納米技術的前景范文

導語：如何才能寫好一篇納米技術的前景，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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隨著科學技術的進一步發展，微電子在人們日常生活工作中的應用愈加廣泛，微電子產品的核心便是芯片，而隨著IC設計與半導體加工工藝技術水平的不斷提高，電子元件的尺寸越來越小，集成電路的規模越來越大，其復雜程度也越來越高，對半導體芯片的尺寸、性能及穩定性等有了更高的要求，如何生產出尺寸更小、功耗更低、性能穩定性更好的半導體芯片成為微電子技術發展的瓶頸。與此同時，納米技術的飛速發展及其在各個領域內的應用，為微電子技術的突破性發展提供了機遇和條件。

納米電子技術

納米（nanometer）是一個長度計量單位，一納米等于10億分之一米，納米技術是指在納米空間內，通過特定的技術設計，實現原子或分子在納米例子表面的排列組成，從而制造出具有特定性能的材料或器件的一門高新技術。納米微粒的獨特結構能使其產生小尺寸、宏觀量子隧道、量子尺寸等多種效應，其材料表現出光、電、熱、反射、吸收及生物活性等許多特殊的功能，作為介質擴散氣體的速度極快，顆粒與生物細胞的物化作用很強，能很容易進入細胞內，且在使用時用量小、附加值極高，能夠賦予材料意想不到的高性能。近年來，隨著納米材料和納米技術的發展，其在各個領域內都有了較為廣泛的應用。而隨著微電子技術的發展，電子元件的尺寸不斷縮小，集成電路的集成程度要求也越來越高，為了生產出能夠適應電子元件及集成電路發展要求的半導體芯片，有著諸多特殊功能的納米技術開始被應用于電子領域，納米電子技術由此而生。

納米電子技術是納米技術與電子技術相結合的產物，它是在微電子產業發展較為成熟的條件下產生的，從某種意義上來說，納米電子學是微電子學繼續向更微小的世界的延伸。

納米電子技術是以納米粒子的量子效應為理論基礎建立并發展起來的，也即是當電子元件的尺寸小到納米量級時，其加工技術、運行機理等都與微電子器件有了極大差異，采用納米技術研制出來的分子器件，不僅能夠克服半導體加工工藝中的存在的問題和困難，與基于硅集成電路上的器件相比，其在傳感、靈敏度、集成度等多方面都有更好的性能。

納米電子技術應用現狀

納米電子技術雖然興起的較晚，但其發展極為迅速，經過近些年來的發展，已經取得了一定的成果，當前，這些成果集中體現在納米電子材料和納米電子元件的應用上，同時這一技術在現代醫學中也有了較為廣泛的應用。

1. 納米電子材料

當前常見的納米電子材料有納米半導體陶瓷材料、納米硅材料和納米硅薄膜，其中基于納米技術的硅電子材料一起能耗低、運行時間短、反應速度快及運行可靠穩定，受外界環境影響小的優點，較為完美地契合了現代社會對電子技術的發展需求，與同等材料相比有著絕對的技術優勢，且隨著科研技術的進一步發展，其成本也有所降低，在電子領域內的應用前景十分廣闊。

2. 納米電子元件

納米電子元件是在集成元件和超大規模集成元件的發展基礎上開發研制出來的，當前利用納米電子學已經研制成功了包括單電子晶體管、納米發光二極管及超微磁場探測器等在內的各種納米器件。

3. 納米電子技術在現代醫學中的應用

電子學的發展離不開包括生物學在內的基礎學科的貢獻，而現代電子科技產品在基礎學科中的應用，也推動了基礎學科的發展。隨著納米技術的發展，納米電子技術也被廣泛地應用在醫學領域中，彩色多普超聲診斷儀、伽馬刀、磁共振成像（MRI）等高科技醫學產品的問世及應用，都極大地推動了現代醫學的發展。而應用了納米技術的電子學與生物醫學的結合將會把人們對于微小生物體的研究帶入到一個全新的階段。

納米電子技術發展前景

1. 碳納米管

碳納米管是由石墨碳原子層卷曲而成的，其自身的拓撲機構及極好的機械強度和導電性，使其在光學、機械性能和電子特性上都有著明顯的優勢，應用碳納米管可以推動單電子器件和納米量子器件的研究和開發應用，其本身也是當前世界科學領域內研究的重點。

2. 納米硅薄膜

硅在當前的半導體器件中的應用十分廣泛，目前世界上的半導體器件有95%以上都是由硅做成的，納米硅薄膜的工藝程序與硅器件及集成電路是相容的，其發展將為量子功能的進一步研制提供基礎，并推動納米電子技術向更高層次的發展。

3. 納米生物電子

將納米技術、電子技術與生物芯片相融合，其研制出的最大成果是納米機器人，這種基于納米電子技術的機器人能夠進入到人體的血管中，成為人體內的清潔器，清除體內對人體有害的物質，保證人體新陳代謝，為人體健康提供了更高的保障。

結 語

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【分類號】X50

1 納米技術

納米（nm）技術是指在0.1-100nm范圍內，研究電子、原子和分子內在規律和特征，并用于制造各種物質的一門嶄新的綜合性科學技術。納米尺度的物質顆粒接近原子大小，此時量子效應開始影響到物質的性能和結構。由納米級結構單元構成的納米材料，在機械性能、磁、光、電、熱等方面與普通材料有很大不同，具有輻射、吸收、催化、吸附等新特性。人類通過在原子、分子和超分子水平上控制了納米結構來發現納米材料的奇異特征，以及學會有效地利用這些特定功能產品，最終能夠仿照自然生態中非常復雜的過程，這也是納米科技的最終目的。

納米技術包含下列四個主要方面：

（1）納米材料：當物質到納米尺度以后，大約是在1-100納米這個范圍空間，物質的性能就會發生突變，出現特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料，即為納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。第一個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發法制備超微離子，并通過研究它的性能發現：一個導電、導熱的銅、銀導體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質，表現出既不導電、也不導熱。人們就正式把這類材料命名為納米材料。

（2）納米動力學：主要是微機械和微電機，或總稱為微型電動機械系統，用于有傳動機械的微型傳感器和執行器、光纖通訊系統，特種電子設備、醫療和診斷儀器等，用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝。特點是部件很小，刻蝕的深度往往要求數十至數百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動機，用于超快速離心機或陀螺儀等。雖然它們目前尚未真正進入納米尺度，但有很大的潛在科學價值和經濟價值。

（3）納米生物學和納米藥物學：如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細結構等。新的藥物，即使是微米粒子的細粉，也大約有半數不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。

（4）納米電子學：包括基于量子效應的納米電子器件、納米結構的光/電性質、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷。更小是指響應速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。

