納米技術(shù)在精細(xì)化工中的應(yīng)用與發(fā)展前景.doc

。1、 應(yīng)用1. 高分子（1）涂料將納米材料應(yīng)用與涂料中可分為兩種情況：一是將納米材料分散于傳統(tǒng)涂料后得到的納米材料改性涂料；二是完全有納米粒子組成的納米涂層材料。前者主要利用納米粒子的抗紫外線、光催化等性能對(duì)傳統(tǒng)涂料進(jìn)行改性，從而提高涂料的某些性能。由于納米材料改性涂料的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，工業(yè)可行性好，因此目前的研究工作大多集中在該領(lǐng)域。一方面納米材料改性涂料不僅在常規(guī)的力學(xué)性能如附著力、抗沖擊、柔韌性等方面會(huì)得到提高，而且還有可能提高涂料的耐老化、耐腐蝕、抗輻射性能。此外，納米材料改性涂料還可能出現(xiàn)某些特殊功能：自清潔、抗靜電、隱身吸波、阻燃等性能。納米材料是粒徑非常微小的細(xì)微顆粒，其表面活性相當(dāng)高，如何將其有效的分散在涂料體系中，是納米材料在涂料中應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。納米材料的表面處理、添加方式、分散設(shè)備的選擇等，直接影響到納米材料在涂料中的分散狀態(tài)。xin納米材料在涂料中的應(yīng)用進(jìn)展_劉紅波.pdf（2） 塑料納米 S Oi2 對(duì)塑料不僅起補(bǔ)強(qiáng)作用, 而且具有 許多新的特性。利用它透光、粒度小, 可使塑料變 得更致密, 可使塑料薄膜的透明度、強(qiáng)度和韌性、 防水性能大大提高。納米塑料是指基體為高分子聚合物，通過(guò)納米粒子在塑料樹脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐熱、耐候、耐磨等性能。納米塑料能使普通塑料具有象陶瓷材料一樣的剛性和耐熱性，同時(shí)又保留了塑料本身所具備的韌性、耐沖擊性和易加工性。目前，能實(shí)行產(chǎn)業(yè)化的有通過(guò)納米粒子改性的NPE、NPET和NPA6(即納米聚乙烯、納米PET聚脂、納米尼龍6)利用納米粒子，將銀(Ag+)設(shè)計(jì)到粒子表面的微孔中并穩(wěn)定，就能制成納米栽銀抗菌材料，將這種材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉，自潔等優(yōu)良性能，使其成為綠色環(huán)保產(chǎn)品。目前，已在ABS、SPVC、HIPS、PP塑料中得到應(yīng)用。（3） 粘合劑和密封膠將納米材料如納米SiO2作為添加劑加入到粘合劑和密封膠中，使粘合劑的粘結(jié)效果和密封膠的密封性都大大提高。其作用機(jī)理是在納米SiO2的表面包覆一層有機(jī)材料，是指具有親水性，將它添加到密封膠中很快形成一種硅石結(jié)構(gòu)，即納米SiO2形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)掏膠體流動(dòng)，固體速度加快，提高粘結(jié)效果，由于顆粒尺寸小，更增加了膠的密封性。（4） 纖維納米纖維的用途很廣，如將納米纖維植入織物表面，可形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜，制成雙疏性界面織物，既可防水，又可防油、防污；用納米纖維制成的高級(jí)防護(hù)服，其織物多孔且有膜，不僅能使空氣透過(guò)，具可呼吸性，還能擋風(fēng)和過(guò)濾微細(xì)粒子，對(duì)氣溶膠有阻擋性，可防生化武器及有毒物質(zhì)。以納米 S iO 2 和納米 T iO2 經(jīng)適當(dāng)配比而成的 復(fù)合粉體作為纖維的添加劑, 可制得滿足國(guó)防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。A. 紫外防護(hù)纖維B. 遠(yuǎn)紅外功能纖維C. 抗菌防臭和除臭纖維D. 抗靜電纖維2.催化領(lǐng)域納米粒子是一種極好的催化劑，這是由于納米粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表面的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，使它具備了作為催化劑的基本條件。鎳或銅鋅化合物的納米粒子對(duì)某些有機(jī)物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑。納米鉑黑催化劑可以使乙烯的氧化反應(yīng)的溫度從600 降低到室溫。 3. 化妝品在防曬產(chǎn)品中以往多使用有機(jī)化合物為紫外線吸收劑, 但是存在諸如為了盡可能保護(hù)皮膚不接觸紫外線而提高添加量之后, 會(huì)增加發(fā)生皮膚癌以及產(chǎn)生化學(xué)性過(guò)敏等問(wèn)題。在納米技術(shù)被廣泛應(yīng)用的今天, 鈉米氧化鈦及氧化鋅以其安全無(wú)毒、能屏蔽紫外線、無(wú)毒、無(wú)味、不分解、不變質(zhì)、著色力高、遮蓋力強(qiáng)或透明度高、色相好和色譜廣等優(yōu)異性能, 被廣泛應(yīng)用于防曬化妝品中。從防曬新技術(shù)、新原料的發(fā)展來(lái)看, 它們也是極具發(fā)展前途的一類防曬化妝品原料。