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纳米材料特性及其在环境保护领域的应用

材纺学院高材082 林允博

摘要：纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级( 1 0-9米) 的超细材料。纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术 ,它将成为众多技术的创新动力。本文概述了纳米材料的形态、特殊性质以及纳米材料的应用，以使大家更清楚地认识纳米材料, 并了解其在环保领域的应用现状与前景。

关键词：纳米; 纳米技术; 前景; 环境保护

1 纳米材料概述

著名的诺贝尔化学奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性就会看到材料的性能产生丰富的变化他所说的材料就是现在的纳米材料。纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点纳米材料是纳米技术应用的基础其相应发展起来的纳米技术则被公认为是21世纪最具有前途的科研领域所谓纳米科学是指研究纳米尺寸范围在0.1 100nm之内的物质所具有的物理化学性质和功能的科学而纳米科技其实就是一种用单个原子分子制造物质的科学技术它以纳米科学为理论基础，进行制造新材料新器件研究新工艺的方法。

1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。Gleiter在高真空的条件下将粒径为6 n m的Fe 粒子原位加压成形，烧结得到纳米微晶块体，从而使纳米材料进入了一个新的阶段。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

2、纳米颗粒的基本性征

2.1 表面效应

球形颗粒的表面积与直径的平方成正比, 其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的,若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒(直径为2.1~ 3μm )进行电视摄像,实时观察发现这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会自动形成各种形状( 如立方八面体、十面体、二十面体等) 的晶型,它既不同于一般固体,又不同于液体,是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下, 表面原子仿佛进入了“沸腾”状态,尺寸大于10μm后才看不到这种颗粒结构的不稳定性,这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性, 在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃,可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层, 确保表面稳定化。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。

2.2 小尺寸效应

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。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言, 尺寸变小, 同时其比表面积亦显著增加,从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。

3、纳米材料的形态

3.1 纳米颗粒型材料

应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料被称为第4代催化剂的超微颗粒催

化剂,利用甚高的比表面积与活性可以显著地提高催化效率,例如,以粒径小于0.3μm的镍和钢- 锌合金的超微颗粒为主要分制成的催化剂可使有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍;超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二氧化碳分解为碳和水,超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用,从而生成碳纤维。

3.2 纳米固体材料

纳米固体材料通常指由尺寸小于15nm的超微颗粒在高压力下压制成型,或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面,如5nm 颗粒所构成的固体每立方厘米将含1019个晶界,原子的扩散系数要比大块材料高1014 1016倍,从而使得纳米材料具有高韧性。如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级,又将恢复通常陶瓷的特性,因此可以利用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与轧制加工,随后进行热处理,使其转变为通常陶瓷,或进行表面热处理,使材料内部保持韧性,但表面却显示出高硬度高耐磨性与抗腐蚀性。电子陶瓷发展的趋势是超薄型(厚度仅为几μm),为了保证均质性,组成的粒子直径应为厚度的1%左右,因此需用超微颗粒为原材料。

3.3 纳米颗粒膜材料

颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜,通常选用两种在高温互不相溶的组元制成复合靶材,在基片上生成复合膜,当两组分的比例大致相当时。就生成迷阵状的复合膜,因此改变原始靶材中两种组分的比例可以很方便地改变颗粒膜中的颗粒大小与形态,从而控制膜的特性。对金属与非金属复合膜,改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体颗粒膜材料有诸多应用例如作为光的传感器,金颗粒膜从可见光到红外光的范围内,光的吸收效率与波长的依赖性甚小,从而可作为红外线传感元件。铬——氧化二铬颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用,可以有效地将太阳光转变为热能。超微颗粒虽有众多优点,但在工业上尚未形成较大的规模,其主要原因是价格较高,两颗粒膜的应用则不受价格因素的影响,这是超微颗粒实用化的很重要的方向。

3.4 纳米磁性液体材料

磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂,高度弥散于一定基液中,而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运动,因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采用铁氧体微颗粒制成,它的饱和磁化强度大致上低于0.4T。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体,其饱和磁化强度可比前者高四倍。国外磁性液体已商品化, 美、日、英等国均有磁性液体公司, 供应各种用途的磁性液体及其器件。

