纳米技术的前景范文

导语：如何才能写好一篇纳米技术的前景，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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随着科学技术的进一步发展，微电子在人们日常生活工作中的应用愈加广泛，微电子产品的核心便是芯片，而随着IC设计与半导体加工工艺技术水平的不断提高，电子元件的尺寸越来越小，集成电路的规模越来越大，其复杂程度也越来越高，对半导体芯片的尺寸、性能及稳定性等有了更高的要求，如何生产出尺寸更小、功耗更低、性能稳定性更好的半导体芯片成为微电子技术发展的瓶颈。与此同时，纳米技术的飞速发展及其在各个领域内的应用，为微电子技术的突破性发展提供了机遇和条件。

纳米电子技术

纳米（nanometer）是一个长度计量单位，一纳米等于10亿分之一米，纳米技术是指在纳米空间内，通过特定的技术设计，实现原子或分子在纳米例子表面的排列组成，从而制造出具有特定性能的材料或器件的一门高新技术。纳米微粒的独特结构能使其产生小尺寸、宏观量子隧道、量子尺寸等多种效应，其材料表现出光、电、热、反射、吸收及生物活性等许多特殊的功能，作为介质扩散气体的速度极快，颗粒与生物细胞的物化作用很强，能很容易进入细胞内，且在使用时用量小、附加值极高，能够赋予材料意想不到的高性能。近年来，随着纳米材料和纳米技术的发展，其在各个领域内都有了较为广泛的应用。而随着微电子技术的发展，电子元件的尺寸不断缩小，集成电路的集成程度要求也越来越高，为了生产出能够适应电子元件及集成电路发展要求的半导体芯片，有着诸多特殊功能的纳米技术开始被应用于电子领域，纳米电子技术由此而生。

纳米电子技术是纳米技术与电子技术相结合的产物，它是在微电子产业发展较为成熟的条件下产生的，从某种意义上来说，纳米电子学是微电子学继续向更微小的世界的延伸。

纳米电子技术是以纳米粒子的量子效应为理论基础建立并发展起来的，也即是当电子元件的尺寸小到纳米量级时，其加工技术、运行机理等都与微电子器件有了极大差异，采用纳米技术研制出来的分子器件，不仅能够克服半导体加工工艺中的存在的问题和困难，与基于硅集成电路上的器件相比，其在传感、灵敏度、集成度等多方面都有更好的性能。

纳米电子技术应用现状

纳米电子技术虽然兴起的较晚，但其发展极为迅速，经过近些年来的发展，已经取得了一定的成果，当前，这些成果集中体现在纳米电子材料和纳米电子元件的应用上，同时这一技术在现代医学中也有了较为广泛的应用。

1. 纳米电子材料

当前常见的纳米电子材料有纳米半导体陶瓷材料、纳米硅材料和纳米硅薄膜，其中基于纳米技术的硅电子材料一起能耗低、运行时间短、反应速度快及运行可靠稳定，受外界环境影响小的优点，较为完美地契合了现代社会对电子技术的发展需求，与同等材料相比有着绝对的技术优势，且随着科研技术的进一步发展，其成本也有所降低，在电子领域内的应用前景十分广阔。

2. 纳米电子元件

纳米电子元件是在集成元件和超大规模集成元件的发展基础上开发研制出来的，当前利用纳米电子学已经研制成功了包括单电子晶体管、纳米发光二极管及超微磁场探测器等在内的各种纳米器件。

3. 纳米电子技术在现代医学中的应用

电子学的发展离不开包括生物学在内的基础学科的贡献，而现代电子科技产品在基础学科中的应用，也推动了基础学科的发展。随着纳米技术的发展，纳米电子技术也被广泛地应用在医学领域中，彩色多普超声诊断仪、伽马刀、磁共振成像（MRI）等高科技医学产品的问世及应用，都极大地推动了现代医学的发展。而应用了纳米技术的电子学与生物医学的结合将会把人们对于微小生物体的研究带入到一个全新的阶段。

纳米电子技术发展前景

1. 碳纳米管

碳纳米管是由石墨碳原子层卷曲而成的，其自身的拓扑机构及极好的机械强度和导电性，使其在光学、机械性能和电子特性上都有着明显的优势，应用碳纳米管可以推动单电子器件和纳米量子器件的研究和开发应用，其本身也是当前世界科学领域内研究的重点。

2. 纳米硅薄膜

硅在当前的半导体器件中的应用十分广泛，目前世界上的半导体器件有95%以上都是由硅做成的，纳米硅薄膜的工艺程序与硅器件及集成电路是相容的，其发展将为量子功能的进一步研制提供基础，并推动纳米电子技术向更高层次的发展。

3. 纳米生物电子

将纳米技术、电子技术与生物芯片相融合，其研制出的最大成果是纳米机器人，这种基于纳米电子技术的机器人能够进入到人体的血管中，成为人体内的清洁器，清除体内对人体有害的物质，保证人体新陈代谢，为人体健康提供了更高的保障。

结 语

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【分类号】X50

1 纳米技术

纳米（nm）技术是指在0.1-100nm范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术。纳米尺度的物质颗粒接近原子大小，此时量子效应开始影响到物质的性能和结构。由纳米级结构单元构成的纳米材料，在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性。人类通过在原子、分子和超分子水平上控制了纳米结构来发现纳米材料的奇异特征，以及学会有效地利用这些特定功能产品，最终能够仿照自然生态中非常复杂的过程，这也是纳米科技的最终目的。

纳米技术包含下列四个主要方面：

（1）纳米材料：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。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。人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

（2）纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等，用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

（3）纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

（4）纳米电子学：包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更小是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。

纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。

2 纳米技术在环境邻域的应用

纳米材料的比表面积大，表面活性中心多，是催化剂的必要条件。国际上已将纳米材料作为新一代催化剂进行研究和开发。近年来的发展方向是纳米复合化，例如，氟石结构的纳米Ce2-x和Cu组成纳米复合材料，可用于汽车尾气中SO2、CO的消除。已有生产厂家开发出可以用来代替汽车中的金属构件的纳米粒子增强型复合材料，这种纳米复合材料的广泛使用可能使汽油的燃烧量每年减少15亿升，二氧化碳的排放量每年至少减少50亿千克。我国山东小鸭电器集团采用纳米复合抗菌除味塑料制作洗衣机的外筒，具有耐高温、耐摩擦、耐冲击、韧性好和硬度高等特点，还有很好的光洁度和很强的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉积，随时保持洗衣机内部清洁，还可以防止细菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，开辟了健康洗衣机的新纪元。

