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金屬納米材料的應用范文1
關鍵詞：納米材料；發展現狀；規劃
中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 24-0000-01
二十一世紀信息、生物技術、能源、環境、先進制造技術和國防高速發展對材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存儲和超快傳輸對材料的尺寸要求越來越小；航空航天、新型軍事裝備及先進制造技術對材料性能要求越來越高。新材料和新產品的創新，是未來十年對經濟社會發展、國力增強有影響力的戰略研究領域，納米材料將起重要作用。納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），它是一個很小單位，如人的頭發絲直徑為7000-800Onm，人體紅細胞直徑為3000-50OOnm，一般病毒的直徑在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸在微米量級；又如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。納米材料的條件：材料的特征尺寸在1-1OOnm之間；材料具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
一、納米材料的性能
使納米材料具有微波吸收性能、高表面活性、強氧化性、超順磁性，以及特殊的光學、催化、光催化、光電化學、化學反應、化學反應動力學和物理機械性質。納米材料的應用將是傳統材料、功能材料的一次革命。
納米材料用于復合材料中，將使復合材料的發展產生巨大變化。納米復合材料分兩大類：由金屬/陶瓷、金屬/金屬、陶瓷/陶瓷組成的無機納米復合材料；由聚合物/無機、聚合物/聚合物組成的聚合物納米復合材料。用于環氧樹脂納米復合材料的無機納米材料有：SiO2、TiO2、Al203、CaCO3、ZnO、黏土等。納米材料能大大提高環氧復合材料的力學性能、耐熱性、韌性、抗劃痕能力，達到提高耐熱性和韌性效果。當前環氧納米復合材料研究重點是，納米材料在基體中均勻分散方法、復合方法、效應、規律和機理研究；環氧納米復合材料應用研究。納米材料和技術為環氧涂料、膠粘劑、電子材料、塑料、復合材料和功能材料的發展增添了高科技含量，將使環氧材料的發展和應用產生巨大變化。
二、納米材料發展現狀
目前我國在功能納米材料研究上取得了重大成果，一是大面積定向碳管陣列合成。利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術，該技術合成的納米管，孔徑一致2Ourn，長度1OOpm，納米管陣列面積達3mmX3mm。其定向排列程度高，碳納米管之間間距1OOpm。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示場發射陰極等方面有重要應用前景。二是超長納米碳管制備。首次大批量制備出長度為2～3mm超長定向碳納米管列陣，它比現有碳納米管長度提高1-2個數量級。三是氮化嫁納米棒制備。首次利用碳納米管作模板成功制備出直徑為3-4Ourn、長度達微米量級的發藍光氮化像一維納米棒，提出了碳納米管限制反應概念。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功，推進碳納米管在場發射平面和納米器件方面的應用。五是唯一維納米絲和納米電纜，應用溶膠-凝膠與碳熱還原相結合的新方法，首次合成了碳化或納米絲外包覆絕緣體S10Z和TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜，以及以S江納米絲為芯的納米電纜，當前在國際上僅少數研究組能合成這種材料。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶，發現了非水溶劑熱合成技術，首次在3000C左右制成粒度達3Oum的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻、磷化鉆和硫化銻納米微晶。七是用催化熱解法制成納米金剛石，在高壓釜中用中溫（700C）催化熱解法，使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉。
三、納米材料存在的問題
目前納米技術還存在著沒有攻克的難題。納米有很多理論上設想的特性沒有開發出來。其瓶頸：怎樣采用有效方法把材料由大顆粒粉碎到納米級的顆粒，雖有電弧法、等離子法，但效果不好，所得到微細顆粒直徑很難分布在一個窄的范圍內，納米級顆粒所占比例不高；即使得到了納米級的顆粒，但在應用過程中顆粒是否還是以納米形式存在，因為納米顆粒表面有很強的活性，顆粒和顆粒之間易粘結到一起，變成大顆粒，失去了納米特性。
