第一篇：談納米材料在自動(dòng)化方面的應(yīng)用(先進(jìn)納米材料結(jié)課論文)

談納米材料在自動(dòng)化方面的應(yīng)用

隨著納米科技的迅猛發(fā)展，納米研究、納米工程、納米產(chǎn)品，其范圍正在擴(kuò)大。雖然納米科技主流技術(shù)全面進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化可能還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但納米材料在未來(lái)的應(yīng)用潛能將無(wú)疑是不可小覷的。作為學(xué)習(xí)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的工科學(xué)子，我想結(jié)合自己了解到的相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)淺薄的談?wù)劶{米材料在自動(dòng)化方面的應(yīng)用。

世界著名物理學(xué)家，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼在美國(guó)物理學(xué)會(huì)一次年會(huì)上富有遠(yuǎn)見(jiàn)的報(bào)告中預(yù)言：人類(lèi)可以用宏觀的機(jī)器一步步地制造出越來(lái)越微小的機(jī)器，直至制造出分子尺度的機(jī)器，并用以在原子和分子尺度上操縱和控制物質(zhì)，而且按自己的主觀意愿排列原子，在原子水平上研究新的相互作用力、新穎的性質(zhì)以及千奇百怪的效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、構(gòu)筑人類(lèi)所需的形形色色、豐富多彩的物質(zhì)和機(jī)構(gòu)，制造微型化計(jì)算機(jī)，用大頭針的頭部記錄大英百科全書(shū)的理想。如今這個(gè)想法已經(jīng)被“納米工程”理論揭開(kāi)了神秘的一角。而基于“納米工程”是否能在自動(dòng)化機(jī)械中制造出滿足各種需求特性的、性能優(yōu)異的功能性物質(zhì)材料？

事實(shí)上，已經(jīng)有人在這方面做出過(guò)研究。德國(guó)薩爾布呂肯市的新材料研究所通過(guò)對(duì)納米級(jí)微粒子進(jìn)行處理，“量體裁衣”式地改變材料或改善其性質(zhì)，或把各種粒子排列方法編成電腦程序，制造出事先就確定其性能的材料。他們以此把金屬變成半導(dǎo)體或光學(xué)材料，或制成極薄的透明涂料，涂在玻璃、塑料、金屬、漆器或磨光的大理石上，使之具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能；也可使塑料眼鏡片既輕又耐磨，又不會(huì)破碎；也可使窗戶(hù)玻璃不易臟，在1000℃高溫下不溶化，而成本卻大大下降。如今已研制出一批微粒材料，可用作光學(xué)電子計(jì)算機(jī)的光學(xué)開(kāi)關(guān)，它可以沒(méi)有移動(dòng)動(dòng)作，只通過(guò)光的材料變性作用，把光束導(dǎo)向各個(gè)不同方向。同時(shí)還在研制另一種納米材料，可通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)，不經(jīng)過(guò)燃燒，實(shí)現(xiàn)天然氣到電能的直接轉(zhuǎn)換，效率提高20%——30%，又減少了CO2排放量。這說(shuō)明納米材料的良性應(yīng)用能為自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍開(kāi)通航線。

另外，由于納米光電測(cè)控技術(shù)的高精度支持，人類(lèi)健康與長(zhǎng)壽的研究也正在取得重大突破性進(jìn)展，近日中央電視臺(tái)播出了美國(guó)科學(xué)家研制成功納米大小的超精微計(jì)算結(jié)構(gòu)，這將為制成微、納米級(jí)的超微型計(jì)算機(jī)、智能儀器與智能機(jī)器人，發(fā)現(xiàn)并殺滅癌細(xì)胞、艾滋病病毒，糾正心臟病、腦血管病、糖尿病等疾病的基因序列密碼錯(cuò)誤，從根本上防止種種疾病的發(fā)生和發(fā)展奠定可靠的基礎(chǔ)。同時(shí)也為防止衰老，促使細(xì)胞年輕化、延長(zhǎng)壽命創(chuàng)造了有利條件。

21世紀(jì)的納米材料技術(shù)與研究,正在朝著科學(xué)、先進(jìn)、快速、簡(jiǎn)便、精確、自動(dòng)化、多功能和綜合性等方向發(fā)展,納米材料在自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用不止一點(diǎn)點(diǎn)，我們也更愿意看到納米材料為我們生活帶來(lái)數(shù)不盡的驚喜。

第二篇：納米材料在機(jī)械上應(yīng)用 論文

納米材料在機(jī)械上的應(yīng)用

摘 要： 本文介紹納米技術(shù)的興起；納米材料的特性；納米技術(shù)在機(jī)械工程中的運(yùn)用；與傳統(tǒng)機(jī)械工程相比，納米技術(shù)帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)；納米加工的關(guān)鍵技術(shù)及其在微型機(jī)械和微型機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 納米技術(shù)；納米材料；機(jī)械；納米加工；微型機(jī)械

機(jī)械是現(xiàn)在社會(huì)的基礎(chǔ)，是社會(huì)的一大支柱。機(jī)械的種類(lèi)繁多，可以按幾個(gè)不同方面分為各種類(lèi)別，如：按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、粉碎機(jī)械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械等；按工作原理可分為熱力機(jī)械、流體機(jī)械、仿生機(jī)械等。

納米技術(shù)的興起

自從1990年7月在美國(guó)召開(kāi)的第一屆國(guó)際納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議上，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個(gè)新分支開(kāi)始，納米技術(shù)便一步一步進(jìn)入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0．1～100nm之間的物質(zhì)組成的體系運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用，以及實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)。從材料的結(jié)構(gòu)層次來(lái)說(shuō)，它介于宏觀物質(zhì)和微觀原子、分子的中間領(lǐng)域。

納米技術(shù)不是一門(mén)單一的新型學(xué)科或者技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于各類(lèi)學(xué)科中，其中在機(jī)械工程中的應(yīng)用對(duì)于機(jī)械工程學(xué)科的技術(shù)變革起到了不可估量的作用。納米技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械方面尤其是產(chǎn)生了微型機(jī)械技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)研究的核心技術(shù)，很多國(guó)家在納米技術(shù)上開(kāi)始了越來(lái)越多的研究，在機(jī)械工程方面對(duì)于納米技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越多。

納米材料的特性

1、力學(xué)性質(zhì)

高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開(kāi)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。

2、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(lèi)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(yáng)光有強(qiáng)烈的吸收作用，從而有效地將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為熱能。

3、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(lèi)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(kù)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(lái)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。

納米技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械工程來(lái)說(shuō)，也正是因?yàn)榧{米技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)才能取得這樣顯著的成果。

1、納米技術(shù)的尺寸效應(yīng)

納米技術(shù)的主要效果之一便是縮小了傳統(tǒng)尺寸的單位，將毫米進(jìn)化為納米，一納米相當(dāng)于十億分之一米。納米技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械中，可以大大降低機(jī)械的體積，從而形成了新型機(jī)械——微型機(jī)械。這種不是傳統(tǒng)機(jī)械單純地在尺度上微小型化，而通常是指可以成批制作的集合微機(jī)構(gòu)、微驅(qū)動(dòng)器、微能源以及微傳感器和控制電路、信號(hào)處理裝置等于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。他們大部分都是運(yùn)用納米技術(shù)的成果，因而它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械的概念和范疇，而是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，并作為整個(gè)納米科技重要組成部分和用一種嶄新的思維方式與技術(shù)路線指導(dǎo)下的產(chǎn)物。

2、納米技術(shù)使材料多元化，應(yīng)用多元化

納米技術(shù)是原材料形成更微小的形態(tài)，功能也更加強(qiáng)大，不僅能改良傳統(tǒng)材料，又能源源不斷地產(chǎn)生出新的材料。磁性液體密封技術(shù)便是證明，利用磁性液體可以被磁場(chǎng)控制的特性，將納米單位的液體置于磁場(chǎng)之內(nèi)，從而達(dá)到密封的效果。同時(shí)在材料運(yùn)用中可將微量的元素融入到基礎(chǔ)材料中，達(dá)到更好的效果。納米復(fù)合氧化鋯是成功應(yīng)用在工業(yè)上的納米材料，這種材料提高了材料的耐高溫性能和導(dǎo)氧及儲(chǔ)氧功能，因此廣泛運(yùn)用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中。