用黏土和聚合物的纳米粒子替代轮胎中的炭黑是一项生产环保型、耐磨损轮胎的新技术，利用纳米材料对紫外线的吸收特性而制作的日光灯管不仅可以减少紫外线对人体的损害，而且可以提高灯管的使用寿命。把具有导电性能的纳米颗粒，如炭黑、金属粒子等加入到高聚物中，可以改善高聚物的导电性，节约能源。

3 纳米技术在环境领域的潜在突破

3.1 有效利用资源

纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品。这种从小到大的制造方式需要的材料较少，造成污染程度较低。纳米复合陶瓷，因其优异的耐高温、高强度等性能，有望应用于高温发动机中，其燃烧热效率可增加一倍，且燃烧完全，污染降低。由于纳米技术导致产品微型化，使所需资源减少，不仅可达到"低消耗、高效益"，而且成本低廉。可以预测，未来资源浪费，造价昂贵的大型机械设备将逐步淘汰，以实现资源消耗率的"零增长"。

3.2 用于对水和空气的处理

消除水和空气中最细微的污染物（分别为300nm和50nm），使空气和饮用水更加清洁。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，是普通净水剂的10-20倍，可将污水中的悬浮物和铁锈、异味等污物除去。通过纳米孔径的过滤装置，还能把水中的细菌、病毒去除。净化和淡化海水的选择性滤膜，不仅成本低，而且所需量不足目前的十分之一。

3.3 监测大气污染

大气中含有的C、N、S等元素的氧化物可导致酸雨和温室效应，因此它们在大气中的含量必须被实时监测。现有监测技术成本高，不便于移动作业，所需温度高，而利用纳米材料的高比表面积能对吸附气体有快速反应，吸附后能改变其物理性质，且反应可逆，具有能再生的特性。研制出可用于监测大气中的有害气体，可在室温下工作、造价低廉、体积小的监测器。

3.4 提供有效储氢方式

物理和化学方法储氢，需要昂贵的设备。采用纳米材料可避免大晶粒储氢材料在反复吸收、释放氢气的循环过程中产生的氢脆现象，又可增加吸氢容量和吸氢速率，提供一种有效而清洁的储氢方式，这种材料如果用来制造燃料电池汽车中的氢容器，可有效避免空气污染。

4 结束语

纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的"材料革命"现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量

尽管纳米技术仍有许多问题有待于进一步探索和解决，但它在高科技领域和传统产业中带来的冲击是不可否认的。它将成为新世纪信息时代的核心。随着人们对纳米材料研究的深入，纳米材料必将出现更为广阔的应用前景，纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。可以相信，纳米技术作为一门新兴科学，必将对环境保护产生出深远的影响，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。

参考文献：

[1]曹学军等，神奇的纳米技术，国外科技动态，2010，9（3）；33-36。

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关键词：纳米材料应用

纳米发展小史

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。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

什么是纳米材料

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。

1、纳米技术在防腐中的应用

由加拿大万达科技（无锡）有限公司与全国涂料工业信息中心联合举办的无毒高效防锈颜料及其在防腐蚀涂料中的应用研讨会近日在无锡召开。

中国工程院院士、装甲兵工程学院徐滨士教授，上海交通大学李国莱教授，中化建常州涂料化工研究院钱伯荣总工等业内知名人士分别在会上作了报告，与会者共同探讨了纳米技术在防锈颜料中及涂料中的应用、无毒高效防锈颜料在防腐蚀涂料中的应用以及新型防锈涂料和防锈试验方法发展等课题。

徐院士就当前纳米技术的发展情况作了简单介绍，他指出：纳米技术的研究对人类的发展、世界的进步起着至关重要的作用，谁掌握了纳米技术，谁就站在了世界的前列。我国纳米技术的研究因起步较早，现基本能与世界保持同步，在某些领域甚至超过世界同行业。

作为国内表面处理这一课题的领头人，徐院士重点谈了纳米技术对防锈颜料及涂料发展的促进作用。他说，此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防锈颜料，有的性能不错，甚至已可与铬酸盐相比，但均因价格太高，国内尚未引进。我国防锈涂料业亟待一种无毒无害、性能优异而又价格低廉的防锈颜料来提升防锈涂料产品的整体水平，增强行业的国际竞争力。

中化建常州涂料化工研究院高级工程师沈海鹰代表常州涂料院，在题为《无毒高效防锈颜料在防腐蚀涂料中的应用》报告中，详细介绍了复合铁钛醇酸防锈漆及复合铁钛环氧防锈漆的生产工艺、生产或使用注意事项、防锈漆技术指标及其与铁红、红丹同类防锈漆主要性能的比较。

在红丹价格一路攀升的今天，这一信息无疑给各涂料生产厂商提供了巨大的参考价值，会场气氛十分热烈，与会者纷纷提出各种问题。万达科技（无锡）有限公司总工程师李家权先生就复合铁钛防锈颜料的防锈机理、生产工艺、载体粉的选择、产品各项性能指标及纳米材料的预处理方法等一一做了详细介绍。

目前产品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、机械科学院武汉材料保护研究所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，为此获得了中国专利技术博览会金奖.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，并已由总装备部作为重点项目在全军部分装备上全面推广使用。

本次会议的成功召开，标志着我国防锈涂料产业新一轮的变革即将开始，它掀开了我国防锈涂料朝高品质、高技术含量、高效益及全环保型发展的崭新一页。其带来的经济效益、社会效益不可估量。这是新型防锈颜料向传统防锈颜料宣战的开始，也吹响了我国防锈涂料业向高端防锈涂料市场发起冲击的号角2、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，2001年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1997年的1亿多美元增加到2001年近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。预期十五期间，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。

