纳米材料论文（共12篇）由网友“砖石王老五”投稿提供，以下是小编帮大家整理后的纳米材料论文，欢迎大家分享。
篇1：纳米材料论文
摘要：伴随着科学技术的发展， 功能化纳米材料的应用成为了顺应时代的发展的必然趋势。在对相关技术项目进行全面分析的过程中， 要对其原理进行生物分子检测， 有效结合组织工程学分析相关研究效果。对无机纳米材料表面化学分析进行阐释， 并集中讨论了纳米材料表面化学在生物分析中的应用。
关键词：纳米材料; 表面化学; 生物分析; 应用;
1 无机纳米材料表面化学分析
纳米材料形成后， 表现会完全呈现出无机界面， 并且能有效包裹在表面活性剂中， 其本身并不具备生物动能， 且不能直接应用在细胞或者是生物活体上。基于此， 相关操作人员要对其进行表面化学的改性处理和修饰， 保证纳米材料生物功能得以发挥。并且， 在纳米材料表面化学研究体系内， 主要是对生物相容性、生物稳定性以及生物分散性等进行集中传递， 保证纳米颗粒研究效果更加直观[1]。
1) 表面物理化学性质出现变动， 多数无机纳米材料都是非极性物质， 基本的沸点较高， 要求在高温环境中形成， 表面都会出现油胺、油酸以及三辛基氧膦等物质， 能溶于非极性溶剂中。在对生物应用进行分析的过程中， 纳米材料溶解在水相中， 具备非常好的分散性以及稳定性， 为了其能发挥实际价值， 就要对溶解性等数据等予以综合处理， 整合表面改性。目前， 较为有效地表面改性处理机制就是替代法， 能和无机材料亲和力更好的分子进行处理， 完善替代性处理效果。
2) 进行靶向修饰操作， 主要是借助靶向功能分子完成基础的处理工作， 利用识别靶细胞的过程有效对受体进行识别处理， 将定位体系确定在目标组织中， 并且有效发挥相关物质的治疗和诊断功能。
3) 生物传感和检测。因为纳米材料本身具备光信号、电信号的传递能力， 因此， 在生物电子和生物传感器设计工作中， 要发挥纳米材料的生物相容性特征， 规避生物识别能力较差的弱项， 合理性完善纳米材料生物功能水平。并且， 进行生物传感处理后就能提升生物分子和组织细胞的固定能够效果， 也能借助生物高特异性判定相关数据， 构建更加有效的生物传感系统。
2 纳米材料表面化学在生物分析中的应用
2.1 细胞分析
伴随着科学技术的发展， 将技术应用在生物体系中， 主要利用的就是生物传感机制。目前， 生物体传感项目主要分为细胞结构、活体结构等， 相较于传统的研究项目和分子结构探针元素， 纳米材料能有效提升影像信号的强度， 并且整体细胞结构的靶向性能更加突出， 能为代谢动力学可控效果优化奠定基础。例如， 正电子发射断层成像技术、电子计算机技术以及核磁共振技术等都是较为常见的技术项目[2]。
(1) 将纳米探针应用在细胞环境中。细胞微环境中， 主要的影响因素不仅包括p H数值和细胞因子， 也包括氧化还原环境等， 温度和离子浓度也会对其产生影响。目前， 主要的研究方向就是对早期淋巴祖细胞进行环境分析和系统化数据处理。相关部门在对这项技术进行深度研究和探讨， 旨在为干细胞移植工作和化疗治疗提供更加有效的技术体系。例如， 在高p H环境中， 多巴胺分子处于不稳定的状态， 就会发生氧化还原反应， 形成多巴醌， 这种物质本身具有较强的还原势， 在对其进行量子点电子激态处理的过程中， 能形成转移就会对辐射跃迁造成影响， 造成荧光动态淬灭。
(2) 将纳米探针应用在酶活性测定项目中， 尤其是酶催化反应过程。因为在肿瘤组织中， 酶本身就会出现变动， 利用水解细胞结构间质的方式， 癌细胞就会从原发部位直接脱落， 借助血液循环实现癌症的转移， 正是对其异常问题进行分析后不难发现， 有效借助那么纳米探针对酶结构异常表达进行测定对医疗项目研究具有重要意义和价值。
2.2 癌症诊疗
化疗治疗过程在医学研究中具有重要意义和价值， 在临床化疗中主要应用的是阿霉素以及紫杉醇等药物， 药物依旧存在靶向性不好的问题。目前， 较为有效的`靶向性处理机制中， 主要是借助主动靶向完成纳米药物的运输， 并且对肿瘤成像以及治疗过程进行约束和管理。基于此， 合理性将纳米材料表面化学应用在癌症治疗中， 能对包裹和吸附过程进行控制， 并且有效达到缓释的效果， 减少副作用对人体的伤害。在纳米技术不断发展的背景下， 二氧化硅、贵金属以及氧化铁纳米颗粒等物质的应用范围更加广泛， 能有效完成靶向处理以及药物释放过程的可控性， 从根本上推进了诊疗一体化以及药代动力学体系的融合， 也为诊疗水平和效果的优化奠定了坚实基础[3]。
3 结束语
总而言之， 在对纳米材料表面化学在生物分析中应用进行研究的过程中， 要结合科学技术的发展现状， 并且有效结合临床诊疗效果， 完善材料分析的同时， 对靶向性等因素予以集中分析， 促进生物分析和药物治疗水平的全面进步。
参考文献
[1]卢灵龙.土建工程施工进度的控制与管理策略[J].中华民居， ， (7) :543-544.
[2]张薇.土建工程施工进度的控制与管理策略[J].建筑工程技术与设计， ， (33) :1765.
[3]黄泽宏.浅谈土建工程施工进度的控制与管理策略[J].商情， ， (12) :251.
篇2：纳米材料论文
摘要：本文主要研究了污染物的光催化降解原理， 进一步分析了光催化纳米材料在环境保护工作中的应用， 同时对于光催化纳米材料的应用趋势和方向也进行了必要的研究， 希望对这一工作的开展提供一定的指导作用。
关键词：光催化; 纳米材料; 环境保护;
工业废水和废气中都含有较多的毒害物质， 比如有机磷农药或是二氯乙烯等， 这些物质对于人体的影响都是十分明显的。传统的水处理方式， 比如吸附法、混凝法等方法在现阶段实际应用环节中仍然存在较大的困难， 效果并不理想， 所以在今后的实际发展过程中就需要不断探索和获取一种经济、合理的方式， 实现对传统方法处理后水中的残留物质进行更有效的降解。1976年， 科学家在对紫外线光照射下对纳米Ti O2进行了研究， 发现这种方式可以将难以降解的有机化合物多氯联苯脱氯进行有效降解。当前， 已经发现超过3000余种难降解的有机化合物都可以借助此种方式进行降解， 尤其是水中有机污染物浓度较低或是其他降解方式不佳的时候， 这项技术更是能发挥出前所未有的技术优势。
一、光催化纳米材料
光催化的纳米材料采用的绝大多数都是金属氧化物或是硫化物等半导体材料， 是一种特殊的电子结构。和金属相比， 这种半导体存在明显的不连续性， 在对电子的低能价带进行填满的过程中会和空的高能导带存在明轩的禁带， 所以当二者产生的能量大于光照射的时候， 在价带上的电子就会被转移到导带上， 最终在半导体表面形成具备高活性的电子[1]。
二、光催化降解原理
在光催化反应中， 获取光激发所出现的空穴， 和对给体或是受体产生的作用也是有效的。所以在实际工作中为了确保光催化反应能更有效的进行， 就应该适当降低电子和空穴之间的简单复合。
三、光催化纳米材料在环保中的应用
(一) 光催化纳米技术在污水处理中的应用
传统的水处理方式中可以对污水中出现的悬浮物质或是泥沙等大颗粒的污染物进行去除， 但是对于浓度较低的可溶性物质却很难进行有效的处理， 并且由于这项工作的工作效率比较低， 花费的经济成本比较高， 所以很多时候并不能进行有效的处理。但是借助纳米材料的光催化方法， 就可以将很多难以降解而定污染物进行合理转变， 从而将原本水中的污染物转化为水分子或是二氧化碳等无污染的分子物质。
比如在对有机废水的处理环节中， 光催化纳米材料就可以将水中的绝大多数有机污染物进行转化， 使其成为无污染的物质， 比如可以将酸。表面活性剂等有机污染物进行氧化， 使其转变为水或二氧化碳等无害的物质。借助纳米材料可以的对物质表面性能进行转变， 通过这种方式对水中纳米的分散性进行优化。从而实现对光激发作用下产生的电子和空穴复合问题进行抑制， 进一步实现对催化活性的提升[2]。
再比如对无机废水的处理环节中， 由于无机物在纳米粒子表面存在明显的光化学活性， 因此光催化纳米材料后所出现的电子和空穴都可以对高氧化状态的物质进行还原， 也就是借助此种方式实现对无机物污染的有效消除。
(二) 光催化纳米技术在大气污染治理中的应用
对大气污染产生影响的主要成分就是二氧化硫、一氧化碳等物质， 这些气体如果长期存在于空气中必然会对人体的健康造成不利的影响。光催化剂可以和一些气体吸附剂进行有效结合， 从而更有效的实现对降解浓度的有效降低。
将一些对日光有相应的半导体纳米材料涂抹在墙壁或是其他合理的位置上可以形成空气清洁剂的作用， 而二氧化硫、一氧化碳等物质吸附在上面的时候， 就可以在光的作用下被转变为无害物质， 这种方式对于去除臭气的影响也是十分重要的环节[3]。纳米对于氟利昂具备较强的光催化活性， 因此将这以技术进行融合后， 可以在表面对酸性进行催化， 通过这种方式获取较高的光催化活性作用， 这对于物质稳定性的提升也将起到一定的帮助作用。
此外， 纳米技术还能对室外的气象有机污染物进行分解， 比如在紫外线的照射下， 纳米材料可以将室内装饰建材中产生的甲醛、氯乙烯等物质进行有效分解。将活性炭纤维作为重要载体的过渡金属离子中适当进行纳米材料光催化剂的融合， 通过此种方式将紫外线光照射下浓度更低的甲醛进行或降解， 但是这种技术手段对于浓度高的污染物降解效果比较差， 同时由于使用时间的增加， 最终催化剂的活性也将大大降低， 最终甚至会出现活性的完全消失。
结束语:
综上所述， 光催化纳米材料在当前环境保护中有着越来越显着的应用， 不仅可以对难处理的污染物进行有效处理， 同时还能借助自身的吸附作用对低浓度的有害物质进行分解。在当前光催化纳米技术的不断发展过程中， 环境保护工作效率和质量也必然会得到显着提升。总而言之， 当前我国环境保护工作已经受到了越来越多的影响， 甚至对人们的身体健康产生了威胁， 所以在此种背景下， 更需要加强对相关技术的研究， 不断为我国环保工作的顺利开展提供帮助作用， 实现可持续工作的顺利进行。
参考文献
[1]熊玉宝.光催化纳米材料在环境保护中的应用研究[J].低碳世界， ， 58 (06) :28-29.
