纳米材料的潜在危害说明
纳米材料的潜在危害说明
我们可以预测到纳米技术的快速发展，它将导致通讯技术的加速和设备的微型化，提高暴破技术的有效性和钢板穿刺技术的优化等许多方面。在纳米领域许多新的技术的运用，可能导致对人体的损害，而且不仅限于以上这些纳米技术。在考虑纳米技术特有的危害时，研究小组更关注纳米颗粒，换句话说正是因为纳米的微粒子性使得这些分散颗粒具有独特性能。我们明白，制造这种微粒的原因，正是因为这样的微粒子特性使得它与众不同。这些特性不仅影响它的理化性质，还会导致它的生物学活性的改变。同样地，我们可以通过了解暴露于类似纳米大小的微粒子找到一些证据。比如，石棉以及燃烧产生的纳米颗粒。我们能从石棉中汲取什么教训？
石棉的危害众所周知，主要是石棉可以导致很多疾病。在英国，每年就有2，000人死于间皮瘤，曾经就是因为石棉的一些特性，使得它被广泛使用。它有良好的纤维和耐腐蚀性，不易被破坏。现在我们已经知道，它的毒性正与它的纤维直径（因为石棉纤维直径小于3μm，可以被吸入呼吸性细支气管）、长短（长度大于15μm就不能被巨噬细胞吞噬）以及在肺组织中的难溶解性有关。因此，石棉纤维在呼吸道中易进入而难清除的特性将会引发刺激作用导致纤维化和癌变[1]。这些物理特性以及纤维表面的化学活性都是有相当危害的，当然吸入的危险性还与吸收的剂量相关。几乎所有的纤维制品都遵照这些规则，有些也会因为它们的理化性质不同而有所差别。由于温石棉在肺组织中
溶解性较闪石类石棉高，因此温石棉较不容易导致间皮瘤。还有，天然的毛沸石因其较高的表面活性而更具危险性，在土耳其一些村民因接触天然毛沸石患上了间皮瘤。
碳和其他纳米管和石棉一样能被生产，但比石棉纤维更精细，并且吸入后比较难清除。它们中有些非常坚硬，并且一旦进入将持续存在于组织中。可以预测，如果吸入足够多的数量，将会导致间皮瘤。正如Paracelsus指出，剂量是关键。死于石棉疾病的人，通常每克干肺组织中就有数百万根纤维，是从空气中每毫升数根纤维吸入（更确切地说是从每次呼吸吸入几百根纤维或者每天吸入数百万根纤维）数月或者数年的结果。因此，一个纳米管生产企业不仅要求生产工人，也包括那些工序中可能接触的所有使用和处理的工人，都要求做好相应的防护，防止职业暴露。目前，新建企业通常规模较小，并且生产出来的纳米管常紧紧地簇拥在一起；可以预测，这些情况今后将会改善。
从空气污染研究中获得的教训
碳的核粒子燃烧后会聚集在一起形成比纳米直径大些的聚合物。目前有两类研究机构在研究这样的粒子产生的毒性。一类研究机构是在美国纽约曼切斯特berd?rster和他的同事们，他们在实验室中研究纳米大小的颗粒在大鼠肺中的清除和存留[2]。另一类是美国的流行病学家们，他们已经研究出在很低浓度下空气污染和死亡之间的关系[3]。并且，在他们的观察报告中阐明，这些粒子的暴露与心脏病引起的死亡显著相关。这也表明这种微粒能够产生毒效应，当存在较多数量的粒子时
2纳米科技潜在的危害
二、纳米科技潜在的危害 当人们陶醉在纳米材料的许多新奇功能和它将给我们生活带来的美好前景时，医学界出于特殊的职业敏感性，开始冷静地考虑纳米料将对人类健康产生的深远影响。事实上，纳米技术还将在生态环境、经济、政治、伦理道德等等方面引发诸多问题，从而在社会各个层面产生不可估量的后果，影响遍及农业、医疗、制药、计算机、国防甚至人类的文明———它将取代基因技术成为最受争议的应用技术。 1.纳米技术对人类健康和环境的潜在危害 纳米材料作为一种人工制造的新的物质形态, 人类对它的认识只能说刚刚开始。目前学术界大多重视发展纳米材料制备科学和工程研究, 扩大研究对象以及发现神奇功能和新产品的开发, 较少注意到纳米材料的特殊性对机体产生的潜在危害。 首先, 纳米材料广泛的应用性使研究者、生产者和消费者今后将有许多机会接触纳米材料，而纳米材料的超微性提醒我们, 应该重新认识和理解人体对颗粒性物质的吸收过程和它可能引起的生物学影响。我们知道, 皮肤是人类阻挡外源性物质的重要屏障系统, 它能有效地阻止宏观颗粒物经皮肤进入体内。现在人们已经能够生产粒径只有头发丝直径1/ 7000 的金属纳米材料和粒径为0.15nm的纳米碳。粒径如此之小的纳米粒子，完全有可能通过简单扩散或渗透形式经过肺泡和皮肤进入体内。纳米材料的另一个显著特点是表面积
大, 粒子表面的原子数多, 周围缺少相邻原子, 存在许多空键, 所以具有很强的吸附能力和很高的化学活性。与此同时, 科学家发现药物制剂的粒径变小后, 其毒副作用也得到不同程度的增大。常规药物被纳米颗粒物装载后, 急性毒性、骨髓毒性、细胞毒性、心脏毒性和肾毒性明显增强, 而难溶性药物的消化道吸收率和药效与药物的粒径呈负相关关系, 是人们已知的常识。纳米微粒是飘浮和运动的, 它遵循布朗运动规律进入食品和人体, 进而进入人体细胞内。产品成分中若含有氧化硅、氧化钛、氧化锰或者银, 这些成分在人体内将“如同幽灵一样飘浮”, 如果潜伏在细胞内就有可能诱发细胞病变, 进而可能导致癌症。这些事实提示我们, 过去宏观物质的安全性评价结果也许不适用于它的纳米材料。 纳米材料除了比较容易进入人体之外, 还可能比较容易透过生物膜上的孔隙进入细胞内或细胞内包括线粒体、内质网、溶酶体、高尔基体和细胞核等细胞器, 并且和生物大分子发生结合或催化化学反应, 使生物大分子和生物膜的正常立体结构产生改变。其结果将导致体内一些激素和重要酶系的活性丧失, 或使遗传物质产生突变导致肿瘤发病率升高或促进老化过程。纳米材料也可能比较容易通过胎盘屏障对胚胎早期的组织分化和发育产生不良影响,导致胎儿畸形。 这些忧虑虽然目前仅是根据纳米材料的特殊性质推测的潜在有害作用, 但我们目前还没有足够的证据对这些不良影响进行否定。材料变成纳米级后, 活性更大、毒性也更大, 其废弃产品暴露在空
题目纳米材料在环境治理的应用
