纳米技术范文

导语：如何才能写好一篇纳米技术，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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关键词： 纳米技术意义展望

一、纳米技术的内涵

纳米技术是一门在0.1―100nm空间尺度内操纵原子和分子，对材料进行加工、制造具有特定性能的产品，或对物质进行研究、掌握其原子和分子的规律和特征的高新技术学科，被认为是“今后十年最可能使人类发生巨大变化的十项技术”之一。

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，即0.1―100nm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，又不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。（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μm，而宽度误差很小。（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，dna的精细结构，等等。纳米生物学发展到一定技术时，可以用纳米材料制成具有识别能力的纳米生物细胞，并可以吸收癌细胞的生物医药，注入人体内，用于定向杀癌细胞。（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，等等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更快，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。

二、研发纳米技术的重要意义

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英寸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（0.1―100nrn）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，因而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，又不同于宏观物体，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及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。

纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为21世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在社会上的应用前景非常广阔，纳米技术不仅会推动新产品的开发，而且将为改善人们的生活环境，提高生活质量作出不可估量的贡献。纳米技术将成为21世纪新型技术的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的时代。

三、对纳米技术未来发展的展望

纳米技术将从根本上改变未来制造的两种基本类型方式――连续制造和离散制造。连续制造是指批量物质或材料的生产，例如化学品或金属卷材。离散制造是指单个配件的生产，例如螺栓或元件（集成电路）或组装系统（计算机）。对于纳米尺度制造来说，原子、分子与团簇都是生产“原料”。因此，纳米尺度制造的生产工艺和设备与目前应用于大于100nm的微制造工艺与设备将会有很大不同。纳米制造未来的研究方向包括以下几个。

1.材料开发

了解和模拟纳米尺度物质合成、操控及监测的现象和工艺，这是开发新型纳米制造技术所需的；开发表征、监测、筛选、分离和控制纳米结构大小/形状/多分散性和表面或体积特征的方法。

2.制造纳米系统的材料操控与控制

分子、大分子、纳米颗粒及纳米尺度组件的定位、定向、分散、集群和导向自我组装，非共价键和信息内容是不可或缺的；纳米材料的包装和输运，如通过超声和纳米流化床；纳米自组装结构融入功能器件和系统。

3.与微观和宏观系统相结合

把自下而上和自上而下的制备技术融入低本高效的优化生产制造中；制造技术的尺度放大、并行和集成能力，如平行探针或束阵列等方法。

4.制造工具

改造和控制表面组成/结构，以确保随后组装的稳定性和功能性；开发可支撑的、用户与环境友好、廉价而高产的制图技术；开发和运用纳米结构复制方法；纳米制造结构和性能的低本高效清除/修复/接缝技术，等等。

5.测量和标准工具

纳米颗粒与结构的化学和结构表征技术（除几何形状特征外）；开发三维加工和非破坏性表面下探测技术；把在线传感与监测技术同制造方法融合在一起；远程制作和远程表征设备和仪器，等等。

参考文献：

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关键词：纳米材料；奇异物性；纳米颗粒

中图分类号：O59 文献标识码：A

纳米材料是指在纳米量级(1~100nm)内调控物质结构制成的具有特异性能的新材料。纳米材料具有尺寸小、表面积大、表面能高、表面原子比例大的四大特点，并且，具有小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应的四大效应。纳米材料特性主要取决于制备方法，当材料颗粒的尺寸进入微米量级（1～100nm）时，由于其尺寸小而表现出一些奇特效应和奇特的物理特性。

一、纳米颗粒基本效应

1.表面与界面效应

纳米微粒尺寸小，表面大，位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面急剧变大，引起表面原子数迅速增加，缺少近邻配位的表面原子，极不稳定，很容易与其他原子结合，表现出很高的活性。

2.小尺寸效应

随着颗粒尺寸变小，周期性的边界条件将被破坏，在一定条件下会引起颗粒性质的质变,声、光、电磁、热力学等特性均会出现新的尺寸效应。由于颗粒尺寸所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。例如：光吸收显著增加，所有金属失去光泽，变为黑色。

3.量子尺寸效应和宏观量子隧道效应

对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，光谱线会产生向短波长方向的移动。电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础。

二、奇异物性

上述四个效应是纳米微粒与纳米团体的基本特性，从而导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于正常粒子，出现一些“反常现象”。这就使得它具有许多奇异物性。因而具有广阔的应用前景。

1.奇异的热学性质

(1)熔点降低

由于颗粒小，纳米微粒表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及纳米微粒体积远小于大块材料，因此纳米粒子熔化时所增加的内能小得多。这就使得纳米微粒熔点急剧下降。

(2)烧结温度降低（陶瓷材料或难熔金属）

在低于熔点下进行加热烧结,使粉末互相结合成块，使密度接近材料的理论密度的最低加热温度称为烧结温度。

纳米微粒尺寸小，表面能高，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低，烧结速度加快。

2.特殊的光学性能

光的发射与吸收与原子的状态有关,纳米颗粒大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于颗粒内部的原子、电子的行为有很大的差别，甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的新的光学特性。

(1)宽频带强吸收

大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围．各种颜色(波长)的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低，例如铂金纳米粒子的反射率为1%，金纳米粒子的反射率小于10%。这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子变黑。

(2)蓝移现象

与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。例如，纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰值红外吸收频率分且是814cm-1和794cm-1。由不同粒径的Si纳米微粒吸收光谱看出，随着微粒尺寸的变小而有明显的蓝移。

(3)新的发光光谱

硅是具有良好半导体持性的材料．是微电子的核心材料之一,可美中不足的是硅材料不是好的发光材料．将稀土发光材料加入到纳米氧化物当中，可提高其的发光效率，制得新型的荧光材料。

3.特殊的电学性能

传统的金属是良导体，但纳米金属颗粒却强烈地趋向电中性，如5～15nm纳米铜就不导电了，且电阻随着粒径减小而增大。而原本绝缘的SiO2在20nm时开始导电。

4.特殊的力学性质

(1)陶瓷材料的良好韧性

因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力的作用下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。

(2)纳米材料的强度、硬度和塑性

纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍。金属-陶瓷的复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。纳米材料的代表之一：碳纳米管，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，是纳米技术研究的热点，它将是未来制造业的首选材料。

5.特殊的磁学性质

(1)磁性材料

所谓磁性材料是指具有可利用的磁学性质的材料。

任何物质在磁场作用下都会处于磁化状态，但各物质的磁化强度却有很大的不同。

(2)纳米材料的特殊磁学性质

纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规粗晶材料不具备的磁特性。纳米微粒的主要磁特性表现在它具有超顺磁性或高的矫顽力上。

A矫顽力提高

矫顽力的大小反映了铁磁物质保留剩磁的能力。

10～25nm的铁磁性金属颗粒的矫顽力比相同的常规材料大1000倍.。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已制成高贮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。

B.铁磁性到超顺磁性转变

纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。

特点：在磁场中极易磁化，但当外加磁场消失时其磁性消失。

原因：由于磁性颗粒尺寸减小到一定值时，各向异性能与热运动能可相比拟．磁化颗粒就不再固定存一个易磁化方向，易磁化方问作无规则的变化。

三、纳米材料的制备技术

制备技术是纳米科技的关键。影响纳米材料的微观结构和宏观性能。通过不同的制备技术可以得到纳米颗粒材料、纳米膜材料、纳米固体材料等等。

很久以前,我国人们用石蜡做成蜡烛，用光滑的陶瓷在蜡烛火焰的上方收集烟雾，经冷凝后变成很细的碳粉，实际上就是纳米粉体。在科学技术高度发展的今天．人工制备纳米材料的方法得到了很大的发展。通常采用两个不同的途径得到纳米材料：

纳米材料需要制备成各种形式以满足各种应用的需要，纳米固体(块体、膜)是重要的形式。它的制备方法是近几年逐渐发展起来的。

由于纳米陶瓷呈现出许多优异的持性，因此引起人们的关注。目前，材料科学工作者正在摸索制备具有高致密度的纳米陶瓷的工艺。

参考文献

[1]钟宁.纳米材料的特性及制备方法[J].湖南有色金属，2000，16(2)：28-30.

[2]Rosse tti R.E llison J.L G ibson J.M.et a.l .J.Chem.Phys.1984，80(9)：4464.

[3]雷秀娟.纳米材料的力学性能[D].陕西：西北工业大学，2001.

