纳米技术在化工行业中的应用分析

纳米技术在化工行业中的应用分析

作者：王静霞

来源：《科教导刊》2011年第25期

摘要随着科学技术的发展，纳米技术已经越来越多的进入到了人们的日常生活，而且化工行业作为国民经济支柱产业之一，将以纳米材料以及纳米技术为主的高新技术应用到化工生产中，必将会对其产生积极的推动作用。因此，本文针对纳米技术在化工行业中的应用进行分析。

关键词纳米技术化工应用

中图分类号： TQ02文献标识码：A

Application Analysis of Nanotechnology in Chemical Industry

WANG Jingxia

(Department of Chemistry and Chemical Engineering of Jining University, Jining, Shandong 273155)

AbstractWith the development of science and technology, nanotechnology has been more and more into people's daily lives, and the chemical industry as a pillar industry of national economy, apply nano-materials and nano technology-based high-tech to chemical production, will certainly have a positive role in promoting. Therefore, this paper analyzes the application of nanotechnology in chemical industry.

Key wordsnanotechnology; chemical; application

1 纳米技术的特点

纳米是一种新的度量单位，当物质达到或者接近纳米尺度范围以后就会形成一种特殊的结构层次，使其本身所具有的诸如强度、韧度、比热、导电磁等性能发生突变，从而表现出一些新的性能。这种性能既不同于原来内部结构中单个的原子或分子，也不同于宏观物质所构成的材料的性能。下面就对纳米材料所表现出的一些特殊性能进行细致分析：

（1）力学性能。提高材料的硬度、韧性以及强度一直都是材料研究的主要方向。而具有纳米结构的材料则能够表现出更强的力学性能，由于纳米材料的强度与粒子直径成反比，而材

料中粒子的细化以及高密度的存在极大程度的降低了纳米材料的位错密度，使得临界位错圈直径远大于纳米粒子的直径，这也就避免了在纳米结构中发生位错滑移和增殖，即纳米晶强化效应。（2）磁学性能。当粒子间的尺寸达到纳米范围内时，粒子间的相互作用就会发生变化从而影响到物质材料的宏观磁性。在纳米结构中，各粒子的磁性随着方向的变化而改变，所表现出的磁性也与粒子的形状、结构以及内应力有关，并且具有明显的体积效应。（3）电学性能。在纳米结构中，由于晶界面上原子体积分数增大其电阻也就高于同类的粗晶材料，甚至发生尺寸诱导。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。（4）热学性能。由于在纳米结构中的界面原子的密度很低并且排列混乱，也就削弱了彼此间的藕合作用，所以就使得纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值。因此，在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

2 纳米技术在化工行业中的应用

由于纳米结构在强度、韧度、比热、导电磁等性能上都明显优于同类型的物质材料，因此可以利用这些纳米技术制造出一些具有特殊功能的材料，并将其运用到化工行业生产当中。目前，纳米材料已经在高力学性能环境中得到了广泛的应用，在化工行业当中利用纳米技术制造的超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、表面涂层以及润滑剂等都有着非常重要的应用。

在化工生产的过程中，为了提高化学反应的速度和反应速率，要在反应过程中添加一些催化剂。传统的催化剂存在着明显的缺点，造成生产原料巨大浪费的同时也大大降低了企业的经济收益，甚至还会带来严重的环境危害，而如果使用纳米材料作为催化剂，利用其表面活性中心多这一特点，可以有效地提高化学反应速度和反应速率。由于纳米材料所具有的特殊性能，将其利用于表面涂层技术当中也是化工行业研究的重点。表面涂层技术按照用途的不同可以分为结构涂层和功能涂层。其中结构涂层的作用是用来提高和稳固基体材料本身所具有的性能，例如有用来增强基体材料的硬度以及耐磨性、抗氧化能力、耐热耐腐蚀性等的结构涂层。而功能涂层则是指给基体材料增加一些本身并不具备的功能，从而提高基体材料的整体性能，例如有增加导电性、绝缘性的电学功能涂层，增加光反射、光吸收以及消光的光学涂层以及增加热敏、湿敏、气敏的敏感性涂层等等。而纳米结构在强度以及韧性方面都有极强的优越性，能够很好地起到静电屏蔽的作用，因此用纳米材料做为表面涂层，能够很好保护基体材料的同时也可以使其本身的功能得到进一步的提升。另外，也可以在传统表面涂层的基础上配合使用纳米材料，即为纳米复合体涂层。这种将纳米结构的优势与传统涂层技术相融合，进而达到优势互补的方式，将传统的表面涂层工艺提升到一个新的高度。由此不难看出，纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。