题目纳米材料在环境治理的应用 摘要随着工业的不断发展，环境污染日益严重，传统废水、废气处理工艺、方法已不能满足需要。法律制定和新材料的研制刻不容缓。光催化反应的应用研究已在有机物降解、水质处理、环境保护等领域广泛展开,利用日光进行光催化反应是光催化反应应用研究的重要课题。光催化技术为彻底解决水污染问题提供了新的手段。纳米二氧化钛是目前最受人们关注的光催化剂之一。本文介绍了纳米技术在废水处理、大气环境控制和固体废弃物处理中的应用进展情况,并对其应用前景作了展望。全球性的环境污染及生态破坏,许多有毒有害的有机污染物被水体和土壤自净的速度很慢而净化不彻底,并且在水体中存在时间长、范围广,对人类潜在影响很大,如许多有机物或其降解的中间产物具有致癌、致畸、致突变三致性,这些有机污染物采用传统的生物处理工艺已难以去除.迫使人们对环境问题给以足够的关注,并研究和开发出一系列用于环境污染物治理的新技术和新方法,光催化技术作为其中一种新兴的环境净化技术,其实用化的研究和开发已受到广泛的重视。[1] 关键词环境保护纳米技术二氧化钛现状展望大气污染水污染固体废弃物污染 正文众所周知，在整个自然生态系统中，人类仅仅是其中一环。然而，随着经济和科技的发展，人类社会的不断地进步，人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下，人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度，引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有：人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。制定了相关法律法规我国大气污染防止法律法规有：1956年5月25日国务院公布的《关于防止厂矿企业中矽尘危害的决定》，70年代《工业“三废”排放试行标准》、《工业企业设计卫生标准》，80年代以来《大气环境质量标准》、《锅炉烟尘排放标准》、《汽油车怠速污染物排放标准》、《钢铁工业污染物排放标准》、《核电厂环境辐射防护规定》，《汽车排气污染监督管理办法1990》、87年颁布《大气污染防治法》、《大气污染防治法实施细则》。国务院和地方各级人民政府在大气污染防治中总的职责：⑴必须将大气环境保护工作纳入国民经济和社会发展计划。⑵必须合理规划工业布局。“预防为主”，从源头治理大气污染。⑶必须加强大气污染防治的科学研究。⑷必须采取防治大气污染的措施，保护和改善大气环境。如煤炭洗选加工、改进城市燃料结构、推广高标号无铅汽油等。 ⑸采取有利于大气污染防治及相关的综合利用活动的经济、技术政策和措施。⑹各级人民政府应当加强植树造林、城市绿化工作。水污染防止的法律规定：《生活饮用水卫生标准（试行）》、《渔业水质标准（试行）》、《农田灌溉水质标准（试行）》；2、1984年《水污染防治法》（1996年修改）；3、1989年《水污染防治法实施细则》（2000年修改），《污水综合排放标准》等。 防治固体废物污染环境的法律规定：1、72年《海洋倾废公约》；2、85年《关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定》；3、89年《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》等；4、91年《防治含多氯联苯电力装置及其废物污染环境的规定》；5、92年《防治尾矿污染环境管理规定》；6、92年《关于防治铬化合物生产建设中环境污染的若干规定》；7、92年《城市市容和环境卫生管理条例》；8、93年《城市生活垃圾管理办法》；9、95年《固体废物污染环境防治法》；10、96年《关于进一步开展资源综合利用的意见》。 防止海洋污染损害的法律规定：1974年颁布《防止沿海水域污染暂行规定》 ；1982年颁布《海洋环境保护法》（1999年修改）；为实施该法，国务院先后颁布了；《防止船舶污染海域管理条例》；《海洋石油勘探开发环境保护管理条例》；《海洋倾废管理条例》；《防止拆船污染环境管理条例》；《防治陆源污染物污染损害海洋环境管理条例》；《防治海岸工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》等，
浅谈纳米技术的研究与应用
浅谈纳米技术的研究与应用 1.引言 当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年美国诺贝尔奖获得者查理·费曼(Richard Phillips Feynman)，在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：“如果人们能够在原子/分子的尺度上来加工材料，制造装置，将会有许多激动人心的新发现，人们将会打开一个崭新的世界。”这在当时只是一个美好的梦想。 如今，这个预言和梦想终于实现了。费曼所预言的材料就是现在的纳米。 今天，不少科学家又在预言，纳米科技将在新世纪里得到惊人的发展，纳米科技将给人类的科学技术和生活带来革命性的变化。科学家认为，纳米时代的到来不会很久，它在未来的应用将远远超过计算机，并成为未来信息时代的核心。 我国著名科学家钱学森早在1991年就指出：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。” 英国理论物理学家斯蒂芬·霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：“未来一千年人类有可能对DNA基因重新设计。而生化纳米材料则是设计DNA基因所必须具备的医药材料基础。” 近年来，科学家勾画了一幅若干年后的蓝图：纳米电子学将使量子元件代替微电子备件，巨型计算机可装入口袋；通过纳米化，易碎的陶瓷可以变成韧性的；世界还将出现1μm以下的机器甚至机器人；纳米技术还能给药物的传输提供新的方式和途径，对基因进行定点等。 海内外科技界广泛认为，纳米材料和技术的大规模应用可望在10年内实现。现阶段纳米材料和技术正向新材料、微电子、计算机、医学、航天航空、环境、能源、生物技术和农业等诸多领域渗透，并已得到不同程度的应用。 1998年8月20日，《美国商业周刊》发表文章指出，21世纪有三个领域可能取得重大突破：生命科学和生物技术；纳米材料和纳米技术；从外星球获得能源。并指出这是人类跨入21世纪所面临的新的挑战和机遇。诺贝尔奖获得者罗雷尔也曾说过：“70年代重视微米的国家如今都成为发达国家，现在重视纳米技术的国家很可能成为21世纪先进国家。” 1974年，Taniguchi最早使用纳米技术(Nanotechnology)一词描述精细机械加工。1977年美国麻省理工学院的德雷克斯勒也提倡纳米科技的研究。但当时多数主流科学家对此持怀疑态度。1982年发明了扫描隧道显微镜(STM)，以空前的分辨率揭示了一个“可见的”原子、分子世界。到80年代末，STM已不