我国每年房屋竣工面积约为18亿平方米，年增长速度大约为3％。18亿平方米的建筑若全部采用建筑涂料装饰则总共需建筑涂料近300万吨，约200～300亿元的市场。目前，我国建筑涂料年产量仅60多万吨，世界现在涂料年总产量为2500万吨，每人每年消耗4千克，为发达国家的1／10，中国人年均涂料消费只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分广阔的发展前景。

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

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关键词：纳米技术；食品科学；应用

一、纳米技术

自从上个世纪90年代出现纳米技术后，在纳米技术领域的新概念、新名词、新材料不断涌现，使得人们对纳米技术的理解不够透彻，对其研究也处于初级阶段。其实，纳米技术是一门基础研究与应用研究多学科交叉的科学，不管是在原子、分子或者是在超分子角度上对其分析，纳米技术都堪称是一项新的、空前的技术创新，对今后物理学的发展起着重要作用。纳米技术的目标主要是根据纳米结构所具有的特性和功能，结合人们的需求，对材料进行加工，并制造具有特定功能的产品，给人们带来全新的技术革命。此外，在设计过程中在原子、分子的水平上运用纳米技术进行材料设计，进而制造出具有全新性质和各种功能的材料，从而满足人们日益增长的生活需求。

二、纳米食品的概述

所谓纳米食品，指的是在食品加工、生产或包装过程中采用了纳米技术手段的食品。但是，纳米食品不仅仅是采用纳米技术将食品的尺寸加工至纳米级别，也涉及到通过纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。从而使经过纳米技术加工的食品在营养、吸收等方面会很大的提高，在这方面应用最广泛主要有维生素制剂、钙、硒等矿物质制剂、豆奶与纳米添加营养素的钙奶茶等。但是，由于人们对纳米技术研究的局限性决定了纳米食品也存在一些问题，从而使得纳米食品的安全日益受到人们的关注。因为，在纳米食品生产过程中主要采用球磨法使食品的尺寸变小而达到纳米级别，从而不可避免地产生粉料污染，同时，纳米技术给食品所带来的危害与不利影响等，目前我们还无法预测，难以判断纳米材料是否对人体有害。目前，我国乃至国际上的纳米食品行业还没有形成一个统一的、有效的标准，无法对纳米食品进行安全性评价，也不利于食品健康的管理与监控。此外，据研究部分纳米食品存在一些有害成分，采用球磨法对食品进行加工，所制备得到的纳米粉末更容易进入细胞甚至细胞核内，进而对人体所产生的危害也没有研究清楚。

三、纳米技术在食品科学中的应用分析

1.微乳化技术和纳米胶囊制备技术

所谓的微乳液，就是通过将两种互不相溶的液体形成的吉布斯自由能最小、状体均匀并且稳定，各向同性、粒径大小为l～100纳米、外观透明或半透明的分散体系，而制备该微乳液的技术也称为微乳化技术。自从上个世纪末以来，人们加大对微乳理论和应用的研究，并将微乳化技术已应用于纳米颗粒、微胶囊和纳米胶囊的制备。采用纳米技术，将微胶囊制备成具有粒径大小在10～1 000纳米尺寸的新型材料。由于纳米胶囊颗粒微小，形成胶体溶液，易于分散和悬浮在水中，并形成清澈透明的液体，从而使所载的药物或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，进而有利于提高疗效的目的，增加药品生产效率。

在食品包装行业，纳米技术的应用最为普遍，并且该技术能给人们带来极大的利益。因为，在包装材料过程中，只需加入一定的纳米微粒就能够有效地增加包装材料的抗菌性能与密封效果，从而更好地为食品包装提高质量安全保障。同时，在冰箱制造行业也能看到纳米技术的应用情况，通过纳米技术能够有效地生产出一些抗菌性的冰箱，从而满足人们日常生活需求。此外，由于纳米材料的尺寸微小（纳米级别），并体现出特殊的功能，在食品包装过程中加入一定的纳米微粒有利于改变对现有包装材料的性能，从而进一步保证食品的安全。甚至已有不少人研究纳米技术在玻璃和陶瓷容器等领域的应用，通过加入纳米颗粒，可以有效地增加了脆性材料的韧性与强度，还可以有效地吸收紫外线防止塑料包装由于时间过长而出现老化、变质等现象，进而增加食品包装的使用寿命，促进食品包装行业的发展。

2.纳米技术在超细微粒和纳米粒子制备中的应用

在当今的高新技术研究领域中，超细微粒尤其是纳米粒子已经成为人们研究的热门方向，并是当今急需加大研究投入的领域。经过超细化处理后的物质，粒子之间的接触面积增大，比表面积也大大增加，界面能显著提高，表面能会发生巨大变化，从而显现出独特的物理与化学性能。通常情况下，制备超细粒子的方法为超细碾磨法，例如市场上比较普遍的具有强抗氧化性的超细绿茶粉与具有强结合水能力的超细面粉等。研究表明，粒子越小越有助于人体的吸收消化，约1 000纳米的超细绿茶粉呈现出较好的营养消化和吸收率，其营养价值大大超出普通的绿茶粉。又近年来迅速发展起来的新技术――超临界流体制备超细微粒技术，也属于纳米技术制备超细粒子的范畴，该技术可以较准确地控制结晶过程，对粒子尺寸进行精确的控制，从而生产出的超细微粒粒径小且粒度分布均匀，该技术在医疗药物制造行业较为普遍，具有诱人的应用前景。

3.纳米技术在食品检测中的应用

随着计算机技术的飞速发展，使得纳米传感器技术也得到了惊人的发展，并已在食品安全监测中得到广泛的应用。所谓纳米生物传感器技术，采用选择性结合靶分子的生物探针，对食品进行安全监测的技术。因为，纳米材料本身就是非常敏感，对于不均匀的生物与化学物质反应灵敏，将纳米技术与生物学、计算机技术、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件，并提高食品安全监测效率。例如与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加简便、高效的纳米生物传感器。近年来，人们通过纳米生物传感器技术可以实现对食品安全、临床诊断与治疗的快速、有效、灵敏地检测。例如，在传统的检测领域，尤其是监测微量细菌时需要扩增或富集样本中的目标菌，从而无形中增加监测步骤，同时过程繁琐而费时费力，然而，利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器，不仅能够大大减少检测所需的时间，还可以提高检测的灵敏度，进而提高监测效率与精确度。