3、納米材料摩擦性能

納米技術(shù)最顯著的特性就是其擦性能，在機(jī)械中，各種軸承等都存在著摩擦，但是納米材料的出現(xiàn)，使得各類(lèi)機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸便小，同時(shí)對(duì)于過(guò)小的零件，摩擦力便顯的尤為重要，摩擦力如果相對(duì)較大，則零件便會(huì)造成磨損。但是納米技術(shù)也同樣克服了這一問(wèn)題，現(xiàn)已出現(xiàn)納米材料幾乎無(wú)摩擦的狀態(tài)。美國(guó)科學(xué)家研制的這種微型納米軸承可在運(yùn)動(dòng)是無(wú)磨損和撕裂，達(dá)到了理想的效果。

4、納米技術(shù)節(jié)能效果

納米技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“小材大用”，帶來(lái)的又一優(yōu)勢(shì)便是節(jié)能和環(huán)保。在納米技術(shù)的應(yīng)用中，產(chǎn)生了很多新型材料，它們減少了很多不必要的消耗，使得傳統(tǒng)的機(jī)械工程中需要的大量材料迅速降低，對(duì)于原材料的節(jié)約起到了驚人的效果。德國(guó)不萊梅應(yīng)用物理所已研制成功并且申請(qǐng)了一項(xiàng)專(zhuān)利，即用納米Ag代替微米Ag制成導(dǎo)電膠，可節(jié)省Ag粉50％，用這種導(dǎo)電膠焊接金屬和陶瓷，涂層不需太厚，而且涂層表面平整，效果理想。

微型納米軸承

傳統(tǒng)的軸承的體積比較大，其摩擦力也僅僅能夠靠潤(rùn)滑來(lái)進(jìn)行減少，但是，仍然不能夠?qū)⒛Σ亮M(jìn)行避免。美國(guó)的科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行了研究，并且研制出來(lái)一種沒(méi)有摩擦的微型納米軸承，微型納米軸承主要包括以下兩個(gè)特點(diǎn)：第一，微型。微型納米軸承的直徑僅僅為一根頭發(fā)直徑的萬(wàn)分之一，其應(yīng)用到機(jī)電系統(tǒng)微型的軸承只有l(wèi) nlTl，為微型機(jī)械千分之一的大小。第二，摩擦力極小。如果軸承的體積很小，那么，套在一起管子之間摩擦力就會(huì)將微型軸承弱點(diǎn)暴露出來(lái)，在其產(chǎn)生的摩擦力很大的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致微型軸承無(wú)法使用。通常制造的微型機(jī)械軸承與這種納米軸承相比較，摩擦力僅僅是其最小值千分之一。

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與面。美國(guó)邁特公刮最近設(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(chēng)．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(guò)灰塵的微粒。[j本三菱公司也開(kāi)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)．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(zhuān)用機(jī)器人。往復(fù)上下方向25ram，水平方向100mm的拾取動(dòng)作，所需時(shí)間縮短到0 28s。另外，通過(guò)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100*的位置重復(fù)精度(±5nm)．可適應(yīng)于精密微細(xì)操作。

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(lái)彎曲直徑不及頭發(fā)絲的五卜分之一的硅原子構(gòu)成的“懸臂”。他們裝配的這種小“懸臂”一端固定．另一端則可以上下彎曲，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(kāi)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(kāi)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(mén)的微型膠囊(納米分子電動(dòng)機(jī))。通過(guò)控制這種驅(qū)動(dòng)力來(lái)控制閥門(mén)的開(kāi)合，可以將精確劑量的藥物傳送到身體的需要部位來(lái)達(dá)到治療的臼的。

合成永磁體

永磁材料是機(jī)械化學(xué)法最有前途的應(yīng)用之一，許多稀土永磁合金可由元素粉合成。德國(guó)西門(mén)子公司用機(jī)械化學(xué)法制備出Nd15 fe77 B8永磁體 隨后以金屬為原材料利用機(jī)械化學(xué)法制備出SmCo5 Nd2 fe14Ca3C2 Sm2Co17等稀土永磁材料。大多數(shù)的工作是從Sm2 O3 SmCl 3或Smf 3前驅(qū)體與Co Ca 進(jìn)行機(jī)械化學(xué)合成SmCo5 獲得的組成是非晶的SmCo 相和副產(chǎn)品CaO 經(jīng)熱處理晶化成SmCo5 這是集精煉 合金化和粉末制造為一體的低溫制造過(guò)程 是一種低成本制造稀土永磁的技術(shù)。

合成儲(chǔ)氫材料

儲(chǔ)氫材料作為一種新型的功能材料它能夠儲(chǔ)存氫并在需要的時(shí)候?qū)溽尫懦鰜?lái) 迄今為止研究人員已開(kāi)發(fā)出了稀土系.Ti Fe 系.r 系和Mg 系等多個(gè)系列的儲(chǔ)氫合金 機(jī)械化學(xué)法在制備金屬納米晶儲(chǔ)氫材料方面有以下主要優(yōu)點(diǎn)從原理上講可以任意調(diào)配材料組成。合成許多難以用常規(guī)的熔煉或其他方法制備的新型納米晶儲(chǔ)氫合金材料 機(jī)械化學(xué)球磨過(guò)程能在氫氣氛下完成直接獲得儲(chǔ)氫態(tài)合金材料能有效降低其后續(xù)吸放氫反應(yīng)的活化能 工藝過(guò)程簡(jiǎn)單制備的儲(chǔ)氫材料一般為超細(xì)粉末使用時(shí)不需再粉碎且在充放氫過(guò)程中的抗粉化能力好 因此關(guān)于機(jī)械合金化納米晶儲(chǔ)氫材料的研究近幾年來(lái)相當(dāng)活躍。由于機(jī)械化學(xué)對(duì)Mg 基儲(chǔ)氫合金動(dòng)力學(xué)性能的改善各國(guó)的許多研究人員繼續(xù)致力于用機(jī)械化學(xué)法提高儲(chǔ)氫合金特別是Mg 基儲(chǔ)氫合金的性能 其中一個(gè)重要的方面是關(guān)于將Mg 基儲(chǔ)氫合金用于Ni MH 電池 如能獲得成功Ni MH 電池的水平將會(huì)大大提高近幾年來(lái)哈爾濱工業(yè)大學(xué)在機(jī)械化學(xué)合成納米晶Mg 基儲(chǔ)氫材料方面也做了較多工作先后制備和研究了納米晶Mg2 Ni Cu Mg 氧化物 Mg 氯化物等系列的新型儲(chǔ)氫材料9 取得了較大研究進(jìn)展。

納米技術(shù)足近十多年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的一門(mén)前沿、綜臺(tái)性交叉的新學(xué)科．它的迅猛發(fā)展將引發(fā)2l世紀(jì)的工業(yè)革命。因此，目前所有發(fā)達(dá)國(guó)家的政府和企業(yè)都在對(duì)納米技術(shù)的研發(fā)進(jìn)行大量的投入，試圖搶占這21世紀(jì)科技戰(zhàn)略制高點(diǎn)，從而在世界競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)。最近，我國(guó)政府也明確提出了將新材料和納米技術(shù)的進(jìn)展作為“十五”規(guī)劃中科技進(jìn)步和創(chuàng)新的重要任務(wù)．這為我國(guó)2l世紀(jì)初納米技術(shù)的快速發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。相信在21世紀(jì)，納米產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，它給人類(lèi)生活方式和生活質(zhì)量的全面提高所帶來(lái)的影響將可能超過(guò)計(jì)算機(jī)給人類(lèi)帶來(lái)的影響。

