等离子纳米技术十篇

等离子纳米技术篇1

关键词:纳米材料;物理方法;化学方法

1引言

纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代,英国化学家thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。1992年,《nanostructured materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的科学。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元(bui1ding blocks),纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。本文简单综述了纳米材料合成与制备中常用的几种方法,并对其优劣进行了比较。

2纳米材料的合成与制备方法

2.1物理制备方法?

2.1.1机械法?

机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能,通过球磨让物质使材料之间发生界面反应,使大晶粒变为小晶粒,得到纳米材料。范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。xiao等利用金属羰基粉高能球磨法获得纳米级的fe-18cr-9w合金粉末。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉,尤其适用于制备脆性材料的超微粉。超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度,使相间传质和微观混合得到极大的加强,从而制备纳米材料。刘建伟等以氨气和硝酸锌为原料,应用超重力技术制备粒径20nm—80nm、粒度分布均匀的zno纳米颗粒。

2.1.2气相法?

气相法包括蒸发冷凝法、溶液蒸发法、深度塑性变形法等。蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中通过电阻加热、高频感应、等离子体、激光、电子束、电弧感应等方法使原料气化或形成等离子体并使其达到过饱和状态,然后在气体介质中冷凝形成高纯度的纳米材料。takaki等在惰性气体保护下,利用气相冷凝法制备了悬浮的纳米银粉。杜芳林等制备出了铜、铬、锰、铁、镍等纳米粉体,粒径在30nm—50 nm范围内可控。魏胜用蒸发冷凝法制备了纳米铝粉。溶液蒸发法是将溶剂制成小滴后进行快速蒸发,使组分偏析最小,一般可通过喷雾干燥法、喷雾热分解法或冷冻干燥法加以处理。深度塑性变形法是在准静态压力的作用下,材料极大程度地发生塑性变形,而使尺寸细化到纳米量级。有文献报道,φ82mm的ge在6gpa准静压力作用后,再经850℃热处理,纳米结构开始形成,材料由粒径100nm的等轴晶组成,而温度升至900℃时,晶粒尺寸迅速增大至400nm。

2.1.3磁控溅射法与等离子体法?

溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子,交换能量或动量,使得靶材料表面的原子或分子从靶材料表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。在该法中靶材料无相变,化合物的成分不易发生变化。目前,溅射技术已经得到了较大的发展,常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶液化合蒸发,蒸汽达到周围冷却形成超微粒。等离子体温度高,能制备难熔的金属或化合物,产物纯度高,在惰性气氛中,等离子法几乎可制备所有的金属纳米材料。

以上介绍了几种常用的纳米材料物理制备方法,这些制备方法基本不涉及复杂的化学反应,因此,在控制合成不同形貌结构的纳米材料时具有一定的局限性。

2.2化学制备方法?

2.2.1溶胶—凝胶法?

溶胶—凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶。stephen等利用高分子加成物(由烷基金属和含n聚合物组成)在溶液中与h2s反应,生成的zns颗粒粒度分布窄,且被均匀包覆于聚合物基体中,粒径范围可控制在2nm-5nm之间。marcus jones等以cdo为原料,通过加入zn(ch?3)?2和s[si(ch?3)?3]?2制得了zns包裹的cdse量子点,颗粒平均粒径为3.3nm,量子产率(quantum yield,qy)为13.8%。

2.2.2离子液法?

离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有独特的物理化学性质,如粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好以及具有较宽的液态温度范围等。即使在较高的温度下,离子液仍具有低挥发性,不易造成环境污染,是一类绿色溶剂。因此,离子液是合成不同形貌纳米结构的一种良好介质。jiang等以bicl3和硫代乙酰胺为原料,在室温下于离子液介质中合成出了大小均匀的、尺寸为3μm—5μm的bi2s3纳米花。他们认为溶液的ph值、反应温度、反应时间等条件对纳米花的形貌和晶相结构有很重要的影响。他们证实,这些纳米花由直径60nm—80 nm的纳米线构成,随老化时间的增加,这些纳米线会从母花上坍塌,最终形成单根的纳米线。赵荣祥等采用硝酸铋和硫脲为先驱原料,以离子液为反应介质,合成了单晶bi2s3纳米棒。

2.2.3溶剂热法?

溶剂热法是指在密闭反应器(如高压釜)中,通过对各种溶剂组成相应的反应体系加热,使反应体系形成一个高温高压的环境,从而进行实现纳米材料的可控合成与制备的一种有效方法。lou等采用单源前驱体bi[s?2p(oc?8h??17)2]3作反应物,用溶剂热法制得了高度均匀的正交晶系bi?2s?3纳米棒,且该方法适于大规模生产。liu等用bi(no3)3•5h2o、naoh及硫的化合物为原料,甘油和水为溶剂,采用溶剂热法在高压釜中160℃反应24-72 h制得了长达数毫米的bi2s3纳米带。

2.2.4微乳法?

微乳液制备纳米粒子是近年发展起来的新兴的研究领域,具有制得的粒子粒径小、粒径接近于单分散体系等优点。1943年hoar等人首次报道了将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合,可自发地形成一种热力学稳定体系,体系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圆柱形颗粒组成,并将这种体系定名微乳液

。自那以后,微乳理论的应用研究得到了迅速发展。1982年,boutonnet等人应用微乳法,制备出pt、pd等金属纳米粒子。微乳法制备纳米材料,由于它独特的工艺性能和较为简单的实验装置,在实际应用中受到了国内外研究者的广泛关注。

4结论

纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,可广泛应用于国防军事和民用工业的各个领域。它不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展,工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。但到目前为止,开发出来的产品较难实现工业化、商品化规模。主要问题是:对控制纳米粒子的形状、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;纳米材料的收集、存放,尤其是纳米材料与纳米科技的生物安全性更是急待解决的问题。这些问题的研究和解决将不仅加速纳米材料和纳米科技的应用和开发,而且将极大地丰富和发展材料科学领域的基础理论。

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等离子纳米技术篇2

关键词：化学工业纳米技术应用

在高新技术中，纳米技术、生物技术和信息技术对化学工业发展有着深远的影响，对于材料科学而言，当首推纳米技术。它不仅能推动化学反应、催化和许多单元操作的突破性的改进，而且提供了纳米多孔材料、纳米粒子、纳米复合材料、纳米传感器等新型材料以及化学机械抛光、药物可控释放、独特的去污作用等功能应用，为化工新材料发展及其应用开辟了广阔的前景。

纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。

一、化学反应和催化方面应用

化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。

纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。

二、过滤和分离方面应用

在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在Generale des EaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。

纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物―无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。

由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。

三、复合材料方面应用

在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。

以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。

四、涂料方面应用

在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶―凝胶单层(solgcl monlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。

 以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。

用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。

五、树状聚台物及去污作用

树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。

使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。

等离子纳米技术篇3

纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在＜100nm的水平上合成、处理和表征物质，这是一个涉及多门学科的广阔领域，它包含有：纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术(nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem)，如纳米电子机械系统NEMS和分子机械(m01ecularmachine)等。而纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。

一、化学反应和催化方面应用

化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。

纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。

在能源工业中，Shenhua集团公司、Hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。

二、过滤和分离方面应用

在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在GeneraledesEaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。

由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国PacificNorthwest国家试验室已经创制一类称之为SAMMS结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用SAMMS成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。

纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。

由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。

三、复合材料方面应用

在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。

以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。

一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如Nanocor公司已转产纳米粘土，每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。RTP公司已将有机粘土／尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。Triton

System公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料，开发成一种涂装材料。其它HoneyWell，Ube工业和Unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装HBP材料，Nanocor最近与三菱气体化学公司联合

制造并出售HBP包装材料。用于食品和饮料行业。Bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜，此膜的氧穿透率减少l/2，透明度和韧性有提高。近期，人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质，是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral01ig(mericsilsc5quioXanes，POSS)。Hybrid塑料公司称其可以大量生产POSS，并与塑料生产厂商和用户进行合作。

四、涂料方面应用

在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgclmonlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。

以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与Nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的，美国海洋部门采用微型凝聚(microscalengglomerate)方法，即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术，使粉体被融熔，形成涂层。拜耳公司与HansaMetallWerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线记者了解，2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。

