纳米材料研究分析范文

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[关键词]：纳米材料 制备方法 研究现状 发展趋势

本文主要对于纳米材料和一些性能和特性进行了分析和介绍，然后结合目前的主要纳米材料的制备方法以及注意点和发展的情况，进行了进一步的研究和剖析。目前关于纳米材料的制备方法有很多，比如直接反应法、气相法、固相法等等，由于方法的不同，其适应的范围也不同。经过多年的技术创新和发展，当前在技术方面已经取得了重大的突破，并已经可以制备出粒径较为平均且粒径在几纳米的粉体，这为纳米材料的广泛运用奠定了重要的基础。在纳米材料的制备过程中，很多的制备方法都可以对于晶体的生长进行控制，并在特定的实验方法和实验条件下可以对于晶体的制备粒径进行控制，并改变金属氧化物纳米晶体的形态，在长时期的实践中，纳米材料制备方法的发展趋势一直向着良好的方向发展。

一、液相法

所谓液相法，它是先在一定的方法下降溶液中的溶质和溶剂进行分离，那么溶剂中的溶质就可以形成一定的颗粒，且颗粒的大小以及形状都是一定的，再将这些前躯体进行热解处理就可以制备一定的纳米微粒。液相法的最大优点在于制备的设备一般较为简单，且制备过程使用的材料也很容易获得，且各方面都很容易得到控制。就目前液相法的发展现状来看，其中应用最广的则是沉淀法和溶胶-凝胶法，以下也将对这两种方法进行简单的介绍和分析。

1.沉淀法

沉淀法的过程可以概括如下：先在可溶性的溶液中加入一定的沉降剂，然后在一定的温度条件下实现溶液的水解，并形成一定的不溶性的氧化物，然后再对这些氧化物进行热解或是热脱处理就可以沉淀出所需要的粉料。根据反应类型以及反应条件方法的不同，也可以将沉淀法分为直接沉淀法、共沉淀法和均相沉淀法等等。其中的直接沉淀法在相同的制备条件下，其制备的精度和纯度都特别的高。在这方面也已经有了很多的专家和学者进行了研究和证明，并取得了一定的成果。徐甲强等在室温的条件下，在1mol/L的Zn（NO3）2de 溶液中加入一定量的NH3H2O3溶液，NH3H2O3的浓度为6mol/L，然后再对混合溶液进行不断的搅拌并将溶液的PH值控制在8-8.8之间，在一定的反应时间会产生一定的氢氧化锌沉淀，然后再在室温下对于沉淀物进行过滤、研磨，并在一定温度下燃烧两个小时之后就可以制备出粒径在50nm的氧化锌微粒。

2.溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法的主要制备对象是前驱物质溶于水或是有机溶剂之后的均质溶液，该溶液中的溶质在发生水解之后就会形成一定的粒子并使得溶液成为溶胶，这时候再对溶胶进行反应和转化，使其转化成凝胶，然后在低温的条件下可以生产出纯度较高的微粒材料。溶胶-凝胶法的最大优点在于它可以在制备的过程中通过纳米尺度对于纳米材料的结构进行控制。但是需要注意的是溶胶-凝胶法一般都是在低温的条件下进行的，它比较适应于在低温的条件下制备化学活性大、单组分或多组分分级混合物。在溶胶-凝胶法的发展过程中，已经逐步形成了传统胶体型、无机聚合物型和络合物型等三种制备机制和类型。

二、气相法

气相法也是相对于液相法而言的另一种应用比较广泛的纳米材料的制备方法，它是指在一定条件下或是通过一定的手段或是方法直接将物质转变为气体，然后再在气体的条件下对于产生的气态物质进行物化反应，最后再通过凝聚处理就可以形成一定量的纳米微粒的纳米材料的制备方法。从气相法中气体蒸发法的制备过程和制备的条件来看，它在制备纳米微粒的过程中具有很多显著的优点，其主要包括以下几个主要方面：一是制备的纳米微粒粒径差异性较小，分布也较为均匀；二是纳米微粒的力度很容易控制；三是微粒的分散性比较好。和液相法相比，气相法凭借其自身的优点可以生产出很多液相法不能够生产出来的纳米微粒，具有很大的优越性。

化学气相法中的化学气相法的应用比较广泛，它的另一个名称叫做气相沉淀法，其简称是CVD，它可以充分的利用各种具有挥发性的金属化合物的蒸发特性，通过化学反应生成所需化合物在保护气体环境下快速冷凝， 从而制备各类物质的纳米微粒，这种方法是气相法的一个典型，也是应用比较广泛的一种制备方法。该法制备的纳米微粒颗粒均匀， 纯度高， 粒度小， 分散性好， 化学反应活性高， 工艺可控和连续性比较强。该法根据加热方式不同可分为热化学气相沉积法（CVD）， 激光诱 导沉积法， 等离子体沉 积法和紫外沉积法等。

三、结束语

从目前纳米材料的应用现状来看，它已经在各个领域中都得到了推广和应用，并在各行各业中都发挥了重要的作用，因此在这种形势下也会出现更多更好的制备方法，而未来的制备方法的发展也应该在纳米微粒的结构、尺寸以及组成等上面加强研究和创新，不断地使得纳米材料能够更好的适应多样化的需求，更好的实现功能方面的更大突破。在实验和研究的过程中，我们发现只要存在一种满意的气敏材料，那么我们就可以制作出稳定性更强的气体传感器，这对于纳米材料尺寸的控制是非常有利的。因此笔者认为今后纳米材料制备方法的的一个重要方向应该就是提高粒度的控制能力。在科学技术不断发展的今天，我也相信纳米材料的制备方法一定会得到更大的创新和发展，纳米材料也会更好的为人类和社会服务。

参考文献

[1]唐一科，许静等. 纳米材料制备方法的研究现状与发展趋势[J]. 重庆大学学报（自然科学版），2005，01：5-10.

[2]解挺，焦明华等. 准一维纳米材料制备方法的研究现状和发展趋势[J]. 材料科学与工程学报，2006，02：311-315.

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关键词：纳米材料;岩土工程;地质工程;进展

中图分类号：F407.1文献标识码： A

纳米材料是当今材料科学研究的前沿，通过对纳米材料在地质与岩土工程应用研究现状总结，未来还需要对纳米材料的性能、机理、应用进行深入的研究，并将其用于岩土与地质工程领域建筑材料的改性，实现纳米材料的实际工程应用，这对于利用纳米材料研发高性能新型建筑材料具有重要的应用价值。

1纳米材料在岩土工程中的应用

1.1水泥土

水泥土作为一种经济的工程材料，被广泛应用在交通、建筑、海洋、矿物等领域.为了提高水泥土的工程性能，国内外已有学者和技术人员将纳米材料作为新材料用于水泥性。王立峰等(2002)将纳米硅基氧化物作为水泥土的外加剂，进行了三轴试验，探讨了纳来水泥土抗压强度的影响因素及其变化规律，提出纳米硅基氧化物可以显著提高复合纳米材料水泥土的抗压强度。朱向荣等(2003)选取纳米硅作为水泥土的外掺剂，认为纳米硅对水泥土强度及变形模量的增强作用明显，影响纳米硅水泥土强度大小的因素依次为:水泥掺量、纳米硅掺量和土的含水量。李刚(2003)等发现掺纳米材料A12O3能提高水泥土强度，掺纳米材料TiO2则降低水泥土强度;影响纳米铝水泥土强度大小的因素依次为:水泥掺量、土的含水量、纳米硅掺量和水灰比。王文军等(2004)对纳米矿粉水泥土固化机理及损伤特性进行了研究，试验结果表明，水泥土的固化机理为水泥水化物的胶结作用、粘土颗粒中的离子交换效应和“二次反应”、纳米硅粉的火山灰效应、纳米硅粉的填充效应及纳米硅粉的胶结作用。曾庆军等(2007)分析了纳米硅粉水泥土的抗腐蚀性能，提出硫酸盐腐蚀环境能加速纳米硅粉和水泥水化产物的二次水化反应，大幅提高水泥土的强度，适量纳米硅粉能显著提高水泥土的抗腐蚀性能。

1.2混凝土

随着2l世纪混凝土工程的大型化、工程环境的超复杂化以及应用领域的不断扩大，人们对混凝土材料提出了更高的要求，具有高强、高耐久性、高流动性和体积稳定性的高性能混凝土和高功能混凝土是今后混凝土材料科学发展的重点和方向。巴恒静等(2003)将纳米纤维材料及活性球形掺合料复合应用于高性能混凝土，发现纳米纤维材料改善了体系颗粒级配及二级界面显微结构，增加了密实度;天然纳米纤维材料可以提高其抗弯强度达50%，抗压强度21%，能够提高混凝土抗冻性、抗渗性。杜应吉等(2005)利用纳米微粉的高化学活性和微粒性，通过混凝土耐久性试验研究，研制出新型混凝性剂，当纳米微粉的掺量为1～3g/kg时，混凝土的抗渗等级提高30%，抗冻等级提高50%。仲晓林等(2006)研究了纳米粘土材料对混凝土的水化作用机理，在一定掺量时，在水化混凝土中掺纳米粘土材料可提高水化混凝土的流动度、抗压强度和抗渗、抗冻融性。

1.3土国内外有部分学者将纳米材料直接掺入土中，研究土体强度与变形。王文军等(2004)对纳米硅粉与黏性土的作用进行了分析，表明纳米硅粉对土体含水率的影响不明显，但能够提高土体的液限指数，认为纳米硅粉与土中水只发生物理变化，纳米硅粉能提高土体抗压强度，其加固机理为:(1)纳米硅粉对水分子的吸附作用;(2)纳米硅粉对土颗粒的胶结作用;(3)纳米硅粉对孔隙的坡充作用。宋杰等(2010)讨论了不同纳米材料对土无侧限抗压强度的影响，加入百分含量相同但类型不同的纳米材料时，各土样在达到最大轴向应变之前产生相同变形所需的压力从小到大依次为:原状土，纳米A12O3，纳米ZnO，纳米SiO2，加入1.5%的纳米SiO2时，土的无侧限抗压强度最大。

