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金属纳米材料的应用范文1
关键词：纳米材料；发展现状；规划
中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01
二十一世纪信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防高速发展对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术对材料性能要求越来越高。新材料和新产品的创新，是未来十年对经济社会发展、国力增强有影响力的战略研究领域，纳米材料将起重要作用。纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），它是一个很小单位，如人的头发丝直径为7000-800Onm，人体红细胞直径为3000-50OOnm，一般病毒的直径在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸在微米量级；又如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。纳米材料的条件：材料的特征尺寸在1-1OOnm之间；材料具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
一、纳米材料的性能
使纳米材料具有微波吸收性能、高表面活性、强氧化性、超顺磁性，以及特殊的光学、催化、光催化、光电化学、化学反应、化学反应动力学和物理机械性质。纳米材料的应用将是传统材料、功能材料的一次革命。
纳米材料用于复合材料中，将使复合材料的发展产生巨大变化。纳米复合材料分两大类：由金属/陶瓷、金属/金属、陶瓷/陶瓷组成的无机纳米复合材料；由聚合物/无机、聚合物/聚合物组成的聚合物纳米复合材料。用于环氧树脂纳米复合材料的无机纳米材料有：SiO2、TiO2、Al203、CaCO3、ZnO、黏土等。纳米材料能大大提高环氧复合材料的力学性能、耐热性、韧性、抗划痕能力，达到提高耐热性和韧性效果。当前环氧纳米复合材料研究重点是，纳米材料在基体中均匀分散方法、复合方法、效应、规律和机理研究；环氧纳米复合材料应用研究。纳米材料和技术为环氧涂料、胶粘剂、电子材料、塑料、复合材料和功能材料的发展增添了高科技含量，将使环氧材料的发展和应用产生巨大变化。
二、纳米材料发展现状
目前我国在功能纳米材料研究上取得了重大成果，一是大面积定向碳管阵列合成。利用化学气相法高效制备纯净碳纳米管技术，该技术合成的纳米管，孔径一致2Ourn，长度1OOpm，纳米管阵列面积达3mmX3mm。其定向排列程度高，碳纳米管之间间距1OOpm。这种大面积定向纳米碳管阵列，在平板显示场发射阴极等方面有重要应用前景。二是超长纳米碳管制备。首次大批量制备出长度为2～3mm超长定向碳纳米管列阵，它比现有碳纳米管长度提高1-2个数量级。三是氮化嫁纳米棒制备。首次利用碳纳米管作模板成功制备出直径为3-4Ourn、长度达微米量级的发蓝光氮化像一维纳米棒，提出了碳纳米管限制反应概念。四是硅衬底上碳纳米管阵列研制成功，推进碳纳米管在场发射平面和纳米器件方面的应用。五是唯一维纳米丝和纳米电缆，应用溶胶-凝胶与碳热还原相结合的新方法，首次合成了碳化或纳米丝外包覆绝缘体S10Z和TaC纳米丝外包覆石墨的纳米电缆，以及以S江纳米丝为芯的纳米电缆，当前在国际上仅少数研究组能合成这种材料。六是用苯热法制备纳米氮化像微晶，发现了非水溶剂热合成技术，首次在3000C左右制成粒度达3Oum的氮化锌微晶。还用苯合成制备氮化铬、磷化钻和硫化锑纳米微晶。七是用催化热解法制成纳米金刚石，在高压釜中用中温（700C）催化热解法，使四氯化碳和钠反应制备出金刚石纳米粉。
三、纳米材料存在的问题
目前纳米技术还存在着没有攻克的难题。纳米有很多理论上设想的特性没有开发出来。其瓶颈：怎样采用有效方法把材料由大颗粒粉碎到纳米级的颗粒，虽有电弧法、等离子法，但效果不好，所得到微细颗粒直径很难分布在一个窄的范围内，纳米级颗粒所占比例不高；即使得到了纳米级的颗粒，但在应用过程中颗粒是否还是以纳米形式存在，因为纳米颗粒表面有很强的活性，颗粒和颗粒之间易粘结到一起，变成大颗粒，失去了纳米特性。
这两大问题制约着纳米技术的发展，目前还没有得到解决。实验室可以得到小量的纳米材料，但不具大量生产能力。有一些产品尝试纳米材料，其中大部分用的不是真正纳米材料，而是比纳米大很多的微米级颗粒。应用纳米技术的产品在实验室出现了，市场上没有。