納米技術是建設者的最后疆界，它的影響將是巨大的。

2 納米技術在環境鄰域的應用

納米材料的比表面積大，表面活性中心多，是催化劑的必要條件。國際上已將納米材料作為新一代催化劑進行研究和開發。近年來的發展方向是納米復合化，例如，氟石結構的納米Ce2-x和Cu組成納米復合材料，可用于汽車尾氣中SO2、CO的消除。已有生產廠家開發出可以用來代替汽車中的金屬構件的納米粒子增強型復合材料，這種納米復合材料的廣泛使用可能使汽油的燃燒量每年減少15億升，二氧化碳的排放量每年至少減少50億千克。我國山東小鴨電器集團采用納米復合抗菌除味塑料制作洗衣機的外筒，具有耐高溫、耐摩擦、耐沖擊、韌性好和硬度高等特點，還有很好的光潔度和很強的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉積，隨時保持洗衣機內部清潔，還可以防止細菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，開辟了健康洗衣機的新紀元。

用黏土和聚合物的納米粒子替代輪胎中的炭黑是一項生產環保型、耐磨損輪胎的新技術，利用納米材料對紫外線的吸收特性而制作的日光燈管不僅可以減少紫外線對人體的損害，而且可以提高燈管的使用壽命。把具有導電性能的納米顆粒，如炭黑、金屬粒子等加入到高聚物中，可以改善高聚物的導電性，節約能源。

3 納米技術在環境領域的潛在突破

3.1 有效利用資源

納米技術是從原子和分子開始制造材料和產品。這種從小到大的制造方式需要的材料較少，造成污染程度較低。納米復合陶瓷，因其優異的耐高溫、高強度等性能，有望應用于高溫發動機中，其燃燒熱效率可增加一倍，且燃燒完全，污染降低。由于納米技術導致產品微型化，使所需資源減少，不僅可達到"低消耗、高效益"，而且成本低廉。可以預測，未來資源浪費，造價昂貴的大型機械設備將逐步淘汰，以實現資源消耗率的"零增長"。

3.2 用于對水和空氣的處理

消除水和空氣中最細微的污染物（分別為300nm和50nm），使空氣和飲用水更加清潔。新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力，是普通凈水劑的10-20倍，可將污水中的懸浮物和鐵銹、異味等污物除去。通過納米孔徑的過濾裝置，還能把水中的細菌、病毒去除。凈化和淡化海水的選擇性濾膜，不僅成本低，而且所需量不足目前的十分之一。

3.3 監測大氣污染

大氣中含有的C、N、S等元素的氧化物可導致酸雨和溫室效應，因此它們在大氣中的含量必須被實時監測?，F有監測技術成本高，不便于移動作業，所需溫度高，而利用納米材料的高比表面積能對吸附氣體有快速反應，吸附后能改變其物理性質，且反應可逆，具有能再生的特性。研制出可用于監測大氣中的有害氣體，可在室溫下工作、造價低廉、體積小的監測器。

3.4 提供有效儲氫方式

物理和化學方法儲氫，需要昂貴的設備。采用納米材料可避免大晶粒儲氫材料在反復吸收、釋放氫氣的循環過程中產生的氫脆現象，又可增加吸氫容量和吸氫速率，提供一種有效而清潔的儲氫方式，這種材料如果用來制造燃料電池汽車中的氫容器，可有效避免空氣污染。

4 結束語

納米技術應用前景十分廣闊，經濟效益十分巨大，美國權威機構預測，2010年納米技術市場估計達到14400億美元，納米技術未來的應用將遠遠超過計算機工業。專家指出，紡織、建材、化工、石油、汽車、軍事裝備、通訊設備等領域，將免不了一場因納米而引發的"材料革命"現在我國以納米材料和納米技術注冊的公司有近100個，建立了10多條納米材料和納米技術的生產線。加入納米技術的新型油漆，不僅耐洗刷性提高了十幾倍，而且無毒無害無異味。納米技術正在改善著、提高著人們的生活質量

盡管納米技術仍有許多問題有待于進一步探索和解決，但它在高科技領域和傳統產業中帶來的沖擊是不可否認的。它將成為新世紀信息時代的核心。隨著人們對納米材料研究的深入，納米材料必將出現更為廣闊的應用前景，納米材料的大規模工業生產和商業應用也將成為現實?？梢韵嘈?，納米技術作為一門新興科學，必將對環境保護產生出深遠的影響，利用納米技術解決污染問題將成為未來環境保護發展的必然趨勢。

參考文獻：

[1]曹學軍等，神奇的納米技術，國外科技動態，2010，9（3）；33-36。

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關鍵詞：納米材料應用

納米發展小史

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。

1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

什么是納米材料

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1、納米技術在防腐中的應用

由加拿大萬達科技（無錫）有限公司與全國涂料工業信息中心聯合舉辦的無毒高效防銹顏料及其在防腐蝕涂料中的應用研討會近日在無錫召開。

中國工程院院士、裝甲兵工程學院徐濱士教授，上海交通大學李國萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業內知名人士分別在會上作了報告，與會者共同探討了納米技術在防銹顏料中及涂料中的應用、無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用以及新型防銹涂料和防銹試驗方法發展等課題。

徐院士就當前納米技術的發展情況作了簡單介紹，他指出：納米技術的研究對人類的發展、世界的進步起著至關重要的作用，誰掌握了納米技術，誰就站在了世界的前列。我國納米技術的研究因起步較早，現基本能與世界保持同步，在某些領域甚至超過世界同行業。

作為國內表面處理這一課題的領頭人，徐院士重點談了納米技術對防銹顏料及涂料發展的促進作用。他說，此前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒防銹顏料，有的性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相比，但均因價格太高，國內尚未引進。我國防銹涂料業亟待一種無毒無害、性能優異而又價格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產品的整體水平，增強行業的國際競爭力。

中化建常州涂料化工研究院高級工程師沈海鷹代表常州涂料院，在題為《無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用》報告中，詳細介紹了復合鐵鈦醇酸防銹漆及復合鐵鈦環氧防銹漆的生產工藝、生產或使用注意事項、防銹漆技術指標及其與鐵紅、紅丹同類防銹漆主要性能的比較。

在紅丹價格一路攀升的今天，這一信息無疑給各涂料生產廠商提供了巨大的參考價值，會場氣氛十分熱烈，與會者紛紛提出各種問題。萬達科技（無錫）有限公司總工程師李家權先生就復合鐵鈦防銹顏料的防銹機理、生產工藝、載體粉的選擇、產品各項性能指標及納米材料的預處理方法等一一做了詳細介紹。

目前產品已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，為此獲得了中國專利技術博覽會金獎.復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用，并已由總裝備部作為重點項目在全軍部分裝備上全面推廣使用。

本次會議的成功召開，標志著我國防銹涂料產業新一輪的變革即將開始，它掀開了我國防銹涂料朝高品質、高技術含量、高效益及全環保型發展的嶄新一頁。其帶來的經濟效益、社會效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統防銹顏料宣戰的開始，也吹響了我國防銹涂料業向高端防銹涂料市場發起沖擊的號角2、納米材料在涂料中應用展前景預測