[2]王骞.Ti O_2光催化纳米材料在环境保护中的应用[J].鞍山师范学院学报， ， 13 (06) :17-20.
[3]于兵川， 吴洪特， 张万忠.光催化纳米材料在环境保护中的应用[J].石油化工， 2014， 36 (05) :491-495.
篇3：纳米生物医学技术创新人才培养研究论文
纳米生物医学技术创新人才培养研究论文
在当今科学技术迅猛发展的时代，生物技术这一新兴产业显然已逐渐成为高新技术产业的领航者，随之产生的生物经济也将慢慢成为未来经济形态的主流。其中，生物技术在医学领域的渗透衍生了医学生物技术这一新领域，医学生物技术的发展与创新大力驱动着医学诊疗技术水平的提高。而医学诊疗领域的发展与进步关系着数亿万人民的健康，要不断提高医学诊治水平，适应人民群众日益增长的医疗需求，持续提高人民群众健康素质，是贯彻落实科学发展观，构建和谐社会的重要举措。因此，可以归结为医学生物技术可以从技术层面保障和提高人民生活质量，解决重要民生问题。21世纪以来，纳米技术基于其材料独特的尺寸效应和卓越的光电磁性能，得以迅猛发展并广泛应用在各产业研究领域中。在现阶段，纳米技术的主要发展方向之一，就是医学生物技术领域，随着交叉学科研究的渐渐兴起，纳米技术和医学生物技术也慢慢在跨学科的研究中不断进行交织和融合，慢慢衍生出一个发展非常迅速的交叉学科――纳米生物医学技术，并且，该技术已有效推动了医学生物产业的前进，并促进和支持医学生物技术行业成为国家经济，特别是高新技术产业中的核心要素[1-3]。尤其是近年来,纳米生物医学技术在人体医疗与健康方面涌现出不少应用可行性很强的技术成果，例如应用于临床上靶向缓释药物的开发，疾病相关分子诊断以及组织修复、器官再造等等方向[4]。但是，纳米生物医学技术在全世界都是一门新兴学科，因而在人才的培养和储备方面都面临着全新的挑战和困难，这一点在我国尤其突出，也就是纳米生物医学领域的专业人才严重短缺。针对这一技术的综合教学素质培养体系，也相当不完善。有鉴于此，笔者就医学院校本科培养阶段的纳米生物医学技术教育教学和专业技能培养方面，进行了一些初步的探索和研究，目的培养出具备前沿纳米生物技术知识储备，符合医学诊疗领域需要，且顺应“大众创业，万众创新”时代发展趋势的`创新型人才。
1进行纳米生物医学技术教学的主要目标
纳米生物医学技术是一门非常典型的多领域交叉学科，生物医学、材料、化学和物理等学科的内容都包含在内，因此对人才培养的要求自然也非常高[5]。个人认为，应该将教学目标设计为培养学生具备相关领域多元化的知识结构，富有创新精神与思维模式，在纳米医学生物技术的某一或某几方面具有相当的专业实践技能与经验，能够将纳米生物医学的知识和技术应用于实际的科学研究与实际技术产业化之中,对纳米生物医学技术的发展方向和某一领域的当前产业情况主要发展趋势有所体悟，具有技术研究与项目管理实施的基本专业素养和技能。
2实施纳米生物医学技术教学的主要理念
纳米生物医学技术作为一门多领域交叉的新兴学科。作为一门非常强调实践与实用性的应用型技术学科，在纳米生物医学技术的教育教学过程中，我们必须坚持将理论教学与实践教学很好地结合在一起，通过把理论知识教学与课程实验教学、专业科研活动和产业企业课外实践活动整合成一个综合教学体系才能够真正培养学生的学习素质、自主发现、思考和解决实际问题的能力。因此，纳米生物医学技术的教学内容、方法、教学主体和教学对象等基本要素必需共同有机的地结合在一起，协同服务于学科教学目标,以合理的安排与布局，相互相同综合成一个有效的教育教学整体过程。我们应该充分注重激发与引导学生学习与创新的主动性与积极性，立足于提高学生的综合素质，不能像过去只是进行知识的单向传授，因此忽略了培养学生自主学习与思考、解决问题的能力,建立一种双向沟通、激励引导、教学相长的良性循环机制。在这种机制下，学生成为教学活动的主体，被动的接受知识变为主动的学习探索，教学过程也不再是枯燥、单调的知识传递,而是师生双方之间在智慧、思想与感情上的沟通分享。而且，教学模式应注意技巧设计，创造设计一个问题情境，通过好的提问与启发引导学生提出和发现问题，然后就该问题从不同的多个角度来解析与研究，并且进行持续的提问与思考，逐步分析挖掘该问题发生的根本性缘由，同时鼓励学生多角度多层次的寻找答案，通过答案的适度不固定性引导学生的思维发散开来,从而让学生主动学习和分析处理问题的习惯与素质得到良好的培养[6]。
3纳米生物医学技术教学课程体系的设计
纳米生物医学技术课程设置上要考虑多元化。作为一门多领域交叉融合的新兴学科，不是几个学科领域知识的单纯组合,而是将相关的学科都以一种非常紧密、多元化、多层次的联系在一起形成一个整体的。因此在课程设计的时候，教育者必须要充分认识到并理解透彻这些交叉学科之间的内部联系和知识理论结构，并依据这种联系与结构在多个学科的藕合点基础，设计出具有纳米医学生物专业特色的理论课程体系。这时候，对学科知识的划分上也不宜再过于详细，而应更注重该专业的理论特点，让学生的知识背景建立在宽厚扎实的大专业平台上。纳米生物医学技术课程设置上要考虑前沿性。纳米生物医学技术作为一门新兴技术其发展是日新月异的。所以，在教学内容上，我们要注意将该学科的最新前沿研究成果整理出来，及时、适当地融入到课程教学当中，并结合纳米生物医学技术在医学诊疗领域应用的经典实例，以让学生可以更好的理解本专业的发展方向、应用方式和创新思维方法，也让教学内容更加的丰富化和实用化，进而让学生知道如何学以致用，很好地激发强烈的学习兴趣[7]。纳米生物医学技术课程设置上要考虑应用性。纳米生物医学技术作为一门应用型技术，其实验教学对于培养学生将理论知识用于实践当中，主动发现问题、分析问题和解决问题的能力起到不可忽视的作用。因此，学生在独立设计、完成实验的过程中，其专业思维、创新意识、科研素质和动手能力都能得到很好的锻炼。这就要求我们注意控制死板的验证性实验所占的比例，多设置一些具有较好综合性、可设计性和开放性的实验，课程进行过程中也更注重学生实验得出结论的过程而非实验结果[5]。
4CDIO实践教学模式在纳米生物医学技术教学过程中的应用
CDIO实践教学模式是近年出现的一种全新的实践教育模式。CDIO的主要内涵是将构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)与运用(Operate)共同组成一个系统的实践教育方法体系[8]。该方法体系模拟了应用技术从研发到运行的完整流程，能充分培养学生运用主动性和综合性的实践方式来学习与运用学到的专业知识，进而提高学生的综合实践能力，非常适用于纳米生物医学技术教育教学体系。因此，我们应当将这套综合性和操作性都强的CDIO教学模式融入到整个教学活动中，把每个实践能力点的培养都具体落实到实践教学活动中，并且能够很好的与科研活动参与、行业企业实习等课程外实践活动结合在一起，为学生提供一种深度的“学以致用”的宝贵经历和体验，这不仅可以更好地实现学生创新实践能力的培养，还对其人际交往能力和专业思维能力都能提供有益的帮助。
5结语
纳米生物医学技术近年来的发展十分迅猛，同时具有鲜明的交叉与复合特性，能助力整体医学诊疗水平的提高，对人民健康水平的提升起到巨大推进作用。因此如何培养适应专业发展和产业需求的纳米生物医学技术专业人才，是医学院校相关专业高等教育目前所面临的核心问题。通过以上积极教育教学方面的研究探索，以及在后续的教学实践中不断完善与优化，我们若能据此更好地培养出纳米生物医学技术专业的研究与应用兼顾的综合性专业人才，将能发挥更大的教学效果和教育意义，促进人才培养质量和提高和纳米生物技术的更大发展。
作者:刘斯佳 孙健 凌敏 单位:广西医科大学 广西医科大学
参考文献：
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[5]胡建华，张阳德等．促进我国纳米生物医学高端创新人才培养的对策[J]．中国现代医学杂志，，18(20)：3070-3072．
[6]胡高，胡弼成．大学教学协同创新论[J]．现代教育科学，(4)：109-110．
[7]张侃．课程教学改革的探索与实践[J]．生物医用材料，2016，44(17)：227-228．
[8]李莉梅，欧阳乐军．基于CDIO理念的地方高校生物工程专业实践教学改革研究[J]．中国教育技术装备，2016(14)：141-143．
篇4：纳米科技研究现状及发展趋势论文
纳米科技研究现状及发展趋势论文
人在实验室中成功地制备了超晶格和量子阱，并观察到了许多全新的物理效应，使超晶格和量子阱这一人工低维物理体系在以后的二十多年中成为半导体物理和理论物理中最热门的研宄领域在该领域持续不断的研宄导致了0维量子点或人工原子观念的出现及其各种理论和实验处理法。在将来对纳米粒子物理特性作深入的理论研究时，有些对量子点的理论处理方法必定可以移植使用。
1981年3月G.Binnig和H.Rohier在瑞士苏黎世IBM研究实验室中研制成了扫描隧道电子显微镜,开辟了一条在原子水平研究物质表面原子和分子结构以及和电子行为相关的物理、化学性质的全新途径。STM以前所未有的“超能力”延长了人类的“手”和“眼”，使人类能直接按自己的意愿操纵和观察原子。1990年在美国加州IBM公司的实验室中Eiger等科学家采用STM成功地在长和宽不超过一个病毒（~100nm)的范围内按自己的意志写出了当时世界上最小的公司名称“mM”3个字母(见图1)首次实现了R.P.Feynman所预言的人类对原子的直接的任意操纵。