纳米技术在精细化工领域也有着极为广泛的应用。由于精细化工的涵盖面非常广，产品数量众多，并且涉及到人们日常生活的方方面面。因此，将以纳米技术为主的高新科技融入其

中，进一步改造和提升精细化工的产品性能是其未来发展的趋势。例如利用纳米结构制造高强度的聚合物材料、研制纳米色素以及纳米感光胶片等等。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料也能够发挥其重要作用。在橡胶中加入以纳米材料作为添加剂，可以有效地提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力，并且能够增强相交的耐磨度。将纳米材料运用到塑料生产当中，可以很好的提高塑料的强度和韧性，并且能够增加塑料本身的致密性以及防水性能。而且在粘合剂和密封胶当中添加SiO2，利用SiO2表面的一层有机材料使其具有了亲水性这一特点，在添加到密封胶以及粘合剂当中，使之能够迅速形成一种硅石结构，从而限制了胶体流动，加快固化速度，并且由于颗粒尺寸很小，可以进一步提高粘合剂的粘结效果以及密封胶的密封性。

目前，我国纳米技术在化工行业中应用正在稳固前行，所以还需要加大科技创新，以及对基础技术的研究工作，建立出一套完整技术创新体系和管理机制，提高我国化工行业整体效益和竞争力，为企业创造出一个良好的发展环境，也只有这样才能顺应时代的潮流，使传统的化工生产工艺在新形势下重新焕发生机，并且带动整个化工产业的发展。

3 我国纳米技术应用的展望

纳米技术虽然起源于国外发达国家，但是目前在我国也具有极大的发展潜力，国家也在不断提升对这方面的关注程度，一方面增加对纳米技术的研究经费，并密切关注纳米技术以及纳米材料的基础研究工作。另一方面积极推动地方政府和企业对于纳米技术的应用，从而实现了以基础研究到产品应用的完整体系。现阶段，我国对一些纳米材料的研究也取得了令人瞩目的成就。在物理、化学方面采用多种方法研制出的高密度、性能优越的纳米陶瓷，以及制备出的金属合金氧化物、碳化物等纳米化合物，并且建立了相应的基础设备，能够真正意义上做到控制纳米微粒的尺寸大小，制成纳米薄膜以及其它纳米材料与传统材料相比较而言，在强度、硬度、韧性以及扩散度、可塑性、导电率等方面都有显著提升。并且我国还在世界上首次发现了氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区所表现出的超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应以及自旋波共振等领域也取得了卓越的成就；设计并研制出了纳米复合氧化物体系，它对中红外波段吸收率高达 92％，并将其应用于红外保暖纤维。目前，纳米材料和纳米技术这项诞生于二十一世纪的崭新技术已经逐渐打破了人们的传统生活理念，并从根本上解决了人类所面临的诸如能源、环境保护以及医药卫生等重大问题。

4 结语

伴随着社会的高速发展必将会对能源、环境、材料技术提出新的要求，并且对其性能的要求也会越来越高。因此，以纳米材料为基础的纳米技术的诞生，将在未来对整个社会的发展起到至关重要的作用。因此可以预见，不断出现的新型纳米材料，以及纳米技术的不断改良，在未来将是纳米技术的时代，所以现在要加倍重视对纳米技术的研究工作。