新進展

黃榕

（瓊州學院理工學院 海南 五指山 572200）

摘要:納米陶瓷是近幾年來發(fā)展起來的先進材料,受納米微?；疚锢硇淖饔?在力、光、電、熱、磁等方面具有許多優(yōu)異性能,特別是室溫超塑性、高韌性、低溫易燒結(jié)等潛在性能將大大拓寬陶瓷材料的應用領(lǐng)域[1]。

關(guān)鍵詞:納米陶瓷;性能;應用

1.引言

先進陶瓷材料在高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料難以克服的弱點。英國材料學家Cahn曾評述，通過改進工藝和化學組分等方法來克服陶瓷脆性的嘗試都不太理想，無論是固溶摻雜的氮化硅、相變增韌的氧化鋯要在實際中作為陶瓷發(fā)動機材料還不能實現(xiàn)。納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑之一[2]。隨著納米技術(shù)的廣泛應用,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。2.納米技術(shù)與納米陶瓷

利用納米技術(shù)開發(fā)的納米陶瓷材料-納米氧化鋯（VK-R50）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化，晶界數(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、熱學、磁學、光學等性能產(chǎn)生重要的影響，從而呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)陶瓷不同的獨特性能，為替代工程陶瓷的應用開拓了新領(lǐng)域[3]。

2.1 納米陶瓷的性能

(1)納米陶瓷材料具有極小的粒徑、大的比表面積和高的化學性能，可以降低材料的燒結(jié)致密化程度、節(jié)約能源；

(2)使材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性；(3)可以從納米材料的結(jié)構(gòu)層次(1～100 nm)上控制材料的成分和結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能，而使納米材料的組織結(jié)構(gòu)和性能的定向設計成為可能。

另外，陶瓷是由陶瓷原料成型后燒結(jié)而成的，而且陶瓷粉料的顆粒大小決定了陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能。如果粉料的顆粒堆積均勻、燒成收縮一致且晶粒均勻長大，則顆粒越小產(chǎn)生的缺陷就越小，所制備的材料的強度就相應越高，這就可能出現(xiàn)一些大顆粒材料所不具備的獨特性能。納米陶瓷最重要的特性主要在于力學性能方面，包括納米陶瓷材料的硬度、斷裂韌度和低溫延展性等，特別是在高溫下使硬度、強度得以較大的提高[4]。

2.2 納米陶瓷的研發(fā)

納米陶瓷具有類似于金屬的超塑性是納米材料研究中令人注目的焦點。例如，納米氟化鈣和納米氧化鈦陶瓷在室溫下即可發(fā)生塑性形變，180℃時，塑性形變可達100%。存在預制裂紋的試樣在180℃下彎曲時，也不發(fā)生裂紋擴展。九十年代初，日本的新原皓一（Niihara）報道用納米SiC顆粒復合氧化鋁材料的強度可達到1GPa以上，而常規(guī)的氧化鋁基陶瓷強度只有350-600MPa。Al2O3/SiC納米復合材料在1300℃氬氣中退火2小時后強度提高到1.5GPa，它的高力學性能是與納米復相陶瓷的精細顯微結(jié)構(gòu)直接相關(guān)的。德國馬普冶金材料研究所的科研人員將聚甲基硅氮烷在高溫下裂解后，制得的?-Si3N4微米晶與?-SiC納米晶復合陶瓷材料。它具有良好的高溫抗氧化性能，可在1600℃的高溫使用（氮化硅材料的最高使用溫度一般為1200-1300℃）。他們最新進展是通過添加硼化物提高材料的熱穩(wěn)定性，利用生成BN的包覆作用穩(wěn)定納米氮化硅晶粒，將這種Si-B-C-N陶瓷的使用溫度進一步提高到2000℃，這是迄今國際上使用溫度最高的塊體陶瓷材料[2]。3.納米陶瓷的應用

3.1 納米陶瓷在軍事領(lǐng)域中的應用及趨勢

雖然納米陶瓷還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但其優(yōu)良的室溫和高溫力學性能、拉彎強度、斷裂韌性使其在切削工具、軸承、發(fā)動機部件等諸多方面都有廣泛的應用，并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應用前景。

3.1.1 防護材料

普通陶瓷在被用作防護材料時，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、垮晶、界面破壞、裂紋擴展等一系列破壞過程，從而降低了陶瓷材料的抗彈性能。納米陶瓷高活性和耐沖擊的性能，可有效提高主戰(zhàn)坦克復合裝甲的抗彈能力；增強速射武器陶瓷襯管的抗燒蝕性和抗沖擊性；由防彈陶瓷外層和碳納米管復合材料作襯底，可制成堅硬如鋼的防彈背心；在高射武器方面如火炮、魚雷等，納米陶瓷可提高其抗燒結(jié)沖擊能力，延長使用壽命。目前，國外復合裝甲已經(jīng)采用高性能的高彈材料。在未來的戰(zhàn)爭中，若能把納米陶瓷用于車輛裝甲防護，會具有更好抗彈、抗爆震、抗擊穿的能力，提供更為有力的保護。3.1.2 吸波材料

陶瓷材料除具有優(yōu)良的力學性能和熱物理性能外，高的機械強度、化學穩(wěn)定性好，同時又具有吸波功能，能滿足隱身要求，已被廣泛用作吸收劑。據(jù)報道，F(xiàn)-117隱身飛機的尾噴管上用的就是陶瓷吸波材料，可以承受1093℃的高溫，法國采用陶瓷復合纖維也制造出了無人駕駛的隱身飛機。隨著技術(shù)的進步，吸波材料向“薄”、“輕”化發(fā)展；兼容吸收毫米波、厘米波和米波；追求寬頻帶吸收。而納米材料在這方面具有得天獨厚的條件：良好的吸波性能；寬頻帶、兼容性好、質(zhì)量輕、厚度薄等特點，使得納米陶瓷材料成為陶瓷吸波材料研究重要方向之一。目前研究較多的納米碳化硅陶瓷吸波材料，不僅吸波性能好、能減弱發(fā)動機紅外信號，而且具有密度小、強度高、韌性好、電阻率大等特點，是國內(nèi)外發(fā)展很快的吸收劑之一[5]。3.2 納米陶瓷粉體在日用功能制品領(lǐng)域中的應用

高性能的納米陶瓷粉體材料具有其多種奇特和優(yōu)良的功能特性，在國外最先應用于軍事領(lǐng)域，或以軍事為背景的電子、信息、航空和航天等領(lǐng)域，隨后逐漸向民用領(lǐng)域發(fā)展，在軍事、能源、化學化工、敏感材料、光電、環(huán)保食品和生物醫(yī)藥等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域有著十分廣闊的應用前景，在人們的日用生活制品領(lǐng)域可涉及衣、食、住、行的各個方面，可顯著地改善人們的生活環(huán)境、身體健康和生活質(zhì)量。目前在紡織纖維、塑料橡膠、日用化學、飲食容器、建筑涂料、家用電器和陶瓷制品中，已有許多相關(guān)納米陶瓷功能產(chǎn)品問世并開始銷售。這些產(chǎn)品大多由于采用納米材料，其納米效應（量子尺寸效應等）使得其制品具有奇異和優(yōu)良的光電特性和化學活，如電飯煲、電壓力鍋的內(nèi)鍋需要采用納米陶瓷涂料。該項目研制的涂料采用無機質(zhì)的陶瓷經(jīng)過納米技術(shù)處理和機能性添加劑結(jié)合，加水分解和縮合過程后，最終形成精密的、高強度的納米陶瓷涂料，以金屬為基質(zhì)的內(nèi)鍋表面經(jīng)過超硬化處理后，在低溫下（200攝氏度以下）固化成形，表面硬度高，無任何毒性和腐蝕性物質(zhì)，無任何氣味，具有節(jié)能、耐高溫、不粘、安全等特點。采用紋路技術(shù)的電飯煲、電壓力鍋的風鍋，其特征在于鍋體內(nèi)壁均布多邊形或圓形或橢圓形凹槽，特點是內(nèi)鍋加熱輻射面積增加，擴大內(nèi)鍋受熱面積，節(jié)約熱源。大米或烹飪的食物與鍋體均布有間隙，水填充其中，加熱時水汽傳熱更充分，底部受熱均勻，不糊底[6]。

3.3 納米陶瓷在汽車工業(yè)中的應用 納米陶瓷不僅由于其燒成溫度降低數(shù)百度而使能耗大幅度減少，成本降低，有利于推廣應用，還因為納米陶瓷有其獨特的與傳統(tǒng)陶瓷無與倫比的優(yōu)良性能而將會被廣泛應用。比如，納米陶瓷由于具有高硬度、低溫、超塑性、高韌性、耐磨性以及耐高溫高壓性、抗腐性、氣敏性、易加工可切削性等性能而拓展了它在汽車工業(yè)中應用的領(lǐng)域。

(l)納米陶瓷既可作連桿、推桿、軸承、氣缸內(nèi)襯、活塞頂?shù)炔牧希挚勺餮鮽鞲衅鞑牧弦杂糜跈z測汽車尾氣，還可制造用于燃料電池汽車中的高溫燃料電池。如納米ZrO陶瓷材料等。用納米陶瓷作為氣缸內(nèi)襯材料時，因耐高溫且高溫高強，可促使燃料燃燒，使燃料的熱效率提高。

(2)納米陶瓷作為汽車發(fā)動機的零部件材料和抗腐蝕材料，如納米Si3N;陶瓷等。(3)納米陶瓷粒子涂覆于汽車玻璃表面可起到防污和防霧、隔熱作用，還具有保潔殺菌功能。

