淺談納米技術在化學工業中的應用

摘 要：納米技術的發明和運用對化學工業的發展有著重要意義，本文簡要介紹了納米科技在材料、生物技術、能源、環境等工業領域的應用。

關鍵詞：納米技術 材料 生物 能源 環境

人類對自然界的認識長期以來一直沿著宏觀宇宙的大尺度和基本粒子的微觀尺度兩個方向發展。從20世紀中期開始，人們逐漸發現，介于宏觀和微觀之間的尺度——介觀尺度也具有重要意義，它是一個人類遠未深入了解的尺度范圍，納米科技就是處于這一介觀世界中“納米尺度”上的科學技術。

納米科技是指在納米尺度（1～100nm）上研究物質（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。它使人類認識和改造物質世界的手段和能力延伸到原子和分子。納米科技的最終目標是根據原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的新穎的物理、化學和生物學特性，制造出具有特定功能的產品。

一、納米材料的應用

從材料的角度看，納米技術是通過綜合控制材料到納米尺度，引起材料性能發生顯著改變，從而用于制備特定功能的產品。納米材料的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體相比有顯著的不同。

納米材料大致可分為納米粉體、納米纖維、納米薄膜、納米塊體等四類。

納米粉體材料可用于高密度磁記錄材料、防輻射材料、單晶硅和精密光學儀器拋光材料、先進的電池電極材料、太陽能電池材料、高效催化劑、各種藥物制劑或藥物載體等。納米纖維可用于新型激光或發光二極管材料、高強度纖維（如碳納米管）等。納米薄膜可用于氣體催化材料、光敏材料、平面顯示器材料、超導材料等。納米塊體的主要用途為超高強度材料、智能金屬材料等。

二、納米生物技術的應用

納米生物技術是納米生物學的應用，即用先進的物理學、納米科技手段研究生物學基本問題，特別是在單分子水平上研究生物大分子的結構、功能和相互作用；應用物理學定量的、大規模信息處理的思路和方法革新研究方法，開拓嶄新的研究領域。如生物芯片、DNA計算機和生物信息學等等。納米顆粒能用作醫學診斷和治療的工具，納米生物技術的方法也用于發展具有多功能特性的新材料和新器件，如納米生物傳感器等。

三、納米與能源

隨著納米技術的發展，高效率、低成本的太陽能發電將成為現實。

太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發生的光電子轉移反應。除了發展環保的可充電電池外，超級電容器作為一種新型的儲能器件，具有無可替代的優越性。它儲存電荷的能力強，并具有充放電速度快、效率高、對環境無污染、循環壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。納米材料應用于超級電容電極的研究，已經引起了越來越多的關注。以碳納米管為例，它具有大的比表面積、導電性好、化學性能穩定，被認為是理想的超級電容電極材料。

四、納米技術在環境問題中的應用

隨著納米材料和納米技術的日益發展，納米環保技術也迅速發展，不僅拓展了人類利用資源和保護環境的能力，而且為徹底改善環境和從源頭上控制新的污染創造了條件。

納米材料因具有超大的比表面積及表面原子活性高等特點，對各種有毒有害氣體具有很高的吸附效率，通過表面修飾及摻雜等工藝，還可以獲得對某些微量物質的特別高的選擇吸附功能，可廣泛用于空氣凈化和尾氣排放無害化、水凈化與污水排放無害化、電磁及噪聲污染的有效控制、節能與資源的有效利用等領域。

利用納米技術還可以制備非常好的催化劑，其催化效率極高。經它催化的石油中硫的含量小于0.01%，因而在燃煤中可加入納米級助燃催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防止有害氣體的產生。納米級催化劑用于汽車燃燒催化，有極強的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產生一氧化硫和氮氧化物，根本無需進行尾氣凈化處理。而各種納米光催化氧化材料，可以利用光能降解有機物，抗菌除臭，在凈化環境、保護健康方面起著越來越重要的作用。

納米技術將不斷發生變化，將大大拓展和深化人們對客觀世界的認識，使人們能夠在原子、分子水平上制造材料及器件，導致信息、材料、能源、環境、醫療與衛生、生物與農業等領域的技術革命。當然，納米技術也與其他技術一樣，對環境和社會有正負兩方面的影響。任何一個新的化合物和產品在批準應用之前都必須進行全面鑒定，在工業化前要經過長期應用研究。當前用以評價這類產品的通用程序和方法將面臨許多挑戰。

（作者單位：南通廣播電視大學）