四、结语

综上所述，由于纳米材料发展比较晚，各方面的研究还不够完善，纳米技术也存在一些不足和缺陷。但是，这并不影响纳米技术在食品工业中的应用，随着人们对纳米技术研究的不断深入，我相信在不久的将来纳米技术将会引发一场新的食品科学的革命，为食品行业带来巨大的经济效益与发展空间，也会使人们的饮食结构和生活方式发生巨大的变化，引领人们走进一个全新的食品行业，进而提在很大程度上提高人们的生活水平。

参考文献：

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1、各国竞相出台纳米科技发展战略和计划

由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。

（1）发达国家和地区雄心勃勃

为了抢占纳米科技的先机，美国早在2000年就率先制定了国家级的纳米技术计划（NNI），其宗旨是整合联邦各机构的力量，加强其在开展纳米尺度的科学、工程和技术开发工作方面的协调。2003年11月，美国国会又通过了《21世纪纳米技术研究开发法案》，这标志着纳米技术已成为联邦的重大研发计划，从基础研究、应用研究到研究中心、基础设施的建立以及人才的培养等全面展开。

日本政府将纳米技术视为“日本经济复兴”的关键。第二期科学技术基本计划将生命科学、信息通信、环境技术和纳米技术作为4大重点研发领域，并制定了多项措施确保这些领域所需战略资源（人才、资金、设备）的落实。之后，日本科技界较为彻底地贯彻了这一方针，积极推进从基础性到实用性的研发，同时跨省厅重点推进能有效促进经济发展和加强国际竞争力的研发。

欧盟在2002—2007年实施的第六个框架计划也对纳米技术给予了空前的重视。该计划将纳米技术作为一个最优先的领域，有13亿欧元专门用于纳米技术和纳米科学、以知识为基础的多功能材料、新生产工艺和设备等方面的研究。欧盟委员会还力图制定欧洲的纳米技术战略，目前，已确定了促进欧洲纳米技术发展的5个关键措施：增加研发投入，形成势头；加强研发基础设施；从质和量方面扩大人才资源；重视工业创新，将知识转化为产品和服务；考虑社会因素，趋利避险。另外，包括德国、法国、爱尔兰和英国在内的多数欧盟国家还制定了各自的纳米技术研发计划。

（2）新兴工业化经济体瞄准先机

意识到纳米技术将会给人类社会带来巨大的影响，韩国、中国台湾等新兴工业化经济体，为了保持竞争优势，也纷纷制定纳米科技发展战略。韩国政府2001年制定了《促进纳米技术10年计划》，2002年颁布了新的《促进纳米技术开发法》，随后的2003年又颁布了《纳米技术开发实施规则》。韩国政府的政策目标是融合信息技术、生物技术和纳米技术3个主要技术领域，以提升前沿技术和基础技术的水平；到2010年10年计划结束时，韩国纳米技术研发要达到与美国和日本等领先国家的水平，进入世界前5位的行列。

中国台湾自1999年开始，相继制定了《纳米材料尖端研究计划》、《纳米科技研究计划》，这些计划以人才和核心设施建设为基础，以追求“学术卓越”和“纳米科技产业化”为目标，意在引领台湾知识经济的发展，建立产业竞争优势。

（3）发展中大国奋力赶超

综合国力和科技实力较强的发展中国家为了迎头赶上发达国家纳米科技发展的势头，也制定了自己的纳米科技发展战略。中国政府在2001年7月就了《国家纳米科技发展纲要》，并先后建立了国家纳米科技指导协调委员会、国家纳米科学中心和纳米技术专门委员会。目前正在制定中的国家中长期科技发展纲要将明确中国纳米科技发展的路线图，确定中国在目前和中长期的研发任务，以便在国家层面上进行指导与协调，集中力量、发挥优势，争取在几个方面取得重要突破。鉴于未来最有可能的技术浪潮是纳米技术，南非科技部正在制定一项国家纳米技术战略，可望在2005年度执行。印度政府也通过加大对从事材料科学研究的科研机构和项目的支持力度，加强材料科学中具有广泛应用前景的纳米技术的研究和开发。

2、纳米科技研发投入一路攀升

纳米科技已在国际间形成研发热潮，现在无论是富裕的工业化大国还是渴望富裕的工业化中国家，都在对纳米科学、技术与工程投入巨额资金，而且投资迅速增加。据欧盟2004年5月的一份报告称，在过去10年里，世界公共投资从1997年的约4亿欧元增加到了目前的30亿欧元以上。私人的纳米技术研究资金估计为20亿欧元。这说明，全球对纳米技术研发的年投资已达50亿欧元。

美国的公共纳米技术投资最多。在过去4年内，联邦政府的纳米技术研发经费从2000年的2.2亿美元增加到2003年的7.5亿美元，2005年将增加到9.82亿美元。更重要的是，根据《21世纪纳米技术研究开发法》，在2005～2008财年联邦政府将对纳米技术计划投入37亿美元，而且这还不包括国防部及其他部门将用于纳米研发的经费。

日本目前是仅次于美国的第二大纳米技术投资国。日本早在20世纪80年代就开始支持纳米科学研究，近年来纳米科技投入迅速增长，从2001年的4亿美元激增至2003年的近8亿美元，而2004年还将增长20%。

在欧洲，根据第六个框架计划，欧盟对纳米技术的资助每年约达7.5亿美元，有些人估计可达9.15亿美元。另有一些人估计，欧盟各国和欧盟对纳米研究的总投资可能两倍于美国，甚至更高。

中国期望今后5年内中央政府的纳米技术研究支出达到2.4亿美元左右；另外，地方政府也将支出2.4亿～3.6亿美元。中国台湾计划从2002～2007年在纳米技术相关领域中投资6亿美元，每年稳中有增，平均每年达1亿美元。韩国每年的纳米技术投入预计约为1.45亿美元，而新加坡则达3.7亿美元左右。

