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纳米化学论文范文1
面对这突如其来的巨大荣誉，郑咏梅却异常平静。她说，这一论文的发表及其饱受重视，证明了中科院化学所及北京航空航天大学化学与环境学院院长江雷院士带领的科研梯队开展的向自然学习的仿生科学研究进入世界领先行列，这将为北京航空航天大学新学科的发展奠定坚实的基础。
这个突破性的研究揭示了筛器蜘蛛（Uloborus Walckenaerius）的捕捉丝的方向集水效应，提出了“多协同效应”机制，为新型仿生集水材料研究提供思想理论基础。
在微纳米各向异性梯度结构方向性憎水效应研究方面，她揭示了Morpho蝴蝶翅膀的特殊浸润性，发现了蝴蝶翅膀上单方向可调控的斥水特性的机理。传统上认为同一种结构的超疏水表面，只能具备单一浸润状态，而郑咏梅通过探究蝴蝶翅膀的浸润特性，发现了由于独特的取向结构，两种高/低粘滞的超疏水状态能够共存且在同一表面上。这个发现在材料、微流控、生物工程，器件等领域均具有一定的指导和科学意义。
纳米化学论文范文2
这是一个小型印刷厂车间,面积只有70平方米左右,不到两节地铁车厢那么大。车间有七名女性和一名男性工人,每天的工作是将一种白色涂料喷到有机玻璃板上。
不幸很快就降临在这些工人的身上:七名女工相继发病,其中两名女工去世。
在2009年9月号的《欧洲呼吸杂志》(European Respiratory Journal)上,首都医科大学附属朝阳医院(下称朝阳医院)医生宋玉果及其同事发表研究论文称,上述女工“所患的可能是‘一种与纳米材料有关的疾病’”。
这大概是全球首宗关于纳米颗粒可能致命的临床毒理病例报告。论文的发表,在国际学术界引发了一场小型“地震”。无论那些与纳米技术有关的学术会议,还是科学新闻网站和科学家博客,中国女工之死和纳米安全都是激烈争论的话题。
喷涂车间悲剧
从研究论文披露的情况看,七位女工的年龄在18岁至47岁之间,平均不到30岁,在车间工作的时间从5个月至13个月不等。患病之前,她们的身体健康状况良好。
2007年1月至2008年4月期间,这几位女工被送到朝阳医院职业病与中毒科救治。这个科室专业水准较高,其医生经常被派往中国各个地方,协助处理血铅超标、重金属污染等职业安全事件。
女工们的症状比较类似。所有病人的肺部都受到严重损害,并且有胸腔积液,脸上、手上和胳膊也都出现了严重的瘙痒皮疹。其中,有四位女工体内的器官组织还面临缺血缺氧的危险。
无论对于患者,还是对于医生,治疗过程都令人煎熬。胸腔积液反复出现,常用的治疗方法均告失效。
最终,一名19岁的病人在接受外科手术16天之后去世;另外一名29岁的病人在症状出现后的第21个月,死于呼吸衰竭。
负责诊断和治疗这些女工的,是朝阳医院职业病与中毒科副主任医师宋玉果。根据医院网站的介绍,他多年来从事尘肺、有毒化学物中毒的诊治和临床研究。
宋玉果及其同事开始追究女工们患病的原因,并将嫌疑对象锁定为那个印刷厂车间的工作环境。
该车间所使用的原料是一种象牙白色的聚合物材料――聚丙烯酸酯混合物。聚丙烯酸酯作为一种黏合剂,广泛运用于建筑、印刷和装修材料中,被认为毒性很低。不过,为了让材料更加结实和耐磨,制造商有时会加入硅、锌氧化物、二氧化钛等金属纳米颗粒。
1纳米等于1米的十亿分之一,大致相当于人头发丝直径的数万分之一。通常,粒径在100纳米以下的材料,均被称为纳米材料。
七名女工和一名男工被分为两组,每天工作8个至12个小时。工人们每天要将大约6000克聚丙烯酸酯混合物,用勺子涂到机器的底盘上;这些混合物随即被高压喷射装置喷涂在聚苯乙烯材质的有机玻璃板上;然后,有机玻璃板在75摄氏度至100摄氏度的温度下被加热烘干。
车间只有一扇门,没有窗户。喷射装置附带有一个燃气排气口,对喷涂过程中产生的烟雾起到一定的排除作用。
女工们发病以后,来自中国疾病预防控制中心、北京疾病预防控制中心、当地疾病预防控制中心的流行病学专家,以及朝阳医院的医生,对这家印刷厂的工作环境进行了调查。
在喷射装置燃气排气口的吸气口中,专家们找到了累积的尘埃粒子。女工们发病前五个月,燃气排气口发生了故障。由于室外温度很低,车间的门也经常被关闭。专家们推断,在这期间,车间内的空气流动非常缓慢甚至处于静止。
这些工人都是工厂附近的农民,没有任何职业安全卫生知识。她们所得到的惟一用来保护自己的工具,就是棉纱口罩。而且,她们工作时只是偶尔戴戴。
据工人们反映,在喷涂过程中,经常会有一些原料喷溅到他们的脸上和胳膊上。惟一的一名男性工人在工作三个多月后离开,并没有显示出任何症状。在其他车间工作的工人,其中包括女工们的亲属,也没有出现类似症状。
研究论文没有透露这家印刷厂的名称及其所在地区。在朝阳医院的办公室,宋玉果也谢绝了《财经》记者的采访。
女工之死谜团
在女工们的肺部和胸液中,均发现了直径约30纳米的颗粒。而这般尺寸和形态的颗粒,同样存在于她们接触的喷涂材料之中。
此外,女工们出现了罕见的非特异性间质性肺炎,以及奇特的肺部增生组织――异物肉芽肿等症状。这些症状与纳米材料毒理的动物实验结果相似。
宋玉果及其同事因此认为,很可能是纳米颗粒导致这些女工发病甚至死亡。
但不少专家对这一结论持有保留态度。
9月1日至3日,在北京举行的中国国际纳米科技会议上,多位专家提及宋玉果及其同事的论文。
美国纳米健康联盟(Alliance for NanoHealth)主席、得克萨斯大学医学中心教授毛罗法・拉利(Mauro Ferrari)告诉《财经》记者,这篇论文非常重要,但他不认同作者关于纳米颗粒导致工人患病和死亡的分析。
法拉利说,要确定纳米颗粒与疾病之间的关系,首先应该分析纳米颗粒的组分,确认这些颗粒来自工作环境;即便病人肺部的纳米颗粒来自工作环境,在没有对照试验的情况下,也很难证明这些纳米颗粒一定是女工患病的罪魁祸首。