皮肤对纳米材料的吸附和毒性；纳米颗粒进入饮用水时的后果；纳米颗粒对操作者肺部组织影响的研究和在通风道中纳米颗粒对动物的影响；已变成海洋或淡水水域沉积物的纳米颗粒对环境的影响；在什么条件下，纳米颗粒可能吸收或释放环境污染物。专家认为，美国政府正努力评估纳米技术的生物和医学影响。
四、纳米材料的发展
我国纳米材料研究始于80年代末，纳米材料科学列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜形式，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究。
我国纳米材料基础研究在过去十年取得了重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，装备了相应设备，做到纳米微粒的尺寸可控，制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等方面都有创新和重大进展，成功研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；在世界上首次发现纳米氧化铝晶粒，在拉伸疲劳中应力集中，区出现超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应和自旋波共振等方面取得了创新性成果；在国际上首次发现纳米类钙钛矿化合物微粒的磁嫡变超过金属Gd；设计和制备了纳米复合氧化物新体系，它们的中红外波段吸收率可达92%，在红外保暖纤维得到了应用；发展了非晶完全晶化制备纳米合金的新方法；发现全致密纳米合金中的反常效应。
金属纳米材料的应用范文2
关键词 蒙脱石；纳米复合材料；非金属粘土矿物
中图分类号：TQ327.7 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0017-01
纳米是长度单位（Nanometer，nm），原称“毫微米”，1 nm=10-9 m，即十亿分之一米，一只乒乓球放在地球上就相当于将一纳米直径的小球放在一只乒乓球上。纳米粒子通常是指尺寸在1 nm～100 nm之间的粒子。纳米效应为实际应用开拓了广泛的新领域。利用纳米粒子的熔点低，可采取粉末冶金的新工艺。调节颗粒的尺寸，可制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。纳米银与普通银的性质完全不同，普通银为导体，而粒径小于20 nm的纳米银却是绝缘体。金属铂是银白色金属，俗称白金；而纳米级金属铂是黑色的，俗称为铂黑。纳米粒子具有很高的活性，例如木屑、面粉、纤维等粒子若小到纳米级的范围时，一遇火种极易引起爆炸。纳米粒子是热力学不稳定系统，易于自发地凝聚以降低其表面能，因此对已制备好的纳米粒子，如果久置则需设法保护，例如保存在惰性空气中或其他稳定的介质中以防止凝聚。
纳米材料是物质以纳米结构按一定方式组装成的体系。它是纳米科技发展的重要基础，也是纳米科技最为重要的研究对象。纳米技术被公认为21世纪最具有发展前途的科学之一，纳米材料也被人们誉为21世纪最有前途的材料。由于纳米材料本身所具有的特殊性能，使其能够广泛应用于化工、纺织、军事、医学等各个领域。本文阐述了蒙脱石/高聚物纳米复合材料的研究进展，并对其发展前景加以展望，期望对其深层次的加工应用有所帮助。
1 纳米材料的分类
纳米材料有多种分类方式，按其维数可分为：零维的纳米颗粒和原子团簇，一维的纳米线、纳米棒和纳米管，二维的纳米膜、纳米涂层和超晶格等；按化学成分可分为：纳米金属，纳米晶体，纳米陶瓷，纳米玻璃以及纳米高分子等；按材料物性可分为：纳米半导体材料，纳米磁性材料，纳米非线性光学材料，纳米铁磁体材料，纳米超导体材料，以及纳米热电材料等；按应用可分为：纳米电子材料，纳米光电子材料，纳米生物医用材料，纳米敏感材料，以及纳米储能材料等；按照材料的几何形状特征，可以把纳米材料分为：①纳米颗粒与粉体；②碳纳米管与一维纳米线；③纳米带材；④纳米薄膜；⑤中孔材料（如多孔碳、分子筛）；⑥纳米结构材料；⑦有机分子材料。
2 纳米矿物资源的研究意义
纳米矿物材料具有优良的物理性能和化学性能，这是一般矿物材料所无法比拟的。如聚合物/粘土矿物纳米复合材料具有独特的分子结构特征和表观协同效应，既表现出粘土矿物优良的力学性能又体现了聚合物优异的阻隔性能。非金属纳米矿物材料的科学研究价值和应用前景主要体现在以下几方面。
1）非金属纳米矿物是替代人工合成纳米材料的绝佳资源。