(4)納米陶瓷粒子摻入高分子塑料和橡膠中能顯著提高拉伸強度、沖擊韌性、彈性模量、靜電屏蔽性和耐老化性、阻燃自熄滅性，不僅汽車內(nèi)飾材料輕便化、抗菌自潔、抗靜電、防變脆，降低材料破壞速率和摩擦磨損，還可以阻燃防火，使輪胎使用壽命延長;摻入油漆中，不僅能抗老化變脆、防脫落，極大地提高粘接性能、耐污染性能和汽車面漆的耐候性能，而且還具有吸波隱身功能和自修補功能。

(5)納米陶瓷具有特殊的的磁學性能，可作為磁致冷的工作物質(zhì)。

(6)納米陶瓷粉體引起耐磨損、減摩擦等性質(zhì)，可作抗磨減磨的潤滑材料，且潤滑效果很好[7]。

3.4 納米陶瓷在軸承工業(yè)中的應用

軸承在機械工業(yè)中的應用極其廣泛.傳統(tǒng)的軸承材料多為金屬，以油作為潤滑介質(zhì).但上述材料和工況下的軸承有許多缺點，如成本高、結(jié)構(gòu)復雜、污染環(huán)境等，已愈來愈不能滿足實際工作的需要.陶瓷材料具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕、剛度高、熱膨脹系數(shù)小、導熱性好、比重小、耐磨等諸多優(yōu)點，和傳統(tǒng)軸承材料相比，它特別適用于高溫、高速、強磁場及腐蝕性環(huán)境等特殊場合.目前，陶瓷材料己被成功地用來制造機床的滾動軸承、水泵的滑動軸承等.如水泵中的陶瓷滑動軸承，由于它能夠在含有泥沙類固相顆粒的液體中運轉(zhuǎn)，并且具有良好的耐腐蝕性，因而對于直接輸送海水或江水的船用泵來說，具有特別重要的意義;加之良好的導熱性能，使泵在一定的干運轉(zhuǎn)期間，不會因過高的溫升而發(fā)生燒毀.為使陶瓷材料在軸承工業(yè)中得到更廣泛地應用，除了良好自潤滑效果外，關(guān)鍵問題就是提高陶瓷材料的韌性.使用納米陶瓷就是提高陶瓷材料韌性(同時提高強度等綜合性能)的有效辦法之一目前納米陶瓷在軸承中的應用主要有以下幾個方面: l)制成全陶瓷的納米陶瓷，使制品與常規(guī)陶瓷材料相比，其綜合性能，尤其是斷裂韌性有大幅度的提高;2)將納米陶瓷添加到橡膠等軸承材料中，改善原材料的強度和耐磨性;3)通過在原軸承材料表面涂覆納米陶瓷涂層，提高原軸承材料的耐磨性和使用壽命[8]。

4.結(jié)語

納米陶瓷作為一種新型高性能陶瓷，是近年發(fā)展起來的一門全新的、將成為新世紀重要的高新技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)，越來越受到世界各國科學家的關(guān)注。納米陶瓷的研究與發(fā)展必將引起陶器工業(yè)的發(fā)展與變革。目前，國外納米陶瓷已開始產(chǎn)業(yè)化，但我國還處于陶瓷納米粉體的研制階段。納米陶瓷要真正使產(chǎn)業(yè)化，還需社會各界共同努力，產(chǎn)學研共攜手。加快科技成果的轉(zhuǎn)化。納米陶瓷以其巨大的潛在的優(yōu)異性能，特別是超塑性，高韌性以及低溫燒結(jié)性等，給陶瓷工業(yè)注入了新的活力。如納米陶瓷在建筑行業(yè)、電子領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域、精密設備領(lǐng)域、環(huán)保領(lǐng)域以及在某些領(lǐng)域中的抗菌方面都有廣泛的應用。隨著社會對高性能陶瓷的要求，納米陶瓷將具有令人矚目的前景，市場潛力巨大。

參考文獻：

[1]王獻忠.納米陶瓷研究現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展[J].萍鄉(xiāng)高等?？茖W校學報 2005，4 [2]翟華嶂,李建保,黃勇.納米材料和納米科技的進展、應用及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀[J].清華大學新型陶瓷與精細化工國家重點實驗室,2002.[3]Hayashi H, Kishida M, Wakabayashi K.Metal-support in-teraction and catalysis of the catalysts prepared using micro-emulsion.Catalysis Surveys Jap, 2002, 6(2): 9 [4]肖長江,鄧相榮,栗正新.納米陶瓷的特性和燒結(jié).佛山陶瓷,2010 [5]江炎蘭,王杰.納米陶瓷材料的性能、制備及其在軍事領(lǐng)域的應用前景[J].海軍航空工程學院學報 2006,21(1)[6]康軍軍.納米陶瓷的性能及其應用.材料物理,2008 [7]張先禹,浦鴻汀,王瑩,楊妙粱.納米陶瓷及其在汽車工業(yè)中的應用[J].上海汽車,2003,9:35-37 [8]吳光杰,王海寶.納米陶瓷及其在軸承工業(yè)中的應用[J].西南民族大學學報,自然科學版 2003,3(29):341-343

第二篇：08化本班 黃榕 05號 淺談我國表面工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[推薦]

淺談我國表面工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

黃榕

（瓊州學院理工學院 海南 五指山 572200）

摘要：表面工程技術(shù)的發(fā)展對工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟建設具有重大意義。本文簡要介紹了表面工程技術(shù)的概念也特點以及我國表面工程技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢。關(guān)鍵詞：表面工程技術(shù);發(fā)展現(xiàn)狀

0 引言

表面工程是個涉及面極其廣泛的綜合性邊緣學科，它的發(fā)展不僅在學術(shù)上豐富了材料科學、冶金學、機械學、電子學、物理學、化學、摩擦學等基礎(chǔ)學科，開辟了新的研究領(lǐng)域，而且在實際應用上，為工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟建設做出了重要貢獻。

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對各種設備零部件表面性能的要求越來越高，材料的失效，如，疲勞、磨損、腐蝕、氧化、燒損以及輻射損傷等，一般都是從表面開始的，表面的局部損壞又很快造成整個零件失效，最終導致設備停產(chǎn)。由表面失效帶來的破壞和損失是很驚人的。中國機械工業(yè)每年所用的鋼材，約有1/2是消耗在備件的生產(chǎn)上，備件中的大部分是由于磨損壽命不高而失效的。因此，采用表面技術(shù)，根據(jù)需要，改善材料的表面性能，會有效地延長使用壽命，節(jié)約資源，提高生產(chǎn)力，減少環(huán)境污染。

另一方面，表面工程技術(shù)也逐步發(fā)展成為新型材料制備工藝，其中，既有作為體材料的制備工藝，如，電鑄成型、氣相沉積特種材料(熱解石墨、六方氮化硼、碳化硅)、噴射成型等，又有薄膜和微細加工工藝。后一類技術(shù)正致力于向更低的特征尺寸擴展，使得先進的微小尺度特征表面工程技術(shù)正在逐步成為支撐IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展的微/納技術(shù)的重要組成部分。

表面工程具有學科的綜合性、手段的多樣性、廣泛的功能性、潛在的創(chuàng)新性、環(huán)境 的保護性、很強的實用性和巨大的增效性，是當代材料科學技術(shù)、低溫等離子體、真空科技等高技術(shù)的重要交叉領(lǐng)域和發(fā)展前沿。先進表面工程技術(shù)已成為現(xiàn)代制造業(yè)中一個重要的分支。

[1]1 表面工程

1.1 表面工程的概念與特點

表面工程，是經(jīng)表面預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術(shù)復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學成分、組織結(jié)構(gòu)和應力狀態(tài)等，以獲得所需要表面性能的系統(tǒng)工程。表面工程是由多個學科交叉、綜合而發(fā)展起來的新興學科，它以“表面”為研究核心，在有關(guān)學科理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)零件表面的失效機制，以應用各種表面工程技術(shù)及其復合為特色，逐步形成了與其它學科密切相關(guān)的表面工程基礎(chǔ)理論。表面工程的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能，這層表面材料與制作部件的整體材料相比，厚度薄，面積小，但卻承擔著工作部件的主要功能。

國家的節(jié)能節(jié)材“九五”規(guī)劃中曾將表面工程應用作為重大措施之一，并列為節(jié)能、節(jié)材示范項目。材料表面改性作為傳統(tǒng)材料性能優(yōu)化的基礎(chǔ)研究也被列入國家自然科學基金“九五”、“十五”優(yōu)先資助域。由于表面工程的顯著作用和重要地位，許多先進的表面工程技術(shù)及其基礎(chǔ)理論研究被列入了國家“973”項目、國家重大技術(shù)創(chuàng)新項目、國家重點科技攻關(guān)項目等。例如，全軍裝備維修表面工程研究中心研究開發(fā)的高速電弧噴涂技術(shù)已經(jīng)被列入國家重大技術(shù)創(chuàng)新項目和國家“九五”重點科技攻關(guān)項目。表面工程適合當今國際社會技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的要求，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，體現(xiàn)了科技盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的要求。近年來，復合表面工程和納米表面工程已成為表面工程領(lǐng)域新的研究發(fā)展方向。1.2 表面工程技術(shù)體系

20世紀60—70年代，電子束、激光束、離子束技術(shù)的實用化并進入材料表面界面加工技術(shù)領(lǐng)域，使表面技術(shù)發(fā)生了突破性的進展。表面工程技術(shù)在機械制造、冶金、電子、汽車與船舶制造、能源與動力航空航天工業(yè)等領(lǐng)域中均起到了舉足輕重的作用。表面工程已成為世界上20世紀80年代10項關(guān)鍵技術(shù)之一及20世紀90年代加強研究的9項科技項目之一，并形成了跨多種學科的一門邊緣科學，成為涵蓋材料科學、物理、化學、冶金、機械、電子與生物等領(lǐng)域的新型的交叉科學。