Inframat公司用纳米涂料作为船壳防污涂料。以防止海藻、贝类附着生长。此种涂料很坚硬。但并不发脆。该公司的纳米氧化铅-氧化饮基陶瓷涂料已获得美海军部门400万美元订货，主要用于涂装潜水艇的潜望镜。应用纳米粒子技术可以制造氧化铝纳米粒子，用于地砖的抗划痕涂层。Nanogate公司为西班牙地砖制造商提供纳米粒子涂料，使之容易清洗，并还为眼镜工业提供抗划痕涂料。

用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。

五、添加剂和树状聚台物的作用

在复合材料领域中，纳米粘土和POSS已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，BertMeijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(I)endrimerbox)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopicpocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。DSM公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(PPl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向DowCorning公司和MatcrialsElectrochemicalResearch公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面。

六、树状聚台物及去污作用

树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。

使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。

七、纳米保护(nano-protection)方面应用

树状聚合物在护肤膏中作为一种反应型的组分是很有效的。此应用可以扩展到保护衣服。固定的树状聚合物层可以抗洗和耐环境气候条件变化。有一种称之为“类似树状聚合物”(Amphilicdondrimcr)，它一半是树状聚合物，另一半具有末端结构，用以在保护膜中固定活性树状聚合物。

近年来，“一些部门在研究用纳米粒子来监测和防止化学武器袭击。Nanospherc公司不久前推出一个系统，可以用来监测生物武器，如炭疽菌。该系统采用美国西北大学开发的金纳米粒子传感器。Altair纳米技术公司和西密西根大学联合开发用二氧化钛钠米粒子为基础材料的传感器，可用来监测生物和化学武器。NanosPhere材料公司开发氧化镁纳米粒子用于口罩的过滤层，因为它能杀大细菌(包括炭疽杆菌)。深圳新华元具纳米材料公司和Nucrgst公司生产银纳米粒子用于抗菌服。NanoBio公司推出一种抗菌液，可以破坏细菌孢子、病毒粒子和霉菌，它的作用是让表面张力发生爆炸性释放，而这种产品对人体组织不起伤害，现在主要用户是美国军事部门。

八、燃料电池方面应用

随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。

AP材料公司与Millennium电池公司合作执行美国军方一份合问。开发纳米级二硼化钛用于高级电池组和其它储能系统。Altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍。

有一些公司计划工业生产甲醇基燃料电池，在2004年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，Brookhaven国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂—锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为20～30nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。

等离子纳米技术篇4

关键词：纳米技术；食品工业；应用

1 纳米技术

纳米技术（nanotechnology）是在80年代末诞生并正在蓬勃发展的一种高新科技，是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。它是以现代科学（介观物理、混沌物理、量子力学、分子生物学）和现代技术（微电子和扫描隧道显微镜技术、计算机技术、核分析技术）为基础，纳米科学技术还会引发一些其他科学技术。

纳米技术的出现标志着人类科学技术已进入一个新的时代--人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平。在原子、分子的水平上，人们利用纳米技术可以设计并制造出具有各种新功能的物品或食品。食品工业中的纳米技术通过对食物原料的加工或组合，可生产出有益于人体健康或延长人体寿命的食品。

2 食品工业中的纳米技术

2.1 纳米食品

纳米食品是指运用纳米技术对人类可食的天然物和合成物及生物生成物等原料进行加工制成的粒径小于100nm的食品。经超微细加工后的食品，即可提高吸收率，又可延长保质期。如：（1）纳米钙，与常规大颗粒碳酸钙相比，经过纳米技术处理的碳酸钙超微粉，具有更强的亲水性，碳酸钙分子化学性质更活泼，从而使碳酸钙超微粉更易被人体吸收利用。（2）纳米淀粉，经过纳米技术处理的淀粉，口感更加细腻爽滑，在某些食品行业可以代替脂肪，便于生产低脂食品。（3）纳米固醇，纳米技术处理后的植物固醇，在一定温度下，将其均匀地加入到人造黄油中，即可很好的溶解于水和脂肪中。同样，通过该技术还可以在色拉油、酸奶或冰淇淋等食品中加入植物固醇。

2.2 纳米滤膜

纳米滤膜即用纳米材料做成孔径不同的孔道，以便用于分离分子结构存在微小差别的多组分混合物。

在分离玉米淀粉时，利用纳米滤膜可以将黄酮类、浓缩香菇多糖等有生物活性的功能因子进行浓缩并分离。也可运用该技术提取和分离牛乳中的免疫球蛋白，还可用于菜籽、小麦、花生、大豆、芝麻蛋白的分离提取，也可用于澄清果蔬汁。

随着纳米技术的发展，新的纳米滤膜具备了超强的过滤能力，利用成本低的纳米滤膜，不仅可以直接净化水源、清除环境污染，还可将海水净化为饮用水。

2.3 纳米抗菌材料

纳米抗菌材料具有杀死和阻止细菌发育，防止各种微生物生长的功能。其核心成份是抗菌剂，同时具备抑菌和杀菌双重功效，而且抗菌作用的持久性和安全性更强。利用此特性，用纳米材料做成的冰箱可以抗菌，并可延长食品的保藏期限；利用纳米材料做的无菌餐具也已面世。

根据纳米抗菌材料对微生物的作用机理不同可分为两类：一类是光催化半导体材料，利用光催化作用与H2O或OH-反应生成一种具有强氧化性的羟基而杀死病毒。如纳米氧化锌、二氧化钛等材料。另一类是抗菌活性金属材料，如银系无机抗菌材料，其利用Ag+可使细胞膜上的蛋白失活而杀死细菌；将纳米抗菌材料制成的纳米涂料涂在食品企业的加工车间、原料库、成品库、贮藏库、装运箱等的内、外表面上，能阻止油污、水及灰垢的存留，从而防止外界对食品的污染。

2.4 纳米包装材料

某研究所的研究人员在聚合釜中加入纳米级的有机蒙脱石与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）单体，成功地制成了纳米塑料。添加少量纳米蒙脱石粒子，PET耐热性、强度和阻隔性就会发生明显地改变，但透光性不变，并且热变形温度会提高3℃，有利于在啤酒灌装过程中进行高温巴氏消毒。实验证明，装在纳米塑料瓶中保存了半年之后的啤酒，其口味与新鲜啤酒口味几乎相同。检测表明，用纳米塑料容器盛装的肉类、酒类、饮料类和奶酪制品的保质期可达30个月；而用普通塑料瓶包装的啤酒，其保质期仅为1个月。

2.5 纳米紫外线屏蔽材料

紫外线杀菌技术可应用于食品工业，但是高能量的紫外线照射后，有时会破坏食品中的维生素和芳香化合物，有时会引起食品中的油脂氧化、高分子材料老化、色素分解等成份的改变，从而导致食品腐败变质。因而，将纳米无机超微粒子紫外线吸收剂（氧化锌、氧化铁、二氧化钛等）添加到包装材料中，可以取代目前食品工业中紫外线杀菌方法，如将0.1～0.5%的纳米二氧化钛添加到食品包装材料中，即可使食品保鲜，又可避免紫外线对食品的破坏作用。

2.6 在食品检测中的应用

在食品的储存、加工和运输过程中，生物性污染和化学性污染是引起食品腐败变质的主要因素，因而，食品行业急需高效、快速、简便的食品检测手段。

某大学的研究人员研制出一种生物纳米传感器，可用于农场、食品加工厂甚至消费者。是将计算机硅晶片与生物蛋白相结合，用于检测并标记食品中化学污染物及病毒。整套传感器不仅具有很高的敏感度，而且还具有简单的生物计算机功能。因此它既可以检测食品中的生物或化学污染物，还可以处理及存储相关数据。

3 结束语

食品工业中的纳米技术，在我国还处于基础研究和应用研究阶段，但是它己渗透到食品工业的各个领域。随着纳米科技的发展，即将出现一场新的食品工业革命，在带给人们营养、建康的纳米食品的同时，也会引起人们生活方式和饮食结构的巨大变化。

参考文献

[1]纳米科技与产业.新材料产业，2002（6）.

[2]李彦峰，汪斌华等.纳米无机抗菌材料抗菌性能研究[J].化工新型材料，2002（6）.

[3]张立德.纳米材料的主要应用领域[Z].中科院纳米科技网，2002.