CMIC：纳米技术可能存在的一些潜在危害
CMIC：纳米技术可能存在的一些潜在危害 【CMIC讯】在国家政策保驾护航之下，世界各国纳米技术均在缓慢而持续地发展。宏观来看，当代纳米技术研究领域集中在三个方面，即纳米材料和纳米结构的研究，以及对于改善传统材料综合性能的研究；设计并制作新型纳米结构和器件，以推动信息、能源、环境、医疗、农业及航天科技的革新和发展；纳米加工和纳米探测技术的实践应用。近些年，以上三个方面研究均有不同程度的进展，诸如纳米机器人、纳米衣以及生物医药方面的成品已经进入人们眼帘。然而，在大多数人憧憬其美好前景时，一些业界专家开始冷静考虑纳米材料及纳米技术可能带给人类的不利影响。 对社会安全的威胁 美国未来科学家K.埃里克.德雷克斯勒曾在其著作中有此描述：在纳米时代的乌托邦世界，微型“装配工”管理着原子尺度的生产线，它们几乎可以制造出所有难以想象的产品，如汽车、地毯或是一片烤鱼片。然而被作者称为“灰色忧伤”的问题却是纳米技术潜在威胁的一种设想——微型的装配工们无限制地复制它们自己，“吃”掉了阻挡在它们面前所有的一切，包括植物、动物以及人类。对此，美国计算机专家比尔.乔依认为，尽管自我复制的纳米机器人不会很快出现，但它们出现的可能性正越变越大，而这意味着危机。一些未来学家和战略家深信，纳米技术也将改变未来军事和战争形态，使战争更具突发性。 对伦理道德的挑战 纳米技术不仅打破了物质和信息的界限，还填平了生物和非生物之间的鸿沟。设想，如果将非生物物质内的原子组装成纳米机器人，就不能再以传统新陈代谢和繁殖能力的标准去定义生物了。但是，人的个性特征、性格品质、情感思想、文化积淀、社会可塑性和复杂的社会关系鸿沟恰恰与之背离。因此，利用纳米技术生产出的“复制人”与原形人之间的区别将更加模糊，必然受到社会伦理道德的制约。CMIC认为，在科学技术高度发展的今天，通过纳米技术帮助人类最大限度地发挥极限潜能，而不是以纳米机器人全盘代之，或许是较好的选择。 对人类健康的潜在危害 纳米材料的超微性提醒我们，应该重新认识和理解人体对颗粒性物质的吸收过程和它可能引起的生物学影响。皮肤是人类阻挡外源性物质的重要屏障系统，可有效阻止宏观颗粒物经皮肤进入人体，但粒径极小的纳米粒子，完全可以通过简单扩散或渗透形式进入人体。生物医学领域内，研究发现，当药物制剂的粒径变小后，其毒副作用也不同程度增大。常规药物被纳米颗粒装载后，急性毒性、骨髓毒性、细胞毒性、心脏毒性和肾脏毒性明显增强。
浅谈纳米材料与生活
浅谈纳米材料与生活 摘要：人类迈着欢快的步伐轻松地进入二十一世纪。二十世纪是计算机技术革命蓬勃发展的时期，计算机技术得到了卓越的发展。现在人类进入了又一世纪，在这个日新月异的新的世纪里，科学家通过运用的发达的计算机技术，为我们奏起了“纳米技术”发展的号角。“纳米技术”主要是围绕开发纳米材料为核心而发展的技术，它有着广阔的发展前景，随着纳米技术的发展纳米材料也不断有着新的开发。“纳米材料”的有效发掘及其利用必定会给人们的生活带来又一翻天覆地变化，给人们的衣、食、住、行、医疗卫生事业带来极大便利。本文主要是通过给大家说明纳米材料的本质这一基点，向大家普及纳米材料的特性，以使更多的人能对纳米材料有整体的认识。除此之外更重要的就是联系生活实际，向大家说明纳米材料是如何影响人们生活的。到目前为止，它的发展的确已经给我们生活带来了很多便利，我相信在纳米技术不断进步、发展的未来，纳米材料一定有更广阔的空间。 关键词：纳米、纳米技术、纳米材料、应用 现如今，科学界普遍认为，纳米技术是21世纪经济增长的一台主要发动机，他将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，并将成为最有前途的材料，它所见具有的独特物理和化学性质，可以节省资源、合理利用能源并且能够净化生存环境，它的发展研究会对化工行业带来新的机遇。 纳米材料的特性： 纳米材料是英文“napometer”的译音，是一个物理学上的长度单位。1纳米是1米的十亿分之一，用我们能看见的最小微粒院子来表示的话，相当于45个远在啊排列起来的长度。自然界只有生物具有纳米尺度，遗传基因DNA螺旋结构的半径约1纳米左右，一个典型的病毒大约100纳米长，相当于万分之一的头发丝的粗细。纳米科技就是一门以0.1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学。作为尺度单位的纳米，并没有物理内涵，当物质到纳米尺度后，
纳米技术在环境保护中的应用
纳米技术在环境保护中的应用 纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。 纳米技术研究在0．1．100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料 是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围。或以其为基本单位所构成的材料。纳米 材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生 深远的影响。 一．纳米技术在水处理中的应用 1）纳米催化剂 目前用于水处理的纳米催化剂，主要指光催化剂，如Ti02,Cd5,ZnO等，其中TiO:因其活性高、稳定性好、对人体无害而最受重视。Matthews等P1曾对水中34种有机污染物的光催化降解进行研究，结果表明该方法可将水中的烃类、卤代物、轻酸盐表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等污染物转化成CO;和H2O等无害物质。利用纳米光催化剂光催化降解有机废水是其最重要的用途之一纳米TiO:玻璃薄膜光催化剂，可将玫瑰红B催化降解为C02,H 20及一些其它的简单无机物。