表面工程技術(shù)的體系如下圖：

[3][2]我國表面工程技術(shù)發(fā)展

表面工程技術(shù)的應用，至今已經(jīng)歷了數(shù)千年的歷史。中國在戰(zhàn)國時代已經(jīng)開始對鋼進行淬火，并利用大豆中分解出來的N，C元素富化燒紅的鐵劍表面，以增強其強度和韌性。但總體上看，表 面技術(shù)的發(fā)展是緩慢的，種技術(shù)也局限于具體的應用中而互不關(guān)聯(lián)沒有形成完整的學科系統(tǒng)。直至20世紀后半葉，隨著世界經(jīng)濟與技術(shù)的迅速發(fā)展，新型的表面技術(shù)蓬勃發(fā)展，各種學科和技術(shù)相互交叉滲透，表面工程學應運而生。目前，表面技術(shù)在制造業(yè)中舉足輕重，已成為當今世界的關(guān)鍵技術(shù)之一。[1]2.1 復合表面工程技術(shù)

表面工程技術(shù)的復合，能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領(lǐng)域。單一的表面工程技術(shù)由于其固有的局限性，往往不能滿足日益苛刻工況條件的要求。隨著科學技術(shù)的進步，又發(fā)展了綜合運用兩種或多種表面工程技術(shù)的復合表面工程技術(shù)，或稱為第 2 代表面工程技術(shù)，這種復合表面工程技術(shù)，通過最佳協(xié)同效應，獲得了“1+1>2”的效果，解決了一系列高新技術(shù)發(fā)展中特殊的工程技術(shù)難題。

目前，復合表面工程技術(shù)的研究和應用已取得了重大進展，如熱噴涂與激光重熔的復合、熱噴涂與刷鍍的復合、化學熱處理與電鍍的復合、表面強化與噴丸強化的復合、表面強化與固體潤滑的復合、多層簿膜技術(shù)的復合、金屬材料基體與非金屬材料涂層的復合等，復合技術(shù)使本體材料的表面簿層，具有了更加卓越的性能。采用金屬―油漆涂層，可以在不需要維修的情況下使用25—40年，使油漆層獲得最充分的應用年限；此外還有，對金屬基體進行先期淬火滲碳處理，然后在滲碳層表面再進行鈦沉積；采用加熱和熱化學的方法對表面淬火層進行拋光；綜合應用滲氮處理和滲硼處理；采用PVD和CVD的方法進行真空沉積涂層，并同時進行離子注入；等離子加熱與滲碳結(jié)合同時用于處理材料的表面等復合技術(shù)。

復合表面工程技術(shù)將在新世紀中不斷得到發(fā)展，今后將根據(jù)產(chǎn)品的需要，進一步研究運用各種表面工程技術(shù)綜合或復合，以達到最佳的優(yōu)化效果。2.2 納米表面工程技術(shù)

在理論研究與實踐應用的基礎(chǔ)上，“納米表面工程”的新領(lǐng)域應運而生。納米表面工程是以納米材料和其它低維非平衡材料為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)或手段，對固體表面進行強化、改性、超精細加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。表面工程中納米材料研究的基礎(chǔ)問題：①納米材料覆層與基體的表面、界面問題；②納米材料在表面工程覆層制備動態(tài)過程中的冶金、化學、物理等過程；③表面覆層中納米材料與其它材料之間的協(xié)同效應。

從1997年開始，全軍裝備維修表面工程研究中心在國內(nèi)首先提出了“納米表面工程” 的概念，并開展了納米粉末表面工程的研究工作，主要包括：納米粘接劑技術(shù)、納米電刷鍍技術(shù)、納米添加劑技術(shù)、納米固體潤滑干膜技術(shù)、納米熱噴涂技術(shù)和納米涂料技術(shù)等。2.2.1 納米熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)在表面工程領(lǐng)域中應用十分廣泛,如超音速火焰噴涂(HVOF)、高速電弧噴涂、氣體爆燃式噴涂、電熔爆炸噴涂、超音速等離子噴涂和真空等離子噴涂等。納米熱噴涂技術(shù)就是以現(xiàn)有熱噴涂技術(shù)為基礎(chǔ)，通過噴涂納米材料而得到納米涂層。

熱噴涂納米涂層可分三類：單一納米材料涂層體系；兩種(或多種)納米材料構(gòu)成的復合涂層體系；添加納米顆粒材料的復合體系，其中添加陶瓷或金屬陶瓷顆粒的復合體系較容易實現(xiàn)。目前，完全的納米材料涂層由于技術(shù)繁雜、難度大，離應用還有相當距離。大部分的研究開發(fā)工作集中在第三種，即在傳統(tǒng)涂覆層技術(shù)基礎(chǔ)上，添加復合納米材料，可在較低成本下，使涂覆層功能得到顯著提高。

納米熱噴涂技術(shù)為零件表面強化提供了最新技術(shù)手段，提升了裝備再制造的技術(shù)水平，擴大了裝備再制造的使用范圍，使重要裝備關(guān)鍵零部件的再制造成為可能，效果非常顯著。

[5]

[4]2.2.2 納米電刷鍍技術(shù)

電刷鍍技術(shù)具有設備輕便、工藝靈活、鍍覆速度快和鍍層種類多等優(yōu)點，被廣泛應用于機械零件表面修復與強化，尤其適用于現(xiàn)場及野外搶修。納米電刷鍍就是在鍍液中添加了特種納米顆粒的新型電刷鍍技術(shù)。裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室的研究表明，納米電刷鍍復合涂層可顯著提高材料的摩擦學性能，尤其提高了耐高溫磨損及抗接觸疲勞性能。例如在快速鎳鍍層中添加經(jīng)改性處理的納米Al2O3、SiC和金剛石粉后，其顯微硬度和抗微動磨損性能明顯高于傳統(tǒng)快速鎳刷鍍層。納米電刷鍍層的硬度是不含納米顆粒電刷鍍層的1.5—1.7倍，耐磨性是1.6—2.5倍，抗接觸疲勞壽命由105周次提高到106周次，可服役溫度由200℃提高到400℃。納米電刷鍍技術(shù)已在裝備再制造中得到具體運用，解決了重載車輛、艦船和飛機發(fā)動機再制造中的一些關(guān)鍵技術(shù)難題。2.2.3 納米固體潤滑技術(shù)

固體潤滑是指利用固體材料本身的潤滑性來減輕接觸表面之間磨損程度的潤滑方式，它是對流體潤滑的有力補充，一般用于高溫、高負荷、超低溫、超高真空、強氧化和強輻射等特殊工況。固體潤滑不僅可用于無油潤滑的千摩擦場合，也可以廣泛用于有油潤滑的情況，形成潤滑效果更好的“流體+固體”的混合潤滑。對黑色金屬材料進行低溫離子滲硫處理，可在材料表面得到厚度不超過10um，并具有納米結(jié)構(gòu)特征的FeS固體潤滑涂層。納米固體潤滑技術(shù)已用于發(fā)動機缸套一活塞環(huán)、噴油嘴針閥及滾動軸承等精密偶件的減摩，壽命延長均在1倍以上。2.2.4 納米粘接技術(shù)

納米粘接技術(shù)是指將特殊功能納米顆粒和常規(guī)填料(如石墨、二硫化鉬、陶瓷粉末等)與高分子聚合物相混合并涂敷于零件表面實現(xiàn)特定用途(如耐磨、抗蝕等)的一種表面工程技術(shù)。例如，含納米金剛石的膠粘劑具有優(yōu)異的耐磨性和很高的膠接強度，耐磨性和膠接強度隨著納米金剛石粉在膠粘劑中加入量的增加而增加，當加入量為8％時，耐磨性是未添加的2.2倍，拉伸強度可達50 MPa，比未添加的提高27.5％。[7]

[6]3 表面工程技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 不斷將各種先進技術(shù)應用到表面工程領(lǐng)域

為了追趕世界科技發(fā)展速度，使我國的科技發(fā)展立于世界科技發(fā)展的前沿，我國不僅要把先進制造技術(shù)列入國家“十五”科技計劃體系，實現(xiàn)制造強國和制造大國的目標，而且針對我國國情，更要進一步把“再制造工程”列入國家重要科技發(fā)展專項計劃中，才能真正使這項利國、利民、功在當代、利在千秋的任務落實在實處。要促進表面工程的發(fā)展，就必須將相關(guān)領(lǐng)域的最新研究成果不斷應用于表面工程技術(shù)領(lǐng)域。

隨著計算機的廣泛應用和推廣，在表面工程領(lǐng)域中將不斷應用該領(lǐng)域的研究成果。例如發(fā)展數(shù)值模擬的方法設計表面工程技術(shù)，并完善表面工程技術(shù)設計。

推廣機械化、自動化的表面涂層制備方法，特別在加工復雜形狀零件及危害操作者的身體健康時，推廣將十分有益。

3.2 發(fā)展節(jié)能、節(jié)材、降耗、少污染的表面工程技術(shù)

20世紀全球經(jīng)濟高速發(fā)展，與此同時，對自然資源的任意開發(fā)和對環(huán)境的無償利用，造成全球生態(tài)破壞、資源浪費和短缺、環(huán)境污染等重大問題。其中機電產(chǎn)品制造業(yè)是最大的資源使用者，也是最大的環(huán)境污染源之一。據(jù)統(tǒng)計，1996年全球有2 400萬輛汽車報廢 到，2000年全球?qū)⒂?000萬臺計算機被淘汰。隨著21世紀到來以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材為目標的先進制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，發(fā)展節(jié)能、節(jié)材、降耗、少污染的表面工程技術(shù)成為社會的重要課題。

低能耗的表面工程技術(shù)，例如通過大氣或真空等方法代替鹽浴池處理；采用高能量（但能耗低），光束方法及技術(shù)（如激光、電子、離子、等離子體），在表面工程技術(shù)中盡量減少涂層材料及基體材料的消耗。[4]4 總結(jié)

隨著人們對低成本、高性能產(chǎn)品的追求，對產(chǎn)品外觀的美、對環(huán)境協(xié)調(diào)美以及生態(tài)平衡美的追求，21世紀任何工程、任何產(chǎn)品的設計將會也必然會將表面設計納入總體設計中，表面工程技術(shù)也將會充分發(fā)揮其獨特的作用。同時，這種理念也將進一步反作用于表面工程學，使其自身得以更為迅猛的發(fā)展。[3]參考文獻：

[1] 梁文萍,繆強,張平則,姚正軍.先進表面工程技術(shù)的發(fā)展前沿[A].山西能源與節(jié)能 2010(4):72-86.[2] 徐濱士.表面工程和再制造工的現(xiàn)狀及展望[A].材料工程 2003:1-6.[3] 孫宜華.材料的表面工程技術(shù)[A].中國資源綜合利用 2002(11):42-44.[4] 俆濱士,張振學,馬世寧,劉世參,朱勝,張偉.新世紀表面工程展望[J].中國表面工程2000(1):2-6.[5] 徐濱士,馬世寧,梁秀兵,董世運.表面工程的進展[A].金屬熱處理 2002,27(7):1-3.[6] 徐濱士,劉世參,梁秀兵.納米表面工程的進展與展望[J].機械工程學報 2003,39(10):21-26.[7] 海斗,莊大明,王昆林等．高速鋼離子滲硫?qū)拥那Σ翆W性能研究[J].摩擦學學報 2002(4)：250-253.