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研究各国纳米技术专利在中国的专利发展情况，本文所依据的数据检索自CPRS文摘数据库(CPRSABS)，纳米技术高速发展阶段(2000-2011年)期间的，时间限定在2013年1月31日以前公开的文件。由于2011和2012年的部分专利文献还没有入库，因此未采纳2012年的数据，其中2011年仅提供参考，通过综合分析，相信这些数据并不影响对趋势的预测。在CPRS文摘数据库中采用纳米技术领域涉及的关键词：纳米、富勒烯、量子点、量子线、准晶体、自组装、原子力显微镜、扫描显微镜、分子电子学、分子模拟、分子马达、分子传感器、分子仿真、分子器件、原子模拟进行检索，得到65817篇专利申请，下面以这些专利申请为样本，分析了纳米技术领域在我国的专利技术现状和发展趋势。

1.1年度数量统计

图1给出了纳米技术领域在我国的专利申请分布情况，从图中可以看出，中国申请人提出的申请数量最多，占86%，国外来说，美国申请的专利最多，排名第二的是日本，其次是韩国。我们应该对其他主要国家在中国申请的专利进行仔细解读，以便今后我们的产品走向国际化。图2和图3给出了在纳米技术高速发展的阶段我国、日本、美国和韩国年度申请量趋势分布情况，明显看出，从2002年开始我国一直保持较高的增长幅度，处于上升阶段；美国在2007年之前也保持增长趋势，之后两年出现负增长，从2010年开始增量又趋于明显；日本在2007-2010年申请量保持平稳趋势，可见，日本关于纳米技术领域的申请相对进入稳定期，而韩国在2006年之前处于增长趋势，后趋于平缓下行。

1.2领域分布统计(分类)对比各国研究热点

图4和图5给出了纳米技术相关专利IPC技术构成(小类)分析结果。结果显示，我国排名第一的是A61K(医用、牙科用或梳妆用的配制品)，该小类共申请专利4701件；排名第二的是B01J(化学或物理方法)小类4361件；其次是C08L(高分子化合物的组合物)小类3904件。然而，国外来说，美国、日本、韩国排名第一的都是H01L(半导体器件；其他类目未包含的电固体器件)。美国在H01L领域尤为突出，其他分类领域较为均衡；日本排名第二的C01B(非金属元素，其化合物)同排名第一的H01L数量相当；而韩国同样是在H01L领域比较突出，排名第二、三的分别是B82B(超微结构;超微结构的制造或处理)和C01B。

1.3申请人分析统计

从纳米技术相关中国专利申请的申请人构成来看，高校和科研机构占了一半以上，见图6。这一点说明，目前纳米技术在中国仍然是一个有待于深入研究的技术，离大规模产业化还有一定距离。国内各地区的申请呈不均衡态势，体现出一定的地区优势：国内从事纳米技术研发的高校、科研机构、企业主要集中在经济较为发达、资金实力较为雄厚、科研院校较为集中的省市地区，如北京、上海、江苏等地，这些省市都是较早开展研究与申请该领域相关专利的地区，见图7，对该项技术的发展具有明显的推动作用。通过对纳米技术领域相关中国申请专利的申请人进行统计，如表1所示，发现中国排名前三位的是清华大学，上海交通大学，浙江大学；然而，美国排名前三的分别是国际商业机器公司、英特尔公司、通用电器；日本排名靠前的是索尼公司、松下电器；韩国排名靠前的是三星电子、乐金显示有限公司。

2我国存在的问题

通过上述对纳米技术领域各主要国家的专利分析得出我国的纳米专利发展非常快，但是还存在以下问题：

1)根据统计分析我们可以发现，我国的优势学科领域为纳米化学、纳米材料、纳米器件，在纳米材料制造、纳米微观属性研究等方面较强，而在纳米通信技术方面尤其是纳米光电领域的研究有明显的不足，不利于纳米主流技术的发展，以及对国外企业的阻击。

2)学术机构研究的比例高达60%以上，高产机构全部都是高等院校和科研机构且比较分散，我国的企业还远未成为国内科学技术的创新主体，对当前迅速变化的市场、稍纵即逝的发展机会、瞬变的主流技术等情报分析认识不足；这一点与国外情况恰恰相反，国外的高科技专利不仅仅是由研究机构申请的，而且绝大部分都是由企业或大公司申请的。从国内外申请专利的主体来看，说明我国纳米技术型企业的创新能力仍然不足，还有待进一步的提高。

3纳米技术专利战略

在纳米技术领域，我国的发展可谓突飞猛进，但要成为专利强国还任重道远。基于上述分析，笔者提出如下建议：

3.1增强产学研之间的合作

近年来，我国纳米技术专利发展迅速，但与市场脱节的状况尚未根本改变。我国企业依然不是我国科学技术的创新主体，而技术发明所产生的经济效益、社会效益需要企业去创造，故应当加大高校科研成果的转化效果与效率。我国也应当根据新形势进行调整，加强高等院校与产业界的合作，促进中国纳米技术产业的发展。

3.2加大对相关企业的扶持力度

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通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差,耐老化、耐洗刷性差,光洁度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的解决这一问题,纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性,能够弥盖墙体细小裂缝,具有对微裂缝的自修复作用。(2)具有很好的防水性,抗异物粘附、沾污性能,抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔和,手感柔和,漆膜平整,改善建筑的外观等。

虽然国内外对纳米涂料的研究还处在初步阶段,但是已在工程上得到了较广泛的应用,如北京纳美公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷,效果良好。在首体改造工程中,使用纳米涂料1700吨,涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。

2纳米水泥的应用

普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小,同时其自身也存在一些固有的缺陷,使其在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏。为了解决这一问题就必须加速对具有特殊性能混凝土的研发,而纳米混凝土就能有效的解决这样问题,纳米混凝土,与普通混凝土相比,纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显著提高,同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能,因而可用于一些特殊的建筑设施中(如国防设施)。通常在普通混凝土中加入纳米矿粉(纳米级SiO2、纳米级CaCO3)或者纳米金属粉末已达到纳米混凝土的性能,而且通过改变纳米材料的掺量还能配置出防水砂浆等。目前开发研制的纳米水泥材料包括纳米防水复合水泥,纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。

纳米防水水泥是通过在水泥中添加XPM水泥外加剂的纳米材料而制成的,该纳米外加剂掺入水泥后,可以加快水泥诱导期和加速期的水化反应,改善水泥凝固的三维结构,同时提高水泥石的密实度,增强了防水性能。

纳米敏感水泥是在水泥中加入对周围环境变化十分敏感的纳米材料,从而达到改善水泥制品温敏、湿敏、气敏、力敏等性能。根据添加的敏感材料的不同可将纳米敏感水泥用于化工厂的建设、高速路面的铺设等。

纳米环保复合水泥是利用纳米材料的光催化功能,从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及表面自清洁等功能。通常是选用TiO2作为纳米添加剂。

纳米隐身复合材料是通过使用具有吸收电磁波功能的纳米材料(纳米金属粉居多),在电磁波照射时,纳米材料的表面效应使得原子与电子运动加剧,促使电子能转化为热能,加强对电磁波的吸收,从何使材料能够在很宽的频带范围内避开雷达、红外光的侦查,这一材料常用于军事国防建筑等。

3纳米玻璃的应用

普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物,形成难以清洗的有机污垢,同时,水在玻璃上易形成水雾,影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层TiO2纳米薄膜形成的纳米玻璃,则能有效的解决上述缺陷,同时TiO2光催化剂在阳光作用下,可以分解甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。

4纳米技术在陶瓷材料中的应用

陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了广泛的应用(如铺贴墙面的瓷砖),但是陶瓷易发生脆性破坏,因而在使用过程中也受到了一定的限制。使用纳米材料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能,能够吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度,同时具有良好的抗烧蚀性,火箭喷气口的耐高温材料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温材料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新材料在更大的范围内改变材料的力学性质,具有非常广阔的应用前景。

5纳米技术在防护材料中的应用

通常是在胶料中加入炭黑等以提高材料的防水性能,但这种材料的耐腐蚀性以及耐侯性较差,易老化,研制具有高强、耐腐蚀、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在积极研究的问题,纳米防水材料能够很好满足上述要求,北京建筑科学研究院就成功的研制了具有较好耐老化性能的纳米防水卷材,该类防水卷材具有很好的强度、韧性、抗老化性以及光稳定性、热稳定性等。纳米防水卷材具有叫广泛的应用前景,如建筑顶面、地下室、卫生间、水利堤坝以及防潜工程等。

6纳米保温材料

随着我国推行节能减排的方针,工程界也越来越注重建筑的保温节能性能,我国目前使用的比较多的仍是聚氨酯、石棉等传统隔热保温材料,这些材料在使用过程中容易产生一些对人体有害的物质,如石棉与纤维制品含有致癌物质,聚氨酯泡沫燃烧后释放有毒气体,而通过使用纳米材料开发研制的保温材料则能避免这些弊端,如以无机硅酸盐为基料,经高温高压纳米功能材料改性而成的保温材料不仅具有很好的保温效果,同时对人体也无损害,是一种绿色环保保温材料。