等离子纳米技术篇5

关键词：纳米技术；食品科学；纳米食品

中图分类号：F416文献标识码： A

一．引言

纳米技术属于新型交叉性学科，属于同应用开发技术密切相关的高新技术。纳米技术在多种科学领域中得到广泛应用，并逐渐成为社会发展的重要支柱产业。随着纳米技术逐渐成熟，开始被应用到食品科学中。

二．纳米技术的含义

纳米技术（nanotechnology）是在80年代末诞生并正在蓬勃发展的一种高新科技，是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。它是以现代科学（介观物理、混沌物理、量子力学、分子生物学）和现代技术（微电子和扫描隧道显微镜技术、计算机技术、核分析技术）为基础，纳米科学技术还会引发一些其他科学技术。纳米技术即在1-100mm范围中研究物质反应与结构，并进行纳米结构检测的新型技术，纳米技术为生物制药与生命科学的研究提供了高效的研究方式，当物质粒度达到纳米级别之后，其化学性质与物理性质会发生变化，这就是“纳米效应”。“纳米效应”包括量子尺寸效应、小尺寸效应、界面效应与表面效应等内容，纳米技术有着十分广泛的影响面，能够向不同的领域中渗透，并带动能源产业、信息技术以及食品科学等学科的发展。科学家发现，当物质小到1 ～100纳米时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，物质的很多性能将发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，又不同于单个孤立原子的奇异现象（白春礼，2001）。即在原子、分子及纳米尺度上，物质表现出极其新颖的物理、化学和生物学特性，该特性能被人类学习、掌握、控制和利用，从而使得人类社会现存的一切发生翻天覆地的变化。

三.食品科学中的纳米技术

1.纳米食品

纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术的食品。纳米食品有广义和狭义之分，从广义来说，在食品生产加工和包装中，利用了纳米技术的都可以称为纳米食品；从狭义来说，只有对食品成分本身利用纳米技术改造和加工的产品，才称得上是纳米食品。纳米食物就是用纳米技术处理其中的营养成分，让人根据需要来控制这些成分何时起作用的食品。例如用特殊的纳米外衣把各种口味或各种营养的成分包裹起来，纳米外衣不会受消化系统影响，但人却能控制纳米外衣何时打开，把包裹的成分释放出来。

纳米食物还可以让同样的食物在不同人口里出现不同的味道。例如同样一块蛋糕，喜欢甜食的人感觉蛋糕是甜的，喜欢烤肉味的人感觉蛋糕是一块烤肉，而喜欢泡椒味的人则感觉蛋糕像是泡椒凤爪……这是因为蛋糕里有各种各样口味的成分，但这些成分都是被纳米外衣包裹起来的，在吃之前，人可以根据自己的口味对蛋糕进行激发，例如冷冻一下，蛋糕是甜味，常温下蛋糕是烤肉味，而加热一下，蛋糕是泡椒味。温度是一种激发方式，当然还有电磁波等其他激发方式。

2.纳米技术在食品工业中的应用

（1）纳米滤膜

纳米滤膜即用纳米材料做成孔径不同的孔道，以便用于分离分子结构存在微小差别的多组分混合物。在分离玉米淀粉时，利用纳米滤膜可以将黄酮类、浓缩香菇多糖等有生物活性的功能因子进行浓缩并分离。也可运用该技术提取和分离牛乳中的免疫球蛋白，还可用于菜籽、小麦、花生、大豆、芝麻蛋白的分离提取，也可用于澄清果蔬汁。随着纳米技术的发展，新的纳米滤膜具备了超强的过滤能力，利用成本低的纳米滤膜，不仅可以直接净化水源、清除环境污染，还可将海水净化为饮用水。

（2）纳米抗菌材料

纳米抗菌材料具有杀死和阻止细菌发育，防止各种微生物生长的功能。其核心成份是抗菌剂，同时具备抑菌和杀菌双重功效，而且抗菌作用的持久性和安全性更强。利用此特性，用纳米材料做成的冰箱可以抗菌，并可延长食品的保藏期限；利用纳米材料做的无菌餐具也已面世。根据纳米抗菌材料对微生物的作用机理不同可分为两类：一类是光催化半导体材料，利用光催化作用与H2O或OH-反应生成一种具有强氧化性的羟基而杀死病毒。如纳米氧化锌、二氧化钛等材料。另一类是抗菌活性金属材料，如银系无机抗菌材料，其利用Ag+可使细胞膜上的蛋白失活而杀死细菌；将纳米抗菌材料制成的纳米涂料涂在食品企业的加工车间、原料库、成品库、贮藏库、装运箱等的内、外表面上，能阻止油污、水及灰垢的存留，从而防止外界对食品的污染。

（3）纳米紫外线屏蔽材料

紫外线杀菌技术可应用于食品工业，但是高能量的紫外线照射后，有时会破坏食品中的维生素和芳香化合物，有时会引起食品中的油脂氧化、高分子材料老化、色素分解等成份的改变，从而导致食品腐败变质。因而，将纳米无机超微粒子紫外线吸收剂（氧化锌、氧化铁、二氧化钛等）添加到包装材料中，可以取代目前食品工业中紫外线杀菌方法，如将0.1～0.5%的纳米二氧化钛添加到食品包装材料中，即可使食品保鲜，又可避免紫外线对食品的破坏作用。

（4）纳米技术在食品检测中的应用

随着计算机技术的飞速发展，使得纳米传感器技术也得到了惊人的发展，并已在食品安全监测中得到广泛的应用。所谓纳米生物传感器技术，采用选择性结合靶分子的生物探针，对食品进行安全监测的技术。因为，纳米材料本身就是非常敏感，对于不均匀的生物与化学物质反应灵敏，将纳米技术与生物学、计算机技术、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件，并提高食品安全监测效率。例如与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加简便、高效的纳米生物传感器。近年来，人们通过纳米生物传感器技术可以实现对食品安全、临床诊断与治疗的快速、有效、灵敏地检测。例如，在传统的检测领域，尤其是监测微量细菌时需要扩增或富集样本中的目标菌，从而无形中增加监测步骤，同时过程繁琐而费时费力，然而，利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器，不仅能够大大减少检测所需的时间，还可以提高检测的灵敏度，进而提高监测效率与精确度。

3.食品科学中纳米技术应用带来的问题

2009年，厦门市第一医院肠胃科出现了大量因服用商家声称的以纳米技术加工而成的纳米珍珠粉而造成的肠胃型疾病病人。其原因主要是听信商家对于珍珠粉美白养颜功能的宣传而食用。可见，纳米材料本身具有的独特优点使得它们越来越被人们所认同，但其未知特性造成的安全隐患以及人们对其特性缺乏普遍认知而易被欺骗的问题也越来越明显。一方面，威胁不仅来源于物理层面也存在于化学层面上。人类和纳米材质密切接触（包括住房的涂料、化妆品和衣服）后，会不会发生无法预知的生物效应，从而有更多的对人体有害的物质产生（比如铝在常态下无毒性，而在纳米状态下和空气接触后就会有毒性），也需要进一步的研究。另一方面，消费者对于自己所接触的纳米产品的性能和可能存在的风险的知情权的保护也需加大力度。因为只有更多地了解了纳米产品的特质，消费者辨别纳米物质、保护自身权利的能力才能提高。这些问题都是由于我国并不健全的纳米产品市场准入和技术标准体系造成的，因此，国家应逐步完善健全这些标准体系，从而保证纳米产品市场的纯洁性和安全性。

四．结束语

在食品科学中，纳米技术的应用能够改变食品原油结构，产生多种多样的新型食品，从而改善人们的饮食结构，保障人们的健康生活。同时，由于食品科学中纳米技术有待进一步验证对人体的有害性，在食品应用中，要妥善处理，避免造成人身伤害事故发生，从而保障食品安全。

参考文献：

[1]李倩,刘晨光.纳米技术在食品科学中的应用研究进展[J].中国农业科技导报,2009,11(6):24-29.

[2]宋冠岐.基于食品科学中纳米技术的研究[J].山西青年（下半月）,2013,(12):183-183.