4 纳米技术在环境保护领域的应用

4.1 用纳米技术处理废水净化空气

纳米级的净化物质具有一定的吸附能力,可以将污水中的一些悬浮物, 粒子等污染物除去, 用纳米膜可以制成很高效的过滤装置,可以去除污水中直径比纳米大的细菌、病毒等而水分子及一些矿物质元素被保留下来。此外,应用光催化技术, 纳米TiO 2 可以对污水中的一些有机物进行降解,并且无二次污染。中国科学院利用太阳光和纳米TiO2对十二烷基苯磺酸钠水溶液进行了降解, 效果十分明显。纳米TiO2 能对水中的重金属离子通过光生电子产生很强的还原能力, C6+具有很强的致癌性, 地表水中C6+最高允许含量为0 . 1mg / l。通过TiO 2的光催化还原可使85% 的C6+被还原, 这在实际应用中处理含废水有着重要意义。另外,纳米TiO2对于水中的卤化脂肪烃、染料、硝基芳烃、卤化苯胺、多环芳烃、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化反应,达到脱色矿化最终分解为CO2和H2 O, 从而消除有机物对环境的污染的目的。福州大学光催化研究所张星副教授称,国际上流行的室内空气清洁技术,到目前为止,主要有三种:负离子发生技术,活性炭过滤吸收技术和眼下最尖端的纳米材料光催化分解污染物质技术。前两种技术,虽然能够分别增加负氧离子密度、过滤部分有害物质,但都不如光催化技术,无痕无迹自然分解,没有介质饱和的顾虑。纳米材料光催化新技术,将广泛

应用于室内空气改善领域,给追求健康生活的中国人带来一片“都市森林”。TiO2光催化剂可使空气中的氮氧化物和硫氧化物形成相对应的酸。而利用TiO2微粉制成的光催化混凝土铺路则可有效地去除汽车尾气中的氮氧化物,净化空气质量富士电机综合研究所利用纳米TiO2制成能对低浓度氮氧化物进行分解的空气净化器, 并制成除臭冷藏车等并且可在诸如电视探头、交通监视探头、大型城市玻璃幕墙等特别忌讳污迹的地方,涂上特殊的纳米材料光催化剂[8], 则能够形成人们以往梦寐以求的“自清洁”物品, 污

迹无法附着,无须清洗。

4.2 用纳米技术对环境污染进行监测

NO x可导致酸雨和温室效应, 那么它们在大气中的含量必须被适时监测,利用纳米技术研制的碳纳米管可以用于监测NO x, 并且造价低廉,体积小。

4.3 用纳米技术进行静电紫外线屏蔽

将纳米TiO2加入导电粉末可以使之具有装饰作用和高反射作用，在电子工业、航天工业中被广泛应用在电子元器件表面卫星的非金属表面以及静电复印地毯等。利用纳米TiO2的强散射及对紫外线的吸收能力,可以广泛应用于化妆品。中英国Ioxide公司将超微细的粉末制成浆状产品以供化妆品厂家使用,美国也开发出了六种商品化的无机防晒剂。

4.4 应用纳米技术创造多样、高效的界面材料

由于纳米尺度上的物质具有许多不同寻常的特性, 从而可以研制出一系列具有奇异功能的纳米界面材料,中国科学院化学所江雷博士的小组发现,两种性质相反的材料做到纳米尺度时, 在特定条件下具有协同的相互作用, 在宏观上表现出奇异的性能。二元协同纳米界面材料就是指在材料加工上,对材料表面进行某种特殊加工,从而在材料的宏观界面建立一个二元协同纳米界面结构,使材料具有特殊性能。利用这一研究成果,科学家研制出一种同时具有超亲水性和超亲油性的界面物质材料,用这种材料修饰过的玻璃表面及建筑材料表面具有自清洁、防雾等功能。科研人员还开发出一种同时具有超疏水性和超疏油性的界面物质材料, 经过修饰的建筑材料表面,具有自清洁和防雾、防冰霜的效果;纺织品经技术处理,具有防水和防油的功能,石油工人的衣服不再油迹斑斑。

5、纳米技术在环保领域的应用前景展望

纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品的技术。这种从小到大的制造方式需要的材料较少,造成污染程度低。由于纳米技术导致产品微型化, 所需资源减少, 所以在节能环保方面具有潜在的发展空间。在储能方面,碳纳米材料可以提供一种有效而清洁的储氢方式。我国科学家也正在积极系统地研究纳米碳管的储氢吸波等特性。另外纳米技术还可以应用在固体垃圾的处理中。总之,纳米技术将与当代科技的三大支柱——基础科学、生物科学、信息技术相提并论,随纳米材料制备和应用研究发展而发展起来的纳米技术很可能成为本世纪的主导技术。尽管纳米技术的研究已经取得了很大进展,但仍有一些问题有待进一步解决。有些纳米技术还停留在实验室阶段, 没有形成产业化, 但这些都是纳米技术实现工业化的基础, 可以相信, 纳米技术在环保领域将产生深远的影响,用纳米技术解决环保问题已是环境保护发展的必然趋势。