納米材料的應(yīng)用前景展望

經(jīng)過(guò)幾十年對(duì)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(gè)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?？梢灶A(yù)測(cè)：不久的將來(lái)納米金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)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(jì)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(lái)。

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(guó)家如今都已成為發(fā)達(dá)國(guó)家。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國(guó)家很可能在21世紀(jì)成為先進(jìn)國(guó)家。納米技術(shù)對(duì)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(guó)在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)騰飛奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。整個(gè)人類(lèi)社會(huì)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。

結(jié)束語(yǔ)

納米材料在機(jī)械工程中改變甚至顛覆了傳統(tǒng)模式的運(yùn)轉(zhuǎn)，顯示了其強(qiáng)大的科技含量，但是在其運(yùn)用中，我們?nèi)杂泻芏喾矫尕酱鉀Q如何準(zhǔn)確表征納米材料的各種精細(xì)結(jié)構(gòu)；怎樣從結(jié)構(gòu)上分析、解釋納米材料的新特性；能否利用某種標(biāo)準(zhǔn)來(lái)預(yù)測(cè)微區(qū)尺寸減少到多大時(shí)，材料表現(xiàn)出特殊的性能等等。對(duì)于這些問(wèn)題，我們?nèi)孕枭钊胙芯?，以便納米技術(shù)更好地服務(wù)于機(jī)械工程領(lǐng)域。

參 考 文 獻(xiàn)

1)苑國(guó)良 納米技術(shù)在機(jī)械中的應(yīng)用 [期刊論文]-機(jī)械制造 2005（43）

2)閆超 納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用淺談 [期刊論文]-價(jià)值工程 2010（29）3)敖小寶，游譽(yù)林 納米技術(shù)在微型機(jī)械中的應(yīng)用 [期刊論文]-機(jī)械制造及自動(dòng)化 2005（34）

4)王祥 納米技術(shù)在制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制領(lǐng)域應(yīng)用的前景分析 [期刊論文]-國(guó)際太空 2004（4）5)李振波，李疆，劉北英 基于單片機(jī)的數(shù)字微加速度計(jì)靜態(tài)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì) [期刊論文]-傳感器與微系統(tǒng) 2009（2）

6)陳建農(nóng)，方永耕 水輪機(jī)及輔助設(shè)備運(yùn)行及維修 河海大學(xué)出版社 1991 7)張?zhí)m娣，溫秀梅 納米加工技術(shù)及其應(yīng)用 [期刊論文]-河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2003（21）

8)吳拓 開(kāi)發(fā)機(jī)械制造的新領(lǐng)域 [期刊論文]-西江大學(xué)學(xué)報(bào) 2000（2）9)袁哲俊，謝大剛 納米技術(shù)的最新發(fā)展 [期刊論文]-2000（5）

10)蔡敢為，王文龍，劉平，朱從云 為機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究 [期刊論文]-湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) 2002（17）

11)楊元華，陳時(shí)錦，程凱 微結(jié)構(gòu)光學(xué)元件的應(yīng)用與制造 [期刊論文]-納米技術(shù)與精密工程 2005（3）

第三篇：納米材料與納米技術(shù)選修結(jié)課論文

考試序列號(hào)__88__

通識(shí)教育課程論文

論文題目：納米材料與納米技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用

課程名稱(chēng): 納米材料與納米技術(shù) 學(xué)院 外國(guó)語(yǔ)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 15級(jí)科技英語(yǔ)2班 學(xué) 號(hào) 3115006865 姓 名 劉輝鷹 聯(lián)系方式 *** 任課教師 陶平均

2016年10月31日 摘要：

1、納米是一種幾何尺寸的度量單位，1納米=百萬(wàn)分之一毫米。

2、納米技術(shù)帶動(dòng)了技術(shù)革命。

3、利用納米技術(shù)制作的藥物可以阻斷毛細(xì)血管，“餓死”癌細(xì)胞。

4、如果在衛(wèi)星上用納米集成器件，衛(wèi)星將更小，更容易發(fā)射。

5、納米技術(shù)是多科學(xué)綜合，有些目標(biāo)需要長(zhǎng)時(shí)間的努力才會(huì)實(shí)現(xiàn)。

6、納米技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)是當(dāng)前的科學(xué)發(fā)展主流，它們的發(fā)展將使人類(lèi)社會(huì)、生存環(huán)境和科學(xué)技術(shù)本身變得更美好。

7、納米技術(shù)可以觀察病人身體中的癌細(xì)胞病變及情況，可讓醫(yī)生對(duì)癥下藥。

和生物技術(shù)一樣，納米科技也有很多環(huán)境和安全問(wèn)題（比如尺寸小是否會(huì)避開(kāi)生物的自然防御系統(tǒng)，還有是否能生物降解、毒性副作用如何等等）。

1、納米材料與納米技術(shù)的定義：

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料，這大約相當(dāng)于10~100個(gè)原子緊密排列在一起的尺度。

納米科學(xué)技術(shù)是介于微觀與宏觀之間的介觀物理，關(guān)于納米科學(xué)技術(shù)的定義很多，具有代表性的說(shuō)法有：如英國(guó)科學(xué)家阿爾培特.佛朗克斯教授把納米技術(shù)定義為“在0.1-100納米尺度范圍起關(guān)鍵作用的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域?！泵绹?guó)“國(guó)家納米技術(shù)倡議”（NNI）即推薦采用科普作家伊凡.阿莫托在一本小冊(cè)子中的提法：“納米科學(xué)和納米技術(shù)一般是指，在納米尺度上，則從一納米到幾百納米介觀范圍內(nèi)，所從事的工作范疇”。

2、納米材料與納米技術(shù)的現(xiàn)狀

目前納米材料及技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，在專(zhuān)業(yè)電子信息產(chǎn)業(yè)，納米技術(shù)的應(yīng)用將為電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展克服以強(qiáng)場(chǎng)效應(yīng)、量子隧穿效應(yīng)等為代表的物理限制，以功耗、互聯(lián)延遲、光刻等為代表的技術(shù)限制和制造成本昂貴、用戶(hù)難以承受的經(jīng)濟(jì)限制，制造出基于量子效應(yīng)的新型納米器件和制備技術(shù)。具有量子效應(yīng)的納米信息材料將提供不同于傳統(tǒng)器件的全新功能，從而產(chǎn)生出新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。這將是對(duì)信息產(chǎn)業(yè)和其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一場(chǎng)深刻的革命。這些技術(shù)的突破將全面地改變?nèi)祟?lèi)的生存方式，它所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值是難以估量的。正如美國(guó)《新技術(shù)周刊》指出，納米技術(shù)在電子信息產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，將成為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的一個(gè)主要發(fā)動(dòng)機(jī)，其作用可使微電子學(xué)在21世紀(jì)對(duì)世界的影響相形見(jiàn)絀。納米技術(shù)將在生物醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、人類(lèi)健康等生命科學(xué)領(lǐng)域有重大應(yīng)用。在納米生物材料、微細(xì)加工、光學(xué)顯示、生物信息和分子生物學(xué)等技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，發(fā)展生物芯片技術(shù)、形成新型生物分子識(shí)別的專(zhuān)家系統(tǒng)、臨床疾病檢測(cè)系統(tǒng)、藥物篩選系統(tǒng)和生物工業(yè)活性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等實(shí)用化技術(shù)，具有重要的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)前景。預(yù)計(jì)到!“-#年，僅納米技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用，全球市場(chǎng)將達(dá)到2000億美元。

納米技術(shù)的廣義范圍可包括納米材料技術(shù)及納米加工技術(shù)、納米測(cè)量技術(shù)、納米應(yīng)用技術(shù)等方面。其中納米材料技術(shù)著重于納米功能性材料的生產(chǎn)（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測(cè)技術(shù)（化學(xué)組成、微結(jié)構(gòu)、表面形態(tài)、物、化、電、磁、熱及光學(xué)等性能）。納米加工技術(shù)包含精密加工技術(shù)（能量束加工等）及掃描探針技術(shù)。