等离子纳米技术篇6

关键词：纳米 纳滤膜 光催化氧化技术

纳米科技研究在0.1～100 nm尺度范围内物质具有的特殊 性能及如何利用这些性能［1］。广义上，纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达 到纳米尺度范围或以它们为基本单元所构成的材料。纳米材料在机械性能、磁、光、电、热 等方面与普通材料有很大的不同，它具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性。许多科学家研 究了纳米材料的这些特性及其对水体中的某些污染物的作用，表明纳米科技 可能将使水处理技术发生突破性的变化。

1　纳米TiO2光催化氧化技术

1.1　原理和特点

自1976年J.H.Cary等人［2］报道了在紫外光照射下纳米TiO2可以使难降解的 多氯联苯脱氯以来，迄今已发现有数百种有机污染物可通过光催化处理。其作用原理［3］是，在紫外光照射下，纳米TiO2表面会产生氧化能力极强的羟基自由基(·OH)，使水中 的有机污染物氧化降解为无害的CO2和水。纳米TiO2光催化氧化技术的优点是： ①降解速度快，一般只需几十分钟到几小时即可取得良好的废水处理效果；②降解无选择性 ，几乎能降解任何有机物，尤其适合于氯代有机物、多环芳烃等；③氧化反应条件温和，投 资少，能耗低，用紫外光照射或暴露在阳光下即可发生光催化氧化反应；④无二次污染，有 机物彻底被氧化降解为CO2和H2O；⑤应用范围广，几乎所有的污水都可以采用。

1.2　试验研究情况

(1)有机磷农药废水处理。20世纪70年展起来的有机磷农药占我国农药产量的80%以上 ，其生产过程中有大量的有毒废水产生。目前对有机磷农药废水的处理多采用生化法，处理后废水中有 机磷的含量仍然高达30 mg/L，迄今尚无理想的解决办法。据报道［4］，采用纳米TiO2*.SiO2负载型复合光催化剂，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有机磷农药在其 表面迅速富集，随光照时间的延长，有机磷农药的光解率逐渐升高，光照80 min，试验用敌 百虫已完全降解。

(2)毛纺染整废水处理。把表面 涂覆有纳米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反应器内，通过潜水泵使废水在反应器内循环进 行光催化氧化处理［5］。由于纳米TiO2具有巨大的比表面积，与废水中的有机物 接触更为充分，可将它们最大限度地吸附在其表面，并迅速将有机物分解成CO2和H2O， 处理效果优于生物处理和悬浮光催化氧化处理，COD去除率和脱色率均较高。催化剂能连续 使用，不需要分离回收，便于工业应用。

(3)氯代有机物废水处理。日本东京大学野口真用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合进行水 的净化处理［6］。在模拟废水处理的试验中，以16 mg/L 3-氯-酚的水溶液为模 拟废 水，分别采用纳米TiO2光催化剂与臭氧联合、单独用光催化剂纳米TiO2和单独用O3三 种方法对其进行处理。纳米TiO2光催化剂与臭氧联合处理2 h后，3-氯酚的残留浓度已为0 ，效果明显高于其他两种方法。用内表面涂覆纳米TiO2光催化剂的陶瓷圆管处理5.5 mg/ L苯酚和三氯乙烯水溶液的试验表明，苯酚在1.5 h后完全分解，三氯乙烯也在2 h内完 全分解。

(4)含油废水处理。含油废水中所含的脂肪烃、多环芳烃、有机酸类、酚类等有机物 很难降解，使用纳米TiO2，利用 其光催化降解功能，可以迅速地降解这些有机物［7］。

1.3　应用前景

纳米TiO2光催化氧化技术在彻底降解水中的有机污染物和可以利用太阳能等方面有着突 出的优点，特别是当水中的有机污染物浓度很高或用其他方法难以处理时，具有更明显的优 势， 是其他传统方法无法比拟的，尤其是近年来高效率的光催化剂、纳米粒子负载和金属掺杂、 光电结合的催化方法以及太阳能技术的研究开发，使纳米TiO2光催化氧化应用于水处理领 域有着良好的前景。目前，日本、美国、加拿大等国家已尝试把纳米TiO2光催化氧化技术 用于水处理，但大都处于实验室研究阶段，关于工业规模的应用开发鲜有报道。如何尽快实 现工程化，有待各相关领域的研究人员进一步努力。

2　纳滤(米)膜技术

2.1　原理和特点

膜分离是利用膜对混合物中各组分的选择渗透作用性能的差异，以外界能量或化学位差为 推动力对双组分或多组分混合的气体或液体进行分离、分级、提纯和富集的方法。膜孔径处 于纳米级，适宜于分离分子量在200～1000，分子尺寸约为1 nm的溶解组分的膜工艺被 称为纳滤(NF)。NF膜分离需要的跨膜压差一般为0.5～2.0 MPa，比用反渗透膜达到同样的 渗透能量所必需施加的压差低0.5～3 MPa。根据操作压力和分离界限，可以定性地将NF排 在反渗透和超滤之间，有时也把NF称为"低压反渗透"或"疏松反渗透"。20世纪70年代J. E. Cadotte研究NS-300膜，即为研究NF膜的开始［8］。当时，以色列脱盐公司用" 混合过滤"(Hybrid Filtration)来表示介于反渗透与超滤之间的膜分离过程，后来美国的F ilm*.Tech公司把这种膜技术称为纳滤，一直沿用至今。之后，NF发展得很快，膜组件于80 年代中期商品化。目前，NF已成为世界膜分离领域研究的热点之一。

NF分离是一种绿色水处理技术，在某些方面可以替代传统费用高、工艺繁琐的污水处理方 法。其技术特点是：能截留分子量大于100的有机物以及多价离子，允许小分子有机物和单 价离子透过；可在高温、酸、碱等苛刻条件下运行，耐污染；运行压力低，膜通量高，装置 运行费用低；可以和其他污水处理过程相结合以进一步降低费用和提高处理效果。在水处理 中，NF膜主要用于含溶剂废水的处理，能有效地去除水中的色度、硬度和异味。NF膜以其 特殊的分离性能已成功地应用于制糖、制浆造纸、电镀、机械加工以及化工反应催化剂的回 收等行业的废水处理。

2.2　试验研究及应用情况

(1)日用化工废水处理。用NF膜处理日用化工废水的应用研究表明［9］，NF膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，不存在膜污染问题。据估计，由于NF膜的 运行费用低于反渗透技术，对有机小分子有良好的脱除率，可能会覆盖90%以上的日用化工 废水处理。

(2)石油工业废水处理。

石油工业废水主要包括石油开采和炼制过程中产生的含各种无机盐和有机物的废水，其成分 非常复杂，处理难度大。采用膜法特别是NF法与其他方法相给合，既可有效处理废水还可以 回收有用物质。例如，先用NF膜将原油废水分离成富油的水相和无油的盐水相，然后把富油 相加入到新鲜的供水中再进入洗油工序，这样既回收了原油又节约了用水。以前多采用反渗 透 和相分离结合的方法处理石油工业废水，但存在着膜污染严重的问题，如果在反渗透前加一 NF膜，就可以解决膜污染的问题。石油工业的含酚废水中主要含有苯酚、甲基酚、硝基酚以 及各类取代酚，此类物质的毒性很大，必须脱除后才能排放，若采用NF技术，不仅酚的脱除 率可达95%以上，而且在较低压力下就能高效地将废水中的镉、镍、汞、钛等重金属高价离 子脱除，其费用比反渗透等方法低得多［10］ 。

(3)杀虫剂废水处理。一般的水处理方法不能除去污染水中的低分子有机农药。通过研究NF膜对不含酚杀虫剂的截留性能［11］，发现除了二氯化物以外，其他杀虫剂的截留 率均高于96.7%，所有杀虫剂在NF膜上的吸附能力均受其疏水性的影响。采用NF处理含有酚 类杀虫剂的废水也十分有效。

(4)化纤、印染工业废水处理。NF可以用于印染过程排水中染料及助剂的脱除和回用。处 理染料聚合浆料时，由于大多数染料的分子量在几百到几千，NF膜可以让一些无机盐或小分 子通过，而对较大的染料分子进行截取，粗染料浆液经NF系统后，染料可以富集，而无机盐 的浓度下降，脱盐率大于98%，染料损失率小于0.1%，而且可以在高温下运行。此外，NF还 可以用于纤维加工过程中的含油废水的处理及回收再利用［12］?。