2）非金属纳米矿物成因的研究成果可为人工合成纳米材料提供有益的借鉴。
3）非金属纳米矿物资源的研究有助于深化人们对纳米材料的认识。
4）非金属纳米矿物资源的研究具有重要的地质学和经济学意义。
3 蒙脱石/聚合物纳米复合材料发展现状
3.1 聚合物基纳米复合材料
把纳米材料用于添加改性塑料，可以开发出各种新型的功能复合材料。聚合物基纳米复合材料通常可分为3类：有机/有机型纳米复合材料、有机/无机混杂物型纳米复合材料、有机/无机粒子型纳米复合材料。
3.2 蒙脱石/聚合物纳米复合材料的制备
能够在纳米复合材料中得到应用的蒙脱石属于层状硅酸盐矿物，它是非金属粘土矿物膨润土的主要成分。用蒙脱石填充高聚物可以制得蒙脱石/聚合物纳米复合材料，其合成方法——插层复合法根据复合方式的不同可以分为插层聚合法和聚合物插层法两大类。按照聚合反应类型的不同，插层聚合又可以分为插层缩聚和插层加聚两种类型；聚合物插层法也可以分为溶液插层和熔融插层两种。
此外，聚合物基纳米复合材料的其它制备方法还有直接分散法、溶胶-凝胶法、原位生成法等等。这些方法的综合运用为新型纳米复合材料的开发及应用开辟了广阔的前景。
4 蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料开发前景
陈燕丹等用含双键的酰胺-胺化合物作为插层剂制得改性的有机蒙脱石，与苯乙烯具有较好的相容性，使得二者界面相互作用大大提高。在此基础上聚苯乙烯于熔融状态下可以插层进入有机蒙脱石，形成蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料，其力学性能和热性能与纯聚苯乙烯及常规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铵改性钠基蒙脱石与聚苯乙烯熔融插层，制备了无机-有机纳米复合材料，通过分析得到其力学性能、耐热性、阻燃性及抗溶性均匀所提高。黎华明等将间规聚苯乙烯和尼龙6/改性蒙脱石纳米复合物共混制得的复合材料经DSC、DMA、WAXD等测试可知蒙脱石对聚合物基体的增强效果明显。
说明蒙脱石的加入能引入氢键和强极性作用，使分子链的柔性降低，聚合物分子堆砌密度增大，玻璃化转变温度升高，材料断面形貌得到改善，提高了复合材料的综合性能，达到增强增韧的目的，从而显示出对聚合物基粘土纳米复合材料研究的重要科学意义。今后期望能够继续提高复合材料的抗冲击性和耐热性能，制得高性能的蒙脱石/聚苯乙烯纳米复合材料，进一步开拓其应用领域。
参考文献
[1]李青山.乙烯基共聚物/蒙脱石纳米复合材料研究[D].东华大学，2004：1-9.
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[5]李同年，等.聚苯乙烯-蒙脱土插层复合材料的制备与性能[J].塑料工业，2000，28（2）：33-35.
金属纳米材料的应用范文3
关键词：纳米科技;纳米材料;应用现状
一、纳米的相关定义
纳米是长度计量单位，1纳米等于10-9米，形象地讲，1纳米的物体放到1个乒乓球上，相当于1个乒乓球放在地球上。20世纪80年代末纳米科技迅速发展。1982年，宾尼希等人发明了扫描隧道显微镜。该显微镜为人类进入纳米世界打开了一扇更宽广的门。
二、纳米科技的应用现状
纳米科技指在纳米尺度（1～100纳米）上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及如何利用这些特性和相互作用的具有多学科交叉性质的科学和技术。纳米科技用途广泛，涉及领域多，体现多学科交叉性质的前沿领域，包含纳米物理学、纳米电子学等学科领域。
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纳米电子学
量子元器件是纳米电子器件中最有应用前景的。这种利用量子效应制作的器件具有体积小、高速、低耗、电路简化等优点。
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纳米材料学
由于纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列很混乱的，在外力变形的条件下原子易迁移，因此纳米材料表现出优越的韧性与延展性。陶瓷材料通常呈脆性，而由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料却有很好的韧性。