这些发展导致在科学研究领域中诞生了一门名为纳米科技的以0.1~100nm长度范围中的物质的结构、特性、现象和应用为研究对象的分支学科,纳米科技的最终目标是直接以原子、分子、原子簇等为基本构件设计和制造具有特定性质的产品。1993年M.F.Crommie等人用STM,在温度为4K和超高真空条件下，对在清洁的Cu(111)面上由48个Fe原子围成的半径为7.13nm的量子围栏中的电子态进行了直接测量。实现了对原来停留在概念上的量子力学中定态波函数的观测，从实验上证实了量子力学中重要的物理量一波函数一是物理实在而不是理论假设。由此可见，量子隧道效应支持了STM,STM反过来又证实了量子力学中波函数的物理实在性。基础理论和先进技术间的密不可分的关系在此可见一斑。
最近几年作为材料物理研究的热点，纳米材料研究的内涵不断扩大，纳米科技属于多学科交叉和综合的研究领域。其研究领域主要包括纳米材料、纳米电子学与器件、纳米生物与医药、
纳米检测与表征等方面。目前世界各发达国家对具有重要战略意义的纳米科技都给以足够的重视，从战略高度部署纳米材料及其相关研究。
归纳而言，目前各国纳米科技研究人员感兴趣的纳米研究领域大致有下面五方面：
1)科学家试图在不改变材料化学成分的前提下，利用在纳米层次上电子和原子间的相互作用受到变化因素的影响，在纳米层次上重新组织物质的结构以控制物质的基本特性，如光学、电学、磁学特性和催化能力等。
2)由于在纳米层次上生物系统具有整套系统的组织，科学家尝试把人造组件和装配系统放入细胞中，以制造出结构经过组织后的新材料，
使人类有可能模拟自然界自行组装的特性。
3)纳米组件具有很大的比表面，利用这一点M佣纳米组件做理想的催化剂和吸收剂，并尝试着在释放电能和向人体细胞施药方面的应用。
4)利用纳米科技制造出的材料与一般材料相比，在成分不变的情况下体积大大地缩小而强度和韧性却会有很大的提高这一特性以制造强度大的复合材料。
5)与微电子结构相比，纳米结构在空间上的数量级很小，因而互动作用发生更快，利用这一特性人们尝试着研究效率更高、性能更好的微系统。
2纳米材料及其特性
纳米材料体系是纳米领域中的一个重要的分支学科，由于该体系奇特的物理现象及与下一代量子结构器件的联系，从而成为现在科学研究热点。纳米材料是以纳米尺度的物质为基础按一定规律构成的全新体系，它包括零维、一维、二维和三维体系。这些物质单元包括纳米微粒、稳定的原子团簇或人工原子(artificialatom)、纳米管、纳米棒、纳米丝以及纳米尺寸的多孔物质。意大利科学家M.Rontani等人指出当少数粒子局限于nm数量级时，其载流子状态取决于它们的动能和Coulomb关联能间的平衡。在耦合人工原子中，通过改变人工原子间的隧道效应效果和相互作用可调整两者间的平衡，并且该系统的特性由依赖于人工原子间耦合的不同自旋组态决定[18。正如人们所知，原子有序排列可形成有自身特点相对独立的分支。纳米材料体系大致可分为两种:①人工纳米结构组装体系:按人类的意愿，利用物理和化学方法人工地将纳米尺度的物质单元组装、排列构成零维、一维、二维和三维的纳米体系，包括纳米有序阵列和多孔复合体系等。②纳米结构自组装体系:通过弱的和较小方向性的非共价键和弱离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构成纳米材料。
在认识纳米材料和纳米结构时，应持打破常规看事物的态度，从结构和物性关联这一物理直觉出发，纳米材料与常规材料的不同是由于纳米材料和重组纳米结构的特性所决定的。在纳米材料和结构中有以下一些基本物理效应，而正是它们造就了纳米材料和结构的一系列不同于大块物质的物理和化学特性。
2.1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，因此其比表面(表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒的直径变小，比表面会显著增大，这表明表面原子所占的百分比显著增加。对直径大于0.1^m的颗粒表面效应可忽略，当尺寸小于0.1^m时，其表面原子百分数显著增长，这时表面效应所造成的贡献将不可忽略。超微颗粒的表面与大型物体的表面十分不同。庞大的比表面，键态严重失配，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，出现非化学平衡、非整数配位的化学键，从而导致纳米体系的化学性质与化学平衡的体系有很大的差异。若用高倍率电子显微镜对金属超微粒进行观察，会发现这些颗粒并没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状，它既不同于一般固体，又不同于液体，可视作为一种准固体。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，用MD模拟Al团簇表面，图3显示了沸腾的表面状态。
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和燃烧，即自燃甚至爆炸。若需要防止自燃则可采用表面包裹或有意识地控制氧化率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定性。另外，利用表面活性，金属超微粒可望成为新一代的高效催化剂和储氧材料以及低熔点材料。目前世界上有许多研究组利用纳米粒子表面效应所引起的特性，制造国防中急需的新式高能固体推进燃料。P.Mukheq'ee对CdSxSe1-x(x=0.3)掺杂的SiO2的光学吸收谱以及考虑表面效应对介电特性的影响,对纳米晶粒的消光系数和光学密度进行了分析。
2.2宏观量子隧道效应
原子模型与量子力学采用能级的观念，对各种原子具有特定光谱线这一事实作了合理的解释:27。由无数（~1023/cm3)原子构成固体时，单独原子的能级合并成能带，由于电子数目很多，能带中的能级间距S很小，从而可以看成是连续的。能带理论成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体间的区别和联系[28。对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，由于量子尺寸效应14],大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级。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的电子是奇数还是偶数有关。比热也会出现反常变化，光谱线会产生向短波方向的移动，这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，原有的宏观规律已不再成立。
微观粒子如电子具有波粒二象性，因而存在隧道效应。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，通常称为宏观量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将是未来微电子、光电子器件的基础，或者可以说它指出了现有微电子器件进一步小型化的物理极限，当微电子器件进一步微型化时必须考虑上述的量子效应。如在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近波长时，电子借助于隧道效应而溢出器件，器件便无法正常工作。经典电路的物理极限尺寸大约为0.25nm。目前研制的量子共振隧穿晶体管是利用量子效应而制成的新一代器件。
2.3量子尺寸效应
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。一般而言，如果某种结构的某一方向的线度小于Fermi面上的deBroglie波的波长(deBroglie波的波长与材料中的电子浓度相关)，则在该方向上量子尺寸效应就极其明显。由于纳米材料尺寸小到与物理特征量相差不多，即可与电子的deBroglie波长、超导相干波长、磁场穿透深度以及激子Bohr半径相比拟，电子被局域于一个体积极小的纳米空间，其输运受到限制，平均自由程变得很短，电子的局域性和相干性增强。几何线度下降使纳米体系所包含的原子数大大减少，根据久保理论，电子能级间隔S大于kBT,即宏观固体的准连续能带消失，能量取分立值，电子结构类似于原子的分立的能级，量子尺寸效应十分显著。同时由于粒子尺寸变小，比表面显著增加，大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于粒子内部的原子、电子的行为有很大的差别。这就使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料有很大的不同，即使得纳米体系具有同样材质的宏观大块物体不具备的新物理特性，从而产生下面一系列新奇的特性：
光学特性方面:当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，就失去原有的光泽而呈现黑色。事实上，所有的金属在超细微颗粒的状态都呈黑色。尺寸愈小，颜色愈黑。由此可见，金属超细微颗粒对光的反射率很低，填充可低于1%，大约几微米的厚度就能完全消失。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等变换材料，可以高效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，这一点在军事装备现代化方面会特别有用。
纳米氧化物和氮化物在低频条件下，介电常数e有很大的增强效应，可增大几倍，甚至增大一个数量级。纳米氧化物对红外、微波有良好的吸收特性。当纳米粒子的尺寸小到一定值时可在一定波长的光激发下发光。其物理原因大致为当粒子的粒径小到某一程度时，发生对称性破缺，平移对称性消失，从而出现发光现象。作为微电子学的明星材料，Si表现出半导体的特性，由于Si是间接型半导体，在动量空间中导带底和价带顶间的直接跃迁属于禁戒跃迁，通常情况下没有发光现象，但当Si的尺寸达到纳米级(大致为6nm)时，在近可见光范围内，出现较强的光致发光现象。多孔Si的发光现象也与尺度达到纳米级有关。在纳米Al2O3、TiO2、SiO2.Z1O2中，也观测到在常规材料中根本观测不到的发光现象。