(5)生活污水处理。采用常用的生物降解和化学氧化相结合的方法处理生活污水时，氧化 剂的消耗很大，残留物多。如果在它们之间增加一个NF系统，让能被微生物降解的小分子( 分子量小于100)通过，不能生物降解的有机大分子(分子量大于100)被截留下来经化学氧化 后再生物降解，这样就可以充分发挥生物降解的作用，节省氧化剂或活性炭的用量，降低最 终残留物的含量［13］ 。

(6)热电厂二次废水的治理及回收利用。热电厂的二次废水主要来自冲灰、除尘及冷却系统，此类废水中含有大量的悬浮固体、灰份 及高含量的盐份和部分有机物。利用NF可以把这一类废水处理成工业回用水。首先用微滤除 去水中的全部悬浮颗粒，质量分数为99%的BOD、98%的COD、73%的总氮和17%的总磷，同时将 水中的菌落总数降到3～4个/L，然后加酸降低pH以除去CO2，最后再经NF脱盐，达到锅 炉用水的质量。澳大利亚太平洋热电厂的Eraring发电站目前已用NF对此类废水进行处理， 每天处理1 000～15 000 m3废水，既减轻了市政供水系统的负荷，每年又可为热电厂节约 操作费用80万美元。该热电厂准备扩大发电规模，用水量也相应增大，估计到2010年，处理 此类废水量将达5 000 m3/d，效益极其可观［14］?。

(7)酸洗废液处理。钢厂的酸洗工序是将钢材浸入质量分数为20%左右的硫酸酸洗槽中进行 酸洗。随着酸洗的进行，硫酸浓度逐渐降低，硫酸亚铁浓度不断增高，当溶液中硫酸的质量 分数降至6%～8%、生成的硫酸亚铁浓度超过200～250 g/L时，酸洗速率下降，必须更 换酸洗液，排放酸洗废液。酸洗好的钢材必须用清水进行冲洗以除去表面的酸性物质，又造 成了废酸水的外排。为了保护环境，节约资源，可采用NF工艺处理酸洗废液。利用NF膜对硫酸和硫酸亚铁截留率的不同，先将硫酸亚铁截留在浓缩液中，然后将浓缩液送入冷却结晶罐， 冷却结晶出FeSO4·7H2O；透过液再经能截留硫酸的另一NF膜组件，截留后浓缩为20%的 硫酸，再生酸液回收利用，透过液则排至废酸水站，进一步处理排放或回收。这一工艺回收 了硫酸和硫酸亚铁，同时实现了酸洗废液的回收综合利用和废酸水达标排放的目的［15］ 。

(8)造纸废水处理。采用NF膜技术替代传统的化学处理 法能更为有效地除去深色木质素。木浆漂白过程产生的氯化木质素 是带负电的，容易被带负电性的NF膜截留，并且对膜不会产生污染。另外，因为整 个处理过程中对阳离子(Na+)的脱除率并没有严格要求，采用反渗透技术就显得没有必要 。采用超滤/纳滤处理牛皮纸制造废水有很好的效果［16］ 。

2.3　前景

NF膜对水中分子量为几百的有机小分子具有分离性能，对色度、硬度和异味有很好的去除 能力，并且操作压力低，水通量大，因而将在水处理领域发挥巨大的作用。目前，在NF膜 的制备、表征和分离机理方面，还有大量的技术问题需要解决，尚需要开发廉价而性能优良 的膜，并能提供给用户各种准确的膜性能参数，这些都是纳滤技术在废水处理及其他应用中 的关键。

3　可用于水处理的其他纳米技术

除了纳米TiO2和NF技术之外，还有许多其他纳米技术也可用于水处理［17］。例 如，一些废水中含有贵金属金、钌、钯、铂等对人体非常有害的物质，其排放不仅污染环境， 也是对资源的浪费，采用纳米技术可以将废水中的贵金属完全提炼出来，变害为宝。一种新 型的纳米净水剂具有很强的吸附能力和絮凝能力，是AlCl3的10～20倍，可以将废水中 的悬浮物完全吸附并沉淀下来。采用纳米磁性物质，能有效地去除水中的铁锈、泥沙等污染物和 异味

4　结语

纳米科技是一门新兴的学科，其在水处理中的应用才刚开始，但已初显端倪。可以预见 ，随着研究工作的不断深入和实用化水平的提高，纳米水处理技术 将在21世纪得到发展，并对解决全球性的水荒和水体污染问题起到十分重要的作用。

参考文献

1　张立德，牟季美.纳米材料和纳米结构.北京：科学出版社，2001.2

2　高铁，钱朝勇.TiO2光催化氧化水中有机物进展.工业水处理，2000，20(4)：10～13

3　D Y Goswami.A review of engineering developments of aqueous phase solar photocatalytic detoxification and disinfection processes.Journal of Solar Engineering,1997,119(3):101～107

4　张新容，杨平，赵梦月.TiO2-SiO2/beads降解有机磷农药的研究.工业水处理，20 01，21(3)：13～15，39

5　孔尚梅，康振晋，魏志仿.TiO2膜太阳光催化氧化法处理毛纺染整废水.化工环保，2 000，20(1)：11～14

6　黄汉生.日本TiO2光催化剂的应用进展.工业用水与废水，2001，32(2)：55

7　于亮.纳米TiO2光催化剂的制备与性能研究:［学位论文］.北京：北京化工大学，20 00

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12 May?Britt? H?gg.Membranes in chemical processing.Separation and Purif ication Methods,1998,27(1):51～168

13 宋玉军，刘福安，杨勇，等.纳滤膜的制备及应用技术研究进展.化工科技，1999，7( 3):1～7

14 "Masson? M,Deans G.Membrane filtration and reverse osmosis purification of sewage:Secondary effluent for reuse at Eraring power station.Desalination,1996,106(1-3):11～15

15 万金保.纳滤膜处理酸洗废液新工艺.膜科学与技术，2000，20(3)：59～61

等离子纳米技术篇7

扫描探针显微镜,其探针可以沿样品表面逐点扫描,针尖能随样品的高低起伏作上下运动,用光学方法测量针尖的运动,就可以得到分子的图像。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结构改变,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具———光学相干层析术(OCT)已研制成功,OCT的分辨率可达纳米级,较CT和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀死活细胞。通过应用纳米技术,在DNA检测时,可免去传统的PCR扩增步骤,快速、准确。美国NASAAmesCen-terforNanotechnology与中南大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作,将碳纳米管用于基因芯片,可以在单位面积上连接更多的更高,样本需要量低于1000个NDA分子(传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子);需要的样品量更少,可以免去传统的PCR扩增步骤;结果可靠,重复性好;操作简单,易实现检测自动化。其基本原理是:连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交捕获特异性的靶DNA或RNA,靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极,电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。国外在80年代末开始着手研究超顺磁性氧化铁超微颗粒的研究,90年代把这种造影剂应用于临床。

其技术要点是:制备出高顺磁性氧化铁纳米颗粒,在其表面耦连肝癌组织靶向性物质(如肝肿瘤特异性单克隆抗体、肝肿瘤细胞表面特异性受体的配体)制成特异性的MRI造影剂。我国科学家也成功开发了应用超顺磁氧化铁脂质体纳米粒进行肝癌诊断的技术,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤,还能发现更小的肝转移癌病灶。目前不加造影剂的磁共振检查能发现直径1.0cm的肝癌病灶,因此该成果大大提高了肝癌早期诊断的敏感性。国家863资助课题“纳米复合包裹生物微系统制备、超声造影和控制释药”,研制了纳米包膜微米微泡超声造影剂与包裹药物和气体的微球,造影后对比效果明显增强,有利于疾病的早期诊断和鉴别诊断。目前利用磁性纳米分离癌细胞在动物实验上已获得成功。其方法是:在直径为50nm的Fe3O4纳米粒表面包覆聚苯乙烯,将特异抗体连接其上,此抗体全只与骨髓中的癌细胞结合。因此,利用磁性分离技术装置很容易将癌细胞从骨髓中分离出来,分离率达99.9%以上,其意义重大。肿瘤切除术后加放疗,为目前肿瘤治疗的一种方案,但放疗的同时也会使正常细胞受到伤害,尤其是杀伤骨髓细胞,从而产生造血功能障碍,因此在放疗前将骨髓抽出,并分离出肿瘤细胞,将极大的提高放疗的疗效。