当前材料研究领域中最热门的纳米材料是具有未来超级纤维之称的碳纳米管，可做成纳米开关或极细的针头用于给细胞“打针”等。纳米材料现已用于研究太空升降机、纳米壁挂电视、纳米固体燃料、纳米隐身飞机等。
3纳米机械学
用原子、分子操纵技术、纳米加工技术、分子自组装技术等新科技，科学家们已经制造了纳米齿轮、纳米电池、纳米探针、分子泵、分子开关和分子马达等。美国康纳尔大学的科学家利用ATP酶作为分子马达，研制出了一种可以进入人体细胞的纳米机电设备――“纳米直升机”。
美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家用DNA（脱氧核糖核酸）制造出了一种纳米级的镊子，每条臂长只有7纳米。
还可用极微小部件组装一辆比米粒还小，能够运转的汽车、微型车床，可望钻进核电站管道系统检查裂缝;组装提供化工使用的火柴盒大小的反应器;组装驰骋未来战场上的纳米武器，如蚂蚁士兵、蚊子导弹、苍蝇飞机、间谍草等。
21世纪，纳米技术将广泛应用于信息、医学和新材料领域。
三、纳米材料的应用现状
纳米材料是纳米科技的基础。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。纳米材料大都是人工制备的，属于人工材料，但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体，如陨石碎片、牙齿皆由纳米微粒构成的。纳米材料是一种新型的材料，具有以下优点：
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特殊的光学性能
1991年海湾战争中，美国F-117A型隐身战斗机外表所包覆的材料中就包含有多种纳米超微颗粒，强烈吸收不同波段的电磁波来欺骗雷达，实现隐形，成功地打击了伊拉克的重要军事目标。
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特殊的热学性能
固态物质在其形态为大尺寸时，熔点固定，超细微化后将显著降低熔点，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
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特殊的磁学性能
研究发现，鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。
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特殊的力学性能
陶瓷材料通常呈脆性，陶瓷水杯一摔就碎，而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料，可像弹簧一样具有良好的韧性。研究表明，人的牙齿具有很高的强度是由于它是由磷酸钙等纳米材料构成的。纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属-陶瓷复合纳米材料的应用前景很广。
钱学森曾说：“纳米和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将是21世纪又一次产业革命。”
在不久的将来，纳米科技和纳米材料的发展和应用必将促进人类文明的进步！
参考文献：
金属纳米材料的应用范文4
1纳米技术及纳米材料
1.1纳米技术
纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
1.2纳米材料
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
2纳米材料在涂料领域中的应用
现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。
2.1纳米TiO2在涂料中的应用
2.1.1随角异色效应
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌杀毒
纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]
纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。
2.2纳米SiO2在涂料中的应用
纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。
欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。
