納米材料的國內外研究現(xiàn)狀及應用

段利利

摘 要：納米材料是當今非常熱門的新型材料。本文系統(tǒng)闡述了納米材料的研究現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢及其應用。

關鍵詞：納米材料；研究現(xiàn)狀；發(fā)展現(xiàn)狀；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.198

0 引言

自從人類能夠認識世界，從尺寸角度講，人類文明史的發(fā)展過程可分為模糊（產(chǎn)業(yè)革命之前）時期，毫米時期（20世紀初的產(chǎn)業(yè)革命）、微觀和納米時代（20世紀40年代以來）[1]。20世紀80年代初以來，德國的科學家格雷特[2]提出的納米結晶材料的概念，是人工制造納米結晶史上，首次研究其系統(tǒng)的不同物理性質。納米材料，在世界各國的受人矚目。納米材料，其特征是尺寸大小通常在1 ～ 100nm的固體材料的微粒子。納米材料的研究是人類認識客觀世界的新層次，是交叉學科跨世紀的戰(zhàn)略科技領域。

1 國內外研究現(xiàn)狀

1980年代以后，納米材料的研究迅速發(fā)展。這個過程分類方法有很多，按內容特點有3個階段：第一階段，1990年之前為止，只是探索制造各種材料納米粒粉，探索納米材料不同于傳統(tǒng)材料的特殊的性能。納米粒子和納米塊結構的研究，是80年代末開始的。研究對象一般只停留在單一材料和單相材料。納米晶一般都指的是這類材料。第2階段是1990年到1999年，人們已經(jīng)把焦點轉移到納米材料的物理、化學、機械性能，從而開發(fā)納米復合材料。納米復合材料是將不同納米粒子之間或者和傳統(tǒng)材料復合，并發(fā)展到復合納米膜層。探究納米復合材料合成的方法已經(jīng)成為這個階段的主導。第三階段，自1994年以來人工組裝的納米結構材料的合成系統(tǒng)越來越受到關心、新焦點。國際上稱這種材料為納米組裝材料。

納米研究的第1階段到第3階段，從顆粒到納米管，納米材料的研究，再到組裝納米材料。與此同時，在基礎研究和應用研究并行發(fā)展的新的情況下，納米材料的應用成為了科學家們關注的焦點。迄今為止，研究系統(tǒng)設計、組裝納米粒子和高性能納米結構材料的合成與性改，改進了傳統(tǒng)材料和涂層材料，對納米顆粒性改與表面涂層的研究取得了驚人的進步，應用前景更加擴大。

經(jīng)過1、2兩個階段的研究發(fā)現(xiàn)，納米材料的新特性對傳統(tǒng)工業(yè)材料及其它產(chǎn)品都有重要的影響。日本、美國和西歐實驗室的結果表明，納米材料已經(jīng)進入了批量生產(chǎn)。初步統(tǒng)計，20多個國際納米材料公司生產(chǎn)制造銷售粉體。高技術的陶器納米功能改性材料和涂料備技術已經(jīng)得到了環(huán)保、醫(yī)藥和能源方面的應用。自1994年以來，納米材料及相關產(chǎn)品產(chǎn)生的市場經(jīng)濟效應每年增長25%。

納米材料制備方法還有技術研究重要發(fā)展方向趨勢是加強控制其成型過程。這其中包括對顆粒尺寸、粒子形狀、表面形貌、微觀結構的控制。因為納米粒子的小尺寸效果、表面效果同時和量子尺寸效應，與此同時，這些材料將采取什么樣的性能，貢獻力量的多少，往往很難區(qū)分的損益的影響，并不像想象中那么容易判斷。不僅如此，他還向解釋這種現(xiàn)象，但很難也遇到了困難，擴大設計新型納米結構材料。如何管制影響納米材料的性質控制的問題是工學研究迫在眉睫。

近年來，國際納米材料，主要研究控制形成過程幾個方面：一通過改性納米表面物質和異性沉積層表面，來改變表面電子狀態(tài)、表面結構和粗糙度；二是納米顆粒在多空隙基體中分布狀況進行控制量子尺寸效果和滲流效果；三是通過設計納米絲、軟管等陣列系統(tǒng)獲得必要的特性。