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纳米材料应用特点

超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。一、应用由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。（1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。（2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其

产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。（3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。（4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。二、特点当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的

纳米材料的特性及相关应用

纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。一、纳米材料的特性当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体

积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使

纳米材料在化学化工领域的应用

纳米材料在化学化工领域的应用姓名王楠学号140122011041 专业年级高分子材料与工程2011级 2014年5月

前言纳米材料是指在纳米量级（1～100 nm）内调控物质结构制成具有特异功能的新材料，其三围尺寸中至少有一维小于100 nm，且性质不同于一般的块体材料。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，在电子、能源、生物、材料、航空航天、化学化工等领域都发挥了巨大作用，对人类和社会也产生了重大的影响。纳米材料的应用前景十分广阔，在化学化工中的应用，主要是新型催化剂、材料防腐、环保领域等，对整个社会和人类的发展起到了巨大的推动作用。 1.纳米材料在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领域起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应速度和反应效率，节省了资源，使经济效益提高，并且降低了环境污染。 1.1光催化反应纳米粒子作光催化剂具有粒径小、粒子达到表面数量多、光催化效率高、纳米粒子分散在介质中具有透明性、容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移，以及纳米粒子光催化剂易受氧化还原的影响等特点。采用TiO?进行苯酚的光催化分解，当颗粒尺寸小于16nm时会出现明显的量子尺寸效应，其UV吸收明显蓝移，催化活性也有明显提高。将纳米TiO?涂在高速公路照明设备的玻璃罩表面上，由于光催化活性高，可以分解表面的油污，从而使表面保持良好的透光性。 1.2氢催化反应在纳米碳管上负载铑膦配合物作为丙烯加氢甲酰化催化剂，可得到高的丙烯转化活性及高的丁醛选择性，这可能是与碳纳米管的纳米内腔的空间立体选择性及由碳六元环构成的憎水性表面相关引起的。采用尺寸为5nm的纳米钯负载于TiO?上进行己烯催化加氢反应，在常温常压下就可100% 的转化为己烷，而用普通的钯催化剂在同等条件下只能得到29.17% 的己烷、21.16% 的己烯异构体和48.17% 的1-己烯。

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理

纳米材料特性

《纳米材料导论》作业 1、什么是纳米材料？怎样对纳米材料进行分类？答：任何至少有一个维度的尺寸小于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材料称作纳米材料。它包括体积分数近似相等的两部分：一是直径为几或几十纳米的粒子，二是粒子间的界面。纳米材料通常按照维度进行分类。原子团簇、纳米微粒等为0维纳米材料。纳米线为1维纳米材料，纳米薄膜为2维纳米材料，纳米块体为3维纳米材料，及由他们组成的纳米复合材料。按照形态还可以分为粉体材料、晶体材料、薄膜材料。 2、纳米材料有哪些基本的效应？试举例说明。答：纳米材料的基本效应有：一、尺寸效应，纳米微粒的尺寸相当或小于光波波长、传导电子的德布罗意波长、超导态的相干长度或投射深度等特征尺寸时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电、磁、热力学等特征性即呈现新的小尺寸效应。出现光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态转为无序态；超导相转变为正常相；声子谱发生改变等。例如，纳米微粒的熔点远低于块状金属；纳米强磁性颗粒尺寸为单畴临界尺寸时，具有很高的矫顽力；库仑阻塞效应等。二、量子效应，当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，必须考虑量子效应，随着金属微粒尺寸的减小，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道，能隙变宽的现象均称为量子效应。例如，颗粒的磁化率、比热容和所含电子的奇、偶有关，相应会产生光谱线的频移，介电常数变化等。三、界面效应，纳米材料由于表面原子数增多，晶界上的原子占有相当高的比例，而表面原子配位数不足和高的表面自由能，使这些原子易和其它原子相结合而稳定下来，从而具有很高的化学活性。引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化；纳米微粒表面原子运输和构型的变化。四、体积效应，由于纳米粒子体积很小，包含原子数很少，许多现象不能用有无限个原子的块状物质的性质加以说明，即称体积效应。久保理论对此做了些解释。 3、纳米材料的晶界有哪些不同于粗晶晶界的特点？答：纳米晶的晶界具有以下不同于粗晶晶界结构的特点：1）晶界具有大量未被原子占据的空间或过剩体积，2）低的配位数和密度，3）大的原子均方间距，4）存在三叉晶界。此外，纳米晶材料晶间原子的热振动要大于粗晶的晶间原子的热振动，晶界还存在有空位团、微孔等缺陷，它们和旋错、晶粒内的位错、孪晶、层错以及晶面等共同形成纳米材料的缺陷。 4、纳米材料有哪些缺陷？总结纳米材料中位错的特点。答：纳米材料的缺陷有：一、点缺陷，如空位，溶质原子和杂质原子等，这是一种零维缺陷。二、线缺陷，如位错，一种一维缺陷，位错的线长度及位错运动的平均自由程均小于晶粒的尺寸。三、面缺陷，如孪晶、层错等，这是一种二维缺陷。纳米晶粒内的位错具有尺寸效应，当晶粒小于某一临界尺寸时，位错不稳定，趋向于离开晶粒，而当粒径大于该临界尺寸时，位错便稳定地存在于晶粒 T 内。位错和晶粒大小之间的关系为：1）当晶粒尺寸在50～100nm之间，温度<0.5 m