他还强调,这家印刷厂的工作环境恶劣而封闭,有毒化学品和气体充斥其中,工人们又没有好的保护措施。这些因素对于工人患病和死亡究竟有怎样的作用,都值得推敲。
对于论文中的一个推论――纳米颗粒进入工人身体的途径是吸入和皮肤接触,中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮表示,这并不总是正确的。他强调,通过吸入方式进人体内是可能的,但是纳米颗粒穿过皮肤直接进入生物体内的证据还很少。
美国麻省大学洛厄尔分校健康与环境学院助理教授迪米特尔・贝罗(Dhimiter Bello)因故取消了行程,未能到北京参加此次学术会议。但他通过电邮对《财经》记者说,在工人肺部和工作环境中都发现纳米颗粒,只能说明纳米颗粒有可能是一个致病因素。实际上,从论文提供的信息来看,并不能排除其他的可能致病因素。例如,喷涂过程中用到的聚合物材料在高温下的降解产物,也可能是主要或者惟一造成女工患病的原因。
在贝罗看来,这场悲剧或许不应归咎于纳米颗粒,而应怪罪车间内原始的、不人道的工作条件,“这是一次警醒,无论(悲剧)是否与纳米颗粒相关,工作场所的暴露条件都应当被控制在安全范围内。在这方面,中国还有很长的路要走。”
美国加州大学洛杉矶分校纳米毒理研究中心主任安德烈・内奥教授(Andre Nel)也说,在这起事件中,工人们没有得到应有的生产安全保障,政府部门应该负起监督的责任,以保证生产过程中不会产生对人体和环境有害的物质。
实际上,论文本身也承认了研究存在局限:由于缺乏环境监测数据,无法弄清印刷厂车间纳米颗粒的浓度;纳米颗粒的组成也不清楚。
此外,令宋玉果及其同事疑惑的是,究竟是特定的纳米颗粒,还是所有纳米颗粒都有可能致病?如果的确是纳米颗粒导致那些女工患病,对其他在工作中也会接触纳米颗粒的工人来说,又意味着什么?
如今,关于女工之死的研究论文已经成为了纳米技术研究者们的一个热点话题。据《财经》记者了解,欧洲和美国还有科学家打算组成一个专家小组,到中国开展调研,并希望取到样品回去研究。
诱人前景与安全隐患
不管纳米颗粒是否被确认为几位女工悲惨命运的元凶,纳米技术的安全性问题都因此再度引发各界关注。
纳米技术正在走进人们的生活。从一桶涂料、一瓶防晒霜到一件衣服,都有可能用到纳米技术。
纳米材料颗粒小、表面积巨大,会显示出很多独特的物理化学性质,从而在电子、光学、磁学、能源化工、生物医学、环境保护等领域有巨大的应用前景。例如,很多纳米材料都可用作涂料,替代那些强毒性的化学物质;用碳纳米管等纳米材料改良电池,可以推动电动汽车的发展,使电力更持久等。
纽约一家名为“卢克斯研究”的市场分析公司称,2007年销售的纳米技术相关产品,价值约1470亿美元。到2015年,这一数字可能突破3万亿美元。
纳米技术在展现出诱人前景的同时,其安全性问题也进入了人们的视野。
随着纳米材料的大规模应用,研究人员和工人容易暴露在纳米颗粒浓度较大的实验室或生产车间之中。此外,普通公众也可能暴露在纳米颗粒之下:涂料、化妆品等产品中用到的纳米材料,可能在产品损坏或分解时释放。
这些纳米颗粒物可能经过呼吸道吸入、胃肠道摄入、药物注射等方式进入人体,并经过淋巴和血液循环,转运到全身各个器官。
根据多项流行病学研究,空气中的细颗粒物,尤其是纳米级别的颗粒物,浓度的大量增加会导致死亡率的增加。伦敦大雾曾经导致居民大量死亡,就是一个被经常引用的案例。
那么,人造的纳米材料进入人体后,是否会导致特殊的生物效应,并对人体健康构成危害呢?从理论上说,纳米物质由于尺寸小,与常规物质相比更容易透过人体的各道屏障;由于表面积大,也可能有更多毒害人体的方式。
朝阳医院的宋玉果在8月31日《健康报》发表文章说,相关的动物实验研究发现,许多纳米物质具有明显的毒性,其中研究较多的为碳纳米管、纳米二氧化钛等。一些纳米物质还被认为可致动物肺脏、肝脏、肾脏和血液系统等损伤。
对于与纳米物质相关的疾病,宋玉果称之为“纳米相关物质疾病”。当然,他也表示,公众不必为纳米物质相关疾病感到恐慌,不是所有纳米颗粒物都有毒性。
动物毒理性实验的结果,也不能简单地推到人的身上。但由于科学界对纳米安全性的研究刚刚开始,几乎没有任何相关人体毒理性资料――这也是宋玉果及其同事的论文引起国际科学界高度关注的一个原因。
中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮告诉《财经》记者,目前开展过安全性研究的纳米材料只有十几种,还非常有限。但他相信,随着研究队伍的壮大和研究投入的加大,将来必定可以从大量的数据积累中寻找到一些规律。
在国际上,纳米安全性研究的热潮大约始于2003年。《科学》和《自然》等著名学术杂志纷纷发表文章,探讨纳米材料与纳米技术的安全问题:纳米颗粒对人体健康、自然环境和社会安全等是否有潜在的负面影响。
这之后,各国明显增加了纳米安全性方面的研究。美国的国家纳米技术计划(NNI)将总预算的11%投入纳米健康与环境研究。欧盟每年支持三个左右与此相关的项目,每个项目的经费规模在300万至500万欧元之间,而欧盟各个国家还有自己国内支持的纳米安全性项目。
中国在极力推进纳米技术研究和产业化的同时,也开展了纳米安全性的研究。其中,中国科学院在2001年就开始筹建纳米生物效应与安全性实验室。科技部在2006年启动了为期五年的国家重点基础研究发展计划(即“973”计划)项目“人造纳米材料的生物安全性研究及解决方案探索”,经费2500万元,首席科学家由赵宇亮担任。
不过,赵宇亮告诉《财经》记者,与美国和欧盟相比,中国在纳米安全性研究上的投入只是“一个零头”。
政治决策与公共参与