納米粒子異于大塊物質(zhì)的理由是在其表面積相對(duì)增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類(lèi)原子極易與外來(lái)原子吸附鍵結(jié)，同時(shí)因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。

就熔點(diǎn)來(lái)說(shuō)，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，表面原子處于不安定狀態(tài)，使其表面晶格震動(dòng)的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點(diǎn)下降，同時(shí)納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料。

一般常見(jiàn)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(wú)法區(qū)分出其磁區(qū)時(shí)，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(shí)，將成為優(yōu)異的磁性材料。

納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小于光波的長(zhǎng)，因此將與入射光產(chǎn)生復(fù)雜的交互作用。金屬在適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱(chēng)為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強(qiáng)烈對(duì)比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應(yīng)用于紅外線感測(cè)器材料。

3、納米材料與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：

自20世紀(jì)70年代納米顆粒材料問(wèn)世以來(lái)，從研究?jī)?nèi)涵和特點(diǎn)大致可劃分為三個(gè)階段：

第一階段（1990年以前）：主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種方法制備各種材料的納米顆粒粉體或合成塊體，研究評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于普通材料的特殊性能；研究對(duì)象一般局限在單一材料和單相材料，國(guó)際上通常把這種材料稱(chēng)為納米晶或納米相材料。

第二階段（1990~1994年）：人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已發(fā)掘的物理和化學(xué)特性，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料，復(fù)合材料的合成和物性探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。

第三階段（1994年至今）：納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)材料體系正在成為納米材料研究的新熱點(diǎn)。國(guó)際上把這類(lèi)材料稱(chēng)為納米組裝材料體系或者納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲、管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系。

而今天，從技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，需要更精致、環(huán)境友好、更具有智能化的技術(shù)創(chuàng)新。

納米材料具有一定的獨(dú)特性，當(dāng)物質(zhì)尺度小到一定程度時(shí)，則必須改用量子力學(xué)取代傳統(tǒng)力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)描述它的行為，當(dāng)粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時(shí)，其粒徑雖改變?yōu)?000倍，但換算成體積時(shí)則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產(chǎn)生明顯的差異。

高級(jí)納米技術(shù)，有時(shí)被稱(chēng)為分子制造，用于描述分子尺度上的納米工程系統(tǒng)（納米機(jī)器）。無(wú)數(shù)例子證明，億萬(wàn)年的進(jìn)化能夠產(chǎn)生復(fù)雜的、隨機(jī)優(yōu)化的生物機(jī)器。在納米領(lǐng)域中，我們希望使用仿生學(xué)的方法找到制造納米機(jī)器的捷徑。然而，K Eric Drexler和其他研究者提出：高級(jí)納米技術(shù)雖然最初會(huì)使用仿生學(xué)輔助手段，最終可能會(huì)建立在機(jī)械工程的原理上。

單純由大到?。╰op down）的創(chuàng)新思維和方法已經(jīng)面臨挑戰(zhàn)，納米科學(xué)技術(shù)的研究方法（approaches），即提出了全新的創(chuàng)新思維和方法，這里有兩種方法：第一是繼續(xù)沿著古已有之的”由大到小“（top down）思路和方法干下去，不過(guò)這里的”小“可不是原有意義上的毫米、微米的小，而是在納米尺度（0.1-100nm）上的小，在這么”小“的地方出現(xiàn)的景觀同傳統(tǒng)意義上的毫米、微米尺度上的出現(xiàn)的景象根本不同，在這里真正的發(fā)生了量子力學(xué)上的波粒二像性。現(xiàn)在用這種方法（top down），可以在宏觀塊體材料（如半導(dǎo)體）上利用機(jī)械和蝕刻技術(shù)制造納米尺度結(jié)構(gòu)。納米材料的制備的種種方法，還是這一方法。估計(jì)二十一世紀(jì)的前半葉，甚至更長(zhǎng)時(shí)間，這種方法還起到支柱作用。但是它創(chuàng)造的文明會(huì)是非常輝煌的。第二種方法，就是實(shí)現(xiàn)量子物理學(xué)界的奇才費(fèi)曼所預(yù)言的那樣”物理學(xué)的規(guī)律不排除一個(gè)原子一個(gè)原子地制造物品的可能性“。即”由小到大"（bottom up）的方法，人們按需要用一個(gè)個(gè)原子或一個(gè)個(gè)分子組裝創(chuàng)造出有機(jī)和無(wú)機(jī)物品。這方面的創(chuàng)新工作已取得一些成果，見(jiàn)諸報(bào)端的不少，但離真正的實(shí)用還要走很長(zhǎng)的路。

4、納米材料與納米技術(shù)的應(yīng)用：

1、天然納米材料

海龜在美國(guó)佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵，但出生后的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國(guó)附近的海域，才能得以生存和長(zhǎng)大。最后，長(zhǎng)大的海龜還要再回到佛羅里達(dá)州的海邊產(chǎn)卵。如此來(lái)回約需5～6年，為什么海龜能夠進(jìn)行幾萬(wàn)千米的長(zhǎng)途跋涉呢？它們依靠的是頭部?jī)?nèi)的納米磁性材料，為它們準(zhǔn)確無(wú)誤地導(dǎo)航。

生物學(xué)家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什么從來(lái)不會(huì)迷失方向時(shí)，也發(fā)現(xiàn)這些生物體內(nèi)同樣存在著納米材料為它們導(dǎo)航。

2、納米磁性材料

在實(shí)際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它制成的磁記錄材料不僅音質(zhì)、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強(qiáng)磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤(rùn)滑和選礦等領(lǐng)域。

3、納米陶瓷材料

傳統(tǒng)的陶瓷材料中晶粒不易滑動(dòng)，材料質(zhì)脆，燒結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運(yùn)動(dòng)，因此，納米陶瓷材料具有極高的強(qiáng)度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進(jìn)行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、納米傳感器

納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對(duì)溫度變化、紅外線以及汽車(chē)尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外線檢測(cè)儀和汽車(chē)尾氣檢測(cè)儀，檢測(cè)靈敏度比普通的同類(lèi)陶瓷傳感器高得多。

5、納米傾斜功能材料

在航天用的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內(nèi)表面要用陶瓷制作，外表面則要用導(dǎo)熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結(jié)合在一起。如果制作時(shí)在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓金屬和陶瓷“你中有我、我中有你”，最終便能結(jié)合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個(gè)傾斜的梯子。當(dāng)用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合后燒結(jié)成形時(shí)，就能達(dá)到燃燒室內(nèi)側(cè)耐高溫、外側(cè)有良好導(dǎo)熱性的要求。

6、納米半導(dǎo)體材料

將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運(yùn)反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

利用半導(dǎo)體納米粒子可以制備出光電轉(zhuǎn)化效率高的、即使在陰雨天也能正常工作的新型太陽(yáng)能電池。由于納米半導(dǎo)體粒子受光照射時(shí)產(chǎn)生的電子和空穴具有較強(qiáng)的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無(wú)機(jī)物，降解大多數(shù)有機(jī)物，最終生成無(wú)毒、無(wú)味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽(yáng)能催化分解無(wú)機(jī)物和有機(jī)物。

7、納米催化材料

納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表面的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。

鎳或銅鋅化合物的納米粒子對(duì)某些有機(jī)物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600 ℃降低到室溫。

8、醫(yī)療上的應(yīng)用

血液中紅血球的大小為6 000～9 000 nm，而納米粒子只有幾個(gè)納米大小，實(shí)際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動(dòng)。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個(gè)部位，便可以檢查病變和進(jìn)行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。碳材料的血液相溶性非常好，21世紀(jì)的人工心瓣都是在材料基底上沉積一層熱解碳或類(lèi)金剛石碳。但是這種沉積工藝比較復(fù)雜，而且一般只適用于制備硬材料。