波兰物理学家I.V.Kilyk利用两相互同步的脉冲YAG:Nd激光器和N脉冲激光器，在尺度为10至20nm的非晶SiC中观察到了PISHG非线性光学现象[38,且发现随N脉冲激光器功率增加，PISHG输出信号增加并在N脉冲激光器的光子通量为6GW/cm2时达到其最大值，此时二阶非线性光学系数为1.2pm/V，PISHG输出信号随试样的温度下降而增加。他同时也对PISHG的时间依赖性进行了测量，分析表明纳米SiC六角结构在PISHG现象中起了关键的作用。俄国VI.A.Magulis等人考虑纳米碳管的Gaussian、矩形和三角形三个不同的分布，对纳米碳管阵列的三阶光学非线性系数（THG)研究发现[39存在增幅的展宽和强度的增强以及在THG谱中三声子共振峰的红移，且共振峰的幅度依赖于纳米碳管的具体分布。这样人们就可以通过测量THG找出试样中占优势的分布，得出被测对象有效的结构信息。Nishio等人对9X9Si纳米线阵列的光学吸收特性研究发现，在能量低于3.4eV时光子吸收主要发生在Si纳米线阵列内部区域中的Si原子，而且当表面的Si迁入到内部位置时，其对阵列的光吸收起增大作用，物理起因在于表面边界条件引起靠近价带顶的能级波函数被局域于Si原子中心处所致。
宽频带强吸收:纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的择优键振动模，而是存在一个较宽的键振动模的分布。在红外光场作用下，他们对红外吸收的频率也就存在一较宽的分布，从而导致纳米粒子对红外吸收带的宽化[41]。许多纳米粒子（如ZnO,Fe2O3TiO2等)，对紫外光还有强吸收作用，它们对紫外光的吸收主要来源于它们的半导体性质，即在紫外光的照射下，电子被入射光子激发由价带向导带跃迁从而引起紫外光吸收。
蓝移和红移现象:所谓蓝移即吸收边朝短波方向移动。纳米微粒的吸收带蓝移主要是由于量子尺寸效应，颗粒的尺寸下降使能隙变宽;又由于表面效应纳米粒子颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小。键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，使红外吸收带移向了高波数。在一些情况下，粒径减小到纳米级时，可观察到光吸收带相对粗晶材料呈现红移现象。即吸收带移向长波长。这是因为光吸收带的位置是由影响峰位的蓝移因素和红移因素共同作用所致。如前者的影响大于后者，吸收带蓝移，反之则红移。随着粒径的减小，量子尺寸效应会导致吸收带的蓝移，但粒径减小的同时，颗粒内部的内应力会增加，从而导致能带结构的变化，电子波函数重叠加大，结果带隙、能级间距变狭，导致电子由低能级向高能级及半导体电子由价带向导带跃迁引起的光吸收带和吸收边发生红移。
量子限域效应:当半导体的粒径r小于激子的玻尔半径时，电子的平均自由程受小粒径的限制，局限在很小的范围，空穴很容易与电子形成激子，造成电子和空穴波函数重叠，产生激子吸收带。重叠因子随粒径的减小而增加，激子带的吸收系数增加，出现激子吸收增强并且蓝移，此称为量子限域效应：4344。增强的量子限域效应是纳米半导体微粒的光学性质不同于通常半导体材料的重要原因之一。印度研究小组通过利用光声子谱仪对由量子限域效应所引起的闪锌矿结构的半导体CdS纳米结构中的激子跃迁现象研究，指出随着纳米粒子线度减小，跃迁的起始位置发生蓝移[45。C.D.Simserides[46等人对于纳米粒子的局域吸收谱的研究表明，三维限域导致Coulomb关联增强，谱依赖于探头的线度。由于Coulomb关联，作为分辨率函数的光学峰强度会现出非单调行为。G.Broket等人采用EELS法对III族氮化物半导体纳米材料的介电特性测量表明，该方法由于有优于10nm的空间分辨率和0.35eV的能量分辨率以及基本上不受表面因素影响等优点，适合于研究局域行为，如局域缺陷和边界等对于介电特性的作用。C.Delerue等人最近还分析了量子限域效应对多孔Si和Si纳米团簇的光学能带隙的影响，指出了其对具体结构的依赖性。
电学和磁学特性方面:金属纳米粒子的电阻随线度下降而增大，电阻温度系数下降甚至出现负值;反之，原来是绝缘体的氧化物当达到纳米级时，电阻反而下降，作者认为Mott相变的概念和理论处理方法在对纳米粒子的这一电学特性的研究中必有其用武之地。纳米非晶化合物还存在随测量频率减少介电常数急剧上升的反常介电现象[50。10至25nm的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1000倍，而当颗粒的尺寸小于10nm时，矫顽力变为零，表现为超顺磁性。超细微颗粒磁性与大块材料显著不同。利用磁性超细微颗粒具有高矫顽力的特性，人们已做成高储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方面。利用超顺磁性，人们已将磁性超细微颗粒制成用途广泛的磁性液体。最近由S.A.Solin领导的美国普林斯顿NEC研究所的一研究小组基于异常磁阻(EMR)现象，成功地用Si-InSb研制出了纳米级无磁磁盘读出头，其阅读密度可达1Tb/in2。
热学、力学及其他特性方面:固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后其熔点却显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤其显著。因此超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此吋元件的基板不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可以用塑料。采用超细银粉浆料，可以使膜厚均匀，覆盖面积大，既节省材料又具有高质量。通常陶瓷材料呈脆性，而由纳米超细微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，界面的原子排列相当混乱，原子在外力的作用下很容易迁移，因此表现出很好的韧性和一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。氧化氟钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。有研究表明，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。成纳米晶粒的金属要比传统的粗金属硬3至5倍。至于金属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，应用前景十分宽广。超微颗粒的量子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。
上述特殊的物理效应以及非定域量子相干、多体关联和非线性等效应及其由它们所造就的纳米粒子和结构的一系列物理特性充分表明，纳米体系的出现丰富了凝聚态物理学的研究内容，并且向凝聚态物理学提出了许多新的具有挑战性的理论课题，为凝聚态物理学的发展和拓展凝聚态物理学对自然界的认识层次提供了很大的机遇。随着对纳米科技研究的深入，必将促进物理理论的进一步发展和人类对周围世界认识的'提高。
3纳米材料的应用
纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点。纳米科技被公认为是本世纪最具前途的科学研究领域它拓宽了人类认识自然的范畴，增强了人类观察自然和改造自然的能力使人类能够从纳米粒子这一基本结构出发，根据自己的意愿设计出在自然界中本不存在的具有全新功能的新材料，为克服材料科学研究领域中长期未能解决的问题以及为设计具有新功能、新特性的新材料、新器件开辟了新天地，为人类改造自然提供了极大的机遇。目前纳米科技主要应用于以下几个方面：
1)医学、医药和环保领域:利用纳米微粒进行了细胞分离，用纯净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变病毒诱导物已经已取得了突破性进展。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，获得生命的信息。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、实施治疗等。使用纳米技术可使药品生产过程愈来愈精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排序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。如用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可以主动搜索并攻击癌细胞或修补病灶。利用纳米材料制作功能独特的纳米膜、器件能探测到化学和生物制剂造成的污染，并能对它们进行过滤而消除污染。纳米金属氧化物粒子对生化武器可起到净化作用，例如，用磁性氧化物做成的散播于空气中纳米粒子，在室温下可杀死在空气中散播的耐热炭疽杆菌拟形体同样也可以杀死大肠埃舍利希氏杆菌，这对战场上军事战斗人员有极大的好处，可有效地减小生化武器对他们的杀伤力。纳米、微米以及介观多孔介质也可用于空气净化和灭齋。纳米氧化物也可以作为光催化剂在波^385nm的光照射下对污染的空气、水和物体表面进行净化，图4所示的纳米碳管具有光催化净化作用。