2.3纳米ZnO在涂料中的应用
纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。2.4纳米氧化铁在涂料中的应用
纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。
2.5纳米CaCO3在涂料中的应用
纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。
杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。
2.6其它新型纳米涂料
纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。
3纳米涂料研究中存在的技术问题
首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。
金属纳米材料的应用范文5
关键词：纳米颗粒；大型水蚤；铜；吸收
全球纳米科学与技术的迅猛发展将对一些学科、产业和社会带来革命性的变化，二氧化钛纳米材料是其中应用最为广泛的材料之一。由于其具有良好的光催化特性、耐化学腐蚀性和热稳定性，目前已被大力开发生产，广泛用于涂料、汽车油漆、造纸、废水处理、杀菌、太阳能电池、食品添加剂、化妆品、生物医用陶瓷材料等与人们日常生活息息相关的行业[1]。纳米TiO2可以作为紫外光吸收剂，纳米钛白粉都具有优异的防紫外线辐射的功能。作为透明紫外线吸收剂，已经被越来越多的化妆品生产商所接受，并用于高防晒系数的防晒化妆品的配方。同时，透明的二氧化钛颜料广泛地应用于塑料行业，尤其在薄片和薄膜中，例如农用塑料薄膜。填充TiO2食品包装袋，食品的贮存期延长，维生素的降解速度明显降低。二氧化钛纳米材料的应用不可避免的会造成对环境中生物的影响，那么对影响的研究就不可避免的成为了我们所关注的问题。
图1为纳米材料进入环境示意图，纳米材料生产和使用的不断增加，最终会使纳米材料进入到空气、土壤、水和生物体内。随着纳米技术的发展，许多与纳米有关的产品随之出现，人类也将越来越多地直接或者间接地接触纳米材料[2-4] 到目前为止，尚未找到能够证明纳米材料绝对安全性的任何科学报道。相反，有关纳米材料显示出毒性的报道却不断出现，迫切需要对纳米材料进行安全性评价以及环境行为研究。。
为了研究纳米颗粒，主要是纳米二氧化钛的影响，我们选用大型水蚤作为实验生物。大型水蚤(Daphnia magna)生活于自然水域，属于浮游甲壳类动物，具有生活周期短、繁殖快，经济、方便易得，对毒物敏感和易于在实验室培养等优点，加上它们在水域生态系统中的重要性，因而得到广泛的应用，已成为一种标准实验生物广泛地应用于水生生物毒理试验。大型水蚤毒理试验不仅可以评价工业废水、农药、化学和水中沉积物对水环境的污染，为制定各种水质标准提供科学依据；而且可以作为监测手段控制水环境的污染[5-10]。利用大型水蚤(Daphnia magna)这种国际上广泛使用的毒性测试生物，对主要金属包括Cd, Zn, Se, Ag, Ca, Hg和MeHg的水相吸收也已进行了深入的研究。
基于以上的背景，本文对水体中纳米二氧化钛存在条件下大型水蚤对铜的吸收作用进行了研究，并与纳米二氧化钛未存在时的吸收情况对比，从而达到认识纳米颗粒对重金属积累影响的目的。
1. 材料与方法
1.1 纳米TiO2材料的来源与性质
本研究所用纳米材料由南京海泰纳米材料有限公司提供，它的主要性质如表1所示。
表1 纳米TiO2的性质
型号 外观 含量（%） 平均粒径（nm） 比表面积（m2/g） 晶型/表面处理 特点说明
HTTi-01J 浆料 10% 10nm ― 锐钛型 特供客户
分散剂采用三聚磷酸钠，质量浓度为2%。加入分散剂的主要目的是湿润纳米颗粒表面，当分散剂的浓度在最佳值时，这时分散稳定程度最大，润湿最佳；当超过这一浓度时，会出现过饱和吸附的情况，固体表面的亲水性反而下降，不利于润湿和分散；当分散剂浓度不足时，不能充分润湿颗粒表面，不利于分散。
1.2 纳米二氧化钛存在对大型水蚤吸收铜的影响
水相吸收实验中，用于暴露大型水蚤的溶液是人工配制的简化M7溶液（去除了其中EDTA、重金属以及维生素成分，防止这些组分对铜的吸收产生影响，简称SM7）。
1）纳米TiO2与分散剂的配制
按照原始悬浮液质量分数10%计算，配制1 g/L的nTiO2的悬浮液备用；同时配制0.2 g/L的分散剂溶液备用。
2）65Cu的标记
