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纳米材料在现实生活中的应用?

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发表于 2019-9-20 10:53:15 |显示全部楼层
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  1、建筑行业方面:在建筑领域中使用纳米技术可以使结果相差很大,比如在环保项目上所看到的新材料和纳米二氧化钛粒子混合,应用于窗户自我清洁,建筑物和道路上。
  2、陶瓷方面:纳米材料在陶瓷上的应用主要是耐高温、防腐、耐刮花、耐磨等方面,纳米陶瓷粉末涂料在高温环境下具有优异的隔热保温效果,不脱落、不燃烧,耐水、防潮,无毒、对环境没有污染。
  3、能源方面:特别是在太阳能光伏领域有着极好的效果,纳米涂料被应用于光伏太阳能电池板表面后有效的防止灰尘的累积,表面细微的粉尘在雨水冲刷时即被带走,达到自洁防污的效果,可以持续保持电池板表面的干净整洁,发电效率得以保障。
  4、金属材料方面:金属材料表面处理由过去的电镀等工艺发展为更为简单的纳米涂料涂覆工艺,使金属表面处理工艺更简单,纳米涂料在不锈钢材料表面的应用可以实现防指纹、疏水疏油及防污的作用,在其它合金材料表面涂覆纳米涂料,可以使金属材料表面具备抗腐蚀、防锈防潮、耐高温等特性。
  纳米材料是一种在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)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。
  纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造的一种新体系。包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系等。 纳米结构材质包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷,具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大的减轻。
  在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质,纳米粒子尺寸小,具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性,制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好,而且记录密度高更加精准。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体,用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。
  医药使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细,并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便,用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液,就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。
  家电用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料,具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用,可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。
  电子计算机和电子工业可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后,可以缩小成为“掌上电脑”。
  环境保护环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染,并能够对这些制剂进行过滤,从而消除污染。
  纺织工业在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料,经抽丝、织布,可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装,可用于制造抗菌内衣、用品,可制德满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。
  机械工业采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理,可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。
  著名的诺贝尔奖获德者Feyneman在60年代就预言:如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,物体就能德到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点,纳米技术被公认为是21世纪最具有前途的科研领域。
  纳米材料从根本上改变了材料的结构,为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题开辟了新途径。其应用主要体现在以下七方面:
  在陶瓷领域的应用 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,使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。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,则它将具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点。
  在微电子学上的应用 纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段,按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破,纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。
  在生物工程上的应用 虽然分子计算机目前只是处于理想阶段,但科学家已经考虑应用几种生物分子制造计算机的组件,其中细菌视紫红质最具前景。该生物材料具有特异的热、光、化学物理特性和很好的稳定性,并且,其奇特的光学循环特性可用于储存信息,从而起到代替当今计算机信息处理和信息存储的作用,它将使单位体积物质的储存和信息处理能力提高上百万倍。
  在光电领域的应用 纳米技术的发展,使微电子和光电子的结合更加紧密,在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面,使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高10倍至几百倍,甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。最近,麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中,每个原子发射一个有用的光子,其效率之高,令人惊讶。