第三篇：08化本班 05號 黃榕 我國綠色化學學科發(fā)展

我國綠色化學學科發(fā)展現(xiàn)狀

黃榕

（瓊州學院理工學院 海南 五指山 572200）

摘要：綠色化學是知識經(jīng)濟時代化學工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，是我國化學研究的前沿領(lǐng)域。本文介紹了近年來我國綠色化學學科在可再生資源、原子經(jīng)濟反應、環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料、環(huán)保新汽油等方面的發(fā)展。

關(guān)鍵字：綠色化學；研究；發(fā)展現(xiàn)狀

1.引言

化學是中心科學,它聯(lián)系自然科學的方方面面,包括數(shù)學、物理、生物與生命、能源和環(huán)境、地質(zhì)和礦產(chǎn)等；一些重大的工業(yè)生產(chǎn)過程(如冶金、陶瓷、聚合物、化肥、醫(yī)藥、化妝品等),甚至是火箭和衛(wèi)星的發(fā)射,都是基于化學反應的過程。全球化學工業(yè)每年有18410億歐元的交易額，占全球貿(mào)易額的9%，創(chuàng)造著全球收入的4%～5%。化學為整個自然科學和社會科學的進步、全球經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和人類生活水平的提高作出了重大貢獻[1]。

目前,化學已經(jīng)滲透到人類生產(chǎn)、生活和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。在化學科學和化學知識為人類帶來無數(shù)便利和希望的同時,它也帶給了人類濃濃的煙塵、形形色色的廢棄物, 還有看不見的毒物。

人類正面臨有史以來最嚴重的環(huán)境危機,環(huán)保問題成為影響經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要問題之一。發(fā)達國家對環(huán)境的治理,已開始從治標,即從末端治理污染轉(zhuǎn)向治本,即開發(fā)清潔工業(yè)技術(shù),消減污染源頭,生產(chǎn)環(huán)境友好產(chǎn)品?！熬G色技術(shù)”已成為21世紀化工技術(shù)與化學研究的熱點和重要科技前沿。2.綠色化學概念及意義

綠色化學設計研究沒有或盡可能小的環(huán)境副作用，并在技術(shù)上、經(jīng)濟上可行的化學品和化學過程。它是實現(xiàn)污染預防的基本和重要的科學手段。綠色化學研究的內(nèi)容顯然要包括化學反應(化工生產(chǎn))過程的三個基本要素: 一是研究、變換、設計、選擇對人類健康和環(huán)境友好的原材料或起始物；二是研究最好的轉(zhuǎn)換反應和催化劑；三是設計或重新設計對人類健康和環(huán)境更安全的目標化合物(產(chǎn)品)。目前綠色化學的研究重點是:(1)設計或重新設計對人類健康和環(huán)境更安全的化合物，這是綠色化學的關(guān)鍵部分；(2)探求新的、更安全的、對環(huán)境更友好的化學合成路線和生產(chǎn)工藝，這可從研究、變換基本原料和起始化合物以及引入新試劑入手；(3)改善化學反應條件, 降低對人類健康和環(huán)境的危害, 減少廢棄物的產(chǎn)生和排放[2]。3.我國綠色化學的研究重點

近年來我國在綠色化學方面的活動也逐漸活躍。1995年，中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術(shù)一推進化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑》的院士咨詢課題，并建議“國家科技部組織調(diào)研，將綠色化學與技術(shù)研究工作列入‘九五’基礎(chǔ)研究規(guī)劃”；1996年，召開了“工業(yè)生產(chǎn)中綠色化學與技術(shù)”研討會，并出版“綠色化學與技術(shù)研討會學術(shù)報告匯編”。1997年國家自然科學基金委員會與中國石油化工集團聯(lián)合資助了“九五”重大基礎(chǔ)研究項目“環(huán)境友好石油化工催化化學與化學反應工程”；中國科技大學綠色科技與開發(fā)中心在該校舉行了主題討論會，并出版了“當前綠色科技中的一些重大問題”論文集；香山科學會議以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)--綠色化學”為主題召開了第72次學術(shù)討論會。1998年，在合肥舉辦了首屆國際綠色化學高級研討會；《化學進展》雜志出版“綠色化學與技術(shù)”專集；四川聯(lián)合大學也成立了綠色化學與技術(shù)研究中心，1999年，國家自然科學基金委設立了“用金屬有機化學研究綠色化學中的基本問題”的重點項目。5月，在成都舉辦了第二屆國際綠色化學高級研討會，出版了《綠色化學與技術(shù)》專著。12月，在北京九華山莊舉行了第16次九華科學論壇，會議從科學發(fā)展和國家長遠需求的戰(zhàn)略高度，對綠色化學的基本科學問題進行了充分的研討和論證，初步提出了綠色化學近期研究工作重點，即：(1)綠色合成技術(shù)、方法學和過程的研究，主要包括反應方法學特別是原子經(jīng)濟反應和高選擇性、高轉(zhuǎn)化率反應；高效均相和多相的不對稱催化反應；酶催化和仿生催化；環(huán)境友好介質(zhì)和原料等；（2）可再生資源的利用和轉(zhuǎn)化中的基本科學問題，包括生物質(zhì)和酶分子“手性”和類似手性的空間構(gòu)型選擇性的化學物理本質(zhì)；主要生物質(zhì)和酶分子在酶催化轉(zhuǎn)化過程中“構(gòu)一效關(guān)系”；生物質(zhì)各種成分的分級多層次轉(zhuǎn)化機理、途徑及其高效綜合利用；天然高分子的化學與物理改性，制備與環(huán)境相容的可生物降解新材料等。（3）綠色化學在礦物資源高效利用中的關(guān)鍵科學問題。包括復雜礦物的相結(jié)構(gòu)、性能及多組元間相互作用與自催化特性；多元素擬均相“原子經(jīng)濟”反應及高選擇性分離；生物分離提取礦物的選擇性催化與生物轉(zhuǎn)化機制；介質(zhì)和工業(yè)代謝產(chǎn)物的循環(huán)再生及零排放系統(tǒng)設計等[3]。4.我國綠色化學發(fā)展現(xiàn)狀

綠色化學化工研究所追求的目標是: 淘汰有毒原材料，探求新的合成路線，采用無污染的反應途徑和工藝，能最大限度地減少“三廢”，并實行“原材料遴選——產(chǎn)品生成——產(chǎn)品使用——循環(huán)再利用”全過程控制。綠色化學技術(shù)的發(fā)展和應用不但能提高生產(chǎn)效率和優(yōu)化產(chǎn)品, 而且能提高資源和能源的利用率, 減輕污染負荷, 從而大幅度提高生產(chǎn)的社會和經(jīng)濟效益。因此，綠色化學與技術(shù)的推廣應用使環(huán)境—經(jīng)濟性(而不再僅是經(jīng)濟性)成為技術(shù)創(chuàng)新的主要推動力。近十多年來，綠色化學在生物質(zhì)的利用、原子經(jīng)濟性工藝設計等諸多領(lǐng)域取得了一系列研究成果[4]。4.1 可再生資源——生物質(zhì)的利用

地球上的植物通過光合作用每年生產(chǎn)2000億噸的生物質(zhì)，其中被人類利用的僅占3%～4%。生物質(zhì)的利用對可持續(xù)發(fā)展和降低全球溫室效應起著重要的作用。它的兩個主要的開發(fā)領(lǐng)域是: ①生物質(zhì)直接或間接地用作能源； ②生物質(zhì)用作化學品、材料或產(chǎn)品的資源。對化學工業(yè)來說，目前集中在三個研究、開發(fā)領(lǐng)域: ①取代石化原料用作可再生的原料；②生物過程取代傳統(tǒng)的化學過程制備有機物和其他化學品； ③開發(fā)新的生物產(chǎn)品。以生物質(zhì)為原料、酶為催化劑，生產(chǎn)有機化合物，因其條件溫和、設備簡單、選擇性好、無污染，已成為綠色化學研究的重點之一[5]。液體生物燃料，例如由菜油生產(chǎn)的生物柴油、由植物糖類生產(chǎn)的生物乙醇及其衍生物ETBE以及從木質(zhì)纖維素生產(chǎn)的生物甲醇及其衍生物MTBE，是可再生的燃料，所占比重逐年增加。4.2 原子經(jīng)濟反應

