纳米材料在各个行业中的应用

[数字签名在技术在实际工作中的应用]数字签名是一种新兴的用来保证信息完整性的安全技术。在数字签名技术出现之前，曾经出现过一种“数字化签名”技术，简单地说就是在手写板上签名，然后将图像传输到电子文档中，这...+阅读

纳米材料在各个行业中的应用

展开全部纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。

磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然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等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等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。

近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。

由于纳米结构单元的尺度（1~100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。

纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。 1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。

一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基础研究和应用研究都取得了重要的进展。美国已成功地制备了晶粒为50urn的纳米cu材料，硬度比粗晶cu提高5倍；晶粒为7urn的pd，屈服应力比粗晶pd高5倍；具有高强度的金属间化合物的增塑问题一直引起人们的关注，晶粒的纳米化为解决这一问题带来了希望，根据纳米材料发展趋势以及它在对世纪高技术发展所占有的重要地位，世界发达国家的政府都在部署本来10~15年有关纳米科技研究规划。美国国家基金委员会（nsf）1998年把纳米功能材料的合成加工和应用作为重要基础研究项目向全国科技界招标；美国darpa（国家先进技术研究部）的几个计划里也把纳米科技作为重要研究对象；日本近年来制定了各种计划用于纳...

有关纳米材料毒理学的研究进展

纳米材料生物效应及其毒理学研究进展*汪冰丰伟悦** 赵宇亮** 邢更妹柴之芳（中国科学院高能物理研究所纳米材料生物效应实验室，北京 100049）王海芳（北京大学化学与分子工程学院化学生物学系，北京 100871）贾光（北京大学公共卫生学院，北京 100083）摘要：纳米科学与信息科学和生命科学并列，已经成为 21 世纪的三大支柱科学领域. 由于纳米材料独特的物理化学性质，纳米尺度及纳米结构的材料乃至器件，已逐渐走出实验室，进入人们的生活. 这些具有独特物理化学性质的纳米材料，对人体健康以及环境将带来的潜在影响，目前已经引起科学界，乃至政府部门的广泛关注. 文中分析综述了几种纳米材料（纳米 TiO2、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管及超细铁粉）目前已取得的部分生物效应及毒理学的研究结果，包括纳米材料在生物体内的分布、作用的靶器官、纳米材料引起的细胞毒性、细胞凋亡等. 文中还评价了纳米颗粒的生物毒性. 纳米颗粒的尺寸越小，显示出生物毒性的倾向越大；尽管碳纳米管是由石墨层卷成的圆筒，但是根据石墨的安全剂量来外推碳纳米管的安全剂量是不可行的，碳纳米管的生物毒性远大于石墨粉；表观分子量高达 60 万的水溶性纳米碳管，在小鼠体内却显示出小分子的生理行为；一种正在研究的磁性纳米颗粒在动物体内显示出迅速团聚、堵塞血管等现象. 纳米材料在生物体内呈现出的这些生理现象，仅利用现有的知识尚无法解释. 最后还说明了纳米物质生物效应（包括毒理学，安全性）研究的部分实验方法；展望了该新领域今后的发展方向和亟待研究的重要问题.全文见公共邮箱：wyy1113126.com密码：123456789进入邮32313133353236313431303231363533e78988e69d8331333166336562箱，下载即可看，属CAJ文件...