根据需要的标记浓度，取一定量的65Cu标准溶液加入到的SM7溶液配制不同浓度的65Cu溶液（5，10，20，50 μg/L），用于大型水蚤的暴露，每个浓度3个平行样；
3）向烧杯中加入配制好的纳米TiO2悬浮液，稀释后浓度为2 mg/L，用NaOH调解pH到8.2~8.4（由于65Cu存在于2%硝酸介质中，酸性较强，需要NaOH中和，pH 8.2~8.4适合于大型水蚤的生长），将加标后的溶液平衡12 h；
4）实验前将出生14 d的大型水蚤放在无65Cu标记的SM7溶液中约2 h，以去除其肠道内食物的残留，同时适应新的实验环境；
5）再将大型水蚤分别放入不同浓度的65Cu的SM7溶液中（平行样3个），不提供食物，暴露总时间为12 h。大型水蚤的密度保持在10 mL/只；
6）在0点每个平行样取10只大型水蚤，然后在2，4，8，12 h处各取10只大型水蚤，用超纯水冲洗3遍，以尽量去除大型水蚤外壳上吸附较弱的65Cu，用滤纸吸干外壳表面的液体后，放入离心管内；
7）在实验过程中间（6 h），更换实验用水，以尽量减小水溶液中65Cu浓度和纳米TiO2浓度的改变；暴露前后，取一定量的溶液4.5 mL加标水样到10 mL比色管中，再加入0.5 mL 68% HNO3，测定暴露介质中65Cu浓度变化；
8）将取出的大型水蚤在80℃下烘干12 h，然后再万分之一倍分析天平上称量干重，然后放入相应标号的消解管中；
9）将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会有一些白色颗粒物，可能是无法被酸溶解的大型水蚤的外壳；
10）消解结束后，用超纯水将溶液定容，并且摇匀，用ICP-MS（电感耦合等离子体-质谱仪）测定。
整个试验流程描述如图2所示。
同时需要说明的是，在无纳米二氧化钛存在时大型水蚤对Cu的单纯水相吸收作用的实验在早期已经完成，本文中并未列出数据。
2. 结果与讨论
2.1 水体中纳米TiO2的形貌
用透射电镜（TEM）拍摄实验所用纳米TiO2在溶液中的分散情况，效果如图3所示，可以看出在质量浓度为2%的三聚磷酸钠作用下，纳米TiO2的分散效果良好，并没有聚集成粒径较大的颗粒物质。这就很好的证明了实验结果是由纳米颗粒引起的，而不是聚集之后的大颗粒物质，这点在纳米材料研究中尤为重要。
2.2 纳米二氧化钛存在对大型水蚤吸收铜的影响
纳米二氧化钛浓度为2 mg/L时，不同Cu暴露浓度下大型水蚤体内Cu含量随时间变化的变化如图4所示。我们可以很清楚的看到，在每个暴露浓度下，大型水蚤对铜的吸收都达到了饱和，即使在最低暴露浓度5.41 μg/L下，暴露8 h之后吸收也达到了饱和，而在无纳米颗粒存在时的单纯水相吸收条件下，在暴露浓度达到110 μg/L的时候仍没有出现饱和现象，说明纳米二氧化钛的存在极大的促进了大型水蚤对铜的吸收。而且随着暴露浓度的升高，达到饱和的时间逐渐缩短，由5.41 μg/L时的大于8 h减低到64.33 μg/L时的2-4 h 之间，说明大型水蚤对铜吸收达到的饱和并不是完全由纳米材料在肠道内积累所引起的，否则由于纳米二氧化钛浓度相同，那么达到平衡的时间应该是相同的。
同时值得注意的是在暴露浓度大于11.71 μg/L之后，大型水蚤吸收达到饱和之后都有了明显的下降，究其原因我们认为是由于达到饱和之后从纳米材料上解析的铜离子的排出速度大于了大型水蚤的吸收速度。在饱和的情况下，大型水蚤的肠道内充满了纳米材料使得大型水蚤吸收纳米材料的速度变得非常缓慢，而纳米二氧化钛解析铜的速率非常快，导致其在肠道内停留时间短，进而产生了较快的排出。
为了直观的比较纳米材料存在大型水蚤对铜吸收的增加，只能取未饱和时间点来进行比较。这里我们取2 h的吸收点来与大型水蚤水相吸收铜的情况作比较，比较的结果如图5所示。可以看到纳米二氧化钛存在时大型水蚤对铜的吸收速率远远超过了单纯的水相吸收速率，两者相差一到两个数量级。
3. 结论
总之纳米二氧化钛颗粒的加入极大地促进了大型水蚤对铜的吸收，同时也促进了大型水蚤对铜的吸收平衡的提前。由此我们可以推测，由于纳米颗粒进入水体中，必然会导致进入生物体内的重金属量的增加，并因此产生更大的毒性作用。由此可见单一的水体中重金属的浓度并不能完全说明水中生物受重金属污染的状况，在进行重金属的环境监测或者标准制定时要考虑到颗粒物以及其它污染物的综合作用。同时本文也为Cu和其它重金属的生物监测提供了一定的参考。
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金属纳米材料的应用范文6
