導(dǎo)語：如何才能寫好一篇納米技術(shù)的用途，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞 納米印制工藝 超高頻RFID標(biāo)簽 智慧圖書館

分類號(hào) G250.78

0 引言

無線射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境[1-2]。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成：具有唯一電子編碼的標(biāo)簽、能讀取和寫入標(biāo)簽信息的閱讀器、在標(biāo)簽和讀取器間傳遞信號(hào)的天線。閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入發(fā)射天線工作區(qū)域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，標(biāo)簽獲得能量并被激活。標(biāo)簽將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去，系統(tǒng)通過天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理[3-5]。

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的幾種常用RFID標(biāo)簽為：低頻段（LF），應(yīng)用于門禁、考勤、貨物跟蹤等領(lǐng)域；高頻段（HF），應(yīng)用于公交、社保、校園一卡通、門禁門票、范圍倉庫管理等領(lǐng)域；超高頻段（UHF），應(yīng)用于檢測(cè)物品、物流管理等；微波頻段（MW），應(yīng)用于火車監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等[6]。超高頻段的無源RFID標(biāo)簽雖在物流、圖書館等領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，但是由于其成本過高等原因而沒能得到廣泛的推廣應(yīng)用。本文針對(duì)降低超高頻RFID標(biāo)簽成本的方法作了相應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)目前已有的方法主要有三種：（1）利用直接印刷法制作標(biāo)簽天線；（2）通過采用有機(jī)材料或普通紙張為基底材料，降低標(biāo)簽價(jià)格；（3）通過印制編碼技術(shù)代替RFID芯片。從上述三種降低成本的方法中可歸納為，將RFID標(biāo)簽采用納米印制工藝進(jìn)行加工生產(chǎn)，一方面可以大幅度降低產(chǎn)品成本，另一方面由于這種“加成法”的工藝原理，大大降低了生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境造成的壓力，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)了電子產(chǎn)品加工制造過程的綠色環(huán)保。因此本文提出采用納米印制工藝制作低成本的超高頻RFID標(biāo)簽方法，并將其應(yīng)用于圖書館管理系統(tǒng)中。

1 基于納米印制工藝的超高頻RFID標(biāo)簽研究

1.1 納米印制工藝

納米印制電子是一種納米材料與印刷技術(shù)相結(jié)合的新興技術(shù)，主要通過絲網(wǎng)印刷、噴墨打印等方式，在陶瓷、塑料及紙張等基底上印刷電子線路及器件。通過印刷與各種導(dǎo)電聚合物及納米金屬墨水的結(jié)合，產(chǎn)生全新的電子器件的產(chǎn)業(yè)鏈。

因此，納米印制電子與印制電路板和CMOS芯片技術(shù)一樣，已成為電子信息的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，可廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。我國(guó)于2010年將印刷電子的研發(fā)提高到戰(zhàn)略意義的高度，并在北京印刷學(xué)院成立了印刷電子研究中心；在蘇州納米所成立了印刷電子技術(shù)研究中心。納米印制工藝技術(shù)方興未艾，必將在以后的電子產(chǎn)業(yè)內(nèi)發(fā)揮非常重要的作用。

1.2 超高頻RFID標(biāo)簽的研究

采用納米印制技術(shù)設(shè)計(jì)超高頻RFID標(biāo)簽主要包括三個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：納米印制材料、納米印制材料的印制工藝以及印制器件的集成封裝技術(shù)。

為了克服RFID標(biāo)簽制造技術(shù)中成本高、制造精度低、標(biāo)簽尺寸大、標(biāo)簽底材單一、制造效率低、對(duì)環(huán)境污染大等缺點(diǎn)，目前主要采用的是導(dǎo)電油墨的印制制造技術(shù)。采用印制工藝后，可以使單個(gè)RFID標(biāo)簽的成本降低十倍以上，并易于實(shí)現(xiàn)快速印刷，從而應(yīng)用于流水線大批量生產(chǎn)。

1.2.1 納米印制材料技術(shù)

納米印制材料包括基底和油墨。由于納米印制材料表現(xiàn)出的不同特性，在進(jìn)行納米印制RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)時(shí)，就需要根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇合適的有機(jī)材料作為基底。酚醛樹脂浸漬紙，無紡布或無紡布玻璃纖維布，聚酰亞胺薄膜或聚酯纖維都可以作為基底材料。

納米印制油墨是一種形態(tài)特殊、性能優(yōu)異的功能性材料，為了取得相關(guān)的標(biāo)簽阻抗性能，需要采用納米材料的最新制作方法和配方。這些油墨根據(jù)采用的不同工藝，如印刷、噴墨打印及蒸發(fā)旋涂等，又可以分成很多種不同的種類。因此項(xiàng)目實(shí)施過程中，將對(duì)各種油墨進(jìn)行評(píng)估，并盡可能研發(fā)自有的標(biāo)簽油墨產(chǎn)品。

制作RFID標(biāo)簽主要采用柔性電路技術(shù)中的厚膜電路工藝。具體采用絲網(wǎng)印刷的成膜技術(shù)，將具有不同性能并適用于絲網(wǎng)印刷的油墨通過網(wǎng)版漏印在柔性基底上形成具有特定物理、電學(xué)性能的圖形，用于完成電連接、電隔離等功能。生產(chǎn)流程中采用多層套印的方式，通常包括導(dǎo)線層、絕緣層等，工藝流程中主要包括各種油墨的選取或配置、絲網(wǎng)印刷、套印對(duì)準(zhǔn)、網(wǎng)版的清洗、印刷后干燥等問題，會(huì)涉及多種有機(jī)溶劑，加之不同油墨粘度、流變性能、干燥方式的不同，不同層的印刷厚度等要求不同，都會(huì)增加印制標(biāo)簽過程的復(fù)雜性。改變導(dǎo)電油墨中顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu)，增加導(dǎo)電油墨中導(dǎo)電組分的含量，在導(dǎo)電油墨中加入觸變劑、流平劑、消泡劑等，這些方法都會(huì)因此相關(guān)油墨的配方研究將是未來項(xiàng)目中研發(fā)的重點(diǎn)及核心。

1.2.2 印制工藝技術(shù)

油墨材料需要通過精密的印制技術(shù)印制在基底上，主要通過絲網(wǎng)和噴墨兩種技術(shù)。在采用絲網(wǎng)印刷進(jìn)行功能層涂覆時(shí)，由于器件對(duì)材料結(jié)構(gòu)特征等的不同要求，例如層厚度、黏度、材料顆粒尺寸、均勻性等，這時(shí)就需要通過對(duì)絲網(wǎng)印刷機(jī)以及漿料進(jìn)行設(shè)置。參數(shù)設(shè)置的過程需要進(jìn)行大量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并需要注重相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累。

1.2.3 RFID標(biāo)簽的封裝技術(shù)

RFID標(biāo)簽印制好后，需要進(jìn)行封裝，并可以同IC芯片以及MEMS類傳感器芯片進(jìn)行集成封裝，從而作為物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)囊惑w化智能終端。這些封裝后的智能終端就像標(biāo)準(zhǔn)元件一樣，可以直接被應(yīng)用在電子系統(tǒng)中。對(duì)于一些復(fù)雜的印制封裝器件，由于其對(duì)可靠性、環(huán)境抵抗性等要求較高，通常需要采用特殊工藝。納米R(shí)FID標(biāo)簽將主要采用上面提到的技術(shù)要點(diǎn)，制作在柔性薄膜基底上，從而達(dá)到成本低、靈活工藝、超薄器件等方面的優(yōu)點(diǎn)。

1.2.4 低成本、超高頻印制標(biāo)簽的設(shè)計(jì)

目前出現(xiàn)的低成本、超高頻RFID標(biāo)簽大致是基于兩種設(shè)計(jì)方法。（1）標(biāo)簽由微帶天線構(gòu)成，設(shè)置每個(gè)天線端口的特性不同，或者在端口加載微帶結(jié)構(gòu)的負(fù)載，使得天線發(fā)現(xiàn)散射信號(hào)的幅值或相位根據(jù)端口特性的不同而改變。（2）標(biāo)簽設(shè)計(jì)成一個(gè)簡(jiǎn)化的射頻收發(fā)電路，有一個(gè)接收天線，諧振電路和一個(gè)發(fā)射天線組成。標(biāo)簽的接收天線接收閱讀器發(fā)射的訪問信號(hào)，經(jīng)諧振電路后創(chuàng)建了頻譜，再經(jīng)發(fā)射天線將頻譜信號(hào)反射回閱讀器，不同的諧振電路創(chuàng)建不同的頻譜，并作為該標(biāo)簽的唯一ID標(biāo)識(shí)。

在無芯片RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)方面，通常采用的是多個(gè)微帶天線的方法：標(biāo)簽由微帶天線構(gòu)成，每個(gè)天線端口具有不同的特性，從而使得天線反向散射信號(hào)的幅值或相位根據(jù)端口特性的不同而改變。微帶天線工作原理如圖1所示。

圖1 超高頻RFID標(biāo)簽微帶天線工作原理

圖1中三個(gè)微帶天線單元的諧振頻率分別為f1、f2、f3。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，閱讀器發(fā)射頻率為f1、f2、f3的多頻訪問信號(hào)，低成本、超高頻RFID標(biāo)簽中的三個(gè)微帶天線單元受各自諧振頻率波激勵(lì)，反射回帶有不同相位特性的反向散射信號(hào)。閱讀器接收天線接收到該回波信號(hào)后，對(duì)三個(gè)頻率的波分別進(jìn)行處理，這樣每一個(gè)標(biāo)簽就被設(shè)計(jì)成了一個(gè)唯一不可變的ID標(biāo)簽。