2纳米材料在地质工程中的应用

唐孝威等(1991)提出对纳米地质和纳米天文的研究，认为在大的构造运动中常常会产生巨大的应力，在滑动形成的断层带上，岩石被磨得非常细小，形成纳米粒级的微粒，这些超糜棱岩化的物质可以提供有关断裂带内部的信息。刘岫峰(1995)介绍了纳米物质和纳米科学技术概貌，指出了有待研究与开发的纳米地质领域，明确提出了纳米地质学的研究内容和研究方法，阐述了发展纳米地质学的战略意义和高层决策建议。孙岩等(2008)针对岩石中纳米粒子层的成因有着不同的观点，倾向于剪切摩擦的主导作用，纳米粒子层可称谓摩擦———粘性薄层带。王焰新等(2011)阐述了研究地质储存纳米尺度流体CO2的重要性，认为CO2流体－岩石相互作用是地质储存的核心科学问题，其直接影响CO2灌注效率、储存容量和效率、储存安全性和稳定性，寻找、制备天然微纳岩矿用于经济高效地捕获、储存和转化CO2，推动CO2减排理论和技术的发展。

由于地质因素引起岩溶土洞、地裂缝、地面塌陷等，对工程的安全使用有影响。不仅要查明不良地质现象的类型、范围、活动性、影响因素、发生机理及对工程的影响和评价，还应采取的预防和治理的措施。注浆加固除险是解决地质灾害的有效手段之一，纳米材料可以作为添加剂改性注浆材料。陈兰云等(2004)应用微硅粉水泥浆材处理基础的不均匀沉降。陈晓彦等(2010)分析了聚硅纳米材料的增注机理，室内测试了多批聚硅纳米材料的增注效果，发现聚硅纳米材料对提高岩心渗透率具有明显效果，能有效改变岩心的润湿性，使其从亲水变为亲油，从而降低水相流动阻力，起到降压增注作用。陈勇刚(2010)将XPM纳米灌注材料应用于井巷工程中，认为加入XPM纳米灌注材料的浆液胶凝时间比原双液浆注入后的胶凝时间提前3～5天，其强度也远远超出后者。

纳米材料特殊的吸附特性在地质领域被广泛应用于地质样品中痕量元素的分离和富集、资源综合利用研究和矿产资源开采利用过程中的污染控制，采用如纳米二氧化钛、纳米氧化铈、纳米氧化锆、碳纳米管等纳米材料。

3结语

纳米材料可显著改善岩土工程材料的颗粒微级配，减少堆积空隙，在水化初期作为结晶核，加快水化速度，提升早期强度，改变材料的微观孔结构和分布，降低硬化后孔隙率，改善骨料与浆体间的过渡区，提高强度、增强耐久性;同时，部分纳米材料性价比低，分散性不佳，对后期强度作用不强，相关增强作用机理研究不够明晰;而且纳米材料在天然土中的研究还处于起步阶段，纳米材料与土之间的作用机理等许多问题有待探究;这些都限制了纳米材料在岩土与地质工程中的应用。

参考文献:

［1］刘忆，刘卫华，訾树燕，等．纳米材料的特殊性能及其应用．沈阳工业大学学报，2000，22(1):21－24．

［2］Z．P．Guo，E．Milin，J．Z．Wang，etal．Silicon/DisorderedCarbonNanocompositesforLithium-IonBatteryAnodes．JournaloftheElectro-chemicalSociety，152(11)，2005，A2211－A2216．

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关键词：环境；纳米材料；淡水生生生物；生物毒性

中图分类号：X171.5；Q5文献标识码：A文章编号：1008-0384（2017）03-342-10

作为21世纪三大科学支柱的纳米科学，从20世纪80年代中后期逐渐成为科学研究的前沿热点。大量相关实验的展开和技术的成熟使得纳米材料走出实验室，并因其独特的宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、表面效应等理化性质被广泛应用于工业生产、医学领域以及人们的日常生活中。随着纳米材料的商业化和生活化，各界学者纷纷表示出对流人生态环境中大量纳米材料的生态毒理效应的高度关注。EnvironmentalScience&Technologies、Science等期刊相继发表有关文章探讨纳米材料存在的安全问题以及对环境和人类健康的影响，并在近些年获得了一定的经验和成果，也使得纳米材料的负面生物效应越发明显。纳米技术环境影响研究的重要性正在逐渐增加，而纳米生态毒理学研究也作为一项继纳米毒理学研究之后新的科研分支逐步受到世界各大科学领域的重视。

水生态系统可以接收从雨水沉降、地表径流、地下渗流或者废水排放等各种方式释放出的包括纳米材料在内的大量污染物，因此水环境是最容易受污染的系统之一。而淡水生态系统作为内陆地区主要的水环境无疑会成为纳米材料污染较为严重的部分，其对淡水水生生物生理活性的影响不容忽视。国内外学者的大量实验结果表明，纳米材料对淡水水生生物的影响存在于各个生物层面以及生物整个生存周期的各个阶段，例如纳米硒导致斑马鱼死亡的胚胎数以及畸形的胚胎数均随纳米硒浓度及作用时间的增加呈现增加趋势，且96hpf的LC50为7.18μmol·L-1；各类纳米金属氧化物都可以产生一定的毒性从而抑制羊角月牙藻的活性；溶血性磷脂酰胆碱包覆的水溶性单壁碳纳米管在浓度为20mg·L-1时就可以导致大型潘全部死亡。全面研究纳米材料的生态毒理学效应，以保护纳米材料安全进入市场，保障我国纳米技术的可持续发展是当前研究发展的重要趋势。

本文对纳米材料进行简单介绍，分析纳米材料进入水环境的相关途径，并总结几类常见纳米材料对淡水水生生物的毒性作用，以期为以后全面开展相关研究及对纳米材料的安全性评价提供思路。

1纳米材料

1.1纳米材料的概况

美国国家纳米计划把纳米材料定义为粒径在1～100nm范围内的材料，它属于原子簇与宏观物体交界的过渡状态，既非典型的微观体系，又非典型的宏观体系，在传导性、反应性和光敏性等方面显示出许多独特的性质。

纳米粒子因其比表面积大，表面活性中心多，在催化活性和选择性方面大大高于传统催化剂。而纳米材料的小尺寸效应使得材料在声、光、电、磁、热、力学等方面产生优于普通材料的新特性。由于纳米尺度下物质的特殊性质，在纳米尺度控制和操纵物质并对其进行加工在各个领域都具有广阔的应用前景。纳米材料给我们的生活带来了巨大的变化，但同时纳米材料的生物安全性现在还是未知数，关于它对健康的影响也还没有一套较为成熟的分析方法。

1.2纳米材料进入淡水水体的途径

在纳米尺度上的材料种类十分繁多，其中有相当多数量的材料会对生态环境会产生不同程度的危害，成为环境污染物。大部分集中在纳米尺度范围内的污染物在迁移转化的过程以及环境行为上都有着许多共同特征，因此可以统称为环境纳米污染物（Envi-ronmentalNano-Pollutants，ENP）。顾名思义，纳米材料是环境纳米污染物的一个重要组成部分，它可以通过多种途径进入到生态环境中并对淡水环境造成污染。因此，全面了解纳米材料进入淡水水体的途径有助于后期纳米材料对淡水生态环境的毒性研究。

纳米材料从生产至最終处理的整个过程中，必然会通过各种途径以废弃物的形式进入淡水水体，并产生一定的生物影响和生态效应。总结起来主要包括以下几个方面：①生产相关纳米材料的工厂以及实验室仍然是纳米材料最为集中的场所，大量纳米材料在生产和实验的过程中会直接作为废弃物排放到环境中；②纳米材料作为医药界的宠儿被广泛应用在医学成像、诊断、药物的靶向运输以及癌症的治疗等方面，虽然不直接作用于环境，但最终处理时仍然以固体或液体废弃物的形式进入环境；③化妆品、防晒霜、防晒的针织衫等产品作为目前广大群众的日常生活用品被大量需要，但在清洗过程中会直接导致其中的纳米成分进入生活污水从而流失到环境中，L.Geranio的研究就发现加入漂白剂或者过氧化氢的针织物会在衣物清洗的过程中释放出大量的Ag-NPs；④纳米材料本身由于各种原因直接释放纳米离子进入环境中，例如在对锂离子电池进行回收利用时过高的熔炼温度会导致纳米材料中的污染物质释放出来；⑤纳米颗粒可直接吸附在其他污染物上或者在处理过程中与其他物质反应从而转化成新的有毒污染物进入水体。

目前关于纳米材料进入环境的具体途径、在环境中的迁移形式以及影响其毒性的外在因素的研究还不够全面，但是StoiberTasha已经发现水的硬度以及纳米材料表面的覆盖物会对纳米银粒子中的Ag溶解到水环境中产生一定的影响。因此，为了切实控制纳米材料的潜在污染，必须要了解纳米材料在生产和使用过程中的排放特征、规律及释放条件，从而根据其规律进行安全评估并制定一系列可行方案。

2几类常见纳米材料对淡水水生生物的毒性作用

水环境是各种纳米材料暴露特别危险的环境，因为它对大多数环境污染物来说就是一个大型水槽。并且纳米材料被认为是具有潜在的流动性的，因此进入水环境中的纳米材料会产生我们无法预计的环境和生态影响。

目前，国内外关于纳米材料的生态毒理性研究主要从两个方面进行：一方面是通过室内模拟控制变量，观察已定条件下纳米材料对生物的影响；另一方面是原位分析，通过在特定环境条件下考量外界因素在纳米材料对生物产生生态毒性中所起的作用。关于测定的指标，大部分学者主要集中在对抗氧化防御系统如超氧化物歧化酶（SOD）和生物生理性指标如发育繁殖和体内负荷等方面进行观察与测定，但是更多的學者开始研究纳米材料对生物在细胞层面上的毒性以及基因毒性，并结合常规测定指标从更小的尺度考虑纳米材料对水生生物的潜在危害。

2.1碳纳米材料

碳纳米材料，顾名思义是由碳元素组成的新型纳米材料，常见的有富勒烯（fullerene）、碳纳米管（carbonnanotubes）和石墨烯（graphene）及其衍生物等。碳纳米材料可应用于诸多领域，例如碳纳米管和石墨烯可以利用成诊断和治疗的工具来为人类的疾病服务，也可以应用在传感器和电子产品中，最新的报道还显示碳纳米管和氧化石墨烯正在作为能量储存装置被开发。但是碳纳米材料的大量使用必然会导致其中一定量的纳米颗粒流入淡水生态环境从而对水生生物造成影响。