纳米橡胶复合材料的研究

炭黑和白炭黑作为橡胶增强剂长期以来被广泛使用，随着纳米技术的兴起，产生了把炭黑和白炭黑纳米级粉体通过常规机械共混方式与橡胶进行纳米复合的技术—— “熔体粉体共混纳米复合技术”_3-5].但由于炭黑或白炭黑粉体尺寸小，视密度低，橡胶熔体粘度高，在橡胶基质中炭黑或白炭黑纳米粉体很难均匀分散。此外，由于纳米粉体粒径小，表面能大，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，这在一定程度上对其增强性能产生不同导向和不同程度的影响。为了增加纳米材料与橡胶的界面结合力，提高其分散能力，需对纳米材料进行表面改性，从而提高纳米粒子与橡胶大分子间的作用力，同时调整加工时橡胶的粘度，改进混炼工艺。改进措施有，1）添加界面改性剂，即分散剂、偶联剂等；2）纳米粒子表面改性，可采用表面覆盖改性、机械化学改性、外膜层改性、局部活性改性、高能量表面改性和利用沉淀反应进行表面改性；3）将熔体粉体混合改为橡胶溶液或乳液与纳米粒子的混合，或将纳米粒子预处理后分散在橡胶聚合单体中，然后进行本体或溶液聚合。

2.2 纤橡胶纳米复合材料纤维增强橡胶复合材料，由于纤维与橡胶的性能差别很大，使用不同的纳米纤维 J，如凹凸棒土、纳米晶须、碳纤维等，可赋予这种橡胶复合材料的不仅仅是强度性能的提高，更重要的是赋予其耐磨性、传导性（包括导热性和导电性）等特殊性能。作为复合材料，纤维与基质的结合强度是至关重要的。如制备纳米碳纤维橡胶复合材料，由于碳纤维的表面基本上是惰性的，它与橡胶直接复合难以获得足够的结合力，必须预先进行表面处理。经表面处理后，表面积增大，表面活性基团（如一COOH，一OH等）浓度增加，从而有利于碳纤维与橡胶的浸润和粘结。目前，针对不同种类的纳米纤维，橡胶/纤维纳米复合材料的制备技术主要有熔体直接共混法、原位聚合反应法、溶液共混共沉法等。

由于现有的纳米纤维种类较少，制备技术不完善，橡胶纤维纳米复合材料还只是在特种材料和功能材料方面开展了应用。2.3 橡胶/粘土纳米复合材料橡胶/粘土纳米复合材料的合成方法可以分为5大类，1）插层复合法；2）原位复合法；3）共混法；4）分于复合材料形成法；5）其他合成法。其中，插层复合法制备纳米橡胶复合材料是当今研究较为活跃，工业前景看好的方法。粘土的基本结构单元是由一层铝氧八面体夹在2个硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构，其晶层表面氧元素的比重较大，层与层间因共用氧原子而形成非常紧密的结合。在制备橡胶/粘土纳米复合材料时，常采用有机阳离子（插层剂）进行离子交换而使层间距增大，并改善层间微环境，以有利于单体或聚合物插入粘土层间形成纳米复合材料。

常用的插层剂有二烯类聚合的季铵盐，烷基铵盐和其他阳离子型表面活性剂等，并由此衍生出单体原位反应插层法、液体橡胶反应插层法、大分子熔体插层法、大分子溶液插层法、大分子乳液插层法等制备技术。由于粘土在橡胶/粘土纳米复合材料中为形状比非常大的片层填料，限制大分子变形的能力比球形增强剂更强，从而使橡胶/粘土纳米复合材料具有较高的模量、硬度、强度，较低的弹性，其应用发展潜力很大。采用纳米材料填充的橡胶复合材料，可增加其拉伸强度，并在一定数量范围内出现极大值。如填充纳米SiO 的橡胶复合材料，在SiO 的体积百分含量为4%左右时，拉伸强度达到最大值。3.2 对材料的增塑作用对采用普通CaCO 、微米级CaCO 、纳米级 CaCO 填充橡胶复合材料进行比较，随着颗粒粒径的减少，材料的断裂伸长率提高。

3.3 对材料的杨氏模量的影响对于相同的基体、填料和处理方法，微米级填料使复合材料的杨氏模量增长平缓，而纳米级填料则可使复合材料的杨氏模量大幅上升。这是由于纳米材料的比表面积大，表面原子数占原子总数比例大，使纳米材料易于与聚合物充分吸附、键合。