在實(shí)際設(shè)計(jì)實(shí)施中，往往采用相位編碼、多阻帶螺旋濾波器以及多諧振偶極子天線等低成本、超高頻標(biāo)簽設(shè)計(jì)原理。這些原理都是通過標(biāo)簽內(nèi)部設(shè)計(jì)的特殊導(dǎo)電體結(jié)構(gòu)，對(duì)接收到的來自閱讀器的多頻信號(hào)進(jìn)行過濾編碼，從而達(dá)到唯一特性ID標(biāo)識(shí)的目的。

采用相位編碼方法的標(biāo)簽主要包含接收天線以及一個(gè)微帶天線陣列。標(biāo)簽工作頻率主要由這些天線的諧振頻率決定，可以工作在2.1GHz～2.5GHz范圍之間。

采用多阻帶螺旋濾波器方法的標(biāo)簽包括一個(gè)接收天線，一個(gè)多諧振電路和一個(gè)發(fā)送天線。其中諧振電路主要是由螺旋諧振器構(gòu)成。這一天線的工作頻率在2.0～2.6GHz，帶寬為500MHz。

采用多諧振偶極子天線的標(biāo)簽可以實(shí)現(xiàn)較小的體積，并且標(biāo)簽簡(jiǎn)化到只有兩個(gè)天線的結(jié)構(gòu)。采用雙面印制的多諧振偶極子天線標(biāo)簽，可以容易地構(gòu)建6bit以上的標(biāo)簽，且標(biāo)簽尺寸被大幅壓縮。

1.3 優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的超高頻RFID標(biāo)簽相比，印制射頻標(biāo)簽及印制編碼（低成本、超高頻RFID標(biāo)簽）具有成本上無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。這主要體現(xiàn)在：

（1）印制射頻標(biāo)簽采用“加成法”進(jìn)行標(biāo)簽生產(chǎn)，這樣就避免了以“減成法”為工藝基礎(chǔ)的傳統(tǒng)標(biāo)簽生產(chǎn)過程中的材料浪費(fèi)；從數(shù)據(jù)上講，可以減少成本20%以上。

（2）印制編碼技術(shù)采用印制工藝直接將編碼信息以特種結(jié)構(gòu)的形式印刷在標(biāo)簽基底上，從而產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)的特種型信號(hào)反饋。從而標(biāo)定了標(biāo)簽的差異性ID標(biāo)識(shí)。由于避免了硅基芯片的應(yīng)用，從而使得射頻標(biāo)簽減少50%以上的生產(chǎn)成本。

2 超高頻RFID標(biāo)簽在智慧圖書館中的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，圖書館作為重要的基礎(chǔ)文化設(shè)施，面臨信息量大、管理難度大、人工操作狀態(tài)下難以及時(shí)到位的壓力，圖書館的工作越來越繁重。智慧圖書館通過物聯(lián)網(wǎng)和RFID技術(shù)的應(yīng)用，不僅對(duì)其自動(dòng)化管理模式有所創(chuàng)新，而且更好地實(shí)現(xiàn)了圖書館與讀者互動(dòng)的人性化、個(gè)性化服務(wù)，提高館員的工作效率[7-8]，加強(qiáng)圖書藏、借、閱一體化的功能，增強(qiáng)圖書館的安全性、準(zhǔn)確性、可靠性和擴(kuò)展性，這也是圖書館未來智慧化發(fā)展的大勢(shì)所趨。

智慧圖書館建立在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，以無線射頻識(shí)別技術(shù)為關(guān)鍵核心技術(shù)。智慧圖書館的出現(xiàn)改變了現(xiàn)代圖書館信息資源的交互方式。以提高信息交互的明確性、靈活性和響應(yīng)速度為目的，旨在為讀者提供高附加值的個(gè)性化、智慧化文獻(xiàn)信息服務(wù)。

在核心技術(shù)中，頻率是決定RFID技術(shù)性能及其應(yīng)用范圍的關(guān)鍵因素。目前使用較多的兩種頻率為高頻（High Frequency，HF）與超高頻（Ultra High Frequency，UHF）RFID系統(tǒng)。高頻RFID的典型頻率為13.56MHZ，標(biāo)簽讀取距離較短，約為lm。超高頻 RFID頻率為860～960MHZ，其在物流領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，因其標(biāo)簽讀取距離最遠(yuǎn)可達(dá)10m。目前在圖書館領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的是高頻產(chǎn)品，但其高昂的費(fèi)用將一些經(jīng)費(fèi)較為有限的高校圖書館拒之門外。正因?yàn)槿绱?，有些高校圖書館已經(jīng)開始嘗試使用超高頻RFID標(biāo)簽。

2.1 基于超高頻RFID的圖書管理系統(tǒng)

基于超高頻RFID的圖書管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖2所示，其主要包括：自助借書系統(tǒng)、自助還書系統(tǒng)、智能查找系統(tǒng)、自動(dòng)分揀系統(tǒng)、手持式盤點(diǎn)系統(tǒng)、安全門檢測(cè)系統(tǒng)和管理員工作站等，各個(gè)子系統(tǒng)相互獨(dú)立卻又緊密相連。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)中的RFID標(biāo)簽，有圖書RFID標(biāo)簽、光盤RFID標(biāo)簽、架標(biāo)、層標(biāo)、RFID讀者卡等多種類型。圖書、光盤RFID標(biāo)簽存儲(chǔ)一本圖書、一張光盤的基本流通信息，如條碼號(hào)、流通類型等；架標(biāo)用于存儲(chǔ)一個(gè)書架的單面單聯(lián)信息；層標(biāo)用于存儲(chǔ)一個(gè)書架的單面單聯(lián)的一層信息；RFID讀者卡存儲(chǔ)一位讀者的基本信息，如讀者證號(hào)、讀者卡的類型等[9-10]。

管理員工作站主要負(fù)責(zé)圖書館借書卡的賬戶管理、圖書館監(jiān)控設(shè)備管理、日常設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)、設(shè)定節(jié)假日與特殊節(jié)日、編輯工作站廣播信息等需要人工干預(yù)的行為操作。其中還包括對(duì)日常報(bào)告的提供、整理和分析，更好地為客戶服務(wù)。

手持式盤點(diǎn)系統(tǒng)通過通道讀寫器和手持機(jī)讀寫器進(jìn)行圖書的盤點(diǎn)審核。分揀機(jī)分揀出來的書由工作人員推車進(jìn)入借閱室，在經(jīng)過裝有通道式讀寫器道門時(shí)，車?yán)锩娴臉?biāo)簽信息被讀取到，并上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)中心。通過后期工作管理員用手持式讀寫器的盤點(diǎn)核查，為圖書館盤點(diǎn)管理帶來了極大的方便，使得圖書館管理工作人員能更為高效、頻繁地進(jìn)行圖書盤點(diǎn)工作。

安全門檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)任何非法離開圖書館的書籍、光盤等。它能夠檢測(cè)安全位（EAS）激活的標(biāo)簽，并發(fā)出警報(bào)聲，閃動(dòng)警報(bào)燈，并記錄讀者數(shù)量與警報(bào)數(shù)量，還能可讀取顯示觸發(fā)警報(bào)的書籍序號(hào)并更新至管理工作站。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

2.2.1 流程簡(jiǎn)化，提高了效率

目前的借還書流程普遍采用條碼掃描系統(tǒng)，條碼數(shù)據(jù)的采集是通過固定的或手持的條形碼掃描器完成的，掃描操作需要人工翻開圖書并找到條碼位置才能掃描，操作流程較為繁瑣，借還書效率低。引入RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、快速、大數(shù)據(jù)量、智能化的圖書借還流程，提高信息存儲(chǔ)的安全性、信息讀寫的可靠性、借還書的高效快捷。

2.2.2 系統(tǒng)改進(jìn)，提高了安全性

通過RFID智慧化圖書管理系統(tǒng)優(yōu)化現(xiàn)有的圖書管理系統(tǒng)，將防盜系統(tǒng)與圖書流通管理系統(tǒng)聯(lián)系起來，記錄每本圖書的進(jìn)出庫歷史記錄，從而可以與借還書的歷史記錄進(jìn)行匹配?？梢杂行岣叻辣I系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，確保圖書安全。

2.2.3 標(biāo)簽成本低，數(shù)據(jù)保持力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)

條碼存儲(chǔ)數(shù)據(jù)有限，且易受潮、污染等局限因素，導(dǎo)致在很大程度上制約了圖書館的管理工作。而本文設(shè)計(jì)的基于納米印制工藝的超高頻RFID標(biāo)簽存儲(chǔ)區(qū)間大，數(shù)據(jù)保持力可達(dá)100年以上，加上具有防水、防磁、耐高溫的特性，RFID電子標(biāo)簽的壽命比條形碼長(zhǎng)得多。由于采用了非接觸式的讀取方式，每個(gè)電子標(biāo)簽最少能被讀取十萬次以上，可以長(zhǎng)期使用。

篇2

論文摘要：介紹了納米磁性材料的用途,闡述了納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類納米磁性材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