介入性氣囊和導(dǎo)管一般是用高彈性的聚氨酯材料制備，通過(guò)把具有高長(zhǎng)徑比和純碳原子組成的碳納米管材料引入到高彈性的聚氨酯中，我們可以使這種聚合物材料一方面保持其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和容易加工成型的特性，一方面獲得更好的血液相溶性。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種納米復(fù)合材料引起血液溶血的程度會(huì)降低，激活血小板的程度也會(huì)降低。

使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過(guò)程越來(lái)越精細(xì)，并在納米材料的尺度上直接利用原子、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)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測(cè)少量血液，就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。通過(guò)納米粒子的特殊性能在納米粒子表面進(jìn)行修飾形成一些具有靶向，可控釋放，便于檢測(cè)的藥物傳輸載體，為身體的局部病變的治療提供新的方法，為藥物開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新的方向。

9、納米碳管

1991年，日本的專(zhuān)家制備出了一種稱(chēng)為“納米碳管”的材料，它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物，也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的，如圖所示。

這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長(zhǎng)的尺寸都是納米量級(jí)的，因此被稱(chēng)為納米碳管。它的抗張強(qiáng)度比鋼高出100倍，導(dǎo)電率比銅還要高。

在空氣中將納米碳管加熱到700 ℃左右，使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞，成了開(kāi)口的納米碳管。然后用電子束將低熔點(diǎn)金屬（如鉛）蒸發(fā)后凝聚在開(kāi)口的納米碳管上，由于虹吸作用，金屬便進(jìn)入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小，因此管內(nèi)形成的金屬絲也特別細(xì)，被稱(chēng)為納米絲，它產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是具有超導(dǎo)性。因此，納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導(dǎo)體。

納米技術(shù)在世界各國(guó)尚處于萌芽階段，美、日、德等少數(shù)國(guó)家，雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ)，但是尚在研究之中，新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾。我國(guó)已努力趕上先進(jìn)國(guó)家水平，研究隊(duì)伍也在日漸壯大。

5、納米材料與納米技術(shù)存在的問(wèn)題：

盡管納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生的革命性的變化，但是納米材料的安全性問(wèn)題同時(shí)也非常值得我們關(guān)注。任何一門(mén)技術(shù)都具有雙面性，即有有利的一面也會(huì)存在有害的一面，納米材料也不例外。

對(duì)納米材料安全性的研究工作最早的是英國(guó)牛津大學(xué)和蒙特利爾大學(xué)的科學(xué)家在1997年發(fā)現(xiàn)防曬霜中的TiO2和ZnO納米顆粒會(huì)破壞皮膚細(xì)胞的DNA。直到2003年3月，美國(guó)化學(xué)會(huì)年會(huì)上的有關(guān)納米顆粒對(duì)生物可能存在危害的報(bào)告才引起了世界對(duì)納米材料安全性的廣泛關(guān)注。紐約羅切斯特大學(xué)的研究者讓大鼠在含有粒徑為20nm的聚四氟乙烯（特氟龍）顆粒的空氣中生活15分鐘，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)大鼠在隨后4小時(shí)內(nèi)死亡；而另一組生活在含120nm特氟龍顆粒的空氣中的大鼠，則安然無(wú)恙。

參考文獻(xiàn)：

【1】徐云龍，趙崇軍，錢(qián)秀珍.納米材料科學(xué)概論[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2008：21.【2】賈寶賢，李文卓.微納米科學(xué)技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：3.【3】汪冰，豐偉悅，趙宇亮，邢更妹，柴之芳.納米材料生物效應(yīng)及其毒理學(xué)研究進(jìn)展[J].中國(guó)科學(xué)，2005，（1）.【4】}張立德.我國(guó)納米材料研究的現(xiàn)狀[J].中國(guó)粉體技術(shù)，2001，（5）.

第四篇：淺談納米材料的應(yīng)用(論文)1

納米材料的應(yīng)用

張健華

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專(zhuān)業(yè)101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)。納米技術(shù)目前已成功用于許多領(lǐng)域，包括醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)及生物檢測(cè)、制造業(yè)、光學(xué)以及國(guó)防等等。有人曾經(jīng)預(yù)測(cè)在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過(guò)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(guó)相繼投入巨資進(jìn)行研究，美國(guó)從2000年啟動(dòng)了國(guó)家納米計(jì)劃，國(guó)際納米結(jié)構(gòu)材料會(huì)議自1992年以來(lái)每?jī)赡暾匍_(kāi)一次，與納米技術(shù)有關(guān)的國(guó)際期刊也很多。關(guān)鍵詞：納米材料

納米技術(shù)

特殊材料

應(yīng)用

一、納米發(fā)展小史

1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德●費(fèi)曼預(yù)言，人類(lèi)可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類(lèi)意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。1991年，美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱(chēng)之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類(lèi)對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。

二、何為納米材料

納米（nm）是長(zhǎng)度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來(lái)說(shuō)，納米是一個(gè)很小的單位，例如：人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來(lái)表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

三、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(duì)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、電等性質(zhì)，往往不同于該物質(zhì)在粗晶狀態(tài)時(shí)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、熱交換材料、敏感元件、催化劑等領(lǐng)域。

四、納米技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用

4.1 納米技術(shù)在陶瓷領(lǐng)域方面的應(yīng)用

陶瓷材料作為材料的三大支柱之一，在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)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)用受到了較大的限制。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(lái)克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。英國(guó)材料學(xué)家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。所謂納米陶瓷，是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料，也就是說(shuō)晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級(jí)的水平上。要制作納米陶瓷，這就需要解決：粉體尺寸形貌和粒徑分布的控制，團(tuán)聚體的控制和分散，塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制。

雖然納米陶瓷還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要解決，但其優(yōu)良的低溫和高溫力學(xué)性能、抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性，使其在切削刀具、軸承、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)部件等諸多方面都有廣泛的應(yīng)用，并在許多超高溫、強(qiáng)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(yīng)用前景。

4.2 納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用

納米電子學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，其主要思想是基于納米粒子的量子效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)并制備納米量子器件，它包括納米有序（無(wú)序）陣列體系、納米微粒與微孔固體組裝體系、納米超結(jié)構(gòu)組裝體系。納米電子學(xué)的最終目標(biāo)是將集成電路進(jìn)一步減小，研制出由單原子或單分子構(gòu)成的在室溫能使用的各種器件。

目前，利用納米電子學(xué)已經(jīng)研制成功各種納米器件。單電子晶體管，紅、綠、藍(lán)三基色可調(diào)諧的納米發(fā)光二極管以及利用納米絲、巨磁阻效應(yīng)制成的超微磁場(chǎng)探測(cè)器已經(jīng)問(wèn)世。并且，具有奇特性能的碳納米管的研制成功，為納米電子學(xué)的發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。

納米電子學(xué)立足于最新的物理理論和最先進(jìn)的工藝手段，按照全新的理念來(lái)構(gòu)造電子系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)物質(zhì)潛在的儲(chǔ)存和處理信息的能力，實(shí)現(xiàn)信息采集和處理能力的革命性突破，納米電子學(xué)將成為對(duì)世紀(jì)信息時(shí)代的核心。

4.3 納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用

眾所周知，分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小單位。生物分子是很好的信息處理材料，每一個(gè)生物大分子本身就是一個(gè)微型處理器，分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以可預(yù)測(cè)方式進(jìn)行狀態(tài)變化，其原理類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的邏輯開(kāi)關(guān)，利用該特性并結(jié)合納米技術(shù)，可以此來(lái)設(shè)計(jì)量子計(jì)算機(jī)。美國(guó)南加州大學(xué)的Adelman博士等應(yīng)用基于DNA分子計(jì)算技術(shù)的生物實(shí)驗(yàn)方法，有效地解決了目前計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題-“哈密頓路徑問(wèn)題”，使人們對(duì)生物材料的信息處理功能和生物分子的計(jì)算技術(shù)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