我國石油化工科學院[6]采用空心結(jié)構(gòu)的HTS型鈦硅分子篩催化劑和“單釜連續(xù)淤漿床反應器——無機膜過濾”新工藝，由環(huán)己酮一步合成環(huán)己酮肟，實現(xiàn)了原子經(jīng)濟反應, 70ktpa的工業(yè)裝置已經(jīng)投產(chǎn)。山東魯北化工廠堪稱全國實施綠色化學、清潔生產(chǎn)的典范, 例如, 該廠由磷礦石與硫酸反應制成磷酸和硫酸鈣, 磷酸與氨反應制成磷酸氫銨復合肥, 而硫酸鈣經(jīng)加熱分解成二氧化硫和氧化鈣，前者經(jīng)催化氧化、水合制成硫酸, 后者與采用劣質(zhì)煤的發(fā)電廠產(chǎn)生的爐渣混合制成水泥，現(xiàn)已形成30萬t/a復合肥、40萬t/a硫酸(廠內(nèi)自用)、60萬t/a水泥的產(chǎn)能, 原材料中的每種元素都得到合理利用, 除電廠排出的CO2 外, 再無廢渣廢氣排放。4.3 環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料

過去的10年里,由難降解塑料制品造成的“白色污染”已殃及土壤、水面和城市環(huán)境, 光降解塑料、生物降解塑料或光—生物降解塑料的推廣應用已迫在眉睫。廢舊塑料的回收、催化裂解、再利用, 既保護了環(huán)境,又合理利用了資源。應用廣泛的洗滌劑也要逐漸向水質(zhì)保護型發(fā)展。自四聚丙烯烷基苯磺酸鈉被淘汰后,大量洗滌劑改用三聚磷酸鈉作表面活性劑,結(jié)果造成我國水質(zhì)磷污染,富營養(yǎng)化, 80%以上河段不能飲用,也不能養(yǎng)魚。而中國的無磷洗衣粉進入市場不久,僅占洗衣粉總產(chǎn)量的3% ,實現(xiàn)綠色洗滌在中國還任重而道遠。4.4 環(huán)保新汽油

為實現(xiàn)新汽油的限制要求,在煉油技術(shù)中要做以下工藝改進和更新:催化裂化由單一生產(chǎn)高辛烷值汽油,轉(zhuǎn)向既生產(chǎn)高辛烷值汽油,又生產(chǎn)異丁烯、異戊烯等醚化原料。催化裂化汽油是我國催化裂化領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模最大的燃料油品,在我國成品油市場占80%以上。催化裂化汽油烯烴含量一般在40%～50%之間,加工石蠟基油和摻煉渣油比例高的裝置, 烯烴含量超過60% ,遠遠超過質(zhì)量指標。為了提高我國汽油質(zhì)量,一要降低汽油的烯烴含量,二是確保汽油原有的辛烷值不降低。為此較好的方法是將汽油中的直鏈烯烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)烷烴和部分芳烴,以彌補大量降低烯烴引起的辛烷值損失,增加汽油穩(wěn)定性。降烯烴目前主要有兩個發(fā)展方向,一是催化裂化生產(chǎn)中開發(fā)降烯烴技術(shù),但由于受催化裂化反應本質(zhì)的限制,雖然取得了一定效果,但不能從根本上解決問題；二是催化裂化汽油降烯烴改質(zhì)技術(shù)。探索低烯烴催化裂化汽油生產(chǎn)技術(shù)與催化裂化汽油降烯烴改質(zhì)技術(shù)成為煉油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。大連理工大學王祥生[7]等用新合成方法合成的20～50nm的ZSM-5分子篩為活性組分,采用水熱處理、負載金屬活性組分改性的組合改性方法制備的催化汽油改質(zhì)催化劑使催化汽油的烯烴降低到20%左右,除少量的烯烴裂解為C2、C3外, 大部分烯烴通過異構(gòu)化、芳構(gòu)化以及烷基化等反應途徑轉(zhuǎn)化為高辛烷值的汽油組分,催化劑同時具有降烯、除苯和部分脫硫的綜合性能,有效地改善了催化汽油的品質(zhì)。4.5 造紙工業(yè)中的綠色化學問題

造紙工業(yè)是我國污染最嚴重的產(chǎn)業(yè)之一,每年有害廢水排放量高達50億噸,約占全國廢水的1/6,其中主要是制漿黑液和漂白廢水。開發(fā)無污染的制漿技術(shù)是解決制漿黑液污染的關(guān)鍵, 其中包括生化法、催化氧化降解法和機械制漿法。生化法制漿是從眾多的微生物中篩選出能高效、專一地分解纖維的菌種,經(jīng)生物技術(shù)處理使之適應大規(guī)模生產(chǎn),目前尚在實驗階段, 缺點是占地面積較大[1]。5.結(jié)語

綠色化學已成為當今化學發(fā)展的主要方向。在綠色化學研究中,應充分利用可再生資源——生物質(zhì),其中以生物質(zhì)為原料、酶為催化劑,生產(chǎn)有機化合物,因其條件溫和、設備簡單、選擇性好、無污染,已成為綠色化學研究的重點之一,有良好的開發(fā)前景。利用原子經(jīng)濟反應進行綠色設計,采用無毒、無害的原料和環(huán)境友好或可循環(huán)使用的新材料等研究, 以及對能源工業(yè)中汽油的催化降烯烴和造紙工業(yè)中的催化氧化降解法研究,均取得了可喜的進展,并對環(huán)境保護將產(chǎn)生有益的、深遠的影響。

參考文獻：

[1] 余紅霞,李攀.綠色化學的研究進展[J].湖南理工學院學報（自然科學版）2009,22(4):77-81 [2] 尤珊妮.綠色化學新進展[J].大眾科技 2009,(9):104-105 [3] 張琰圖,秦振平,陳雪英,馬潤寶.綠色化學的興起及在中國的發(fā)展概況

[4] 安立敦,張培青.綠色化學新進展[J].精細化工原料及中間體 2005，（8）：6-10 [5] 朱清時.朱清時院士文集[C].北京:北京出版社, 1999: 249-252, 299.[6] 閔恩澤.2003年石油化工綠色化學與化學工程的進展[J].化工學報.2004, 12:1-2 [7] Zhang P Q, Wang X Sh, Guo H Ch.Reducing olefins in FCC Gas-oline Byisomerization and Aromeritization Overmodified Nano-ZSM-5[J].Chin J of Catal, 2003, 3: 159-160

第四篇：納米材料在航空航天領(lǐng)域的應用

納米11

陳美齡

41136025

納米材料在航空航天領(lǐng)域的應用

學 院：姓 名：學 號：班 級：

——《納米材料科學與技術(shù)前沿》論文

材料科學與工程學院 陳美齡 41136025 納米11班 2014.7.30 納米11

陳美齡

41136025

一、摘要：

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，科技技術(shù)更新速度日益加快。納米材料早已滲透到我們?nèi)祟惿畹姆椒矫婷?，在我們的日常生活中發(fā)揮著不可替代的作用。

目前，納米材料材料研究領(lǐng)域，已經(jīng)由原來如何方便人類生活、如何開發(fā)新型材料，逐步向減少環(huán)境負擔、材料可循環(huán)利用、低能高效的方向發(fā)展。同時，隨著航天事業(yè)的發(fā)展，納米材料材料同樣發(fā)揮著不可替代的作用。在未來的研究方面，將會是向低碳環(huán)保和科技技術(shù)方面發(fā)展。

本文主要介紹在航天領(lǐng)域方面的熱門兩種納米材料。

二、無機抗菌納米材料

（1）簡介

細菌、霉菌、酵竹苗、凜類等_仃害微牛物小僅對人類生活作業(yè)境造成污染，而且時人體健康和生命造成嚴幣損害。即使在遠離地球的找人航天E行器艙內(nèi)環(huán)境中同樣不能豐免。美國載人航無器E行史中，因細菌感染而導致乘員患感冒、尿路感染、皮炎、I I牌，潰瘍的病例就打多起。如阿波羅7、8 q曾發(fā)生呼吸道感染，9、1I、12、14發(fā)生中耳炎，其他E行任務中也牲牛過皮疹等皮膚感染性疾病，P號宅川站乘員留軌期問也有因細菌感染患疵，從而不得不提返航的病例。納米11

陳美齡

41136025

（2）機抗菌納米材料材料簡介

無機抗菌納米材料材料就是含有無機抗菌成分并具有抗菌抑菌功能的納米材料材料。無機抗菌劑是一種新的、含有銀、鋅、銅等金屬離子成分和無機載體的接觸型抗菌制劑，其所含金屬離子具有超強抗菌能力。

當細菌、霉菌等微生物接觸到載體中游離態(tài)金屬離子后，帶正電荷的金屬離子與帶負電荷的微生物因庫侖引力相互吸附，并在微生物表面聚積，在金屬離子之正電荷達一定量時，就會有效擊穿細菌細胞壁，接觸細胞內(nèi)部蛋白質(zhì)和核酸，產(chǎn)生化學反應，使蛋白質(zhì)變性，從而降低蛋白酶活性。蛋白質(zhì)失活就會影響細胞的代謝和呼吸功能，使其無法進行分裂繁殖，直到死亡，從而達到滅菌、抑菌目的。

（3）分子材料航天應用現(xiàn)狀

目前我國己試制和生產(chǎn)出硅、鈣、鉀三大系列七大類多種抗菌劑，而且還為各種制劑選配了合適載體，較好的解決了部分抗菌納米材料制品的生產(chǎn)工藝技術(shù)難題。如抗菌尼龍絲、聚乙烯板，藥品包裝材料、食品包裝膜、聚丙編織絲料、無紡布、ABS、PS、聚酯泡沫塑料、涂料、空氣清新劑等多種抗菌制品，經(jīng)過進一步嚴格篩試，均可應用于載人航天技術(shù)領(lǐng)域。