這兩大問題制約著納米技術的發展，目前還沒有得到解決。實驗室可以得到小量的納米材料，但不具大量生產能力。有一些產品嘗試納米材料，其中大部分用的不是真正納米材料，而是比納米大很多的微米級顆粒。應用納米技術的產品在實驗室出現了，市場上沒有。
皮膚對納米材料的吸附和毒性；納米顆粒進入飲用水時的后果；納米顆粒對操作者肺部組織影響的研究和在通風道中納米顆粒對動物的影響；已變成海洋或淡水水域沉積物的納米顆粒對環境的影響；在什么條件下，納米顆粒可能吸收或釋放環境污染物。專家認為，美國政府正努力評估納米技術的生物和醫學影響。
四、納米材料的發展
我國納米材料研究始于80年代末，納米材料科學列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，組織相關科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關高科技創新的課題進行立項研究。1996年以后，納米材料的應用研究出現了可喜形式，地方政府和部分企業家的介入，使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。目前，我國有60多個研究小組，有600多人從事納米材料的基礎和應用研究。
我國納米材料基礎研究在過去十年取得了重要研究成果。已采用了多種物理、化學方法制備金屬與合金氧化物、氮化物、碳化物等化合物納米粉體，裝備了相應設備，做到納米微粒的尺寸可控，制成了納米薄膜和塊材。在納米材料的表征、團聚體的起因和消除、表面吸附和脫附、納米復合微粒和粉體的制取等方面都有創新和重大進展，成功研制出致密度高、形狀復雜、性能優越的納米陶瓷；在世界上首次發現納米氧化鋁晶粒，在拉伸疲勞中應力集中，區出現超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應、磁光效應和自旋波共振等方面取得了創新性成果；在國際上首次發現納米類鈣鈦礦化合物微粒的磁嫡變超過金屬Gd；設計和制備了納米復合氧化物新體系，它們的中紅外波段吸收率可達92%，在紅外保暖纖維得到了應用；發展了非晶完全晶化制備納米合金的新方法；發現全致密納米合金中的反常效應。
金屬納米材料的應用范文2
關鍵詞 蒙脫石；納米復合材料；非金屬粘土礦物
中圖分類號：TQ327.7 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）15-0017-01
納米是長度單位（Nanometer，nm），原稱“毫微米”，1 nm=10-9 m，即十億分之一米，一只乒乓球放在地球上就相當于將一納米直徑的小球放在一只乒乓球上。納米粒子通常是指尺寸在1 nm～100 nm之間的粒子。納米效應為實際應用開拓了廣泛的新領域。利用納米粒子的熔點低，可采取粉末冶金的新工藝。調節顆粒的尺寸，可制造具有一定頻寬的微波吸收納米材料，用于電磁波屏蔽、隱形飛機等。納米銀與普通銀的性質完全不同，普通銀為導體，而粒徑小于20 nm的納米銀卻是絕緣體。金屬鉑是銀白色金屬，俗稱白金；而納米級金屬鉑是黑色的，俗稱為鉑黑。納米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纖維等粒子若小到納米級的范圍時，一遇火種極易引起爆炸。納米粒子是熱力學不穩定系統，易于自發地凝聚以降低其表面能，因此對已制備好的納米粒子，如果久置則需設法保護，例如保存在惰性空氣中或其他穩定的介質中以防止凝聚。
納米材料是物質以納米結構按一定方式組裝成的體系。它是納米科技發展的重要基礎，也是納米科技最為重要的研究對象。納米技術被公認為21世紀最具有發展前途的科學之一，納米材料也被人們譽為21世紀最有前途的材料。由于納米材料本身所具有的特殊性能，使其能夠廣泛應用于化工、紡織、軍事、醫學等各個領域。本文闡述了蒙脫石/高聚物納米復合材料的研究進展，并對其發展前景加以展望，期望對其深層次的加工應用有所幫助。
1 納米材料的分類
納米材料有多種分類方式，按其維數可分為：零維的納米顆粒和原子團簇，一維的納米線、納米棒和納米管，二維的納米膜、納米涂層和超晶格等；按化學成分可分為：納米金屬，納米晶體，納米陶瓷，納米玻璃以及納米高分子等；按材料物性可分為：納米半導體材料，納米磁性材料，納米非線性光學材料，納米鐵磁體材料，納米超導體材料，以及納米熱電材料等；按應用可分為：納米電子材料，納米光電子材料，納米生物醫用材料，納米敏感材料，以及納米儲能材料等；按照材料的幾何形狀特征，可以把納米材料分為：①納米顆粒與粉體；②碳納米管與一維納米線；③納米帶材；④納米薄膜；⑤中孔材料（如多孔碳、分子篩）；⑥納米結構材料；⑦有機分子材料。
2 納米礦物資源的研究意義
納米礦物材料具有優良的物理性能和化學性能，這是一般礦物材料所無法比擬的。如聚合物/粘土礦物納米復合材料具有獨特的分子結構特征和表觀協同效應，既表現出粘土礦物優良的力學性能又體現了聚合物優異的阻隔性能。非金屬納米礦物材料的科學研究價值和應用前景主要體現在以下幾方面。