7纳米技术在其粘合剂以及密封材料和剂方面的应用

对于一些在深海中作业的结构以及其他特殊环境下工作的构件,它们对结构的密封性的要求非常高,已超过了普通粘合剂和密封剂所能满足的范围。国外通过在普通粘合剂和密封胶中添加纳米SiO2等添加剂,使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能都大大提高。其工作机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料,使之具有永久性,将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构,即纳米SiO2形成网络结构的胶体流动,提高粘接效果,由于颗粒尺寸小,更增加了胶的密封性。大型建材机械等主机工作时的噪声达到上百分贝,用纳米材料制成的剂,既能在物体表面形成半永久性的固态膜,产生根好的作用,大大降低噪声,又能延长装备使用寿命,具有非常好的应用前景。

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化妆品作为一种特殊日用化工产品，由各种原料或添加剂经过合理配方加工而成。因此，化妆品学也通常被认为是一门交叉性很强的综合学科，其主要涉及物理、化学、生物、生理、化工工艺、化工工程机械、医药卫生、材料等多种学科。因此，在化妆品产品的研发和生产过程中，将纳米技术科研成果转化并应用到新的化妆品产品中，能从根本上大大提高化妆品的性能、科技含量及市场竞争力。正因为如此，纳米技术有望在未来的化妆品产业中得到广泛的应用。

纳米无机材料在抗紫外线化妆品中的广泛应用，可以很好地克服有机紫外线吸收剂的缺点，提高物理防晒剂的防晒效果。

纳米ZnO可采用固相反应――高温热解法、均匀沉淀法等方法来制备。纳米ZnO粉末颗粒尺寸可小于1nm，可见光可以穿过粉末颗粒，其特点是渗透性和分散能力强，在化妆品和个人护理用品的配制中能充分发挥防晒能力。纳米ZnO在阳光、尤其是在紫外线的照射下，在水和空气(氧气)中能自行分解出自由移动的带负电荷的电子，同时留下带正电荷的空穴.这种空穴可以激活空气中的氧变成活性氧，活性氧有极强的化学活性，能与包括细菌内的有机物在内的多种有机物发生氧化反应，从而把大多数病菌和病毒杀死。据测定，纳米ZnO的浓度为1％时，在5分钟内对金黄色葡萄球菌的杀菌率为98.86％，对大肠杆菌的杀菌率为99.93％。因此，在化妆品中添加纳米ZnO，既能屏蔽紫外线，具有防晒功能，又能抗菌除臭。

纳米SiOx为无机物，易于与化妆品其他组分配伍，无毒无味，不产生化学过敏。并且它本身是白色的，可以简单地加以着色。尤其可贵的是，纳米SiOx反射紫外线能力强，稳定性好，被紫外线照射后不分解、不变色。也不会与配方中其他组分起化学反应。因此。纳米SiOx在防晒化妆品中得到了广泛的应用，目前，已经成功地在染发油梳、油膏和防晒霜等产品中应用纳米SiOx，使得该类产品的性能获得显著的提高。

纳米Ti02具有很好的散射和吸收紫外线的能力，它吸收紫外线的能力与颗粒尺寸密切相关。吸收波长为300nm的紫外线的最佳颗粒尺寸为50nm，波长增加时，最佳颗粒尺寸随之增大，但吸收的绝对值减少。TiO2的颗粒尺寸越小，抗紫外线的能力越强.同时也有使皮肤增白的效果。在化妆品中适当增加纳米TiO2的含量，可以显著地提高防晒系数(SPF)，如含5％时SPF为15，含10％时SPF为30。纳米TiO2防晒剂在UVB和UUVA处对紫外线的吸收都很强，其吸收效果远好于有机紫外吸收剂。纳米TiO2基于光催化反应使有机物分解而具有抗菌效果.在水和空气的体系中，它在阳光，尤其是紫外线的照射下能够自行分解出自由移动的带负电荷的电子和带正电荷的空穴。发生一系列的化学反应，形成电子一空穴对。吸附溶解在TiO2表面的氧俘获电子形成O-2.而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成HO-，生成的原子氧和氢氧自由基都有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有机物反应(氧化)，同时能与细菌内的有机物反应，生成CO2和H2O，从而在短时间内杀死细菌。

防晒剂的选择是防晒化妆品配方的核心所在。传统的防晒化妆品往往使用有机化合物作为紫外吸收剂，但是，为了尽可能保护皮肤不接触紫外线，必须提高其添加量，而这样就会增加产品成本，降低产品的安全性。与传统的防晒化妆品相比纳米防晒化妆品有显著的优越性，体现在以下几个方面：

1.更强的防晒性能：将二氧化钛及氧化锌纳米化、超细化，在粉体表面包覆具有亲水、亲油功能基团的表面化处理，以此提高粉体的适配性以及在不降低透明度的情况下显著提高两者的UvA屏蔽效果；

2.较弱的刺激性：传统的有机防晒剂活性和刺激性较强，会对皮肤产生毒副作用，而纳米无机材料克服了传统配方的缺点，应用非常安全；

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1.1汽车尾气的净化城市建设的发展与城市人民生活水平的提高，使汽车成为了人们出行必不可少的交通工具。汽车数量的增多，在很大程度上加剧了我国汽车尾气的排放量，从而加重了我国大气污染的程度。大气中汽车尾气含量的增加不仅会对人们的生活空间造成严重的污染，并且会进一步危害人们的生命健康安全。为了解决这一问题，我国已经开始了对新型清洁能源的研究以及对汽车尾气净化方法的钻研，然而收效甚微。而纳米技术与纳米材料的出现在很大程度上为这一问题的解决带来了重大突破，对我国城市大气环境净化具有重要的作用与意义。人们通过利用纳米材料来制作汽车尾气传感器的方式，来对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤，并对超标的尾气排放情况进行监控与报警，从而更好的提高汽车尾气的净化程度，降低汽车尾气的排放量。并且人们还利用纳米技术来对汽车尾气的空燃比情况进行科学合理的调试，以最大限度的减少汽车富油燃烧情况的出现，从而有效的降低汽车尾气中有害气体的排放量、减少石油能源的消耗。通常来说，人们选用纳米稀土钛矿型符复合氧化物来作为尾气筒的制作材料，因为此种材料能够有效的对汽车排放出来的一氧化碳、一氧化氮等有毒气体进行催化和转化。使其转化成为干净的空气。

1.2室内空气净化人们为了美化自己的居住空间或是需要对新购置的房产进行装修，就难免会使用大量的涂料、油漆等富含甲醛、甲苯的化学用品来涂刷家具或墙壁，这就会使得装修房间内甲醛、甲苯等有害气体浓度大大提高，从而对人们的生命健康造成一定不良的影响。而将光催化剂用于新装修的房屋内能够很好的对超标的甲醛、甲苯等有害物质进行降解和吸附，提高物内的空气清新度，使室内空气更加安全、无害。而纳米TiO2则是一款十分不错的光催化剂原料，对甲醛、甲苯等有害物质具有良好的吸附于降解作用。与此同时，纳米TiO2新材料还具有十分强大的杀菌与除臭作用，能够快速、高效的提高室内的卫生安全程度。由于纳米TiO2新材料具有这一优势，因此其在医院中的病房与手术室中也具有十分广泛的应用。1.3对大气中硫氧化物的净化工业，尤其是重工业的发展使得我国城市空气中的二氧化硫、一氧化碳与碳氧化物气体含量大幅增加，对人们的健康造成了十分恶劣的影响，长此以往，将会造成不可估量的严重后果。而大气中这些有害气体的增加主要是由于化工场各种化学燃料未能充分燃烧造成的。而将纳米材料制成的催化剂应用到燃料燃烧过程中，能够有效的促进化学能源的充分燃烧，从而降低一氧化碳有害气体的排放量，并且还能够使燃烧中产生的硫化物以固体的形式保存下来。而这对大气环境质量的改善具有十分重要的作用和意义。并且利用纳米材料作为燃烧的催化剂，还可以促进能源利用率的有效提高，推动我国企业节能减排的发展。

2纳米技术在水污染治理中的应用

2.1处理无机污染废水重金属是一种十分有价值的资源，在我国的生产生活中具有十分重要的作用。然而由于在重金属开采与工业生产中人们没有做好相应的技术处理措施，致使大量的重金属资源流失，其中一部分流失的重金属会进入水中，造成水资源的严重污染。而受污染的水会通过各种渠道对环境与人们的身体健康造成不良的影响与危害。而利用纳米技术中的纳米粒子对无机污染废水进行处理，能够对水中的重金属粒子进行还原，使其形成重金属结晶体。这样一来，就既有效的使水资源变得更加清洁健康，而且也在另一程度上实现了对重金属的回收，减少了资源浪费，可谓是一举两得。

2.2处理有机污染废水科学研究已经证明，作为光催化剂原料的TiO2能够有效的对被氧化水中的有机物质进行降解。相关科研机构已经证实，纳米光催化剂能够对污染水中的八十多种有机污染物质进行降解处理，通过光化学反应使这些有毒物质变为对环境和人力无危害的物质，从而有效的实现对环境中有机污染废水的净化。提高环境中水的健康清洁程度。