就纳米科技人均公共支出而言，欧盟25国为2.4欧元，美国为3.7欧元，日本为6.2欧元。按照计划，美国2006年的纳米技术研发公共投资增加到人均5欧元，日本2004年增加到8欧元，因此欧盟与美日之间的差距有增大之势。公共纳米投资占GDP的比例是：欧盟为0.01%，美国为0.01%，日本为0.02%。

另外，据致力于纳米技术行业研究的美国鲁克斯资讯公司2004年的一份年度报告称，很多私营企业对纳米技术的投资也快速增加。美国的公司在这一领域的投入约为17亿美元，占全球私营机构38亿美元纳米技术投资的46%。亚洲的企业将投资14亿美元，占36%。欧洲的私营机构将投资6.5亿美元，占17%。由于投资的快速增长，纳米技术的创新时代必将到来。

3、世界各国纳米科技发展各有千秋

各纳米科技强国比较而言，美国虽具有一定的优势，但现在尚无确定的赢家和输家。

（1）在纳米科技论文方面日、德、中三国不相上下

根据中国科技信息研究所进行的纳米论文统计结果，2000—2002年，共有40370篇纳米研究论文被《2000—2002年科学引文索引（SCI）》收录。纳米研究论文数量逐年增长，且增长幅度较大，2001年和2002年的增长率分别达到了30.22%和18.26%。

2000—2002年纳米研究论文，美国以较大的优势领先于其他国家，3年累计论文数超过10000篇，几乎占全部论文产出的30%。日本（12.76%）、德国（11.28%）、中国（10.64%）和法国（7.89%）位居其后，它们各自的论文总数都超过了3000篇。而且以上5国2000—2002年每年的纳米论文产出大都超过了1000篇，是纳米研究最活跃的国家，也是纳米研究实力最强的国家。中国的增长幅度最为突出，2000年中国纳米论文比例还落后德国2个多百分点，到2002年已经超过德国，位居世界第三位，与日本接近。

在上述5国之后，英国、俄罗斯、意大利、韩国、西班牙发表的论文数也较多，各国3年累计论文总数都超过了1000篇，且每年的论文数排位都可以进入前10名。这5个国家可以列为纳米研究较活跃的国家。

另外，如果欧盟各国作为一个整体，其论文量则超过36%，高于美国的29.46%。

（2）在申请纳米技术发明专利方面美国独占鳌头

据统计：美国专利商标局2000—2002年共受理2236项关于纳米技术的专利。其中最多的国家是美国（1454项），其次是日本（368项）和德国（118项）。由于专利数据来源美国专利商标局，所以美国的专利数量非常多，所占比例超过了60%。日本和德国分别以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英国、韩国、加拿大、法国和中国台湾的专利数也较多，所占比例都超过了1%。

专利反映了研究成果实用化的能力。多数国家纳米论文数与专利数所占比例的反差较大，在论文数最多的20个国家和地区中，专利数所占比例超过论文数所占比例的国家和地区只有美国、日本和中国台湾。这说明，很多国家和地区在纳米技术研究上具备一定的实力，但比较侧重于基础研究，而实用化能力较弱。

（3）就整体而言纳米科技大国各有所长

美国纳米技术的应用研究在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪等领域快速发展。随着纳米技术在癌症诊断和生物分子追踪中的应用，目前美国纳米研究热点已逐步转向医学领域。医学纳米技术已经被列为美国国家的优先科研计划。在纳米医学方面，纳米传感器可在实验室条件下对多种癌症进行早期诊断，而且，已能在实验室条件下对前列腺癌、直肠癌等多种癌症进行早期诊断。2004年，美国国立卫生研究院癌症研究所专门出台了一项《癌症纳米技术计划》，目的是将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相结合，实现2015年消除癌症死亡和痛苦的目标；利用纳米颗粒追踪活性物质在生物体内的活动也是一个研究热门，这对于研究艾滋病病毒、癌细胞等在人体内的活动情况非常有用，还可以用来检测药物对病毒的作用效果。利用纳米颗粒追踪病毒的研究也已有成果，未来5～10年有望商业化。

虽然医学纳米技术正成为纳米科技的新热点，纳米技术在半导体芯片领域的应用仍然引人关注。美国科研人员正在加紧纳米级半导体材料晶体管的应用研究，期望突破传统的极限，让芯片体积更小、速度更快。纳米颗粒的自组装技术是这一领域中最受关注的地方。不少科学家试图利用化学反应来合成纳米颗粒，并按照一定规则排列这些颗粒，使其成为体积小而运算快的芯片。这种技术本来有望取代传统光刻法制造芯片的技术。在光学新材料方面，目前已有可控直径5纳米到几百纳米、可控长度达到几百微米的纳米导线。

日本纳米技术的研究开发实力强大，某些方面处于世界领先水平，但尚未脱离基础和应用研究阶段，距离实用化还有相当一段路要走。在纳米技术的研发上，日本最重视的是应用研究，尤其是纳米新材料研究。除了碳纳米管外，日本开发出多种不同结构的纳米材料，如纳米链、中空微粒、多层螺旋状结构、富勒结构套富勒结构、纳米管套富勒结构、酒杯叠酒杯状结构等。

在制造方法上，日本不断改进电弧放电法、化学气相合成法和激光烧蚀法等现有方法，同时积极开发新的制造技术，特别是批量生产技术。细川公司展出的低温连续烧结设备引起关注。它能以每小时数千克的速度制造粒径在数十纳米的单一和复合的超微粒材料。东丽和三菱化学公司应用大学开发的新技术能把制造碳纳米材料的成本减至原来的1／10，两三年内即可进入批量生产阶段。

日本高度重视开发检测和加工技术。目前广泛应用的扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜等的性能不断提高，并涌现了诸如数字式显微镜、内藏高级照相机显微镜、超高真空扫描型原子力显微镜等新产品。科学家村田和广成功开发出亚微米喷墨印刷装置，能应用于纳米领域，在硅、玻璃、金属和有机高分子等多种材料的基板上印制细微电路，是世界最高水平。

日本企业、大学和研究机构积极在信息技术、生物技术等领域内为纳米技术寻找用武之地，如制造单个电子晶体管、分子电子元件等更细微、更高性能的元器件和量子计算机，解析分子、蛋白质及基因的结构等。不过，这些研究大都处于探索阶段，成果为数不多。