1）非金屬納米礦物是替代人工合成納米材料的絕佳資源。
2）非金屬納米礦物成因的研究成果可為人工合成納米材料提供有益的借鑒。
3）非金屬納米礦物資源的研究有助于深化人們對納米材料的認識。
4）非金屬納米礦物資源的研究具有重要的地質學和經濟學意義。
3 蒙脫石/聚合物納米復合材料發展現狀
3.1 聚合物基納米復合材料
把納米材料用于添加改性塑料，可以開發出各種新型的功能復合材料。聚合物基納米復合材料通?？煞譃?類：有機/有機型納米復合材料、有機/無機混雜物型納米復合材料、有機/無機粒子型納米復合材料。
3.2 蒙脫石/聚合物納米復合材料的制備
能夠在納米復合材料中得到應用的蒙脫石屬于層狀硅酸鹽礦物，它是非金屬粘土礦物膨潤土的主要成分。用蒙脫石填充高聚物可以制得蒙脫石/聚合物納米復合材料，其合成方法——插層復合法根據復合方式的不同可以分為插層聚合法和聚合物插層法兩大類。按照聚合反應類型的不同，插層聚合又可以分為插層縮聚和插層加聚兩種類型；聚合物插層法也可以分為溶液插層和熔融插層兩種。
此外，聚合物基納米復合材料的其它制備方法還有直接分散法、溶膠-凝膠法、原位生成法等等。這些方法的綜合運用為新型納米復合材料的開發及應用開辟了廣闊的前景。
4 蒙脫石/聚苯乙烯納米復合材料開發前景
陳燕丹等用含雙鍵的酰胺-胺化合物作為插層劑制得改性的有機蒙脫石，與苯乙烯具有較好的相容性，使得二者界面相互作用大大提高。在此基礎上聚苯乙烯于熔融狀態下可以插層進入有機蒙脫石，形成蒙脫石/聚苯乙烯納米復合材料，其力學性能和熱性能與純聚苯乙烯及常規填充聚苯乙烯相比都有提高。林蔚等以十六烷基三甲基溴化銨改性鈉基蒙脫石與聚苯乙烯熔融插層，制備了無機-有機納米復合材料，通過分析得到其力學性能、耐熱性、阻燃性及抗溶性均勻所提高。黎華明等將間規聚苯乙烯和尼龍6/改性蒙脫石納米復合物共混制得的復合材料經DSC、DMA、WAXD等測試可知蒙脫石對聚合物基體的增強效果明顯。
說明蒙脫石的加入能引入氫鍵和強極性作用，使分子鏈的柔性降低，聚合物分子堆砌密度增大，玻璃化轉變溫度升高，材料斷面形貌得到改善，提高了復合材料的綜合性能，達到增強增韌的目的，從而顯示出對聚合物基粘土納米復合材料研究的重要科學意義。今后期望能夠繼續提高復合材料的抗沖擊性和耐熱性能，制得高性能的蒙脫石/聚苯乙烯納米復合材料，進一步開拓其應用領域。
參考文獻
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金屬納米材料的應用范文3
關鍵詞：納米科技;納米材料;應用現狀
一、納米的相關定義
納米是長度計量單位，1納米等于10-9米，形象地講，1納米的物體放到1個乒乓球上，相當于1個乒乓球放在地球上。20世紀80年代末納米科技迅速發展。1982年，賓尼希等人發明了掃描隧道顯微鏡。該顯微鏡為人類進入納米世界打開了一扇更寬廣的門。
二、納米科技的應用現狀
納米科技指在納米尺度（1～100納米）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及如何利用這些特性和相互作用的具有多學科交叉性質的科學和技術。納米科技用途廣泛，涉及領域多，體現多學科交叉性質的前沿領域，包含納米物理學、納米電子學等學科領域。
1
納米電子學
量子元器件是納米電子器件中最有應用前景的。這種利用量子效應制作的器件具有體積小、高速、低耗、電路簡化等優點。
2
納米材料學
由于納米材料具有較大的界面，界面的原子排列很混亂的，在外力變形的條件下原子易遷移，因此納米材料表現出優越的韌性與延展性。陶瓷材料通常呈脆性，而由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料卻有很好的韌性。
當前材料研究領域中最熱門的納米材料是具有未來超級纖維之稱的碳納米管，可做成納米開關或極細的針頭用于給細胞“打針”等。納米材料現已用于研究太空升降機、納米壁掛電視、納米固體燃料、納米隱身飛機等。
3納米機械學
用原子、分子操縱技術、納米加工技術、分子自組裝技術等新科技，科學家們已經制造了納米齒輪、納米電池、納米探針、分子泵、分子開關和分子馬達等。美國康納爾大學的科學家利用ATP酶作為分子馬達，研制出了一種可以進入人體細胞的納米機電設備――“納米直升機”。
美國朗訊科技公司和英國牛津大學的科學家用DNA（脫氧核糖核酸）制造出了一種納米級的鑷子，每條臂長只有7納米。
還可用極微小部件組裝一輛比米粒還小，能夠運轉的汽車、微型車床，可望鉆進核電站管道系統檢查裂縫;組裝提供化工使用的火柴盒大小的反應器;組裝馳騁未來戰場上的納米武器，如螞蟻士兵、蚊子導彈、蒼蠅飛機、間諜草等。
21世紀，納米技術將廣泛應用于信息、醫學和新材料領域。
三、納米材料的應用現狀
納米材料是納米科技的基礎。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構成的材料。納米材料大都是人工制備的，屬于人工材料，但是自然界中早就存在納米微粒和納米固體，如隕石碎片、牙齒皆由納米微粒構成的。納米材料是一種新型的材料，具有以下優點：