  在化工领域的应用 将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中,则可以有效地遮蔽紫外线。将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可以大大降低静电作用。利用纳米微粒构成的海绵体状的轻烧结体,可用于气体同位素、混合稀有气体及有机化合物等的分离和浓缩。纳米微粒还可用作导电涂料,用作印刷油墨,制作固体润滑剂等。 研究人员还发现,可以利用纳米碳管其独特的孔状结构,大的比表面(每克纳米碳管的表面积高达几百平方米)、较高的机械强度做成纳米反应器,该反应器能够使化学反应局限于一个很小的范围内进行。
  在医学上的应用 科研人员已经成功利用纳米微粒进行了细胞分离,用金的纳米粒子进行定位病变治疗,以减少副作用等。另外,利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取德了突破性进展,现在已用于临床动物实验,估计不久的将来即可服务于人类。 研究纳米技术在生命医学上的应用,可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系,获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人,在血液中循环,对身体各部位进行检测、诊断,并实施特殊治疗。
  在分子组装方面的应用 如何合成具有特定尺寸,并且粒度均匀分布无团聚的纳米材料,一直是科研工作者努力解决的问题。目前,纳米技术深入到了对单原子的操纵,通过利用软化学与主客体模板化学,超分子化学相结合的技术,正在成为组装与剪裁,实现分子手术的主要手段。 纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术,其重要性毋庸质疑,许多发达国家都投入了大量资金进行研究,正如钱学森院士所预言的那样:纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点,会是一次技术革命,从而将是21世纪的又一次产业革命。
  ①表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小,比表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分数将会显著地增加,假如原子间距为3′10-4微米,表面原子仅占一层,粗略地估算表面原子所占的百分数见下表。
  由上表可见,对直径大于 0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计,当尺寸小于 0.1微米时,其表面原子百分数激剧增长,甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100米2,这时的表面效应将不容忽略。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的,若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒(直径为 2′10-3微米)进行电视摄像,实时观察发现这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会自动形成各种形状(如立方八面体,十面体,二十面体多李晶等),它既不同于一般固体,又不同于液体,是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下,表面原子仿佛进入了沸腾状态,尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性,这时微颗粒具有稳定的结构状态。
  超微颗粒的表面具有很高的活性,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃,可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层,确保表面稳定化。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和贮气材料以及低熔点材料。
  ②小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质。
  (1)特殊的光学性质当黄金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,所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小,颜色愈黑,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%,大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料,可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。
  (2)特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如,金的常规熔点为1064C,当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时,则降低27℃,2纳米尺寸时的熔点仅为327C左右;银的常规熔点为670C,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,甚至可用塑料。采用超细银粉浆料,可使膜厚均匀,覆盖面积大,既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0.1~1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如,在钨颗粒中附加0.1%~0.5%重量比的超微镍颗粒后,可使烧结温度从3000℃降低到1200~1300℃,以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。
  (3)特殊的磁学性质人们发现鸽子、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。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘,生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明,在趋磁细菌体内通常含有直径约为 2′10-2微米的磁性氧化物颗粒。小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同,大块的纯铁矫顽力约为 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1千倍,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,已作成高贮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用途广泛的磁性液体。