欧盟在纳米科学方面颇具实力，特别是在光学和光电材料、有机电子学和光电学、磁性材料、仿生材料、纳米生物材料、超导体、复合材料、医学材料、智能材料等方面的研究能力较强。

中国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。

4、纳米技术产业化步伐加快

目前，纳米技术产业化尚处于初期阶段，但展示了巨大的商业前景。据统计：2004年全球纳米技术的年产值已经达到500亿美元，2010年将达到14400亿美元。为此，各纳米技术强国为了尽快实现纳米技术的产业化，都在加紧采取措施，促进产业化进程。

美国国家科研项目管理部门的管理者们认为，美国大公司自身的纳米技术基础研究不足，导致美国在该领域的开发应用缺乏动力，因此，尝试建立一个由多所大学与大企业组成的研究中心，希望借此使纳米技术的基础研究和应用开发紧密结合在一起。美国联邦政府与加利福尼亚州政府一起斥巨资在洛杉矾地区建立一个“纳米科技成果转化中心”，以便及时有效地将纳米科技领域的基础研究成果应用于产业界。该中心的主要工作有两项：一是进行纳米技术基础研究；二是与大企业合作，使最新基础研究成果尽快实现产业化。其研究领域涉及纳米计算、纳米通讯、纳米机械和纳米电路等许多方面，其中不少研究成果将被率先应用于美国国防工业。

美国的一些大公司也正在认真探索利用纳米技术改进其产品和工艺的潜力。IBM、惠普、英特尔等一些IT公司有可能在中期内取得突破，并生产出商业产品。一个由专业、商业和学术组织组成的网络在迅速扩大，其目的是共享信息，促进联系，加速纳米技术应用。

日本企业界也加强了对纳米技术的投入。关西地区已有近百家企业与16所大学及国立科研机构联合，不久前又建立了“关西纳米技术推进会议”，以大力促进本地区纳米技术的研发和产业化进程；东丽、三菱、富士通等大公司更是纷纷斥巨资建立纳米技术研究所，试图将纳米技术融合进各自从事的产业中。

欧盟于2003年建立纳米技术工业平台，推动纳米技术在欧盟成员国的应用。欧盟委员会指出：建立纳米技术工业平台的目的是使工程师、材料学家、医疗研究人员、生物学家、物理学家和化学家能够协同作战，把纳米技术应用到信息技术、化妆品、化学产品和运输领域，生产出更清洁、更安全、更持久和更“聪明”的产品，同时减少能源消耗和垃圾。欧盟希望通过建立纳米技术工业平台和增加纳米技术研究投资使其在纳米技术方面尽快赶上美国。

篇6

【关键词】纳米技术；环境保护；污水处理；废气处理

1、纳米技术的定义

纳米技术是近年来出现的一门高新技术。纳米是人其大小在0.1～100nm 之间的x微小原子，是人类用肉眼无法看到的，纳米技术是产生在这种物质至上的一种技术，它的主要原理就是将微小的纳米原子进行重新的排列与组合，生产出新的产品的一种技术，这种技术不仅满足了人类的想象，而且利用了纳米材料的特点而发展的，纳米技术作为一种高新科技，目前纳米技术已经发展延伸到了人类生活的多个领域，而且纳米材料成本较低，人类已经完全接受了这种技术，并期待它有着进一步的发展，可以说，纳米技术的发展是人类科技发展的另一个阶段，是科学技术史上的一次革命，它不仅将克服传统环保技术材料的不足，而且生产出新型高效环保材料和环保技术，拓展了环保视野，提高环保能力，彻底改善环境状态，是环境保护工作的一次革命。

2、纳米技术在环境保护中的应用

2.1污水处理

污水通常指受一定污染的、来自生活和生产的废弃水，其主要污染物有病原体污染物，耗氧污染物，植物营养物和有毒污染物等，严重威胁人们的健康。污水处理就是将污水中的有害物质从水中去除。原始的污水处理，会造成再度污染，而且处理的速度慢，水质不能完全还原，一直不能达到人们理想的结果，这就依赖于纳米材料的技术应用了。一种新型纳米技术提取污水中的有用金属，将它们再利用，创造出新的价值。不但净化了污水，而且防止了资源的浪费。

此外通过纳米技术研发的一种新型的喷剂，这种喷剂的吸附功能是原始抨击功效的22倍左右，其处理过程可分为三步：

第一步：利用纳米净水剂将污水中的杂物吸取出来。

第二步：纳米材料的设备，应用于吸收水中的杂物，产生洁净的水资源

第三步：一种特殊的设备，分别装置纳米孔和纳米薄膜，将水放置到这一设备分别通过以上两种装置，在水通过的时候纳米材料就和水中的危害物质产生化学反应，提出危害物质，还原留存出净化水，提高水的质量

1）废水在无机污染下的处理

当水被检测成有重金属存在时，要注意了，这种水对人类会造成危害，这就是无机污染下的水资源，但直接处理掉不利用的话，又会造成资源浪费。纳米技术的发展为人类带来了希望，它将纳米材料放入水中，使得水中的有效金属自动脱离，这样的效果既能使用干净的水资源，又能吸取回水中的有用金属。

2）废水在有机污染下的处理

TiO2科作为纳米技术的引用材料，利用光的作用，与水中的有害物质产生化学反应，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质。提高了水的质量，减少了污染。这样的实验为人们带来了喜讯，利用这种方式使得改善过的水资源，完全可以达到清洁的目的，对于饮用水的这种处理，是一个不错的选择，人们的生活用水要达到纯净，无污染的愿望完全可以实现。