據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。預期十五期間，各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用建筑涂料裝飾則總共需建筑涂料近300萬噸，約200～300億元的市場。目前，我國建筑涂料年產量僅60多萬噸，世界現在涂料年總產量為2500萬噸，每人每年消耗4千克，為發達國家的1／10，中國人年均涂料消費只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分廣闊的發展前景。

納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛

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關鍵詞：納米技術；食品科學；應用

一、納米技術

自從上個世紀90年代出現納米技術后，在納米技術領域的新概念、新名詞、新材料不斷涌現，使得人們對納米技術的理解不夠透徹，對其研究也處于初級階段。其實，納米技術是一門基礎研究與應用研究多學科交叉的科學，不管是在原子、分子或者是在超分子角度上對其分析，納米技術都堪稱是一項新的、空前的技術創新，對今后物理學的發展起著重要作用。納米技術的目標主要是根據納米結構所具有的特性和功能，結合人們的需求，對材料進行加工，并制造具有特定功能的產品，給人們帶來全新的技術革命。此外，在設計過程中在原子、分子的水平上運用納米技術進行材料設計，進而制造出具有全新性質和各種功能的材料，從而滿足人們日益增長的生活需求。

二、納米食品的概述

所謂納米食品，指的是在食品加工、生產或包裝過程中采用了納米技術手段的食品。但是，納米食品不僅僅是采用納米技術將食品的尺寸加工至納米級別，也涉及到通過納米技術對食品進行了改造從而改變食品性能的食品。從而使經過納米技術加工的食品在營養、吸收等方面會很大的提高，在這方面應用最廣泛主要有維生素制劑、鈣、硒等礦物質制劑、豆奶與納米添加營養素的鈣奶茶等。但是，由于人們對納米技術研究的局限性決定了納米食品也存在一些問題，從而使得納米食品的安全日益受到人們的關注。因為，在納米食品生產過程中主要采用球磨法使食品的尺寸變小而達到納米級別，從而不可避免地產生粉料污染，同時，納米技術給食品所帶來的危害與不利影響等，目前我們還無法預測，難以判斷納米材料是否對人體有害。目前，我國乃至國際上的納米食品行業還沒有形成一個統一的、有效的標準，無法對納米食品進行安全性評價，也不利于食品健康的管理與監控。此外，據研究部分納米食品存在一些有害成分，采用球磨法對食品進行加工，所制備得到的納米粉末更容易進入細胞甚至細胞核內，進而對人體所產生的危害也沒有研究清楚。

三、納米技術在食品科學中的應用分析

1.微乳化技術和納米膠囊制備技術

所謂的微乳液，就是通過將兩種互不相溶的液體形成的吉布斯自由能最小、狀體均勻并且穩定，各向同性、粒徑大小為l～100納米、外觀透明或半透明的分散體系，而制備該微乳液的技術也稱為微乳化技術。自從上個世紀末以來，人們加大對微乳理論和應用的研究，并將微乳化技術已應用于納米顆粒、微膠囊和納米膠囊的制備。采用納米技術，將微膠囊制備成具有粒徑大小在10～1 000納米尺寸的新型材料。由于納米膠囊顆粒微小，形成膠體溶液，易于分散和懸浮在水中，并形成清澈透明的液體，從而使所載的藥物或食品功能因子改變分布狀態而濃集于特定的靶組織，進而有利于提高療效的目的，增加藥品生產效率。

在食品包裝行業，納米技術的應用最為普遍，并且該技術能給人們帶來極大的利益。因為，在包裝材料過程中，只需加入一定的納米微粒就能夠有效地增加包裝材料的抗菌性能與密封效果，從而更好地為食品包裝提高質量安全保障。同時，在冰箱制造行業也能看到納米技術的應用情況，通過納米技術能夠有效地生產出一些抗菌性的冰箱，從而滿足人們日常生活需求。此外，由于納米材料的尺寸微?。{米級別），并體現出特殊的功能，在食品包裝過程中加入一定的納米微粒有利于改變對現有包裝材料的性能，從而進一步保證食品的安全。甚至已有不少人研究納米技術在玻璃和陶瓷容器等領域的應用，通過加入納米顆粒，可以有效地增加了脆性材料的韌性與強度，還可以有效地吸收紫外線防止塑料包裝由于時間過長而出現老化、變質等現象，進而增加食品包裝的使用壽命，促進食品包裝行業的發展。

2.納米技術在超細微粒和納米粒子制備中的應用

在當今的高新技術研究領域中，超細微粒尤其是納米粒子已經成為人們研究的熱門方向，并是當今急需加大研究投入的領域。經過超細化處理后的物質，粒子之間的接觸面積增大，比表面積也大大增加，界面能顯著提高，表面能會發生巨大變化，從而顯現出獨特的物理與化學性能。通常情況下，制備超細粒子的方法為超細碾磨法，例如市場上比較普遍的具有強抗氧化性的超細綠茶粉與具有強結合水能力的超細面粉等。研究表明，粒子越小越有助于人體的吸收消化，約1 000納米的超細綠茶粉呈現出較好的營養消化和吸收率，其營養價值大大超出普通的綠茶粉。又近年來迅速發展起來的新技術――超臨界流體制備超細微粒技術，也屬于納米技術制備超細粒子的范疇，該技術可以較準確地控制結晶過程，對粒子尺寸進行精確的控制，從而生產出的超細微粒粒徑小且粒度分布均勻，該技術在醫療藥物制造行業較為普遍，具有誘人的應用前景。

3.納米技術在食品檢測中的應用

隨著計算機技術的飛速發展，使得納米傳感器技術也得到了驚人的發展，并已在食品安全監測中得到廣泛的應用。所謂納米生物傳感器技術，采用選擇性結合靶分子的生物探針，對食品進行安全監測的技術。因為，納米材料本身就是非常敏感，對于不均勻的生物與化學物質反應靈敏，將納米技術與生物學、計算機技術、電子材料相結合，可以制備新型的傳感器件，并提高食品安全監測效率。例如與生物芯片等技術結合，可以使分子檢測更加簡便、高效的納米生物傳感器。近年來，人們通過納米生物傳感器技術可以實現對食品安全、臨床診斷與治療的快速、有效、靈敏地檢測。例如，在傳統的檢測領域，尤其是監測微量細菌時需要擴增或富集樣本中的目標菌，從而無形中增加監測步驟，同時過程繁瑣而費時費力，然而，利用納米技術與表面等離子體共振、石英晶體微天平等研制而成的納米生物傳感器，不僅能夠大大減少檢測所需的時間，還可以提高檢測的靈敏度，進而提高監測效率與精確度。

四、結語

綜上所述，由于納米材料發展比較晚，各方面的研究還不夠完善，納米技術也存在一些不足和缺陷。但是，這并不影響納米技術在食品工業中的應用，隨著人們對納米技術研究的不斷深入，我相信在不久的將來納米技術將會引發一場新的食品科學的革命，為食品行業帶來巨大的經濟效益與發展空間，也會使人們的飲食結構和生活方式發生巨大的變化，引領人們走進一個全新的食品行業，進而提在很大程度上提高人們的生活水平。