為給乘員創(chuàng)建安全可靠工作條件和舒適方便的生活環(huán)境，納米材 納米11

陳美齡

41136025

料聚合材料越來越多的運用于載人航天艙內(nèi)設備。航天服就用到多種經(jīng)特殊處理的保溫耐壓納米材料材料。又如頭盔及其面窗材料，通信用麥克和耳機材料，飛行程序控制用計算機殼體、操作鍵盤，各種連接導線和電纜，多種非金屬餐飲、復水器具，食品、飲料及藥品包裝材料，廢物和大小便收集存貯裝置，尿液及航天廢水再生處理用過濾、透析膜材料,吸水材料，保溫材料，各種通用工具及設備的操作把手，各種通風排氣復合軟管材料，減震保溫用發(fā)泡材料，有時電熱設備的絕緣隔熱層也不得不用納米材料材料制成。納米材料材料為人類創(chuàng)建生活和工作便利的同時，同樣也會遭受有害菌侵蝕，不僅損害材料外觀，而且嚴重損害到材料質(zhì)量，甚至通過交叉?zhèn)鞑パ昙叭梭w健康。據(jù)調(diào)查，105 f-1電話中46％的機子上有大腸桿菌，僅在塑料聽筒、話筒上就有480余種細菌和2400種病毒。有害微生物的繁衍速度很快，在適宜條件下，一個大腸桿菌經(jīng)9個小時可達1億個之多。

三、聚磷腈在航空航天中的應用

（1）簡介

在現(xiàn)代材料科學與技術(shù)發(fā)展歷程中，航空航天材料一直扮演著先導性角色，材料進步不僅推動了航空航天業(yè)本身的發(fā)展，也帶動了地面交通工具進步，航空航天材料反映了材料發(fā)展的前沿，代表一個國家材料的最高水平。航空航天材料主要要求是抗疲勞、耐高溫、耐腐蝕、長壽命等。納米11

陳美齡

41136025

（2）聚磷腈材料在航空航天領(lǐng)域中的應用

1、在織物阻燃中

航空航天領(lǐng)域織物包括降落傘和宇航服裝，要求材料具有高的阻燃和耐熱性能，以滿足特殊條件下的使用。

劉霞等人通過熱重分析(TGA)、差熱分析(DTA)，紅外光譜(IR)等詳細研究了TAP對織物阻燃性能的影響。當添加質(zhì)量分數(shù)為l7％ 時，成率(燃燒分解后剩余質(zhì)量占原來質(zhì)量的分數(shù))為39％，氧指數(shù)為47。5，手感好，強度損失小，水平點燃有自熄性。國外有人對TAP(日本曹達公司產(chǎn)品)的水合物和鹽酸鹽進行研究。經(jīng)TAP化合物阻燃整理的棉纖維性能見表1。

由表1可知，經(jīng)TAP化合物整理后，棉緞具有高的耐洗性和耐久性，阻燃效果明顯，基于增質(zhì)量率和不同條件下的極限氧指數(shù)(iO0最高達到39。TAP化合物與防火整理劑(丙烷一派羅伐特克斯，cp)進一步經(jīng)熱分析對比，發(fā)現(xiàn)CP在受熱過程中發(fā)生放熱分解。TAP化合物在受熱過程中，由于放出HCI和NH 而發(fā)生吸熱，且TAP在纖維素中發(fā)生縮聚反應(如圖3所示)，在酸催化作用下，脫除NH，而發(fā)生縮聚，生成不溶于水的聚合物，從而賦予纖維以持久的阻燃性。用TAP化合物進行阻燃整理有如下優(yōu)點：賦予棉纖維以持久阻燃性；不會游離出甲醛；經(jīng)整理的布手感柔軟，強度保持率(經(jīng)向)高達90％；不變色；由于不含鹵素，燃燒時不會產(chǎn)生鹵素氣體和鹵化氫氣體。此 外，TAP對人造纖維、棉針織物、絲綢有防縮整理效果。納米11

陳美齡

41136025

2、在阻燃泡沫橡膠中

美聯(lián)邦航空局的Richard等人對高效阻燃聚磷腈泡沫材料進行了測試。聚磷腈材料與其他材料相Ii試數(shù)據(jù)見表2.前者的熱性能顯示了非常大的優(yōu)勢，EYPEL—A熱釋放能力比航空用Pu橡膠降低了66．4％，膨脹石墨改性聚磷腈橡膠的 更是降低了80．7％。從反應材料阻燃性的成炭率可看出：EYPEL—A比航空用Pu橡膠的成炭率提高9倍，膨脹石墨改性聚磷腈橡膠更是提高了近20倍。另外聚磷腈材料的燃燒性能更為優(yōu)越(表3)，與Pu相比，燃燒時聚磷腈材料最大熱釋放速率降低70％，平均有效燃燒熱量降低37．5％，顯著降低燃燒釋放出的熱量，減少燃燒造成的損失，石墨改性的聚磷腈性能則更優(yōu)。6 納米11

陳美齡

41136025

3、在膠黏劑中

聚磷腈膠黏劑[1 具有突出的耐熱性能，300度以上有較好的耐熱性和黏結(jié)一IIii(對金屬粘接剪切強度為200MPa以上)，并且其抗沖擊韌性比無機鹽膠黏劑好得多。聚磷腈膠黏劑主要用于高溫作業(yè)下如火箭、導彈、飛機等有關(guān)耐高溫部件的金屬、陶瓷和玻璃鋼等工件的粘接。典型的聚磷腈膠黏劑合成見圖4。納米11

陳美齡

41136025

四、結(jié)語

納米材料也叫做聚合物材料，通常是指由千萬個小分子有化學鍵連接而成的大分子聚合物。我們生活中應用的納米材料材料就是指合成材料、合成橡膠、合成纖維等合成納米材料材料。然而20世紀60年代，納米材料工業(yè)已基本完善，解決了人們的衣著、日用品、和工業(yè)材料等需求。因此，在未來的納米材料航空航天應用領(lǐng)域，納米材料材料功能化、納米納米材料材料復合技術(shù)以及可降解生物納米材料材料研發(fā)將是三個重要的研究領(lǐng)域。

五、參考文獻

（1）許勝國，魏民，趙成堅，謝瓊-中國宇航學會首屆學術(shù)年會論文集，無機抗菌納米材料材料在載人航天技術(shù)中的應用前景。（2）李愛元，張慧波，陳亞東，王建-《膠體與聚合物》，聚磷腈納米材料材料在航空航天領(lǐng)域中的應用。

第五篇：納米粘土礦物在環(huán)境治理領(lǐng)域的應用2

納米粘土礦物在環(huán)境治理領(lǐng)域的應用

摘要：粘土礦物是顆粒直徑小于0.1mm的含水層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物。其結(jié)構(gòu)使其有著催化性，離子交換性，分散性等特殊的性質(zhì)而引起人們廣泛的關(guān)注和研究的對象。本文重點介紹了粘土礦物及其特性，在治理空氣污染、水污染、固體廢物污染、噪聲污染等方面的用途。并闡述了納米粘土礦物未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：納米材料，粘土礦物, 環(huán)境治理, 污染, 硅酸鹽

Environmental Governance by Applications of Nano-clay mimeral material Abstract: Clay mineral is a kind of silicate mineral with moist layered structure whose diameter is less than 0.1mm.It has attracted many attentions and researches because of its specific characteristics such as better catalysis, ions exchange and better dispersion which are determined by its structure.This article mainly focus on the introduction of clay mineral and its features and the applications of governance of air pollution, water pollution, solid waste pollution, noise pollution, etc.The future development of the clay minerals is illustrated.Key words: nano material, clay mineral, environmental governance, pollution, silicate

隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴重，甚至影響到人們的正常生活。環(huán)保問題正逐漸引起我們的重視。由于環(huán)境污染物的消除需要消耗大量的能源，這給日益枯竭的能源提出嚴峻的挑戰(zhàn)。尋找一種較為廉價的環(huán)境凈化材料，降低污染物的處理成本，提高凈化效率，已成為環(huán)境保護中亟待解決的問題。納米粘土礦物的儲量豐富、價格低廉，因其獨特的層狀結(jié)構(gòu)而具有良好的吸附性能和離子交換性能，在廢水、廢氣及土壤修復等眾多環(huán)境治理領(lǐng)域表現(xiàn)[1]出廣闊的應用前景。

1.納米材料

納米材料廣義上是三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質(zhì)為基本結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的材料的總稱。由于納米尺寸的物質(zhì)具有與宏觀物質(zhì)所迥異的表面效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應和量子限域效應，因而納米材料具有異于普通材料的光、電、磁、熱、力學、機械等性能。納米材料可應用于工程、催化、精細化工、涂料等方面[2]。

根據(jù)物理形態(tài)可將納米材料大致分為納米粉末（納米顆粒）、納米纖維（納米管、納米線）、納米膜、納米塊體和納米相分離液體等五類。

根據(jù)結(jié)構(gòu)可劃分為，零維納米材料，即三維尺寸均為納米量級的納米粒子或人造原子、一維納米材料（具有纖維結(jié)構(gòu)）、二維納米材料（具有層狀結(jié)構(gòu)）、三維納米材料。