用溶胶一箭胶法制备的8层粒径为21.2nm的锐钦矿T102(存在于玻璃薄膜中)，在(28-0.5)℃和振摇条件下，可使初始浓度为9.87 x 10“一10.46‘10 6的玫瑰红B在150min内的降解率达到80%多(以高压汞灯为光源)，反应速率对时间和浓度均为一级反应[21。用纳米二氧化钦粉末催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液，在多云的条件下，光照12h,浓度为0.5mg/L的苯酚已降解为零，浓度为lmg几的十二烷基苯磺酸钠也基本降解137。采用纳米二氧化钦催化降解技术来处理纺织工业污水，省钱、高效、节能，最终能使有害有机物完全矿化，且不存在二次污染 2）处理无机污染废水 污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力同。如纳米TiO：能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。 3）处理有机污染废水 大量研究表明纳米TiO：等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物。使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO：能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru／TiO：作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。 4）自来水的净化处理 新型纳米级净水剂r7的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI：0，的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。 二。纳米材料在大气污染治理方面的应用 1）空气中硫氧化物的净化 二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加
纳米材料发展之利弊辩论
发展存在有利的观点 ●当物质小到1—100 nm(10一～10～m)时，由于量子效应、局域性及巨大的表面与界 面效应，使物质的一些性质、性能发生了质变，原子、分子水平上制造的纳米材料和器件在化学、材料、生物、医学等领域有着广泛的应用，引发了一场“新的工业革命”。 ●纳米医学纳米材料已经或正在走进我们生活的诸多方面，如生物医学领域的纳米 制药和疾病监测的方面。因为纳米材料尺度小、活性强，用纳米材料制成的药物可以准确的杀死病变细胞不会对健康细胞产生影响，这是常规药物所不能实现的。纳米生物芯片技术将传统的生物样品检测实验室集成到一个芯片上来，大大增强了检测速度和精度。 ●纳米材料的生物效应研究纳米材料以其独特的性质被广泛应用于生物领域，下面以碳 纳米材料和药物纳米输送系统作为代表进行阐述。(一)富勒烯近年来合成制备方法的改进和突破有力地促进了富勒烯研究的发展。有关C60及其衍生物的生物活性的研究越来越广泛和深入，现已证明它们具有抑制细菌感染、抗病毒活性和抗肿瘤等特性。 水溶性c。衍生物是一类具有生物活性的物质，其羧基化衍生物可以清除体内的自由基，还可以抑制角化细胞增生，保护人角化细胞免遭紫外线(uVB)介导的细胞凋亡Foley等旧。的研究发现c。羧基衍生物能够穿透细胞膜与线粒体结合，由于细胞内的活性氧自由基来自线粒体内电子传递链，富勒烯清除细胞内自由基可能与这种结合有关。c60羧基衍生物的抗氧化作用可保护中枢神经系统，用于治疗神经退化疾病，如帕金森病等” ●(二)碳纳米管碳纳米管(cNTs)，又名巴基管，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。研 究表明cNTs或含cNTs的复合材料与神经细胞、成骨细胞、纤维原细胞等各种细胞具有很好的生物兼容性，而且它们有独特的管状结构，所以被认为是良好的药物载体。 王海芳等"o用平均约1个”I原子标记羟基化单壁碳纳米管(”I—swNT，直径1．4 nm、长400 nm，)，研究了它们在小鼠体内的生物分布以及代谢过程。发现“5 I—swNT可以很快地分布在整个鼠体内，4种不同给药途径对其分布影响不大，表明这种表观分子量高达60万的羟基化的水溶性纳米碳管可以像小的活性分子一样在不同器官之间快速转运，通过尿液排泄。 ●纳米材料技术与生物技术结合为生物医学领域带来了全新的视野，纳米材料也医药学 方面和生物芯片方面取得了显著的成绩。随着纳米材料在生物医学领域更为广泛的应用，疾病诊断、临床治疗等将会变得更有效率，治疗费用也会随着纳米技术的不断成熟又逐步降低，从而我们的生命健康保障将会得到很大提高。 ●药物纳米输送系统(靶向运输)纳米载药系统是纳米技术与现代药剂学结合产生的新兴 技术，它的药物缓、控释性和靶向性可以大幅度提高药物的生物利用度、降低用药量、减少毒副作用，所以已成为国际药物研制中的热点和前沿。从药代动力学角度看，由于纳米药物载体的隔绝效果，降低了体内介质对药物的作用，从而延缓了药物的释放； 调节纳米药物载体的结构，可使药物按一定的规律释放；选用可生物降解的材料作为纳米药物载体，使难以扩散的大分子药物通过纳米药物载体自身的降解实现控制释放。 ●米材料已经应用在众多国防和军事领域，如美国B-2隐形轰炸机的表面涂层材料，新 型的特种兵作战服。而且，纳米材料作为其他行业的基础，为传统的制造业带来了新的生机，纳米材料有着巨大的市场前景。 ●纳米材料在化妆品、涂料、纺织业、汽车工业和半导体产业都有着很好的市场前景。 就我国纳米材料市场来看，其主要产品为金属纳米颗粒材料、纳米氧化物、纳米碳化物和半导体纳米材料，如银、铜和铁等纳米颗粒材料，纳米氧化锌，碳纳米管和纳米
浅谈纳米材料与技术的应用与发展