1
特殊的光學性能
1991年海灣戰爭中，美國F-117A型隱身戰斗機外表所包覆的材料中就包含有多種納米超微顆粒，強烈吸收不同波段的電磁波來欺騙雷達，實現隱形，成功地打擊了伊拉克的重要軍事目標。
2
特殊的熱學性能
固態物質在其形態為大尺寸時，熔點固定，超細微化后將顯著降低熔點，當顆粒小于10納米量級時尤為顯著。
3
特殊的磁學性能
研究發現，鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。
4
特殊的力學性能
陶瓷材料通常呈脆性，陶瓷水杯一摔就碎，而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，可像彈簧一樣具有良好的韌性。研究表明，人的牙齒具有很高的強度是由于它是由磷酸鈣等納米材料構成的。納米晶粒的金屬要比傳統的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬-陶瓷復合納米材料的應用前景很廣。
錢學森曾說：“納米和納米以下的結構是下一階段科技發展的一個重點，會是一次技術革命，從而將是21世紀又一次產業革命?！?/p>
在不久的將來，納米科技和納米材料的發展和應用必將促進人類文明的進步！
參考文獻：
金屬納米材料的應用范文4
1納米技術及納米材料
1.1納米技術
納米技術是20世紀80年代末誕生且正在崛起的新技術，主要是在0.1-100nm尺度范圍內，研究物質組成的體系中電子、原子和分子運動規律與相互作用，其研究目的是按人的意志直接操縱電子、原子或分子，研制出人們所希望的、具有特定功能的材料和制品。納米科技將成為21世紀科學技術發展的主流，它不僅是信息技術、生物技術等新興領域發展的推動力，而且因其具有獨特的物理、化學、生物特性為涂料等領域的發展提供了新的機遇。
1.2納米材料
納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成，其晶粒中原子的長程有序排列和無序界面成分的組成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子達15%～50%，且原子排列互不相同，界面周圍的晶格原子結構互不相關，使得納米材料成為介于晶態與非晶態之間的一種新的結構狀態[1]。狹義上，納米材料是指粒徑在0.1-100nm范圍內的或具有特殊物理化學性能的材料。廣義上，納米材料是指在三維空間中至少有一維長度在0.1-100nm范圍內的或具有納米結構的材料。按化學組成可分為:納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復合材料等。由于納米材料具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和一些奇異的光、電、磁等性能，將其用于涂料中后，除了可以改性傳統涂料外，更為重要的是可以制備各種功能涂料，如具有抗輻射、耐老化、抗菌殺菌、隱身等特殊功能的涂料。
2納米材料在涂料領域中的應用
現階段納米材料在涂料中的應用主要為兩種情況[2]：（1）納米材料經特殊處理后，添加到傳統涂料中分散后制成的納米復合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各項指標均得到了顯著的提高。將納米離子用于涂料中所得到的一類具有抗輻射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料稱為納米復合涂料。（2）完全由納米粒子和有機膜材料形成的納米涂層材料，通常所說的納米涂料均為有機納米復合涂料。目前，用于涂料的納米粒子主要是某些金屬氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、納米金屬粉末（如納米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、無機鹽類（CaCO3）和層狀硅酸鹽（如一堆的納米級粘土）[3]。
2.1納米TiO2在涂料中的應用
2.1.1隨角異色效應
由于納米二氧化鈦晶體的粒徑大約是普通鈦白粉的1/10，遠遠低于可見光的波長，本身具有透明性，又對可見光具有一定程度的遮蓋，透射光在鋁粉表面反射與在納米二氧化鈦表面反射產生了不同的視覺效果。到1991年，全世界已有11種含超細二氧化鈦的金屬閃光漆。目前，福特、克萊斯樂、豐田、馬自達等許多著名的汽車制造公司都已使用含有超細二氧化鈦的金屬閃光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的傳統方法是添加有機紫外線吸收劑，納米TiO2粒子是一種穩定的、無毒的紫外光吸收劑。因為用作涂料基料的高分子樹脂受到太陽中紫外線的長期照射會導致分子鏈的降解，影響涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太陽光中的紫外線，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭剛[5]等研究發現利用金紅石型納米TiO2優異的紫外線屏蔽性能改性傳統耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌殺毒