碳纳米材料在进入水环境较短时间内就可以减少藻类的密度，这可能是由于ROS的产生和细胞膜的损伤造成的，而这种影响会随着暴露时间的延长加大对藻类生长的抑制作用，且存在一定的剂量效应关系。进一步的试验证明碳纳米材料不仅可以改变藻类的细胞完整性，使其死亡进而致使种群数量减少，而且可以通过食物链进行迁移或生物放大。试验结果表明，10μg·g-1的C60就可造成莱茵衣藻大量死亡，而这些藻类体内的纳米颗粒还可借助捕食行为转移到以藻类为食的大型蚤体内。而大型蚤作为食物链中的初级消费者，不仅可以通过类似捕食的形式吸附到含有纳米颗粒的细菌，还可以直接从水体中吸收纳米颗粒，多种接触方式会致使其体内累积大量纳米颗粒并产生危害。

鱼类作为淡水水体中较大的消费者，同样可以通过类似呼吸等方式直接吸人纳米颗粒，也能通过摄食含有纳米颗粒的低级消费者或生产者的途径使体内积累一定量的纳米颗粒，从而造成机体损伤。有研究表明，在短期暴露情况下，单壁碳纳米管（SWCNTs）、羟化多壁碳纳米管（OH-MWCNTs）和羧酸盐多壁碳纳米管（COOH-MWCNTs）均会诱导金鱼产生氧化应激，MDA浓度和SOD的活性增强，且3种碳纳米管对金鱼肝脏的影响程度为SWCNTs>OH-MWCNTs>COOH-MWCNTs，而碱性条件下三者对金鱼的毒性还会增强。鲫鱼长期在低剂量的碳纳米材料中暴露，同样会造成机体组织的氧化应激，肝脏组织中SOD、CAT被显著诱导，与此同时脑组织GSH含量不断下降，机体抗氧化能力衰竭，而nC60甚至可以导致大嘴鲈鱼腮部的GSH耗竭。且随着在碳纳米材料中暴露时间和暴露浓度的增加，鱼类脑部受到的影响越发明显。

碳纳米材料单独暴露即对水生生物产生一定危害，但现实环境中只单单存在一种有毒物质的情况是比较少见的，因此刘珊珊等以铜锈环棱螺作为受试生物，发现不同管径多壁碳纳米管存在时Cd在螺体内的积累量明显增加，且小管径较大管径促进效果更加显著。同时，在中、高Cd（25～100μg·g-1）浓度条件下，MWCNTs显著增加了Cd的生态毒性，与肝胰脏中Cd的积累水平相吻合，SOD和MDA活性受抑制，含量下降。而羟化微碳纳米管（OH-MWCNTs）在单独暴露时对大型蚤是没有致死毒性的，但是在同样的模式下，当其浓度超过5.0mg·L-1时就会显著增加镍的毒性。上述试验均表明纳米碳材料和金属复合比2种污染物单独暴露时对生物产生的影响更为严重。双软壳类同螺类都有坚实外壳保护，且运动缓慢，运动范围较为固定，因此ThiagoLopesRocha等认为双软壳类是监测人工纳米材料危害的关键性模型物种。

纳米金刚石也是一种由碳元素组成的新型纳米材料，可应用于荧光标记或抗体载流子等方面。在慢性暴露时，当浓度高于1.3mg·L-1时就会出现抑制大型蚤繁殖的情况，当浓度达到12.5mg·L-1时则会直接造成大型蚤100%的死亡，且在光学显微镜下可以发现纳米金刚石颗粒主要吸附在大型蚤的外骨骼表面，并积累在肠胃部分。而暴露在纳米金刚石溶液中同样也会对亚洲蛤产生氧化应激，使消化腺的细胞产生空泡或者变厚。当前还有一种碳纳米材料是棉纤维纳米材料，MicheleMunk用大型丝绿藻一克里藻作为指示生物研究了纤维素纳米材料的生态毒性。并发现其同样会抑制藻类的繁殖，并会导致藻类的形态发生变化，造成物理损伤。导致这些变化的原因可能是纳米材料直接接触到细胞膜、细胞壁，或者是因为氧化应激而产生ROS。

各类碳纳米材料对淡水生态系统中各食物链营养级的水生生物显然均有不同程度的影响，而碳纳米材料本身在生产和使用过程中就有可能对生物和人体产生危害，因此关于生物器官、组织以及细胞等方面的毒性研究非常重要，只有完全了解碳纳米材料的致毒机理才有可能在其生产和使用过程中尽量减少或避免危害的发生。

2.2纳米金属氧化物

纳米金属氧化物不仅具有小尺寸、表面能高、表面原子配位不全等纳米材料具备的特点，还有其独特的半导体特性，这使其催化和反应活性较之传统材料均有很大的提高，为固体推进剂技术的新发展和性能的上台阶开辟了新思路。纳米金属氧化物主要包括纳米氧化锌、纳米氧化铜、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等，每种纳米材料都因其特有的性能而被广泛应用在不同的领域。例如，纳米氧化锌被大量应用于橡胶工业、陶瓷、油漆、导电材料等方面，而作为一种广谱的无机紫外线屏蔽剂，其在化妆品行业更是有着无限的应用机会。纳米氧化铜则由于其良好的抗菌性能，被应用于涂层、食品包装、生物医药等方面的产品，而其较高的分析灵敏度、催化性能以及脱硫性能，也使其被广泛应用于传感器、超导材料以及工业除硫。纳米TiO2同样可用于化妆品行业，还可氧化降解水及空气中的烃类、有机磷杀虫剂、甲醛等污染物质，有效进行污水处理及空气净化，制造高级抗菌自洁卫生陶瓷、餐具等。纳米金属氧化物繁多的种类以及频繁的使用，使得我们必须加大对其安全性的评估。

2.2.1纳米氧化锌在低浓度（1～5mg·L-1）的情况下，nZnO和nTiO2对斜生栅藻生长均起促进作用，一定浓度后表现为抑制作用，呈现浓度依赖性，但与nTiO2相比，nZnO具有较明显的毒性。进一步的试验表明，在24h急性暴露下，0.01～31.25mg·L-1nCuO、nCdO、nPbO、nZnO均可抑制大型水蚤和剪形臂尾轮虫的活性，甚至当水温在27.5～32.5℃且光照情况发生变化时导致其死亡，但nZnO显示出更大的毒性。而关于纳米金属氧化物在硬骨鱼类体内的清除状态，张阳等的实验结果显示在28d暴露阶段，nZnO和nCuO在斑馬鱼体内均不具有生物蓄积性，在24d清除阶段，nCuO可以有效排除，但是nZnO的清除仍不完全。

以上一系列数据显示nZnO较部分纳米金属氧化物而言具有较大的毒性，因此关于nZnO的具体致毒机理有必要细致研究。刘慧等通过实验发现nZnO可以显著诱导鲫鱼肝脏产生自由基，并且自由基信号强度和MDA含量随nZnO浓度的升高呈先升高后降低的趋势。同样在斑马鱼肠组织也会产生一定氧化应激作用，诱导肠中细胞凋亡相关基因的表达，并且能对肠组织结构造成损伤。对于白亚口鱼而言，其心肺功能和能量代谢也同时会受到一定程度的影响。贻贝类作为底栖动物的一种也是研究者较为喜欢的模型物种之一，HalinaFalfushynska则以贻贝类作为研究对象，基于上述试验结果进一步研究了nZnO的具体生物毒性。从试验结果中可以看出，nZnO的毒性不单单是由Zn2+的释放引起的，所以它的毒性较单独的重金属可能要大。而在碱性条件下nZnO颗粒稳定性较强，减缓了Zn2+的释放速度，从而会降低nZnO的毒性。水温也是影响nZnO毒性的一个重要的因素，nZnO的毒性会因为水温的升高而增大。当试验水温在18℃时会造成细胞DNA的损伤，而这种损害在nZnO单独暴露时是不存在的。但是当nZnO与Nfd或Ta等有机污染物联合暴露时，会显现出更为强烈的生物毒性。

2.2.2纳米氧化铜底栖生物具有易获取、生活周期长、活动能力差，活动范围固定、对毒性有较强灵敏度等特点，可以较好地反应生存环境的实际污染情况，因此被许多研究者青睐。就此，关于nCuO的毒性机理，许多学者选择以淡水田螺作为受试生物进行研究。nCuO与田螺交互作用时会产生毒性，并且田螺会通过消化腺的氧化应激对此进行调节，但是通过彗星试验发现田螺的DNA已经发生了损伤。TinaRamskov则对寡毛纲动物带丝蚓染毒途径进行了深入的探索，发现沉积底泥对带丝蚓的摄食速率和同化作用的影响均比水溶液要强，因此在未来的研究中沉积物应当作物水生生物接触和吸收有毒物质的重要途径来考虑。

以上试验均是nCuO单独暴露时对生物的影响，基于有机污染物和nZnO联合暴露时比nZnO单独暴露时对生物毒性的加剧，部分学者同样考虑了nCuO复合暴露时的生物毒性。碎食者Allogamusligonifer的摄食速率会随着纳米颗粒尺寸的下降而抑制效果增强，但当腐殖酸（HA）和nCuO联合暴露时会缓解因为纳米颗粒较小而造成的抑制效果，同时可以增加其在沉积物中的分散稳定性，从而更容易被铜诱环棱螺摄取，Cu2+的生物积累也会随腐殖酸水平的增加而显著升高。不仅如此，当纳米氧化铜表面覆盖聚合物外壳时，其对膨胀浮萍的毒性是普通纳米氧化铜颗粒的10倍。急性暴露条件下大型蚤对nCuO较为敏感，而慢性毒性实验中核壳氧化铜则对其产生了更为严重的生物毒性。这可能是由于聚合物外壳降低了离子的释放率，从而延长了粒子的寿命和毒性效应，使其能够在更长的时间内对生物造成影响。