2)微电子和光电领域：纳米电子及光电子学和技术立足于最新的物理理论和技术用全新的技术来制造新电子和光电子系统，开发物质潜在能力和处理信息的能力，可为信息采集和处理能力带来革命性变革。倘若用纳米材料做电脑芯片和存储器以及其它电子器件，如开关、传输线等可使电脑体积大为减小。科学家正利用纳米技术将各种电子器件微型化。V.M.Balzani等人发现了如图5所示的目前世界上最小的具有很高灵敏度和效率的开关一分子开关。由于纳米线和纳米管可有效地带电和载有激子，因而是潜在的纳米电子器件和纳米光电子器件的基本构件，用碳纳米管可以做场效应和单电子晶体管。Park等人制作了单原子晶体管，观测到了单原子晶体管中的单电子现象并研究了其中的Coulomb阻塞和Kondo效应，为人们提供了另一条用化学方法制造和设计单原子器件及其中的电子态的途径，以及在研究纳米体系物理特性时重要的对单原子电子器件的测量手段。纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电子信息传输、储存、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术应用于现有雷达信息处理上，也可以使其能力提高十至几百倍，甚至可以将超高分辩率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。
3)机械领域:X对机械零件的金属表面用纳米粉处理后可以提高机械零件的耐磨性、硬度和使用寿命。最简单有趣的分子机械的传动部件为分子齿轮。图6是直径为2nm的作为纳米机械传动部件的纳米碳管齿轮，该齿轮的轴是单壁纳米碳管，而齿轮的齿部是与纳米碳管相结合的苯分子。
4)陶瓷领域：在传统陶瓷材料中掺入纳米粒子可以克服陶瓷材料的脆性使其能像金属一样柔和以便加工。在此技术的关键是在纳米陶瓷烧结过程中，不能让纳米粒子发生团聚以及有效控制纳米粒子的分布和尺度;在经济上降低纳米粒子的生产成本则有望在生产成本不高的条件下改进陶瓷材料的力学性能。研究表明掺纳米氧化钛粒子以及掺纳米氧化铝粒子的陶瓷材料具有很高的延展性,这种特性可以用晶界滑移模型来解释。
5)化工与纺织领域：大气中的紫外线的主图6纳米碳管齿轮。齿轮的轴是单壁纳米碳管，
要波段是在300至400nm范围内，太阳对人体齿是与纳米碳管相结构的苯分子有伤害的紫外线也在此波段。研究表明,纳Fig-6Carbonnanotuberbasedgearswithbenzeneteeth.Shaftsare米ZnO、纳米TiO2、纳米SiO2、纳米Al2O3等都对singlrwalled-onn-sandgearteeth^benzene
moleculesbondedontothenanotube此波段中紫外线有吸收。将纳米TiO2等粉末按一定的比例掺入到化妆品中，可有效地抵抗紫外辐射。将金属纳米粒子掺到化纤制品或纸张中，又可大大地降低静电作用。用纳米材料制成的多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用。在合成纤维中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2、纳米Al2O3和纳米FttO3等复合粉体材料，可得到抗紫外和对人体红外线有强吸收功能的纤维，这样既可以屏蔽人体红外线的辐射，在战场上起到隐蔽作用，又可提高保暖作用，同时可以减轻衣服的重量增加战斗人员的有效负重能力，在改善和提高我国军事装备方面极有应用价值。
6)分子组装:如何合成有一定尺寸、粒度均匀又无团聚的纳米材料是需要解决的问题。基于对单原子的操作，可以实现按意愿对分子组装。软化学和主客体模板化学方法，以及与超分子化学相结合的技术正在成为分子组装和裁剪的主要手段。R.W.Wagner等人以六方液晶为模板合成了直径为1至5nm的CdS纳米线。也有人提出采用生物分子和自组装合成纳米晶和纳米管。
纳米粒子具有特别高的表面区，因此这些粒子组装在一起时就具有很大的界面区。我们不仅要详细了解这些界面的结构.而且需要详细了解局部的化学性质和纳米级构件与其环境之间的隔离效应与相互作用，更需要了解纳米结构大小的控制、大小分布、组合与组装。在某些应用中，对这些参量有严格的要求，在其他应用中，则不太严格，因此必须搞清楚所研制纳米材料的特殊性。同时必须重视由此制得的纳米结构材料和器件的热、化学、和结构稳定性，因为结构稳定性在材料应用中是至关重要的因素。
4结论
以0.1~100nm长度范围中的物质的结构、特性、现象和应用为研究对象的纳米科技，为人类在这一小尺度范围内提供了一个认识世界和改造世界的大舞台。纳米体系在维度上的限制使其中的电子态、元激发和各种相互作用过程表现出与大块三维体系十分不同的特性。在纳米体系中，表面、量子、非定域量子相干、多体关联和非线性等效应都显得至关重要，对这些新奇的物理效应和特性的研究，必使人们重新认识和定义现有的物理理论和规律，必将导致新物理概念的引入和新物理规律的建立。纳米科技作为一种最具有市场应用潜力的新兴科技，其重要性和乃至彻底改变人类现有生活质量和方式的巨大潜力是不容置疑的。现在在很多方面已显端倪。随着对纳米科技研究的深入，必将在本世纪引起一场新的工业革命，对人类的生活产生深远的影响。
篇5：浅谈纳米 MgO 的制备及性能表征论文
浅谈纳米 MgO 的制备及性能表征论文
纳米MgO作为一种新型无机功能材料，在电子、光学、医疗、化工、环保、军工等领域都具有潜在的应用价值，尤其在含酸废气、废水、含重金属及有机物废液处理方面呈现快速增长趋势．均匀沉淀法制备MgO具有工艺简便、原料易得、生产成本低、粒度分布窄、产品纯度高、易于实现规模化工业生产等优势，易于实现其产业化进程．但由于MgCl2与（NH4）2CO3的反应过程放热，导致反应体系温度升高而难于控制粒径大小与分布，影响生产规模与应用拓展．本文以（NH4）2CO3和MgCl2为原料，PEG-（聚乙二醇）为表面活化剂制备纳米MgO．成功制备了纳米MgO，并表征了其结构与表面活性．
1 实验部分
1.1 仪器与材料
磁力搅拌器（79-1 恒温），干燥箱（DZF-6020MBE），马弗炉（FR-1236 上海发瑞仪器有限公司），天平（郑州超净工作台有限公司）等．MgCl2，（NH4）2CO3，有机表面活剂 PEG-2000（为实验室取得），无水乙醇等试剂均为分析纯．
1.2 实验过程
以 MgCl2为原料，（NH4）2CO3为沉淀剂，PEG-2000 为表面活性剂．将 MgCl2溶液和一定量质量分数的 PEG-2000 在烧杯中充分搅拌，逐渐加入（NH4）2CO3溶液至 pH 值为 7~7.2，反应后老化 1 h．并水洗、醇洗各 3 次，每次抽滤 10 min．样品在 100 ℃干燥 1 h，并在 500~700 ℃下煅烧 2 h，最终制得纳米 MgO．
2 结果与分析
600 ℃下煅烧制得的` MgO 粉末的 XRD 分析见图 1．由图 1 可见，衍射峰与 MgO 标准图（PDF45-0496）吻合，证明样品结晶良好且纯度较高．衍射峰型尖锐，宽化明显，表明 MgO 粒径很小．
合成温度与 MgO 粒径对比见表 5．由表 5 可见，40~60 ℃下合成，可获得为 50~100 nm 的 MgO，产品粒度分布均匀．合成体系引入 PEG-2000，同时发挥引发剂和分散剂作用，不但可以有效促进反应顺利进行，还能改善生成的纳米 MgO 颗粒的分散均性，防止团聚发生．温度直接影响合成和煅烧环节产物的性能，提高温度既能促进合成反应，也能加速 MgO 晶体的长大．温度太高不利于获得尺度均匀的颗粒，实验结果显示，40~60 ℃下合成，经过 600 ℃煅烧才能得到合适的纳米 MgO 产品．
纳米 MgO 活性检测结果见表 6．由表 6 可见，40~60 ℃合成的样品活性均超过 70%，说明制备的纳米MgO 的水化反应活性良好．50 ℃合成的 MgO 具有 96.15%的最大活性，40 ℃和 60 ℃合成样品的活性均大幅下降．原料配比、合成温度、溶液浓度、PEG 浓度与添加量、煅烧温度均可直接影响 MgO 的颗粒大小与分散性．MgO 的活性与粒度及水化温度均有关．引入适当比例的 PEG，并在适当的温度下合成与煅烧，才能保证合成产物达到预期结果．MgO 的活性与其结构有关，纳米尺度的 MgO 才具有较大的比表面积和较高的表面活性．
以 MgCl2为原料，（NH4）2CO3为沉淀剂，PEG-2000 为反应引发剂和分散剂，采用均匀沉淀法获得了50 nm、活性达 96.15%的 MgO．其中 MgCl2与（NH4）2CO3浓度分别为 1.5 mol/L 和 2.0 mol/L，PEG 用量为1.5%，合成时间为 1 h，煅烧温度为 600 ℃。
篇6：分析纳米袭来压裂革新论文
分析纳米袭来压裂革新论文
几年前，人们普遍认为纳米技术需要过很多年才能真正用于油田实践;但在今天，大量的纳米技术产品已经在油气勘探和开发领域发挥着关键作用。贝克休斯走在油田纳米技术应用的最前沿，本文将介绍几种对油气勘探开发产生重大影响的纳米技术新产品。
纳米技术包括纳米级的科学、工程和技术领域，涵盖了纳米成像、测量、模拟以及纳米级物质操控。BakerHughes是为全球油气行业提供油田服务、产品和技术的领军企业之一，一直走在油田纳米技术导向产品应用的前沿。
纳米技术产品所实现的功能是其他产品无法企及的，IN-Tallic可降解压裂球就是该技术的一个代表。
IN-Tallic可降解压裂球是由纳米级可控电解金属材料组成，该材料比铝轻、比低碳钢强度大，但在特定流体条件下会降解。降解过程通过电化学反应来完成，其主要受复合颗粒结构的纳米级包覆层所控制。上述纳米结构材料具有常规材料所不具备的高强度和独特化学特性。