纳米材料在现实生活中的应用

纳米材料属于纳米技术中的一种，是一种很特殊的材料。物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—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。纳米材料指的就是这种尺度达到纳米单位的、具备特殊性能的材料。它在现实生活中的应用广泛，包含以下几点： 1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳

米材料的延展性的高性能陶瓷。 3、纳米传感器纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 4、纳米倾斜功能材料在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 5、纳米半导体材料将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，然后生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能

纳米材料新进展及应用

纳米材料应用的新进展来源：全球电源网世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数，理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀

纳米材料的特性和应用

纳米材料的特性和应用摘要本文简要介绍了纳米材料的分类及特性，并对纳米材料在化工、生物医学、环境、食品等领域的应用进行了综述，最后对纳米材料的发展趋势进行了展望。关键词纳米材料；分类；特性；应用；发展 1 引言有科学家预言, 在21 世纪纳米材料将是“最有前途的材料”, 纳米技术甚至会超过计算机和基因学, 成为“决定性技术”。国际纳米结构材料会议于1992 年开始召开(两年一届) , 并且目前已有数种与纳米材料密切相关的国际期刊。德国科学技术部预测到2010 年纳米技术市场为14 400 亿美元, 美国政府自2000 年克林顿总统启动国家纳米计划以来, 已经为纳米技术投资了大约20 亿美元。同时, 欧盟在2002～2006 年期间将向纳米技术投资10 多亿美元。日本2002 年的纳米技术开支已经从1997 年的1. 20 亿美元提高到7. 50 亿美元。 2 纳米材料及其分类纳米材料（nano- material）又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。粒子尺寸范围在1-100 nm 之间，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，将纳米材料大致可分成四种类型，即零维的纳米粉末（颗粒和原子团簇）、一维的纳米纤维（管）、二维的纳米膜、三维的纳米块体。 3 纳米材料的特性1 3.1 小尺寸效应当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时, 周期性的边界条件将被破坏, 使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化。如银的熔点约为900℃, 而纳米银粉熔点仅为100℃, 一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%～50%。 3.2 表面效应纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质变化。纳米晶粒的减小, 导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大, 致使它表现出很高的活性,如日本帝国化工公司生产的T iO2平均粒径为15 nm , 比

磁性纳米材料的应用

磁性纳米材料的应用磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。（一）生物分离生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。