1引言

磁性材料一直是國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防工業(yè)的重要支柱與基礎(chǔ)，廣泛地應(yīng)用于電信、自動(dòng)控制、通訊、家用電器等領(lǐng)域，在微機(jī)、大型計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用具有重要地位。信息化發(fā)展的總趨勢(shì)是向小、輕、薄以及多功能方向進(jìn)展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發(fā)展。納米磁性材料是指材料尺寸限度在納米級(jí)，通常在1～100nm的準(zhǔn)零維超細(xì)微粉，一維超薄膜或二維超細(xì)纖維（絲）或由它們組成的固態(tài)或液態(tài)磁性材料。當(dāng)傳統(tǒng)固體材料經(jīng)過科技手段被細(xì)化到納米級(jí)時(shí)，其表面和量子隧道等效應(yīng)引發(fā)的結(jié)構(gòu)和能態(tài)的變化，產(chǎn)生了許多獨(dú)特的光、電、磁、力學(xué)等物理化學(xué)特能，有著極高的活性，潛在極大的原能能量，這就是“量變到質(zhì)變”。納米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效應(yīng)、超順磁性、宏觀量子隧道效應(yīng)、磁有序顆粒的小尺寸效應(yīng)、特異的表觀磁性等。

2納米磁性材料的研究概況

納米磁性材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可以分為納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結(jié)構(gòu)材料三大類。

2.1納米顆粒型

磁存儲(chǔ)介質(zhì)材料：近年來隨著信息量飛速增加，要求記錄介質(zhì)材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質(zhì)材料與超微粒有密切的關(guān)系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質(zhì)量。

納米磁記錄介質(zhì)：如合金磁粉的尺寸在80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm，今后進(jìn)一步提高密度向“量子磁盤”化發(fā)展，利用磁納米線的存儲(chǔ)特性，記錄密度達(dá)400Gbit/in2，相當(dāng)于每平方英寸可存儲(chǔ)20萬部紅樓夢(mèng)小說。

磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構(gòu)成。利用磁性液體可以被磁場(chǎng)控制的特性，用環(huán)狀永磁體在旋轉(zhuǎn)軸密封部件產(chǎn)生一環(huán)狀的磁場(chǎng)分布，從而可將磁性液體約束在磁場(chǎng)之中而形成磁性液體的“O”形環(huán)，且沒有磨損，可以做到長(zhǎng)壽命的動(dòng)態(tài)密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應(yīng)用之一。此外，在電子計(jì)算機(jī)中為防止塵埃進(jìn)入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉(zhuǎn)軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體還有其他許多用途，如儀器儀表中的阻尼器、無聲快速的磁印刷、磁性液體發(fā)電機(jī)、醫(yī)療中的造影劑等等。

納米磁性藥物：磁性治療技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究領(lǐng)域在拓寬，如治療癌癥，用納米的金屬性磁粉液體注射進(jìn)人體病變的部位，并用磁體固定在病灶的細(xì)胞附近，再用微波輻射金屬加熱法升到一定的溫度，能有效地殺死癌細(xì)胞。另外，還可以用磁粉包裹藥物，用磁體固定在病灶附近，這樣能加強(qiáng)藥物治療作用。

電波吸收（隱身）材料：納米粒子對(duì)紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng)，因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱，從而達(dá)到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3-4個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo)，起到了隱身作用。

2.2納米微晶型

納米微晶稀土永磁材料：稀土釹鐵硼磁體的發(fā)展突飛猛進(jìn)，磁體磁性能也在不斷提高，目前燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁能積達(dá)到50MGOe，接近理論值64MGOe，并已進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。為進(jìn)一步改善磁性能，目前已經(jīng)用速凝薄片合金的生產(chǎn)工藝，一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm，如作為粘結(jié)釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度，易氧化和比鐵氧體高的成本價(jià)格等缺點(diǎn)，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面，開發(fā)研制復(fù)合稀土永磁材料，將軟磁相與永磁相在納米尺寸內(nèi)進(jìn)行復(fù)合，就可獲得高飽和磁化強(qiáng)度和高矯頑力的新型永磁材料。轉(zhuǎn)

納米微晶稀土軟磁材料：在1988年，首先發(fā)現(xiàn)在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經(jīng)適當(dāng)溫度晶化退火后，獲得一種性能優(yōu)異的具有超細(xì)晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開發(fā)成各種各樣的磁性器，應(yīng)用于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，用作電流互感器、開關(guān)電源變壓器、濾波器、漏電保護(hù)器、互感器及傳感器等，可取得令人滿意的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3磁微電子結(jié)構(gòu)材料

巨磁電阻材料：將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構(gòu)成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點(diǎn)是電阻率高，稱為巨磁電阻效應(yīng)材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優(yōu)良的軟磁特性。由于巨磁電阻效應(yīng)大，可便器件小型化、廉價(jià)，可作成各種傳感器件，例如，測(cè)量位移、角度，數(shù)控機(jī)床、汽車測(cè)速，旋轉(zhuǎn)編碼器，微弱磁場(chǎng)探測(cè)器（SQUIDS）等

磁性薄膜變壓器：個(gè)人電腦和手機(jī)的小型化，必須采用高頻開關(guān)電源，并且工作頻率越來越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開關(guān)電源進(jìn)一步向輕薄小方向發(fā)展，立體的三維結(jié)構(gòu)鐵芯已經(jīng)不能滿足要求，只有向低維的平面結(jié)構(gòu)發(fā)展，才能使高度更薄、長(zhǎng)度更短、體積更小。對(duì)于10～25W小功率開關(guān)電源，將采用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個(gè)微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結(jié)構(gòu)，而是二維平面結(jié)構(gòu)，其物理特性也與原來的立體結(jié)構(gòu)不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。

磁光存儲(chǔ)器：當(dāng)前只讀和一次刻錄式的光盤已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但是可重復(fù)寫、擦的光盤還沒有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。最具有發(fā)展前途的是磁性材料介質(zhì)的磁光存儲(chǔ)器，其可以像磁盤一樣反復(fù)多次地重復(fù)記錄。目前大量使用的軟磁盤，由于材料介質(zhì)和記錄磁頭的局限性，其存儲(chǔ)密度已經(jīng)達(dá)到極限；另外其已經(jīng)不能滿足信息技術(shù)的發(fā)展要求，無法在一張盤上存儲(chǔ)更多的圖象和數(shù)據(jù)。采用磁光盤存儲(chǔ)，就能在一張盤上記錄數(shù)千兆字節(jié)到數(shù)十千兆字節(jié)的容量，并且能反復(fù)地擦寫使用。

3展望

納米技術(shù)是本世紀(jì)前20年的主導(dǎo)技術(shù),納米材料是納米技術(shù)的核心,是21世紀(jì)最有前途的材料,也是納米技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)之一。納米科技的發(fā)展給傳統(tǒng)磁性產(chǎn)業(yè)帶來了跨越式發(fā)展的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn),納米級(jí)磁性材料的開發(fā)和研究是磁性材料發(fā)展的一個(gè)必然方向,但同時(shí)也應(yīng)重視用納米技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和對(duì)現(xiàn)有材料進(jìn)行納米改性方面的研究,以全面提高企業(yè)的技術(shù)水平和競(jìng)爭(zhēng)能力,在世界民族之林樹立中華民族的大旗。

參考文獻(xiàn)

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［2］許改霞，王平，李蓉等.納米傳感技術(shù)及其在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用［J］.國(guó)外醫(yī)學(xué)生物工程分冊(cè)，2002，25（2）：49-54.

篇3

人工肌肉是由碳納米管制成——一種與普通鉛筆芯，也即石墨，相同類型的無縫空心圓柱體。盡管每根納米管直徑大約是人的頭發(fā)的一萬分之一，它的強(qiáng)度卻是鋼的100倍。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人美國(guó)德克薩斯大學(xué)的雷·鮑曼（Ray Baughman）博士說道，這種超級(jí)強(qiáng)韌并且超速的人工肌有廣泛的潛在用途，但是——至少在短期——可能不適合取代人體的肌肉。這項(xiàng)技術(shù)是由一支來自澳大利亞、中國(guó)、韓國(guó)、加拿大和巴西的國(guó)際合作小組共同研發(fā)的。

“我們研發(fā)的人工肌肉能夠提供超大超快的收縮，提起的重量大約是同等大小肌肉能夠負(fù)荷的200倍。我們對(duì)它近期應(yīng)用的可能性感到無比興奮，但這些人工肌肉目前還不適合直接取代人體肌肉?！?/p>

“由于自身的簡(jiǎn)單性和優(yōu)良性能，這些肌肉能夠廣泛用于各種領(lǐng)域，例如機(jī)器人、微創(chuàng)手術(shù)的導(dǎo)尿管、微型電動(dòng)機(jī)、微流體的混合器、可調(diào)諧光學(xué)系統(tǒng)、微型閥、定位器甚至是玩具?！?/p>

這種肌肉收縮——也被稱為刺激——速度非?？欤蠹s為2.5萬分之一秒。這種收縮同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生4.2千萬/千克的功率密度——大約是普通內(nèi)燃機(jī)功率重量比的4倍。鮑曼博士說道，這種肌肉高度扭曲形成螺旋狀，非常類似于驅(qū)動(dòng)航空模型的橡皮筋的螺旋結(jié)構(gòu)。

篇4

納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

1.在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。

光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來革命性的變革。

2.在涂料方面的應(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。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，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用。

3.在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用

精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過表面修飾處理的SiO2，可使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射而達(dá)到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強(qiáng)烈吸收太陽光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，除了利用納米材料作為催化劑來處理工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的廢料外，還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過濾，從而消除污染。

4.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

21世紀(jì)的健康科學(xué)，將以出入意料的速度向前發(fā)展，人們對(duì)藥物的需求越來越高?？刂扑幬镝尫?、減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療，已提到研究日程上來。納米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，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)少量血液就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病，美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向?qū)棥?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動(dòng)，因此可以用來

檢查和治療身體各部位的病變。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道，我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京?？萍瘓F(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒，然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，殺菌能力提高200倍左右，對(duì)臨床常見的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。

