納米材料(也稱超細(xì)粒子、超細(xì)粉未)是處于原子群和宏觀物體邊界過(guò)渡區(qū)域的典型系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)與塊材料不同，也與單個(gè)原子不同。其特殊的結(jié)構(gòu)層面使其具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等，具有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，在許多領(lǐng)域特別是光、電、磁、催化等方面具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這個(gè)概念形成后，世界各國(guó)對(duì)這個(gè)材料非常關(guān)注。其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人意識(shí)到其發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)會(huì)。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái)，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

1.在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多傳統(tǒng)催化劑不僅催化效率低，而且其制備是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的，不僅生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，經(jīng)濟(jì)效益難以提高，污染環(huán)境。納米顆粒表面活性中心較多，為其作為催化劑提供了必要條件。納米粒作為催化劑，可以大幅度提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，也可以進(jìn)行原來(lái)無(wú)法進(jìn)行的反應(yīng)。納米微粒作為催化劑的反應(yīng)速度比普通催化劑快10~15倍。

納米微粒子作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，尤其是有機(jī)物的制備。溶液中分散的半導(dǎo)體粒子，可以看作是短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體間隙的光照射半導(dǎo)體分散系統(tǒng)時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子的空洞是正確的。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別轉(zhuǎn)移到顆粒表面的不同位置，與溶液中相似的成分進(jìn)行氧化和恢復(fù)反應(yīng)。

光觸媒反應(yīng)涉及酒精和烴氧化、無(wú)機(jī)離子氧化恢復(fù)、有機(jī)物催化脫氫和氫化、氨基酸合成、固氮反應(yīng)、水凈化處理、水煤氣轉(zhuǎn)換等多種反應(yīng)類型，其中一些是多相觸媒難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光觸媒能有效降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，具有較高的光觸媒活性，同時(shí)還能耐酸堿，對(duì)光線穩(wěn)定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光觸媒的最佳選擇。據(jù)報(bào)道，以硅為基質(zhì)，制作了催化活性高的TiO/SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米粒子對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是很好的催化劑，可以代替昂貴的白金和按鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。以納米微粒作為催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度的研究，是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，極有可能給催化在工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)革命性轉(zhuǎn)型。

2.涂料方面的應(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)會(huì)，很可能使材料的功能化。借助傳統(tǒng)涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合系統(tǒng)涂層，實(shí)現(xiàn)功能飛躍，改善傳統(tǒng)涂層功能。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基礎(chǔ)體的性質(zhì)和改性的功能涂層賦予基礎(chǔ)體所不具備的性能，獲得傳統(tǒng)涂層所不具備的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨、抗氧化、耐熱、阻燃涂層、耐腐蝕、裝飾涂層等功能涂層有消光、光反射、光吸收的光學(xué)涂層、導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層、氧、濕、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料可以進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、抗大氣侵害和抗分解、變色等，在衛(wèi)生用品中應(yīng)用可以起到殺菌清潔的作用。在招牌上使用納米材料涂層，可以利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適當(dāng)?shù)募{米材料，可達(dá)到減少光線的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司開發(fā)了具有良好靜電屏蔽的納米涂料，應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦、氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物顆粒在室溫下具有高于傳統(tǒng)氧化物的導(dǎo)電特性，可以起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服碳黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅因粒徑而異，還因角色而異。在汽車裝飾涂裝業(yè)中，將納米TiO2添加到汽車、轎車的金屬閃光涂料中，可以使涂料產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，改變傳統(tǒng)的汽車涂料狀。納米SiO2是一種抗紫外輻射材料。在涂料中添加納米SiO2可以使涂料的抗老化性能、清潔度和強(qiáng)度倍增。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，為涂層技術(shù)帶來(lái)新的技術(shù)革命，推進(jìn)復(fù)合材料的研發(fā)和應(yīng)用。