浅谈纳米材料与技术的应用与发展 二十一世纪是信息技术、生命科学和纳米技术的世纪，科学技术的飞速发展以及国民经济的提高为纳米材料与技术这一专业的发展奠定了坚实的基础。纳米材料不同于传统的材料，拥有其他材料不具备的优异性能，同时，纳米材料应用范围十分广泛，可应用在环境保护、航空航天、生物医学、防护装置等各个方面，因此，发展纳米材料与技术具有十分重要的意义。本文主要论述了纳米材料与技术的应用，并对其发展前景进行了阐述，期望能为我国的纳米材料与技术的发展提供一些建议。 标签：纳米材料与技术；应用；发展 一、引言 纳米材料是物质的颗粒大小属于纳米级，主要是通过压制、烧结由金属、无机物或者聚合纳米微颗粒产生的材料。它处于1-100纳米这个范围空间，拥有着特殊的性能，是一种介于微观和宏观物质结构之间的特殊材料[1]。納米材料与技术概念率先提出于20世纪60年代，在1984年纯物质纳米细粉的制得则标志着其研究进入了新的阶段；而在1990年7月，纳米材料科学正式成为材料科学新的分支。二十一世纪以来，纳米技术是二十一世纪三大科技之一，纳米材料进入高速发展的阶段，各国不断加大对纳米材料研究的投资，例如美国的NNI，欧盟的“地平线2020”，以及我国在“八五”期间，将“纳米材料科学”列入国家项目之中，并于2006 年启动了纳米技术科学研究计划。现在纳米材料逐渐步入2.0时代，与医药、测量技术等学科的结合研究已走上日程，相信在未来，纳米材料在安全、环境、健康方面的研究也会不断深入，更好的应用于我们社会的各个领域[2]。 二、纳米材料与技术的应用 2.1 在环境保护上的应用。 随着科学技术的发展，我国的工业越来越强，但是在发展过程中污染了环境，所排放的废气废水已经严重超过环境自身的承载力，其恢复效果十分差，给人们的生活以及身体健康带来了十分不利的影响。但纳米材料的发现，其良好的性能有助于保护环境。工业发展过程中汽油、柴油的使用，因其含有硫的化合物在燃烧时产生有害气体，过量排放导致了大气污染，纳米材料和纳米技术的应用能够解决这些有毒气体的污染问题。具有良好性能的纳米钛酸钴，有良好的催化效果，催化后的石油含硫量满足了国际要求，有效地抑制了有毒气体的排放。污水中包含有毒物质、泥沙、悬浮物、细菌病毒等，将这些有害物质去除就是污水处理。使用纳米材料与技术可以提炼出污水中的金属材料，以便继续使用。污水中的有毒有害物质可以使用纳米微粒光催化作用将这些污染物转化为矿化物。 2.2 在防护装置上的应用。
对纳米材料的认识
浅谈对纳米材料的认识 “纳米”这个词语我们并不陌生，生活中常见的有“纳米洗衣机”、“纳米羊绒衫”等等。纳米材料几乎无处不在，在这里简单谈谈我对纳米材料的认识。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。它从思维方式的概念表明生产和科研的对象将向更小的尺寸、更深的层次发展，将从微米层次深人至纳米层次。纳米技术未来的目标是按照需要，操纵原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。 纳米材料具有许多的特殊性质。由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。 纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征三个研究领域。 经过几十年对纳米技术的研究探索。现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子．纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪四大领域高速发展。 目前，不少国家纷纷制定相关计划，投入巨资抢占纳米技术的战略高地。每一种新科技的出现，似乎都包涵着无限可能，尤其是纳米机器人具有不可限量的应用前景。用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。
浅谈纳米材料应用及发展前景
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
纳米材料的危害
纳米材料的危害 “纳米”有哪些潜在的危险？纳米时代即将来临，我们已经做好了知识上和心理上的准备了吗？ 一些纳米颗粒对生物体有害 纳米是一个长度单位，是1米的10亿分之一。当物质颗粒小到纳米量级时，这种物质就被称为纳米材料。在一段时间里，我们一直认为纳米科技给社会带来的都是益处，而近年来，不少研究者发现，一些纳米颗粒和碳纳米管对生物体有害。 据《自然》杂志介绍，美国纽约罗切斯特大学研究人员在实验鼠身上完成的实验显示，直径为35纳米的碳纳米粒子被老鼠吸进身体后，能够迅速出现在大脑中处理嗅觉的区域内，并不断堆积起来。他们认为碳纳米粒子是同“捕捉”香味的大脑细胞一道进入大脑的。今年4月，美国化学学会在一份研究报告中指出，碳60会对鱼的大脑产生大范围的破坏，这是研究人员首次找到纳米微粒可能给水生物种造成毒副作用的证据。这些都说明，纳米材料对人类健康和环境都存在危害。 纳米材料为何会对人体造成影响呢？当一种物质缩小到纳米尺度后，它的性质就会发生显著变化。实验表名，2毫克二氧化硅溶液注入小白鼠后不会致其死亡，但若换成0.5毫克纳米二氧化硅，小白鼠就会立即毙命。而且，纳米材料不易降解，穿透性强，人一旦吸入纳米颗粒，其健康就会受到潜在的威胁。 美国加州大学教授陈帆青说：“现在日常生活中，含纳米成分的产品已有不少。拿化妆品来说，一些唇膏的珠光颗粒其实就是纳米颗粒；等离子电视等含有碳纳米材料的电器，长期接触也可能影响健康。对于各种纳米材料的安全性，我们正在建立数据库，以进行系统评估。”