微粒和納粒作為給藥系統(tǒng)，其制備材料的基本性質(zhì)是無毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。

納米生物學(xué)用來研究在納米尺度上的生物過程，從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶，從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息，從而了解機(jī)體狀態(tài)，深化人們對(duì)生理及病理的解釋。

篇5

論文摘要:充滿生機(jī)的二十一世紀(jì)，以知識(shí)經(jīng)濟(jì)為主旋律和推動(dòng)力正引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命，節(jié)省資源、合理利用能源、凈化生存環(huán)境是這場(chǎng)工業(yè)革命的核心，納米技術(shù)在生產(chǎn)方式和工作方式的變革中正發(fā)揮重要作用，它對(duì)化工行業(yè)產(chǎn)生的影響是無法估量的。這里主要介紹納米材料在化工領(lǐng)域中的幾種應(yīng)用。

納米材料（又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉末）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。

納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

一、納米材料的特殊性質(zhì)

（一）力學(xué)性質(zhì)

高韌、高硬、高強(qiáng)是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)典主題。具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。納米材料的位錯(cuò)密度很低，位錯(cuò)滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯(cuò)圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯(cuò)塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯(cuò)滑移和增殖不會(huì)發(fā)生，這就是納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。

（二）磁學(xué)性質(zhì)

當(dāng)代計(jì)算機(jī)硬盤系統(tǒng)的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應(yīng)法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應(yīng)為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統(tǒng)的巨磁電阻效應(yīng)高達(dá)50%，可以用于信息存儲(chǔ)的磁電阻讀出磁頭，具有相當(dāng)高的靈敏度和低噪音。

（三）電學(xué)性質(zhì)

由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬——絕緣體轉(zhuǎn)變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應(yīng)和庫侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)，有可能在不久的將來全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。

（四）熱學(xué)性質(zhì)

納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用前景。

二、納米材料在化工行業(yè)中的應(yīng)用

（一）在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。

（二）在涂料方面的應(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。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，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用。

（三）在精細(xì)化工方面的應(yīng)用

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

納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21世紀(jì)將是納米技術(shù)的時(shí)代，為此，國(guó)家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“21世紀(jì)最重要、最前沿的科學(xué)”。納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。

參考文獻(xiàn)

[1]張立德，牟季美，納米材料和納米結(jié)構(gòu)，科學(xué)出版社，2001.

[2]嚴(yán)東生，馮端，材料新星?納米材料科學(xué)，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1998年.

篇6

關(guān)鍵詞:納米材料化工領(lǐng)域 應(yīng)用

納米材料的結(jié)構(gòu)由表面(界面)結(jié)構(gòu)組元構(gòu)成,粒徑介于原子團(tuán)簇與常規(guī)粉體之間,一般不超過100nm,與電子的德布羅意波長(zhǎng)相當(dāng)。粒徑越小的納米材料,其界面組元的比值越高,低動(dòng)量電子散射量越大。納米材料的界面組元中含有相當(dāng)量的不飽和配位鍵、端鍵及懸鍵。由于不同的納米材料各具獨(dú)特效應(yīng),如界面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)\量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等,進(jìn)而導(dǎo)致在聲、光、電、磁、熱、化學(xué)作用及力場(chǎng)下,呈現(xiàn)各自不同的特異性能,從而作為吸波材料(隱型材料)、高性能磁記錄材料、磁性液體、復(fù)合材料、超導(dǎo)材料、新型高效催化劑、發(fā)光材料、特種涂料及新型醫(yī)用材料等逐步應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多領(lǐng)域。

一、納米材料在化工行業(yè)中的應(yīng)用

1、在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi),使經(jīng)濟(jì)效益難以提高,而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑,可大大提高反應(yīng)效率,控制反應(yīng)速度,甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑,特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒,可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池,用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí),半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子――空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。

2、在涂料方面的應(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性,具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能,顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇,使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù),添加納米材料,可獲得納米復(fù)合體系涂層,實(shí)現(xiàn)功能的飛躍,使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性;功能涂層是賦予基體所不具備的性能,從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能。

3、在精細(xì)化工方面的應(yīng)用

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

二、二維層狀納米材料的性能與特征

1、二維層狀納米材料的結(jié)構(gòu)可控性

因納米LDHS的特殊層狀結(jié)構(gòu)及組成、其在以下方面具有可調(diào)控性:

1)層板化學(xué)組成的可調(diào)控性

納米LDHS的層板化學(xué)組成可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行調(diào)整。在一定范圍內(nèi)調(diào)變?cè)吓浔?層板化學(xué)組成則發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致層板化學(xué)性質(zhì)、層板電荷密度等相應(yīng)變化;

2)層間離子種類及數(shù)量的可調(diào)控性

根據(jù)應(yīng)用需要,利用主體層板的分子識(shí)別能力,采用插層或離子交換的方式進(jìn)行超分子組裝,可改變其層間離子種類及數(shù)量,進(jìn)而使納米LDHS的整體性能發(fā)生較大幅度變化;

3)晶粒尺寸及其分布的可調(diào)控性

控制納米LDHS的合成條件,可在20-60納米范圍內(nèi)精準(zhǔn)調(diào)整晶粒尺寸,同時(shí)使晶粒尺寸分布窄化,達(dá)到均勻分散。

2、層狀納米材料的結(jié)構(gòu)與性能

充分利用以上各調(diào)控因素,可制備得到具有如下特征的層狀結(jié)構(gòu)納米材料:

1)多功能性

不同客體插入納米LDHS層間后,可組裝得到具有不同應(yīng)用性能的納米層柱材料,如納米選擇性紅外吸收劑、納米選擇性紫外阻隔劑、納米殺菌防霉劑、納米熱穩(wěn)定劑、環(huán)境友好納米催化劑、安全型納米阻燃劑、緩釋型納米除草劑、紅外和雷達(dá)雙功能納米隱形材料等,可廣泛應(yīng)用于合成材料、建筑材料、石油化工、涂料、農(nóng)藥及軍工等行業(yè),產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高,應(yīng)用空間極為廣闊。

2)低表面能

層狀納米材料因納米LDHS層狀結(jié)構(gòu)的特殊性,表現(xiàn)出較低的表面能。這一特征使得制備時(shí)無需采用昂貴的輔助劑(如有機(jī)溶劑、偶聯(lián)劑等)及高能耗的生產(chǎn)裝備(如噴霧干燥等)便可得到具有納米尺寸的層狀材料LDHS,同時(shí)因其較低的表面能,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)易于均勻分散,不易聚集。

3)幾何結(jié)構(gòu)效應(yīng)

LDHS層狀材料主體二維層板結(jié)構(gòu)及納米尺寸,使其在應(yīng)用時(shí)表現(xiàn)出獨(dú)特的性能。因主體層板間的弱相互作用在外力條件下極易被打破,應(yīng)用于涂料時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的觸變性能;層狀材料主體層板剝離后,可以納米尺寸均勻分散至合成材料本體,這一特點(diǎn)在薄膜類產(chǎn)品中可得到充分體現(xiàn),其結(jié)構(gòu)是使復(fù)合膜的力學(xué)性能大幅度提高,同時(shí)具備對(duì)小分子遷移的阻隔能力(如PVC中的增塑劑、農(nóng)膜中的防霧滴劑等);控制制備條件,可使層狀材料具備規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu)(10-50nm),其在作為催化劑時(shí),表現(xiàn)出對(duì)反應(yīng)物、中間產(chǎn)物和產(chǎn)物的優(yōu)異擇形性能等等。

4)結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)

納米LDHS旦有獨(dú)特的“結(jié)構(gòu)記憶效應(yīng)”,即經(jīng)一定途徑改變其結(jié)構(gòu)后,在一定條件下其又可逆地恢復(fù)至原有結(jié)構(gòu)。利用這一特點(diǎn),可在納米LDHS層間插入滿足設(shè)計(jì)要求的害體、進(jìn)而組裝得到所需的功能性層柱納米材料;又可將組裝得到的功能性層柱納米材料置于某種有利于結(jié)構(gòu)恢復(fù)的環(huán)境中,在外界條件的促進(jìn)下,使其定時(shí)、定量釋放出層間客體。如層柱型除草劑,便可在富含水、空氣(主要利用其中的C02)的條件下,按作物生長(zhǎng)要求緩慢釋放除草劑,以避免除草劑流失所產(chǎn)生的污染及藥害。

5)界面效應(yīng)

篇7

新材料的創(chuàng)新，以及在此基礎(chǔ)上誘發(fā)的新技術(shù)。新產(chǎn)品的創(chuàng)新是未來10年對(duì)社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)振興、國(guó)力增強(qiáng)最有影響力的戰(zhàn)略研究領(lǐng)域，納米材料將是起重要作用的關(guān)鍵材料之一。

納米材料技術(shù)的研究意義

納米材料和納米結(jié)構(gòu)是當(dāng)今新材料研究領(lǐng)域中最富有活力、對(duì)未來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著十分重要影響的研究對(duì)象，也是納米科技中最為活躍、最接近應(yīng)用的重要組成部分。近年來，納米材料和納米結(jié)構(gòu)取得了引人注目的成就。正像美國(guó)科學(xué)家估計(jì)的"這種人們?nèi)庋劭床灰姷臉O微小的物質(zhì)很可能給予各個(gè)領(lǐng)域帶來一場(chǎng)革命"。納米材料和納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用將對(duì)如何調(diào)整國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的布局、設(shè)計(jì)新產(chǎn)品、形成新的產(chǎn)業(yè)及改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)注入高科技含量提供新的機(jī)遇。