2.2.3纳米二氧化钛关于nTiO2对水生生物的毒性研究方向与其他纳米材料相比是较为广泛的。尺寸较小（<10nm）的nTiO2颗粒在低暴露浓度下对藻类的生长抑制程度要高于尺寸较大的颗粒，这与nCuO对藻类产生的毒性相似。同时当Cd和nTiO2联合暴露时会增加Cd在藻类体内的生物利用度，与Cu联合暴露时大型蚤机体的抗氧化体系受到活性氧自由基（ROS）攻击已经崩溃，而Cd和Zn被吸附在nTiO2颗粒上时会更加容易被水蚤所吸收。在此基础上，SwayampravaDalai对杜比亚水蚤在两种接触nTiO2颗粒的模式进行了对比，发现水蚤通过食物链即吞食含有纳米颗粒的藻类而加大体内富集量的比例占到了70%左右，大大高于直接从水溶液中摄取的nTiO2颗粒。关于nTiO2颗粒的基因毒性，运用彗星实验和PAPD-PCR技术研究发现nTio2对硬骨鱼类斑马鱼在高浓度下会产生基因毒性，损伤其DNA，而在大鳞大麻哈鱼的CHSE-214细胞系中也发现nTio2颗粒会产生一定的细胞毒性，且与抗氧化防御系统指标（SOD、CAT、GSH）具有一定的剂量效应关系。根据以上试验结果，可以进一步研究基因毒性与抗氧化防御系统之间的联系，从而为鱼类作为监测纳米金属氧化物敏感生物提供更多可观测指标。

原位分析作为研究性实验的最终运用地，在nTiO2颗粒的毒性研究中已经有所应用。JuliaFarkas在瑞典3个湖的现实水生环境中研究了nTiO2对细菌的毒性，结果证实水源地水的溶解氧（DOC）含量和化学元素含量均对nTiO2的生物毒性造成了不同的影响。试验结果表明：在DOC中、高浓度的湖中，100μg·L-1的nTiO2添加情况下细菌的丰富度会降低，且低DOC和低化学元素含量的湖中nTiO2的稳定性会增强。各种外界因素均会对nTiO2颗粒的毒性造成一定的影响，而由于nTiO2颗粒特殊的性能，使其对UVA反应格外明显。当黑暗状态下nTiO2颗粒对大型蚤的影响仅仅是“有害”，但是经过UVA照射后就可以定义为“有毒”了。而且nTiO2颗粒由于钛元素来源的不同而导致其毒性也有所不同。通过投射显微镜可以发现锐钛矿NPS破坏了小球藻的细胞膜和细胞核，而红金石NPS则使小球藻的叶绿体和内部细胞器受到一定程度的损伤。

2.2.4其他纳米金属氧化物除了上述几种常见的纳米金属氧化物，还有一些也会对水生生物造成不同程度的影响和危害。nAl2O3对斜生栅藻生长的96hEC501000mg·L-1，是nTiO2和nZnO的60倍和1000倍，但现实环境中纳米材料的浓度很难达到试验所测浓度，因此nAl2O3可认为基本无毒或低毒。但当其与Cd联合暴露时，对Cd的生物运转具有明显的携带作用，铜锈环棱螺体内的Cd含量显著增加且毒性增强，而在上述的nTiO2颗粒毒性研究中同样得到了相似的结论。目前关于纳米NiO的相关研究还较少，但是梁长华以小球藻为受试对象，较为全面地研究了纳米NiO的生态毒理性质。通过结果可以发现纳米NiO暴露会对小球藻产生生物毒性，表现为低浓度的刺激效应和高浓度的抑制效应。K.KrishnaPriya则评估了不同浓度的nSiO2对南亚黑鲮的部分血液、离子调节和酶谱等方面的影响。他通过对大量血液参数如血红蛋白（Hb）、血细胞比容（Hct）等进行测定，发现这些参数在加入nSiO2后均有所变化，并且这些参数的变化都依赖于剂量和暴露时间，表明这可能与黑鲮生理压力系统的改变有关。

纳米金属氧化物本身具有一定程度上的金属性质，会产生某种程度上的生态影响，且各种纳米金属氧化物对生物的毒性会在某些方面产生相似的影响，但是每种纳米金属氧化物都有其特有的理化性质，因此又会产生不同形式的毒性影响。纳米金属氧化物的复杂性使得其对生物的具体生态毒性要考虑的方面也较为复杂，需要更加深层次探索和研究。

2.3纳米金属单质

我国目前生产的纳米金属粒子主要有纳米银、纳米铁、纳米金等，例如纳米银由于具有优异的抗菌性能而被大量商业化生产，应用于医药、食品、纺织、化妆品、水处理及电子等行业；纳米铁应用在军事吸波隐形材料、高性能磁记录材料、磁流体、导磁浆料、高效催化剂、废水处理等方面。

纳米银是金属纳米颗粒中较为常见的一种，其单独暴露时可导致日本青锵胚胎表面绒毛膜破裂、胚胎及内容物释出，或穿过斑马鱼和鲈鱼胚胎表面的绒毛膜孔道进人体内，同时鳟鱼细胞系（RTL-Wl和TTH-149）也对其毒性做出了类似的敏感性。纳米银颗粒同纳米金属氧化物类似，在水介质中溶解后也含有金属离子，但其与银离子对毒性的表达模式有所不同。纳米银颗粒主要会阻断大型蚤体内蛋白质的新陈代谢和信号转换，但AgNO3则主要是抑制大型蚤的生长发育，尤其在感官方面较为严重。而当大型蚤通过吞食摄入了含有Ag的衣藻时会在摄食上有一个较大程度的减小，但暴露在AgNO3和纳米银溶液中的大型蚤体内银离子积累量相同[。

底栖动物同样适用于纳米银生物毒性的研究中，最常见的2种生物就是双软壳动物和螺类。在慢性暴露试验下，当纳米银和AgNO3的浓度分别为5μg·L-1和63.5μg·L-1时就会发现指甲蛤的生殖开始出现负面情况，且2种形式都会改变指甲蛤的抗氧化酶活性。尖膀胱螺在高浓度的纳米银溶液下存活率会降低，但是当存在沉积物时会缓解这种情况。而长期暴露在0.01μg·L-1纳米银溶液中，其产卵率就会下降50%，纳米银对尖膀胱螺的危险性相当于捕食者的程度。当纳米银与17a-乙炔雌二醇联合暴露时，则会显著刺激胚胎发育。溪流摇蚊作为底栖生物的一种，对纳米银也有着一定程度的反应。但是当纳米银拥有有机物涂层时，会减小其在基因和氧化应激方面的反应，这可能是由于有机涂层会一定程度上减小银离子的释放，而在nCuO的研究中同样也发现了类似的情况。虽然各种文献表明目前环境中纳米银粒子的浓度低于环境预测浓度，但是大量试验均已证明即使只有ng·L-1的纳米银粒子也已经对水生生物的影响表现出了巨大的潜力。而大量有纳米银参与的商业产品的使用使得原位分析迫在眉睫。

除了纳米银之外，还有几种纳米金属材料也值得关注。研究发现，纳米铜对几种微藻的生长有抑制作用，且粒径越小，抑制作用越强，与上述几种材料的研究结果保持一致。同时还可以累积在虹鳟鱼鳃部并通过降低支气管Na+/K+-ATP酶的活性及血浆的离子浓度来发挥毒性作用，即纳米铜可通过离子调控机制对虹鳟鱼产生毒性作用，但其对虹鳟鱼鳃部的抗氧化水平没有影响。LanSong则较为全面地对虹鳟幼鱼、黑头呆鱼和斑马鱼3种鱼球状50nm的nCu粒子水溶液的毒性进行了评估。确定了3种鱼类在CuNPs溶液中96h的LC50分别为（0.68±0.15）、（0.28±0.04）和（0.22±0.08）mgCu·L-1，而96h的CuNPs最低可观察浓度为0.17、0.23mg·L-1、<0.23mg·L-1。纳米金的体外试验表明其能影响细胞微自动力，引发线粒体损伤、氧化压力和细胞的自我吞噬，对虹鳟鱼肝细胞亦能产生负效应。目前关于Au以及Ag-Au双金属NPs对微藻的毒性报道还比较少，但是IgnacioMoreno—Garrido对此进行了较为详细的总结，从纳米金属的种类、细胞大小、时间终端、范围考虑，发现其均对微藻细胞产生不同的影响，并且小颗粒的AuNPs对贻贝的氧化代谢的影响比大颗粒要大。

纳米金属可对水生生物产生毒性，迄今大多研究均表明，其毒性作用可能是由其释放出的金属离子及自身的结构共同作用所致，与纳米金属氧化物的毒性有一定程度的相似，但对其毒性机制的探讨仍需要进一步的研究。

3结论与展望

3.1结论

根据上述结果可以对纳米材料的毒性进行总结：①纳米颗粒粒径越小，其毒性越大；②金属纳米材料的主要致毒原因是溶解出来的金属离子，但也有其他方面的原因；③有机外壳会减缓金属离子的释放速率从而减小急性毒性，但是增加了时间延长了金属纳米材料的毒性寿命；④纳米材料与其他污染物或有机质复合时会改变本身的毒性效果，但是谁占主导地位还有待研究。

3.2展望

淡水生态系统是人类资源的宝库，为人们的日常生活用水提供有力的保障，其中的生物数量也是非常的庞大，如果无法控制纳米材料的流入以及确定其制毒机制，不论是生物、人类还是整个生态系统都可能产生无法估计的严重后果。而随着纳米材料在各行各业中的大量使用，其在生物吸收和生物效应方面的研究也成为当务之急。但是由于纳米材料在不同条件下性质会产生不定的改变，而且其生态危害性评价还依赖于材料自身性质（颗粒尺寸及来源）、暴露情况、在环境中存在的时间、生物体内稳定性、生物蓄积及生物放大作用等相关条件，因此纳米毒理学的知识和体系目前尚不完善，还不能完全确定纳米材料对生态系统的影响到底达到何种程度。

因此，今后的研究主要应该从以下几个方面加以考虑：①根据不同纳米材料的不同性质研究其在水环境中对水生生物的毒性作用机制、毒物代谢动力学及其他体内效应，同时加强对纳米材料与其他环境污染物交互作用的研究；②纳米材料可在水环境之间迁移或转化，应当建立一套纳米材料在不同水环境中的迁移转化模型，并通过模型对纳米材料在生物中的蓄积和生物降解过程做进一步的比较和研究，从而确定毒性在生物体内的转移情况；③不同学者会根据自身实验条件选择不同的生物模型，但应当通过相应敏感实验确定某种生物以用来进行原位分析，为实地毒性检测和预防提供帮助；④相关检测仪器的缺乏使得很多实验进行缓慢甚至无法完成，因此發展新的检测方法和仪器也应当是今后研究的重点。