【关键词】纳米技术；精细化工；催化剂；添加剂
0.引言
纳米技术是指使用纳米材料的特殊性质的技术，纳米材料是指尺寸处于1-100nm的微小粒子组成的材料，这样的微小粒子既不是微观的原子簇，也不是宏观物体，是出于微观与宏观之间的介观系统，这种材料往往因为其表面效应、量子尺寸效应、体积效应以及宏观量子隧道效应具有传统物质所不具备的特殊性质。纳米材料通常具有很高的特殊催化性，在冶金、涂料、精细化工等工业领域应用非常广泛。本文对纳米技术在精细化工领域的应用方法及特点进行了详细的论述，为纳米技术在精细化工领域的推广应用提供了有效的支撑。
1.纳米技术在精细化工中的应用
1.1纳米材料的制备方法简介
纳米材料的制备通常包括机械法、物理法和化学法。机械法是指机械粉碎法和机械合金化法，其制作方法简单、成本低，但颗粒不均匀，纯度低；物理法是指溶液蒸发法和蒸发冷凝法，其制作方法较为复杂、成本较高，但粒度可控、纯度很高、结晶组织好；化学法则是通过化学反应制备纳米材料，其粒度可控、纯度很高，而且其成本不是很高、操作相对简单，常用的有水热法、沉淀法、溶胶-凝结法、化学气相反应法、微乳液法、有机配合前驱体法以及超重力沉淀法等。纳米材料的制备方法很多，而且正在不断的被发现，越来越多的制备更细颗粒、更好分散性的方法出现，为纳米技术的进一步发展提供了较好的支撑。
1.2纳米技术在催化方面的应用探讨
大量研究表明，纳米催化剂的稳定性好，催化效率高，如：在乙炔加氢反应中，加入纳米的Pb/TiO2作为催化剂，可以是乙炔的转化率达到100%，并且使乙炔的选择性达到80%以上；在液态加氢法制备2-氨基-4，6二氯苯酚时，采用纳米Ni-B/SiO2作为催化剂，其催化效果明显比其他Ni催化剂好得多，转化率达到了100%，选择性达到了98%。在化学电源领域，纳米材料具有很好的电化学活性，作为电极能很好的减轻电池重量，如：纳米二氧化锰作为锂电池正极可以做成高能电池；纳米的银粉、镍粉和二氧化镍混合烧结体作为光化学电池的电极，效果远超过其它材料；碳管纳米材料的奇异电学性能已经广泛应用于场发射元件、锂离子电池、燃料电池等。
另外，纳米材料的光催化特点被广泛应用与环境保护领域，如：（1）污水处理，硫化物或金属氧化物的纳米材料是半导体材料，其特殊的电子结构可以通过氧化或还原反应降解并矿化H2O、CO2、无机离子以及某些毒性较小的有机物等，其特点是分解完全，没有二次污染、成本低、操作简单，常见的纳米催化剂材料有二氧化镍、三氧化铝、氧化锌等，尤其是二氧化镍对染料废水、农药废水的处理效果极好。
（2）空气污染处理，纳米催化材料对空气中的硫氧化物和氮氧化物的处理效果极好，在汽车尾气处理方面应用广泛，比传统的贵金属和稀土催化剂的效果好得多，尤其是贵金属催化剂，价格昂贵。易失活，纳米光催化剂成本低、稳定性好，活性高，能有效的提高汽车尾气中的一氧化碳、一氧化氮、碳化氢等物质的转化效率；另外，纳米材料还用于陶瓷制品的除臭抗菌以及分解有机物等作用，也用于汽车或建筑玻璃的自洁等。
1.3纳米技术在添加剂领域的应用
纳米技术在添加剂领域的作用也非常广泛，通常是纳米材料加入到其它物质中，改变其它物质的性质，达到普通物质所达不到的效果，常用的有：
（1）化妆品添加剂。将纳米材料氧化锌、二氧化镍、氧化铁作为添加剂可以提高化妆品的药物利用率、增强抗菌作用，减轻对皮肤的刺激，而且自身无毒无味、化学稳定、热稳定，是目前化妆品领域的研究热点。
（2）黏合剂、剂和密封胶。纳米二氧化硅作为添加剂，可以有效提高黏合剂等黏结效果、剂的效果和密封胶的密封效果。
（3）涂料。将纳米材料加入到涂料中，可以有效的改善传统涂料的性能，并使涂料具有新的功能，如纳米氧化锌添加剂可以使涂料具有吸收红外线、屏蔽紫外线、杀菌防霉等效果，纳米二氧化硅可以增加涂料的耐磨性、抗氧化性等。除此之外，纳米材料还可增加橡胶的力学性能、硫化活性，改变塑料综合力学性能、纤维的分散性、有机玻璃的冲击韧性等。
另外，纳米技术在医药领域也有广泛的应用，可以提高药效的吸收，降低药物的不良反应，还能有效的丰富制药技术，提高药物的效果。
2.结论
纳米技术是一种新兴的技术，纳米材料具有一般材料所不具备的特性，在精细化工领域已经取得了广泛应用，也为人类解决环境保护、能源合理开发利用提供了有效的新途径。目前纳米技术的推广使用还受纳米材料制备、纳米改性技术工业化等限制，但随着纳米技术的发展和影响，纳米技术在精细化工领域必然得到广泛的使用。 [科]
【参考文献】
[1]陈建锋，邹海魁，刘润静，等.超重力反应沉淀法合成纳米材料及其应用[J].现代化工，2001，21（9）：9-12.