參考文獻：

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1、各國競相出臺納米科技發展戰略和計劃

由于納米技術對國家未來經濟、社會發展及國防安全具有重要意義，世界各國（地區）紛紛將納米技術的研發作為21世紀技術創新的主要驅動器，相繼制定了發展戰略和計劃，以指導和推進本國納米科技的發展。目前，世界上已有50多個國家制定了國家級的納米技術計劃。一些國家雖然沒有專項的納米技術計劃，但其他計劃中也往往包含了納米技術相關的研發。

（1）發達國家和地區雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機，美國早在2000年就率先制定了國家級的納米技術計劃（NNI），其宗旨是整合聯邦各機構的力量，加強其在開展納米尺度的科學、工程和技術開發工作方面的協調。2003年11月，美國國會又通過了《21世紀納米技術研究開發法案》，這標志著納米技術已成為聯邦的重大研發計劃，從基礎研究、應用研究到研究中心、基礎設施的建立以及人才的培養等全面展開。

日本政府將納米技術視為“日本經濟復興”的關鍵。第二期科學技術基本計劃將生命科學、信息通信、環境技術和納米技術作為4大重點研發領域，并制定了多項措施確保這些領域所需戰略資源（人才、資金、設備）的落實。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進從基礎性到實用性的研發，同時跨省廳重點推進能有效促進經濟發展和加強國際競爭力的研發。

歐盟在2002—2007年實施的第六個框架計劃也對納米技術給予了空前的重視。該計劃將納米技術作為一個最優先的領域，有13億歐元專門用于納米技術和納米科學、以知識為基礎的多功能材料、新生產工藝和設備等方面的研究。歐盟委員會還力圖制定歐洲的納米技術戰略，目前，已確定了促進歐洲納米技術發展的5個關鍵措施：增加研發投入，形成勢頭；加強研發基礎設施；從質和量方面擴大人才資源；重視工業創新，將知識轉化為產品和服務；考慮社會因素，趨利避險。另外，包括德國、法國、愛爾蘭和英國在內的多數歐盟國家還制定了各自的納米技術研發計劃。

（2）新興工業化經濟體瞄準先機

意識到納米技術將會給人類社會帶來巨大的影響，韓國、中國臺灣等新興工業化經濟體，為了保持競爭優勢，也紛紛制定納米科技發展戰略。韓國政府2001年制定了《促進納米技術10年計劃》，2002年頒布了新的《促進納米技術開發法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術開發實施規則》。韓國政府的政策目標是融合信息技術、生物技術和納米技術3個主要技術領域，以提升前沿技術和基礎技術的水平；到2010年10年計劃結束時，韓國納米技術研發要達到與美國和日本等領先國家的水平，進入世界前5位的行列。

中國臺灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計劃》、《納米科技研究計劃》，這些計劃以人才和核心設施建設為基礎，以追求“學術卓越”和“納米科技產業化”為目標，意在引領臺灣知識經濟的發展，建立產業競爭優勢。

（3）發展中大國奮力趕超

綜合國力和科技實力較強的發展中國家為了迎頭趕上發達國家納米科技發展的勢頭，也制定了自己的納米科技發展戰略。中國政府在2001年7月就了《國家納米科技發展綱要》，并先后建立了國家納米科技指導協調委員會、國家納米科學中心和納米技術專門委員會。目前正在制定中的國家中長期科技發展綱要將明確中國納米科技發展的路線圖，確定中國在目前和中長期的研發任務，以便在國家層面上進行指導與協調，集中力量、發揮優勢，爭取在幾個方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術浪潮是納米技術，南非科技部正在制定一項國家納米技術戰略，可望在2005年度執行。印度政府也通過加大對從事材料科學研究的科研機構和項目的支持力度，加強材料科學中具有廣泛應用前景的納米技術的研究和開發。

2、納米科技研發投入一路攀升

納米科技已在國際間形成研發熱潮，現在無論是富裕的工業化大國還是渴望富裕的工業化中國家，都在對納米科學、技術與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據歐盟2004年5月的一份報告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術研究資金估計為20億歐元。這說明，全球對納米技術研發的年投資已達50億歐元。

美國的公共納米技術投資最多。在過去4年內，聯邦政府的納米技術研發經費從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據《21世紀納米技術研究開發法》，在2005～2008財年聯邦政府將對納米技術計劃投入37億美元，而且這還不包括國防部及其他部門將用于納米研發的經費。

日本目前是僅次于美國的第二大納米技術投資國。日本早在20世紀80年代就開始支持納米科學研究，近年來納米科技投入迅速增長，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長20%。

在歐洲，根據第六個框架計劃，歐盟對納米技術的資助每年約達7.5億美元，有些人估計可達9.15億美元。另有一些人估計，歐盟各國和歐盟對納米研究的總投資可能兩倍于美國，甚至更高。

中國期望今后5年內中央政府的納米技術研究支出達到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國臺灣計劃從2002～2007年在納米技術相關領域中投資6億美元，每年穩中有增，平均每年達1億美元。韓國每年的納米技術投入預計約為1.45億美元，而新加坡則達3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國為2.4歐元，美國為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計劃，美國2006年的納米技術研發公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國為0.01%，日本為0.02%。

另外，據致力于納米技術行業研究的美國魯克斯資訊公司2004年的一份年度報告稱，很多私營企業對納米技術的投資也快速增加。美國的公司在這一領域的投入約為17億美元，占全球私營機構38億美元納米技術投資的46%。亞洲的企業將投資14億美元，占36%。歐洲的私營機構將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長，納米技術的創新時代必將到來。

3、世界各國納米科技發展各有千秋

各納米科技強國比較而言，美國雖具有一定的優勢，但現在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國不相上下

根據中國科技信息研究所進行的納米論文統計結果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數量逐年增長，且增長幅度較大，2001年和2002年的增長率分別達到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國以較大的優勢領先于其他國家，3年累計論文數超過10000篇，幾乎占全部論文產出的30%。日本（12.76%）、德國（11.28%）、中國（10.64%）和法國（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數都超過了3000篇。而且以上5國2000—2002年每年的納米論文產出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國家，也是納米研究實力最強的國家。中國的增長幅度最為突出，2000年中國納米論文比例還落后德國2個多百分點，到2002年已經超過德國，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國之后，英國、俄羅斯、意大利、韓國、西班牙發表的論文數也較多，各國3年累計論文總數都超過了1000篇，且每年的論文數排位都可以進入前10名。這5個國家可以列為納米研究較活躍的國家。