2.3对自来水进行净化处理新型纳米级净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AL2O3的十到二十倍。新型纳米净水剂通过对纳米磁性物质、纤维物质以及活性炭装置的利用，能够很好的实现对水中悬浮颗粒以及各种杂质的吸附，使水中的异味和铁锈等物质得以去除干净，从而实现对自来水的全面净化。在此基础上，人们还可以利用带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球处理装置，来实现杀灭自来水中细菌、病毒的目的，从而进一步提高饮用纯净水的卫生安全质量，并且在这一过程中，水中的各种矿物质元素并不会被吸附掉，而是能够最终保存在水中，提高自来水的矿物活性成分含量。

3纳米技术在其它环保领域中的应用

3.1纳米技术在城市固体废物处理方面的应用纳米技术在城市固体废物处理方面所发挥的作用主要体现在以下两个方面：首先，利用纳米技术能够很好的实现对橡胶、塑料以及印刷电路板等固体废物的处理。人们通过利用纳米技术对这一类型的固体废物进行再加工，使其形成微粉颗粒，并将其中夹杂的各种杂物、异物去除，就能使这些由橡胶、塑料等制成的微粉颗粒原料得以循环利用，提高资源利用率。第二，利用纳米TiO2催化技术加速城市废物的降解速度，从而有效缓解城市垃圾量不断加大给城市环境污染治理带来的压力。

3.2纳米技术在防止电磁波辐射方面的应用电子信息科技的发展使得电磁场、电磁波等在城市中的运用越来越普遍。而研究发现，电磁场发出的电磁波在很大程度上会对人的神经系统造成一定的不利影响、威胁人们的生命健康安全。而纳米技术与纳米材料的出现则有效缓解了电磁波问题带给人们的压力。人们通过在墙体中安装纳米材料的方式来提高建筑的抗辐射能力，从而保证生活在建筑内的人免受电磁波的干扰与辐射。

3.3纳米技术及纳米材料在噪声控制方面的应用随着科学技术与社会经济的发展，城市中的人口聚集程度也越来越高。喧闹的人群、发达的工业生产、汽车等都在很大程度上加剧了城市噪音的强度。科学家们已经通过相关的科学研究与实验证实，当噪声污染达到一定级别时很可能对人类的身体健康造成不利影响，重者甚至会造成人的死亡。一般来说，飞机、轮船、汽车以及工厂中的某些机械在启动状态下，其噪声可达到上百分贝，导致环境噪声污染的形成。而将纳米技术应用到这些机械设备中，能够有效降低机械设备之间的摩擦作用力，从而有效降低噪声的分贝，实现对噪声污染的有效控制。利用纳米科技研发出的剂应用到机械设备后，不仅能降低机械运行时的噪声，还可以促进机械运行寿命的延长。

4结束语

篇7

关键词：纳米技术及其相关产业；概念界定；体系辨识。

当前，“发展纳米技术及其相关产业”这一口号，已被提升到实现中国梦苏州篇章、苏州实施创新引领战略进而华丽转身的重大战略高度，那么什么是纳米技术及其相关产业，搞清楚这一问题，则无论对于苏州的决策者、研究者还是实践者来讲，都具有重要的建设性意义。

去年，我们在执行一项有关促进苏州市纳米技术及其相关产业发展的重大软科学课题时，首当其冲地遭遇到这一问题。通过文献检索与分析，我们发现，由于纳米技术及其相关产业纷繁复杂，纳米科学技术界尚未对该一问题形成共识；同时，社会科学理论界卷入纳米领域研究较少，可资借鉴的成果太少。然而，这一问题的解决将直接影响到我们研究项目的进一步履行，为此，我们设立了一个研究子课题，本文即是该子课题研究成果，在此抛砖引玉，期望不仅对苏州市，也对国内其他正在促进纳米技术及其相关产业发展的地区起到启迪作用。

一、什么是纳米技术及其相关产业

要搞清楚纳米技术及其相关产业首先要理解纳米与纳米尺度范围，以及纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义，本节我们将据此入手，进而界定纳米技术及其相关产业的概念。

1.纳米与纳米尺度范围

纳米（Nanometer，缩写nm）是计量学中的长度单位。1纳米（nm）等于10-3微米（mm），等于 10-6毫米（mm），等于 10-9米。1—100纳米（nm）被纳米学界公认确定为纳米尺度。 通过不同物体相对尺度大小比较（见图1）及纳米尺度范围内常见球形物体大小比较（见图2），可以加深对于纳米及纳米尺度范围概念的理解。

2.纳米尺度范围内物质的质变特性及其意义

科学家发现，当物质小到1 ～100纳米时，由于其量子效应、物质的局域性及巨大的表面及界面效应，物质的很多性能将发生质变，呈现出许多既不同于宏观物体，又不同于单个孤立原子的奇异现象（白春礼，2001）。即在原子、分子及纳米尺度上，物质表现出极其新颖的物理、化学和生物学特性，该特性能被人类学习、掌握、控制和利用，从而使得人类社会现存的一切发生翻天覆地的变化。

3. 国外科学家如何理解与解释纳米技术

看一看国外科学家如何理解与解释纳米技术或许对我们会有很大帮助，以下是国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释（转引自彭练矛，2011）：

“The term nanotechnology means different things to different people. It used to cover anything from making microelectromechanical systems （MEMS） to creating designer proteins.”

“Whatever we call it， it should let us

—— Get essentially every atom in the right place.

—— Make almost any structure consistent with the laws of physics and chemistry that we can specify in atomic details.

—— Have manufacturing costs not greatly exceeding the cost of the required raw materials and energy.”

这两段英文的中文翻译如下：纳米技术术语意味着对于不同对象人群的不同事情。它通常涵盖从制造微电子机械系统到创造人造蛋白质的所有事情。然而，不管我们如何称呼，纳米技术的实质应该包括：每一个原子应被安排在合适的位置，任何相应建构应符合原子水平上的物理和化学原理，原材料和能源等相应制造成本应不是太贵。

从以上国外科学家对于什么是纳米技术的典型解释中我们可以发现，纳米技术（nanotechnology）在国外是一个约定俗成的术语，是对纳米领域新生事物科学研究、技术研发和工程应用的统称，纳米技术尚是一个发展中的概念，目前还没有被严格界定。

4. 纳米技术概念

经过上面的铺垫，现在我们可以来探讨界定纳米技术概念。对于什么是纳米技术，麻省理工学院（MIT）的德累克斯勒（Drexler）教授曾作出过一个解释：

“在分子水平上，通过操纵原子来控制物质结构，利用单个原子组建分子系统，据此制备不同类型的纳米器件”（Drexler，1990）。

而在中文语境中，谈到技术往往还牵连到科学与工程，对此，白春礼院士也有一个解释：

“纳米科技是20世纪80年代末、90年代初才发展起来的前沿、交叉性新兴学科领域，是指在纳米尺度上研究物质（包括原子、分子的操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术”（白春礼，2001）。

白院士所指的纳米科技既包括纳米科学又涵盖纳米技术。实际上，中文语境中的纳米科技常常是纳米科学研究、技术研发和工程应用的统称。指在纳米尺度上研究物质和体系的现象、规律及其相互作用，重新认识自然界，发现新现象和新知识，并通过直接操控原子、分子结构的技术来创造对人类有用的新的物质和产品。

综上所述，可见所谓纳米技术是指涉及到纳米科学研究、材料发展和制备、器件制造以及产品开发生产之所有技术的总和。

5. 纳米技术相关产业概念

知道了什么是纳米技术以后就较易分辨纳米技术相关产业。过去的二、三十年，纳米科学技术的进步，尤其是纳米技术的应用已经和正在对人类社会的经济发展、社会进步和国防安全产生重大影响。然而，这仅仅是开始，纳米科学研究、技术发展和工程应用已经和正在引发一场新的工业革命，证据表明，纳米技术在材料、信息、能源、环境、生命、生物、军事、制造、纺织、染料、涂料、食品等产业领域都具有广泛而重要的应用。而一旦这些产业领域中纳米技术应用产品批量化、商品化和规模化，则自然形成一个个纳米技术相关产业。

二、纳米技术体系范畴

界定了纳米技术及其相关产业概念后，本节与下节我们可以转而讨论纳米技术体系范畴以及纳米技术相关产业体系范畴。

技术来源于科学，是理论知识应用于实践、解决实际问题的方法和手段，因此谈到纳米技术不能不涉及到纳米科学。尽管目前学术界对于纳米科学的内涵和分类尚存在着不同的认识和提法，但对于这一新兴领域多学科交叉特性的认识是一致的。一般而言，纳米科学可以包括纳米材料物理学、纳米材料化学、纳米材料学、纳米测量学、纳米电子学、纳米机械学和纳米生物医学等，由此也产生了按照这一体系分类的纳米技术。