3）出去饮用水中的有害物质

此净化技术既可以处理污水，也可以对自来水进行净化处理，去除细菌，把对人体有利的矿物质和元素保留下来。经过净化的自来水对人体健康很有利，可以保护肝肾免受伤害。

2.2污水的清洁和清新空气的再造

人们的生活环境一直被污染过的空气和水资源所困扰着，源源不断的新的产品使用在空气净化和污水处理的需求中，虽然有一些成效，但是也造成了一些负面的影响，以及成本的供不应求，针对于这种情况，纳米材料在新技术上得到了广泛的应用，房屋内部的空气改善就是纳米新技术的一个施展方向，为人们带来了绿色生活，清新的空气，而且纳米催化剂催化下的土质，用于路面建设也是一个不错的选择，使路面的成分中含有化学因子，减少空气中的有害物质，目前我们所研制的一种空气净化设备，就是纳米材料的一种应用，在人流比较拥挤的地方，使用较大型的设备，在其设备中添加纳米成分，这样在平常我们认为空气质量差的地方，感受到清新的空气，人们也更愿意在这种环境下绿色出行。同时又可以在，污秽的墙壁等地方，刷上含有纳米材料的催化剂，可以达到这个地方进行自己清洁的效果涂更加方便了人们的生活，改善了环境

1）去除空气中的有害化合物

这种化合物的来源主要是从没有被完全利用的物质中产生的，严重危害人类健康，纳米材料带来的新兴技术投入到物质的使用当中时不仅可以充分使用，而且会转变它自身的存在状态。通过化学实验，有害化合物中硫的含量就会减少，因此纳米技术不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，减少了环境污染问题，而且使废气等有害物质的再利用成为一种可能。

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关键词：化学工业纳米技术应用

在高新技术中，纳米技术、生物技术和信息技术对化学工业发展有着深远的影响，对于材料科学而言，当首推纳米技术。它不仅能推动化学反应、催化和许多单元操作的突破性的改进，而且提供了纳米多孔材料、纳米粒子、纳米复合材料、纳米传感器等新型材料以及化学机械抛光、药物可控释放、独特的去污作用等功能应用，为化工新材料发展及其应用开辟了广阔的前景。

纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。

一、化学反应和催化方面应用

化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。

纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。

二、过滤和分离方面应用

在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在Generale des EaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。

纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。

一些聚合物―无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。

由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。

三、复合材料方面应用

在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。

以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。

四、涂料方面应用

在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶―凝胶单层(solgcl monlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。

 以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。

用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。

五、树状聚台物及去污作用

树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。

使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。

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1人工纳米材料对环境的潜在风险

1.1人工纳米材料为生物大分子结合人工纳米材料是基于纳米技术而言之上成功的，其在组成上以高分子和胶体构成，在尺度上界定在lnm～100nm范围内。人工纳米材料是人工制造的化学用品，种类很多，在环境中所表现的特征是建立在其组合形式基础上的。人工纳米材料生物成分居多，具有许多生态特征。由于其具有生物大分子的强烈结合性，会与生命物质强烈结合，并以其显著的亲脂特性、配位特性和体现出来的极性效应而渗入到体内。从人工纳米材料的化学组成来看，其比表面积大，众多的原子吸附在粒子表面的周围，使得相邻原子缺少而导致许多空键存在。这就意味着人工纳米材料化学活性极强，特别是吸附能力非常强。人造纳米材料的这些物化性质对于人体和环境都会产生不良影响。这部分对人体和生态环境产生负面影响的人工纳米材料被称为“纳米污染物”。随着纳米时代的到来，这些人工制造的纳米污染物必然会对生态环境产生严重的危害，因此要做好防护工作。

1.2人工纳米材料可以产生高级生物的毒性效应人工纳米材料的污染物以纳米级存在，主要在于其强大的吸附性而导致其吸附被大量的污染物而被掩盖，因此具有潜伏性。经过长期的化学结合而在合适的环境条件下就会产生化学反应，所释放出来的化学物质就会污染到环境。纳米污染物在特定的环境狭隘，会渗入到器官内且浓度不断增大，使得毒性效应显性化。如果纳米污染物进入到生物链中，特别是进入到食物链环境，经过高位富集后，就会使纳米的生物性发生毒性效应。纳米污染物不仅具有组合复合性，而且还具有迁移性和扩散性。在任何的环境中，都会存在着多种化合物，它们以各种形体存在，相互之间协同，对环境不断地改变，以使环境成为符合化合物生存的环境，由此而成为复合污染体系而难以控制。纳米级的物质尺度小而吸附力极强，具有较强的迁移性，特别是小分子化合物，具有极大的扩散力。从物理性质上来看，这种扩散的形成是基于布朗运动和介质涡流而促成的。如果在纳米分子的表面所吸附的颗粒物携带有生命体，就可以进行远距离传输，发生扩散性的污染效应。

1.3人造纳米材料具有广泛的应用性而导致污染范围扩大随着科学技术进步，人类掌握了纳米技术而将其在生活中普及。基于经济理念而运用纳米技术所生产的各种消费品，使得越来越多的人有机会接触纳米材料，纳米污染物也开始接近人体，威胁到人体健康。纳米污染物融入到生态环境中，很容易与人类的皮肤接触。皮肤对于宏观的颗粒物具有阻挡性，但是纳米级的材料粒径仅为头发丝直径的1‰，已经纳米碳的直径仅为0.5nm，这么小的颗粒通过简单的扩散，就会穿过皮肤屏障和肺血屏障而渗透到人体中。纳米颗粒之小，对于人类的呼吸系统具有强大的侵袭力。当纳米污染物进入到人体的肺部，就会在肺泡上逐渐沉积下来，透过细胞而扩散到人体的全身，对人体的各项机能具有极大的威胁力。纳米污染物具有较高的毒性，美国著名的毒物学家欧博德瑞斯特(0berdorster)经过研究提出，在一些聚四氟乙烯材料中，直径低于20nm的颗粒性物质会在空气中漂浮，严重污染环境，并直接或者及间接性地渗入到生物体中。欧博德瑞斯特通过实验证明纳米污染物的危害，将实验用的小白鼠放置在悬浮着纳米颗粒物的环境中，大约15min后，小白鼠就会死亡。但是如果环境中的纳米颗粒物直径超过120nm，实验小白鼠就没有产生发病效应，依然存活。