中国科学家在纳米安全性方面的研究工作,得到了国际同行的认可。其中,在每年召开的与纳米毒理学相关的国际会议上,几乎都会邀请中国科学家作大会报告。赵宇亮还与其他科学家共同主编了第一本纳米毒理学英文专著。美国纳米健康联盟主席法拉利称,中国科学家是纳米毒理学研究领域的领导者之一。
不过,令赵宇亮感到尴尬的是,美国国家纳米技术协调办公室的官员曾经问他,包括美国、欧盟、英国、日本等很多国家的相关管理部门,都发表了对于纳米技术安全性的调研报告、方针和策略,为什么中国没有?对此,赵宇亮不知如何回答是好。
在美国和欧盟,纳米技术及其安全性已经成为政治家们关心的话题之一。它们的环保部门、国家科学与技术委员会,以及其他政府研究机构,会通过白皮书等文件形式,发表政府层面对于纳米安全性问题的见解。
其中,2001年,美国在国家科学技术委员会之下建立了国家纳米技术协调办公室,负责协调政府层面之间的纳米研究计划。而纳米研究项目的成果,会通过这个办公室反馈给其他政府机构,帮助科学研究去影响政府决策。
2009年3月,美国食品药品监督管理局(FDA)还了一份有关纳米技术的合作倡议。该局将与纳米健康联盟旗下的八个研究机构合作,以加快建立保障纳米医疗产品安全可靠的有效体系。法拉利告诉《财经》记者,在实验室研究结果与安全性评估的关联,以及纳米技术相关药物的审批等方面,美国食品药品监督管理局都做了很多工作。
相比之下,纳米安全性在中国似乎局限于科学研究的阶段,政府部门仍然保持沉默。
对于纳米技术的研究和产业化,各国都在积极支持。其原因正如美国《环境健康展望》杂志所称,科学界普遍认为,纳米材料和纳米技术对于社会是十分有益的,能够提供更好的药物、更强更轻的产品、对环境更友好的能源和环境技术。
与此同时,为了获得公众对于纳米技术发展的支持,各国也需要在纳米安全性方面进行更多的研究,同时鼓励公众参与。在中国纳米国际科技会议的闭幕式上,法拉利也特地呼吁加大公众在纳米安全性研究上的参与程度。
实际上,关于纳米技术发展的“风险预防”原则,在欧洲和美国等地正深入人心――人们希望在纳米技术等新技术的风险出现之前,尽可能地提前进行防范和干预。而公众及早参与到纳米技术研究和政策的讨论,是“风险预防”实践的关键环节之一。
英国杜伦大学风险研究所负责人菲尔・麦克纳顿(Phil Macnaghten)教授告诉《财经》记者,要想避免纳米技术重蹈转基因技术的覆辙,让公众从“上游”参与讨论影响纳米技术的研究和政策,或许是一个有效的办法。如果等到技术发展之后再让公众在“下游”参与,可能为时已晚,“很难改变公众业已形成的印象和认识”。
纳米化学论文范文3
关键词：纳米材料,化工,应用
1前言
纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）由表面（界面）结构组元构成，是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，粒径介于原子团簇与常规粉体之间，一般不超过100nm，而且界面组元中含有相当量的不饱和配位键、端键及悬键。其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。近年来，纳米材料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。
2纳米材料特性
2.1具有很强的表面活性
纳米超微颗粒很高的“比表面积”决定了其表面具有很高的活性。免费论文参考网。在空气中，纳米金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂、贮气材料和低熔点材料。将纳米微粒用做催化剂，将使纳米材料大显身手。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细银粉可以成为乙烯氧化的催化剂；超细的镍粉、银粉的轻烧结效率，超细微颗粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器，作为吸咐氢气等气体的储藏材料，还可作为陶瓷的着色剂，用于工艺品的美术图案中。免费论文参考网。
2.2具有特殊的光学性质
所有的金属在超微颗粒状态时都呈现为黑色。尺寸越小，颜色越黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用这个特性可以制造高效率的光热、光电转换材料，以很高的效率将太阳能转变为热能、电能。另外还有可能应用于红外敏感元件、红外隐身材料等。
2.3具有特殊的热学性质
大尺寸的固态物质其熔点往往是固定的，超细微化的固态物质其熔点却显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为突出。例如，金的常规熔点为1064℃，当其颗粒的尺寸减小到10纳米时，熔点会降低27℃，而减小到2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，完全可采用塑料。采用超细银粉浆料，可使片基上的膜厚均匀，覆盖面积大，既省材料又提高质量。
2.4具有特殊的磁学性质
小尺寸磁性超微颗粒与大块磁性材料有显著不同，大块纯铁的磁矫顽力约为80安／米，而当颗粒尺寸减小到2×10-2微米以下时，其矫顽力可增加1000倍。若进一步减小其尺寸，大约小于6×10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已制成高储存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等;利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成了用途广泛的磁流体。
2.5具有特殊的力学性质