按化學組分可劃分為納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復合材料。

按應用可分為納米電子材料、納米光電子材料、納米生物醫(yī)用材料、納米敏感材料、納米儲能材料等。

按材料物性可分為納米半導體、納米磁性材料、納米非線性光學材料、納米鐵電體、納米超導材料、納米熱電材料等。

2.粘土礦物簡介

粘土礦物是顆粒直徑小于0.1mm的含水層狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，硅、鋁、氧是其中最主要的元素。其結(jié)構(gòu)單元層是由[SiO4]四面體與[AlO6]八面體彼此以3個角頂相連，從而形成二維延展的網(wǎng)層即四面體片。鋁氧八面體共用邊角形成了八面體。這些硅氧四面體片和鋁氧八面體片又共用氧原子，將不同的片結(jié)合在一起。形成層狀結(jié)構(gòu)。按其連接方式的不同把粘土礦物分為1:1和2:1兩種結(jié)構(gòu)類型，前者如高嶺石，基本式為Si4Al4O10(OH)8，各單元層間距小，小分子或陽離子很少有機會進入層際空隙中，故層際通常不發(fā)生離子交換，而是在粘土的表面和邊、角發(fā)生；后者如蒙脫石、伊利石、凹凸棒石及云母類等，其基本式為Si3Al4O20(OH)4?nH2O，由于同晶置換，這兩種類型的粘土礦的離子交換除在層面的邊、角上發(fā)生，更多是由于層際間的陽離子交換而形成。粘土礦物結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)部因發(fā)生離子的類質(zhì)同象置換，比如四面體中Si4+被Al3+置換，八面體重Al3+被Fe2+、Mg2+置換，從而使其單元層表面具有電性。此外，粘土礦物顆粒細小，比表面積大，因而，粘土礦物會表現(xiàn)吸附性、離子變換性、膠體性、分散性和催化性，這些特性在環(huán)境污染處理中具有十分重要意義。

粘土礦物的基本結(jié)構(gòu)包括五個層次：

（1）Si-O構(gòu)成的四面體或Al(Mg)-O(HO)構(gòu)成的八面體；

（2）由第一個層次的四面體和八面體連接成四面和八面體結(jié)構(gòu)片；（3）結(jié)構(gòu)片按比例組成的結(jié)構(gòu)單元層；

（4）結(jié)構(gòu)單元層在c軸方向上按一定間隔壘砌構(gòu)成不同的粘土礦物并形成層間域，層間域空間中有時是空的，有時填充水分子或同時被陽離子和水分子填充，不同粘土礦物的層間域厚度是不同的，如高嶺石和綠泥石是固定的；蒙脫石的層間域厚度是可變的；

（5）一個結(jié)構(gòu)單元層加一個相鄰的層間域，構(gòu)成粘土礦物的單位構(gòu)造層，不同種類的粘土礦物，單元構(gòu)造層的厚度不同。

3.粘土礦物的特性[3]

3.1分散性和膠體性

粘土顆粒因?qū)娱g類質(zhì)同象置換表面具有永久電負性，而其端面斷鍵也會使粘土顆粒具有可變電性。粘土顆粒在水體系中的穩(wěn)定性主要取決于這些電性所引起的雙電層結(jié)構(gòu)特征，而雙電層結(jié)構(gòu)會因電解質(zhì)或pH值作用發(fā)生的變化。因此，粘土顆粒在水體系中的分散和絮凝可以通過添加電解質(zhì)或調(diào)解pH值來加以控制。利用粘土礦物的這些性質(zhì)，可以表面吸附、混凝、沉淀污水中的污染物，達到治理污染的目的。

3.2 催化性

粘土礦物因具有很大的表面積，適宜的孔徑及表面酸性，從而表現(xiàn)出良好的催化性。粘土礦物經(jīng)酸化處理后，能夠大大改善其催化活性。因為，經(jīng)酸化后，不僅可以引起粘土礦物組分和結(jié)構(gòu)的變化，而且能夠提高其比表面積、改善其孔徑分布、增強其表面吸附性。3.3 離子交換性

粘土礦物層間具有永久電負性，為保持結(jié)構(gòu)單元層電價平衡，在其結(jié)構(gòu)層間會吸附一定量的陽離子，而這些層間陽離子具有可交換的特性。陽離子交換反應式可表示為：

M+-Clay + A+ ? A+-Clay + M+

粘土礦物層間陽離子交換性質(zhì)主要取決于離子電價、離子半徑大小極離子濃度等。一般而言，離子勢與離子選擇性成正比，離子濃度與離子選擇性也成正比關(guān)系。粘土礦物大都具有陽離子交換性，但交換容量有一定差異。蒙脫石、蛭石陽離子交換容量為80~150meq/100g，伊利石和海泡石為10~40meq/100g，高嶺石為3~15 meq/100g。粘土礦物的陰離子交換性為20~30 meq/100g。這一作用主要發(fā)生在結(jié)構(gòu)單元層的端面，特別是pH較低的情況下，端面因帶一定正電荷而吸附許多無機或有機陰離子，如PO42-、AsO32-、SeO42-、S2-、CN-、CH3COO-等。

3.4 與有機物的復合性

粘土礦物具有與有機物符合的特殊性質(zhì)，其復合的吸附力來自于離子交換作用、范德華力、氫鍵力以及離子偶極力作用。粘土礦物復合的有機物大致可劃分為三種類型：中性分子有機物，例如NH3、SO2、醇、酮、胺、尿素等；有機陽離子，例如烷基、羥烷基、烷?；?；高分子聚合物，例如酶、蛋白質(zhì)、病毒、腐殖質(zhì)等，其吸附力有離子交換、范德華力和氫鍵力。粘土礦物除可以直接復合有機物外，還可以通過人工有機復合制備吸附交換性更好的有機粘土，例如有機膨潤土。

4.納米粘土礦物在環(huán)境治理中的應用

粘土礦物具有環(huán)境修復（如大氣、水污染治理等）、環(huán)境凈化（如殺菌、消毒、分離等）和環(huán)境替代（如替代環(huán)境負荷大的材料）等功能[4]。在環(huán)境領(lǐng)域中的應用包括：污水處理方面、土壤凈化、大氣凈化、核廢料處理、清除放射性氣體、阻止有機和無機有害物質(zhì)遷移等[5]。

目前粘土主要作為粘結(jié)劑、吸水劑、吸附劑、催化劑、絮凝劑等廣泛應用于冶金、機械、石油、化工、和環(huán)保的各個領(lǐng)域。為了提高其附加值, 使用前往往要對天然粘土進行改性。改性方法、機理、工藝及條件已成為人們關(guān)注的焦點[6]。

4.1空氣污染[7]

4.1.1 室內(nèi)空氣污染

室內(nèi)空氣污染主要來自裝飾材料中的人工合成高分子材料。物質(zhì)主要包括甲醛(HCHO)、氨、苯、氡等，對人體危害嚴重，并會引發(fā)鼻腔癌、咽喉癌、肺癌和消化系統(tǒng)癌癥。對于上述幾種有害物質(zhì), 以沸石、坡縷石、海泡石、膨潤土、累托石等粘土礦物為載體的載銀無機抗菌劑可以起到良好的作用效果。目前開發(fā)的以多孔結(jié)構(gòu)粘土礦物為載體的無機抗菌劑已成功應用于室內(nèi)空氣凈化, 并對病菌及其分泌物毒素均有較強的殺滅和降解作用。

由于坡縷石、海泡石、沸石、膨潤土、累托石等為典型的天然納米粘土礦物材料, 基于其特有的孔道結(jié)構(gòu)、晶體表面生長缺陷的發(fā)育和納米級尺寸效應,經(jīng)充分分散處理后具有大比表面積和超強吸附性。如以纖維狀坡縷石、海泡石、沸石制作的環(huán)保型特種多功能紙不僅具有難燃、阻燃效果, 而且能有效地吸附室內(nèi)空氣中的氮氧化物(NOx)和有害極性氣體, 應用于空氣凈化的超細濾膜紙, 由于海泡石、坡縷石的強防輻射屏蔽性, 其開發(fā)的壁紙材料可有效防止建筑墻體氡氣的析出。

4.1.2城市空氣污染

城市空氣污染主要來源于汽車尾氣的排放，其中包括NOx、金屬排放物排放。無鉛汽油的使用使得汽汽車排放的鉛金屬陽離子的危害大為減少，同時三元催化油的使用使得汽油燃燒的NOx排放量顯著減少。

青石可以用來吸收汽車尾氣，其結(jié)構(gòu)為環(huán)狀結(jié)構(gòu)含鋁硅酸鹽，其四面體結(jié)構(gòu)存在著[AlO4]對[SiO4]的置換以及配位多面體中金屬陽離子的類質(zhì)同象置換，活性強，同時具有極好的高溫熱穩(wěn)定性。國外用粘土礦物制成汽車排氣管、過濾器, 主要是充分利用粘土礦物的吸附性。用粘土礦物代替活性炭可降低卷煙中含有的焦油、自由基、尼古丁等對人體的危害。4.1.3 工業(yè)廢氣治理

工業(yè)廢氣是我國大氣污染的主要來源，主要包括：CO2、SO2、粉塵等。由于有害氣體多為酸酐, 大部分能溶于水, 因而可用呈堿性的粘土礦物與酸酐發(fā)生中和, 從而吸收酸酐, 達到清除廢氣的目的。對于不溶于水的酸酐,可先轉(zhuǎn)化為溶于水的酸酐, 再用上述方法處理, 此外利用粘土礦物, 如沸石、海泡石、膨潤土、坡縷石、高嶺土、累托石以及其改型后的多孔狀礦物作吸附劑也可排除有害氣體, 凈化環(huán)境。

4.1.4 大氣凈化

蒙脫石、海泡石、坡縷石及高嶺石等因比表面積大、吸附性強，作為吸附過濾材料廣泛應用于空氣污染的凈化。這些礦物經(jīng)簡單的處理之后，即可用于臭氣、毒氣及有害氣體如NOx、SOx、H2S等的吸附過濾。現(xiàn)已成功地用其迅速、有效的去除與腐爛變質(zhì)物臭氣有關(guān)的1，4-丁二胺和1，5-戊二胺以及包含排泄物臭氣中的吲哚、丁烷一類氣體。實驗證明，在含氨為100×106/m3氣體中放置40個海泡石，可使氨的濃度降至18×106/m3。4.2水污染

粘土礦物主要用于生活和化工用水過濾、重金屬離子從Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等的去除，印染廢水（陽離子染色分子）和有機污染物的吸附以及陰離子PO43-、SO42-的去除。