納米原料用在化妝品防曬劑中, 最大的優(yōu)點(diǎn)是其屬于無(wú)機(jī)惰性原料, 不像有機(jī)防曬劑其活性和刺激性較強(qiáng), 會(huì)對(duì)皮膚產(chǎn)生毒副作用, 應(yīng)用非常安全。例如 , TiO2 就是一種很好的納米防曬原料。納米 TiO2對(duì)長(zhǎng)波(320 nm400 nm)和中波(280 nm320 nm)均有屏蔽作用 , 且自身為白色 , 可以隨意著色 , 在防曬霜、粉底霜、口紅和防曬摩絲等化妝品中得到廣泛應(yīng)用。納米 TiO2 的粒徑對(duì)紫外線的吸收能力和遮蓋力 影響很大, 一般以 30 nm50 nm 粒徑為最佳。納米ZnO 的抗菌性源于兩個(gè)方面 , 其一 , Zn2+ 與 Ag+ 、Cu2+ 一樣屬于重金屬離子, 可與病菌和病毒體內(nèi)蛋白質(zhì)上的巰基結(jié)合, 從而抑制它們的活性。其二, 在 紫外線的照射下, ZnO 會(huì)產(chǎn)生空穴(h +)電子(e - )對(duì), 活潑的空穴和電子分別從納米 ZnO 價(jià)帶(VB)、導(dǎo)帶 (CB)遷移至粒子表面, 把表面吸附的水或羥基(OH)轉(zhuǎn) 變成氫氧自由基(OH), 把表面吸附的氧氣轉(zhuǎn)變成原 子氧(O 2- ), 氫氧自由基具有極強(qiáng)的氧化能力, 從而 把大多數(shù)細(xì)菌和病毒殺死。納米 ZnO 應(yīng)用于防曬化 妝品中, 不但使體系擁有收斂性和抗炎性, 而且具有 吸收人體皮膚所分泌出的油脂的功效。4. 醫(yī)藥方面納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；使用納米技術(shù)的新型診斷儀器，只需檢測(cè)少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病，美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向?qū)棥?。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動(dòng)，因此可以用來(lái)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，我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京?？萍瘓F(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒，然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，殺菌能力提高200倍左右，對(duì)臨床常見的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。微粒和納粒作為給藥系統(tǒng)，其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程，從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為520nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶，從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息，從而了解機(jī)體狀態(tài)，深化人們對(duì)生理及病理的解釋。二、展望前景1材料和制備在納米尺度上，通過(guò)精確地控制尺寸和成分來(lái)合成材料單元，制備更輕、更強(qiáng)和可設(shè)計(jì)的材料，同時(shí)具有長(zhǎng)壽命和低維修費(fèi)用的特點(diǎn)；以新原理和新結(jié)構(gòu)在納米層次上構(gòu)筑特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料、生物材料和仿生材料。實(shí)現(xiàn)材料破壞過(guò)程中納米級(jí)損傷的診斷和修復(fù)。納米材料奇異性：納米金屬的熔點(diǎn)比普通金屬低幾百度；氣體在納米材料中的擴(kuò)散速度比在普通材料中快幾千倍；納米磁性材料的磁記錄密度可比普通的磁性材料提高倍；納米復(fù)合材料對(duì)光的反射度極低，但對(duì)電磁波的吸收性能極強(qiáng)，是隱形技術(shù)的突破；納米材料顆粒與生物細(xì)胞結(jié)合力很強(qiáng)。2微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù) 納米結(jié)構(gòu)微處理器的效率提高1兆倍，并實(shí)現(xiàn)太比特的存儲(chǔ)器(提高1000倍)；研制集成納米傳感器系統(tǒng)3環(huán)境和能源發(fā)展綠色能源和環(huán)境處理技術(shù)，減少污染和恢復(fù)被破壞的環(huán)境；制備孔徑lnm的納孔材料作為催化劑的載體，有序納米孔材料和納米膜材料(孔徑l0l00nm)用來(lái)消除水和空氣中的污染；成倍的提高太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。