納米材料在化學化工領域中的應用研究

摘 要：納米材料，是指一種擁有特殊功能的新材料，其三維尺寸中至少一維低于100nm，并且其性質與其他塊體材料存在差異。納米材料的特殊結構層次使得其擁有表面效應、小尺寸效應以及宏觀量子隧道效應。就當前納米材料的應用領域來看，其在電子、能源、生物、航空等行業中都發揮著重大的作用。現文章主要針對納米材料在化學化工領域中的應用進行研究。

關鍵詞：納米材料；化學化工；應用領域

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.019

自從納米材料出現后，其在結構、光電、化學性質等各個領域實現廣泛的應用。其憑借著獨特的物理性質與化學性能在物理、化學、生物等領域的研究帶來了的新的發展機遇。納米材料的應用前景十分廣闊，其在化學化工領域中有著十分重要的作用，并且能夠推動化學化工領域的進步與發展。

1 納米材料及其特性

納米材料是一種在三維空間中至少有一維處于納米尺度，或者由其作為基本結構的材料，其大致相當于10-100個原子緊密排列在一起的尺寸。納米材料的特性主要包括以下幾點：第一，表面效應。納米材料的表面效應是指納米粒子表面原子數與總原子數的比例值隨著粒徑變小而急劇增長后所導致的性質改變[1]。根據相關研究表示，伴隨著粒子直徑的縮短，避免原子個數的增長速度迅猛，而表面原子由于周圍缺乏相鄰原子，呈現不飽和性狀態，強化了納米粒子的化學活性，從而使得納米材料能夠在吸附、催化等作用上明顯的優勢。第二，小尺寸效應。小尺寸效應即為納米粒子的粒徑小于或等于超導態的相干波長時，其周期性的邊界條件將被損害，從而使得納米材料的化學性質、催化性質相對于其他材料來說有著明顯的區別。小尺寸效應不單單顯著擴展了納米材料的物理與化學特性范圍，并且大大拓展了其應用領域。第三，宏觀量子隧道效應。該效應主要是指納米粒子能穿越宏觀系統的壁壘而出現變化的一種特征。這一效應對納米材料的基礎研究與實際應用都有著十分關鍵的作用。宏觀量子隧道效應限制了磁盤對信息存儲量的限制，明確了現代微電子元件微型化的極限。第四，量子尺寸效應。該效應主要是指納米粒子尺寸持續減少到某一數值時，納米能級周邊的電子能級可以轉變為分離能級粒[2]。這一效應使得納米粒子擁有高水平的光學非線性、光催化性等特征。總的來說，納米材料與其他材料不同，擁有眾多與眾不同的特性，這使得其在力學、磁學、熱學等各個領域都擁有十分重要的應用價值，并給資源利用拓展了更大的空間。

2 納米材料在化學化工領域中的應用

2.1 納米材料在環保領域中的應用

在治理空氣污染、水體污染過程中環保是最為基礎的要求。納米材料可以在空氣凈化、污水處理中起到重要的作用。在空氣凈化方面納米材料擁有十分廣闊的發展空間，不單單是由于其擁有細微的顆粒尺寸，同時伴隨著納米微粒表面形態與粒徑的大小有著密切的關系，粒徑減少其表面會變得更加粗糙，從而出現凹凸不平的原子臺階。納米材料與技術可以被用在汽車尾氣超標報警器與凈化設備中，顯著降低有毒氣體的排放量。另外，納米材料還可以被用于石油提煉工業中的脫硫環節當中[3]。在污水處理方面，要實現污水處理中將有害物質、污染物質、細菌病毒等物質去除的目的，可以使用納米材料與技術來污水中的貴金屬提煉出來，開展循環利用。不論是水體中的有機、無機污染物均可以利用納米微粒光催化作用來將其制造成為礦化物。

2.2 納米材料在涂料領域中的應用

由于納米材料的表面與結構存在一定的特殊性，擁有其他材料無可比擬的優勢，顯示出十分強大的活力。在化學化工領域中，表面涂層技術是關注的熱點之一。納米材料的出現給表面涂層技術的發展提供了基于。在使用傳統涂層技術上應用納米材料可以得到納米復合體系涂層，使用該涂層可以達到質的飛躍與進步。在涂料中加入納米材料可以進一步提升涂料的防護能力，從而達到防紫外線、防大氣侵害等作用。例如，在建筑材料玻璃、涂料中加入納米材料可以達到顯著減少光透射以及熱傳遞的效果，從而形成隔熱的效用。又例如，在汽車裝飾噴涂行業中納米TiO2添加入汽車漆面中，可以使得汽車漆面形成一種有魅力的色彩效果。

2.3 納米材料在催化領域中的應用

催化劑在眾多化工領域中都占據著十分重要的地位，其能夠控制反應時間、提升反應速度與效率，顯著提升經濟效益，減少對生態環境的污染。首先，光催化反應。納米粒子作為光催化劑擁有粒徑細、催化效率高等優勢，十分容易利用光學手段來對界面的電荷轉移進行等特點進行研究。例如，利用納米TiO2應用在高速公路照明裝置的玻璃罩面中，由于其擁有較高水平的光催化活性，能夠對其表面的油污進行分解處理，從而保證其良好的透視性。又例如，在火箭發射所使用的固體燃料推進器中，如添加大約為1wt%的超細鋁或鎳顆粒，可以使得其燃燒使用率增加100%。將表面為180m2/g的碳納米管直接應用在NO的催化還原中，從而可以增加NO的轉化率。

3 結束語

納米技術的出現給人類的生活與生產帶來了重大的影響，其能夠從根源上改善解決人類面臨的眾多問題。尤其是能源、人類健康與環境保護等問題。納米技術探索的最終目的就是要實現納米材料的應用化，用于改善人類的環境與生活狀態，相信在不久的以后納米材料將會在生產生活的更多領域中得到更加廣泛的應用。納米材料的應用將會成為新產品、新設計、新產品的支柱，為我國經濟發展提供新的發展機遇。

參考文獻：

[1]李延軍.淺談納米新材料在化工領域中的應用[J].勞動保障世界（理論版），2013（04）：61-62.

[2]劉華，翟江.納米材料在化工生產領域中的應用[J].濰坊教育學院學報，2007（03）：37-38+50 .

[3]蔣文，袁若.納米材料在電化學生物傳感器及生物電分析領域中的應用[J].分析測試學報，2011（11）：1200-1206.

作者簡介：張曉蕾（1980-），女，內蒙古赤峰人，碩士研究生，講師，研究方向：化工工藝。