纳米材料可通过三种途径进入人体 人们接触纳米材料污染一般通过下面途径：一、通过呼吸系统；二、通过皮肤接触；三、其他方式，如食用、注射之类。纳米材料污染物通过上述途径进入人体，与体内细胞起反应，会引起发炎、病变等；污染物在人体组织内停留也可能引起病变，如停留在肺部的石棉纤维会导致肺部纤维化。 纳米材料比普通的污染物对人体的影响更大。这是因为纳米材料体积非常小，同样质量下纳米颗粒将比微米颗粒的数量多得多，与细胞发生反应的机会更大，更易引起病变。纳米材料很小，可以几乎不受阻碍地进入细胞，从而有可能进入人的神经系统，影响人的大脑，导致一些更严重的疾病和后果。目前，研究人员还不知道如何将纳米材料从人体中清除，也不知道它们会不会在人体中降解。 “纳米”可能潜在的危险 纳米颗粒物并不只是新时代纳米技术的产物，人类其实早与纳米颗粒共存。汽车尾气、各种燃烧过程等，都会产生大量的纳米粒子。据估算，在大街上行走的人，每小时通过呼吸空气吸进的纳米粒子大约有1亿个。 纳米粒子很小，比细胞小上千倍。由于小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等，纳米材料具有特殊的物理化学性质。在进入生命体后，它们与生命体相互作用所产生的化学特性和生物活性，与化学成分相同的常规物质有很大不同。前期研究表明，一些人造纳米颗粒在很小剂量下容易引起靶器官炎症；容易导致大脑损伤；容易使机体产生氧化应激；容易进入细胞甚至细胞核内；表面吸附力很强，容易把其他物质带入细胞内；有随纳米尺寸减小生物毒性增大的趋势；表面的轻微改变导致生物效应发生巨变等。 纳米材料还有一个潜在的危险——— 易爆炸。纳米材料具有反常特性，原本物质不具有的性能，小颗粒会具有。原本不导电的物质，在颗粒变小后有可能导电，有些原来不易燃的物质在纳米尺
纳米材料在环境保护方面的最新应用进展要点
纳米材料在环境保护方面的最新应用进展 (一)纳米材料在环境保护方面的最新应用进展 1 噪声污染控制 飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达到上百分贝，容易对人造成危害，但当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减小，噪声污染可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，得以大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长它的使用寿命。 纳米粒子的抗摩减摩机理主要通过以下3条途径实现：①类似“微轴承”作用，减少摩擦阻力，降低摩擦系数；②在摩擦条件下，纳米微粒在摩擦副表面形成了一个光滑保护层； ③填充摩擦副表面的微坑和损伤部位，起修复作用。 纳米微粒添加剂的作用机理不同于传统添加剂，与其本身所具有的纳米效应有关，在摩擦过程中，因摩擦表面局部温度高，尤其在高负荷下，纳米微粒极有可能处于熔化、半熔化或烧结状态，从而形成一层纳米膜。另外纳米微粒具有极高的扩散力和自扩散能力(比体相材料高十几个数量级)，容易在金属表面形成具有极佳抗摩性能的渗透层或扩散层，表现出“原位摩擦化学原理”(In-situ tribochemical treament)。这种机理认为，纳米添加剂，尤其在高负荷条件下它们的润滑作用不再取决于添加剂小的元素是否对于基体是化学活性的，而很大程度上决定于它们是否与基体组分形成扩散层或渗透层和固溶体。纳米添加剂的这一性能，解决了润滑油和燃油添加剂设计上长期依赖S、P、Cl等活性元素的状况，同时解决了S、P、Cl对基体金属造成的腐蚀和带来的环境问题。 2 固体废弃物处理 纳米技术及材料应用于固体废弃物处理，其优越性主要体现在以下两个方面：首先，纳米级处理剂降解固体废弃物的速度快。例如，纳米TiO2降解固体废弃物的速度为常规TiO2的10倍。其次，利用纳米技术可以将橡胶塑料制品、废旧印刷电路板制成超细粉末，除去其中的杂质，将其作为再生原料回收。在日本将废橡胶轮胎制成粉末用于铺设运动场、道路以及新干线的路基等。因此，纳米技术可在很大程度上缓解固体废弃物给环境带来的巨大的压力也可以减轻填埋等传统方式所带来的二次污染。 3 自清洁涂料 最近发现，TiO2在紫外光照射条件下，表面结构发生变化而具有超亲水性，停止紫外光照射，数小时或7d后又回到疏水性状态，再用紫外光照射，又表现出超亲水性。采用间隙紫外光照射，可使表面始终保持超亲水性状态。此特性可用于表面防雾及自清洁等方面。镀有TiO2的表面因为其超亲水性，使油污不易附着，即使有所附着，也是和外层水膜结合，在外部风力、水淋冲及自重作用下能自动从涂层表面剥离，从而达到防污和自清洁的目的。将TiO2的光催化性能和超亲水性结合应用于玻璃、陶瓷等建筑材料，在医院、宾馆和家庭中具有广阔的应用前景。 4 光催化消毒剂 纳米TiO2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧类能与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。实验结果表明，将TiO2涂覆在玻璃、陶瓷表面，经室内荧光灯照射1h后可将其表面99%的大肠杆菌、绿脓杆菌、金色葡萄球菌杀死。这种瓷砖若用于医院，则覆着于墙面上
纳米材料认识浅谈
纳米材料认识浅谈 纳米材料认识浅谈 (1) 摘要:纳米技术和纳米材料在科技领域扮演着越来越重要的重要角色，纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文主要概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并展望了纳米材料的应用前景。 (1) 关键词：纳米材料功能应用； (1) 一、纳米材料和纳米技术的基本特点 (1) 二、纳米材料的特性 (2) 1.小尺寸效应 (2) 2．表面效应 (2) 三．纳米材料的制备（举例） (3) 1.碳纳米管 (3) 2. 碳60 (4) 四．纳米科技具有非常重要的科技意义 (5) 1.纳米科技将促使人类认知的革命 (5) 2.纳米科技将引发一场新的工业革命 (5) 五．纳米科技前景的展望 (5) 1．材料和制备 (5) 2．微电子和计算机技术 (5) 3．环境和能源 (6) 4．医学与健康 (6) 5．生物技术 (6) 6．航天和航空 (6) 7．国家安全 (6) 摘要:纳米技术和纳米材料在科技领域扮演着越来越重要的重要角色，纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文主要概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料功能应用； 一、纳米材料和纳米技术的基本特点 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100nm或者由他们形成的材料。所以在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的材料。它包含了三个层次，即：纳米微粒、纳米固体和纳米组装体系。