3.在其他精細(xì)化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用

精細(xì)化學(xué)工業(yè)是的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量多，用途廣泛，影響人類生活的各個(gè)方面。納米材料的優(yōu)勢(shì)無(wú)疑會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音，顯示出獨(dú)特的田埂力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料可以發(fā)揮重要作用。在橡膠中添加納米SiO2可以提高橡膠的抗紫外線輻射和紅外線反射能力。納米Al2O3和SiO2，加入普通橡膠，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，彈性明顯優(yōu)于用白炭黑填充的橡膠。在塑料中添加一定的納米材料可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且密度和防水性也相應(yīng)提高。

國(guó)外將納米SiO2作為添加劑添加到密封劑和粘合劑中，大幅度提高密封性和粘合性。另外，納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的SiO2，可以使有機(jī)玻璃防止紫外線輻射，達(dá)到防止老化的目的，加入A12O3，不僅不會(huì)影響玻璃的透明度，還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)異的紫外屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加到化妝品中，可以提高化妝品的性能。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可以擴(kuò)展到涂料、塑料、人工纖維等行業(yè)。最近，開發(fā)了用于食品包裝的TiO2和高級(jí)汽車油漆的珠光鈦白。納米TiO2可以強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光化學(xué)活性，可以用光催化分解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有凈度高、無(wú)二次污染、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中具有良好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，除了利用納米材料作為催化劑處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外，還會(huì)出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾，從而消除污染。

4.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

21世紀(jì)的健康科學(xué)，將以出入意料的速度向前發(fā)展，人們對(duì)藥物的需求越來(lái)越高�？刂扑幬镝尫拧�減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療，已提到研究日程上來(lái)。納米粒子便于藥物在人體內(nèi)的傳輸。用數(shù)層納米顆粒包裹的智能化藥物進(jìn)入人體，能夠主動(dòng)搜索和攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；用納米技術(shù)的新型診斷儀器，只需檢測(cè)少量血液就可以通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種各樣的病癥，美國(guó)麻省理工學(xué)院制定了納米磁性材料作為藥物載體的靶向藥物，稱之為定向?qū)�彈。該技術(shù)在磁性納米微粒子復(fù)蓋蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射人體血管，通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位，釋放藥物。納米顆粒尺寸小，可在血管中自由流動(dòng)，因此可用于檢查和治療身體各部位的病變。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道，中國(guó)成功地將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。南京�？萍瘓F(tuán)利用納米銀技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)醫(yī)療用涂料的長(zhǎng)期廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成納米級(jí)超細(xì)顆粒，然后附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用，經(jīng)納米技術(shù)處理后銀表面急劇增大，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，殺菌能力提高200倍左右，對(duì)臨床常見(jiàn)外科感染細(xì)菌有較好的抑制作用。

微粒和納粒作為給藥系統(tǒng)，其制作材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、生物性好，與藥物無(wú)化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、容易被生物酶分解的藥物。

納米生物研究納米尺度上的生物過(guò)程，根據(jù)生物原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。金屬鐵的超細(xì)粒子表面復(fù)蓋厚度為5~20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質(zhì)，特別是酶，控制生化反應(yīng)。這對(duì)生化技術(shù)、酶工程有很大的幫助。結(jié)合納米技術(shù)和生物學(xué)，研究分子生物器件，利用納米傳感器，獲得細(xì)胞內(nèi)的生物信息，了解身體狀態(tài)，加深生理和病理的說(shuō)明。

5.結(jié)語(yǔ)

納米科學(xué)是集基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)為一體的新興科學(xué)，主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)等。21世紀(jì)是納米技術(shù)的時(shí)代，國(guó)家科學(xué)委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院將納米技術(shù)定位為21世紀(jì)最重要、最先進(jìn)的科學(xué)。納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。納米科技的誕生將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，從根本上解決人類面臨的許多問(wèn)題，尤其是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問(wèn)題。

21世紀(jì)初的主要任務(wù)是根據(jù)納米材料的各種新穎物理和化學(xué)特性，設(shè)計(jì)各種新材料和設(shè)備。通過(guò)納米材料科學(xué)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的基礎(chǔ)。納米材料將成為材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)大放異彩的明星展現(xiàn)在新材料、能源、信息等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術(shù)的發(fā)展，納米材料在精細(xì)化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域越來(lái)越廣泛應(yīng)用。

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