二、在治疗技术方面的应用

纳米生物材料可以作为基因治疗药物携带材料或靶向材料。通过纳米材料的筛选、纳米粒径的控制及靶向物质的加载,可大大提高药物载体的靶向性,降低药物的毒副作用。用于研究的模型药物包括阿霉素(ADM)、米托蒽醌和单克隆抗体以及近年来迅速发展的反义药物。我们可将药物包埋在纳米粒内部,也可吸附或偶联在其表面,通过血管内注射纳米粒后,纳米粒主要被网状内皮系统吞噬,肝脏中有数目众多的网状内皮细胞,且位置固定,因此药物能在肝内聚集,然后逐步放入血液循环,使肝脏药物浓度增加,对其他脏器不良反应减少,对肝脏有被动靶向作用;当纳米粒足够小(100~150mm)便可逃过kupffer细胞的吞噬,可将其表面覆以特殊包被后,靠其连接的特异性抗体等物质定位于其他靶向器官发挥作用。

肿瘤基因治疗是近年来基因治疗和肿瘤治疗领域内研究的热点,肿瘤基因治疗的方法主要有:①肿瘤抑制基因疗法;②肿瘤免疫基因疗法;③“自杀”基因疗法;④耐药基因疗法;⑤其他基因疗法。尽管基因治疗在基础研究取得很多成绩,然而临床试验研究的结果尚不令人满意。造成这种现象的原因是多方面的。这些问题主要有:①肿瘤基因治疗缺乏靶向性;②基因转移载体的效率、安全性及容量等问题;③绝大多数治疗方案目的基因只有一个。传统的DNA传递系统分为病毒载体介导系统和非病毒载体介导系统。病毒性载体在体内、体外均有高效表达,但是病毒性载体具有抗原性,体内应用诱导免疫反应和炎症反应;而且病毒性载体有可能将外源性病毒基因插入人的基因组中,引起严重的毒副作用。非病毒性载体一般不会造成基因的永久表达、无抗原性、体内应用安全;组成明确,易大量制备,但传递效率低。研制具有高效转染、安全低毒和器官甚至肿瘤细胞特异性的基因载体已成为制约基因治疗药物发展的瓶颈。纳米技术的出现为解决基因转移载体提供了新的思路。采用纳米载体转运核苷酸有很多优越性:①有助于核苷酸高效率转染细胞;②能够靶向定位输送核苷酸;③能有效保护核苷酸,防止体内生物酶的降解;④无机纳米粒本身具有杀伤癌细胞的作用,且对正常细胞无损害。纳米生物材料亦可应用于制造各类组织的支架(如血管、气管、输尿管、韧带与肌腱),组织工程用支架材料,内固定件,骨组织缺损修复材料。卫生部纳米生物技术重点实验室与美国合作开发的具有自塑能力的可吸收注射型纳米骨浆,已在美国、中国等多个国家开展临床实验,疗效显著,该纳米骨浆具有高度生物相容性且无致热源性。

卫生部纳米生物技术重点实验室还与美国匹滋堡大学组织工程中心合作,已开始出骨组织工程纳米生物活性材料,该材料由氨基酸及其他无毒的生物活性物质构成(如:葡萄糖、甘油、胶原蛋白、聚二醇等),采用国际上称为“绿色化学”技术进行合成。并且材料中含有骨生长因子可促进新骨的生成及骨组织功能的恢复,从而缩短骨修复周期,增强再造骨的功能,提高再造骨的质量,而且可以修复大面积的骨缺损。同时在成骨过程中,纳米材料亦可作为填充物质和骨生长因子的载体起着桥梁的作用。伴随着新骨的生长,生物材料逐步降解,待新骨形成时,纳米材料将被组织安全吸收。该材料的下一步开发计划是使材料携带骨生长因子基因,纳米材料既作为填充物质,又是基因转染的载体。纳米机器人是几百个原子、分子组成的颗粒,尺寸只有几十个纳米,表面活性很大,可进入血管中。科学家设想将这些机器人放在血液、尿液和细胞介质中工作,例如可以专门清除血管壁上的沉积物、疏通脑血管中的血栓。

等离子纳米技术篇8

与传统光学不同的是，由光学与微电子、微机械、纳米技术互相融合、渗透、交叉而形成的前沿学科――微纳光学，变革了传统光学与技术的发展路线。这门新兴的交叉学科在信息、能源、生命、环保、宇航、国防等领域均已产生新的重要应用。在我国，微纳光子学的发展也日益受到重视，未来发展前程似锦。

1996年，付永启博士毕业。近20年过去，付永启一直没有离开过微纳光学研究领域，在他看来，尽管微光学似乎看不见，摸不着，但从人们的生活乃至国家的高尖端科学都离不开它。这正是它的魅力所在。

“微纳光子虽小，照亮我们未来的路”

1994年，付永启在中国科学院长春光学精密机械与物理研究所攻读博士学位，“当时是跟导师一起做国家航天项目中的一个子项目――‘动态目标发生器’的研究，我主要负责曲面光刻的研究。”那是他接触到微光学并逐渐对微光学元器件的设计制作产生兴趣的开始。

在博士后研究阶段，付永启又接着在衍射光学元件的设计制作方面开展了深入研究。随后为了开阔视野、提升研究能力，付永启于1998年赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心作研究员，借助当地优越的软硬件条件继续深入开展微光学以及后期纳米光学领域的研究工作。

从此，一个崭新的世界――纳米光学这个交叉领域逐步在他面前展开。

正如他所说的“学得越多就会发现自己不懂的东西越多”，在学习和研究过程中，他觉得不应该囿于领域，萌生了走出国门看看的念头。1998年，他选择赴新加坡南洋理工大学精密工程与纳米技术中心做研究员。后来，又通过那里获得了在麻省理工学院作访问学者的机会。

通过与科研院所及工业界的合作，付永启开展了多个横向和纵向项目研究，接触到了微电子、微机电系统（MEMS）、微纳加工、纳米计量及生化分析等多学科领域的知识，先后完成了多项重大研究课题，并取得了许多创新性成果。

借助于国外较好的软硬件条件，付永启快速提高了独立开展科研工作的能力。东西方文化在他身上相遇，已经不再是形式的混体，而是精神层面的和平融合，使得付永启的治学态度里，囊括了中国智慧的通达以及西方思想严密的逻辑性，在这种态度的指引下，他对科研工作有了更深层次的认识，同时对科学研究也更加热爱。

2001年，付永启将目光专注到了一种新的微纳光学元件一步加工制作方法―聚焦离子束制作技术上，经过两年的反复研究、实验，终于获得成功并使该技术逐渐走向成熟。

付永启利用纳米加工技术实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化，即利用聚焦离子束技术直接一步将微光学元器件甚至纳米光子元器件与光电子器件（如半导体激光器、光导纤维等）集成于一体，从而达到直接控制光束的目的。这一技术摆脱了传统的采用离散光学元件对激光束进行准直或聚焦的方法，不但减少了光学系统的元件数，而且节省了空间，更容易实现系统的轻量化和小型化，对微系统的开发具有重要意义。

同时，他还发现了两种材料，它们在聚焦离子束轰击下具有材料自组织成型特性，该特性可直接用于微光学元件的结构成型。以该技术为基础，能够制作出几种特定的微光学元件，包括微正弦光栅、微闪耀光栅等。

此外，付永启还利用聚焦离子束直接写入法和辅助沉积法成功实现了微光学元件与光电子元/器件的集成一体化；也就是说，该集成一体化既可以采用基于聚焦离子束去除材料的方法实现，也可以利用材料生长的方法来得到。从而为光学系统的小型化、微型化、平面化提供了制作技术保障。该集成一体化元/器件已经广泛应用于生命科学、生化、通信、数据存储等领域，至今仍在应用，还没有其他方法能够替代。

值得一提的是，聚焦离子束技术在微电子行业的广泛应用，大大提高了微电子工业上材料、工艺、器件分析及修补的精度和速度，目前已经成为微电子技术领域必不可少的关键技术之一。同时，由于它集材料刻蚀、沉积、注入、改性于一身，有望成为高真空环境下实现器件制造全过程的主要加工手段。

“研究要服务社会，我们要瞄准国家重大需求”