未來(lái)，納米計(jì)算機(jī)的問(wèn)世，將會(huì)使當(dāng)今的信息時(shí)代發(fā)生質(zhì)的飛躍。它將突破傳統(tǒng)極限，使單位體積物質(zhì)的儲(chǔ)存和信息處理的能力提高上百萬(wàn)倍，從而實(shí)現(xiàn)電子學(xué)上的又一次革命。

4.4 納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用

納米技術(shù)的發(fā)展，使微電子和光電子的結(jié)合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運(yùn)算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn)有雷達(dá)信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對(duì)地偵察。但是要獲取高分辨率圖像，就必需先進(jìn)的數(shù)字信息處理技術(shù)?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，將光調(diào)制器和光探測(cè)器結(jié)合在一起的量子阱自電光效應(yīng)器件，將為實(shí)現(xiàn)光學(xué)高速數(shù)學(xué)運(yùn)算提供可能。在經(jīng)過(guò)多個(gè)科學(xué)家研究的發(fā)現(xiàn)，無(wú)能量閾納米激光器的運(yùn)行還可以得出速度極快的激光器。由于只需要極少的能量就可以發(fā)射激光，這類(lèi)裝置可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)。已經(jīng)有一些激光器能夠以快于每秒鐘200億次的速度開(kāi)關(guān)，適合用于光纖通信。由于納米技術(shù)的迅速發(fā)展，這種無(wú)能量閾納米激光器的實(shí)現(xiàn)將指日可待。4.5 納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

納米粒子作為光催化劑，有著許多優(yōu)點(diǎn)。首先是粒徑小，比表面積大,光催化效率高。另外，納米粒子生成的電子、空穴在到達(dá)表面之前，大部分不會(huì)重新結(jié)合。因此，電子、空穴能夠到達(dá)表面的數(shù)量多，則化學(xué)反應(yīng)活性高。其次，納米粒子分散在介質(zhì)中往往具有透明性，容易運(yùn)用光學(xué)手段和方法來(lái)觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)與表面態(tài)密度的影響。目前，工業(yè)上利用納米二氧化鈦-三氧化二鐵作光催化劑，用于廢水處理（含SO32-或 Cr2O72-體系），已經(jīng)取得了很好的效果。

用沉淀溶出法制備出的粒徑約30~60nm的白色球狀鈦酸鋅粉體，比表面積大，化學(xué)活性高，用它作吸附脫硫劑，較固相燒結(jié)法制備的鈦酸鋅粉體效果明顯提高。

4.6 納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上該技術(shù)也開(kāi)始嶄露頭角。研究人員發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)的RNA蛋白質(zhì)復(fù)合體，其線度在15~20nm之間，并且生物體內(nèi)的多種病毒，也是納米粒子。10nm以下的粒子比血液中的紅血球還要小，因而可以在血管中自由流動(dòng)。如果將超微粒子注入到血液中，輸送到人體的各個(gè)部位，作為監(jiān)測(cè)和診斷疾病的手段。科研人員已經(jīng)成功利用納米 SiO2微粒進(jìn)行了細(xì)胞分離，用金的納米粒子進(jìn)行定位病變治療，以減少副作用等。另外，利用納米顆粒作為載體的病毒誘導(dǎo)物已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)在已用于臨床動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，估計(jì)不久的將來(lái)即可服務(wù)于人類(lèi)。

研究納米技術(shù)在生命醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，可以在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，獲取生命信息。科學(xué)家們?cè)O(shè)想利用納米技術(shù)制造出分子機(jī)器人，在血液中循環(huán)，對(duì)身體各部位進(jìn)行檢測(cè)、診斷，并實(shí)施特殊治療，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。這樣，在不久的將來(lái)，被視為當(dāng)今疑難病癥的愛(ài)滋病、高血壓、癌癥等都將迎刃而解，從而將使醫(yī)學(xué)研究發(fā)生一次革命。

4.7 納米技術(shù)在其它方面的應(yīng)用

利用先進(jìn)的納米技術(shù)，在不久的將來(lái)，可制成含有納米電腦的可人-機(jī)對(duì)話并具有自我復(fù)制能力的納米裝置，它能在幾秒鐘內(nèi)完成數(shù)十億個(gè)操作動(dòng)作。在軍事方面，利用昆蟲(chóng)作平臺(tái)，把分子機(jī)器人植入昆蟲(chóng)的神經(jīng)系統(tǒng)中控制昆蟲(chóng)飛向敵方收集情報(bào)，使目標(biāo)喪失功能。

利用納米技術(shù)還可制成各種分子傳感器和探測(cè)器。利用納米羥基磷酸鈣為原料，可制作人的牙齒、關(guān)節(jié)等仿生納米材料。將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中，并通過(guò)一定的機(jī)制來(lái)激發(fā)藥劑的釋放，則可控藥劑有希望變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。另外，還可利用碳納米管來(lái)制作儲(chǔ)氫材料，用作燃料汽車(chē)的燃料“儲(chǔ)備箱”。利用納米顆粒膜的巨磁阻效應(yīng)研制高靈敏度的磁傳感器；利用具有強(qiáng)紅外吸收能力的納米復(fù)合體系來(lái)制備紅外隱身材料，都是很具有應(yīng)用前景的技術(shù)開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。

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(guó)家如今都已成為發(fā)達(dá)國(guó)家。當(dāng)今重視發(fā)展納米技術(shù)的國(guó)家很可能在21世紀(jì)成為先進(jìn)國(guó)家。納米技術(shù)對(duì)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(guó)在21世紀(jì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)騰飛奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。整個(gè)人類(lèi)社會(huì)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)】

[1]邵剛勤，魏明坤，等.超細(xì)晶粒WC硬質(zhì)合金研制動(dòng)態(tài)[J].武漢理工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)

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第五篇：納米材料在高分子材料中的應(yīng)用論文

納米材料在高分子材料中的應(yīng)用

近年來(lái)，納米技術(shù)已成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。由于納米材料具有許多新的特性，如特殊的磁學(xué)特性、光學(xué)特性、電學(xué)特性和化學(xué)活性等，利用納米粒子的這些特性對(duì)高分子材料進(jìn)行改性，可以得到具有特殊功能的高分子材料。這不僅使高分子材料的性能更加優(yōu)異，使其更加廣泛地應(yīng)用于微電子、化工、國(guó)防、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)還為高分子改性理論體系的奠定提供了基礎(chǔ)，拓寬了高分子改性的理論。

研究發(fā)現(xiàn)，隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)的質(zhì)變。對(duì)超微顆粒而言，尺寸變小，其比表面積則顯著增加，從而產(chǎn)生特殊的光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)化學(xué)、聲學(xué)等一片列新的性質(zhì)。另外，納米粒子由于表面存在大量活性中心，在反應(yīng)體系中可以起到高效催化的作用。目前通常是將納米微粒與聚合物基材進(jìn)行復(fù)合，利用其特殊性質(zhì)來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，這比研究全新的聚合物材料投資少，周期短，生產(chǎn)成本低。但是通常納米微粒粒徑小，易于團(tuán)聚，為增加材料與聚合物的界面結(jié)合力，提高復(fù)合材料的性能，需要對(duì)納米微粒進(jìn)行表面改性處理。與普通改性材料不同，納米粒子具有特殊的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等，這些效應(yīng)的綜合作用導(dǎo)致了改性后的高分子材料具有特殊性能。比如，納米粒子巨大的比表面積產(chǎn)生的表面效應(yīng)，可使經(jīng)納米粒子改性后的高分子材料的機(jī)械性能、熱傳導(dǎo)性、觸媒性質(zhì)、破壞韌性等均與一般材料不同，有的材料還具有了新的阻燃性和阻隔性。