另外，如果歐盟各國作為一個整體，其論文量則超過36%，高于美國的29.46%。

（2）在申請納米技術發明專利方面美國獨占鰲頭

據統計：美國專利商標局2000—2002年共受理2236項關于納米技術的專利。其中最多的國家是美國（1454項），其次是日本（368項）和德國（118項）。由于專利數據來源美國專利商標局，所以美國的專利數量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國、韓國、加拿大、法國和中國臺灣的專利數也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實用化的能力。多數國家納米論文數與專利數所占比例的反差較大，在論文數最多的20個國家和地區中，專利數所占比例超過論文數所占比例的國家和地區只有美國、日本和中國臺灣。這說明，很多國家和地區在納米技術研究上具備一定的實力，但比較側重于基礎研究，而實用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國各有所長

美國納米技術的應用研究在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤等領域快速發展。隨著納米技術在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應用，目前美國納米研究熱點已逐步轉向醫學領域。醫學納米技術已經被列為美國國家的優先科研計劃。在納米醫學方面，納米傳感器可在實驗室條件下對多種癌癥進行早期診斷，而且，已能在實驗室條件下對前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進行早期診斷。2004年，美國國立衛生研究院癌癥研究所專門出臺了一項《癌癥納米技術計劃》，目的是將納米技術、癌癥研究與分子生物醫學相結合，實現2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標；利用納米顆粒追蹤活性物質在生物體內的活動也是一個研究熱門，這對于研究艾滋病病毒、癌細胞等在人體內的活動情況非常有用，還可以用來檢測藥物對病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業化。

雖然醫學納米技術正成為納米科技的新熱點，納米技術在半導體芯片領域的應用仍然引人關注。美國科研人員正在加緊納米級半導體材料晶體管的應用研究，期望突破傳統的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術是這一領域中最受關注的地方。不少科學家試圖利用化學反應來合成納米顆粒，并按照一定規則排列這些顆粒，使其成為體積小而運算快的芯片。這種技術本來有望取代傳統光刻法制造芯片的技術。在光學新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長度達到幾百微米的納米導線。

日本納米技術的研究開發實力強大，某些方面處于世界領先水平，但尚未脫離基礎和應用研究階段，距離實用化還有相當一段路要走。在納米技術的研發上，日本最重視的是應用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發出多種不同結構的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結構、富勒結構套富勒結構、納米管套富勒結構、酒杯疊酒杯狀結構等。

在制造方法上，日本不斷改進電弧放電法、化學氣相合成法和激光燒蝕法等現有方法，同時積極開發新的制造技術，特別是批量生產技術。細川公司展出的低溫連續燒結設備引起關注。它能以每小時數千克的速度制造粒徑在數十納米的單一和復合的超微粒材料。東麗和三菱化學公司應用大學開發的新技術能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內即可進入批量生產階段。

日本高度重視開發檢測和加工技術。目前廣泛應用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場光學顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現了諸如數字式顯微鏡、內藏高級照相機顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產品?？茖W家村田和廣成功開發出亞微米噴墨印刷裝置，能應用于納米領域，在硅、玻璃、金屬和有機高分子等多種材料的基板上印制細微電路，是世界最高水平。

日本企業、大學和研究機構積極在信息技術、生物技術等領域內為納米技術尋找用武之地，如制造單個電子晶體管、分子電子元件等更細微、更高性能的元器件和量子計算機，解析分子、蛋白質及基因的結構等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數不多。

歐盟在納米科學方面頗具實力，特別是在光學和光電材料、有機電子學和光電學、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導體、復合材料、醫學材料、智能材料等方面的研究能力較強。

中國在納米材料及其應用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學合成材料也是一個重要方面，而在納米電子學、納米器件和納米生物醫學研究方面與發達國家有明顯差距。

4、納米技術產業化步伐加快

目前，納米技術產業化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業前景。據統計：2004年全球納米技術的年產值已經達到500億美元，2010年將達到14400億美元。為此，各納米技術強國為了盡快實現納米技術的產業化，都在加緊采取措施，促進產業化進程。

美國國家科研項目管理部門的管理者們認為，美國大公司自身的納米技術基礎研究不足，導致美國在該領域的開發應用缺乏動力，因此，嘗試建立一個由多所大學與大企業組成的研究中心，希望借此使納米技術的基礎研究和應用開發緊密結合在一起。美國聯邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區建立一個“納米科技成果轉化中心”，以便及時有效地將納米科技領域的基礎研究成果應用于產業界。該中心的主要工作有兩項：一是進行納米技術基礎研究；二是與大企業合作，使最新基礎研究成果盡快實現產業化。其研究領域涉及納米計算、納米通訊、納米機械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應用于美國國防工業。

美國的一些大公司也正在認真探索利用納米技術改進其產品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內取得突破，并生產出商業產品。一個由專業、商業和學術組織組成的網絡在迅速擴大，其目的是共享信息，促進聯系，加速納米技術應用。

日本企業界也加強了對納米技術的投入。關西地區已有近百家企業與16所大學及國立科研機構聯合，不久前又建立了“關西納米技術推進會議”，以大力促進本地區納米技術的研發和產業化進程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術研究所，試圖將納米技術融合進各自從事的產業中。

歐盟于2003年建立納米技術工業平臺，推動納米技術在歐盟成員國的應用。歐盟委員會指出：建立納米技術工業平臺的目的是使工程師、材料學家、醫療研究人員、生物學家、物理學家和化學家能夠協同作戰，把納米技術應用到信息技術、化妝品、化學產品和運輸領域，生產出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產品，同時減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過建立納米技術工業平臺和增加納米技術研究投資使其在納米技術方面盡快趕上美國。

篇6

【關鍵詞】納米技術；環境保護；污水處理；廢氣處理

1、納米技術的定義

納米技術是近年來出現的一門高新技術。納米是人其大小在0.1～100nm 之間的x微小原子，是人類用肉眼無法看到的，納米技術是產生在這種物質至上的一種技術，它的主要原理就是將微小的納米原子進行重新的排列與組合，生產出新的產品的一種技術，這種技術不僅滿足了人類的想象，而且利用了納米材料的特點而發展的，納米技術作為一種高新科技，目前納米技術已經發展延伸到了人類生活的多個領域，而且納米材料成本較低，人類已經完全接受了這種技術，并期待它有著進一步的發展，可以說，納米技術的發展是人類科技發展的另一個階段，是科學技術史上的一次革命，它不僅將克服傳統環保技術材料的不足，而且生產出新型高效環保材料和環保技術，拓展了環保視野，提高環保能力，徹底改善環境狀態，是環境保護工作的一次革命。

2、納米技術在環境保護中的應用

2.1污水處理

污水通常指受一定污染的、來自生活和生產的廢棄水，其主要污染物有病原體污染物，耗氧污染物，植物營養物和有毒污染物等，嚴重威脅人們的健康。污水處理就是將污水中的有害物質從水中去除。原始的污水處理，會造成再度污染，而且處理的速度慢，水質不能完全還原，一直不能達到人們理想的結果，這就依賴于納米材料的技術應用了。一種新型納米技術提取污水中的有用金屬，將它們再利用，創造出新的價值。不但凈化了污水，而且防止了資源的浪費。