2解决纳米环境安全问题的途径

目前运用纳米技术制作的人造纳米材料还没有在社会中普及，但是其对环境安全的威胁已经引起关注。纳米技术的运用是为了能够使人类更好地生活，对于其对人体健康和环境的影响，则需要从学术角度以技术性评估，并做出安全评价，这就需要对纳米技术以及人造纳米材料在应用领域所产生的负面影响以认识。纳米材料研究的学科覆盖面广泛，除了物理学、化学、生物学外，包括电子学以及交叉学科也会有所涉及，在对人造纳米材料进行安全性评估中，就要材料的纳米负面效用进行综合性评价，以具有针对性地提出安全措施。在纳米材料生产中，处于工业环节就要把好环境风险关，以防止纳米污染物泄露于环境中。建立纳米风险监控系统，并制定出泄露风险标准、安全操作条例，在纳米材料的运输上也要按照规定执行。此外，还要注重纳米材料的回收，在生产人造纳米材料的同时，要发展纳米材料绿色处理技术，以避免人造纳米材料在环境中造成二次污染。对于纳米材料的使用要予以控制，强化纳米废弃材料的处理，大力开展纳米材料的防护研究，以提升纳米材料在应用领域中的安全性。

3结论

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关键词：机械材料；铝合金；等温淬火球墨铸铁；纳米材料

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.237

1 引言

随着国内外机械工业的飞迅发展，机械材料的市场需求大大提升。性能好运用广泛的机械材料市场发展迅速，例如：铝合金、纳米材料等，都有很好的市场前景。

2 几种机械材料

2.1 铝合金

（1）铝合金的性能。铝合金密度低，强度比较高，接近优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。

（2）铝合金在机械方面的运用。铝合金的运用十分广泛，尤其是运用于各种机械类零器件，各类飞机、人造地球卫星和空间探测器都是以铝合金作为主要结构材料，例如：发射“阿波罗”号飞船的“土星”5号运载火箭。

（3）铝合金的市场前景。近几年，随着市场竞争优胜劣汰机制作用的进一步发挥，中国铝合金工业在总量快速增长的同时，内部结构也发生了明显的变化，产业开始逐渐走向成熟。目前，中国铝合金型材工业已经跨越了以数量增长为特征的初级发展阶段，初步进入了以提高产品内在质量、丰富产品种类、依靠综合实力参与市场竞争的新阶段。

2.2 等温淬火球墨铸铁（ADI）

（1）等温淬火球墨铸铁（ADI）的性能特点。等温淬火球墨铸铁（ADI）是一种高性能的金属材料，它是由优质球墨铸铁经等温淬火热处理后获得的，具有良好的综合力学性能，是铸钢、铸铝、焊接件和锻钢件的理想替代材料。

（2）等温淬火球墨铸铁（ADI）的在机械方面运用。依据目前国内ADI的生产状况，可将产品大致分为以下几大类：1）普通耐磨件。此类产品多用于矿山、建筑、农业等抗磨零件，主要利用其高硬度、高抗磨性并且具有较好的冲击韧度；2）机械承载构件。此类产品多用于汽车、农业机械等要求耐磨及冲击韧性的零件。主要发挥了ADI高强度、高耐磨性，零件质量与抗拉强度比值低等性能特点；3）高性能、高精度要求且为大批量生产，要求稳定性好的重要构件。

（3）等温淬火球墨铸铁（ADI）的市场前景。ADI材料由于具有优良的综合力学性能，成为2l世纪人们关注的热点材料。目前，在国内ADI正被工程设计人员所认可，ADI的生产技术已被部分热处理人员掌握，国内ADI热处理专用炉的开发以及国际先进等温热处理炉的引进，可以断定ADI的生产技术水平将逐步提高，应用领域将不断拓宽，产量将大幅增长。汽车工业是国外ADI应用的主要部门，2010年至2015年，我国汽车产量从年产1826.47万辆增加到2450万辆，汽车产量的高速增长，为ADI的应用提供了广阔的潜在市场。

3 新型机械材料：纳米材料

纳米材料不仅是一种机械材料，它更是影响着各行各业，是当今世界上运用很广的一种热门材料，是世界各国材料研究的焦点。纳米材料的性能优于一般的材料，从而使其在机械工业中具有广阔的市场应用前景。

对纳米材料的结构特性、性能特点、运用及市场发展前景进行如下分析：

3.1 纳米材料的结构特性

（1）纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大，这使得粒子发生性质上的改变；（2）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。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质；

3.2 纳米材料的性能特点

（1）高韧性、高硬度、高强度是纳米材料得到广泛发展的前提原因。当纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅度提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位，同时加快了机械工业的发展；（2）利用纳米粒子的隧道量子效应和库伦堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点；（3）纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值。这也使得纳米材料在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能运用方面有其广泛的市场前景；（4）纳米粒子的粒径远小于光波波长，由于量子尺寸效应，使得纳米材料也可以运用于红外线感测器方面。

3.3 纳米材料在机械工业方面的运用及市场发展前景

很多研究都表明纳米材料将会给世界工业带来巨大的变化，而且我国政府已经明确提出了将新材料和纳米技术的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务。这些年我国也在为研究纳米材料不断努力，现在纳米技术运用于且便利于机械工程的不同方面，例如：微型纳米轴承；纳米分子电动机；微型机器人等等。

自从1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支开始，纳米技术便一步一步进入人们的生活。而且纳米技术运用到机械方面尤其是微型机械技术已经成为21世纪研究的核心技术，纳米材料在机械工程中改变甚至颠覆了传统模式的运转，显示了其强大的科技含量。对于这些我们仍需深入研究，以便纳米技术更好地服务于国内机械工程领域，带动国内机械工业的发展。

4 总结

随着经济发展的不断加快，机械材料的市场逐渐打开，机械材料也越来越受到人们的关注，特别是像纳米材料这类新型机械材料，给机械工业带来了巨大便利。相信在不断研究与探索下，机械材料会给人们的生活带来更大的变化。

参考文献：

[1]边泊乾，王绍勤.等温淬火球墨铸铁（ADI）在国内市场的机遇[J].2008全国耐磨材料暨水泥矿山应用技术交流会.

[2]夏勇译，曾艺成校.等温淬火球墨铸铁（ADI）在中国内市场的机会[J].中国铸造装备与技术，1006-9658（2006）01-4.

篇10

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。

1.在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。

2.在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。

3.在其它精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。版权所有

4.在医药方面的应用

21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。

纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。