篇4

研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们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、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。

1研究形状和趋势

纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。

纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米Cu的决体材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；晶粒为7urn的Pd，屈服应力比粗晶Pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望，纳米金属间化合物 FqsAJZCr室成果的转化，到目前为止，已形成了具有自主知识产权的几家纳米粉体产业，睦次鹦米氧化硅。氧化钛、氮化硅核区个文的易实他借个缈阳放宽在纳米添加功能陶瓷和结构陶瓷改性方面也取得了很好的效果。 加至5亿美元。这说明纳米材料和纳米结构的研究热潮在下一世纪相当长的一段时间内保持继续发展的势头。

2国际动态和发展战略 斯顿大学于1998年制备成功量子磁盘，这种磁盘是由磁性纳米棒组成的纳米阵列体系，10－”bit／s尺寸的密度已达109bit／s，美国商家已组织有关人员迅速转化，预计2005年市场为400亿美元。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。

最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。 为了使中国科学院在世纪之交乃至下一世纪在纳米材料和技术研究在国际上占有一席之地，在国际市场上占有一份额，从前瞻性、战略性、基础性来考虑应该成立中国科学院纳米材料和技术研究中心，建议北方成立一个以物质科学中心为基础的研究中心（包括金属研究所），在南方建立一个以合肥地区中国科学院固体物理所和中国科技大学为基础的研究中心，主要任务是以基础研究为主，做好基础研究与应用研究的衔接和成果的转化。 3国内研究进展

我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介人，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。

目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学烹北大学、西安交通大学、天津大学。青岛化工学院、华东师范大学＼华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学 近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。一是大面积定向碳管阵列合成：利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，用这种技术合成的纳米管，孔径基本一致，约20urn，长度约100pm，纳米管阵列面积达到 3mmX3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距为100pm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示的场发射阴极等方面有着重要应用前景。这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上。二是超长纳米碳管制备：首次大批量地制备出长度为2～3mm的超长定向碳纳米管列阵。这种超长碳纳米管比现有碳纳米管的长度提高1～2个数量级。该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上。英国《金融时报》以“碳纳米管进入长的阶段”为题介绍了有关长纳米管的工作。三是氮化嫁纳米棒制备：首次利用碳纳米管作模板成功地制备出直径为3～40urn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，并提出了碳纳米管限制反应的概念。该项成果被评为1998年度中国十大科技新闻之一。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是唯一维纳米丝和纳米电缆：应用溶胶一凝胶与碳热还原相结合的新方法，首次合成了碳化或（TaC）纳米丝外包覆 绝缘体SIOZ和 TaC纳米丝外包覆石墨的纳米电缆，以及以S江纳米丝为芯的纳米电缆，当前在国际上 仅少数研究组能合成这种材料。该成果研究论文在瑞典召开的1998年第四届国际纳米会议宣读后，许多外国科学家给予高度评价。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶；发现了非水溶剂热合成技术，首次在300℃左右制成粒度达30urn的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬（CrN）、磷化钻（COZP）和硫化锑（Sb。S。）纳米微晶，在1997年的《科学》杂志上。七是用催化热解法制成纳米金刚石；在高压釜中用中温（70℃）催化热解法使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉，在1998年的《科学》杂志上。美国《化学与工程新闻》杂志还发表题为“稻草变黄金?从四氯化碳（CC14）制成金刚石”～文，予以高度评价。

篇5

关键词：氧化锌 硅藻硅质壳 纳米材料 光致发光

中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）02（b）-0005-04

硅藻（diatom）是一类单细胞真核浮游植物，生产了40%～45%的海洋初级生产力[1]和20%～25%的世界初级生产力[2]，现存200多个属、超过105个物种[3]。硅藻具有因种而异的刚性细胞壁结构，称为硅质壳（frustule），其在纳米至微米尺度上表现出的规律性和重现性，使得硅质壳具有了非常好的韧性、传输率和高比表面积等性质。

硅藻硅质壳纳米材料因其奇特、复杂的结构而具有应用价值[4～6]，但硅质壳固有的氧化硅（silica）组成限制了其应用范围，因此，在维持硅藻硅质壳三维纳米结构的形态、结构不发生改变的情况下，将其主要成分二氧化硅转化为其他的具有应用前景的材料成分成为了关键的一步。目前，在硅藻硅质壳的化学修饰方面已有大量的研究，主要集中在生物光电子、生物矿化、微流体、药物载体、生物传感器等领域[7～15]。从报道中来看，所得新纳米材料的种类和方法仍有很大的研究空间。

纳米氧化锌作为一种新型多功能无机材料，物理化学性质稳定，氧化活性高且廉价易得。纳米级ZnO具有表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应等，与普通ZnO相比，表现出许多特殊的性质[16～18]，特别是纳米ZnO由于宽的带隙和丰富的缺陷能级，在受到外界激发时，能发射出从紫外到可见光范围的许多不同波长的荧光。

在这里，我们建立基于硅藻硅质壳结构的纳米材料合成新方法，以硅藻硅质壳为模板，建立配位反应-沉淀反应多重平衡合成法，可控合成三维结构的氧化锌纳米材料，并探讨其光学性能。

1 实验部分

1.1 主要实验仪器与试剂材料

主要实验仪器：JSM-6700F冷场发射扫描电子显微镜（JEOL，Japan）；JEM-2100透射电子显微镜（200 kV）（JEOL，Japan）；Nicolet 380 FT-IR傅立叶变换红外光谱仪（Thermo Fisher Scientific America，USA）；F-4600荧光分光光度计（Hitachi，Japan）；LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器（上海申安医疗器械厂）；箱式电阻炉SX25-12（龙口市电炉制造厂）。

主要试剂材料：六水合硝酸锌（AR）；碳酸铵（AR）；30%过氧化氢（AR）；无水乙醇（AR）；氨水（AR）；硫酸（AR）；盐酸（AR）。

F/2营养液：根据F/2营养液配方，依次取氮、磷、硅、微量元素储备液1 ml，维生素储备液0.5 ml，加入1 L的过滤灭菌海水中，即得F/2营养液。

实验所用的圆筛藻（Coscinodiscus sp.）由中国海洋大学海洋污染生态化学实验室的藻种室提供。

1.2 硅藻的培养及硅质壳结构的提取

硅藻的培养：在光照培养箱内采用实验室单种一次培养法培养。具体培养条件为：将圆筛藻（Coscinodiscus sp.）接入新鲜的培养液中，在温度20 ℃±1 ℃，明暗周期12 h白/12 h黑，光源为白色日光灯，光照强度约为4000Lux的环境中培养。每日摇动2～3次，藻种生长到指数生长期后重新接种，如此反复2～3次，此时藻种状态良好，用于实验。

硅质壳的提取：将圆筛藻液在低速大容量离心机中以3000 r·min-1的速度离心得到圆筛藻余液，加入30wt%过氧化氢和2 mol·L-1的盐酸，在暗处放置反应48 h，分别用二次水和无水乙醇洗涤两次，离心，置于真空干燥箱在130 ℃下干燥3 h。

1.3 硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的模板合成—— 配位反应-沉淀反应多重平衡合成法

配制溶液：配制0.2 mol·L-1的Zn（NO3）2溶液和1 mol·L-1的（NH4）2CO3溶液。

准确称取硅质壳材料0.024 g，加入30 ml蒸馏水中，充分搅拌直至硅质壳材料分散均匀。加入0.2 mol·L-1Zn（NO3）2溶液2.00 ml，缓慢滴加1 mol·L-1的（NH4）2CO3溶液。加入一定量的氨水，直至产生的沉淀刚好消失为止。将烧杯置于80 ℃恒温水浴中，固定中速搅拌，进行水解反应。将反应液转移至抽滤漏斗中分离，并分别用蒸馏水和无水乙醇各洗涤所得沉淀两次，得到前驱体。将前驱体置入箱式电阻炉中，升温至450 ℃，保温4 h，得到硅质壳结构氧化锌纳米材料。

1.4 硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的表征

1.4.1 扫描电子显微镜分析

取定量硅质壳材料、硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料进行冷场发射扫描电子显微镜分析，考察材料的表面形貌。

1.4.2 透射电子显微镜及自带能谱仪分析

取定量硅质壳材料、硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料进行透射电子显微镜及自带能谱仪分析，考察材料的表面形貌与元素分布情况。

1.4.3 傅立叶变换红外光谱仪分析

取定量硅质壳材料、硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料进行傅立叶变换红外光谱仪分析，考察材料的组成。

1.5 圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的发光性能实验

以相同方法制得不含硅质壳的氧化锌材料。

取定量硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料、不含硅藻硅质壳的氧化锌材料放入F-4600荧光光谱仪的固体支架中，将数据模式选为Luminescence，狭缝宽度选为5.0 nm，固定激发波长为300.0，扫描发射光谱。

2 实验结果与讨论

2.1 硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的电镜分析

如图1所示，一系列电子显微镜对比图片表明了氧化锌在圆筛藻硅质壳表面的分布情况。圆筛藻硅质壳壳面的平均直径约为90 m（图1-a），其表面呈现出一种三维纳米蜂窝状多级孔结构（图1-b～1-e）。其中，孔较大的一级微孔平均直径约1.2 m（图1-b～1-d）；孔径相对较小的一级结构其平均直径大约为150～200 nm（图1-c）；从透射电镜图片上孔径最小的一级结构的轮廓，可判断出其微孔的平均直径约为70～80 nm（图1-e）。通过配位反应-沉淀反应多重平衡合成法合成前驱体得到了均匀的硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料（图1-f），壳面的ZnO纳米粒子呈针状有序排布，平均长度200 nm（图1-g）。透射电子显微镜图片（图1-h～1-k）给出了氧化锌在圆筛藻硅质壳结构的各级微孔中的分布情况。在圆筛藻硅质壳壳面的二级微孔结构中，氧化锌纳米粒子颗粒的平均直径可达到约为5 nm（图1-j）。

2.2 硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的能谱分析

图2给出了圆筛藻硅质壳结构与硅质壳氧化锌纳米材料的能谱分析结果的对比图，其中铜元素的能谱峰来自测试用的能谱仪放置样品的铜网支架。从对比图中可以看出，圆筛藻硅质壳结构的主要元素组成为硅和氧，而圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料中硅和锌的原子百分比例约为2.23∶1。