納米TiO2有抗菌殺毒作用，用于涂料是涂料發展中的一個重大成就。納米二氧化鈦具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移動的帶負電的電子e-和帶正電的空穴h+形成電子——空穴對，該電子——空穴對能與空氣中的氧和H2O發生作用，通過一系列化學反應形成原子氧（O）氫氧自由基（OH），這種原子氧和氫氧自由基具有很高的化學活性，能與細菌中的有機物反應生成二氧化碳和水，從而達到殺滅細菌的作用。[6]
納米TiO2的抗菌殺毒作用已成為國內外關注的焦點。日本已有不少企業開發出納米TiO2光催化涂料并實現了商業化生產。目前，由于國內對于納米TiO2的研究大多還處于實驗階段，在涂料性能的提高和完善方面還有大量的工作要做，因此，對納米涂料的研究要不斷深入，以提高我國涂料的工業水平，推動納米涂料的發展和應用。
2.2納米SiO2在涂料中的應用
納米SiO2具有三維網狀結構，擁有龐大的比表面積，表現出極大的活性，能在涂料干燥時形成網狀結構，同時增加了涂料的強度和光潔度，而且還提高了顏料的懸浮性，能保持涂料的顏色長期不變。在建筑內外墻涂料中，若添加納米SiO2，可明顯改善涂料的開罐效果，涂料不分層，具有觸變性、防流掛、施工性能良好等優點，尤其是抗沾污性能大大提高，具有優良的自清潔能力和附著力。納米SiO2還可與有機顏料配用，可獲得光致變色涂料。
欲使納米SiO2材料在涂料中真正地得到廣泛應用，須解決納米SiO2在涂料中的分散穩定性問題。通常的做法是加入表面活性劑包裹微?；蚍葱跄齽┬纬呻p電層的措施。同時在分散時可配合使用超聲波分散。
2.3納米ZnO在涂料中的應用
納米ZnO等由于質量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強等優點而成為吸波涂料研究的熱點之一。在陽光的照射下納米ZnO在水和空氣中具有極強的化學活性，能與多種有機物發生氧化反應（包括細菌中的有機物），從而把大多數細菌和病毒殺死。ZnO也具有良好的紫外線屏蔽作用，粒徑60nm的ZnO對波長300-400nm的紫外線有良好的吸收和散射作用，因此可以作為涂料的抗老化添加劑。日本已經開發出用樹脂包覆的片狀ZnO紫外線屏蔽劑[7]。在涂料中添加納米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。2.4納米氧化鐵在涂料中的應用
納米氧化鐵作為顏料無毒無味，具有很好的耐溫、耐侯、耐酸、耐堿以及高彩度、高著色力、高透明度和強烈吸收紫外光的優良性能，可廣泛用于高檔汽車涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是較好的環保涂料。紫外線分解木材中的木質素而破壞細胞結構導致木材老化，納米氧化鐵顏料分散于涂層中，由于顆粒直徑小不會散射光線、涂層成透明狀態且吸收紫外線輻射，起到保護木材的作用。左美祥[8]等研究發現:在樹脂中摻入納米級的TiO2（白色）、Cr2O3（綠色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半導體性質的粉體，會產生良好的靜電屏蔽性能。日本松下電器公司研究所據此成功開發了適用于電器外殼的樹脂基納米氧化物復合的靜電屏蔽涂料。與傳統的樹脂基碳黑復合的涂料相比，樹脂基納米氧化物復合涂料具有更為優異的靜電屏蔽性能，而且后者在顏色選擇方面也更為靈活。用納米級Fe3O4與樹脂復合制成了磁性涂料，目前這方面的制備工藝已有所突破而進入產業化階段。
2.5納米CaCO3在涂料中的應用
納米CaCO3作為顏料填充劑，具有細膩、均勻、白度高、光學性能好等優點，隨著納米碳酸鈣的粒子微細化，填料粒表面的原子數目占整個總原子數目的比例增大，使粒子表面的電子結構和晶體結構都發生變化，到了納米級水平。填料粒子將成為有限個原子的集合體，表現出常規粒子所沒有的表面效應和小尺寸效應，使納米材料具有一系列優良的理化性能。它添加到涂料膠乳中，加強了透明性、觸變性和流平性。觸變性是納米CaCO3改善膠乳涂料各項性能的主要因素。同時能對涂料形成屏蔽作用，達到抗紫外老化和防熱老化的目的和增加涂料的隔熱性。
杜振霞[9]等研究表明:在納米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相體積分數達到20%時，涂料的粘度曲線存在低剪切稀化冪律特征區和高剪切牛頓兩個區域，而且有明顯的觸變性。當乳膠漆聚合物乳液的粒徑為10-100nm，表面張力非常低，有極好的流平性、流變性、潤濕性與滲透性，表現超常規的特性。