利用納米微粒的量子尺寸效應(yīng)等可制成紫外線吸收材料。例如，防曬油等化妝品中現(xiàn)在普遍加入了納米微粒，同時(shí)在具有強(qiáng)紫外吸收的納米微粒表面包裹一層對(duì)身體無(wú)害的高聚物，這樣既發(fā)揮了納米顆粒的作用，又改善了防曬油的性能。再如，塑料制品在紫外線照射下很容易老化變脆，如果在塑料表面涂上一層含有納米微粒的透明涂層吸收紫外線，這樣就可以防止塑料老化。汽車(chē)、艦船的表面涂覆的油漆主要是由氯丁橡膠、雙酚樹(shù)脂或者環(huán)氧樹(shù)脂為主要原料，在陽(yáng)光的紫外線照射下很容易老化變脆，致使油漆脫落，如果在面漆中加入能強(qiáng)列吸收紫外線的納米微粒就可起到保護(hù)底漆的作用。另外，將納米微粒分散到樹(shù)脂中制成膜，可用作半導(dǎo)體器件的紫外線過(guò)濾器。

在航空航天材料的加工生產(chǎn)中，納米材料也有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)，特別是由輕元素組成的納米材料在航空隱身材料方面應(yīng)用十分廣泛。～些納米復(fù)合粉體與高分子纖維結(jié)合，對(duì)中紅外波段有很強(qiáng)的吸收性能，對(duì)紅外探測(cè)器有很好的屏蔽作用。納米磁性材料，特別是類(lèi)似鐵氧體的納米磁性材料加入涂料中，既有優(yōu)良的吸波特性，又有良好的吸收和耗散紅外線的性能，甚至可以改變雷達(dá)波的反射信號(hào)，加之其比重輕，因此在隱身方面的應(yīng)用上有明顯的優(yōu)越性。 納米材料對(duì)光吸收和對(duì)靜電屏蔽的特性，使其在日常生活和國(guó)防上也有著很重要的應(yīng)用前景。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始用納米復(fù)合粉添加的纖維制成軍服，這種纖維不僅對(duì)人體釋放的紅外線有很好的屏蔽作用，而且對(duì)人體紅外線有強(qiáng)吸收作用，可以增加保暖作用，減輕農(nóng)服的重量?；w衣物和地毯由于靜電效應(yīng)在摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生放電，不僅有安全隱患，同時(shí)很容易吸附灰塵，給使用者帶來(lái)很多不便。金屬納米微粒為解決這一問(wèn)題提供了一個(gè)新的途徑，只要在化纖制品中加入少量金屬納米微

粒，就會(huì)使靜電效應(yīng)大大降低。

在家電用高分子材料，納米靜電屏蔽材料的應(yīng)用近來(lái)也開(kāi)始得到了推廣。電器外殼如果不能進(jìn)行靜電屏蔽，電器的信號(hào)就會(huì)受到外部靜電的嚴(yán)重干擾。為了改善靜電屏蔽涂料的性能，日本松下公司已研制成功具有良好靜電屏蔽的納米涂料，這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因面能起到靜電屏蔽作用，同時(shí)氧化物納米微粒顏色各異，可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色。因此這種納米靜電屏蔽涂料不但有很好的靜電屏蔽特性，而且也克服了炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。

在醫(yī)用高分子材料領(lǐng)域，日本東京大學(xué)日前通過(guò)結(jié)合納米級(jí)的微小分子環(huán)和高分子材料開(kāi)發(fā)出了凝膠狀的新型醫(yī)療材料。這種新材料的可見(jiàn)光的通過(guò)率高達(dá)98 2％，而且即使拉長(zhǎng)8倍，材料也能恢復(fù)原狀，并不會(huì)受到任何破壞。這種性能優(yōu)異的材料可望用來(lái)生產(chǎn)隱形眼鏡以及其他醫(yī)療產(chǎn)品。而在醫(yī)用化纖制品和紡織品中添加納米微粒可以起到除味、殺菌、消毒的作用。

另外，一些聚酯／粘土礦物的納米復(fù)合材料不僅提高了聚酯的力學(xué)性能，光學(xué)性能、阻隔性能等也有一定的提高，這種復(fù)合材料可以應(yīng)用于汽車(chē)、包裝等領(lǐng)域，其他潛在的應(yīng)用前景也是非常誘人的。

納米技術(shù)作為一項(xiàng)高新技術(shù)在高分子材料改性中有著非常廣闊的應(yīng)用前景，特別對(duì)開(kāi)發(fā)具有特殊性能的高分子材料有著重要的實(shí)際意義。但由于對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的不足，納米技術(shù)的發(fā)展還存在著較大的局限性，其理論和工程實(shí)踐也也都比較缺乏。但即使如此，其廣闊的市場(chǎng)與誘人的應(yīng)用前景已初見(jiàn)端倪，納米材料將成為新興材料的主流。

高科技纖維又稱(chēng)特種纖維，按性能劃分有五大類(lèi)：耐強(qiáng)腐蝕含氟類(lèi)纖維、耐高溫纖維、阻燃纖維、高強(qiáng)高模纖維和功能纖維。其中，高強(qiáng)高模纖維特別是聚丙烯腈基碳纖維和對(duì)位或間位芳酰胺纖維(芳綸)最為重要。早在20世紀(jì)80年代初，以美、日為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)化纖的發(fā)展作了重要戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移，開(kāi)始把投資重點(diǎn)由傳統(tǒng)化纖轉(zhuǎn)向高科技纖維。21世紀(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家高科技纖維的發(fā)展可望繼續(xù)加速，一些通用化纖生產(chǎn)線不斷轉(zhuǎn)產(chǎn)高科技纖維，新工藝、新技術(shù)和新產(chǎn)品將不斷涌現(xiàn)。而我國(guó)在這方面的研究開(kāi)發(fā)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家約20年。由于發(fā)展高科技纖維有著極其重要的戰(zhàn)略意義，專(zhuān)家呼吁我國(guó)應(yīng)重視高科技纖維特別是碳纖維的 科技攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化。其重要意義并不亞于納米材料，對(duì)提升國(guó)民經(jīng)濟(jì)的整體素質(zhì)和改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有著重要作用。

高科技纖維應(yīng)用領(lǐng)域廣泛高科技纖維是具有高附加值和高收益的產(chǎn)品。以美國(guó)為例，1984年高科技纖維產(chǎn)量占化纖總產(chǎn)量的1.6%，而產(chǎn)值卻占12.6%；到1988年，其產(chǎn)量所占比例上升至2.4%，而產(chǎn)值卻占化纖總產(chǎn)值的20.4%。盡管這些高科技纖維的前期開(kāi)發(fā)投入較大，但后期回報(bào)。在前些年世界經(jīng)濟(jì)遭亞洲金融危機(jī)沖擊的嚴(yán)峻形勢(shì)下，傳統(tǒng)化纖市場(chǎng)處于低迷狀態(tài)，而高科技纖維卻供不應(yīng)求，成為支撐收益的中堅(jiān)產(chǎn)品。

高科技纖維也是支撐高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)材料，是運(yùn)載火箭和導(dǎo)彈、各類(lèi)航天器、宇宙站、人造衛(wèi)星、宇航服、噴氣式客機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)、船舶、超高速列車(chē)、醫(yī)學(xué)和生物工程等的關(guān)鍵材料。同時(shí)，也能滿足許多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)特別是支柱產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的需要。例如，環(huán)保節(jié)能型新一代汽車(chē)，其高速飛輪轉(zhuǎn)子、壓縮天然氣罐、高速子午胎、發(fā)動(dòng)機(jī)耐熱傳感器、輕量傳動(dòng)軸、彈簧板以至車(chē)體，皆采用高性能纖維復(fù)合材料。在新型建材領(lǐng)域，高強(qiáng)高模纖維增強(qiáng)水泥、復(fù)合材料型材、混凝土結(jié)構(gòu)物的加固修復(fù)用片材、大跨度斜拉橋和懸索橋用代鋼索纜繩、拉擠成型代鋼筋材料等，都采用高性能纖維。在電子和信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，柔性印刷線路板基板、光纜及其補(bǔ)強(qiáng)材料、塑料光纖計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、防輻射手機(jī)外殼、電磁波屏蔽材料、防塵防靜電工作服、超凈室高效空氣濾材，都需要各種高性能纖維和功能纖維。對(duì)于現(xiàn)代國(guó)防來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)任何高科技戰(zhàn)爭(zhēng)所需的現(xiàn)代化武器裝備的制造，都要用到高性能纖維和功能纖維。