因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性和一定的延展性，这样就使纳米陶瓷材料具有了新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，就是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的，这也足以说明大自然是纳米材料的成功制造者。纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属——陶瓷复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。
2.6宏观量子隧道效应
由于电子既具有粒子性又具有波动性，因此它存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者说它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。目前研制的量子共振隧道晶体管就是利用量子效应制成的新一代电子器件。
3纳米材料在化工生中应用
由于纳米材料的特殊结构和特殊性能，使纳米材料在化工生产中得到了广泛的应用，主要应用在以下几方面。
3.1橡胶改性
炭黑纳米粒子加入到橡胶中后可显著提高橡胶的强度、耐磨性、抗老化性，这一技术早已在橡胶工业中运用。
纳米技术在制造彩色橡胶中也发挥了独特的作用，过去的橡胶制品一般为黑色（纳米级的炭黑较易得到）。若要制造彩色橡胶可选用白色纳米级的粒子（如白炭黑）作补强剂，使用纳米粒子级着色剂，此时橡胶制品的性能优异。
3.2塑料改性
3.2.1对塑料增韧作用
纳米粒子添加到塑料中，对增加塑料韧性有较大的作用。用纳米级SiC/Si3N4粒子经钛酸酯处理后填充LDPE，当添加量为5％时冲击强度最大，缺口冲击强度为55.7kj/m2，是纯LDPE的2倍多；断裂伸长率到625 ％时仍未断裂，为纯LDPE的5倍。用纳米级CaCO3，改性HDPE，当纳米级CaCO3含量为25％时，冲击强度达到最大值，最大冲击强度为纯HDPE的1.7倍，断裂伸长率在CaCO3含量为16％时最大，约为660％超过纯HDPE的值。
3.2.2塑料功能化
塑料在家用电器及日用品中的应用非常广泛，在塑料中添加具有抗菌性的纳米粒子，可使塑料具有抗菌性，且其抗菌性保持持久。现已应用此技术生产了抗菌冰箱，实际上就是在制造冰箱塑件时，使用的塑料原料中添加了某种纳米粒子，利用该纳米粒子的抗菌特性，使塑料具有抗菌杀菌的功能，国内某公司采用该项技术率先开发出无菌塑料餐具、无菌塑料扑克等产品，受到市场的欢迎。
3.2.3通用塑料的工程化
通用塑料具有产量大、应用广、价格低等特点，但其性能不如工程塑料，而工程塑料虽性能优越，但价格较高。在通用塑料中加入纳米粒子能使其达到工程塑料的性能，用纳米技术对通用聚丙烯进行改性，其性能达到了尼龙6的性能指标，而成本却降低1／3。
3.3化学纤维改性
近年来出现了各种新型的功能性化学纤维，其中不少是应用了纳米技术，如日本帝人公司将纳米ZnO和纳米SiO2混入化学纤维， 得到具有除臭及静化空气功能的化学纤维，这种化学纤维被广泛用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等；日本仓螺公司将纳米ZnO加入到聚酯纤维中，制得了防紫外线纤维， 该纤维除了具有防紫外线功能外，还具有抗菌、消毒、除臭的功能。
3.4涂料改性
在各类涂料中添加纳米材料，如纳米TiO2，可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，广泛应用于医院和家庭内墙涂饰。可制造出防紫外线涂料，应用于需要紫外线屏蔽的场所，例如涂在阳伞的布料上，制成防紫外线阳伞。还可以制造出吸波隐身涂料，用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业领域及其他需要电磁波屏蔽场所的涂敷。在涂料中添加纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍提高，涂料的质量和档次大大升级，据称，纳米改性外墙涂料的耐洗刷性可由原来的1000多次提高到1万多次，老化时间延长2倍多。纳米ZnO 添加到汽车金属闪光面漆中，可制造出汽车专用变色漆。
3.5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。纳米粒子作催化剂，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。
3.6在其它精细化工方面的应用
纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。如在橡胶中加入纳米SiO 2 ，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。免费论文参考网。国外已将纳米SiO 2 ，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。在有机玻璃中加入Al 2 O 3 ，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO 2 具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。纳米SiO 2 能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。
4结束语
纳米化学论文范文4
关键词：层状化合物,氢氧化对氨基苯甲酸锌,水热合成