IN-Tallic可降解压裂球在压裂过程中能够保持其原有形状和强度，随后在井投产前或投产后短时间内降解。浸泡在盐水中的压裂球会随着时间的推移而逐渐降解，也就是说降解过程通常发生在压裂液和井筒流体存在的情况下，无需人为添加其他特殊流体。
Baker Hughes的FracPoint分段压裂系统采用IN-Tallic压裂球，这种带活化压裂球的压裂系统能够快速连续地进行水力压裂。上述系统安装好后，使用裸眼封隔器或水泥环对储层段进行分段。之后压裂管柱开始作业，将各种尺寸的压裂球借助泵注的压裂液从地表投到目的层段，从而实现连续压裂过程。压裂完成后，油气井可以立即投产，IN-Tallic压裂球在井内降解，以确保油气流动通道畅通且无油管阻力。整个压裂过程避免了起下钻操作，减少泵注时间的同时，实现了油藏泄油面积的'最大化。
Baker Hughes的SHADOW系列压裂桥塞是一种永久性桥塞，生产过程中被设计留在了井底，完全省去了分段射孔完井时钻穿桥塞的阶段。该桥塞的特点在于具有较大的流动内径，并且使用了IN-Tallic可降解压裂球，因此油气可就地流过桥塞，在节省时间、降低成本的同时，消除了挠性油管(CT)阻力带来的风险。
，分段压裂系统的压裂球采用Schlumberger的ELEMENTAL可降解专利技术。这种铝质金属材料可以在数小时至数天内完全降解，降解时间取决于压裂球的尺寸、温度和其他井下条件，这消除了压裂球被卡住需要清除的风险。
Baker Hughes也在大力发展其与“水力压裂”相关的服务技术。粘弹性表面活性剂(VES)溶液被广泛用作增产液，包括砾石充填液、压裂充填液以及压裂液。但它们在高温条件下容易导致粘度降低且在裂缝中漏失量很大，上述缺点限制了其在水力压裂和压裂充填措施中的应用。试验结果表明：加了纳米颗粒材料的粘弹性表面活性剂(VES)溶液可以在高温下保持较高粘度且可控制其增产液的漏失量。
此外，Baker Hughes还研发出了采用高表面张力的特殊固体材料制成的纳米级微粒固结剂，用以捕集或固结地层中的微粒。上述纳米级材料被添加到水力压裂支撑剂充填层或砾石充填层，以在上述充填层中起稳定地层微粒的作用。这种纳米微粒材料，由于其很大的表面积，可以制成“纳米海绵”，通过在支撑剂颗粒或砾石颗粒接触点捕集或滞留地层微粒来发挥稳定地层微粒的作用。上述举措可以阻止地层微粒运移或穿过支撑剂充填层或砾石充填层，避免污染近井地带或堵塞防砂筛管。
目前，尽管油气能源价格低迷，这促使投资商和分析师们重新审视油气生产过程中的每一个环节的盈亏价格，以确定该领域的新兴技术在实用层面和经济层面上是否具有进一步研发的必要，但“纳米”技术为油气的勘探开发带来了令人振奋的新机遇和新挑战是确定无疑的。
篇7：纳米材料在食品包装中的应用的论文
摘要：基于纳米技术的纳米包装材料相对于传统包装材料有着机械性能良好、物理化学性能高、加工性能良好的优势, 纳米银、纳米二氧化钛、纳米氧化锌都能够被应用在食品包装领域当中。主要针对纳米材料在食品包装中的应用进行研究。
关键词：纳米材料; 食品包装; 纳米技术;
在国民经济持续发展的社会环境中, 人们对食品的安全卫生要求越来越高, 同时伴随着生态环境保护意识的增强, 食品包装领域也面临着诸多挑战。纳米技术是在20世纪90年代末期兴起的交叉性科学领域。纳米包装材料是纳米技术的主要应用领域之一, 纳米包装材料相对于其他包装材料优势明显。因此, 针对纳米材料在食品包装中的应用进行研究对于食品包装领域发展有着重大的意义。
1 纳米技术与纳米包装材料
纳米技术是一项在纳米尺度上对物质的性质与作用进行研究, 并且利用物质性质与特征开展多学科、交叉性研究的技术。纳米材料即为材料的几何尺寸已经达到了纳米级别, 并且具有一定的特殊性能。当前对于纳米材料的学术研究分为两大方面:第一, 针对纳米材料的性能进行系统的研究, 并且对纳米材料的微结构进行分析, 与常规材料性质、作用进行对比, 总结出纳米材料的规律、作用, 构建出描述与表征纳米材料的概念与理论。第二, 发展应用纳米材料。当前纳米材料应用的核心问题大于在大量制备纳米材料的过程中如何做到稳定化、均匀化制备。纳米材料的体态可以分为纳米颗粒、纳米粉体、纳米薄膜等。纳米材料凭借其结构的特殊性以及特有的效应决定了纳米材料存在一系列与传统材料不同的独特性质, 使得纳米材料的电学、热学与光学性能得到了进一步的提升。纳米包装材料主要是对包装材料技能型纳米处理, 使得包装材料拥有纳米的包装特性, 相对于传统包装材料来说纳米包装材料的机械性能良好, 韧性高、可塑性好、使用年限长;物理化学性能高, 拥有高耐热性、高透明度、高阻隔性, 可以用于特种包装中;加工性能良好, 纳米包装材料可塑性强, 能够实现吹塑、浇注、注塑成型。
篇8：纳米材料在食品包装中的应用的论文
2.1 纳米银在食品包装中的应用
纳米银在食品包装中起到保鲜作用主要是由于纳米银能够对乙烯氧化起到一定的催化作用。在食品保鲜包装材料中适当的添加纳米银能够加快乙烯的氧化速度, 食品保鲜效果更加理想。同时, 纳米银的耐光性能好、耐热性能佳、化学性能稳定, 作为食品包装材料纳米银对细菌和霉菌都能够起到良好的抗菌作用, 并且可以长时间起到抗菌通。另外, 纳米银较为稳定, 不会由于光照等因素而对食品安全造成影响。刘伟等[1]对纳米银的抗菌效果进行了研究, 针对纳米银对G+菌、G-菌、酵母菌和霉菌的抑制效果进行了研究。在相同浓度下纳米银对抗菌作用大小分别为G+菌>G-菌>酵母菌和霉菌。同时, 银的浓度与作用时间也会纳米银的抗菌作用产生一定的影响。将纳米银加入到包装材料中能够起到一定的保鲜作用。宋益娟等[2]针对纳米银与聚乙烯制备的保鲜袋来包装酱鸭, 在包装存储过程中发现纳米银与聚乙烯制备的包装能够良好地保持酱鸭的风味, 减少鸭肉中盐基氮的出现, 并且减少微生物的生长。
2.2 纳米二氧化钛在食品包装中的应用
二氧化钛是一种能够在紫外光下被激发的光催化剂, 纳米二氧化钛能够对紫外线形成一定的抵御作用, 避免紫外线照射到肉类食品中加快氧化, 从而防止由于维生素流失与芳香化合物破坏所导致的食品营养成分下降与腐烂。纳米二氧化钛在食品保鲜应用领域中有着十分广泛的情景。同时, 纳米二氧化钛作为一种新型包装材料能够满足生态保护需求, 在光照环境下还能够粘污塑料、玻璃表面的油污、细菌等。陈丽等[3]将纳米二氧化钛运用在PVC保鲜膜的制作当中, 制备出了能够隔绝氧气的苹果保鲜膜。经过实验测定后, 该保鲜膜纵向拉伸强度提升了36%, 透氧率下降了18%, 透湿率减少了10%, 二氧化碳渗透率仅变化了1.5%。实验结果显示, 含有纳米二氧化钛的PVC保鲜膜保鲜效果明显优于普通苹果专用保鲜袋。Sunada K等[4,5]所进行研究指出, 纳米银与纳米二氧化钛的结合能够获得更好的保险效果。纳米二氧化钛的孔状结构可以为纳米银提供更多结合的触点, 优化了纳米银单体容易流失的缺陷, 进一步强化了纳米包装材料的安全性。
2.3 纳米氧化锌在食品包装中的应用
纳米氧化锌是一种能够被紫外光激发的'宽带隙半导体, 拥有良好的光催化活性。纳米氧化锌作为一种无机金属氧化物拥有无毒、成本低、使用便捷、生物相容性优良的特征, 当前已经被普及使用到光催化讲解有毒有机污染物、太阳能电池等行业当中。相对于纳米二氧化钛来说纳米氧化锌的光催化活性更强, 量子产率更高, 是当前市面上最具应用前景的光催化剂之一。基于纳米氧化锌良好的光催化活性, 其在食品包装中也有着广泛的运用。毛桂洁等[6]充分利用了纳米氧化锌的紫外线屏蔽作用, 将其运用到PVA当中, 有效提升了PVA薄膜的保留率与断裂伸长率。日本学者Sawai等[7]通过实验研究发现, 纳米氧化锌分体通过接单接触能够有效抑制大肠杆菌与金黄色葡萄球菌。高艳玲等[8]研究发现, 在自然光照与普通室温环境下纳米氧化锌改性聚烯烃复合材料能够有效抵抗枯草芽孢杆菌, 抗菌率高达99.99%。同时, 还对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等均有一定的抑制作用。通过上述一系列研究可以得知, 纳米氧化锌对于金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等细菌的抑制效果良好, 但是对霉菌、酵母等真菌的抑制效果需要通过进一步的实验来证明。
3 结束语
总的来说, 纳米技术、纳米材料与纳米包装材料的发展将会有力推动食品包装工艺的发展。在未来的发展过程中纳米材料的安全性将会是研究热点, 将为食品包装应用纳米材料提供重要的学术理论依据。
参考文献
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篇9：纳米杆的制备与表征论文
纳米杆的制备与表征论文
0 引言
近年来二氧化铈独特的物理化学性质激起了科学家们浓厚的研究兴趣. 作为最具活性的金属氧化物之一，纳米氧化铈在许多领域都有着非常重要的应用，如生物领域、抛光材料、三效催化剂、氧传感器、固体燃料电池和紫外线屏蔽剂等领域. 目前，合成纳米氧化铈的方法有许多种，例如水热法、沉淀法、溶胶- 凝胶法等等. 其中水热法因具有一步合成、温度低、操作简单、能量消耗低且有可能大规模工业化生产等优点而越来越受人们青睐.
对于纳米结构的氧化铈材料来讲，除了纳米尺寸效应导致的一些显著的性质变化之外，二氧化铈的性质随着形貌、形状及暴露的晶面的不同也会产生很大的差异. 因此，在过去十年研究者们投入了大量的努力去探讨纳米氧化铈形貌可控合成. 到目前为止，人们已经成功地可控合成具有特殊形貌的纳米二氧化铈或者氧化铈基材料，如纳米颗粒、纳米线、中空球形、纳米立方块、花束形和其他混合结构. 在所有的.氧化铈形貌中，1D 纳米氧化铈因具有优异的性能而备受人们关注. 本文利用水热法制备了氧化铈纳米杆，利用透射电子显微镜和扫描电镜等对其微观结构进行表征. 另外，检测了所制备的氧化铈纳米杆的紫外线吸收性能，为功能纳米材料的实用化提供一定的理论基础.