研究納米材料和納米結(jié)構(gòu)的重要科學(xué)意義在于它開辟了人們認(rèn)識(shí)自然的新層次，是知識(shí)創(chuàng)新的源泉。由于納米結(jié)構(gòu)單元的尺度（1～100urn）與物質(zhì)中的許多特征長(zhǎng)度，如電子的德布洛意波長(zhǎng)、超導(dǎo)相干長(zhǎng)度、隧穿勢(shì)壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當(dāng)，從而導(dǎo)致納米材料和納米結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創(chuàng)造知識(shí)的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領(lǐng)域。在納米領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)新規(guī)律，提出新概念，建立新理論，為構(gòu)筑納米材料科學(xué)體系新框架奠定基礎(chǔ)，也將極大豐富納米物理和納米化學(xué)等新領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)涵。世紀(jì)之交高韌性納米陶瓷、超強(qiáng)納米金屬等仍然是納米材料領(lǐng)域重要的研究課題；納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，異質(zhì)、異相和不同性質(zhì)的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當(dāng)今納米材料研究新熱點(diǎn)，人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)原理性器件以及納米復(fù)合傳統(tǒng)材料改性正孕育著新的突破。

納米材料的應(yīng)用

l）高硬度、耐磨WC-Co納米復(fù)合材料

納米結(jié)構(gòu)的WC-Co已經(jīng)用作保護(hù)涂層和切削工具。這是因?yàn)榧{米結(jié)構(gòu)的WC-Co在硬度、耐磨性和韌性等方面明顯優(yōu)于普通的粗晶材料。其中，力學(xué)性能提高約一個(gè)量級(jí)，還可能進(jìn)一步提高。高能球磨或者化學(xué)合成WC-Co納米合金已經(jīng)工業(yè)化?；瘜W(xué)合成包括三個(gè)主要步驟：起始溶液的制備與混和；噴霧干燥形成化學(xué)性均勻的原粉末；再經(jīng)流床熱化學(xué)轉(zhuǎn)化成為納米晶WC-Co粉末。噴霧干燥和流床轉(zhuǎn)化已經(jīng)用來批量生產(chǎn)金屬碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氫氣氛下液相燒結(jié)成塊體材料。VC或Cr3C2等碳化物相的摻雜，可以抑制燒結(jié)過程中的晶粒長(zhǎng)大。

2)納米結(jié)構(gòu)軟磁材料

Finemet族合金已經(jīng)由日本的Hitachi Special Metals，德國(guó)的Vacuumschmelze GmbH和法國(guó)的 Imply等公司推向市場(chǎng)，已制造銷售許多用途特殊的小型鐵芯產(chǎn)品。日本的 Alps Electric Co．一直在開發(fā)Nanoperm族合金，該公司與用戶合作，不斷擴(kuò)展納米晶Fe-Zr-B合金的應(yīng)用領(lǐng)域。

3)電沉積納米晶Ni

電沉積薄膜具有典型的柱狀晶結(jié)構(gòu)，但可以用脈沖電流將其破碎。精心地控制溫度、pH值和鍍池的成份，電沉積的Ni晶粒尺寸可達(dá)10nm。電沉積涂層脈良好的控制晶粒尺寸分布，表現(xiàn)為Hall－Petch強(qiáng)化行為、純Ni的耐蝕性好。這些性能以及可直接涂履的工藝特點(diǎn)，使管材的內(nèi)涂覆，尤其是修復(fù)核蒸汽發(fā)電機(jī)非常方便。這種技術(shù)已經(jīng)作為 EectrosleeveTM工藝商業(yè)化。在這項(xiàng)應(yīng)用中，微合金化的涂層晶粒尺寸約為 100nm，材料的拉伸強(qiáng)度約為鍛造Ni的兩倍，延伸率為15％。晶間開裂抗力大為改善。

4）Al基納米復(fù)合材料

Al基納米復(fù)合材料以其超高強(qiáng)度（可達(dá)到1.6GPa）為人們所關(guān)注。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在非晶基體上彌散分布著納米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土（如 Y、 Ce）和過渡族金屬（如 Fe、Ni）。通常必須用快速凝固技術(shù)（直接淬火或由初始非晶態(tài)通火）獲得納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。但這只能得到條帶或霧化粉末。納米復(fù)合材料的力學(xué)行為與晶化后的非晶合金相類似，即室溫下超常的高屈服應(yīng)力和加工軟化（導(dǎo)致拉神狀態(tài)下的塑性不穩(wěn)定性）。這類納米材料（或非晶）可以固結(jié)成塊材。典型的Al基體的晶粒尺寸為100～200nm，鑲嵌在基體上的金屬間化合物粒子直徑約50nm。強(qiáng)度為0.8～1GPa，拉伸韌性得到改善。另外，這種材料具有很好的強(qiáng)度與模量的結(jié)合以及疲勞強(qiáng)度。

結(jié)束語

篇8

本文介紹了納米技術(shù)在化學(xué)纖維中的應(yīng)用方式，并闡述了納米技術(shù)在功能性纖維和其他特種纖維中的應(yīng)用情況，以及納米材料在應(yīng)用中存在的問題及解決方法，最后展望了納米技術(shù)的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；納米材料；功能性纖維；特種纖維

近年來，納米技術(shù)與納米材料正引起人們的極大關(guān)注。納米材料憑借其內(nèi)部所特有的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等四大效應(yīng)，從而擁有完全不同于常規(guī)材料的奇特的力學(xué)性能、光學(xué)性能、熱力性能、磁學(xué)性能、催化性能和生物活性等性能。這些都為納米材料在紡織工業(yè)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

可以說，納米材料是21 世紀(jì)最有前途的材料，在功能性紡織品和高分子科學(xué)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。[1]

1 納米技術(shù)在化學(xué)纖維中的應(yīng)用方式

納米粒子的奇特性質(zhì)為納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，應(yīng)用納米技術(shù)開發(fā)功能性化學(xué)纖維主要有兩個(gè)途徑[2]。

1.1 纖維超細(xì)化

使纖維達(dá)到納米級(jí)，以滿足特殊用途領(lǐng)域的需要。

1.2 共混紡絲法

共混紡絲法是指在化纖聚合、熔融階段或紡絲階段加入功能性納米材料粉體，以使生產(chǎn)出的化學(xué)纖維具有某些特殊的性能。此法是生產(chǎn)功能性化纖的主要方法。由于納米粉體的表面效應(yīng)，其化學(xué)活性高，經(jīng)過分散處理后，容易與高分子材料相結(jié)合，較普通微粉體更容易共熔混紡；而且納米粉體粒徑小，能較好地滿足紡絲設(shè)備對(duì)添加物粒徑的要求，在化纖生產(chǎn)過程中能較好地避免對(duì)設(shè)備的磨損、堵塞及纖維可紡性差、易斷絲等問題；對(duì)化纖的染色、后整理加工及服用性能等也不會(huì)造成很大的影響。該法的優(yōu)點(diǎn)在于納米粉體均勻地分散在纖維內(nèi)部，因而耐久性好，其賦予織物的功能具有穩(wěn)定性。目前化纖產(chǎn)品中復(fù)合型纖維的比例不斷擴(kuò)大，如果在不同的原液中添加不同的納米粉體，可開發(fā)出具有多種功能的紡織品。例如在芯鞘型復(fù)合纖維的皮、芯層原液中各自加入不同的粉體材料，生產(chǎn)出的纖維可具有兩種或兩種以上功能。

2 納米技術(shù)在功能性纖維方面的應(yīng)用

2.1 抗紫外線纖維

太陽光中能穿過大氣層輻射到地面的紫外線占總能量的6%。紫外線具有滅菌消毒和促進(jìn)體內(nèi)維生素D 合成的作用，但同時(shí)也有加速人體皮膚老化及產(chǎn)生癌變的危險(xiǎn)[3-5]。

2.1.1 抗紫外線纖維的紫外防護(hù)機(jī)理

紫外線屬于電磁波，其波長(zhǎng)范圍在100nm～400nm 之間。研究表明，TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、云母、高嶺土等在300nm～400nm 波段都具有吸收紫外線的特征。若將這些材料制成納米級(jí)超細(xì)粉體，由于微粒尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)或更小，這種小尺寸效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)光的吸收顯著增強(qiáng)。

另外，這類超細(xì)粉體的比表面積大，表面能高，在與高分子材料共混時(shí)，很容易與后者結(jié)合，加之化纖紡絲設(shè)備對(duì)共混材料粒度的要求，決定了納米粒子是制造功能性化纖的優(yōu)選添加材料。

2.1.2 抗紫外線纖維的應(yīng)用

此類化纖包括的品種面很廣，從國(guó)內(nèi)外研制和生產(chǎn)的品種來看，涉及滌綸、維綸、腈綸、尼龍和丙綸等；加工方法有尼龍、聚氨酯混紡、尼龍、醋酸纖維混紡等。主要用來制作運(yùn)動(dòng)衫、罩衫、制服、套褲、職業(yè)服、游泳衣和童裝等。在我國(guó)大多數(shù)地區(qū)，人們夏季穿著服裝單薄，這就需要利用納米粒子的抗紫外線功能來開發(fā)各種化纖產(chǎn)品，以滿足婦女、老人、兒童、野外工作者和高溫崗位工人的需要。

2.2 抗菌除臭纖維

通常所說的抗菌包括抑制、殺滅、消除細(xì)菌分泌的毒素以及預(yù)防等功能?？咕w的除臭功能表現(xiàn)在：保健方面：防止皮膚感染，消除病菌分泌的毒素和將汗液等轉(zhuǎn)化為臭味物質(zhì)的細(xì)菌；美學(xué)方面：除去令人不愉快的臭味[6-8]。