2.6其它新型納米涂料
納米隱身涂料（雷達波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷達波并使其散射衰減的一類功能涂料。當將納米級的羧基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末改性的有機涂料涂到飛機、導彈、軍艦等武器裝備上，可使這些裝備具有隱身性能，使它們在很寬的頻率范圍內可以逃避雷達的偵察，同時也有紅外隱身作用。美國研制的超細石墨納米吸波涂料，對雷達波的吸收率大于99%，其他金屬超細粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潛力。法國研制出一種寬頻微波吸收涂層，這種吸收涂層由粘結劑和納米材料、填充材料組成，具有很好的磁導率，在50MHz-50GHz范圍內具有良好的吸波性能。我國也有相關的研究，如不同粒徑的Fe3O4在1-1000MHz頻率范圍對電磁波具有吸收性能，隨著頻率的增加，納米Fe3O4吸收能效增加，且納米粒徑越小，吸收效能越高。
3納米涂料研究中存在的技術問題
首先是納米材料在涂料中的穩定分散問題。由于納米粒子比表面積和表面張力都很大，容易吸附而發生團聚，在溶液中將其有效地分散成納米級粒子是非常困難的。尋找合適的分散劑來分散納米材料，并采用合適的穩定劑將良好分散的納米材料粒徑穩定在納米級，是納米技術在涂料改性中獲得廣泛應用必須解決的最關鍵問題。其次，納米材料加入量的適度問題。一般而言，納米材料的用量與涂料性能變化之間的關系曲線近似于拋物線，開始時隨著納米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趨緩，最后達到峰值：之后，隨著納米材料添加量的進一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趨勢，同時也增加了成本。因此，做好對比試驗，選好納米材料添加量也十分關鍵。最后，必須開展納米涂料施工工藝的研究。納米涂料就本身而言只是一個半成品，只有施工完畢后才真正成為最終產品，而現實情況是人們大都將注意力集中在納米涂料產品本身，而忽略了施工工藝的研究，致使納米涂料無法達到其應有的效果。
金屬納米材料的應用范文5
關鍵詞：納米顆粒；大型水蚤；銅；吸收
全球納米科學與技術的迅猛發展將對一些學科、產業和社會帶來革命性的變化，二氧化鈦納米材料是其中應用最為廣泛的材料之一。由于其具有良好的光催化特性、耐化學腐蝕性和熱穩定性，目前已被大力開發生產，廣泛用于涂料、汽車油漆、造紙、廢水處理、殺菌、太陽能電池、食品添加劑、化妝品、生物醫用陶瓷材料等與人們日常生活息息相關的行業[1]。納米TiO2可以作為紫外光吸收劑，納米鈦白粉都具有優異的防紫外線輻射的功能。作為透明紫外線吸收劑，已經被越來越多的化妝品生產商所接受，并用于高防曬系數的防曬化妝品的配方。同時，透明的二氧化鈦顏料廣泛地應用于塑料行業，尤其在薄片和薄膜中，例如農用塑料薄膜。填充TiO2食品包裝袋，食品的貯存期延長，維生素的降解速度明顯降低。二氧化鈦納米材料的應用不可避免的會造成對環境中生物的影響，那么對影響的研究就不可避免的成為了我們所關注的問題。
圖1為納米材料進入環境示意圖，納米材料生產和使用的不斷增加，最終會使納米材料進入到空氣、土壤、水和生物體內。隨著納米技術的發展，許多與納米有關的產品隨之出現，人類也將越來越多地直接或者間接地接觸納米材料[2-4] 到目前為止，尚未找到能夠證明納米材料絕對安全性的任何科學報道。相反，有關納米材料顯示出毒性的報道卻不斷出現，迫切需要對納米材料進行安全性評價以及環境行為研究。。
為了研究納米顆粒，主要是納米二氧化鈦的影響，我們選用大型水蚤作為實驗生物。大型水蚤(Daphnia magna)生活于自然水域，屬于浮游甲殼類動物，具有生活周期短、繁殖快，經濟、方便易得，對毒物敏感和易于在實驗室培養等優點，加上它們在水域生態系統中的重要性，因而得到廣泛的應用，已成為一種標準實驗生物廣泛地應用于水生生物毒理試驗。大型水蚤毒理試驗不僅可以評價工業廢水、農藥、化學和水中沉積物對水環境的污染，為制定各種水質標準提供科學依據；而且可以作為監測手段控制水環境的污染[5-10]。利用大型水蚤(Daphnia magna)這種國際上廣泛使用的毒性測試生物，對主要金屬包括Cd, Zn, Se, Ag, Ca, Hg和MeHg的水相吸收也已進行了深入的研究。
基于以上的背景，本文對水體中納米二氧化鈦存在條件下大型水蚤對銅的吸收作用進行了研究，并與納米二氧化鈦未存在時的吸收情況對比，從而達到認識納米顆粒對重金屬積累影響的目的。
1. 材料與方法
1.1 納米TiO2材料的來源與性質
本研究所用納米材料由南京海泰納米材料有限公司提供，它的主要性質如表1所示。
表1 納米TiO2的性質