“在国外更能体会到‘国家’两字的真实内涵，真心希望自己的祖国能够早日强大。当2008年北京奥运会开幕式上播放出《我的祖国》这首歌时，激动的心情难于言表，内心百感交集。” 付永启感慨道。2007年，付永启放弃国外优越的待遇和生活，带着累累硕果和先进理念回国，先后受聘于中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室和电子科技大学物理电子学院。

“刚回国时想有一个属于自己独立的科研小组和相对宽松的科研环境，在这种环境中能静下心来实际做点科研，希望能从科研工作和培养学生方面体现出自身的价值所在。科学研究最终是要服务社会的，而具体的应用领域要瞄准国家的重大需求。”付永启是这样说的，也是这样做的。

在学校和所在团队的支持下，付永启在纳光子结构、元器件及其应用方面取得多项国家自然科学基金项目的资助。提出了两种基于纳金属结构的超分辨透镜，该透镜可方便地通过聚焦离子束技术一步制作出来，其光学表征可利用近场扫描光学显微镜实现；基于表面等离子体极化用于生化免疫分析：设计和制作了菱形纳金属颗粒，并成功地用于老年痴呆症（ADDL）以及SEB病毒素的测试；有源及无源光电子器件与衍射光学元件的集成；基于聚焦离子束技术的微光学元器件的一步制作技术的开发和拓展；基于纳光子器件微探头的纳米计量系统的概念设计：提出利用纳光子超透镜微探头并结合激光多普勒外差干涉技术实现纳米缺陷的动态在线检测，该内容已获得美国专利授权。

研究工作的创新点主要体现在微光学元件的加工制作技术上，国际上首创采用聚焦离子束技术直接一步加工和制作微小光学元件，具体包括微型衍射、折射、折衍混合、柱面、及椭球面透镜等。这一创新技术解决了一些常规微光学元件制作方法难以实现的微光学元器件集成一体化问题，为光学系统紧凑化和小型化，以及微光学系统的研究开发提供了一条新的有效途径。

如果把才华比作剑，那么勤奋就是磨刀石。付永启和课题组成员付出了超乎寻常的努力，经过多年的努力拼搏，在纳米光学、微细加工、纳米加工、衍射光学及微光学领域取得多项研究成果，在国际相关著名学术期刊和国内核心学术期刊上150余篇，其中被SCI检索收录论文120余篇，以第一作者撰写和58篇，以通讯作者100余篇，JCR分区一区刊物论文23篇，影响因子IF>3.0的论文46篇（占SCI论文总数的34%），论文累计被引次数1100余次，单篇他引最高次数83次，JCR统计h指数18。其中，代表论文之一：“Optics Express 18（4）， 3438-3443 （2010）”被国际文献追综机构BioMedLib于2011年2月28日评为纳光子结构领域的“Top10”论文之一；此外，在该领域国际著名学术刊物Plasmonics（该刊物属于JCR分区一区刊物）上陆续发表系列研究论文22篇。

此外，付永启在微纳加工及纳米光学领域分别撰写五部英文专著中的各一章：即Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology（2nd Edition，出版号：ISBN： 1-58883-159-0）、Lithography： Principles， Processes and Materials（出版号：I S B N： 978-1-61761-837-6） 、Plasmonics： Principles and Applications（出版号：ISBN： 979-953-307-855-6）Ion beams in Nanoscience and Technology（出版号：ISBN 978-3-642-00622-7）、和《Nanofabrication》 （出版号ISBN： 978-953-307-912-7）；并独立撰写中、英文专著各一部，分别为《纳光子学及其应用》（出版号ISBN： 978-7-80248-537-2）（该书是目前国内唯一一部具有自己独立编著版权的全面系统地介绍纳米光学发展前沿的中文专著，出版后得到同行的一致好评。）、英文专著书名为《Subwavelength Optics：Theory and Technology》；并以此为基础，在国内首次开设了《亚波长光学》课程，于2009年秋在电子科技大学作为研究生专业课程讲授。自2010年电子科技大学研究生院和中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究生部均采用《纳光子学及其应用》一书作为研究生专业课程：《亚波长光学》及《纳米光学》的指定教材。该书作为2011年电子科技大学“十二五”规划研究生教材建设立项支持（项目编号：11211CX20401），于2012年12月末成功出版了修订版。

有关利用聚焦离子束一步制作微光学元件的内容被法国DELAWARE大学电子和计算机工程系Robert G.. Hunsperger教授写入其编著的教科书《Integrated Optics： Theory and Technology》（第五版）的一个章节中。部分研究结果还被美国网络多媒体组织NANOPOLISTM于2007年出版的《纳米技术百科全书》多媒体教程引用并收录， 并被邀请作“聚焦离子束”章节的内容评审人。

学术刊物论文中有关基于聚焦离子束直接沉积实现微型柱面透镜与边缘发射型半导体激光器集成化实现激光束的一维和二维整形的技术、以及类金刚石薄膜上一步写入微透镜技术，被国际上面向工业界的杂志Laser Focus World分别摘录并以新闻简报的形式在“光电子世界新闻”栏目中公布；并已分别获得美国发明专利和中国发明专利的授权。

鉴于他出色的科研成就，近年来相继在美国、加拿大、日本、韩国、新加坡、中国等国举办的衍射光学与微光学、微加工及纳米加工、离子束及应用、精密工程、纳米技术NanoTech 2004、亚洲光电子Photonics Asia 2004、ICAMT2005、NanoMan2008、Nanophotonics2009等专题会议及年会上作大会报告及特邀报告。

2010年，付永启被国家科技部聘请为国家重点基础研究计划（973）项目“光学自由曲面制造的基础研究”的项目专家组成员；并受邀分别担任国际学术刊物Physics Express、Quantum Matter、Journal of Electromagnetic Field Analyses and Applications的高级主编、副主编、及编委。

等离子纳米技术篇9

【关键词】纳米材料 微纳米技术 汽车工业 应用 发展

1 纳米材料与微纳米技术

纳米（nanometer）并不是一种物质，它是一个尺寸的度量，与米、厘米、毫米一样，1个纳米等于百万分之一毫米，本身没有物理内涵。20世纪80年代，纳米级颗粒的出现，产生了纳米材料以及后来的微纳米科技。

1.1 纳米材料

以“纳米”命名的颗粒，其尺寸在1nm-100nm范围内。最早的纳米材料是由纳米颗粒、纳米膜以及固体组成，它是一种单元物质。广义上说，纳米材料指在三维立体空间中其有一维或多维处于纳米尺度范围作为基本构成的单元物质。大多数纳米粒子为理想单晶态，与原子和结晶体都不同。

1.2 微纳米技术

纳米技术指研究纳米尺度范围物质的结构、特性和相互作用，以及利用这些特性制造具有特定功能产品的技术[2]。最早提出纳米技术概念是在1959年，由美国著名物理学家理查德・费曼在题为《空间之尽头仍然很大》的开创性发言中提出的，发展的源动力来自20世纪80、90年代仪器设备领域的关键发明。

2 纳米材料与技术在汽车工业上的应用

任何一门科技决不是一种孤立的科学技术，纳米科技不仅如此，较其他科技而言，它涉足的领域更为宽广。近几年来，电子学、生物学、材料学、生物科学、医学、机械工业、环保、汽车、国防都有它的足迹，并且成果累累。尤其在汽车工业领域，纳米科技正日益成为旧科技的汇合点和新科技的孵化器。

2.1 纳米材料与汽车的发展

纳米材料在汽车生产制造上的使用广泛，几乎可应用在汽车的任何部位，内部的内装，外部的车身，动力系统，传动系统，行驶系统。材料种类繁多，有纳米塑料、纳米陶瓷、纳米剂、纳米催化剂、纳米涂料、纳米液体膜、纳米橡胶等几乎包罗了汽车的所有零部件。比如纳米材料科可强化车身钢板结构；纳米涂料可以让车漆色泽光亮、耐蚀以及耐磨；纳米粒子可以使内装更清洁、健康；纳米金属作为排气系统的触媒，可以获得刚好的转换效果。以上材料具备超强的物理性能，对于汽车的安全、轻质、环保等有很大的帮助。同时，对轻量化车身，减少使用成本，净化尾气排放，降低燃油消耗，延长使用寿命具有十分重要的意义。