纳米技术在环境保护中的应用

纳米技术在环境保护中的应用纳米技术具有极大的理论和应用价值，纳米材料被誉为“21世纪最有前途的材料”。纳米技术研究在0．1．100nm尺度范围内物质具有的特殊性能及其应用。广义的纳米材料是指在三维空间中，至少有一维达到纳米尺度范围。或以其为基本单位所构成的材料。纳米材料具有辐射、吸收、杀菌、吸附等特性，众多研究表明这些新特性将在环境保护领域产生深远的影响。一．纳米技术在水处理中的应用 1）纳米催化剂目前用于水处理的纳米催化剂，主要指光催化剂，如Ti02,Cd5,ZnO等，其中TiO:因其活性高、稳定性好、对人体无害而最受重视。Matthews等P1曾对水中34种有机污染物的光催化降解进行研究，结果表明该方法可将水中的烃类、卤代物、轻酸盐表面活性剂、染料、含氮有机物、有机磷杀虫剂等污染物转化成CO;和H2O等无害物质。利用纳米光催化剂光催化降解有机废水是其最重要的用途之一纳米TiO:玻璃薄膜光催化剂，可将玫瑰红B催化降解为C02,H 20及一些其它的简单无机物。用溶胶一箭胶法制备的8层粒径为21.2nm的锐钦矿T102(存在于玻璃薄膜中)，在(28-0.5)℃和振摇条件下，可使初始浓度为9.87 x 10“一10.46‘10 6的玫瑰红B在150min内的降解率达到80%多(以高压汞灯为光源)，反应速率对时间和浓度均为一级反应[21。用纳米二氧化钦粉末催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液，在多云的条件下，光照12h,浓度为0.5mg/L的苯酚已降解为零，浓度为lmg几的十二烷基苯磺酸钠也基本降解137。采用纳米二氧化钦催化降解技术来处理纺织工业污水，省钱、高效、节能，最终能使有害有机物完全矿化，且不存在二次污染 2）处理无机污染废水污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力同。如纳米TiO：能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。 3）处理有机污染废水大量研究表明纳米TiO：等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物。使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO：能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质图。例如Pintar等在间歇式反应器中纳米Ru／TiO：作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳TOC的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化湿空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。 4）自来水的净化处理新型纳米级净水剂r7的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂AI：0，的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。二。纳米材料在大气污染治理方面的应用 1）空气中硫氧化物的净化二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果在燃料燃烧的同时加

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。关键词：纳米材料；功能；应用；一、纳米材料的基本特性所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质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，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。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。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。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。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点一纳米材料的性能广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。二纳米材料的制备方法

纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中

§2 几种重要的环保纳米材料

§2 几种重要的环保纳米材料 2.1 纳米TiO2 2.1.1 在治理有机污染物方面的应用纳米TiO2光催化剂能有效地降解有机污染物，其机理就是通过催化剂表面产生的强氧化性的自由基致使有机物氧化分解．最终使之矿化。因这种氧化作用无选择性，且有较高的分解效率，所以环境中的多种有机污染物均可被氧化分解而消除。 2.1.1.1 卤代有机化合物卤代有机化合物包括卤代脂肪烃、卤代芳香烃和卤代脂肪酸等。这类物质在美国和欧共体公布的环境优先污染物黑名单中占有相当大的比例。由于其种类繁多、应用广泛、对人类和其他生物毒性较强、对自然环境污染严重，因而研究其催化降解条件、机理及治理方法均具有重要的现实意义。Willie和Prudent等人分别用普通TiO2粉末进行了卤代脂肪烃、卤代有机酸和卤代芳烃的光催化降解实验研究，并详尽探讨了光催化降解机理。1992年，李田等人对饮用水中9种卤代有机物进行了光催化降解的实际和模拟研究，并得到了9种卤代有机物的光催化降解半衰期，结果表明饮用水中多种有机物被同时去除，水质得以全面改善。2.1.1.2 染料农药分为除草剂和杀虫剂，大都是有机磷、有机氯及含氮化合物。它们在大气、土壤和水体中停留时间长，危害范围广，且难以降解，故其在自然界的环境化学行为深受人们的关注。1999年，郑巍等人研究了由CMC—Na附载普通TiO2光催化降解农药的过程，降解率达50％以上，降解速率符合一级动力学方程，并探讨了以自然光为光源催化降解咪呀胺的可行性。1996年，陈士夫等人以四异丙醇钛为原料，用S—R法制备的TiO2，胶体，经烧结后生成的粉末附载于玻璃纤维．对有机磷农药进行了光催化降解研究。结果表明，浓度较低的有机磷农药在375W中压汞灯照射下短时间内被完全分解为磷酸根，效果显著。光催化分解农药的优点是它不会产生毒性更高的中间产物，这是其他方法所无法相比的。2.1.1.4 表面活性剂表面活性剂在工农业和人们生活中有着广泛的应用，已对水环境造成严重污