此外通過納米技術研發的一種新型的噴劑，這種噴劑的吸附功能是原始抨擊功效的22倍左右，其處理過程可分為三步：

第一步：利用納米凈水劑將污水中的雜物吸取出來。

第二步：納米材料的設備，應用于吸收水中的雜物，產生潔凈的水資源

第三步：一種特殊的設備，分別裝置納米孔和納米薄膜，將水放置到這一設備分別通過以上兩種裝置，在水通過的時候納米材料就和水中的危害物質產生化學反應，提出危害物質，還原留存出凈化水，提高水的質量

1）廢水在無機污染下的處理

當水被檢測成有重金屬存在時，要注意了，這種水對人類會造成危害，這就是無機污染下的水資源，但直接處理掉不利用的話，又會造成資源浪費。納米技術的發展為人類帶來了希望，它將納米材料放入水中，使得水中的有效金屬自動脫離，這樣的效果既能使用干凈的水資源，又能吸取回水中的有用金屬。

2）廢水在有機污染下的處理

TiO2科作為納米技術的引用材料，利用光的作用，與水中的有害物質產生化學反應，它可以將水中的各種有機物很快完全催化氧化成水和CO等無害物質。提高了水的質量，減少了污染。這樣的實驗為人們帶來了喜訊，利用這種方式使得改善過的水資源，完全可以達到清潔的目的，對于飲用水的這種處理，是一個不錯的選擇，人們的生活用水要達到純凈，無污染的愿望完全可以實現。

3）出去飲用水中的有害物質

此凈化技術既可以處理污水，也可以對自來水進行凈化處理，去除細菌，把對人體有利的礦物質和元素保留下來。經過凈化的自來水對人體健康很有利，可以保護肝腎免受傷害。

2.2污水的清潔和清新空氣的再造

人們的生活環境一直被污染過的空氣和水資源所困擾著，源源不斷的新的產品使用在空氣凈化和污水處理的需求中，雖然有一些成效，但是也造成了一些負面的影響，以及成本的供不應求，針對于這種情況，納米材料在新技術上得到了廣泛的應用，房屋內部的空氣改善就是納米新技術的一個施展方向，為人們帶來了綠色生活，清新的空氣，而且納米催化劑催化下的土質，用于路面建設也是一個不錯的選擇，使路面的成分中含有化學因子，減少空氣中的有害物質，目前我們所研制的一種空氣凈化設備，就是納米材料的一種應用，在人流比較擁擠的地方，使用較大型的設備，在其設備中添加納米成分，這樣在平常我們認為空氣質量差的地方，感受到清新的空氣，人們也更愿意在這種環境下綠色出行。同時又可以在，污穢的墻壁等地方，刷上含有納米材料的催化劑，可以達到這個地方進行自己清潔的效果涂更加方便了人們的生活，改善了環境

1）去除空氣中的有害化合物

這種化合物的來源主要是從沒有被完全利用的物質中產生的，嚴重危害人類健康，納米材料帶來的新興技術投入到物質的使用當中時不僅可以充分使用，而且會轉變它自身的存在狀態。通過化學實驗，有害化合物中硫的含量就會減少，因此納米技術不僅節約了能源，提高能源的綜合利用率，減少了環境污染問題，而且使廢氣等有害物質的再利用成為一種可能。

篇7

關鍵詞：化學工業納米技術應用

在高新技術中，納米技術、生物技術和信息技術對化學工業發展有著深遠的影響，對于材料科學而言，當首推納米技術。它不僅能推動化學反應、催化和許多單元操作的突破性的改進，而且提供了納米多孔材料、納米粒子、納米復合材料、納米傳感器等新型材料以及化學機械拋光、藥物可控釋放、獨特的去污作用等功能應用，為化工新材料發展及其應用開辟了廣闊的前景。

納米技術正全力推動著化學工業未來的發展。隨著一些納米技術的工業產品問世以及所顯示出的誘人前景，現在“納米技術”已經成為家喻戶曉的名詞。納米技術在化學工業中的應用，主要是新型催化劑、涂料、劑，過濾技術以及一些最終產品，諸如納米多孔材料制品和樹狀聚合物制品已成為化學工業的創新點。

一、化學反應和催化方面應用

化學工業及其相關工業，特別是一些化學反應起著關鍵性作用的產業盛行用納米技術來改進催化劑性能。納米多孔材料中的沸石在原油煉制中的應用已有很長歷史，納米多孔結構新型催化劑的發展，為許多化學合成工藝的創新提供了機會，或者使化學反應能在較溫和條件下進行，大幅度地降低工藝成本。例如用此類催化劑可以將甲烷有效地轉化為液體燃料，作為柴油代用品，而現用的方法比較昂貴。

納米粒子催化劑的優異性能取決于它的容積比表面率很高，同時，負載催化劑的基質對催化效率也有很大的影響，如果也由具有納米結構材料組成，就可以進一步提高催化劑的效率。如將Si02納米粒子作催化劑的基質，可以提高催化劑性能10倍。在某些情況下，用Si02納米粒子作催化劑載體會因SiO2材料本身的脆性而受影響。為了解決此問題，可以將SiO2納米粒子通過聚合而形成交聯，將交聯的納米粒子用作催化劑載體。

二、過濾和分離方面應用

在過濾工業中，納米過濾(簡稱納濾，nanofiltration)廣泛應用于水和空氣純化以及其它工業過程中，包括藥物和酶的提純，油水分離和廢料清除等。還可以從氮分子中去掉氧(氧與氮分子大小差別僅0.02nm)。應用此方法生產純氧可不需要采用深冷工藝，因而可以降低成本。法國于2000年在Generale des EaMx建成世界上第一座用納濾技術生產飲用水的裝置，所用聚合物膜其孔徑略＜lnm。與傳統凈化工藝相LL，雖然電能消耗較高，但帶來一些其它的好處，如不需要用氯。

納米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在環境治理方面應用的可能性，如去除重金屬(如砷和汞等)。使用其他納米材料的過濾技術也取得了長足進步。例如入rgomide納米材料公司開發的用直徑為2nm纖維制成的高產率系統，可以過濾病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物―無機化合物復合材料也可用作氣體過濾系統，而且效率也很高。如有一種用排列成行的碳納米管(nanotLlLe)制成的膜，由于納米管與氣體分子間互不作用，可以高產率地分離出氣體。此種材料可滿足高流速低壓氣體的分離需要。此種膜可以從氣流中去除CO2，或從CO中分離H2。這種技術可應用于新一電廠、煤液化工廠或氣體液化廠。

由精密控制尺寸的納米管組成的膜在分離生物化學品方面也具有很大潛力。

三、復合材料方面應用

在復合材料中使用納米粒子可以提高材料強度，降低材料的重量，提高耐化學品、耐熱和耐磨耗能力，而且還可賦于材料一些新的性能，諸如導電性，在光照和其他幅照下改變其反應性能等。