由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 纳米技术本质上是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术，旨在创造和制备优异性能的纳米材料，设计、制备各种纳米器件和装置，探测分析纳米区域的性质和现象。纳米科技主要包括：①纳米体系物理学；②纳米化学；③纳米材料学；④纳米生物学；⑤纳米电子学；⑥纳米加工学；⑦纳米力学。 二、纳米材料的特性 1.小尺寸效应 ⑴特殊的光学性质 当黄金（Au）被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在纳米颗粒状态都呈为黑色,而且尺越小，颜色愈黑. ⑵特殊的电学性质 介电和压电特性是材料的基本物性之一。纳米半导体的介电行为（介电常数、介电损耗）及压电特性同常规的半导体材料有和很大的不同。 ⑶特殊的磁性 小尺寸超微颗粒的磁性比大块材料强许多倍，大块的纯铁矫顽力约为80A/m，而当颗粒尺寸减小到20nm以下时，其矫顽力可增加1000倍，若进一步减小其尺寸，大约小于6nm时，其矫顽力反而降低到零，表现出所谓超顺磁性 ⑷特殊的热学性质 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，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。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。 ⑸特殊的力学性质 由纳米超微粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性，这是因为纳米超微粒制成的固体材料具有大的界面，界面原子的排列相当混乱。原子在外力变形条件下容易迁移，因此表现出很好的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性能。这就是目前的一些展销会上推出的所谓“摔不碎的陶瓷碗”。 2．表面效应 纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减
纳米材料的毒性研究
纳米材料的应用及毒性研究必要性 纳米材料是指三维结构中至少有一维大小在纳米（10-9米）尺度上的材料。由于纳米材料具有特殊的物理化学特性，使其在很多领域具有广泛的应用，比如：化工、陶瓷、微电子学、计量学、电学、光学以及信息通讯等领域[1]。近期研究发现纳米技术在生物、医药上也具有巨大的应用潜力，包括疾病诊断、分子成像、生物传感器荧光生物标记，药物和基因传输，蛋白质的检测，DNA结构探讨，组织工程学等[2]。目前市场上基于纳米技术的产品有很多，包括涂料，化妆品，个人护理品和食品增补剂[3]。因此人类暴露于纳米颗粒的途径多种多样，吸入，摄取以及皮肤途径。而且，出于医学的目的，这些颗粒有可能直接被注射进入人体内[4]。一旦被人体吸收，各种类型的纳米颗粒就会分布到人体的大部分器官，甚至可以通过生物屏障，比如血脑屏障和血睾屏障[5,6]。 2003年，Science和Nature相继发表文章，探讨纳米材料的生物效应、对环境和健康的影响问题[7,8]。很多研究工作已经证明，纳米材料对生物体会造成 负面的影响。目前为止, 科学家们只对纳米TiO 2、SiO 2 、碳纳米管、富勒烯和纳 米铁粉等少数几个纳米物质的生物效应进行了初步的研究[9]。Vicki Colvin[7]强调："当这一领域尚处于早期阶段, 并且人类受纳米材料的影响比较有限时, 一定要对纳米材料的生物毒性给予关注. 我们必须现在, 而不是在纳米技术被广泛应用之后, 才来面对这个问题"。因此对纳米材料毒性的研究，不仅具有必要性而且具有紧迫性，是保证纳米科技顺利发展的前提，可以减少新兴科学对人类及自然界不必要的破坏。 纳米材料毒性研究现状 纳米材料具有粒径小、比表面积大的特点，量子效应在纳米尺度上开始支配物质的物理化学性质。这些特有的性质使得纳米材料的应用领域十分广泛[1]。然而，纳米材料对生物系统的不利影响引起了越来越多的关注。已经有很多研究证实，纳米材料并非有益而无害的，它们在细胞、亚细胞以及蛋白质水平上都影响着生物体[10]。纳米材料的粒径很小，因此它们和生物组织接触及作用的机会大大增加，正常尺寸下对生物体并无影响的物质在纳米尺寸下可能会对生物体产生毒副作用[10]。 ?SiO 2 纳米颗粒
纳米材料的特性及其环境保护的应用
纳米材料的特性及其环境保护的应用 黄翔化学工程学院材料091 摘要概述纳米材料的特性及其环境保护的应用。纳米材料具有表面与界面效 应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。根据纳米材料的吸附和光催化作用，综述了纳米材料在废水处理、废气处理、固体垃圾处理、环境监测等方面的应用。关键词纳米材料特性环境保护吸附 纳米技术是20 世纪80 年代迅速发展起来的一门交叉性综合学科，包括纳米材料和纳米结构两部分。纳米材料是指平均粒径在纳米量级（1～100nm）范围内的固体材料的总称。纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应影响物质的结构和性质。人们发现，当物质被粉碎到纳米微粒时，所得的纳米材料不仅光、电、磁特性发生变化，而且具有辐射、吸收、催化、杀菌、吸附等许多新的特性。发展纳米技术已成为世界性的重大科学技术活动。 Application of Nano-material in Environment Protection Abstract: The adsorption and ray catalyze performance of nano-material is briefly introduced.The application of nanomaterial in waste water disposal,air pollution,solid rubbish disposal and environment monitoring is stated.The development in application in environment protection is also proposed.