2.3 硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的红外光谱分析

如图3所示，圆筛藻硅质壳结构及圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的红外光谱对比图清楚的显示了模板反应前后材料在结构组成上的改变。对于硅质壳结构本身的特征峰来说，470～806 cm-1处为硅质壳结构中Si-O-Si基团的弯曲振动吸收峰，1095 cm-1处为Si-O-Si基团的伸缩振动吸收峰。3000～3750 cm-1处的宽吸收峰为O-H基团的伸缩振动吸收峰，在这里是既包括硅质壳结构表面吸附的水、表面结晶水中的羟基的伸缩振动吸收峰，也包括H-O-Si基团中的羟基的伸缩振动吸收峰。从红外谱图中Si-O-Si基团和Si-OH基团的红外吸收峰的强度来看，圆筛藻硅质壳表面的Si-O-Si基团在数量上占有优势，是圆筛藻硅质壳结构表面所具有的主要的基团。而圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的红外光谱则显示Si-O-Si基团和Si-OH基团的几处红外吸收峰都有了一定程度上的减弱，表明氧化锌在圆筛藻硅质壳表面可能与Si-O-Si基团以及Si-OH基团发生了化学反应。

2.4 硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的发光性能与比较分析

图4所给出的是圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料与同一条件合成的不含圆筛藻硅质壳结构的氧化锌材料在300.0 nm的激发波长下的光致发光光谱对比图。从对比图中可以看出，以上圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料与同一条件合成的不含圆筛藻硅质壳结构的氧化锌材料在400～550 nm的发射光范围内的蓝绿可见光区均有宽而强的发射峰，但是圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料的发射光强度比同一条件合成的不含圆筛藻硅质壳结构的氧化锌材料的发射光强度要高出14.55%。

3 结论

（1）建立了利用溶液配位反应-沉淀反应多重平衡合成前驱体的方法，成功合成了硅质壳结构氧化锌纳米材料，电子显微镜表征的结果表明氧化锌在圆筛藻硅质壳表面均匀附着，壳面上的氧化锌纳米针状物平均长度200 nm，多级微孔结构内的氧化锌纳米粒子平均直径5 nm，能谱分析结果表明，圆筛藻硅质壳结构氧化锌纳米材料中硅和锌的原子比约为2.23∶1，红外光谱分析结果表明，氧化锌与圆筛藻硅质壳表面的部分Si-O-Si和Si-OH特征基团发生化学反应。

（2）对比相同条件下制备的不含硅藻硅质壳的氧化锌材料，对硅藻硅质壳结构氧化锌纳米材料进行了发光性能的分析和比较研究，结果表明经硅藻硅质壳模板合成后的氧化锌材料在光致发光性能上提高了14.55%。

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篇6

摘要：《高分子纳米材料》是我校高分子材料专业开设的一门专业选修课。在分析了课程的目的、特点和教学存在问题的基础上，详细阐述了运用视频课程、颠倒课堂、电子产品辅助教学等多元化教学手段，实现本课程的教学改革。

关键词：高分子纳米材；教学改革；颠倒课堂

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）49-0080-03

一、引言

纳米科学与技术是20世纪80年代末期兴起的，经过三十多年的发展，纳米技术已逐步迈出实验室走向市场，其商业化应用在全球范围内迅速展开。全世界都认识到，纳米技术将引起新一轮的产业变革，未来拥有并掌握纳米技术及其应用的国家将更具备核心竞争力。纳米材料科学是涉及到凝聚态物理、胶体化学以及材料的表面和界面等多门学科的交叉科学，而高分子纳米材料同样是涉及高度交叉的综合性学。纳米结构的聚合物材料由于尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应使材料具有独特的性能而在机械、光、电、磁、微处理器件、药物控释、环境保护、纳米反应器及生物化学等方面具有广阔的应用前景[1]，从而掀起了对纳米结构聚合物材料研究的热潮。在纳米科技迅速发展的大背景下，很多高校的材料专业开设了“纳米材料”或“纳米技术”相关课程[2-3]。但据作者所知，江南大学是少数对高分子材料专业开设《高分子纳米材料》课程的高校之一，笔者结合自己的授课经验以及《高分子纳米材料》课程的特点，从其现在面临的题及采用多元化教学手段等方面研究探索该课程的教学改革。

二、课程特点及现有问题

《高分子纳米材料》课程介绍高分子纳米材料的独特性能、制备方法，并将其和学科发展前沿联系起来，主要教学内容侧重如下几个方面：（1）高分子纳米材料的基础知识（包括基本效应、特殊性质）；（2）高分子纳米材料的制备方法；（3）高分子纳米材料的表征方法；（4）特殊功能的纳米材料（如高分子纳米复合材料、高分子纳米涂料、生物医用高分子纳米材料、光/电/磁性高分子纳米材料、超疏水/疏油（双疏）性高分子纳米材料）；（5）高分子纳米材料的应用及生物安全性问题。涉及较多的应用研究型内容、既有理论又有实践，强调理论和实践的结合，且课程的知识点较多，知识的交叉性强。

本课程的开设旨在为具有高分子材料与工程学科背景的学生增加纳米科学及技术的基础知识。通过学习本课程，学生对高分子纳米材料的发展趋势和研究热点有了很深的理解，涉猎了未来高分子纳米材料的重大学科领域。学生的创新思维以及能力得到了不同程度的提升。

作为典型的交叉学科，《高分子纳米材料》课程的教学具有一定的难度。首先，课程内容涉及知识面广，该课程主要解决以下问题：“什么是纳米技术”、“怎么制备高分子纳米材料”、“高分子纳米材料的特殊功能”等，而特殊功能性就包括了光/电/磁性、pH/温度响应性、超双疏性等多部分内容。因此难于在有限的课堂教学时间内全面系统地深入介绍学科内容，容易导致没有节制的填鸭式教学，使学生无法在短时间内消化，影响后续课程的学习。如何准确把握课程的基础理论框架，引导学生开展自主学习，是授课教师在设计课程内容时需要解决的重要问题。其次，课程内容前沿性强，知识更新速度快，研究热点不断变化，新的研究方向与研究成果层出不穷。这就需要授课教师投入更多的时间和精力纵览多个学科的发展，以便能够站在学科的前沿引领学生去认知和创新性思考。再次，内容抽象，尽管纳米材料这门课较新，学生们兴趣较高，但在讲授过程中缺乏实物，无法为学生带来更直观的感觉，从而影响了学生进行独立的思考、个性思维的发展和创新能力的培养。

三、课程教学手段改革

为提高课堂教学质量，提高学生的综合能力，以使学生成为适应社会发展需要的复合型人才，教师必须转变教学理念，激发学生的学习兴趣、主动性、积极性[4]。

（一）课堂多样化教学法

传统教学方式中，老师在课堂上满堂灌，使学生缺乏思考，觉得学习枯燥无味，丧失学习激情。因此，应结合不同的教学内容，授课教师运用“提问式”、“讨论式”等方式方法结合起来讲授，注重与学生的互动。对于理论性较强的内容，多采用图片形式展示，如结合Photo Shop、AutoCAD等绘图软件制作一些多媒体教学课件，根据需要进行拆分和组合讲解，增强学生的直观认识，达到传统教学手段无可达到的演示效果。同时，注重语言的深入浅出，或理论联系实际，如在介绍超双疏高分子纳米材料部分课程时，从自然界中的荷叶效应开始解释，说明荷叶结构与性能关系，从而引入超双疏高分子纳米材料，在快速理解的同时，激发学生的学习热情和投身其研究的兴趣。

视频课件内容丰富、信息量大，教师可以制作或下载相关教学视频，引入更多与课程相关的新知识、新技术和新成果。如介绍生物医用高分子纳米材料在药物缓释领域的应用时，纳米材料怎样进入体内病变部位，怎么靶向、释放药物，达到治疗的效果，如果没有视频，学生很难理解、很难想象；而通过视频将其原理、过程更直观、更形象的展现在学生面前，让学生更容易、更有兴趣地去学习并掌握知识点。

另外，对于相关制备技术与创新应用方面，则要重视启发――探究式的教学，注重理论联系实际以及学生创新思维和能力的培养，比如对于高分子纳米材料的测试表征手段的教学，教师可以结合实验教学，带领学生参观所学习的相关仪器设备，动手操作仪器，这样既可以提高学生的学习兴趣，又可以巩固所学的理论知识，其实践能力也可以得到培养。

（二）颠倒课堂教学法

颠倒课堂教学法坚持“以学生为中心”的教学理念，借助于信息技术在时空上颠倒传统教学中教师的知识传授与学生的知识内化过程，让学生可以在家或课外通过观看教学教案、教学视频中教师的讲解，自主完成对新知识的学习，课堂上教师通过设计一些真实的问题情境，组织学生协作探究解决问题的方法，而学生可以通过与教师、同伴的交流讨论，实现对知识的吸收与深化[5]。颠倒课堂在国外已经取得了较好的效果，而在国内还鲜少尝试。

在《高分子纳米材料》课程中，可以根据需要有选择的对部分教学内容进行颠倒课堂。我们根据前期对学生的调查，学生们一致对生物医用高分子纳米材料非常感兴趣，有很多的问题想了解，如果还是以传统法教学，则无法较好的和他们讨论、回答他们问题，无法满足他们的好奇心。因而，在进行这部分内容教学时，可以采用颠倒课堂的方式。首先在班级的微信群或QQ群里上传教学PPT及相关视频，学生通过学习后，对生物医用高分子纳米材料的发展概况、基本知识、结构设计有了一定的了解；在课堂上，学生先提出问题，分组交流讨论、教师参与讨论；教师最后再补充知识、总结学生问题的基础上，再设计问题让学生深入思考，解决问题。

（三）教学与科学研究复合的教学法

为培养学生应用所学的知识解决实际问题的能力，教师可以将教学与科学研究进行复合。如结合教师们的课题，把最新的科研成果有机地融入课堂教学中，为学生讲解具体的高分子纳米材料制备及性能研究，并让其参与其中，将研究的样品实际展示给学生，调动学生兴趣，突出高分子纳米材料的趣味性、理论性、科学研究性和前瞻性，并加强学生的自主创新意识和科研能力。