以粘土為基礎的納米復合材料在不久將來會有很大的市場。以碳納米管為基礎的新型結構復合材料的開發也為期不遠，它的主要問題是成本較貴，要用好的填料(單壁納米管)。大規模應用較大而不太完善的碳納米纖維可望在2004年實現，此發展可能會給納米粘土復合材料的應用形成沖擊。

四、涂料方面應用

在涂料行業CTJ。納米粒子已經起著很大的作用，但是，類似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂層的溶膠―凝膠單層(solgcl monlolaycr)還在研究。用樹狀聚合物可以彌補不足，并且可與納米粒子技術結合應用。

 以納米粒子為基礎的涂料具有各種優異的性能，比如：強度、耐磨耗、透明和導電。2002年BASF公司推出一種用納米粒子和聚合物制備的噴涂涂料，在干燥時自組裝成一種納米結構的表面，呈現出類似荷葉的效應，即當水落到表面上，由于與表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰塵帶走。

用納米粒子強化的涂料還可能在生物醫用方面應用。例如銅的納米粒子可以降低細胞在表面上生長，從而解決移植上的一個主要問題。

五、樹狀聚臺物及去污作用

樹狀聚合物特別適用于去污，它起著清道夫的作用，可以去掉金屬離子，清潔環境。改變一種介質的酸度可以使樹狀聚合物釋放出金屬離子。而且樹狀聚合物可以通過超過濾進行回收和冉用。樹狀包覆催化劑可用此同樣方法從反應產物中進行分離?；厥赵儆?。密西很大學的生物納米技術中心計劃開發樹狀聚合物加強超濾方法，作為新的水處理上藝．從水中去掉金屬離子。樹狀聚合物可以在其分子小間或是在它們的經改性的終端基團上捕捉小分子。

使其能適用于吸收或吸附生物和化學污染物。美國軍事部門對它的應用前景作了好的評價。

篇8

1人工納米材料對環境的潛在風險

1.1人工納米材料為生物大分子結合人工納米材料是基于納米技術而言之上成功的，其在組成上以高分子和膠體構成，在尺度上界定在lnm～100nm范圍內。人工納米材料是人工制造的化學用品，種類很多，在環境中所表現的特征是建立在其組合形式基礎上的。人工納米材料生物成分居多，具有許多生態特征。由于其具有生物大分子的強烈結合性，會與生命物質強烈結合，并以其顯著的親脂特性、配位特性和體現出來的極性效應而滲入到體內。從人工納米材料的化學組成來看，其比表面積大，眾多的原子吸附在粒子表面的周圍，使得相鄰原子缺少而導致許多空鍵存在。這就意味著人工納米材料化學活性極強，特別是吸附能力非常強。人造納米材料的這些物化性質對于人體和環境都會產生不良影響。這部分對人體和生態環境產生負面影響的人工納米材料被稱為“納米污染物”。隨著納米時代的到來，這些人工制造的納米污染物必然會對生態環境產生嚴重的危害，因此要做好防護工作。

1.2人工納米材料可以產生高級生物的毒性效應人工納米材料的污染物以納米級存在，主要在于其強大的吸附性而導致其吸附被大量的污染物而被掩蓋，因此具有潛伏性。經過長期的化學結合而在合適的環境條件下就會產生化學反應，所釋放出來的化學物質就會污染到環境。納米污染物在特定的環境狹隘，會滲入到器官內且濃度不斷增大，使得毒性效應顯性化。如果納米污染物進入到生物鏈中，特別是進入到食物鏈環境，經過高位富集后，就會使納米的生物性發生毒性效應。納米污染物不僅具有組合復合性，而且還具有遷移性和擴散性。在任何的環境中，都會存在著多種化合物，它們以各種形體存在，相互之間協同，對環境不斷地改變，以使環境成為符合化合物生存的環境，由此而成為復合污染體系而難以控制。納米級的物質尺度小而吸附力極強，具有較強的遷移性，特別是小分子化合物，具有極大的擴散力。從物理性質上來看，這種擴散的形成是基于布朗運動和介質渦流而促成的。如果在納米分子的表面所吸附的顆粒物攜帶有生命體，就可以進行遠距離傳輸，發生擴散性的污染效應。

1.3人造納米材料具有廣泛的應用性而導致污染范圍擴大隨著科學技術進步，人類掌握了納米技術而將其在生活中普及。基于經濟理念而運用納米技術所生產的各種消費品，使得越來越多的人有機會接觸納米材料，納米污染物也開始接近人體，威脅到人體健康。納米污染物融入到生態環境中，很容易與人類的皮膚接觸。皮膚對于宏觀的顆粒物具有阻擋性，但是納米級的材料粒徑僅為頭發絲直徑的1‰，已經納米碳的直徑僅為0.5nm，這么小的顆粒通過簡單的擴散，就會穿過皮膚屏障和肺血屏障而滲透到人體中。納米顆粒之小，對于人類的呼吸系統具有強大的侵襲力。當納米污染物進入到人體的肺部，就會在肺泡上逐漸沉積下來，透過細胞而擴散到人體的全身，對人體的各項機能具有極大的威脅力。納米污染物具有較高的毒性，美國著名的毒物學家歐博德瑞斯特(0berdorster)經過研究提出，在一些聚四氟乙烯材料中，直徑低于20nm的顆粒性物質會在空氣中漂浮，嚴重污染環境，并直接或者及間接性地滲入到生物體中。歐博德瑞斯特通過實驗證明納米污染物的危害，將實驗用的小白鼠放置在懸浮著納米顆粒物的環境中，大約15min后，小白鼠就會死亡。但是如果環境中的納米顆粒物直徑超過120nm，實驗小白鼠就沒有產生發病效應，依然存活。

2解決納米環境安全問題的途徑

目前運用納米技術制作的人造納米材料還沒有在社會中普及，但是其對環境安全的威脅已經引起關注。納米技術的運用是為了能夠使人類更好地生活，對于其對人體健康和環境的影響，則需要從學術角度以技術性評估，并做出安全評價，這就需要對納米技術以及人造納米材料在應用領域所產生的負面影響以認識。納米材料研究的學科覆蓋面廣泛，除了物理學、化學、生物學外，包括電子學以及交叉學科也會有所涉及，在對人造納米材料進行安全性評估中，就要材料的納米負面效用進行綜合性評價，以具有針對性地提出安全措施。在納米材料生產中，處于工業環節就要把好環境風險關，以防止納米污染物泄露于環境中。建立納米風險監控系統，并制定出泄露風險標準、安全操作條例，在納米材料的運輸上也要按照規定執行。此外，還要注重納米材料的回收，在生產人造納米材料的同時，要發展納米材料綠色處理技術，以避免人造納米材料在環境中造成二次污染。對于納米材料的使用要予以控制，強化納米廢棄材料的處理，大力開展納米材料的防護研究，以提升納米材料在應用領域中的安全性。

