現(xiàn)在我們已經(jīng)知道,所謂納米材料技術(shù),是一種材料新技術(shù)。將材料加工到納米級的尺寸就形成了一種新的材料,從而出現(xiàn)許多新的材料特性,是物質(zhì)從量燮到質(zhì)變的一個(gè)典型的例子。現(xiàn)在已經(jīng)確定的納米材料已經(jīng)有很多種,下面,我們擇要介紹如下。
(1)效應(yīng)顏料
這是納米材料最重要、最有前途的用途之一,特別是在汽車的涂裝業(yè)中,因?yàn)榧{米材料具有隨角度變化色彩的性能,使汽車面漆大增光輝,深受配漆專家的喜愛。
(2)防護(hù)材料
由于某些納米材料透明性好和具有優(yōu)異的紫外線屏蔽作用,在產(chǎn)品和材料中添加少量(一般不超過含量的2%)的納米材料,就會(huì)大大減弱紫外線對這些產(chǎn)品和材料的損傷作用,使之更加具有耐久性和透明性,因而被廣泛用于護(hù)膚產(chǎn)品、裝飾材料、外用面漆、木器保護(hù)、天然和人造纖維以及農(nóng)用塑料薄膜等方面。
更為重要的應(yīng)用是在特別功能性防護(hù)方面的應(yīng)用,比如隱形飛機(jī)、電磁屏蔽、射線防護(hù)等。都將隨著納米防護(hù)新材料的出現(xiàn)而改變傳統(tǒng)的防護(hù)方式。
(3)精細(xì)陶瓷材料
使用納米級陶瓷材料可以在低溫、低壓下生產(chǎn)質(zhì)地致密且性能優(yōu)異的陶瓷。因?yàn)榧{米粒子非常小,很容易壓實(shí)在一起。此外,納米粒子陶瓷組成的新材料是一種極薄的透明涂料,噴涂在諸如玻璃、塑料、金屬、漆器甚至磨光的大理石上,具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有這種陶瓷的塑料眼鏡片既輕又耐磨,還不易破碎。
(4)高效催化劑
納米粒子表面積大、表面活性中心多,為做催化劑提供了必要的條件。目前用納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等直接用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)的催化劑,可大大提高反應(yīng)效率。利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)催化劑,燃燒效率可提高100倍,如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應(yīng)表明,鎳粒徑在5nm以下,反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化,醛分解反應(yīng)得到有效控制,生成酒精的轉(zhuǎn)化率急劇增大。
(5)傳感材料
納米粒子具有高比表面積、高活性、特殊的物理性質(zhì)及超微小性等特征,是適合用做傳感器材料的最有前途的材料。外界環(huán)境的改變會(huì)迅速引起納米粒子表面或界面離子價(jià)態(tài)和電子運(yùn)輸?shù)淖兓闷潆娮璧娘@著變化可做成傳感器,其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性優(yōu)良。最新的信息顯示,已經(jīng)有科學(xué)家考慮采用“浮塵法”將微小的傳感器送到外太空,隨太陽風(fēng)等宇宙風(fēng)在太空飄浮,以探測宇宙信息。
(6)易燒結(jié)材料
由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)及活性大,不論高熔點(diǎn)材料還是復(fù)合材料的燒結(jié),都比較容易。具有燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時(shí)間短,而且可得到燒結(jié)性能良好的燒結(jié)體。例如普通鎢粉需要在3000℃的高溫下燒結(jié),而當(dāng)摻入0.1%~0.5%的納米鎳粉時(shí),燒結(jié)成型溫度可降低到l200~1311℃。
(7)醫(yī)學(xué)與生物工程材料
納米粒子與生物體有著密切的關(guān)系,如構(gòu)成生命要素之一的核糖核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體,其粒度在15~20nm之間,生物體內(nèi)的多種病毒也是納米粒子。此外,用納米SiOz微粒可進(jìn)行細(xì)胞分離,用金的納米粒子進(jìn)行定位病變治療,可以減少副作用等。研究納米生物學(xué)可以在納米尺度上了解生物大分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系,獲取生命信息。特別是細(xì)胞內(nèi)的各種信息。利用納米粒子研制成機(jī)器人,注入人體血管內(nèi),可對人體進(jìn)行全身健康檢查,疏通腦血管中的血栓,清除心臟動(dòng)脈脂肪沉積物,甚至還可能清除病毒、殺死癌細(xì)胞等。
(8)新能源與環(huán)保材料
德國科學(xué)家正在設(shè)計(jì)用納米材料制作一種高溫燃燒器,通過電化學(xué)反應(yīng)過程,不經(jīng)燃燒就把天然氣轉(zhuǎn)化為電能。燃料的利用率要比一般電廠的效率提高20%~30%,而且大大減少了二氧化碳的排氣量。
(9)微器件納米材料
特別是納米線,可以使芯片集成度提高,電子元件體積縮小,使半導(dǎo)體技術(shù)取得突破性進(jìn)展,大大提高了計(jì)算機(jī)的容量和運(yùn)行速度,對微器件制作起決定性的推動(dòng)作用。納米材料在使機(jī)器微型化及提高機(jī)器容量方面的應(yīng)用前景被很多發(fā)達(dá)國家看好,有人認(rèn)為它可能引發(fā)新一輪工業(yè)革命。
(10)光電材料與光學(xué)材料
納米材料由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能作為非線性光學(xué)材料、特異吸光材料、軍事航空中用的吸波隱身材料,以及包括太陽能電池在內(nèi)的儲(chǔ)能及能量轉(zhuǎn)換材料等具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
(11)增強(qiáng)材料
納米結(jié)構(gòu)的合金具有很高的延展性等,在航空航天工業(yè)與汽車工業(yè)中是一類很有應(yīng)用前景的材料;納米硅作為水泥的添加劑可大大提高其強(qiáng)度;納米纖維作硫化橡膠的添加劑可增強(qiáng)橡膠并提高其回彈性,納米管在作纖維增強(qiáng)材料方面也有潛在的應(yīng)用前景。(12)納米濾膜
采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結(jié)構(gòu)上有微小差別的多組分混合物,實(shí)現(xiàn)高能分離操作的納米濾膜。其他還有將納米材料用做火箭燃料推進(jìn)劑、H2分離膜、顏料穩(wěn)定劑及智能涂料、復(fù)合磁性材料等。
從以上簡要的介紹可知,納米材料由于具有特異的光、電、磁、熱、聲、力、化學(xué)和生物學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于宇航、國防工業(yè)、磁記錄設(shè)備、計(jì)算機(jī)工程、環(huán)境保護(hù)、化工、醫(yī)藥、生物工程和核工業(yè)等領(lǐng)域。不僅在高科技領(lǐng)域有不可替代的作用,也為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來生機(jī)和活力。可以預(yù)言,納米材料制備技術(shù)的不斷開發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展必將對傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其他產(chǎn)業(yè)帶來重大影響。一種新材料的出堍往往是劃時(shí)代的,就如人類經(jīng)歷了石器時(shí)代、青銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代一樣,不久我們將面臨的是綱米材料時(shí)代。