纳米材料的热学特性

纳米材料的热学特性【摘要】：纳米材料的应用及其广泛，涉及到各个领域。本文将从纳米材料的热容，晶格参数，结合能，内聚能，熔点，溶解焓，溶解熵及纳米材料参与反应时反应体系的化学平衡等方面对纳米材料的热学性质的研究进行阐述，并对纳米材料热学的研究和应用前景进行了展望。【关键词】：纳米材料热学特性发展前景【正文】：（一）纳米材料纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l 5 ～5 0 ％。纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。（二）热学特性一热容 1996年，在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减50 %。1998年，通过研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明:过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。2002年，又把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小，二.晶格参数，结合能，内聚能纳米微粒的晶格畸变具有尺寸效应，利用惰性气体蒸发的方法在高分子基体上制备了1. 45nm 的pd纳米微粒，通过电子微衍射方法测试了其晶格参数，发现Pd 纳米微粒的晶格参数随着微粒尺寸的减小而降低。结合能的确比相应块体材料的结合能要低。通过分子动力学方法，模拟Pd 纳米微粒在热力学平衡时的稳定结构，并计算微粒尺寸和形状对晶格参数和结合能的影响，定量给出形状对晶格参数和结合能变化量的贡献研究表明:在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低，在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形纳米微粒的相应量。三纳米粒子的熔解热力学熔解温度是材料最基本的性能，几乎所有材料的性能如力学性能，物理性能以及化学性能都是工作温度比熔解温度( T /Tm )的函数，除了熔解温度外，熔解焓和熔解熵也是描述材料熔解热力学的重要参量；熔解焓表示体系在熔解的过程中，吸收热量的多少，而熔解熵则是体系熔解过程中熵值的变化。几乎整个熔解热力学理论就是围绕着熔解温度，熔解熵和

纳米材料在实际生活中的应用

在现实生活中，纳米技术有着广泛的用途。１、超微传感器传感器是纳米微粒最有前途的应用领域之一。纳米微粒的特点如大比表面积、高活性特异物性、极微小性等与传感器所要求的多功能、微型化、高速化相互对应。另外，作为传感器材料，还要求功能广、灵敏度高、响应速度快、检测范围宽、选择性好、耐负荷性高、稳定可靠，纳米微粒能较好地符合上述要求。２、催化剂在化学工业中，将纳米微粒用做催化剂，是纳米材料大显身手的又一方面。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药有效催化剂；超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂；超细银粉可以作为乙烯氧化的催化剂；超细的镍粉、银粉的轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极可以增大与液相或气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于小型化。超细微粒的轻烧结体可以生成微孔过滤器，作为吸附氢气的储藏材料。还可作为陶瓷的着色剂，用于工艺美术中。３、医学、生物工程尺寸小于１０纳米的超细微粒可以在血管中自由移动，在目前的微型机器人世界里，最小的可以注入人的血管，它一步行走的距离仅为５纳米，机器人进行全身健康检查和治疗，包括疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可以吞噬病毒，杀死癌细胞。这些神话般的成果，可以使人类在肉眼看不见的微观世界里享用那取之不尽的财富。４、电子工业量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作，因此它能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。另外，量

子元件还可以使元件的体积大大缩小，使电路大为简化，因此，量子元件的兴起将导致一场电子技术的革命。目前，风靡全球的因特网，如果把利用纳米技术制造的微型机电系统设置在网络中，它们就会互相传递信息，并执行处理任务。不久的将来，它将操纵飞机、开展健康监测，并为地震、飞机零件故障和桥梁裂缝等发出警报。那时，因特网亦相形见绌。 5、“会呼吸”的纳米面料。纳米是一种基于纳米材料的化学处理技术，纳米布料是用一种特殊的物理和化学处理技术将纳米原料融入面料纤维中，从而在普通面料上形成保护层，增加和提升面料的防水、防油、防污、透气、抑菌、环保、固色等功能，可广泛应用于服装、家用纺织品以及工业用纺织品。经过纳米技术处理的布料及图示 * 将经纳米技术处理之布料覆盖在水杯口上. 将少量清水倾倒于布料表面. * 清水凝聚成水珠, 在布料表面流动. 清水不会渗入布料纤维内. 经瑞典纳米技术处理后的产品特点：防水:未经处理的织物防水特性指标为1(完全湿透)，而经过处理的防水特性指标为5(没有沾湿)。防油:未经过处理的织物的防油特性指标为0,而经过处理的防油特性指标为6(最高为8)。防污:经过瑞典纳米技术处理后的织物,在污渍附著上有非常明显的降