型號 外觀 含量（%） 平均粒徑（nm） 比表面積（m2/g） 晶型/表面處理 特點說明
HTTi-01J 漿料 10% 10nm ― 銳鈦型 特供客戶
分散劑采用三聚磷酸鈉，質量濃度為2%。加入分散劑的主要目的是濕潤納米顆粒表面，當分散劑的濃度在最佳值時，這時分散穩定程度最大，潤濕最佳；當超過這一濃度時，會出現過飽和吸附的情況，固體表面的親水性反而下降，不利于潤濕和分散；當分散劑濃度不足時，不能充分潤濕顆粒表面，不利于分散。
1.2 納米二氧化鈦存在對大型水蚤吸收銅的影響
水相吸收實驗中，用于暴露大型水蚤的溶液是人工配制的簡化M7溶液（去除了其中EDTA、重金屬以及維生素成分，防止這些組分對銅的吸收產生影響，簡稱SM7）。
1）納米TiO2與分散劑的配制
按照原始懸浮液質量分數10%計算，配制1 g/L的nTiO2的懸浮液備用；同時配制0.2 g/L的分散劑溶液備用。
2）65Cu的標記
根據需要的標記濃度，取一定量的65Cu標準溶液加入到的SM7溶液配制不同濃度的65Cu溶液（5，10，20，50 μg/L），用于大型水蚤的暴露，每個濃度3個平行樣；
3）向燒杯中加入配制好的納米TiO2懸浮液，稀釋后濃度為2 mg/L，用NaOH調解pH到8.2~8.4（由于65Cu存在于2%硝酸介質中，酸性較強，需要NaOH中和，pH 8.2~8.4適合于大型水蚤的生長），將加標后的溶液平衡12 h；
4）實驗前將出生14 d的大型水蚤放在無65Cu標記的SM7溶液中約2 h，以去除其腸道內食物的殘留，同時適應新的實驗環境；
5）再將大型水蚤分別放入不同濃度的65Cu的SM7溶液中（平行樣3個），不提供食物，暴露總時間為12 h。大型水蚤的密度保持在10 mL/只；
6）在0點每個平行樣取10只大型水蚤，然后在2，4，8，12 h處各取10只大型水蚤，用超純水沖洗3遍，以盡量去除大型水蚤外殼上吸附較弱的65Cu，用濾紙吸干外殼表面的液體后，放入離心管內；
7）在實驗過程中間（6 h），更換實驗用水，以盡量減小水溶液中65Cu濃度和納米TiO2濃度的改變；暴露前后，取一定量的溶液4.5 mL加標水樣到10 mL比色管中，再加入0.5 mL 68% HNO3，測定暴露介質中65Cu濃度變化；
8）將取出的大型水蚤在80℃下烘干12 h，然后再萬分之一倍分析天平上稱量干重，然后放入相應標號的消解管中；
9）將大型水蚤加硝酸消解12 h至溶液澄清。消解后消解管底部可能會有一些白色顆粒物，可能是無法被酸溶解的大型水蚤的外殼；
10）消解結束后，用超純水將溶液定容，并且搖勻，用ICP-MS（電感耦合等離子體-質譜儀）測定。
整個試驗流程描述如圖2所示。
同時需要說明的是，在無納米二氧化鈦存在時大型水蚤對Cu的單純水相吸收作用的實驗在早期已經完成，本文中并未列出數據。
2. 結果與討論
2.1 水體中納米TiO2的形貌
用透射電鏡（TEM）拍攝實驗所用納米TiO2在溶液中的分散情況，效果如圖3所示，可以看出在質量濃度為2%的三聚磷酸鈉作用下，納米TiO2的分散效果良好，并沒有聚集成粒徑較大的顆粒物質。這就很好的證明了實驗結果是由納米顆粒引起的，而不是聚集之后的大顆粒物質，這點在納米材料研究中尤為重要。
2.2 納米二氧化鈦存在對大型水蚤吸收銅的影響
納米二氧化鈦濃度為2 mg/L時，不同Cu暴露濃度下大型水蚤體內Cu含量隨時間變化的變化如圖4所示。我們可以很清楚的看到，在每個暴露濃度下，大型水蚤對銅的吸收都達到了飽和，即使在最低暴露濃度5.41 μg/L下，暴露8 h之后吸收也達到了飽和，而在無納米顆粒存在時的單純水相吸收條件下，在暴露濃度達到110 μg/L的時候仍沒有出現飽和現象，說明納米二氧化鈦的存在極大的促進了大型水蚤對銅的吸收。而且隨著暴露濃度的升高，達到飽和的時間逐漸縮短，由5.41 μg/L時的大于8 h減低到64.33 μg/L時的2-4 h 之間，說明大型水蚤對銅吸收達到的飽和并不是完全由納米材料在腸道內積累所引起的，否則由于納米二氧化鈦濃度相同，那么達到平衡的時間應該是相同的。
同時值得注意的是在暴露濃度大于11.71 μg/L之后，大型水蚤吸收達到飽和之后都有了明顯的下降，究其原因我們認為是由于達到飽和之后從納米材料上解析的銅離子的排出速度大于了大型水蚤的吸收速度。在飽和的情況下，大型水蚤的腸道內充滿了納米材料使得大型水蚤吸收納米材料的速度變得非常緩慢，而納米二氧化鈦解析銅的速率非常快，導致其在腸道內停留時間短，進而產生了較快的排出。
為了直觀的比較納米材料存在大型水蚤對銅吸收的增加，只能取未飽和時間點來進行比較。這里我們取2 h的吸收點來與大型水蚤水相吸收銅的情況作比較，比較的結果如圖5所示?？梢钥吹郊{米二氧化鈦存在時大型水蚤對銅的吸收速率遠遠超過了單純的水相吸收速率，兩者相差一到兩個數量級。
3. 結論