然而，白春礼院士（2001）认为这种与传统学科紧密联系的分类方式无法简单便捷地勾勒出纳米科技的大致轮廓，而且各类别之间又有交叉和重叠。因此，他建议将纳米科学研究分为“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大领域， “其中纳米材料是纳米科技的基础； 纳米器件的研制水平和应用程度是人类是否进入纳米科技时代的重要标志； 纳米尺度的检测与表征是纳米科技研究必不可少的手段和理论与实验的重要基础”（白春礼，2003）。据此，纳米技术体系又可主要由上述三大范畴来表达。

我们认为上述与传统学科紧密联系的分类及三个大类的简单分类都有各自的道理和应用价值，前一个分类便于整合发展纳米学科知识和实施教育培训，而后一个分类则更多地聚焦到纳米科学技术当前关键发展领域，重点特出、应用性强。若与纳米技术相关产业相联系，则我们更倾向于并将更多地采纳和应用后一个分类。

无独有偶，日本专利局《专利申请技术动向调查报告》中提供了一个与应用实际联系密切的纳米技术分类（见图3，该图由DRM咨询公司补充修改而完成），该分类基本遵循上述三个大类分类范畴，并采用图式标识了各主要应用领域中的发展状况，恰好为三大类纳米技术分类体系作了一个生动的注解，虽然尚未达到完整完善的程度，但已有很大的参考价值。

沿着三大类纳米技术分类思路继续往下走，可以得到图4所示纳米技术分类体系。其中一级状态子目录包括“纳米检测和表征技术”、“纳米材料制备技术”和“纳米器件制造技术”。而每个一级目录又可进一步产生二级目录，如纳米检测和表征技术可分为“扫描探针显微技术”和“原子级和超精密加工技术”；纳米材料制备技术可分为“化学制备技术”、“物理制备技术”和“综合制备技术”；纳米器件制造技术可分为“LIGA制造技术”、“超精密机械加工技术”、“特种加工技术”、“注塑成形加工技术”和“机械组装技术”等。需要说明的是，这一分类只是大体上勾勒了纳米技术发展现状，提供了一个整体认识把握的粗略框架。现实纳米世界中的实际情况则更为纷繁复杂，不仅存在着旁支末叶，也可以进一步细分和再细分。

三、纳米技术相关产业体系范畴

应用上述“纳米材料”、“纳米器件”和“纳米检测和表征”三大范畴的纳米技术分类思想，可以推导出纳米技术相关产业体系范畴，如图5所示：

如图5所示，首先，纳米技术相关产业可以被界定为纳米材料产业、纳米器件产业和纳米检测仪器设备产业，其中纳米材料是纳米技术相关产业得以生存发展的原始基础，没有纳米材料则一切无从谈起；纳米器件系纳米材料进一步加工组合后的产物，是延伸发展各种纳米技术应用产品的基础；而纳米检测仪器和设备则是发展纳米材料、器件及其延伸产品的必不可少的硬件手段，缺乏这些手段，事情就无法进行。

上述三者一方面构成了纳米技术相关产业生存发展的基础，另一方面，正是基于这种基础性和不可替代性，它们各自能够发展成三个供需旺盛的分支产业，并在每个分支产业下面各自生成若干数量不等的子产业。

此外，鉴于纳米材料和纳米器件能够被应用到各个新兴和传统产业领域，创造出各种各样新颖独特、质量上乘、性能优异的新产品，因此，在上述三个分支产业以外，又可辨识出纳米材料应用和纳米器件应用两个分支产业。当然，这两个分支产业下面更能各自生成若干数量不等的子产业。

若从事情发生的先后次序来看， 纳米科学技术研究发展的需要首先造就了纳米检测仪器设备产业和纳米材料产业。结合纳米检测手段和纳米材料的研究创造了纳米器件， 纳米器件（如纳米传感器）的推广应用催生了纳米器件产业。接着，纳米材料和器件在各个领域的广泛应用开发出许多新颖产品和更新换代产品，从而发展出形形的纳米产品产业，并进一步促进纳米材料、器件和检测仪器设备产业的发展。这就是纳米技术相关产业相伴共生、互促共长的内在逻辑。

在现实生活中， 纳米材料产业和纳米检测仪器设备产业已经形成一定规模，发展相对成熟。处于纳米技术高端的纳米器件产业（电子/光电子器件、量子器件、以及微/纳机电系统）目前尚处在发展成长过程中，这是纳米大国共同关注、竞相角逐的领域，也是进一步发展的方向，其中属于MEMS/NEMS范畴的微纳传感器分支产业已经初具规模。同时，纳米材料和器件的应用已经渗透进入许多不同的经济和社会领域，例如，电子和信息、生物与医药、环境保护等，从而增殖衍生出发展状况各异、纷繁复杂的纳米技术产品和产业。

当然，换一个角度，如果忽略纳米技术居中扮演的角色，这一复杂逻辑体系中各个分支仍可分属于自己的母体产业，例如，纳米材料产业可归属于材料产业，纳米检测仪器设备产业可归属于仪器设备产业等等，由此也揭示了纳米技术相关产业所具有的双重产业属性。

四、结 语

以上我们通过运用相关文献资料， 进行抽丝剥茧式的逻辑分析，界定了纳米技术及其相关产业的概念， 进而揭示了纳米技术及其纳米技术相关产业的体系范畴，从而为从社会科学角度研究促进纳米技术及其相关产业发展（譬如制定技术/产业发展路线图）奠定了有关客体对象的认知基础。

当前，纳米技术与信息技术和生物技术一起并列为世界三大高技术前沿热点领域，而纳米技术又在促进信息技术和生物技术发展中扮演了重要角色，正在悄然引发着新一轮工业革命，成为国际高科技及其产业竞争的制高点。期待我们这一抛砖引玉的工作能为苏州/中国抢占这一制高点作出些微贡献。

参考文献

赵康等。《苏州市纳米技术及其相关产业发展战略研究总论》， 古吴轩出版社，2012。

杨辉。《纳米科学技术概论》（未发表PPT课件），2010。

白春礼。纳米科技及其发展前景。《科学通报》，2001/2。

白春礼。全面理解纳米科技内涵，促进纳米科技在我国的健康发展。《微纳电子技术》，2003/1。

彭练矛。《纳米科技和纳米电子学》（未发表PPT课件），2011。

基金项目：苏州市2012年度重大软科学课题，项目编号：SR201201。

作者简介：赵康（1950 –），男，江苏苏州人，博士，教授，博导，主要研究方向为公共管理、咨询学、专业社会学。顾茜茜与陈加丰均为赵的博士研究生，赵迪凡为项目研究助理。

What Is Nanotechnology and Its Related Industries

——Concept Defination and System Identification

ZHAO Kang GU Xixi CHEN Jiafeng ZHAO Difan

（School of Politics and Public Adminstration， Soochow University， Suzhou 215021， China）

篇8

微细加工技术微细加工技术主要包含超精密机械加工技术、ICY工艺、能量束加工等很多方面和方法。如果是一些较为简单的加工，比如面、线轮廓等的加工，采用的难点金刚石和立方氮化硼刀具就能完成切削、抛光等技术。对于一些稍微复杂的结构，机械加工的方法是无法完成的，所以还需要工艺硅的加工技术。纳米机械技术和加工技术纳米机械技术是一个很广泛的领域，研究的方面有纳米加工过程中的动力学方面、纳米摩擦学方面和纳米构件工程等，本文所讲的纳米机械技术只是纳米机械实现纳米尺寸的一些方面的功能，比如纳米尺度的移动和定位等。纳米加工技术主要在两大方面发展，即：传统的超精度加工技术的完成，比如完成机械加工中及其极限的精度加工等；新的加工方法，比如使用可操纵的原子和分子的表面刻蚀等。这些加工工艺一般的加工是很难完成的。

2纳米技术在机械中的应用

随着现代的机械制造业大力发展，纳米的加工技术包含的方面也越来越广泛，越来越受到各国的关注。微型机械的纳米加工技术总体可以归结为以下几个方面：第一，微加工技术，此项技术对于环境的要求较高，需要较为清洁的环境，主要是微型机械的零件刻蚀技术上的应用。第二，控制方面，比如微型传感器的应用，驱动器和控制器在传感器的作用下，可以协调的进行工作。第三，微装配技术，这项技术主要是把微型机械所用到的微型机构、微型执行机构等结合起来，成为一个有机的整体。下面是一些纳米技术在机械应用方面的例子。无摩擦微型纳米轴承最新的世界纳米技术成果是美国科学家研究出的接近无摩擦的纳米轴承，它的直径仅为头发的直径大小。这种新技术下的轴承在进行使用时基本上实现了无磨损和无撕裂，这将被投入到微型装置的原件使用中。微型机械本身的尺寸就相当于头发的直径，而纳米几点系统的尺寸更小，接近1nm，是普通微型机械的千分之一。在微型的机电中摩擦问题是一大难题，新型的纳米轴承基本上解决了这一难题，达到了最小摩擦的极限。纳米陶瓷刀具我国某工业大学材料学院就完成了我国地方重大的纳米项目，研究出了金属陶瓷刀具的制作技术，并且这一技术已经通过认定，这将是一项利用纳米技术进行材料制作的新标志。纳米磁性液体密封磁性液体是一种新型的材料，它同时具有磁性和流动性，是世界上很多发达国家目前使用较多的一种密封技术.普通的材料根本无法达到同时具有这两种性质。这种新型的材料满足了一些高硬度物料超细粉体的密封要求，在密封时利用磁场将磁性的液体固定在要密封处，此时就会形成一个磁液圈，这样不仅使得污染和浪费都减少了，还提高了效率。