20世纪80年代中期,日本科学家通过改进微观结构来提高半导体的光学活性,将具有光催化活性的半导体超微颗粒以及有助于进一步提高光催化活性的物质插入具有二维空间结构的层状化合物的层间区域,构造出层状纳米复合材料。在这种纳米复合材料中,由于受层间域的限制,插入半导体的粒径非常小(1nm左右),在光照下产生的电子和空穴(光生载流子)比粗颗粒更容易通过扩散从粒子内迁移到表面,且由光辐照产生的电子可从客体半导体转移到基体半导体,使电子、空穴在粒子内湮灭机率减少,到达电解质界面而被电解质捕获的机会增多,则使光催化效率高,反应活性高,反应速度快。Poul、Ogata曾先后报道了在乙醚或乙腈溶剂中,用Zn(OH) 2 与脂肪族酰氯或羧酸反应制备了具有层状碱式盐（LBMs）独特结构的有机-无机层状复合物—氢氧化碳酸锌，但是此类合成反应中所用的有机溶剂成本高，易挥发，污染环境，对人体有一定危害，因而使得合成产物的应用研究受到了很大限制。苗建英等也报道了在水相体系中通过水热合成反应，合成了层间距为1.44nm层状氢氧化对氨基苯甲酸锌。本文以自制的无定形Zn(OH) 2 在水相体系中与对氨基苯甲酸水热合成层状氢氧化对氨基苯甲酸锌，探讨了温度、配比等因素对水热合成的影响，并通过XRD,TG-DTA和SEM等分析手段对合成产物进行了表征。
1.实验部分
1.1 实验仪器：高压反应釜（内衬有聚四氟乙烯衬套），用岛津XRD-6100XRD分析测定仪，DTG60H型TG-DTA热分析仪（日本）， JEM3010型TEM分析仪 (日本)，VECTOR-22型FT-IR分析仪，VarioEL Ⅲ型元素分析仪(德国)。
1.2 实验试剂：NaOH（AR,重庆北培精细化工厂）、Zn (NO 3 ) 2 ·6H 2 O（AR,天津市化学试剂六厂）p-NH 2 -C 6 H 4 COOH(CP，国药集团化学试剂有限公司)等试剂均为分析纯， 实验用水为去离子水。
1.3 层状氢氧化对氨基苯甲酸锌的水热合成
1.3.1 氢氧化锌的制备
依次分别配制0.4mol·L - 1 的Zn(NO 3 ) 2 ·6H 2 O溶液500.00mL和0.8mol·L - 1 的NaOH溶液500.00mL,在3～5℃范围内,把0.8mol·L -1 的NaOH溶液缓慢加到0.4mol·L -1 的Zn(NO 3 ) 2 溶液中,并不断搅拌,以保证体系均匀反应,反应物完全混合后,在3～5℃条件继续搅拌0.5h，保持pH值在8-9之间，溶液陈化4h后抽滤，沉淀用蒸馏水洗涤多次，直至没有硝酸根存在。该湿样为制备层状氢氧化对氨基苯甲酸锌化合物的初始原料。论文大全。
1.3.2 层状氢氧化对氨基苯甲酸锌的水热合成
将含锌5.0mmol的初始原料湿样与一定量的对氨基苯甲酸和15.00mL去离子水加入到衬有聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,在120℃条件下进行水热合成反应12h。反应结束后产物经过滤、洗涤,50℃烘干,即可得到产物层状氢氧化对氨基苯甲酸锌。
1.3.3 样品的表征
样品的XRD分析用岛津XRD-6100测定，CuK射线，波长0.15418nm，管电压35kV，管电流30mA，θ为3～60°。TG-DTA分析用DTG60H（日本）测定，空气中升温速率10℃·min -1 ，元素分析用VarioEL Ⅲ(德国)测定。
1.3.4 样品的剥离
称取少量水热合成的层状氢氧化对氨基苯甲酸锌加入500.00mL正丁醇,搅拌3h,静置24h,即可得到非常稳定的乳白色胶体溶液，取上层胶体溶液400.00mL,离心分离得到粘稠状液体,将该粘稠状液体室温干燥或冷冻干燥,即得到剥离的产物，并进行XRD、TG-DTA和SEM等的表征分析。
2. 结果与讨论
2.1 初始原料的检测
称取初始湿原料1.0000g，在600℃条件下于马弗炉中烘烧2h，冷却后称量测其含水量，得初始原料为ZnO·8.26H 2 O。
初始湿原料氢氧化锌的XRD谱无明显衍射峰，说明为无定形氢氧化锌。对氨基苯甲酸的XRD谱与其标准图谱一致。
2.2合成样品分析
称取含锌5.0mmol的氢氧化锌，以对氨基苯甲酸与氢氧化锌的物质的量比为1:0.4～1:0.6和1:1.3～1:2.0，加水15.00ml，在120℃水热反应8h，分别得到了层间距约为1.0nm的层状氢氧化对氨基苯甲酸锌的纯相和层间距约为2.0nm的层状氢氧化对氨基苯甲酸锌的纯相。层间距约为1.0nm的层状相，主要衍射峰d值分别为1.01，0.52，0.26，0.14和0.09，该层状相的第3级典型衍射峰也可以清楚地观察到，说明合成产物具有规则的层状构造。另外，峰形尖锐规整，说明制备的样品结晶良好；层间距约为2.0nm的层状相，主要衍射峰d值约为2.02，1.11，0.52，0.51，该层状相的第2、3级典型衍射峰分为两个较强的峰，该结果说明该相是由两个d值相近相混合而成，混合相的出现是由于层间苯甲酸的过渡态排列造成的。
2.3产物的热稳定性研究
通过TG-DTA和XRD研究了合成产物的热稳定性，p-NH 2 -C 6 H 4 COOH/Zn摩尔比为0.6，120℃水热条件下合成的层间距为1.0nm层状相的TG-DTA曲线,。随着热分解温度的提高,试样在238℃产生吸热峰,在436℃附近有强放热峰。238℃的吸热峰可归属为氢氧化锌层中羟基的脱水峰，层中羟基的脱水伴随着层结构的破坏。436℃处的放热峰可认为对氨基苯甲酸盐氧分解产生的放热峰。为了进一步了解两样品的热稳定性，在特定温度下热处理2h，XRD分析结果表明：1.0 nm层状相在170℃是稳定的，270℃时层状结构已有破坏，而样品在400℃时层状结构完全破坏，600℃时苯甲酸盐全部氧化分解转化为ZnO。P-NH 2 -C 6 H 4 COOH/Zn摩尔比为1.5，120℃水热条件下合成的层间距为2.0nm层状相的TG-DTA曲线,。论文大全。论文大全。随着热分解温度的提高,试样在218、347、462℃产生吸热峰, 在526℃附近有强放热峰。218和345℃的吸热峰可归属为氢氧化锌层中羟基的脱水峰，层中羟基的脱水分两歩进行，羟基的脱水伴随着层状结构的破坏。462℃为苯甲酸盐融化产生的强吸热峰，526℃处的放热峰为苯甲酸盐氧化分解产生的放热峰。在特定温度下热处理2h，XRD分析结果与1.0nm处理的结果基本相同。说明两种层状相具有相似的热稳定性。