、 keywords: nano-material; environment protection; adsorption; catalyze 1基本概念 纳米材料 1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下:一相任一维的尺寸达到100 nm 以下的材料为纳米材料[1]。由此可知,纳米材料的几何形状既可以是粒径小于100 nm的零维纳米粉末,也可以是径向尺寸小于100 nm的一维纳米纤维或二维纳米膜、三维纳米块体等。纳米材料的材质可以是金属或非金属;相结构可以是单相或多相;原子排列可以是晶态或非晶态。当物质进入纳米级后,其在催化、光、电、热力学等方面都出现特异化,这种现象被称为“纳米效应”。橡胶工业常用的纳米材料以非金属类为主,可分为金属氧化物(如氧化锌、三氧化二铝、二氧化钛、三氧化二铁等)和无机盐类(如轻质碳酸钙和陶瓷)。 2纳米材料的特性
浅谈纳米材料在化工生产中的应用
浅谈纳米材料在化工生产中的应用 发表时间：2009-04-07T10:47:58.483Z 来源：《科海故事博览•科教创新》2009年第2期供稿作者：任雪松[导读] 纳米材料的应用前景十分广阔。 摘要：本文从纳米材料在催化方面、涂料方面、其它精细化工方面和医药方面的应用等几个方面探讨了其在化工生产中的应用。关键词：纳米技术化工生产催化应用 有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。 一、纳米材料在工程上的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如 Si C, BC等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结 ,另一方面 ,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度 ,缩短烧结时间。由于纳米粒子的尺寸效应和表面效应 ,使得纳米复相材料的熔点和相转变温度下降 ,在较低的温度下即可得到烧结性能良好的复相材料。由纳米颗粒构成的纳米陶瓷在低温下出现良好的延展性。纳米 Ti O2 陶瓷在室温下具有良好的韧性 ,在 1 80°C下经受弯曲而不产生裂纹。纳米复合陶瓷具有良好的室温和高温力学性能 ,在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面具有广泛的应用 ,在许多超高温、强腐蚀等许多苛刻的环境下起着其它材料无法取代的作用。随着陶瓷多层结构在微电子器件的包封、电容器、传感器等方面的应用 ,利用纳米材料的优异性能来制作高性能电子陶瓷材料也成为一大热点。有人预计纳米陶瓷很可能发展成为跨世纪新材料 ,使陶瓷材料的研究出现一个新的飞跃。纳米颗粒添加到玻璃中 ,可以明显改善玻璃的脆性。无机纳米颗粒具有很好的流动性 ,可以用来制备在某些特殊场合下使用的固体润滑剂。 二、纳米材料在涂料方面的应用 纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。 日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。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。 三、纳米材料在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。 光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。 四、纳米陶瓷材料增韧改性 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生 ,希望以此来克服陶瓷材料的脆性 ,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。英国著名材料专家 Cahn指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。所谓纳米陶瓷 ,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料 ,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。要制备纳米陶瓷 ,这就需要解决 :粉体尺寸、形貌和分布的控制 ,团聚体的控制和分散 ,块体形态、缺陷、粗糙度以及成分的控制。Gleiter指出 ,如果多晶陶瓷是由大小为几个纳米的晶粒组成 ,则能够在低温下变为延性的 ,能够发生 100%的塑性形变。并且发现 ,纳米 Ti O2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性 , 在180℃经受弯曲而不产生裂纹。 许多专家认为 ,如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题 ,从而控制陶瓷晶粒尺寸在 50nm以下的纳米陶瓷 ,则它将具有的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。上海硅酸盐研究所研究发现 ,纳米 3Y-TZP陶瓷 ( 100nm左右 )在经室温循环拉伸试验后 ,其样品的断口区域发生了局部超塑性形变 ,形变量高达38 0% ,并从断口侧面观察到了大量通常出现在金属断口的滑移线。Tatsuki等人对制得的 Al2O3-Si C纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验 ,结果发现伴随晶界的滑移 , Al2O3晶界处的纳米 Si C粒子发生旋转并嵌入Al2O3晶粒之中 ,从而增强了晶界滑动的阻力 ,也即提高了Al2O3-Si C纳米复相陶瓷的蠕变能力。