4醫(yī)學(xué)與健康納米技術(shù)將給醫(yī)學(xué)帶來(lái)變革：納米級(jí)粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；在人工器官外面涂上納米粒子可預(yù)防移植后的排斥反應(yīng)；研究耐用的與人體友好的人工組織、器官?gòu)?fù)明和復(fù)聰器件；疾病早期診斷的納米傳感器系統(tǒng)。5生物技術(shù)在納米尺度上按照預(yù)定的對(duì)稱性和排列制備具有生物活性的蛋白質(zhì)、核糖核酸等；在納米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能；生物仿生化學(xué)藥品和生物可降解材料；動(dòng)植物的基因改善和治療，測(cè)定DNA的基因芯片等。6航天和航空 納米器件在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標(biāo)成指數(shù)倍的降低。這方面的研究?jī)?nèi)容還包括：研制低能耗、抗輻照、高性能計(jì)算機(jī)；微型航天器用納米集成的測(cè)試、控制電子設(shè)備；抗熱障、耐磨損的納米結(jié)構(gòu)涂層材料。7國(guó)家安全先進(jìn)的納米電子器件在信息控制方面的應(yīng)用；通過(guò)納米機(jī)械學(xué)，微小機(jī)器人的應(yīng)用將提高部隊(duì)的靈活性和增加戰(zhàn)斗的有效性；用納米和微米機(jī)械設(shè)備控制，國(guó)家核防衛(wèi)系統(tǒng)的性能將大幅度提高；通過(guò)納米材料技術(shù)的應(yīng)用，可使武器裝備的耐腐蝕、吸波性和隱蔽性大大提高，可用于艦船、潛艇和戰(zhàn)斗機(jī)等。螞蟻士兵：它們可以通過(guò)各種途徑鉆進(jìn)敵方武器裝備中，長(zhǎng)期潛伏下來(lái)。一旦啟用，這些“納米士兵”就會(huì)各顯神通，有的專門破壞敵方電子設(shè)備，使其短路、毀壞；有的充當(dāng)爆破手，用特種炸藥引爆目標(biāo)；有的施放各種化學(xué)制劑，使敵方金屬變脆、油料凝結(jié)或使敵方人員神經(jīng)麻痹、失去戰(zhàn)斗力。我國(guó)納米技術(shù)研究水平1995年，德國(guó)科技部對(duì)各國(guó)在納米技術(shù)方面的相對(duì)領(lǐng)先程度的分析中，我國(guó)在納米材料方面與法國(guó)同列第五等級(jí)，前四個(gè)等級(jí)為 日本、德國(guó)、美國(guó)、英國(guó)和北歐。納米技術(shù)雖然起源于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，但是目前在我國(guó)也具有極大的發(fā)展?jié)摿?，?guó)家也在不斷提升對(duì)這方面的關(guān)注程度，一方面增加對(duì)納米技術(shù)的研究經(jīng)費(fèi)，并密切關(guān)注納米技術(shù)以及納米材料的基礎(chǔ)研究工作。另一方面積極推動(dòng)地方政府和企業(yè)對(duì)于納米技術(shù)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了以基礎(chǔ)研究到產(chǎn)品應(yīng)用的完整體系?，F(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)一些納米材料的研究也取得了令人矚目的成就。在物理、化學(xué)方面采用多種方法研制出的高密度、性能優(yōu)越的納米陶瓷，以及制備出的金屬合金氧化物、碳化物等納米化合物，并且建立了相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)備，能夠真正意義上做到控制納米微粒的尺寸大小，制成納米薄膜以及其它納米材料與傳統(tǒng)材料相比較而言，在強(qiáng)度、硬度、韌性以及擴(kuò)散度、可塑性、導(dǎo)電率等方面都有顯著提升。并且我國(guó)還在世界上首次發(fā)現(xiàn)了氧化鋁晶粒在拉伸疲勞中應(yīng)力集中區(qū)所表現(xiàn)出的超塑性形變；在顆粒膜的巨磁電阻效應(yīng)、磁光效應(yīng)以及自旋波共振等領(lǐng)域也取得了卓越的成就；設(shè)計(jì)并研制出了納米復(fù)合氧化物體系，它對(duì)中紅外波段吸收率高達(dá)92，并將其應(yīng)用于紅外保暖纖維。目前，納米材料和納米技術(shù)這項(xiàng)誕生于二十一世紀(jì)的嶄新技術(shù)已經(jīng)逐漸打破了人們的傳統(tǒng)生活理念，并從根本上解決了人類所面臨的諸如能源、環(huán)境保護(hù)以及醫(yī)藥衛(wèi)生等重大問(wèn)題。參考文獻(xiàn)1王學(xué)川, 任龍芳, 強(qiáng)濤濤. 納米材料在化妝品中的應(yīng)用J. 日用化學(xué)品科學(xué), 2006, 29(4): 15-18.2劉紅波. 納米材料在涂料中的應(yīng)用進(jìn)展J. 中國(guó)涂料, 2010, 25(2): 25-28.3張智宏, 林西平, 汪信, 等. 納米技術(shù)與納米材料 (V)防曬化妝品中的納米二氧化鈦J. 日用化學(xué)工業(yè), 2003, 33(5): 333-336.4周樹學(xué), 武利民. 納米材料在涂料中的應(yīng)用研究J. 中國(guó)涂