2.4 产物的结构和形貌特征
合成试样的SEM照片示于图7中，1.0nm的层状相具有板状形貌特征(图1)，一个板块大约由1000个基本单元的纳米层聚集重叠而成。2.0nm的层状相的形貌像大小不等的小纸片，单元纳米层重叠度很低，约为几十纳米。
图1 1.0（A）和2.0 nm（B）层状相的SEM图
3. 结论
以无定形Zn(OH) 2 与对氨基苯甲酸酸为原料，用水热法成功合成了两种层状氢氧化对氨基苯甲酸锌。其水热合成温度为120℃，p-NH 2 -C 6 H 4 COOH/Zn摩尔比分别为0.4～0.6（1.0nm层状相）和1.3～2.0（2.0nm层状相），其中氢氧化锌5.0mmol，水15.00mL,反应时间为12h，1.0nm的层状相具有板状形貌特征，2.0nm的层状相单元纳米层重叠度很低，形貌像大小不等的纳米纸片。结构相似于α-Ni(OH) 2 。
本次成功的用水热合成法合成了层状化合物氢氧化对氨基苯甲酸锌，该化合物是纳米级化合物，另外作为层状纳米化合物具有特有的结构和性质，使其在纳米材料化学中占有重要的地位，它在吸附，传导，分离和催化领域具有广阔的应用前景。
参 考 文 献
[1] Kazunari,D,Junko,NK,Michikazu H,et,al.Photo-andmachano-catalytic overall water splitting reactions to,form H 2 and O 2 on heterogeneous catalyst[J].Bull Chem SocJpn,2000,73.
[2] Nalwa H S. Handbook of nanostructured material and nanotechnology[M].San Diego:Chap I Academic Press.1999.
[3] Ogata,S. Tasaka, Y.Tagaya, H. Kadokawa, J. Chiba, K. Chem.Lett[J].1998: 237.
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题目：电网信息物理系统的关键技术及其进展
摘要：
信息物理系统旨在通过物理与信息系统的互通与深度融合，实现超越传统应用系统的运行效果与性能水平。电网信息物理系统是其在电网领域的拓展和应用，该文阐述了电网信息物理系统的概念及研究现状，提出了由4个关键技术组成的研究体系，包括：电网信息物理融合建模技术、电网信息物理系统分析方法、基于融合模型的电网控制技术、基于融合模型的形式化验证。在此基础上，展望了电网信息物理系统在能源互联网、主动配电网以及传统电网中的应用。
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题目：构造地球化学的回顾与展望
摘要：
较早的构造地球化学研究思想是“经受着变形的岩石可以发生化学变化”（Sorby，1863）。经过长期、广泛和深入研究，相继提出了应力矿物、构造变质、构造动力成岩成矿、改造成矿、构造相和构造地球化学等概念和认识，揭示了构造作用在控制岩石形成和变形过程中还影响其中地球化学元素的分布、分异和成矿等，推动了大地构造、区域地质、岩石学、矿床学、显微构造、地球化学和实验地质学等学科的发展。
构造地球化学的动力学机理尚存在理论难题。构造可以影响岩石的变形，但是构造差应力不能直接影响流体，一般也不能单一地制约化学平衡过程。近年，研究者提出分解构造应力场的思路，区别岩石的形状变形和体积变形，把引起体积改变的各向等压正应力部分称为构造附加静压力，或构造附加压力构造附加压力可以影响化学反应过程，其研究深入于构造物理化学这一新领域，能够推动构造地球化学的理论发展。基于构造地球化学的进展和文献分析认为，构造结合岩相、改造结合建造的研究是构造地球化学发展的前提，构造定量化和流变学研究是发展构造地球化学的基础，理论和实验研究是构造地球化学深化和发展的必由之路，超微观纳米结构等研究是构造地球化学的新层次，构造物理化学分析是构造地球化学的发展趋势。
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题目：房地产经济对中国国民经济增长的作用研究
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关键字：碳纳米管制备性能应用
Properties and Applications of Carbon Nanotubes
Abstract: The progress in studies of Carbon Nanotubes is reviewed. The characteristics and preparation of Carbon Nanotubes were introduced. The Carbon Nanotubes in some domains applications and the future development tendency were pointed out..