3纳米材料在阀片上的应用

我国中科院上海硅酸盐研究所同上海电瓷厂共同研究出的特殊功能的阀片，主要应用于功能陶瓷材料中，这里可以提高阀片的绝缘强度，也即提高了阀片大电流耐受力。这也是我国纳米技术的一项在机械方面的应用。纳米发动机材料纳米复合氧化锆是纳米材料中应用于工业方面比较成功的材料之一。纳米复合锆材料能够实现导氧及储氧的功能，同时它的耐高温性也很强，主要被应用到最新的汽车发动机及尾气排放等的系统中。纳米技术马达纳米技术马达是由美国研制，在中国首次面世的一项纳米技术。纳米技术马达体积很小，是传统电磁马达的0.05倍，长度是平常使用火柴的3/4，负载能力是4kg以上，与传统的马达相比，寿命也高了很多。主要用在玩具和汽车的一些电动设施中。纳米燃油装置我国的专家成功的研制出具有世界先进技术水平的纳米燃油装置。这种装置与传统的装置相比，燃油更加充分。主要应用到了极地车辆中。纳米剂技术的产生很好地解决了摩擦和机械磨损。纳米剂的发明使得很大一部分零件不再需要频繁的更换，同时这些机械的使用寿命有了很大程度的提高。

4纳米技术在机械应用中的优势

与传统的机械工程相比，纳米技术在机械应用中体现出了很多方面的优势，在不断的发展中获得了明显的成果。纳米技术的尺寸效应优势纳米技术使传统的一些使用部件的尺寸缩小了很多，将过去的毫米级别的进化到了纳米级别。纳米技术在机械应用中，降低了机械体积，这也促进机械方面形成一种心动的机械：微型机械。微型机械不仅仅是在尺寸上减小了很多，在微机构、微驱动器、微能源以及微传感器等装置都有了改进，形成了一整套微型机电系统。这些微型机电构置都是纳米技术的研究成果。这种技术远远超出了传统机械的范畴，是现代的一种创新思维下的科技纳米技术成果。纳米技术的多元化应用纳米材料的特殊性，使得纳米技术的应用多元化。纳米材料在纳米技术下形成的产品，不仅形态更加微小，而且功能更加强大。对于传统材料无法完成的功能，纳米材料产品可以完成，而且还在不断的发明出更多新型的材料。纳米材料可以将微量元素融入到基础材料当中，从而达到更好的功能效果。纳米材料摩擦性能的提升纳米技术在机械应用中最为突出的应用是解决机械摩擦的性能。再继续额运动中，轴承间的摩擦是无法消除的。过去的轴承在使用当中摩擦问题是一个难题。当纳米技术出现后，一方面使得各类机械结构尺寸减小了很多，零件尺寸越小摩擦力的影响越大，如果摩擦力过大，那么更严重的还会磨损到零件，影响到正常的使用。但是纳米技术也解决了这一问题，纳米材料实现了机械的最小摩擦极限，达到了理想的运行状态。纳米技术节能效果纳米技术不仅实现了体积上的减小、功能上的强大，还能实现环保节能，真正实现了集功能、实用、环保于一体。随着纳米技术的不断发展，很多新型的材料也被研发出来，这些新型的材料实现了材料的节约目标，所以传统的机械工程中有些需求量较大的材料使用率大大降低了，对于原材料的节省，起到了很大的节约作用。

5纳米加工技术与微型机械

纳米加工技术的出现和不断发展为微型机电系统的发展提供了条件，使微型机电系统进入了一个全新的领域。微型机械现在世界上的微型机械的研究已经发展到了一个很高的水平，已经能够制造出很多类型的微型机构和微型零部件。在三维的机械构件上已经有了很多研制品，比如微齿轮、微轴承、微弹簧等。其中微执行器是相对较为复杂的微型器件，但是也研制出了微开关、微电动机、微泵等器件。微型机电系统微型机电系统就是相对比较复杂的机电系统，比如微型机器人，它可以用于搜集情报、窃听等。微型机电系统在医学上也有荷藕使用的意义，比如微型医学机器人可以进入人体的血管进行一些操作。总之这些微型机电系统越来越接近实用化，接近人的生活。在航空航天上微型机电系统也有很重要的使用，比如惯性仪表，它具有体积小，重量轻、精度高等优点。现在微型器件的发展也有了一定的应用水平，加上微电子的工业集成电路的经验可以应用到这个新的方面，所以纵观各方面的技术和经验，现在MEMS的发展条件已具备。

6总结

篇9

关键词 纳米技术 化工 应用

中图分类号： TQ02文献标识码：A

Application Analysis of Nanotechnology in Chemical Industry

WANG Jingxia

(Department of Chemistry and Chemical Engineering of Jining University, Jining, Shandong 273155)

AbstractWith the development of science and technology, nanotechnology has been more and more into people's daily lives, and the chemical industry as a pillar industry of national economy, apply nano-materials and nano technology-based high-tech to chemical production, will certainly have a positive role in promoting. Therefore, this paper analyzes the application of nanotechnology in chemical industry.

Key wordsnanotechnology; chemical; application

1 纳米技术的特点

纳米是一种新的度量单位，当物质达到或者接近纳米尺度范围以后就会形成一种特殊的结构层次，使其本身所具有的诸如强度、韧度、比热、导电磁等性能发生突变，从而表现出一些新的性能。这种性能既不同于原来内部结构中单个的原子或分子，也不同于宏观物质所构成的材料的性能。下面就对纳米材料所表现出的一些特殊性能进行细致分析：

（1）力学性能。提高材料的硬度、韧性以及强度一直都是材料研究的主要方向。而具有纳米结构的材料则能够表现出更强的力学性能，由于纳米材料的强度与粒子直径成反比，而材料中粒子的细化以及高密度的存在极大程度的降低了纳米材料的位错密度，使得临界位错圈直径远大于纳米粒子的直径，这也就避免了在纳米结构中发生位错滑移和增殖，即纳米晶强化效应。（2）磁学性能。当粒子间的尺寸达到纳米范围内时，粒子间的相互作用就会发生变化从而影响到物质材料的宏观磁性。在纳米结构中，各粒子的磁性随着方向的变化而改变，所表现出的磁性 也与粒子的形状、结构以及内应力有关，并且具有明显的体积效应。（3）电学性能。在纳米结构中，由于晶界面上原子体积分数增大其电阻也就高于同类的粗晶材料，甚至发生尺寸诱导。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑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，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。（4）热学性能。由于在纳米结构中的界面原子的密度很低并且排列混乱，也就削弱了彼此间的藕合作用，所以就使得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。因此，在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。

2 纳米技术在化工行业中的应用

由于纳米结构在强度、韧度、比热、导电磁等性能上都明显优于同类型的物质材料，因此可以利用这些纳米技术制造出一些具有特殊功能的材料，并将其运用到化工行业生产当中。目前，纳米材料已经在高力学性能环境中得到了广泛的应用，在化工行业当中利用纳米技术制造的超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、表面涂层以及剂等都有着非常重要的应用。

在化工生产的过程中，为了提高化学反应的速度和反应速率，要在反应过程中添加一些催化剂。传统的催化剂存在着明显的缺点，造成生产原料巨大浪费的同时也大大降低了企业的经济收益，甚至还会带来严重的环境危害，而如果使用纳米材料作为催化剂，利用其表面活性中心多这一特点，可以有效地提高化学反应速度和反应速率。由于纳米材料所具有的特殊性能，将其利用于表面涂层技术当中也是化工行业研究的重点。表面涂层技术按照用途的不同可以分为结构涂层和功能涂层。其中结构涂层的作用是用来提高和稳固基体材料本身所具有的性能，例如有用来增强基体材料的硬度以及耐磨性、抗氧化能力、耐热耐腐蚀性等的结构涂层。而功能涂层则是指给基体材料增加一些本身并不具备的功能，从而提高基体材料的整体性能，例如有增加导电性、绝缘性的电学功能涂层，增加光反射、光吸收以及消光的光学涂层以及增加热敏、湿敏、气敏的敏感性涂层等等。而纳米结构在强度以及韧性方面都有极强的优越性，能够很好地起到静电屏蔽的作用，因此用纳米材料做为表面涂层，能够很好保护基体材料的同时也可以使其本身的功能得到进一步的提升。另外，也可以在传统表面涂层的基础上配合使用纳米材料，即为纳米复合体涂层。这种将纳米结构的优势与传统涂层技术相融合，进而达到优势互补的方式，将传统的表面涂层工艺提升到一个新的高度。由此不难看出，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。