2.2.1 抗菌除臭纖維的抗菌除臭機(jī)理

納米級(jí)TiO2、ZnO等光催化型殺菌劑，表現(xiàn)出超過傳統(tǒng)抗菌劑僅能殺滅細(xì)菌本身的性能。其殺菌機(jī)理為：納米級(jí)TiO2、ZnO等抗菌劑能在水分和空氣存在的情況下，自行分解出自由移動(dòng)的電子（e-），同時(shí)留下帶正電的空穴（h+），逐步產(chǎn)生反應(yīng)，生成的羥基自由基和超氧化物陰離子自由基非?；顫姡袠O強(qiáng)的化學(xué)活性，能與多種有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)（包括細(xì)菌內(nèi)的有機(jī)物及其分泌的毒素），從而將細(xì)菌、殘骸和毒素殺滅、消除。

納米級(jí)TiO2、ZnO的除臭機(jī)理主要有以下兩種：①吸附臭味。超細(xì)ZnO的比表面積大、孔容大，可以吸附多種含硫臭體。②氧化分解。TiO2、ZnO等物質(zhì)在H2O、O2體系中可發(fā)生光催化反應(yīng)，產(chǎn)生的超氧化物陰離子自由基能與多種臭體反應(yīng)，從而更徹底地消除臭味。

2.2.2 抗菌除臭纖維的應(yīng)用

日本在抗菌防臭功能纖維上開發(fā)較多。最近，日本石玻璃公司開發(fā)了一種含活性玻璃粒子的抗菌防臭功能纖維。這是一種含有銀粒子的溶解性玻璃微粉，粒徑在50nm 以下。這種纖維在毒性、穩(wěn)定性、持久性和抑制細(xì)菌抗藥性等方面的表現(xiàn)較為優(yōu)良。在使用過程中，一旦接觸到水分，纖維內(nèi)部的溶解性玻璃粒子就會(huì)緩慢釋放出銀離子，它能在幾小時(shí)到幾年的時(shí)間內(nèi)以特定的速度釋放，阻礙細(xì)菌繁殖，顯示出優(yōu)良的抗菌性。日本帝人公司生產(chǎn)的由納米TiO2、ZnO 作為消臭劑的除臭纖維能吸收臭氣凈化空氣，可用于制造消臭敷料、繃帶、尿布、睡衣、窗簾、廁所用紡織品以及環(huán)保用過濾織物等。

我國(guó)抗菌劑的研究相對(duì)滯后，但近年來發(fā)展較快。北京賽特瑞公司生產(chǎn)的銀系抗菌劑，采用納米層狀銀系無機(jī)抗菌材料制備的抗菌防霉織物，僅需添加0.5%～1%的無機(jī)抗菌劑，具有廣譜抗菌功能，且抗菌效果顯著、持久，對(duì)皮膚無刺激性。上海合成纖維研究所研制的一種新型抗菌纖維，是將納米級(jí)TiO2、ZnO 等添加到天然或聚合物長(zhǎng)絲中，紡制出各種永久性抗菌、防臭纖維，經(jīng)試驗(yàn)證明，這種纖維對(duì)綠膿桿菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌等具有很強(qiáng)的殺菌能力，目前該技術(shù)僅僅完成了實(shí)驗(yàn)室研究工作，還不能達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。許德生等人采用納米級(jí)TiO2、ZnO 和粘膠纖維共混制成的纖維，既具有普通粘膠纖維特性，又能防菌、抗菌、防紫外線和抗電磁輻射。北京服裝學(xué)院科研人員的研究表明，用納米級(jí)ZnO 對(duì)棉織物進(jìn)行處理后，對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、白色念珠菌和黑曲霉菌等均有顯著抑制作用。另外，國(guó)家超細(xì)粉末工程中心利用納米ZnO等粉體做核，在外包覆銀以抗細(xì)菌，在外包覆CuO、ZnSiO3 以抗真菌，將這種抗菌粉體加1%到合成纖維中，就能制得抗菌性良好的功能性纖維。

2.3 遠(yuǎn)紅外纖維

2.3.1 機(jī)理

人體釋放的紅外線大致在4μm～16μm的中紅外波段，在戰(zhàn)場(chǎng)上如果不對(duì)這一波段的紅外線進(jìn)行屏蔽，很容易被非常靈敏的中紅外探測(cè)器所發(fā)現(xiàn)，尤其在夜間，人體安全將會(huì)受到威脅，因此很有必要研制對(duì)人體紅外線具有屏蔽功能的衣服[9-10]。

遠(yuǎn)紅外線反射功能纖維是一種具有遠(yuǎn)紅外吸收及反射功能的化纖，通過吸收人體發(fā)射出的熱量，并再向人體輻射一定波長(zhǎng)范圍的遠(yuǎn)紅外線，可使人體皮下組織血流量增加，起到促進(jìn)血液循環(huán)的作用；由于能反射人體輻射的紅外線，也起到了屏蔽紅外線，減少熱量損失的作用，使此類纖維及織物的保溫性能較常規(guī)織物有所提高。遠(yuǎn)紅外超細(xì)添加劑是一種白色或淺白色粉體。這類抗紅外線功能助劑是在遠(yuǎn)紅外加熱所使用的陶瓷粉體的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，所以稱之為“遠(yuǎn)紅外陶瓷粉”。根據(jù)應(yīng)用的化纖品種和性能要求的不同，通常包括納米級(jí)ZnO、SiO、Al2O3 等，除了要求將它們的粒度用直接制備或二次粉碎的方法控制在100nm以下外，同時(shí)還要對(duì)其進(jìn)行表面改性處理，以確保這類粉體的分散性、相容性和功能化纖的可紡性。

2.3.2 遠(yuǎn)紅外纖維應(yīng)用

日本對(duì)遠(yuǎn)紅外聚酯的研究最多。1996年已確立了遠(yuǎn)紅外纖維制品的保溫性試驗(yàn)方法和對(duì)人體的溫?zé)崽匦韵盗性u(píng)價(jià)方法，對(duì)遠(yuǎn)紅外線與生物關(guān)系已有了系統(tǒng)的研究。日本三菱人造絲公司將PTA、EG和納米陶瓷粉混合先制成母粒，再與普通聚酯在283℃下共混紡絲，制成中空度21.3%、蓬松度153mL/g 的遠(yuǎn)紅外短纖維；日本可樂麗公司將聚酯和含氧化陶瓷的增塑劑共混紡絲制得遠(yuǎn)紅外纖維；日本尤尼吉卡公司推出一種太陽遠(yuǎn)紅外滌綸，其物理機(jī)械性能與普通滌綸相似，具有明顯的升溫效應(yīng)，據(jù)報(bào)道，該織物水洗后在相同條件下比普通滌綸快干30min。

2.4 阻燃纖維

2.4.1 阻燃纖維的阻燃機(jī)理

阻燃的目的在于降低熱分解過程中可燃?xì)怏w的生成，抑制氣相燃燒過程的反應(yīng)。阻燃纖維多數(shù)通過用添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑對(duì)原材料進(jìn)行處理制得。納米SbO3阻燃劑在燃燒初期首先熔融，熔點(diǎn)為655℃，在材料表面形成保護(hù)膜隔絕空氣，通過內(nèi)部吸熱反應(yīng)，降低燃燒溫度。在高溫狀態(tài)下SbO3 被汽化，稀釋空氣中的氧濃度，從而起到阻燃作用。

2.4.2 阻燃纖維應(yīng)用

國(guó)外用共混法制得的阻燃改性纖維有阻燃粘膠纖維，如美國(guó)的Durvil、奧地利的Lenzing、日本的Tuflan；也有阻燃丙綸纖維，如瑞士的Sandoflam 5071[11]。

3 納米材料在其他特種纖維中的應(yīng)用

3.1 智能隱身纖維

將納米金屬粒子、納米氧化物（如納米級(jí)Fe2O3、Ni2O3等）、納米復(fù)合材料以共混法加入成纖聚合物熔體或紡絲溶液中，經(jīng)熔融紡絲或濕法紡絲制成隱身材料。制成的高性能毫米波形隱身材料、可見光-紅外線型材料和結(jié)構(gòu)式隱身材料，可避開雷達(dá)、紅外線探測(cè)器的偵測(cè)。另外，可采用對(duì)電、熱比較敏感的納米金屬粒子與纖維原料共混，制成具備防止熱成像設(shè)備偵測(cè)的功能纖維。目前美國(guó)正在研究采用熱敏、光敏或電化學(xué)染料做迷彩服，以使迷彩服的顏色和圖案隨環(huán)境變化而改變，具備動(dòng)態(tài)防偵視功能。美國(guó)研制的 “超黑粉”納米隱身材料，對(duì)雷達(dá)波的吸收率大于99%。法國(guó)研制出一種寬頻微波吸收涂層，這種吸波涂層由粘合劑和納米微粉填充材料組成。這種由多層薄膜疊合而成的結(jié)構(gòu)具有很好的磁導(dǎo)率，在50MHz～50GHz 內(nèi)具有很好的吸波性能。目前世界軍事發(fā)達(dá)國(guó)家正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外和可見光等波段的納米復(fù)合材料。