2 納米材料的應用

納米材料是21世紀非常有潛力的材料，有非常廣闊的應用。主要有下面幾個應用：（1）微電子器件方面。在電子產(chǎn)品達到納米尺寸的時候，量子效果變得十分明顯，因此，電子產(chǎn)品中應用納米材料產(chǎn)生的反應，普通的材料根本達不到這種程度。目前，國際上對納米硅材料的研究和應用已經(jīng)達到了一定的水平，有很多科學家用納米硅材料居然制作了只允許單個電子通過的二極管，也有人試圖制作納米硅超晶體。另外，納米磁性材料領域也在壯大發(fā)展，納米尺寸的多層膜微電子終端、磁光存儲磁記錄等方面都有非常優(yōu)秀的性能。（2）磁記錄方面。21世紀是知識情報化社會，錄音材料的性能和記錄密度有較高的要求。例如， 要求1千萬億信息的記錄/1cm2，應該是在幾個平方微米內記錄信息，高密度記錄材料的納米粒子能改善信噪比，改善畫質。日本松下電器公司的納米粉錄像，影像清晰，信噪比高，失真率小等優(yōu)點；（3）傳感器方面。納米粒子的材料表面和界面，對外部環(huán)境溫度、陽光、濕度表現(xiàn)出了敏感的反應。外部環(huán)境的變化將會快速使表面和接口的離子價位和電子傳輸?shù)淖兓曳磻焖凫`敏度高。日本從80年代，采用錫納米薄膜傳感器。納米陶瓷材料中使用的傳感器也存在潛在發(fā)展能力；（4）其它方面。納米科學技術的出現(xiàn)，使得科學家能夠“自由”的改變材料的屬性。結果，有很多人生動的把納米稱作材料界的調味品，添加到傳統(tǒng)材料后，產(chǎn)品就煥然一新了。例如，傳統(tǒng)的內衣。金屬、冰箱、洗衣機等添加納米粒子后，金屬制品可獲得抗菌功能。砧板、布料、瓷磚和門把手，如果加入納米粒子，居然可以殺菌，去除異味。納米材料，導致了我們產(chǎn)品尺寸的減小。現(xiàn)在已經(jīng)有了微型機器人，小到像蚊子，蒼蠅一幫大小，最具吸引力的還是納米生物導彈，它可以進入人體去慘殺無數(shù)癌細胞而不損害健康的細胞，還可以往返與我們的身體，送取藥物、維修心臟、腦和其他器官，接受手術的患者可以最大程度的見面手術帶來的痛苦。在新涂料方面，納米技術不僅提高10倍以上的耐磨性，而且有機揮發(fā)物含量極低，從而加強密封建筑物的有害氣體排放問題。科學技術人才的輻射電阻納米尺寸材料混合纖維，制成的納米衣服可阻礙90%的紫外線電磁輻射，而且沒有揮發(fā)性，不溶于水并，且防護能力持久。化纖材料制成的衣服容易產(chǎn)生摩擦生電，如果在制作過程中加入少許納米顆粒可以消除令人頭疼的靜電現(xiàn)象。納米技術的優(yōu)點還可以制造“隱形飛機”、隱形軍用車躲過雷達的跟蹤。納米技術是一種最具有市場潛力的新技術，發(fā)展?jié)摿Ψ浅Ａ己谩?/p>

3 結語

納米技術分析人士認為，從整體上觀察還是處于試驗的研究階段和小規(guī)模的生產(chǎn)階段，但從歷史的角度出發(fā)，20世紀70年代的擁有微米科學技術的國家已經(jīng)成為了先進的發(fā)達國家。高度重視發(fā)展納米技術的國家是成為先進國家的可能性。在21世紀的，納米技術是一個挑戰(zhàn)對我們來說，這是一個難得的機會。納米技術和基本理論知識一定要受到加倍關心，這是我國成為21世紀的經(jīng)濟騰飛的基礎。人類社會將發(fā)生根本改變因為納米技術的發(fā)展和商業(yè)化。

參考文獻：

[1]周全法.納米材料的應用和產(chǎn)業(yè)化[J].江蘇技術師范學院學報，2002，08（04）：83-87.

[2]Gleiter H。Nanostrucutured materials.In：Hansen N，etal。Proceedings of the Second Rise Intemational Symposium on Metallurgy and Materials Science Denmark Roskilde 1981：15-29.

[3]嚴東生，馮端.我國納米材料研究進展[J].中國科學院院刊，1997（05）：364-366.

[4]代平祥.淺談納米材料的應用[J].《大眾科技》，2006，04-30.endprint