另外，邀请国内外高分子纳米材料专家做专题报告和前沿讲座，使学生能够及时了解前沿技术与l展动态；结合教学内容，提出本学科的研究热点问题，与课堂讨论相结合，不仅增强了师生间的互动、活跃了课堂氛围。

（四）借助智能电子产品建立学习平台

21世纪以来，各类高大上的电子产品，如iPad、手机等已成为年轻人须臾不可离的随身之物，这类电子产品极大的分散了学生上课的注意力及降低了学生对学习的兴趣和主动性，因而一直不被教师、家长看好，将之拒于学校与课堂大门之外。然而，随着数字校园向智慧校园的迈进，手机的这种应用及趋势只会越来越频繁，全面禁止大学生在教学过程中接触手机只会适得其反。因此，应顺应学生的心意，改革和完善现行教学方式，在课堂教学、课后练习中有效利用智能电子产品，使其成为辅助教学的良好工具[6]。

在《高分子纳米材料》课程教学中，我们建立了班级QQ群、微信群，通过群平台进行信息、专题讨论、资源共享等，有利于及时消息、正确引导学生、掌握学生动态。教师对根据学生的学习能力、反馈信息，提供个性化的教学要求和实施目标。

微信公众号平台经常相关的知识、发展动向、微课等内容，这是一个可以让学生在课后补充学习的平台。因而，要求学生关注如“纳米人”、“高分子科学前沿”等公众号，认真学习和掌握高分子纳米材料的发展动向。同时，智能手机中的一些APP也对我们课程有很好的帮助，如ACS Mobile、RSC Mobile等，旗下杂志一有新的研究进展及时更新至APP中，让学生更及时了解高分子纳米材料的研究动态与最新成果。

四、结束语

作为本世纪最瞩目的前沿科技研究热点之一，高分子纳米材料也取得了长足发展，很多新的高分子纳米材料产品如高分子纳米涂层、高分子复合材料、药物缓释纳米材料等从实验室走向实际应用，成为保障人类生活和工业发展的重要基础。《高分子纳米材料》课程教学内容的选择要充分考虑到广度和深度的统一、基础和前沿的兼顾、新旧内容的衔接、理论联系实际、巧用电子产品的资源等多个方面。在整个教学过程中，学习者表现较积极，能主动发言并积极参与讨论，各个小组的汇报效果也较好，能够激发学习者的学习兴趣，培养学生创新意识及创新能力。

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篇7

关键词：纳米沥青；改性沥青；耐久性

0 引言

近年来，纳米技术正在逐渐渗透到交通材料领域，纳米材料改性沥青即是其中一个重要的研究方向。纳米材料尺度由于处于微观领域，因而与其他材料不同，具有特殊的界面效应，并且表面原子活性极强，极易与其他原子结合而使自身达到稳定状态，这就是纳米微粒活化，也是纳米粒子不稳定的根本原因。纳米材料改性沥青之所以不同于其他改性沥青，根本原因在于纳米材料改性沥青是从微观结构上改变沥青性能。纳米材料能够从根本上大幅度改善沥青性能，这是其他沥青改性方法所不能比拟的。因此，纳米材料改性沥青是国内外沥青材料研究的热点和前沿，它正在成为交通材料研究和应用的新经济增长点。

1 纳米材料的发展

迄今，纳米技术对传统材料性能的优化已被证明是一个良好的研究、应用对象。国内外在建筑材料领域业已开展了一系列卓有成效的研究和应用实践，在纳米涂料、高力学性能材料、高分子级纳米复合材料方面取得了很多基础研究和商业化成果，如纳米化高强度合金、纳米增韧陶瓷以及纳米改性橡胶等。20世纪90年代，美国联邦公路局（FHA）等机构倡导并生产的低碳、高强度纳米化钢铁被成功应用到工程实践中，取得了显著的使用效果[1，2]。2007年9月欧洲“水泥及混凝土纳米技术研讨会”共设了8个论题探讨纳米技术在水泥基材料上的应用[3]。2007年8月美国联邦公路局（FHA）、等在其的《欧洲、加拿大长寿命混凝土路面》报告中重点提及欧洲在路面纳米技术方面的进展，并在休斯敦大学、得克萨斯州展开了智能路面材料及检测技术方面的研究[4，5]。

纵观文献，纳米材料和技术在沥青及其沥青路面上的研究还不太多，这主要与沥青路面材料类型众多（胶结料、添加剂、集料等几十种材料）导致的沥青混合料性能及其研究的复杂性有关。但随着近几年的发展，在新材料研发、纳米复合材料及纳米技术分析方面，已经有了一种前沿的意识和努力的方向。

2 纳米复合改性沥青

纳米材料一般可分为纳米颗粒、纳米一维材料（纳米丝、纳米棒、纳米柱等多形态）和纳米薄膜材料[1]。其中前两者多用于材料的复合改性过程中，常用于塑料、橡胶、涂料生产等方面。按已有研究，在填料与基体材料粘合很好的状态下，颗粒填料可显著提高复合材料的拉伸强度、弹性模量和拉伸屈服应力，且随着填料含量的增加而增大；同时随着填料粒径的减小，屈服应力增加得更为显著。这一点在沥青改性中具有明显的实用意义，可以通过纳米粉体的复合来提高沥青的力学性能，如弹性模量、屈服应力等，以获得路用性能更佳的改性沥青。但必须考虑其中两个关键环节：一是纳米颗粒在沥青中的分散，由于纳米粉体的比表面积巨大（如气相二氧化硅比表面积在50400m2/g），颗粒团聚严重，很难在粘稠沥青中单纯地进行均匀分散，这就需要表面改性剂、分散剂等辅助剂的二次改性工作；二是纳米颗粒在沥青中存在一个最大临界体积分数，大于该体积分数，复合材料的性质将发生变化，如材料的拉伸强度会降低等。

利用无机纳米粉体材料对沥青进行改性时常用的纳米材料为氧化物、碳酸盐类，如纳米SiO2、TiO2、CaCO3等；在进行某些彩色沥青研究中，可以使用一些带有颜色的氧化物粉末，如纳米Fe2O3，可以提高彩色沥青的耐候性和抗老化能力。目前常用机械拌合法，使纳米材料在沥青中均匀混合，形成纳米改性沥青，一方面易于施工，另一方面更能提高沥青和混合料的使用性能。

日本、瑞典等国家较早开展了纳米TiO2沥青研究，在提高其传统性能的同时，实现路面的功能化。国内更多关注纳米材料对沥青混合料路用性能的改善。叶超等研究了纳米SiO2和TiO2改性沥青的路用性能指标，如针入度、软化点、延度、复数剪切模量、车辙因子及疲劳因子等，证明纳米材料掺量只需要很小（0.5%），就能提高材料性能[6]。范俊峰等采用关联度分析法研究了两种纳米材料的质量分数与改性沥青性能之间的关系，发现纳米材料的加入显著改善了沥青的高温稳定性 [7]。刘大梁等利用纳米碳酸钙（粒径1540nm）产品，对基质70沥青进行改性，内掺8%时，可明显降低沥青25e针入度，提高软化点和粘度，沥青混合料高温车辙试验中的动稳定度也提高了1倍，且在低温弯曲性能和水稳定性方面不存在明显的消极影响[8]。但这些研究多没有考虑纳米粉体改性沥青的工艺及稳定性问题等方面，生产工艺简单，也没有经过实体路面上的性能检验。

相对而言，研究更多的为层状硅酸盐与沥青的纳米复合技术。层状硅酸盐具有大的比表面积和径厚比，与聚合物可形成二维有序插层或剥离纳米结构，能够显著改善聚合物的力学性能、热性能和阻隔性能。早在20世纪90年代Yano就合成了具有不同透气参数的聚酰胺/蒙脱土纳米复合材料，发现这种材料具有非常卓越的气密性能，当掺量为2%（质量分数）时，复合材料的透气性能即能降低50%。尼龙基层状硅酸盐纳米复合材料中，硅酸盐含量为2%（体积分数）时可显著提高复合材料的拉伸强度和热弯曲温度，且冲击强度不会发生很大变化[9]。因此，这种以商品化聚合物为基体的层状硅酸盐纳米复合材料也开始应用在改性沥青的研究上。

总的说来，这些层状硅酸盐粘土矿物可以明显提高改性沥青的强度和耐高温性能，如提高软化点和剪切模量等。同时由于层状结构出现在沥青内部，具有一定的阻隔空气、水分、有机溶剂的功能，延缓沥青老化和毛细水的深入，从而延长沥青的使用寿命。但在实际应用中，由于使用量大，如何在现场实现硅酸盐矿物在沥青中的完全剥离和分散均匀还是个问题，且由于这些粘土矿物具有自乳化特点，如何避免其消极影响，还需要对沥青路面实际使用性能进行具体研究。

3 纳米分析技术的应用

美国西部研究院多年从事沥青材料的微观学研究，A.T. Paul利用原子力显微镜研究了8种沥青的微观和纳米级范围内的表面能和吸附特性。将样品做成微米层次的薄膜，基于Johnson、Kendell和Roherts接触方法，利用ALF对表面能进行检测和吸附能力的评价。结果表明，沥青膜的脱附力与沥青油源有关；同时利用原子力显微镜（AFM）对集料表面的沥青和沥青添加剂混合物进行图像的量化处理，表明不同集料上同种沥青的微形貌和结构不同。西部研究院采用的显微可视技术可用于改性沥青、基质沥青，能够良好、快速地测量出沥青集料之间的粘结性能，以有效地预测沥青路面的疲劳裂缝和水损害性能。在未来的工作中，西部研究院将对沥青显微结构如何随温度改变的问题进行研究，按照路面服务期内的温度范围，设定不同温度区间，研究和确定集料表面改性沥青与未改性沥青微观结构的改变情况。这些结果与老化期间的路面现场特性有一定的相关性，对于具体的路用行为具有更深入的解释意义。

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【关键词】功能性 纳米材料 电化学 免疫传感器

【Abstract】The immune sensor is based on the close cooperation with the selective immune response and is suitable for the signal conversion technology， to monitor antigen - antibody response of biological sensors， gradually get rapid development and extensive application in many fields. In recent years the electrochemical immunosensor main research direction， in general is to improve the sensitivity， accuracy， selectivity， response time， and this article will use the single-walled carbon nanotubes as electrode， using its good conductivity， high surface area ratio， through the modification of carbon nanotubes wall and pipe end and biological molecular bonding， and keep the activity of biological molecules， the electrochemical immunosensor extremely symbolic significance. This paper combines the specific relevant theories and analysis， the application of functional nano materials in electrochemical immunosensor for research.