1 实验
1. 1 合成
取1 mol 的Ce( Ac)3・nH2O 和0. 01 mol 的Na2HPO4溶于40 mL 的去离子水中，在磁力搅拌下反应15 min. 然后将混合溶液转移至50 mL 高压反应釜中，在230 ℃条件下反应24 h，待反应釜冷却至室温后，分别用蒸馏水和无水乙醇将制备的白色沉淀离心过滤，去除多余的离子，最后在60 ℃的温度下烘干得到氧化铈纳米杆.
1. 2 表征
采用X 射线衍射仪( XRD) ( Rigaku D/Max-1200X 型) 分析样品的物相，实验条件: Cu Kα 射线，电压30 kV，电流100 mA，扫描范围2θ 为25-80°; 采用扫描电子显微镜( SEM) ( Hitachi SU8000) 观察样品的形貌; 采用200 kV 场发射透射电子显微镜( TEM) ( 日立JEM-F) 分析样品的晶体结构; 采用UV-vis 分光光度计测试纳米氧化铈的紫外线屏蔽性能.
2 结果与分析
为了确定样品的物相组成，对水热法制备的样品进行了XRD 表征.与氧化铈的特征谱进行比较，其特征峰分别从左到右对应氧化铈的( 111 ) 、( 200 ) 、( 220) 、( 311) 、( 222) 、( 400) 、( 331) 、( 420) 晶面，没有其他杂峰. 这说明产物具有较高的纯度，样品只能为含有萤石结构的CeO2晶体.
可以看出样品的纳米结构呈杆状，杆的形貌较细长，经测得杆的平均直径～ 10 nm，平均长度～400 nm. 样品的TEM 图，纳米杆比较均匀，直径～ 10 nm，长度为几百纳米. TEM图中某一单根氧化铈纳米杆的放大图，氧化铈纳米杆的结晶度良好，无明显缺陷. 采用HR-TEM 进一步观察试样的微观结构，电子是沿着[110]方向入射，纳米氧化铈杆的垂直于表面方向为( 224) ，是沿着<112>方向生长.利用Ce( Ac)
3・nH2O 和Na2HPO4
作为反应试剂制备氧化铈时，Na2HPO4的水解较弱，OH―离子的释放非常缓慢，水解方程式如下:Na2HPO4 +2H2O→3Na + +2OHD +H2PO4D ( 1)Ce( Ac)3・nH2O 中提供的Ce3 + 阳离子只有少量的与Na2HPO4水解的OH―发生化学反应，产生白色Ce( OH)3・nH2O 悬浊液，而大量的Ce3 +依然游离在水溶液中，其反应如下式:Ce3+ + 3OHD + nH2O→Ce( OH)3・nH2O ( 2)在高温高压环境下，由于没有外来的氧气进为了研究纳米氧化铈的抗紫外线能力，采用UV-vis 分光光度计对其紫外线屏蔽性能进行测试，得出其紫外线吸收光谱图.样品在波长小于400 nm 的位置显示出很强的吸收能力，在波长大约大于400 nm 的波段保持在一个较低的水平，在波长为310 nm 处氧化铈纳米杆对紫外线的吸收出现峰值. 另外，CeO2在270 ～ 340 nm 的波段之间有强烈的紫外线吸收能力是因为O2-( 2p) 轨道和Ce4 + ( 4f) 轨道上的电子转移引起的.一个良好的紫外线屏蔽材料对波长少于400 nm 的紫外线有很好的吸收能力，而氧化铈纳米杆正正满足这个要求，因此可作为理想的紫外线屏蔽材料.
3 结论
1) 本实验通过低温水热一步法合成了氧化铈纳米杆. 纳米杆形貌比较细长，平均直径～ 10 nm，平均长度～ 40 nm，并且生长方向沿着< 112 >晶向族方向生长.
2) 制备的氧化铈纳米杆能强烈吸收紫外线，且有很宽的吸收波段，在波长为310 nm 处对紫外线的吸收出现峰值，是理想的紫外线屏蔽材料.
篇10：俄航天纳米技术发展现状分析论文
俄航天纳米技术发展现状分析论文
一、俄航天纳米技术领域的主导机构
根据2 0 0 7 年8 月2 日俄政府批准的“～发展俄联邦纳米工业基础设施”联邦专项计划的附件1第4项以及附件5第7项，俄联邦航天局确定俄航天纳米技术研究领域的主导机构为联邦国企“凯尔迪什研究中心”，同时该中心也是“用于航天技术设备的功能性纳米材料”方面的领头机构，以及“航天系统动力和供电”领域的纳米技术应用中心;而该应用中心作为俄政府选定的全俄十几家纳米工业“集体利用中心”之一，负有在相关联邦专项计划的实施范围内，为俄航天纳米工业领域的研制任务方以及其它行业的研制机构提供利用研究和技术设备的职能。纳米技术应用中心拥有优秀的专家人才，技术配备力量在俄罗斯处于领先地位，其主要研究领域包括：纳米合成材料、碳纳米管、纳米结构、涂覆面、航天动力以及度量衡计量等。
纳米技术应用中心于底成为凯尔迪什研究中心的独立分支机构，并得到联邦专项计划范围内的财政专项拨款，用于建设包括新建大楼、购置和开展高水平研究所需的现代化设备装置的基础设施。该中心拥有多套专业化仪器装置：纳米粉末制造装置、超声波分散剂量拌器、蒸发烘干机、熔模铸造模型装置CAM-L252TB、用于制品的烧结和热处理加工(可达2800℃)的综合装置、热模压装置、脉冲等离子烧结装置FCT-HPD 25等，具有通用性，能够实现金属、氧化物、碳化物、氰化物、混合物等各种材料的合成。其中的纳米粉末制造装置，能合成具有分散度和化学组成为10～80nm粒子的无机纳米粉末，可实现用粉末技术获取纳米陶瓷和纳米合成产品。这些装置既可用来进行科研试验设计工作，也可用于小批量工业生产。
二、俄航天领域“纳米主干线”项目
，俄罗斯发布了“为制造导弹航天设备的高可靠性和高质量的先进产品、研究建立纳米技术研制应用方面的科技储备”项目(简称“纳米主干线”)的竞标书。“纳米主干线”项目是为发展俄联邦2030年前航天能力而制定科研课题和提案的综合研究工作。合同的初始价格为5.833亿卢布，完成期限从国家合同的签订日的20底到底。凯尔迪什研究中心纳米技术部赢得了“纳米主干线”项目的竞标。为实施“ 纳米主干线” 项目， 凯尔迪什研究中心组织了30多个合作承包机构，其中航天领域的机构主要有复合材料公司、量子科研生产公司、进步火箭航天中心、动力机械制造科研生产公司、能源火箭航天公司等，此外，还包括一批俄罗斯科学院相关专业研究所和高校的研究机构，如俄罗斯科学院约非物理技术研究所、俄罗斯莫斯科国立航空航天大学、俄罗斯国立鲍曼科技大学。
三、发展现状
目前，虽未见俄航天纳米技术领域公开的专门研究项目或计划，但是从俄罗斯历年举行的国家级展览、论坛和科技大会以及俄罗斯公开发表的学术报告文集、汇编等出版物上，可以看到俄航天领域纳米技术的主要研究方向以及取得的部分成果。
11月，凯尔迪什研究中心在莫斯科召开第一届“全俄用于航天设备的功能性纳米材料”大会。由凯尔迪什研究中心、研究纳米技术的俄高等院校与俄科学院的相关科研院所、俄航天领域的科研企业与机构、俄罗斯纳米国家集团和俄国防工业综合体其它行业的相关企业与机构的专家学者参会。会议就“纳米合成材料”、“提高航天器效能的纳米材料”、“纳米材料的电磁特性”和“研究纳米材料先进的方法和工艺技术”等专题进行了学术成果交流汇报，并确定了今后在火箭航天领域纳米技术的主要发展方向——航天器小型化、提高制造航天装备材料的强度、通过应用耐高温和侵蚀性介质的纳米涂层降低工作的故障率、提高火箭发动机的可靠性、生产高效的光学元器件等。
会议在用于航天装备的碳-聚合纳米复合材料方面，交流了碳纳米管的结构和其主要的力学、热物理、电学特性及其获取和使用方法，以及工作在极端条件下的航天器对材料和涂层的基本要求;介绍了目前对复合材料特性已取得的研究成果。凯尔迪什中心纳米技术部门展出了曾在莫斯科举办的第二届国际纳米技术大会上获奖的活动成果——利用等离子集束工艺喷涂的热防护涂层和耐磨涂层。这种工艺方法能够制造可广泛应用的多层纳米结构植入涂层。例如，应用在发动机燃烧室侧壁的热防护涂层中，能够提高火箭发动机推力(放弃以锆氧化层在燃烧室作为腔壁冷却幕的方法)，或者提高100～200kg的入轨有效载荷质量，由此能节约1500～3000万卢布的发射费用。凯尔迪什研究中心还展示了用纳米技术复合材料(碳-碳、碳-陶瓷)制成的非冷却喷管，用在液体火箭发动机上能够将比冲提高3%～5%，将有效载荷入轨成本降低15%～20%;并介绍了使用导热能力非常低或者非常高的材料可以实现具有特殊性能的纳米复合材料的技术应用。在纳米粉末及其在特殊陶瓷中的应用问题方面，与会专家着重介绍了用溶胶凝胶体(凝胶技术)方法获取新的纳米材料所取得的成就，以及通过使用纳米陶瓷提高现代火箭发动机的性能。俄罗斯科学院西伯利亚分院强度物理和材料学研究所的专家们，在理论计算的基础上研制出了提高耐裂化性的多层纳米涂层制造工艺，并介绍了使用多层涂层技术的热防护涂层能够预防火箭部件或者飞机发动机裂化的效果。
6月莫斯科举行了“全俄青年科技创造成果展”，月和2010月莫斯科举办了第三届和第四届“国际纳米技术论坛”(RUSNANOTECH)，俄罗斯举办了“航空航天创新大会”，俄航天领域举行了数次纳米研究专题汇报和成果交流会。从以上活动的研究成果汇编中可以看出，目前俄罗斯航天纳米技术研究的主要方向为：材料特性研究、功能性研究、制造方法和技术研究。而且，俄罗斯航天在纳米技术领域的研究深入、应用广泛、成果丰硕。历次研究专题汇报和成果交流会研究汇编的部分目录按大致三个方向分类列出：
⑴复合纳米材料和结构(材料特性研究)碳纳米材料的特性和应用、功能性覆层和结构纳米复合材料、含纳米微粒的新型复合结构材料——碳纳米管、用于高温陶瓷纤维复合材料——纳米结构的多层界面、纳米粉末及其在特殊陶瓷工艺上的应用、多组分不锈钢薄膜的其它功能特性(温度稳定性和耐热性)、纳米结构薄膜和涂层在航天设备上的先进新功能、碳纳米管的清洁和排除特性、纳米铝氧化过程的调动、纳米结构的合金、纳米结构的多层界面、具有形状记忆功能的纳米结构TiNi-TiCu合金系统、光敏纳米复合材料、基于镓的弥散-硬化纳米复合材料焊料、作为有前景的航天器材料的碳聚合纳米合成物、纳米粉末及其在特殊陶瓷工艺中的应用。