3.2 變色纖維

變色纖維是一種具有特殊組成結(jié)構(gòu)的纖維，當(dāng)受到光、熱、水分或輻射等外界激化條件作用后，具有可逆自動(dòng)改變顏色的性能。纖維在一定波長(zhǎng)的光的照射下會(huì)發(fā)生顏色變化，而在另一種波長(zhǎng)的光的作用下又會(huì)發(fā)生可逆變化回到原來的顏色，這種纖維稱為光敏變色纖維。具有光敏變色的物質(zhì)通常是一種具有異構(gòu)體的有機(jī)物，這些化學(xué)物質(zhì)因光的作用產(chǎn)生異構(gòu)，并生成兩種化合物。這些化合物的分子式?jīng)]有發(fā)生變化，但對(duì)應(yīng)的鍵合方式或電子狀態(tài)產(chǎn)生了變化，可逆地出現(xiàn)吸收光譜不同的兩種狀態(tài)，即可逆地顯色、褪色或變色。美國(guó)Clemson 大學(xué)和Georgia 理工學(xué)院等研究機(jī)構(gòu)近年來正在探索光纖中摻入納米變色染料或改變光纖表面的涂層材料，使纖維的顏色能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制。日本松井色素化學(xué)工業(yè)公司制成的光致變色纖維在無陽光下不變色，在陽光或UV 照射下顯深綠色[11]。

4 納米材料應(yīng)用中存在的問題及解決方法

納米材料在化學(xué)纖維應(yīng)用過程中存在的問題，主要是它的分散性差、易凝聚。為解決這一問題，需對(duì)納米粒子的表面進(jìn)行處理以降低其表面能。表面處理的方法有很多，根據(jù)表面處理劑與顆粒之間有無化學(xué)反應(yīng)，可分為表面化學(xué)改性和表面吸附包覆改性。化學(xué)改性是指在納米微粒的表面進(jìn)行化學(xué)吸附或反應(yīng)；而包覆改性主要利用一些表面活性劑、聚合物以及聚合物單體等吸附在顆粒表面，增強(qiáng)納米微粒與基材的親和性[12-13]。

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篇9

【關(guān)鍵詞】 納米；檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)；納米技術(shù)；磁性納米粒；納米粒子

作者單位：256617 山東省濱州市結(jié)核病防治院（孫本海）； 濱州職業(yè)學(xué)院（金仲品）

納米是一種長(zhǎng)度計(jì)量單位，又稱為毫微米（10-9 m）。納米技術(shù)（Nanoscale technology，NT）是一門在0.1～100nm空間尺度內(nèi)操縱原子和分子，對(duì)材料進(jìn)行加工，制造具有特定功能的產(chǎn)品、或?qū)δ澄镔|(zhì)進(jìn)行研究、掌握其原子和分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的嶄新高技術(shù)學(xué)科。NT領(lǐng)域不僅包括納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米制造學(xué)、納米生物學(xué)和納米顯微學(xué)、納米機(jī)械加工技術(shù)，而且是多學(xué)科交叉的橫斷學(xué)科［1］。NT產(chǎn)生的基礎(chǔ)是現(xiàn)代化學(xué)、物理學(xué)和先進(jìn)工程技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是與高技術(shù)緊密結(jié)合的一門新型科學(xué)技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)工程是現(xiàn)代生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)、工程學(xué)相結(jié)合而發(fā)展起來的邊緣學(xué)科，它與信息、材料、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)密切相關(guān)。Zhongguo［2］研究發(fā)現(xiàn)NT的發(fā)展正越來越成為世界各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn)，誰能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先，誰就能占據(jù) 21 世紀(jì)科學(xué)的制高點(diǎn)。NT可以為生物醫(yī)學(xué)工程中的諸多方面提供堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)和強(qiáng)有力的技術(shù)保證。Song等［3］總結(jié)了快速發(fā)展的納米微粒和生物分子軛合物的制備方法，已逐漸將生物連接制備的納米粒子商品化，并對(duì)檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

1 磁性納米粒

Li等［4］認(rèn)為磁性納米粒（magnetic nanoparticle）已廣泛用于生物分子固定化的載體和有機(jī)固相合成，其中磁性材料主要有鐵、鈷、鎳等過渡金屬及其氧化物和混合材料等。磁性納米粒具有超順磁性，在外磁場(chǎng)作用下，固液相的分離非常簡(jiǎn)單，不需離心、過濾等繁雜的操作，撤去磁場(chǎng)后沒有剩磁殘留，并在外磁場(chǎng)作用下可以定位。磁性納米粒可通過共聚、表面改性賦予其表面多種反應(yīng)基，可連接各種基團(tuán)或DN段而用于不同的檢測(cè)。

1.1 生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)分析與檢測(cè) 生物活性物質(zhì)的檢測(cè)方法雖然很多，但以抗體為基礎(chǔ)的技術(shù)不多而且是最重要的。目前采用免疫分析加上磁性修飾已成功地用于檢測(cè)各種生物活性物質(zhì)和異生質(zhì)（如藥物、致癌物等）。在納米磁球表面固定上特異性抗體或抗原，并以熒光染料、放射性同位素、酶或化學(xué)發(fā)光物質(zhì)為基礎(chǔ)所產(chǎn)生的檢測(cè)，與傳統(tǒng)微量滴定板技術(shù)相比，具有更簡(jiǎn)單、快速和靈敏的特點(diǎn)。Helden等［5］將抗體連接的納米磁性微球與高效率、快速的化學(xué)發(fā)光免疫測(cè)定技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，已成功地用于血清中人免疫缺陷病毒1型和2型抗體的檢測(cè)。還創(chuàng)建了用于人胰島素檢測(cè)的全自動(dòng)夾心法免疫測(cè)定技術(shù)，其中亦用到抗體蛋白A納米磁性微粒復(fù)合物和堿性磷酸酶標(biāo)記二抗。

1.2 免疫磁性微球 檢測(cè)生物活性物質(zhì)或細(xì)胞的富集是在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中一項(xiàng)重要內(nèi)容，親和配體技術(shù)在分選和回收方面提供了強(qiáng)有力的工具。Taubert等［7］采用白細(xì)胞分化抗原單抗標(biāo)記的IMMS除去外周血中的白細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)癌細(xì)胞的富集，隨后用免疫細(xì)胞化學(xué)方法檢測(cè)癌細(xì)胞。如果將寡核苷酸（dT）鏈交聯(lián)到納米磁性微粒上，即可用于真核細(xì)胞mRNA的分離純化。Nagy等［8］已用胎兒紅細(xì)胞抗原標(biāo)記的免疫磁性微球很容易將母體外周血中的極少量胎兒細(xì)胞富集，該方法簡(jiǎn)便，并能通過進(jìn)一步熒光PCR檢測(cè)確定胎兒性別，進(jìn)行非創(chuàng)傷性產(chǎn)前診斷。對(duì)癌癥的早期診斷是醫(yī)學(xué)界極為關(guān)注的難題。從理論推測(cè)，利用免疫磁性微球進(jìn)行細(xì)胞分離技術(shù)可在早期癌癥患者血液中檢出癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的早期診斷。

2 納米粒子

納米粒子表面積大而直徑很小，偶聯(lián)容量高，懸浮穩(wěn)定性較好，便于發(fā)生各種高效反應(yīng)，常用于各種不同的生物分析系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的生物制劑相比較，納米粒子作為一種試劑有很多優(yōu)越性。

2.1 納米粒子作定量標(biāo)簽用于生物分析 與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料或放射性元素的標(biāo)記相比，納米粒子作為生物分析不僅可以代替，而且克服了它們的缺點(diǎn)。納米粒子的主要兩個(gè)領(lǐng)域是：金屬納米粒子和量子點(diǎn)（quantum dot，QD）。

2.1.1 金屬納米粒子 金屬納米粒子可用于包括光學(xué)、電化學(xué)、顯微學(xué)和質(zhì)譜等多種檢測(cè)途徑。Rojas-Cha-pana等［9］將膠體金用于電子顯微鏡檢測(cè)，如用掃描隧道顯微鏡通過檢測(cè)DNA的表面密度而用于目標(biāo)序列的檢測(cè)，在此系統(tǒng)中先將膠體金標(biāo)記的dT探針與被測(cè)DNA序列雜交，使目標(biāo)序列帶上膠體金標(biāo)記鏈。Leary等［10］將納米金屬粒子標(biāo)記到dT探針上，與樣品中的目標(biāo)DNA序列雜交，然后在金屬納米粒子上沉析出銀，通過電勢(shì)測(cè)定法檢測(cè)目標(biāo)序列。Huang等［11］則將電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）和夾心免疫測(cè)定法相結(jié)合建立了一種新的免疫檢測(cè)方法。在這個(gè)系統(tǒng)中，他們將膠體金標(biāo)記的羊抗兔抗體作為ICPMS的分析物間接檢測(cè)兔抗人IgG。這個(gè)系統(tǒng)還可通過在分析物上標(biāo)記不同無機(jī)納米粒，而達(dá)到同時(shí)檢測(cè)不同物質(zhì)的目的。

2.1.2 量子點(diǎn) 利用量子的限制作用，賦予納米粒子獨(dú)特的光學(xué)和電子的特性，也稱為半導(dǎo)體納米微晶體。這是一種最新的熒光材料，QD能夠克服熒光分子重要的化學(xué)和光學(xué)局限性而具有多種特性，如根據(jù)QD的大小，可產(chǎn)生多種顏色，在同一激發(fā)波長(zhǎng)下，不同長(zhǎng)短直徑的QD可發(fā)出不同顏色的激發(fā)光，利用這一特點(diǎn)，可同時(shí)檢測(cè)多種指標(biāo)的要求，這是傳統(tǒng)染料分子根本無法實(shí)現(xiàn)的；QD的熒光時(shí)間較普通熒光分子延長(zhǎng)數(shù)千倍，并便于長(zhǎng)期追蹤和保存結(jié)果。QD技術(shù)可用于檢測(cè)活細(xì)胞里多種蛋白質(zhì)活動(dòng)［11］。Leary等［9］在QD上包被一層迪羥基硫辛酸（di hydroxy lipoic acid，DHLA）后，則易與親和素連接，再針對(duì)不同的QD給予不同的蛋白質(zhì)抗體，制備出具有蛋白質(zhì)專一性的一批QD。