目前, 用于污水處理的主要是膨潤土、凹凸棒石、坡縷石、海泡石、硅藻土等幾種[8]。膨潤土對廢水中有極性結(jié)構(gòu)的非離子型表面活性劑有較強的吸附能力，每克膨潤土可吸附200-300mgCODcr。對于無極性的非離子表面活性劑，用2%的投加量可使CODcr濃度為1000mg/L左右的廢水達到排放標準。將無機鈉鹽與膨潤土按照一定比例制成的HB絮凝劑加入到味精廢水中，能吸附廢水中的有機污染物，使廢水中的COD大大降低。用明礬和膨潤土作為吸附—徐寧劑處理再生紙廢水中的COD和懸浮物，也可使排放出的廢水由堿性變?yōu)橹行訹9]。將膨潤土與CaCl2無機鹽制成混合物，按5g/L的量加入印染廢水中，可以除去九成的燃料和八至九成的表面活性劑。

蒙脫石可以用來吸附Pb2+、Cd2+及Cr(III)，即用蒙脫石—聚合氯化鋁交聯(lián)處理廢水中的重金屬，可進一步改善去除效果并提高固—液分離速度，是低濃度廢水中Pb2+等的去除率達到93.1%。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)酸化的蒙脫石出去廢水中的重金屬離子效果更佳。

凹凸棒石可以凈化處理印染廢水，投加量為10-12g/L，pH=6-10，反應時間為10min，COD去除率達74%，色度去除率大93%，凈化效果與常用的聚合氯化鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵等相比均有明顯的提高。經(jīng)活化的凹凸棒石粘土可以處理鈾。采用動態(tài)法(交換柱)處理含鈾廢水，效果良好，鈾的去除率在99.95%以上。膨潤土等粘土礦物經(jīng)過適當?shù)挠袡C改性，可用來處理含有機物廢水。膨潤土、硅石、凹凸棒石、海泡石等粘土礦物可直接利用或經(jīng)過適當?shù)幕罨男蕴幚?，也可用來處理含重金屬離子廢水，獲得了較好的效果。經(jīng)預處理的海泡石、凹凸棒石等以吸附與離子交換法可以降氟除磷，同時有利于降低廢水處理成本，減少污泥產(chǎn)生量，重復利用資源。

4.3固體廢物污染

固體廢物主要指工業(yè)廢物、礦業(yè)廢物和城市生活廢物等。工業(yè)廢棄物可通過二次加工燒成可制成新型建筑材料，如混凝土外加劑用超細礦粉、微晶玻璃等。城市生活固體廢棄物主要是指在城市日常生活中或者為城市日常生活提供服務的活動中產(chǎn)生的固體廢棄物，即城市生活垃圾，主要包括居民生活垃圾、醫(yī)院垃圾、商業(yè)垃圾、建筑垃圾。礦業(yè)廢物指開采和選洗礦石過程中產(chǎn)生的廢石和尾礦。

對于固體廢棄物中含有的放射性元素?？衫梅惺?、膨潤土、累托石、坡縷石、海泡石等一些高吸附性材料來吸附、過濾放射性氣體和空氣中具有放射性的塵埃。粘土礦物也可作為一種固化劑，“礦物固相法”是放射性固體廢棄物處理的十分重要和行之有效的方法，例如沸石加熱發(fā)泡、融化、可固化核廢料。坡縷石、海泡石也是屏蔽輻射的常規(guī)密封材料。4.4 噪聲污染

隨著對噪聲危害認識的提高，噪聲已與“三廢”并列為環(huán)境“四害”之一。硅藻土、浮石、蛭石、珍珠巖等具有良好的消聲隔音性能，尤其是膨脹蛭石吸引系數(shù)可達0.53-0.73，隔音能力為40-50dB，經(jīng)常用作汽車減音器和隔音泥灰。

4.5 粘土礦物在其他方面的應用

粘土礦物可治理土地荒漠化：荒漠化的顆粒較粗，一般呈細砂、粉砂狀，無粘性，深水性強，而粘土礦物的顆粒極細，有較強的膨脹性、粘性吸水性，兩者混合均拌勻, 即可變成能保水的種植土。而且粘土礦物一般含有許多有利于動、植物生長的成分, 可以為動、植物提供多種營養(yǎng),從而達到采用粘土礦物治理沙漠的目的[10]。

粘土礦物因其導熱系數(shù)低，分散性高，以及特有的微孔結(jié)構(gòu)等，適用于研制開發(fā)保溫涂料等多種保溫材料。保溫材料的開發(fā)具有重要的“綠色意義”。20世紀80年代以來海泡石復合硅酸鹽保溫材料發(fā)展迅速。利用纖維狀海泡石和粘土狀海泡石為主要原料，研制的新型保溫隔熱涂料常溫下導熱系數(shù)為0.079W/(m·K)。以坡縷石為主要原料的SM復合硅酸鹽保溫涂料，常溫下導熱系數(shù)小于0.05W/(m·K)。

伊利石具有較好的化學惰性、電絕緣性、絕熱性及隨溫度升高體積膨脹的特性，可作為一種新型的傳壓介質(zhì)材料。其特性在某些方面由于葉臘石，其鈦、鐵雜質(zhì)可成為合成金剛石的有益添加劑，同時所需和成功率下降，利于節(jié)能[9]。

過濾清除放射性氣體及塵埃；坡縷石、海泡石、蒙脫石等用作陽離子交換劑凈化被放射性污染的水體；也可用作危險廢物的鎮(zhèn)定劑，對放射性物質(zhì)永久性吸附固化；以及機房中軟X射線的吸收等方面。蒙脫石、海泡石、坡縷石等現(xiàn)已廣泛用于油污廢塑料、城市垃圾等處理，阻止無機或郵寄有害物遷移[9]。

粘土礦物對地質(zhì)作用和地質(zhì)環(huán)境的變化反應敏感，還可用于巖相古地理、古氣候、古環(huán)境、地層對比和成巖成礦條件的研究和回復。另外，深海中的粘土礦物和深海軟泥存在于非常獨特的環(huán)境，有著獨特的潛在應用價值。從環(huán)境角度考慮，深海中的粘土和碳酸鹽的利用有可能要早于其他礦產(chǎn)資源。

由于粘土礦物有著獨特的物理化學性能，作為較理想的載體材料已廣泛受到人們的關(guān)注，發(fā)展相當迅速，特別是膨潤土、凹凸棒石、海泡石、蛭石等。目前采用離子交換法已經(jīng)成功地制備了載銀膨潤土、載銀凹凸棒石、載銀海泡石和銅型蛭石等無機抗菌劑，其抗菌效果良好，可制成抗菌制品。

還有一些粘土礦物有抗紫外線能力，比如伊利石，可作為化妝品。伊利石無毒無臭，質(zhì)軟滑膩，且呈絲絹光澤，分散性好，附著力強，其pH值一般為6~7，化學性能穩(wěn)定，礦物組分簡單，不含對人體有害的成分[9]。

5.納米粘土礦物的未來及研究發(fā)展方向

由于粘土礦物的資源豐富，價格便宜并且有著優(yōu)越的物理和化學性能，被越來越多的應用于環(huán)境保護中。除少數(shù)粘土礦物，如石棉外，大多說天然產(chǎn)出的礦物材料基于其不同的性能在不同領(lǐng)域起著環(huán)境保護和環(huán)境治理的作用，它們皆可認為是環(huán)境礦物材料。隨著科學技術(shù)的進步，人們對環(huán)境條件要求的提高，粘土礦物材料的應用將越來越廣，其作用也越來越重要，如在節(jié)能保溫材料方面、在降噪隔聲方面、在無形磁波污染控制方面、在自然災害防治方面、在太陽能材料應用方面、在傳動系統(tǒng)減震方面、在新型抗菌材料方面、在人體健康材料方面等都起著不可缺少、甚至不可替代的作用。

未來粘土礦物的研究方向：研究粘土礦物材料的成分、結(jié)構(gòu)和性能之間的相互關(guān)系；研究粘土礦物材料在外界作用力下的成分、結(jié)構(gòu)和物化性能變化及變化規(guī)律；研究粘土礦物材料的深加工、處理方法，包括提純和改性；研究粘土礦物材料的自然形成條件及人工合成方法和技術(shù)參數(shù)；研究設計和制備新的礦物材料和功能復合材料；研究粘土礦物材料的應用技術(shù)和應用方法[7]。

參考文獻：

[1] 郭楠, 王雪蓮, 左勇.硅酸鹽粘土礦物在環(huán)境污染物治理中的應用[J].綠色科技, 2011, 1: 85-87.[2] 郭英.納米材料的應用分析[J].技術(shù)應用.2010, 9: 119.[3] 崔龍鵬.試論粘土礦物在淮河水污染治理中的應用前景[J].環(huán)境保護科學.1998, 24(5): 16-18.[4] 秦文淑.改性粘土的應用及其研究前景[J].廣東輕工職業(yè)技術(shù)學院學報.2007, 6(4): 13-17.[5] 劉龍濤, 崔丹.粘土礦物在環(huán)境中的應用[EB/OL].中國科技論文在線.[2006-02-28] http://004km.cn/index.php/ default/releasepaper/content/200602-277.[6] 李俊, 黃韻, 馬曉燕.粘土及改性粘土的應用進展[J].礦業(yè)研究與開發(fā).2003, 23(5): 36-37, 54.[7] 楊飛華, 王肇嘉.粘土礦物在環(huán)境治理中的應用[J].礦產(chǎn)保護與利用.2005, 5: 21-24.[8] 戴清清, 宋綿新.粘土礦物在水污染治理中的應用發(fā)展概述[J].礦業(yè)快報.2005, 2: 10-12.[9] 易發(fā)成, 王哲.粘土礦物在環(huán)境保護領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊.2005, 49: 98-103.[10] 楊秀敏, 李立欣, 張迎春.粘土礦物作為環(huán)境修復材料的研究進展[J].金屬礦山.2010, 7: 153-156.