3結論

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關鍵詞：機械材料；鋁合金；等溫淬火球墨鑄鐵；納米材料

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.237

1 引言

隨著國內外機械工業的飛迅發展，機械材料的市場需求大大提升。性能好運用廣泛的機械材料市場發展迅速，例如：鋁合金、納米材料等，都有很好的市場前景。

2 幾種機械材料

2.1 鋁合金

（1）鋁合金的性能。鋁合金密度低，強度比較高，接近優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。

（2）鋁合金在機械方面的運用。鋁合金的運用十分廣泛，尤其是運用于各種機械類零器件，各類飛機、人造地球衛星和空間探測器都是以鋁合金作為主要結構材料，例如：發射“阿波羅”號飛船的“土星”5號運載火箭。

（3）鋁合金的市場前景。近幾年，隨著市場競爭優勝劣汰機制作用的進一步發揮，中國鋁合金工業在總量快速增長的同時，內部結構也發生了明顯的變化，產業開始逐漸走向成熟。目前，中國鋁合金型材工業已經跨越了以數量增長為特征的初級發展階段，初步進入了以提高產品內在質量、豐富產品種類、依靠綜合實力參與市場競爭的新階段。

2.2 等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）

（1）等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）的性能特點。等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）是一種高性能的金屬材料，它是由優質球墨鑄鐵經等溫淬火熱處理后獲得的，具有良好的綜合力學性能，是鑄鋼、鑄鋁、焊接件和鍛鋼件的理想替代材料。

（2）等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）的在機械方面運用。依據目前國內ADI的生產狀況，可將產品大致分為以下幾大類：1）普通耐磨件。此類產品多用于礦山、建筑、農業等抗磨零件，主要利用其高硬度、高抗磨性并且具有較好的沖擊韌度；2）機械承載構件。此類產品多用于汽車、農業機械等要求耐磨及沖擊韌性的零件。主要發揮了ADI高強度、高耐磨性，零件質量與抗拉強度比值低等性能特點；3）高性能、高精度要求且為大批量生產，要求穩定性好的重要構件。

（3）等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）的市場前景。ADI材料由于具有優良的綜合力學性能，成為2l世紀人們關注的熱點材料。目前，在國內ADI正被工程設計人員所認可，ADI的生產技術已被部分熱處理人員掌握，國內ADI熱處理專用爐的開發以及國際先進等溫熱處理爐的引進，可以斷定ADI的生產技術水平將逐步提高，應用領域將不斷拓寬，產量將大幅增長。汽車工業是國外ADI應用的主要部門，2010年至2015年，我國汽車產量從年產1826.47萬輛增加到2450萬輛，汽車產量的高速增長，為ADI的應用提供了廣闊的潛在市場。

3 新型機械材料：納米材料

納米材料不僅是一種機械材料，它更是影響著各行各業，是當今世界上運用很廣的一種熱門材料，是世界各國材料研究的焦點。納米材料的性能優于一般的材料，從而使其在機械工業中具有廣闊的市場應用前景。

對納米材料的結構特性、性能特點、運用及市場發展前景進行如下分析：

3.1 納米材料的結構特性

（1）納米粒子的表面原子數與總原子數之比隨粒徑的變小而急劇增大，這使得粒子發生性質上的改變；（2）隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產生如下一系列新奇的性質；

3.2 納米材料的性能特點

（1）高韌性、高硬度、高強度是納米材料得到廣泛發展的前提原因。當納米技術制成超細或納米晶粒材料時，其韌性、強度、硬度大幅度提高，使其在難以加工材料刀具等領域占據了主導地位，同時加快了機械工業的發展；（2）利用納米粒子的隧道量子效應和庫倫堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點；（3）納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值。這也使得納米材料在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能運用方面有其廣泛的市場前景；（4）納米粒子的粒徑遠小于光波波長，由于量子尺寸效應，使得納米材料也可以運用于紅外線感測器方面。

3.3 納米材料在機械工業方面的運用及市場發展前景

很多研究都表明納米材料將會給世界工業帶來巨大的變化，而且我國政府已經明確提出了將新材料和納米技術的進展作為“十五”規劃中科技進步和創新的重要任務。這些年我國也在為研究納米材料不斷努力，現在納米技術運用于且便利于機械工程的不同方面，例如：微型納米軸承；納米分子電動機；微型機器人等等。

自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學技術會議上，正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支開始，納米技術便一步一步進入人們的生活。而且納米技術運用到機械方面尤其是微型機械技術已經成為21世紀研究的核心技術，納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉，顯示了其強大的科技含量。對于這些我們仍需深入研究，以便納米技術更好地服務于國內機械工程領域，帶動國內機械工業的發展。

4 總結

隨著經濟發展的不斷加快，機械材料的市場逐漸打開，機械材料也越來越受到人們的關注，特別是像納米材料這類新型機械材料，給機械工業帶來了巨大便利。相信在不斷研究與探索下，機械材料會給人們的生活帶來更大的變化。

參考文獻：

[1]邊泊乾，王紹勤.等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）在國內市場的機遇[J].2008全國耐磨材料暨水泥礦山應用技術交流會.

[2]夏勇譯，曾藝成校.等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）在中國內市場的機會[J].中國鑄造裝備與技術，1006-9658（2006）01-4.

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納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征，引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產領域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。

1.在催化方面的應用

催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。

光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。

2.在涂料方面的應用

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，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、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。

3.在其它精細化工方面的應用

精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2，可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優良的紫外線屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業。最近又開發了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強烈吸收太陽光中的紫外線，產生很強的光化學活性，可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優點，在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境科學領域，除了利用納米材料作為催化劑來處理工業生產過程中排放的廢料外，還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能對這些制劑進行過濾，從而消除污染。版權所有

4.在醫藥方面的應用

21世紀的健康科學，將以出入意料的速度向前發展，人們對藥物的需求越來越高?？刂扑幬镝尫?、減少副作用、提高藥效、發展藥物定向治療，已提到研究日程上來。納米粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便。用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；使用納米技術的新型診斷儀器，只需檢測少量血液就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病，美國麻省理工學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“定向導彈”。該技術是在磁性納米微粒包覆蛋白質表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動，因此可以用來檢查和治療身體各部位的病變。對納米微粒的臨床醫療以及放射性治療等方面的應用也進行了大量的研究工作。據《人民日報》報道，我國將納米技術應用于醫學領域獲得成功。南京希科集團利用納米銀技術研制生產出醫用敷料——長效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產原理是通過納米技術將銀制成尺寸在納米級的超細小微粒，然后使之附著在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過納米技術處理后的銀表面急劇增大，表面結構發生變化，殺菌能力提高200倍左右，對臨床常見的外科感染細菌都有較好的抑制作用。

微粒和納粒作為給藥系統，其制備材料的基本性質是無毒、穩定、有良好的生物性并且與藥物不發生化學反應。納米系統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。

納米生物學用來研究在納米尺度上的生物過程，從而根據生物學原理發展分子應用工程。在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質特別是酶，從而控制生化反應。這在生化技術、酶工程中大有用處。使納米技術和生物學相結合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細胞內的生物信息，從而了解機體狀態，深化人們對生理及病理的解釋。