  (4)特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性,然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面,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与一定的延展性,使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明,人的牙齿之所以具有很高的强度,是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~5倍。至于金属一陶瓷等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。超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。
  ③宏观量子隧道效应各种元素的原子具有特定的光谱线,如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释,由无数的原子构成固体时,单独原子的能级就并合成能带,由于电子数目很多,能带中能级的间距很小,因此可以看作是连续的,从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别,对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言,大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级;能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时,就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性,称之为量子尺寸效应。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此,对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应,原有宏观规律已不再成立。电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。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。量子尺寸效应、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。例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道效应而溢出器件,使器件无法正常工作,经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。已赞过已踩过你对这个回答的评价是?评论收起
  展开全部纳米材料 简单的说是使用纳米技术生产的材料 一般单位级达到纳米级 或者有纳米级原料添加 就算纳米材料
  由于制造成本较高 多用于工业和医疗 生活运用不多 能想到的有部分精密微电子产品 食水净化 部分特殊功能的陶瓷、橡胶等等本回答被提问者采纳已赞过已踩过你对这个回答的评价是?评论收起
  展开全部纳米技术是二十一世纪新形开发和研制出的技术,它的最大特点是改变物体结构。它的应用很广,可以说能够覆盖工业、农业、社会等各个领域,可以说是在今后最大的科技创新成果,是人类在未来必不可少的技术。目前,应用较少真正采用纳米技术的成品不多,原因是价格昂贵,使用复杂,还有能够普及。知道的一项成果是:英国研制的一件衣服,内含纳米技术,运用太阳能的原理可使衣服在不同季节和环境下改变颜色。已赞过已踩过你对这个回答的评价是?评论收起
  纳米粒子由于粒径小 比表面大 故表面活性中心数量多 其催化活性和选择性会加大 产物收率会增高 纳米粒子作为催化剂 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 纳米粒子对光解水制氢和一些有机合成反应也有明显的光催化活性 国际上已把纳米粒子催化剂称为第四代催化剂 例如金属纳米催化剂主要是贵金属如 Pt Ag 及非贵金属如 Ni Fe 等 其中贵金属纳米催化剂可用于高分子高聚物氢化反应 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 Ni 或 Cu-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采用纳米 Ni 作为火箭固体燃料的催化剂 燃烧率可提高 100 倍 用纳米微粒作为催化剂提高反应效率 优化反应路径 提高反应速度 降低反应温度和光催化降解方面的研究 是未来催化科学不可忽视的重要研究课题 很有可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
  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。在涂料中加入纳米材料如纳米 TiO2,SiO2 和 ZnO 等颗
  粒,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;将纳米抗菌粉用于涂料中,则可制得纳米杀菌涂料,涂覆在建材产品,如卫生洁具、室内空间、用具、医院手术间和病房的墙面、地面等,起到杀菌、保洁效果;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、节能源的目的;在外墙建筑涂料中添加纳米SiO2、TiO2 等纳米粒子以提高耐候性, 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;在汽车面漆中添
  加 TiO2 以提高汽车涂料的耐老化性等, 特别是金红石型超细 TiO2,在汽车面漆中还可起到效应颜料作用,与其它片状效应颜料如铝粉颜料或珠光颜料并用时,会产生伴有乳光的随角异色性,可用于豪华轿车面漆,这是目前纳米 TiO2 的最
  大用途,也是国外纳米材料在涂料中应用最为成功的例子之一。 利用纳米对红外线和吸收作用, 将其涂覆于纤维织物上,制成军服,不但可以提高衣服的保暖性,而且可以提高士兵夜间行动的保密性; 用红外反射材料组成的多层纳米
  复合膜,涂覆在有灯丝的灯泡罩内壁,透光率好,而且对红外线具有很强的反射能力,可以起到节约电能的作用。 国外用纳米级羰基铁粉、镍粉、铁氧体粉末已成功配制了军事隐身涂料,涂到飞机、军舰、导弹、潜艇等武器装备上,使该装备具有隐身性能。纳米 SiO2 添加到紫外光固化涂料中可提高涂料的硬度,还有涂料的耐刮擦性等。 比如,采用聚硅氧烷、 锐钛级纳米 TiO2、 填料和溶剂复合可制得大气环保涂料,能将大气中 NOx 转化成硝酸,可涂覆在高速公路、桥梁、建筑物、广告牌的表面上,或在需要的地方专门设置净化面板等。 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。
  纳米微粒具有大的比表面积,高的表面活性以及与气体相互作用强等特性, 导致纳米微粒对周围环境的变化十分敏感。 如光、温度、湿度、气氛、压强的微小变化都会引起其表面活界面离子价态和电子迁移的变化。 这正满足了传感器功能上所要求的灵敏度高、 响应速度快以及检测范围广的要求。 是纳米粒子最具有前途应用领域之一,目前科学家已发现多种纳米材料对一些特定的物质具有敏感反应。如气体传感器纳米二氧化锡膜、γ 三氧化二铁及氧化锆纳米
  颗粒;红外传感器用的沉积在基板上金纳米颗粒;湿敏传感器是用纳米颗粒与介孔固体组装成的等。 随着碳纳米管和氧化物纳米线、纳米带的发现,出现了一批用这些准一维纳米材料制作的高灵敏度、高稳定性的气敏传感器原型[9]
  。以这些准一维纳米材料制备的气敏传感器与颗粒膜传感器相比,除具有它们各自的优点外,还有材料不易团聚,不易污染,使用寿命长等优点,因此有望在实际应用中取代
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