纳米技术在精细化工领域也有着极为广泛的应用。由于精细化工的涵盖面非常广，产品数量众多，并且涉及到人们日常生活的方方面面。因此，将以纳米技术为主的高新科技融入其中，进一步改造和提升精细化工的产品性能是其未来发展的趋势。例如利用纳米结构制造高强度的聚合物材料、研制纳米色素以及纳米感光胶片等等。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料也能够发挥其重要作用。在橡胶中加入以纳米材料作为添加剂，可以有效地提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力，并且能够增强相交的耐磨度。将纳米材料运用到塑料生产当中，可以很好的提高塑料的强度和韧性，并且能够增加塑料本身的致密性以及防水性能。而且在粘合剂和密封胶当中添加SiO2，利用SiO2表面的一层有机材料使其具有了亲水性这一特点，在添加到密封胶以及粘合剂当中，使之能够迅速形成一种硅石结构，从而限制了胶体流动，加快固化速度，并且由于颗粒尺寸很小，可以进一步提高粘合剂的粘结效果以及密封胶的密封性。

目前，我国纳米技术在化工行业中应用正在稳固前行，所以还需要加大科技创新，以及对基础技术的研究工作，建立出一套完整技术创新体系和管理机制，提高我国化工行业整体效益和竞争力，为企业创造出一个良好的发展环境，也只有这样才能顺应时代的潮流，使传统的化工生产工艺在新形势下重新焕发生机，并且带动整个化工产业的发展。

3 我国纳米技术应用的展望

纳米技术虽然起源于国外发达国家，但是目前在我国也具有极大的发展潜力，国家也在不断提升对这方面的关注程度，一方面增加对纳米技术的研究经费，并密切关注纳米技术以及纳米材料的基础研究工作。另一方面积极推动地方政府和企业对于纳米技术的应用，从而实现了以基础研究到产品应用的完整体系。现阶段，我国对一些纳米材料的研究也取得了令人瞩目的成就。在物理、化学方面采用多种方法研制出的高密度、性能优越的纳米陶瓷，以及制备出的金属合金氧化物、碳化物等纳米化合物，并且建立了相应的基础设备，能够真正意义上做到控制纳米微粒的尺寸大小，制成纳米薄膜以及其它纳米材料与传统材料相比较而言，在强度、硬度、韧性以及扩散度、可塑性、导电率等方面都有显著提升。并且我国还在世界上首次发现了氧化铝晶粒在拉伸疲劳中应力集中区所表现出的超塑性形变；在颗粒膜的巨磁电阻效应、磁光效应以及自旋波共振等领域也取得了卓越的成就；设计并研制出了纳米复合氧化物体系，它对中红外波段吸收率高达 92％，并将其应用于红外保暖纤维。目前，纳米材料和纳米技术这项诞生于二十一世纪的崭新技术已经逐渐打破了人们的传统生活理念，并从根本上解决了人类所面临的诸如能源、环境保护以及医药卫生等重大问题。

4 结语

伴随着社会的高速发展必将会对能源、环境、材料技术提出新的要求，并且对其性能的要求也会越来越高。因此，以纳米材料为基础的纳米技术的诞生，将在未来对整个社会的发展起到至关重要的作用。因此可以预见，不断出现的新型纳米材料，以及纳米技术的不断改良，在未来将是纳米技术的时代，所以现在要加倍重视对纳米技术的研究工作。

参考文献

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[2]郭英.纳米材料的应用分析[J].硅谷,2010.

[3]冯新建.纳米技术及其在化工行业中应用[J].新疆化工,2008.

篇10

[关键词]纳米技术、包装、食品包装、药品包装

中图分类号：TB383.1；TB484 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0047-02

20世纪90年代初兴起的纳米技术，被认为是21世纪科技发展的前沿领域。它主要研究0.1～100nm尺寸之间的物质组成体系以及其运动规律和相互作用，其中在实际应用中纳米技术的实用性。它是一种结合科学前沿和高技术于一体的完整体系。纳米技术的出现标志着人类改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，标志着人类科学技术已进入一个新的时代――纳米科技时代。其科学价值和应用前景已逐渐被人们所认识，纳米科学与技术被认为是21世纪3大科技之一。纳米技术主要包括：纳米物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学和纳米力学。在包装行业迅速发展的当今社会，纳米技术必然会引领包装行业走向更好的未来。

1 纳米材料

纳米材料是纳米科学技术最基本的组成部分。纳米材料可定义为：把组成相或晶粒结构控制在100nm以下长度尺寸的材料。从广义上说，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸长度范围或由它们作为基本单元构成的材料。

1.1 纳米材料的结构特征和性质

纳米材料又称为纳米结构材料，主要由晶粒和晶界组成。纳米晶体结构与常规物质不同，关于纳米晶体结构特征主要有两类看法：a.以Gleiter为代表的1类气体0结构。它既不同于长程有序的晶体也不同于近程有序的非晶体，而是处于一种无序度更高的状态；b.近程有序结构说。根据大量的实验结果分析，纳米材料的晶界处存在着短程有序的结构单元，原子保持一定的有序度，趋于低能态排列。按不同的分类原则，纳米材料有不同的分类。按纳米晶体结构形态划分成4类：零维纳米材料，如原子团、量子点等；一维纳米材料，即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级，如纳米丝、量子线等；二维纳米材料，即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级，如纳米厚度薄膜，碳纳米管等；三维纳米材料，即在三维方向上晶粒尺寸为纳米量级，如通常所指的纳米固体。把所有纳米材料从结构上区分为两类：第一类纳米材料结构全部为晶粒和晶界组成，结构基元尺寸为纳米量级；第二类是低密度具有大量纳米尺寸空洞的无规网格结构，由纳米晶粒和纳米空洞（有时还有纳米骨架结构和更小的亚稳原子团簇）组成。

1.2 纳米材料优异的特性[1～2]

a.表面效应 表面效应是指纳米晶粒表面原子数与总原子数之比，随粒径变小而表面急剧增大后所引起的性质上的变化 这种表面效应使其在催化、吸附、化学反应等方面具有普通材料无法比拟的优越性。

b.体积效应 当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波波长相当或更小时，其周期性的边界条件将被破坏，使其物理性质、化学活性、电磁活性、光吸收和催化特性等与普通材料相比都将发生很大变化，这就是纳米粒子的体积效应。

c.量子尺寸效应 指纳米粒子尺寸下降到一定值时，纳米能级附近的电子能级由连续能级变为分离能级的现象，这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光学催化性等。

d.宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而发生变化，故称为宏观量子隧道效应MQT。早期曾被用来定性的解释纳米Ni晶粒在低温下保持顺磁性现象。这一效应与量子尺寸效应一起确定了微器件进一步微型化的极限，同时也限定了采用磁带磁盘进行信息存储的最短时间。

e.独特的光学性质 又分为：线性光学性质。纳米材料的红外吸收研究是近年来比较活跃的领域，在纳米SnO2、Fe2O3、Al2O3中均观察到异常红外振动吸收。目前，纳米材料拉曼光谱的研究也日益引起关注。当Si晶粒尺寸减小到5nm或更小时，观察到很强的可见光发射。进一步的研究发现，CdS、CuCl、TiO2、SnO2、Fe2O3等的晶粒尺寸减小到纳米量级时，也观察到发光现象。非线性光学效应。纳米材料的非线性光学效应分为共振和非共振光学非线性效应，前者由波长低于共振吸收区的光照射样品而导致，其来源于电子在不同电子能级的分布而引起电子结构的非线性，从而使纳米材料的非线性响应显著增大；后者由高于纳米材料的光吸收边的光照射样品导致，目前主要采用ZSCAN和DFWM技术来探测纳米材料的光学非线性。

f.巨磁电阻效应（GMR） 磁场导致物体电阻率改变的现象，称为磁电阻效应（MR），对于一般的金属其效应（2%～3%）常可忽略。巨磁电阻效应（GMR）是指在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍。最近，在一些磁性纳米材料中观测到比巨磁电阻效应大得多的效应称为庞磁电阻效应（CMR）。

g.超塑性 指材料在特定条件下变形时不存在加工硬化现象，且可以承受很大程度的塑性变形而不断裂，这种特性被称为超塑性或超延展性。材料超塑变形的基本原理是高温下的晶界滑移。除以上特性外，纳米材料还具有高导电率和扩散率、高比热和热膨胀、高磁化率和矫顽力，在催化、光电化学、熔点、超导等方面也显示出与宏观晶体材料不同的特性。