總之納米二氧化鈦顆粒的加入極大地促進了大型水蚤對銅的吸收，同時也促進了大型水蚤對銅的吸收平衡的提前。由此我們可以推測，由于納米顆粒進入水體中，必然會導致進入生物體內的重金屬量的增加，并因此產生更大的毒性作用。由此可見單一的水體中重金屬的濃度并不能完全說明水中生物受重金屬污染的狀況，在進行重金屬的環境監測或者標準制定時要考慮到顆粒物以及其它污染物的綜合作用。同時本文也為Cu和其它重金屬的生物監測提供了一定的參考。
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金屬納米材料的應用范文6
【關鍵詞】納米技術；精細化工；催化劑；添加劑
0.引言
納米技術是指使用納米材料的特殊性質的技術，納米材料是指尺寸處于1-100nm的微小粒子組成的材料，這樣的微小粒子既不是微觀的原子簇，也不是宏觀物體，是出于微觀與宏觀之間的介觀系統，這種材料往往因為其表面效應、量子尺寸效應、體積效應以及宏觀量子隧道效應具有傳統物質所不具備的特殊性質。納米材料通常具有很高的特殊催化性，在冶金、涂料、精細化工等工業領域應用非常廣泛。本文對納米技術在精細化工領域的應用方法及特點進行了詳細的論述，為納米技術在精細化工領域的推廣應用提供了有效的支撐。
1.納米技術在精細化工中的應用
1.1納米材料的制備方法簡介
納米材料的制備通常包括機械法、物理法和化學法。機械法是指機械粉碎法和機械合金化法，其制作方法簡單、成本低，但顆粒不均勻，純度低；物理法是指溶液蒸發法和蒸發冷凝法，其制作方法較為復雜、成本較高，但粒度可控、純度很高、結晶組織好；化學法則是通過化學反應制備納米材料，其粒度可控、純度很高，而且其成本不是很高、操作相對簡單，常用的有水熱法、沉淀法、溶膠-凝結法、化學氣相反應法、微乳液法、有機配合前驅體法以及超重力沉淀法等。納米材料的制備方法很多，而且正在不斷的被發現，越來越多的制備更細顆粒、更好分散性的方法出現，為納米技術的進一步發展提供了較好的支撐。
1.2納米技術在催化方面的應用探討
大量研究表明，納米催化劑的穩定性好，催化效率高，如：在乙炔加氫反應中，加入納米的Pb/TiO2作為催化劑，可以是乙炔的轉化率達到100%，并且使乙炔的選擇性達到80%以上；在液態加氫法制備2-氨基-4，6二氯苯酚時，采用納米Ni-B/SiO2作為催化劑，其催化效果明顯比其他Ni催化劑好得多，轉化率達到了100%，選擇性達到了98%。在化學電源領域，納米材料具有很好的電化學活性，作為電極能很好的減輕電池重量，如：納米二氧化錳作為鋰電池正極可以做成高能電池；納米的銀粉、鎳粉和二氧化鎳混合燒結體作為光化學電池的電極，效果遠超過其它材料；碳管納米材料的奇異電學性能已經廣泛應用于場發射元件、鋰離子電池、燃料電池等。
另外，納米材料的光催化特點被廣泛應用與環境保護領域，如：（1）污水處理，硫化物或金屬氧化物的納米材料是半導體材料，其特殊的電子結構可以通過氧化或還原反應降解并礦化H2O、CO2、無機離子以及某些毒性較小的有機物等，其特點是分解完全，沒有二次污染、成本低、操作簡單，常見的納米催化劑材料有二氧化鎳、三氧化鋁、氧化鋅等，尤其是二氧化鎳對染料廢水、農藥廢水的處理效果極好。
（2）空氣污染處理，納米催化材料對空氣中的硫氧化物和氮氧化物的處理效果極好，在汽車尾氣處理方面應用廣泛，比傳統的貴金屬和稀土催化劑的效果好得多，尤其是貴金屬催化劑，價格昂貴。易失活，納米光催化劑成本低、穩定性好，活性高，能有效的提高汽車尾氣中的一氧化碳、一氧化氮、碳化氫等物質的轉化效率；另外，納米材料還用于陶瓷制品的除臭抗菌以及分解有機物等作用，也用于汽車或建筑玻璃的自潔等。
1.3納米技術在添加劑領域的應用
納米技術在添加劑領域的作用也非常廣泛，通常是納米材料加入到其它物質中，改變其它物質的性質，達到普通物質所達不到的效果，常用的有：
（1）化妝品添加劑。將納米材料氧化鋅、二氧化鎳、氧化鐵作為添加劑可以提高化妝品的藥物利用率、增強抗菌作用，減輕對皮膚的刺激，而且自身無毒無味、化學穩定、熱穩定，是目前化妝品領域的研究熱點。
（2）黏合劑、劑和密封膠。納米二氧化硅作為添加劑，可以有效提高黏合劑等黏結效果、劑的效果和密封膠的密封效果。
（3）涂料。將納米材料加入到涂料中，可以有效的改善傳統涂料的性能，并使涂料具有新的功能，如納米氧化鋅添加劑可以使涂料具有吸收紅外線、屏蔽紫外線、殺菌防霉等效果，納米二氧化硅可以增加涂料的耐磨性、抗氧化性等。除此之外，納米材料還可增加橡膠的力學性能、硫化活性，改變塑料綜合力學性能、纖維的分散性、有機玻璃的沖擊韌性等。
另外，納米技術在醫藥領域也有廣泛的應用，可以提高藥效的吸收，降低藥物的不良反應，還能有效的豐富制藥技術，提高藥物的效果。
2.結論
納米技術是一種新興的技術，納米材料具有一般材料所不具備的特性，在精細化工領域已經取得了廣泛應用，也為人類解決環境保護、能源合理開發利用提供了有效的新途徑。目前納米技術的推廣使用還受納米材料制備、納米改性技術工業化等限制，但隨著納米技術的發展和影響，納米技術在精細化工領域必然得到廣泛的使用。 [科]
【參考文獻】
[1]陳建鋒，鄒?？?，劉潤靜，等.超重力反應沉淀法合成納米材料及其應用[J].現代化工，2001，21（9）：9-12.
