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1、纳米材料的科技发展和实际应用 李宁 赵宝 聊城大学东昌学院 摘 要： 随着科技的飞速发展, 人们对于物质世界的认识从宏观层面上升到微观层面。二十世纪八十年代, 科学家发明出扫描隧道电子显微镜, 使得人类能够看见微观原子世界。在此基础之上, 纳米科学技术就慢慢发展起来, 由于纳米材料自身诸多的优异性能, 使其在军事、科技等方面应用潜力无限。本文从纳米材料的科技发展历程出发, 简述了什么是纳米材料, 并对纳米材料的诞生和发展进行分析, 最后总结了纳米材料的实际应用领域。关键词： 纳米材料; 科技发展; 纳米材料应用; 作者简介：李宁 (1986-) , 女, 汉族, 山东聊城人, 硕士, 就职于聊
2、城大学东昌学院, 助教, 研究方向:凝聚态物理;作者简介：赵宝 (1986-) , 男, 汉族, 山东聊城人, 硕士, 就职于聊城大学, 讲师, 研究方向:凝聚态物理。一、纳米材料的科技发展历程(一) 纳米材料的本质和特点1) 纳米材料的本质。提起纳米技术或者纳米材料, 人们往往觉得很深奥, 离自己的生活很遥远, 其实纳米材料就在我们的身边, 比如自然界中的天然蛋白石、海底沉积物等。不过现在要介绍的纳米材料主要指的是人工合成的纳米材料。纳米材料的关键点在于组成它的基本结构单元粒子的尺寸只有 0.1 到 100 纳米, 其中一纳米也就是十亿分之一米。尽管这些纳米粒子的尺寸很小, 但是当大量的纳米
3、粒子聚集在一起时就会形成特殊的结构, 让宏观的材料表现出很多优异的性能, 这就是我们常说的纳米材料。2) 纳米材料的特点。纳米材料往往具有很高的表面能和表面张力, 这就使得纳米材料表面有很高的活性和吸附性, 可以作为很多化学反应的催化剂。另外, 纳米材料的尺寸和传统的原子、分子材料相比, 其比表面积显著增加, 往往具有较好的导热、导电性能以及特殊的电磁性能和光学性能。(二) 纳米材料的诞生和科技发展历程1) 纳米材料的诞生。纳米材料是在纳米技术发明以后诞生的, 追溯根源, 上世纪九十年代初科学家们借助扫描隧道电子显微镜发现了纳米粒子的微观形态, 并提出了纳米技术, 随后衍生出来的纳米材料成为了
4、科研界的研究前沿和热点。2) 纳米材料科技发展的历程。上个世纪 90 年代初, 美国最先从事纳米材料的研究和运用, 随后美国科学界首先将纳米材料科学纳入正式的学科, 这也标志着纳米科技的研究步入正轨。随后人们将关于纳米材料的已经发现的物理化学特性运用到复合纳米材料的设计中, 并成功运用到军事设备和航空航天领域。近 15 年来, 纳米材料在仿生领域和组装体系的研究成为新的热点, 这将纳米科技推向新的科研高潮。二、纳米材料的实际应用1) 纳米材料在冶金领域的应用。由于纳米材料表面具有很高的表面能, 在低温的环境下就有很强的烧结能力, 所以在冶金过程中是很好的烧结添加剂。在金属加工过程中加入由纳米材
5、料合成的烧结添加剂, 能够很好降低金属粉末的烧结温度, 使得整个的冶金工艺流程更简便, 得到的金属产品具有较好的纯度。另外, 纳米材料制备成的烧结添加剂相比传统的烧结添加剂使用寿命更长且容易回收, 所以具有更好的市场竞争力。2) 纳米材料在生物医学领域的应用。由于人体的 DNA 分子的尺寸在 2 纳米左右, 属于纳米技术的范畴, 可以用纳米材料代替人体某些病变的器官进行器官移植手术, 治疗以前很多疑难杂症。此外, 现在很多医学专家已经研究出了由纳米材料作为载体的药物, 用来治疗多种疾病。由于纳米材料良好的渗透性, 药物活性成分负载在纳米材料载体表面, 经过人体的血液循环系统能够准确的达到病症的
6、患处, 对于治疗特定的疾病具有很好的效果, 当然这方面的应用还在发展当中, 日后这方面的应用技术也会越来越先进。3) 纳米材料在化工催化领域的应用。现代化工企业市场竞争非常激烈, 如果没有更高的生产效率和更先进的工业生产技术, 就会处于优势地位。为了突破当前工业生产的效率瓶颈, 我们就需要从生产过程中化学反应的动力学方向着手。那么, 更高效工业催化剂的研发就迫在眉睫, 而纳米材料由于自身超强的负载性和多空性, 注定了它是很好的催化剂活性成分和载体。目前常见的纳米材料催化剂有:纳米分子筛催化剂, 过渡金属纳米材料催化剂, 金属氧化物纳米催化剂等等, 其中不少已经应用到工业生产之中, 给我国的化工
7、领域带了很大的经济效益。4) 纳米材料在陶瓷领域的应用。随着纳米技术的发展, 纳米材料已经被引入到陶瓷产品的生产之中来。因为纳米材料自身多孔性加上缺陷尺寸, 使得纳米材料陶瓷具有一定的金属优异性能, 比如:较好的耐热性、很好的柔韧性、可观的硬度。对比传统的陶瓷, 加入纳米材料以后的陶瓷克服了前者不少的缺点, 这样就便于陶艺饰品的运输和储存。5) 纳米材料在军事领域的应用。纳米技术最先开始就是服务于我国的军事领域, 由于纳米材料具有高活性的表面能、比表面积较大、重量比重较小等诸多优点, 可以代替很多传统的军用材料而得到广泛的应用, 比如“麻雀”卫星、纳米侦察和传感器、枪械的内部机械元件、军用隐形
8、飞机的外壳涂层材料、士兵的作战服等等。通过合理地引入纳米材料, 可以使得军事装备的抗压抗冲击能力更强且整体重量很小, 这很利于士兵野外行动, 对于提高士兵作战能力是大有裨益的。因此, 纳米材料在军事领域的研发和应用在我国的军事支出中占着举足轻重的地位, 只有掌握了最先进的纳米技术, 才能保证我国的军事力量不断加强。6) 纳米材料在其它领域的应用。纳米材料除了上述用途之外, 在诸如传感器、电化学、电磁学、地质勘探等领域都有着不少的运用和发展。一方面, 纳米材料比较环保、比传统材料更有市场竞争力;另一方面, 纳米材料很多时候能够显著地提高产品的性能和质量, 可以更大程度地满足人们的生活需求。当然, 随着科学家们不断地研究, 相信将来纳米材料会应用到越来越多的领域之中, 让我们的生活变的越来越美好。三、结语纳米技术作为一门新兴的科学技术, 在最近 30 年里发展迅速, 纳米材料作为纳米技术重要组成部分, 是当前材料领域内的研究热点。本文简述了纳米材料的诞生和科技发展历程, 最后总结了当前纳米材料在我国各个领域中的实际应用情况和未来的发展趋势。参考文献1牛雅芳, 任洁.纳米科技的发展及其应用综述.全国“百千万人才工程”纳米材料技术及应用高级研讨班会议, 2002.