Key words: Carbon NanotubesPreparationPerformanceApplication
引言
1991年，日本电镜专家Iijima[1] 在高分辨透射电子显微镜下检查石墨电弧设备中的产物时首次发现了碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）。碳纳米管自被发现以来，由于其独有的结构和奇特的物理、化学特性以及潜在的应用前景而日益受到人们的关注，引起了各国科学家的极大兴趣，目前已成为物理学、化学、材料学等领域的国际研究热点之一。
1碳纳米管结构
目前普遍认为，碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定角度卷曲而成、两端封闭的无缝纳米级管，每层管的管壁由碳原子通过sp2杂化及少量sp3杂化与周围碳原子完全键合成的六边形碳环围成。朱艳秋[2]经实测认为碳纳米管属六方晶系晶体结构，其晶格常数为a=0.2457 nm，c=0.6852 nm。同常规石墨晶格常数比较，c值略有增大（2.27%），而a值略有减小（2.51%）。增大的c值与石墨层片间的相互匹配有关，封闭的笼形结构使碳纳米管具有很好的自锁结构。减小的a值表明石墨层片内的结合更紧密，碳纳米管轴向碳原子间的C-C键结合更强，沿轴向具有更高的强度。由于制备方法和处理工艺的不同，碳纳米管的结构也多种多样。总体上来说，按照石墨片层数的不同，可将碳纳米管分为单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs）、双壁碳纳米管（Double-Walled Carbon Nanotubes, DWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCNTs）。其中，单壁碳纳米管层内碳原子结合方式是由卷曲的石墨管身和两端呈碳原子半球的封闭曲面构成。双壁和多壁碳纳米管则可看作由单壁碳纳米管套装而成，即由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，相邻的同轴圆柱面之间的间距与石墨的层间距相当，约为0.34 nm。
2碳纳米管的制备方法
目前碳纳米管的制备方法主要包括三种：石墨电弧法、激光蒸发法和化学气相沉积法。一般来说，前两种方法制得的碳纳米管质量较好，但产量较低，且不能连续生产；化学气相沉积法制得的碳纳米管质量虽不如前两种，但被认为是最有可能实现工业化生产的方法。
2.1石墨电弧法
石墨电弧法又称直流电弧法，它是在反应室中充以一定压力的惰性气体和氢气，采用较粗大的石墨棒为阴极，细石墨棒为阳极，在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断被消耗，同时在阴极石墨棒上沉积出含有碳纳米管的沉积物。
石墨电弧法制备的碳纳米管的生长原理可以描述为：碳原子或者碳团簇在阴极表面由于降温而凝聚产生；随着碳的不断提供和为了消除开口管端的悬键不断产生，碳纳米管主要是沿轴向方向生长；一旦碳的供应停止，开口端将迅速封闭以达到稳定态。
石墨电弧法可用于制备单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和单壁碳纳米管束。该方法生产的碳纳米管一般较平直，石墨化程度高，缺陷相对较少，但是该法制备碳纳米管的产量和效率较低。
2.2激光蒸发石墨法
激光蒸发石墨法是利用激光脉冲照射预置催化剂的石墨靶上，在局部高能量的作用下生成碳纳米管的方法。在激光蒸发石墨靶的过程中发现了C60，1995年Smalley等人采用同样的方法制备出了碳纳米管。该方法可以在没有催化剂的条件下生成碳纳米管，制备出的碳纳米管的纯度更高，但是不能进行大批量生产。[3]
激光蒸发法制得的碳纳米管性质均一稳定，石墨化程度较高，特别适用于制备单壁碳纳米管。其缺点在于设备较昂贵（含高能激光器），且产量较少。
2.3化学气相沉积法
化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）又称催化裂解法，其制备碳纳米管的机理与气相生长碳纤维类似：在一定的温度下，碳源气体首先在纳米级的催化剂表面裂解形成碳源，碳源通过催化剂扩散，在催化剂表面长出碳纳米管，同时推着催化剂颗粒前移，直到催化剂颗粒全部被碳层包围，碳纳米管生长结束。采用化学气相沉积可以得到较为纯净，尺寸分布均匀的碳纳米管，是工业大批量生产碳纳米管的有效方法[最初采用含碳源的气体或蒸汽流经金属催化剂表面，分解生成碳纤维。随着富勒烯研究的深入和碳纳米管的发现，人们意识到该法可用于生产碳纳米管。
根据催化剂引入方式的不同，CVD法可分为基种法和浮动法。研究表明，CVD法生产碳纳米管的直径依赖于催化剂颗粒的直径，因此通过催化剂种类与粒度的选择及工艺条件（裂解温度、气体流量等）的控制，可获得纯度较高、尺寸分布较均匀的碳纳米管。CVD法被认为是最可能实现工业化生产的方法，但其缺点在于制取的碳纳米管有时会存在晶体缺陷，常常发生弯曲和变形，这些对碳纳米管的力学及其他物理性能均产生不良影响。因此对CVD法制备的碳纳米管采取一定的后处理是必要的。