2.2 减小汽车零部件损耗

机械零部件使用时间长，容易出现磨损、疲劳和腐蚀，磨损造成的经济损失十分巨大。纳米剂利用纳米离子的良好摩擦性，将粒子采取恰当的方式与油液混合，形成悬浮液后通过吸附、游离和扩散等形式产生保护膜。它不对其他车用油剂产生不良作用，是纯石油产品。

纳米剂与高级油或固定添加剂相比，在重载和高温条件下，可以最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦，使机械转速加快、质量减小、稳定性增强，使用寿命延长，从而大幅度地降低摩擦和磨损。现代汽车在发动机曲轴轴承和气缸壁等部位应用较多。

2.3 降低尾气污染，净化空气

大气污染是当今世界各国共同面临的重点议题，超标的二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物在大气中扩散蔓延，严重影响人类身体健康。碳纳米管、纳米汽油等新纳米材料和纳米技术的应用能有效缓解并解决产生有害气体的污染问题。

纳米汽油是一种将纳米微粒通过纳米技术制备的一种汽油微乳化剂，用它来替代工业生产中使用的汽油、柴油，能够改善燃料品质，促进油液燃烧。此外，通过活性炭为载体、纳米粉体为催化活性体的汽车尾气净化催化剂，具有极强的电子得失能力和氧化还原性，所以它能够氧化一氧化碳并且还原氮氧化物，最终转化为一二氧化碳和氮气，对人体没有任何伤害。因此，降低了汽车尾气污染，同时净化了空气。

结语

“十二五规划”对于我国未来汽车工业和汽车技术指明了发展方向，我国汽车工业与国外的竞争，核心和本质是技术水平的竞争。充分利用高新技术，使新型汽车向轻量化、低能耗、低排放、高效能的方向发展，优化汽车产品设计、制造工艺、拓展营销等。同时建立以纳米技术为主导的新兴产业基地，并形成自主知识产权，树立发展以纳米技术促进产业结构调整，推进产业升级的主要指导思想，从而有序推动我国汽车工业健康、快速、高效发展。

参考文献

[1]张立德，牟季美.纳米材料和纳米结构.科学出版社，2001.

[2]曹新，赵振华.纳米科技时代.经济科学出版社，2001.

[3]Charles.M.Lieber.令人惊讶的纳米电路.Scientific American，2001.12.

等离子纳米技术篇10

关键词： 纳米材料 特性 应用

纳米科技是21世纪快速发展的主流科技之一，交叉性、综合性很强，在国民经济和科学技术等方面有着广阔的应用前景。纳米材料是纳米科技发展的基础，被称为“二十一世纪新材料”，在很多领域都有广泛的应用价值，成为人们目前研究的重点领域之一。纳米材料基本组成单元的尺寸在1～100纳米范围内，而且基本单元至少有一维处于纳米尺度范围，同时具有常规材料不具备的优异性能[1]。纳米材料特殊的力学、光学、电学、磁学、热学等特性，已经在当前高速发展的各个科技领域中得到了广泛应用，产生了巨大的经济效益和社会影响。本文阐述了纳米材料的基本特性，介绍了纳米材料在各个领域中的应用，并展望了其未来发展趋势。

一、纳米材料的特性

1.表面效应

表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的减小而急剧增大的现象[2][3]。由于表面原子数增多，表面能高，原子配位数不全，存在严重的缺位状态，很不稳定，活性极高，极易与其他原子结合，从而产生一些新颖的效应。如利用这一特性，金属超微颗粒可以作为新一代具有高催化活性和产物选择性的催化剂。

2.量子尺寸效应

当粒子的尺寸小到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象就是量子尺寸效应[4][5]。相邻电子能级EF为费米能级。对于大粒子或宏观物体包含无限个原子，即宏观物体的能级间距几乎为零，即能级是连续的；而对于纳米粒子而言，其包含的原子数十分有限，N值很小，于是δ就有一定的数值，即能级是分裂的，呈现为离散能级。因此，当能级间距大于热能、磁能、光子的能量等时，就要考虑量子尺寸效应，导致纳米粒子与宏观物体的特性显著不同。如在超细颗粒态下的金属导体可以成为绝缘体，谱线发生蓝移。

3.小尺寸效应

当纳米粒子的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度或磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性出现特殊变化，这就是纳米粒子的小尺寸效应[6]。如在纳米尺寸下，材料熔点降低、微波吸收增强等。

4.宏观量子隧道效应

纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，也就是说微观粒子具有贯穿势垒的能力称为纳米粒子的宏观量子隧道效应[7]。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件发展的基础。

二、纳米材料的应用领域

纳米材料的基本特性使其在力、光、电、磁、热等方面呈现出常规材料不具备的一系列新颖的物理和化学特性。因此纳米材料在催化、陶瓷、化工、环境、生物和医学、军事等各个领域具有非常重大的应用价值。

1.在催化领域中的应用

纳米粒子表面原子密度大，表面活性中心多，作为催化剂对催化反应如氧化、还原、裂解等反应都有很高的活性和选择性，能加快反应速率，使难以进行的反应顺利进行。例如，使用纳米Ni粉催化火箭燃料，可以提高燃烧效率达100倍以上。

2.在环保领域中的应用

随着工业的发展和人口的快速增长，环境污染也越来越严重，而纳米光催化技术在环境保护中的应用研究日益受到重视，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，固氮反应，水净化处理，等等。纳米光催化剂光催化作用机理一般是在一定波长的光波照射下，产生光生电子―空穴对，这些电子和空穴能使空气中的氧或水中的溶解氧活化，产生活性氧及自由基等高活性基团，反应关系式如下：

3.在生物医学领域中的应用

纳米材料在生物医学中检测诊断、靶向药物输送、生物分子检测、磁共振成像增强及健康预防等许多方面都有广阔的应用前景。如利用具有独特孔状结构特性的碳纳米管能够实现药物可控释放；以光感应器做开关的纳米机器人，可以疏通脑血管中的血栓，杀死癌细胞等。在医学领域中，纳米材料最成功的应用是作为药物载体（如纳米胶囊）、生物芯片、纳米生物探针和制作人体材料，如人工肾脏、人工关节等。

4.在军事领域中的应用

纳米技术和其他所有技术一样，将在未来战争中发挥着不可估量的作用。例如：纳米机器人、纳米飞机、蚊子导弹等许多无人化设备将在侦察预警、指挥控制和精确打击等方面发挥着越来越重要的作用；纳米卫星组成的卫星监视网，可以实时观察到地球上的每一个角落，使战争变得更加透明；纳米隐身技术可以最大限度地隐藏自己，同时千方百计地寻找和发现敌人，起到武器装备隐身的目的，如用做隐形飞机涂料的纳米ZnO对雷达电磁波具有很强的吸收能力。

5.在精细化工领域中的应用

纳米材料在精细化工，如橡胶、塑料、涂料等领域也扮演着重要角色。例如，掺杂纳米SiO2可以提高橡胶的抗紫外辐射能力。而为了提高塑料的强度、韧性、致密性、防水性等，生产时通常在塑料中添加一定的纳米材料。

6.在陶瓷工业领域中的应用

陶瓷材料在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，而纳米陶瓷可以克服传统陶瓷材料的缺陷，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性，并在超高温、强腐蚀等苛刻的条件下起到其他材料不可替代的作用，应用较为广泛。

7.在其他领域中的应用

除了在上述领域中的应用外，纳米材料在诸如电子计算机和电子工业、航空航天、机械工业、纺织工业、化妆品工业等其他领域也有着广泛应用。

三、展望

“谁输掉了纳米，谁就输掉了未来”，这已经成为世界各国的共识。正如钱学森院士所预言的那样：“纳米科技将是21世纪的又一次产业革命”，由此可见纳米科技的重要性。纳米材料是整个纳米科技的基础，在各个领域得到了广泛应用。但从纳米材料的基础研究和实际应用来看，目前其研究还面临很多问题和严峻挑战。如合成方法复杂、单分散的纳米粒子或纳米线的可控制备、生长机制还不完全清楚、缺乏系统的性能研究，等等。但我们有理由相信，随着科学技术的不断进步，制备和改性技术的不断完善，纳米材料在未来将会在更多领域中得到更加广泛的应用。

参考文献：

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