【Key words】Functional； Nano materials； Electrochemical； Immunosensor

免疫传感器的一般工作原理为固定在换能器上的抗体（抗原）对样品介质中的抗原（抗体）进行选择性免疫识别，并且产生随分析物浓度的变化而变化的分析信号。在抗体的不同区域和抗原决定簇之间的高选择性反应主要包括疏水力、静电作用力、凡德瓦尔力和氢键作用力。近年来纳米材料在电化学免疫传感器上的应用也发展得相当迅速。由于纳米材料具有表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高和吸附能力强等优异性质，将纳米微粒应用于电化学免疫传感器中，可以提高传感器测量的灵敏度、准确性、减少采血量和检测时间[1]。作为免疫分析技术的一个重要分支，免疫传感器除了具有传统免疫分析方法所共有的性能特点外，还具有高选择性、高灵敏度、可逆性和剂利用的高效率等优点。另外，免疫传感器大都制备简单，便于实现自动化、数字化和微型化，因此可以避免传统免疫分析方法所附带的一系列问题，故在临床分析、环境分析和生物监测过程中显示了强大的应用潜力[2]。因为免疫传感器常用来测量源于分析物和固定的抗体/抗原之间的反应而产生的信号，所以将抗体（抗原）固定在原始换能器表面的固定化过程在免疫传感器制备中有着重要的作用。大量的固定法已用于各种免疫传感器，如静电吸附、包覆法、交联法、共价键结合法等。

1 电化学免疫传感器的工作原理

由于电化学免疫传感器具有高灵敏度、低成本和便携等优点，成为免疫传感器中研究最早、种类最多，也较为成熟的一个分支。电化学免疫传感器的基本工作原理是：采用电化学检测方法来检测标记的免疫剂或一些由酶、金属离子和其它电活性物质标记的标记物，从而对疾病诊断或病人状态监测中复杂系统的多组混合物进行分析提供有力数据[3]。用于电化学免疫传感器检测中的换能器主要分为电位型、电导型、电容型、阻抗型和安培型等装置。电位型传感器现在已经被公认为是一种成熟的传感器，已有大量的商品化产品。对于电位型传感器，当电流流动为临界点时，换能器界面处于平衡状态，此时电极或者表面修饰膜的电位变化与溶液定金属离子活性呈对数比例关系，这就是电位型换能器的基本工作原理。这类生物传感器具备制备简单、操作容易及选择性良好的优点[4]。

2 功能性纳米材料技术

与块状物质相比，金属和金属氧化物纳米粒子由于其新颖的材料特性，近年来已被广泛研究。少于50个金属原子小团簇可以产生像大分子一样的效果，但大于300个原子的大团簇表现出大体积样品的性质，介于这两种极端之间的材料，通常为纳米材料，有许多未知的化学和物理性质，这也是许多研究一直集中于纳米材料的一个原因。纳米材料具有依赖于其尺度的光、电和化学性能[5]。纳米材料可以应用到许多领域，如光学器件、电子器件、催化、感测技术、生物分子标记等。考虑纳米粒子的优点，如大面积、高催化性和良好的亲和性，如今，多种纳米材料已被用来包覆蛋白质。常用的有纳米碳管（CNTs）、金胶体（Au colloidal）、量子点以及纳米二氧化钛。CNTs自从1991年被发现以来，引起了一股研究热潮。纳米直径的圆筒形石墨片状的CNTs具备高电导率、良好的化学稳定性、非常显着的机械强度和成模性。纳米碳管可以与DNA分子自组装（self-assembly）。根据理论预测与实验验证，DNA/CNTs 层可作为新的电子材料[6]。由于DNA溶液可以胶化，混合的DNA/CNTs层能够在金属电极表面保持稳定，可以用来研究一些电化学现象或检测一些蛋白质性质。此外，带正电荷的蛋白质可被固定在带大量负电荷的DNA修饰层上。多壁纳米碳管与DNA混合后，可成功地固定在铂电极表面，更进一步的研究表示，细胞色素C可被强吸附在修饰电极表面形成一种近似的单分子层。

纳米技术的快速发展为纳米粒子在生物传感器和生物分析中的应用开拓了新的方向，由于其独特的物理、化学性质，纳米粒子引起了纳米科学家的极大兴趣，这些性质使其在化学和生物感测方面具有广阔的应用潜力。近年来，组成和空间结构不同的纳米粒子被广泛应用于不同生物分子识别的电学、光学和微量感测中。胶体金（Colloidal gold）和半导体量子点纳米粒子在生物分析中应用得非常广泛。通过与生物识别反应和纳米生物电子的耦合作用，能极大地提高这两种纳米粒子的用途。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，为制造超灵敏的光学和电学检测奠定了基础，其灵敏度可与聚合物酶链反应（PCR）相比[7]。

纳米材料独特的性质使其在设计具有高灵敏度和选择性的核酸和蛋白质检测方法中具有广阔的应用前景。由于可以制得不同尺寸、组成和形状的纳米材料，调节其物理化学性质，使其在生物感测和生物分析中得到广泛的应用。由于纳米材料的小尺寸效应，其性质很大程度上受到与其结合的生物分子影响。近几年，不同组成的纳米粒子作为多种用途、灵敏的标记物被广泛地应用于识别不同生物分子的电子、光学和微天传感器中。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，这种技术结合了纳米粒子-生物分子自组装的放大特性和光学或电化学传感器的高灵敏性，将多个基于纳米材料的放大单元和过程结合，也能够设计出多重放大器，满足现代生物分析对更高灵敏度的需求[8]。金属纳米粒子独特的催化性质能在其本身或另一种金属纳米粒子的刺激下实现放大信号的功能。也可以通过将大量的能够产生信号的分子封装在纳米粒子中以提高每个结合过程标记物的数量，达到放大信号的目的。这些基于纳米材料的生物感测和生物分析方法还能够与其它的放大技术结合。如图1所示。

3 基于功能性纳米粒子的电化学免疫传感器与应用

基于抗体和抗原的特异性反应，免疫传感器为免疫剂的分析提供了一种灵敏的选择性的方法。在此方法中，免疫材料被固定在传感器上，通过标记物与其中一种免疫剂的复合物对分析液进行测量[9]。一般是通过测量标记物的特异活性，例如放射性、酶活性、荧光、化学发光或生物发光对分析物进行定量。但是每一种标记物都有自己的优缺点，含有金属标记物免疫检测的金属免疫检测，以克服一般的放射性标记，荧光标记和酶标记的缺点。电化学检测的金属免疫分析具有以下几种优点：如，检测液用量少、样品不用纯化、灵敏度好、仪器设备相对便宜。尽管电化学技术能够检测到nano-mole有机金属化合物或金属离子，与能检测到pico-mole级的荧光检测方法相比，灵敏度还不够高。使每个结合物上含有最大量的金属标记物的理想方法是使用包含上千个金属原子的金属纳米粒子。由于其优越的氧化还原活性，胶体金是电化学免疫感测和免疫标测标记物的最佳选择。现已建立了一种基于金纳米粒子循环累积的新方法，通过阳极溶出技术检测人的免疫球蛋白（IgG）[10]。在生物素存在下，脱巯基生物素和亲合素的解离反应为能够分析最终定量的金纳米粒子的循环累积提供了有效的路线。阳极峰电流随着循环次数的增加而增大。五个循环的累积即可满足该分析方法的需要。这种方法的优点就是背景值很低，从而使人IgG的检测极限可达0.1ng/ml。如图2、图3所示。

4 结语

纳米技术为设计超灵敏的生物传感器和生物分析方法提供了很大的机会。纳米粒子在生物传感器放大和生物分子识别具有巨大的潜力及应用价值。新的纳米粒子感测技术的超强灵敏度，为常规方法检测不到的疾病标记物提供了可行性。这种高灵敏的检测方法还能够实现疾病的早期诊断或预警。纳米粒子标记物在蛋白质检测中的应用还处于起步阶段。但超灵敏的DNA检测中的应用会为蛋白质的检测提供好的起步。

参考文献：

[1]张洁，吴B，王传现，等.采用石墨烯修饰的电化学免疫传感器检测猪肉中的己二烯雌酚含量[J].中国药科大学学报，2015，06：683-685.

[2]逯岭松，刘蓓，马霄，等.电化学免疫传感器超灵敏检测髓过氧化物酶的研究[J].重庆医学，2015，36：109-111.

[3]任鹏飞，邵科峰，张洁，等.基于宽谱特异性抗体的β_2-激动剂多残留电化学免疫传感器的研制[J].食品科学，2016，08：236-238.

[4]冯德香，尉艳，黄勤安.电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用[J].分析试验室，2016，03：363-364.

[5]张瑶，蒙丽君，官菊芳，等.基于生物条形码信号放大的电化学方法检测hIgG[J].江苏农业科学，2016，02：308-311.

[6]李艳霞，陈国南.基于HRP直接标记的流感病毒H1N1电化学免疫传感器[J].分析测试学报，2015，06：701-702.

[7]董秀秀，王宇，沈玉栋，等.基于新型纳米材料的电化学免疫传感器及其在食品安全检测中的应用进展[J].中国食品学报，2015，04：136-138.

[8]刘源，吴海云，于亚平，等.快速检测水中多氯联苯含量的电化学免疫传感器设计[J].湖北农业科学，2015，18：93-95.

篇9

[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。

一、纳米的发展历史

纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

二、纳米技术在防腐中的应用

纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。

纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。

纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。

我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。

三、纳米材料在涂料中应用展前景预测据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。

由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。

在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。

纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。

纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。

四、结语

由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。

参考文献：

[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.

篇10

纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

二、纳米技术在防腐中的应用

纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。

纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。

纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。

我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。

三、纳米材料在涂料中应用展前景预测

据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。

由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。

在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。

纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。

纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。

四、结语

由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。

[论文关键词]纳米材料应用

[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。

参考文献：

[1]桥本和仁等［J］.现代化工.1996(8):25～28.