但从碳纳米管的基本性质研究和实际应用要求来看，碳纳米管的制备技术仍存在几个方面的难题：第一，目前的样品多呈杂乱分布，碳纳米管之间相互缠绕，难以分散；第二，用电弧放电法制备的碳纳米管被烧结成束，束中还存在很多非晶碳等杂质，这样使得测量的各种物理和化学性质的结果比较分散，在导电性质和力学性质方面的测量结果与理论估计值相差甚远；第三，目前制备的碳纳米管的长度只有几十微米，只能用扫描隧道显微镜和原子力显微镜等非常规方法来测量其物理性能，这给实验测量带来极大困难；第四，无法控制碳纳米管的直径与手性。直径的控制在用化学气相沉积法模板制备碳纳米管的工作中已有了重要的进展，而手性的控制仍然难以实现。因此，制备出轴向尺寸长、离散分布的、直径及手性可控的、高质量的碳纳米管，成为人们追求的目标之一。[4]
3碳纳米管的性能及应用
由于尺度的减小和表面状态的改变，碳纳米管可表现出纳米材料的一些固有特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，加上碳纳米管自身所特有的管壁六元环结构，使其具有特殊的力学、电磁学、光学等性能。
3.1力学性能
碳纳米管的碳原子间以C-C共价键相结合，而C-C键是自然界最强的化学键之一。理论计算表明，碳纳米管具有很好的强度和韧度，在轴向施加压力或弯曲碳纳米管时，即使外加压力超过抗拉强度极限或弯曲强度，碳纳米管也不会断裂，因而碳纳米管的力学性能一度成为纳米技术研究的热点。
由于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上，基于经验Keating力模型对碳纳米管的弹性模量值进行计算。尽管由这些理论计算得到的弹性模量有所差别，但这些计算结果都表明了碳纳米管具有很高的弹性模量。
由于单壁碳纳米管的直径一般为0.7―2 nm，长度为微米量级，因此，很难直接对单壁碳纳米管进行拉伸实验，很多关于碳纳米管力学性能的测量数据都是基于复合材料或者通过间接的方法获得的。不同的实验显示，碳纳米管具有相当高的抗拉抗压强度
碳纳米管力学方面独特的性能使它非常适合用作复合材料的增强相。碳纳米管与其它材料例如金属（铁基，镍基，铝基）、陶瓷以及聚合物等的复合增强性能也有初步的研究。
3.2电学性能
由于单壁碳纳米管的碳原子之间是sp2杂化，每个碳原子都有一个未配对电子位于垂直层片的轨道上，因此碳纳米管和石墨一样具有良好的导电性能，导电性介于导体和半导体之间，并且取决于石墨层片卷曲形成管状的直径和螺旋角。
碳纳米管具有螺旋管状结构，随着螺旋角的不同，其电学性能存在显著差异。根据理论模型推算出碳纳米管的导电性能与其结构（直径和螺旋角）密切相关，随着螺旋矢量的不同，禁带宽度可以从零变化到和硅相等，既可能是导体，也可能是半导体。进一步研究表明，大约有1/3具有金属性，2/3具有半导体性。Ugarte等人[5]发现碳纳米管的径向电阻大于轴向电阻，并且这种电阻的各项异性随着温度降低而增大。此外，由于量子效应，单壁碳纳米管和一些直径较小的多壁碳纳米管（
3.3光学性能
物质发光的性质是由其电子结构决定的。物质吸收能量后引起的电子在不同能级间跃迁的同时发射光子，产生光效应。碳纳米管的光学特性与其结构密切相关，单壁碳纳米管具有发出荧光的性能，并能通过光谱判断单壁碳纳米管的类型。采用特殊的处理工艺得到单根单壁碳纳米管，这些单根碳纳米管能够在近红外波段吸收并发出荧光。根据试验数据，识别出了33种发光碳纳米管吸收和发出的光所具有的不同波长。该方法可能为分析和标定碳纳米管找到一种更快捷、简单的方法。
一维的碳纳米管或从碳纳米管阵列中拉出的碳纳米管线对不同偏振方向的光子有不同的吸收能力，可用于构筑光学偏振片。当通过该偏振片看偏振光源时，可明显看到随着碳纳米管偏振片的旋转角度不同，透过的光强也发生明显的强弱变化，且偏振片的起偏方向与碳纳米管线的轴线方向垂直。这说明碳纳米管偏振片有可能成为昂贵的紫外偏振晶体的替代品。
必须指出的是，尽管目前对碳纳米管的性能及应用研究已取得一定成果，但至今尚未能实现真正意义上的工业应用，因此仍有很多工作需要完善。随着碳纳米管制备工艺的成熟和对其结构、性能的进一步研究，相信在近些年内在碳纳米管的应用上必定会获得重大突破。
参考文献
1.Iijima S. Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 1991, 354 (6348): 56~58
2.朱艳秋. 巴基管及其工程材料的研究：[博士学位论文] . 北京：清华大学机械工程系，1996
3. 常建国，薄壁碳纳米管的制备及其光伏特性，【硕士学位论文】北京：清华大学机械工程系，2007
4. 陈 曦，王志诚，韦进全，等，碳纳米管负载钇和铕氧化物纳米颗粒及其发光行为的研究，中国稀土学报，2007，25(2)：245-248
5. de Heer W A, Bacsa W S, Ugarte D, et al. Aligned carbon nanotube films: production and optical and electrical properties. Science, 1995, 268 (5212): 845-847