2 纳米技术在食品包装应用研究的最新技术

2.1 纳米抗菌性包装材料

传统的抗菌材料一般采用以银、铜、锌等金属离子为抗菌活性成分的抗菌剂生产工艺，新的MOD系列纳米高性能无机抗菌剂是将纳米技术导入无菌复合包装，是以MOD活性基因及无机纳米银化合物为主要抗菌成份，以各种无机材料为载体而制成的无机抗菌粉体。该抗菌材料采用高科技纳米技术制备而成，抗菌机理为金属离子作用和光催化作用，具有强力的长效抗菌功能，抗菌率可达99.9%，彻底解决了无机抗菌包装材料在应用中变色的难题，是一种无毒的广谱抗菌剂，可广泛应用于生产液体奶、饮料无菌复合包装产品。抗菌制品被世界各国认为是跨世纪的环保和健康产品，纳米无机抗菌剂具有巨大的潜在市场[3]。新型抗菌材料尼龙66中掺加了一种特殊的纳米粘土复合材料，经改性后，不但提高了强度、韧性等物理力学性能，还对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有明显的杀伤效果，同时生产成本也可大幅度降低，应用于食品等高档包装薄膜的生产。日本开发了以银沸石为母料的全新型无机抗菌剂，既起催化作用，同时有具有显著的抗菌特性，其特点为抗菌效果持续时间长，不会气化和迁移而对包装物产生影响，加工稳定性高，不会污染环境。添加银沸石母料（含量1%～ 3%）制得的薄膜或表面覆一层这种薄膜的容器，经2年试用表明：在无营养源的情况下，含1%银沸石的薄膜在1～2天内完全杀死会引起食品中毒菌类，广泛应用于熟食肉类、水产品和液体食品包装[4]。

2.2 纳米保鲜包装材料

在保鲜包装中，果蔬释放出乙烯，当乙烯释放到一定浓度后，果蔬会加速腐烂。因此，果蔬等新鲜食品的保鲜技术的思路，是加入乙烯吸收剂，减少加快果蔬后熟过程的乙烯气体含量，控制包装内部气氛浓度。纳米Ag粉具有乙烯氧化的催化作用，在保鲜包装材料中加入纳米银粉，便可加速氧化果蔬食品释放出的乙烯，减少包装中乙烯含量，从而达到良好的保鲜效果，并延长货架寿命。紫外线不仅能使肉类食品自动氧化而变色，而且还会破坏食品中的维生素和芳香化合物，从而降低食品的营养价值。利用纳米材料的光学特性，纳米TiO2粉体可以有效地屏蔽紫外线，用添加0.1%～0.5%的纳米TiO2制成的透明塑料包装材料包装食品，既可防止紫外线对食品的破坏作用，还可以使食品保持新鲜。纳米技术在食品包装领域已得到较广泛地应用，陈丽、李喜宏[5]等人成功研制出富士苹果PVC/TiO2纳米保鲜膜；李喜宏等[6]还进行了PE/Ag纳米防霉保鲜膜研制；黄媛媛等通过实验研制了一种新型绿茶纳米包装材料，与普通包装材料相比，透氧量降低2.1%，透湿量降低28.0%，纵向拉伸强度提高24.0%；绿茶包装240d后，新型纳米材料包装的绿茶中，维生素C、叶绿素、茶多酚、氨基酸保留量比采用普通包装绿茶分别高7.7%、6.9%、10.0%、2.0%。

2.3 纳米高阻隔性材料及其在高阻隔性PET塑料啤酒瓶中的应用

食品包装阻隔性主要是指氧气、二氧化碳等的气体阻隔性，水蒸气阻隔性等。目前市场上较普遍的玻璃啤酒瓶存在质重、运输破损与易爆裂，制造污染等不利因素，国外上世纪90年代就已经着手研制用于啤酒灌装的PET瓶。啤酒对包装材料要求的一个重要指标是对气体的阻隔性，首先要保证在6个月的货架期内CO2的损失率小于10%，同时氧气的透过量不超过110-6。氧气尤为敏感，极微量的氧气就可以使啤酒产生异味从而影响口感，甚至是塑料瓶体材料自身溶解的氧的渗出都会影响啤酒的品质，塑料作为啤酒包装材料首先必须解决的就是气体的阻隔性问题。PET瓶因透明，化学性质稳定，阻隔性相对好，质轻价廉，回收方便等优点广泛用于软饮料和含气饮料的包装，但作为啤酒瓶，PET的气体阻隔性仍不够高，普通PET装啤酒一般只有1个月左右的保质期，不能满足市场需求。如何改进PET材料组分使之适用于啤酒包装是该领域的一个重要课题，提高聚酯瓶气体阻隔性是实现啤酒包装塑料化首要解决的技术问题。法国Sidel公司开发的无定形纳米碳涂覆技术（ACTIS）是使等离子乙炔在PET瓶内壁凝聚淀积，形成一层高度氢化的非晶态碳均匀的纳米固体膜，厚度为20～150nm。采用ACTIS工艺处理的PET瓶，较普通PET瓶的隔氧化性能效果提高30倍，对CO2的阻透性提高7倍多，防乙醛的渗入性提高了6倍[7]。此外，中科院化学所工程塑料国家重点实验室的研究人员使用PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）聚合插层复合技术，将有机蒙脱石与PET单体一起加和到聚合釜中，成功地制备了PET纳米塑料（NPET），这种纳米塑料的阻隔性较普通的PET有了很大改善，实验表明：把啤酒装在NPET瓶里保存了4～5个月后，结果发现啤酒的口味与新鲜啤酒没有明显区别[8]。

3 纳米技术在药品包装应用研究的最新技术

3.1 高阻隔性包装

高阻隔性包装是指对氧气、水蒸气、二氧化碳等有高阻隔性的包装，高阻隔包装常采用多层复合膜。药用泡罩包装材料包括药用铝箔、塑料硬片（最常用的材料是药用聚氯乙烯PVC硬片）、热封涂料等。但因为药品对湿气、氧气等敏感和人们对药用包装要求的提高及药品储存期的延长，现在正在采用新技术将塑料硬片复合一层高阻隔性材料，如PVDC等，以提高对湿气等气体的阻隔性能，最具有代表的结构为PVC/PVDC，PVDC作为高阻隔层材料，其最大的特点就是对气体水蒸汽优异的阻隔性，很好的保持药品原味。

添加纳米级材料的无机粒子可以极大地改进基础树脂的物性，在高阻隔包装材料中发挥神奇的作用[9]。如德国Bayer公司推出的尼龙纳米复合材料，把化学改性的硅酸盐粘土分散在PA6薄膜中，这些细小颗粒不影响薄膜透明度，但建立了迷宫式的气体通路，减慢气体通过薄膜的进程。日本纳米材料公司将纳米复合材料涂在各种薄膜基体上，据称阻隔性与镀铝膜相同。既具有无机材料的高阻隔性又有塑料透明性的涂氧化硅膜是塑料阻隔技术发展的代表，这种薄膜光泽、透明性好，阻隔性优于一般共挤出薄膜和PVDC涂布膜。氧化硅的深层厚度仅为0.05～0.06 m，不会影响透明度，氧气、水蒸气的透过率极低，而且与塑料膜粘合极牢，抗弯折性极佳，耐消毒，因而在美国、日本等发达国家已生产和使用。

3.2 纳米抗菌性包装材料

纳米抗菌性包装材料在药品包装领域的应用前景有具有抗菌功能的纳米纸、纳米复合抗菌素薄膜等。主要是将一些纳米级的无机抗菌剂加入到造纸浆料或者薄膜中，制成抗菌性能极强的纳米纸[10]、纳米薄膜。

由于许多有机抗菌剂存在着耐热性差、易挥发、易分解产生有害物质、安全性能不好等问题，所以无机抗菌剂的开发成为人们的研究重点。人们利用超微细技术可以产生纳米级的无机抗菌剂，无机抗菌剂主要包括银、铜、锌、硫、砷及其离子元素。光催化抗菌剂有纳米级氧化钛、氧化硅、氧化锌等，它们能将细菌和残骸一起杀灭和消除，所以比传统的抗菌剂仅能杀死细菌本身的性能更加优越。MOD系列的纳米高性能无机抗菌剂还解决了无机抗菌剂在应用中 变色的世界性难题。

4 展望

纳米技术是未来包装技术的希望。它可以使用更少的材料，同时具有更好的性能，并且使包装成为智能化系统的一部分。纳米技术制造的包装材料有更好的强度、刚性、生物降解性、化学稳定性、热力稳定性、隔热防火特性和防紫外线特性等。这必将使得食品和药品包装领域的新材料新技术大量出现。从而使这些与我们生活密切相关的商品质量得到更好的保障。

参考文献

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[4] 黄媛媛.王林，胡秋辉. 纳米包装在食品保鲜中的应用及其安全评价[J].食品科学，2005：16（8）：442-444

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