⑵提高航天器效能的`纳米材料(功能性研究)基于碳纳米管的感应控制设备、纳米结构在热核反应堆中的问题、防热防腐蚀和可调节航天器结构件表面温度的涂层、用于降低有效载荷结构件入轨质量的轻质高强度材料、用于航天器的碳纳米管、在高温加热器上应用纳米材料、作为航天设备先进材料的碳聚合纳米复合材料、航天应用的功能涂覆层和结构纳米复合材料、液体燃料发动机燃烧室侧壁纳米材料与燃料燃烧产物相互作用的物理化学过程、纳米铝氧化过程的调用、新型先进功能性纳米结构薄膜和敷层及其机械和摩擦性能的获取和考核、用等离子喷雾粉末喷涂热防护纳米结构涂层的方法、纳米技术在航天员生命保障系统的未来应用。
⑶制造纳米材料的先进方法和工艺技术(制造方法和技术研究)为航天设备获取纳米材料的激光技术、利用激光技术制造基于复合纳米材料的复杂形状航天设备零件、获取纳米材料的气动力学和等离子技术方法以及研究其激光特性;薄膜厚度和其光学常数的光学测量方法、中等能量的散射光谱测量法运用在纳米电子和闪烁镜中的超细薄结构分析;纳米粉末的获取和航天应用、等离子纳米粉末冶金的物理化学和工艺技术;用高温分解的气相沉淀法在硅基片表面上合成碳纳米管、为获取各种形状的碳纳米管应用磁控管喷涂方法、碳纳米系统合成的单相法、垂直定向的纳米管的制造方法、带有纳米管的探测传感器获取技术。
四、航天领域纳米技术应用前景
作为航天发展优先方向之一的纳米技术，其应用前景极其广泛，包括：工程材料(轻质结构、耐损伤材料、涂层、防热材料、热控材料);能量产生和贮存(能量产生、存贮、发送);推进系统(纳米推进剂、空间推进);电子器件和传感器(传感器、激励器、其它电子器件);宇航员生命保障系统等。
篇11：论文：纳米涂料发展与应用分析
论文：纳米涂料发展与应用分析
[摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
[关键词]纳米材料应用
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的`纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景
预测据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从的1亿多美元增加到20近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
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篇12：纳米材料运用现状及发展前景的思考论文
纳米材料运用现状及发展前景的思考论文
摘要：纳米材料是20世纪80年代中期研制成功的一种新型材料, 从整体上分析了纳米材料的结构特征、主要性能, 制备工艺和当今对纳米材料研究趋势。纳米材料有许多特殊的性能, 可以运用到航天、医疗、生物技术等领域。在未来的研究里, 纳米材料将会对人类做出巨大贡献。
关键词：纳米材料; 应用; 发展趋势;
从概念来说, 纳米材料是由无数个晶体组成的, 它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度, 它有着特殊的性质。这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料, 试图打造一种全新的新技术材料, 将来为人类创造更大的价值。纳米科学技术也引起了科学家的重视, 在当代的科学界有着举足轻重的地位。纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术, 纳米材料技术等。其中纳米材料技术主要应用于材料的生产, 主要包括航天材料、生物技术材料, 超声波材料等等。从1861年开始, 因为胶体化学的建立, 人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”, 由于当时科技水平落后研究失败。
1 纳米材料的性能
研究表明, 大多纳米金属的室温硬度比相应粗晶高2~6倍;纳米材料的强度是普通材料的10倍, 比如, 8nm的纳米晶体的强度比普通晶体高15倍, 硬度提高了4~7个数量级;韧性更大, 比如美国argonnel实验室制成的纳米Cs F2陶瓷晶体在室温下可弯曲100%。室温下的纳米Ti O2陶瓷晶体表现出很高的韧性, 压缩至原长度的15仍不破碎。纳米材料的热学性能是普通材料的5倍一般纳米材料的热容是传统金属的2倍;直径为10nm的Fe、Au和Al熔点分别由其粗晶熔点的1500℃、1263℃和700℃降到35℃、30℃和20℃。2nm的金的颗粒熔点仅为330℃, 比通常金的熔点低700℃以上, 而纳米银粉的熔点仅为100℃;此外, 纳米材料的热膨胀可调, 可用于具有不同热膨胀系数的材料的连接纳米材料的磁学性能;当所有的晶粒尺寸减小到纳米级时, 晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有着非常重要的影响, 这就使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力, 低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍, 而饱和磁矩是普通金属的13倍。纳米材料的光学性能;各种纳米微粒几乎都呈黑色, 它们对可见光的反射率将显着降低, 一般低于1%。粒度越细, 光的吸收越强烈, 利用这一特性, 纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料等, 还可以运用到生物技术领域, 比如激光检测仪、电子显微镜等。
2 纳米材料的应用现状
研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒, 不仅可以除去异味和消毒。还使得衣服不易出现折叠的痕迹。很多衣服都是纤维材料制成的, 通常衣服上都会出现静电现象, 在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。利用纳米材料, 冰箱可以消毒。利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。另外利用纳米粉末, 可以快速使废水彻底变清水, 完全达到饮用标准。这个技术可以提高水的重复使用率, 可以运用到化学工业中。比如污水处理厂、化肥厂等, 一方面使得水资源可以再次利用, 另一方面节约资源。纳米技术还可以应用到食品加工领域, 有益健康。纳米技术运用到建筑的装修领域, 可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料, 可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖, 根本不用擦洗。这样就可以节约成本, 提高装修公司的经济效益。使用纳米微粒的建筑材料, 可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。纳米材料可以提高汽车、轮船, 飞机性能指标。纳米陶瓷未来很有可能成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的重要材料, 不仅可以大大提高发动机性能、还可以延长工作寿命和增强可靠性。纳米卫星发射升空可以随时随地监测宇航员安全驾驶。在生物医疗领域里, 采用纳米技术制成的大型药物输送器, 可以携带一定剂量的药物, 在体外电磁信号的引导下可以准确到达身体的各个部位, 不仅有效地起到治疗作用, 还可以减轻疼痛感并减轻药物的不良的反映。
纳米材料的.运用市场是十分广的, 纳米技术带来的经济效益也是不可低估的。根据国际上的一些权威机构预测, 2012年由纳米技术创造的经济效益将会达到15000亿美元, 纳米技术在未来几十年的应用范围将会超过互联网。纳米材料、玻璃、带来的技术进步, 纳米涂料的运用和发展, 将会给传统建筑公司、装饰公司造成巨大的技术冲击。很多传统行业也会随之发生改变。国内科学家指出, 传统的建筑、化学、生物医药、工业制造, 通讯设备等领域, 将会迎来新的一次“技术革命”现在国际上用纳米技术注册的企业已经超过1000家, 同时这些企业建立了纳米材料和纳米技术的工厂和标准化的生产车间。纳米玻璃、纳米涂料, 已经在市场上得到了广泛的应用。这些技术将会进一步打开一些陌生领域的大门。纳米材料纳米技术的出现, 拥有着无限可能, 纳米机器人、纳米计算机的出现。大大降低了企业的生产成本, 人们也可以享受到科技的乐趣。未来我们身边都是纳米材料制造的产品, 不仅环保、而且价格低廉。人们在商场可以买到物美价廉的优质产品。这是科学技术在生活领域的运用。未来可能我们坐的汽车、飞机等都是纳米材料制造的。纳米材料属于材料学的一个分支, 应该加大研发力度, 让更多的学者投入到研究纳米材料的队伍。另外政府可以加大资金支持, 不断派遣这方面的专家出国考察、深造。为国家、为社会创造巨大财富同时, 增加就业岗位, 缓解大学生就业压力。科技改变生活, 科技改变世界, 纳米技术将会颠覆很多传统行业。
3 纳米材料的未来研究方向
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。
4 结束语
纳米技术作为一种新的科学技术。自从这个科学概念被提出来后, 一直成为科学家研究的重要方向。在未来的时间里, 它将影响我们生活的方方面面。无论是吃穿住行, 还是医疗、交通、娱乐。纳米技术会带来新的技术革命, 不断为人类创造福祉。提供更优质的服务和产品。在信息化、智能化的今天, 由纳米材料制造的产品已经面世。纳米材料具有很强的生命力, 是能够改变人类生活的新技术。随着国家对高新技术的越加重视, 纳米技术有望成为推动人类向前进步的重要力量。
参考文献
[1]马如璋.功能材料学概论[M].冶金工业出版社.1999.
[2]Gleiter H.V.Trans Japan Inst Metal Suppl[J].1986 (27) :43.
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