2.2 納米粒子作信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)物 納米粒子（Nanoparticles，NPs）在檢驗(yàn)診斷中作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物，可免去標(biāo)記生物樣品的需要，就可顯示出巨大的發(fā)展空間。由于免去樣品制備的步驟，使檢驗(yàn)技術(shù)變得更簡(jiǎn)便和價(jià)廉。在這個(gè)系統(tǒng)中，納米粒子對(duì)生物復(fù)合物的干擾作用或納米粒子之間相對(duì)位置的改變都可成為一種檢測(cè)信號(hào)。Hirsch等［12］根據(jù)以上原理建立了一種其他金屬納米粒子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的應(yīng)用，包括金納米粒子介導(dǎo)的熒光淬滅，凝集反應(yīng)檢測(cè)血液中的免疫球蛋白方法。2006年Li等［4］這個(gè)系統(tǒng)中開發(fā)了一種新型生物傳感器，這種傳感器的核為直徑2.5nm的金微粒，外面包裹一層dT分子，該分子的一端為巰基，一端聯(lián)有熒光分子，由于納米金微粒是一種有效的能量受體，能夠作為熒光的淬滅物，當(dāng)這種傳感器與樣品中的目標(biāo)分子雜交后，引起傳感器構(gòu)像的改變，導(dǎo)致淬滅的熒光分子復(fù)原。再則，由于此系統(tǒng)熒光背景極低，與傳統(tǒng)的有機(jī)淬滅物相比，該類傳感器具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。

3 小結(jié)

作為一門新興學(xué)科的NT近年來被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域剛剛開始，基本處于探索階段，就已顯示出將推動(dòng)檢驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展?jié)撃?。從含有納米微粒的各種實(shí)驗(yàn)方法來看，納米微粒在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值與現(xiàn)有技術(shù)相比，它的特異性、靈敏度和速度等性能都有了極大提高。隨著NT的發(fā)展，在不久的將來一定會(huì)有更多的新納米材料出現(xiàn)，并被應(yīng)用于新的檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)的檢測(cè)方法中，檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)將出現(xiàn)劃時(shí)代的進(jìn)展。

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篇10

關(guān)鍵詞：納米材料,化工,應(yīng)用

1前言

納米材料（又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉未）由表面（界面）結(jié)構(gòu)組元構(gòu)成，是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，粒徑介于原子團(tuán)簇與常規(guī)粉體之間，一般不超過100nm，而且界面組元中含有相當(dāng)量的不飽和配位鍵、端鍵及懸鍵。其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。近年來，納米材料在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

2納米材料特性

2.1具有很強(qiáng)的表面活性

納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。在空氣中，納米金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎?、貯氣材料和低熔點(diǎn)材料。將納米微粒用做催化劑，將使納米材料大顯身手。如超細(xì)硼粉、高鉻酸銨粉可以作為炸藥的有效催化劑；超細(xì)銀粉可以成為乙烯氧化的催化劑；超細(xì)的鎳粉、銀粉的輕燒結(jié)效率，超細(xì)微顆粒的輕燒結(jié)體可以生成微孔過濾器，作為吸咐氫氣等氣體的儲(chǔ)藏材料，還可作為陶瓷的著色劑，用于工藝品的美術(shù)圖案中。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。

2.2具有特殊的光學(xué)性質(zhì)

所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色越黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用這個(gè)特性可以制造高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，以很高的效率將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔?。另外還有可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身材料等。

2.3具有特殊的熱學(xué)性質(zhì)

大尺寸的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)往往是固定的，超細(xì)微化的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)卻顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為突出。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)其顆粒的尺寸減小到10納米時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)降低27℃，而減小到2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時(shí)元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，完全可采用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使片基上的膜厚均勻，覆蓋面積大，既省材料又提高質(zhì)量。

2.4具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)

小尺寸磁性超微顆粒與大塊磁性材料有顯著不同，大塊純鐵的磁矯頑力約為80安／米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2×10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1000倍。若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6×10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已制成高儲(chǔ)存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等;利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成了用途廣泛的磁流體。

2.5具有特殊的力學(xué)性質(zhì)

因?yàn)榧{米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性和一定的延展性，這樣就使納米陶瓷材料具有了新奇的力學(xué)性質(zhì)。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，就是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的，這也足以說明大自然是納米材料的成功制造者。納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬——陶瓷復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。

2.6宏觀量子隧道效應(yīng)

由于電子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此它存在隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)將會(huì)是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者說它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)。目前研制的量子共振隧道晶體管就是利用量子效應(yīng)制成的新一代電子器件。

3納米材料在化工生中應(yīng)用

由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)和特殊性能，使納米材料在化工生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用在以下幾方面。

3.1橡膠改性

炭黑納米粒子加入到橡膠中后可顯著提高橡膠的強(qiáng)度、耐磨性、抗老化性，這一技術(shù)早已在橡膠工業(yè)中運(yùn)用。

納米技術(shù)在制造彩色橡膠中也發(fā)揮了獨(dú)特的作用，過去的橡膠制品一般為黑色（納米級(jí)的炭黑較易得到）。若要制造彩色橡膠可選用白色納米級(jí)的粒子（如白炭黑）作補(bǔ)強(qiáng)劑，使用納米粒子級(jí)著色劑，此時(shí)橡膠制品的性能優(yōu)異。

3.2塑料改性

3.2.1對(duì)塑料增韌作用

納米粒子添加到塑料中，對(duì)增加塑料韌性有較大的作用。用納米級(jí)SiC/Si3N4粒子經(jīng)鈦酸酯處理后填充LDPE，當(dāng)添加量為5％時(shí)沖擊強(qiáng)度最大，缺口沖擊強(qiáng)度為55.7kj/m2，是純LDPE的2倍多；斷裂伸長(zhǎng)率到625 ％時(shí)仍未斷裂，為純LDPE的5倍。用納米級(jí)CaCO3，改性HDPE，當(dāng)納米級(jí)CaCO3含量為25％時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，最大沖擊強(qiáng)度為純HDPE的1.7倍，斷裂伸長(zhǎng)率在CaCO3含量為16％時(shí)最大，約為660％超過純HDPE的值。

3.2.2塑料功能化

塑料在家用電器及日用品中的應(yīng)用非常廣泛，在塑料中添加具有抗菌性的納米粒子，可使塑料具有抗菌性，且其抗菌性保持持久。現(xiàn)已應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)了抗菌冰箱，實(shí)際上就是在制造冰箱塑件時(shí)，使用的塑料原料中添加了某種納米粒子，利用該納米粒子的抗菌特性，使塑料具有抗菌殺菌的功能，國(guó)內(nèi)某公司采用該項(xiàng)技術(shù)率先開發(fā)出無菌塑料餐具、無菌塑料撲克等產(chǎn)品，受到市場(chǎng)的歡迎。

3.2.3通用塑料的工程化

通用塑料具有產(chǎn)量大、應(yīng)用廣、價(jià)格低等特點(diǎn)，但其性能不如工程塑料，而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價(jià)格較高。在通用塑料中加入納米粒子能使其達(dá)到工程塑料的性能，用納米技術(shù)對(duì)通用聚丙烯進(jìn)行改性，其性能達(dá)到了尼龍6的性能指標(biāo)，而成本卻降低1／3。

3.3化學(xué)纖維改性

近年來出現(xiàn)了各種新型的功能性化學(xué)纖維，其中不少是應(yīng)用了納米技術(shù)，如日本帝人公司將納米ZnO和納米SiO2混入化學(xué)纖維， 得到具有除臭及靜化空氣功能的化學(xué)纖維，這種化學(xué)纖維被廣泛用于制造長(zhǎng)期臥床病人和醫(yī)院的消臭敷料、繃帶、睡衣等；日本倉螺公司將納米ZnO加入到聚酯纖維中，制得了防紫外線纖維， 該纖維除了具有防紫外線功能外，還具有抗菌、消毒、除臭的功能。

3.4涂料改性

在各類涂料中添加納米材料，如納米TiO2，可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院和家庭內(nèi)墻涂飾?？芍圃斐龇雷贤饩€涂料，應(yīng)用于需要紫外線屏蔽的場(chǎng)所，例如涂在陽傘的布料上，制成防紫外線陽傘。還可以制造出吸波隱身涂料，用于隱形飛機(jī)、隱形軍艦等國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域及其他需要電磁波屏蔽場(chǎng)所的涂敷。在涂料中添加納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍提高，涂料的質(zhì)量和檔次大大升級(jí)，據(jù)稱，納米改性外墻涂料的耐洗刷性可由原來的1000多次提高到1萬多次，老化時(shí)間延長(zhǎng)2倍多。納米ZnO 添加到汽車金屬閃光面漆中，可制造出汽車專用變色漆。

3.5在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

3.6在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用

納米材料的優(yōu)越性無疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。如在橡膠中加入納米SiO 2 ，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。國(guó)外已將納米SiO 2 ，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。在有機(jī)玻璃中加入Al 2 O 3 ，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO 2 具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。納米SiO 2 能夠強(qiáng)烈吸收太陽光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過濾，從而消除污染。

4結(jié)束語