高科技纖維也是能源開(kāi)發(fā)特別是新能源開(kāi)發(fā)所必不可少的新材料。如抽油桿，千米以下深海油田開(kāi)采平臺(tái)所需升降機(jī)、輸油管線、鉆井套管等，大型風(fēng)力發(fā)電葉片及其推進(jìn)器，核電站耐輻射建材及其防護(hù)用品，含放射物冷卻水回用濾材，海水吸鈾高效吸附材料，鈾同位素分離用高速轉(zhuǎn)筒等，都需要各類(lèi)高科技纖維。在環(huán)保方面其用途就更多了，如酸雨的防治、高溫粉塵濾袋、含重金屬離子等廢水的處理等。就是在解決淡水資源短缺方面，也開(kāi)始大規(guī)模使用中空纖維反滲透膜技術(shù)。如最近沙特阿拉伯和我國(guó)臺(tái)灣省都分別引進(jìn)了日本產(chǎn)世界最大的海水淡化裝置，日產(chǎn)淡水高達(dá)12.8萬(wàn)噸。

高科技纖難的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，將使人類(lèi)的衣著從“仿真”過(guò)渡到“超真”，使人們的服裝具有各種特的功能，如光變色、冬暖夏涼、抗菌消臭和吸收遠(yuǎn)紅外保溫等功能。人工骨、關(guān)節(jié)、韌帶、牙床、假眼、人工肺、人工肝、人工腎、人工脾、人造血管和皮膚等都可用高科技纖維制造。在尖端技術(shù)領(lǐng)域，由于解決了超低溫絕緣材料，創(chuàng)造了磁懸浮列車(chē)的最高行駛紀(jì)錄。由此可見(jiàn)，高科技纖維的應(yīng)用領(lǐng)域可以說(shuō)是無(wú)怕不包。

我國(guó)高科技纖維發(fā)展基礎(chǔ)和現(xiàn)狀

1996年起發(fā)展中國(guó)家化纖的總產(chǎn)量和產(chǎn)能超過(guò)了發(fā)達(dá)國(guó)家。其主要原因是，發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)行了化纖產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，早已把投資重點(diǎn)由傳統(tǒng)化纖轉(zhuǎn)向高科技代纖上了，并大規(guī)模地將普通化纖的生產(chǎn)技術(shù)及全套設(shè)備向第三世界國(guó)家轉(zhuǎn)移，將收益用于發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家尤其是美國(guó)和日本的高科技纖維已處于壟斷地位。

我國(guó)已具備把投資重點(diǎn)轉(zhuǎn)向發(fā)展高科技纖維的基本條件。近年來(lái)我國(guó)主要高科技纖維的市場(chǎng)需求增長(zhǎng)很快，1995年聚丙烯腈基碳纖維的需求量只有60噸，到2000年已達(dá)1500噸；1995年芳綸纖維的需求量也只有60噸，到2000年已達(dá)到500噸；1995年超高分子量聚乙烯纖維需求量才20噸，2000年已超過(guò)500噸。我國(guó)高科技功能纖維隨著人民生活的迅速提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，發(fā)展很快，需求成倍增長(zhǎng)。僅中空纖維分離膜的生產(chǎn)廠家就達(dá)120多家，活性炭纖維生產(chǎn)廠家也有幾十家，產(chǎn)品主要用于水處理等方面，市場(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大。

我國(guó)發(fā)展高科技纖維存在的問(wèn)題及發(fā)展建議

我國(guó)高科技纖維的應(yīng)用研究和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)，為斷取得進(jìn)展，為持續(xù)快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。從20世紀(jì)80年代起，國(guó)家就安排了碳纖維和芳綸纖維科技攻關(guān)，也同時(shí)安排了一批應(yīng)用研究項(xiàng)目，目前又有一批新應(yīng)用領(lǐng)域正在開(kāi)發(fā)，這些都是保證高科技纖維持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。我國(guó)即將加入WTO，關(guān)稅將逐步減少，市場(chǎng)準(zhǔn)入將更加廣泛，而我國(guó)的高科技纖維卻處于小而散的狀態(tài)，根本不具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，這種局面急待扭轉(zhuǎn)。以上這些因素都使投資重點(diǎn)轉(zhuǎn)移成為可能。目前，國(guó)內(nèi)不少企業(yè)集團(tuán)已出現(xiàn)引進(jìn)高性能纖維生產(chǎn)線熱潮，國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)高科技纖維的宏觀調(diào)控，防止復(fù)復(fù)引進(jìn)和建設(shè)。如果不嚴(yán)加控制又會(huì)形成小而散的局面，很難形成有競(jìng)爭(zhēng)力的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。為了防止投資熱點(diǎn)集中在碳纖維和芳酰胺纖維領(lǐng)域，國(guó)家應(yīng)引導(dǎo)企業(yè)適當(dāng)?shù)匕奄Y金投向其他有前景的高科技纖維項(xiàng)目上來(lái)。如聚苯硫醚纖維及上述兩大纖維的下游制品開(kāi)發(fā)，因?yàn)榫郾搅蛎牙w維作為高溫粉塵濾材和電絕緣材料等，其綜合性能好。而碳纖維等復(fù)合材料制品的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，不僅有利于上游高性能纖維的發(fā)展，更重要的是風(fēng)險(xiǎn)和難度相對(duì)較小，經(jīng)濟(jì)效益更好。在對(duì)重大建設(shè)項(xiàng)目和引進(jìn)項(xiàng)目審查時(shí)，國(guó)家有關(guān)部門(mén)應(yīng)提高效率，因?yàn)榫猛舷氯?huì)喪失機(jī)遇，給企業(yè)帶來(lái)重大損失。

正是由于高科技纖維對(duì)提長(zhǎng)一個(gè)國(guó)家的整體經(jīng)濟(jì)素質(zhì)有舉足輕重的作用，國(guó)家提出在“十五”期間加大對(duì)高科技纖維的投入，奠定主要高科技纖維的產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)聚丙烯腈基碳纖維及其原絲、芳綸、超強(qiáng)聚乙烯纖維及主要功能纖維產(chǎn)業(yè)化，并在消化吸收國(guó)外引進(jìn)技術(shù)和裝置的基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，逐步擁有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，實(shí)是明智之舉。參考文獻(xiàn)

[1] 夏和生,王琪.納米技術(shù)進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程,2001,17(4):1-6.[2] Birringer R, Gletter H, Klein H P.Classification of nanometer materials and its basis[J].Phys Lett,1984,102A:365-369.[3] 張中太,林元華,唐子龍,等.納米材料及其技術(shù)的應(yīng)用前景[J].材料工程,2000,(3):42-48.[4] 錢(qián)軍民,李旭祥,黃海燕.納米材料的性質(zhì)及其制備方法[J].化工新型材料,2001,29(7):1-5.[5] 朱光明,錢(qián)得豐.聚合物基納米復(fù)合材料的研究進(jìn)展[J].化工新型材料,2001,29(9):16-21.[6] Brus L E.Electron-electron and electron hole interactions in small semiconductor crystallines[J].Chem Phys,1984,(80):4403-4409·

[7] 羅明良,蒲春生,盧鳳紀(jì),等.納米技術(shù)及材料在環(huán)保中的應(yīng)用與展望[J].化工新型材料 999,13(6):22-24.