時(shí)間：2022-08-19 21:54:45
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇納米材料論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái)，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。
1.在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。
納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無(wú)機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
2.在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
3.在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用
精細(xì)化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的SiO2，可使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射而達(dá)到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車(chē)面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高，無(wú)二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外，還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾，從而消除污染。
4.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
21世紀(jì)的健康科學(xué)，將以出入意料的速度向前發(fā)展，人們對(duì)藥物的需求越來(lái)越高。控制藥物釋放、減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療，已提到研究日程上來(lái)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；使用納米技術(shù)的新型診斷儀器，只需檢測(cè)少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病，美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向?qū)棥薄Ｔ摷夹g(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動(dòng)，因此可以用來(lái)檢查和治療身體各部位的病變。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道，我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京希科集團(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒，然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，殺菌能力提高200倍左右，對(duì)臨床常見(jiàn)的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。
微粒和納粒作為給藥系統(tǒng)，其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。
納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程，從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶，從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息，從而了解機(jī)體狀態(tài)，深化人們對(duì)生理及病理的解釋。
1微乳反應(yīng)器原理
在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。
W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。
（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。
（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過(guò)微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。
（3）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì)Al（OH）3粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。
2微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)
和普通乳狀液相比，盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應(yīng)器。但是微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，它的形成是自發(fā)的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術(shù)要求不高，并且液滴粒度可控，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且操作容易，所以微乳反應(yīng)器作為一種新的超細(xì)顆粒的制備方法得到更多的研究和應(yīng)用。
2．1微乳液的形成機(jī)理
Schulman和Prince等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達(dá)10-3～10-5mN／m，甚至瞬時(shí)負(fù)界面張力Y＜0。但是負(fù)界面張力是不存在的，所以體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復(fù)為零或微小的正值，這種瞬時(shí)產(chǎn)生的負(fù)界面張力使體系形成了微乳液。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界面面積將會(huì)縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對(duì)抗微乳液滴的聚結(jié)。對(duì)于多組分來(lái)講，體系的Gibbs公式可表示為：
--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi
（式中γ為油/水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學(xué)位，Ci為i組分在體相中的濃度）
上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質(zhì)，那么體系中液滴的表面張力進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)界面張力現(xiàn)象，從而得到穩(wěn)定的微乳液。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們?cè)跓o(wú)需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩(wěn)定的微乳體系，這和它們的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。
2．2微乳液的結(jié)構(gòu)
RObbins，MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮，提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型，成功地解釋了界面膜的優(yōu)先彎曲和微乳液的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。
目前，有關(guān)微乳體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究方法獲得了較大的發(fā)展，較早采用的有光散射、雙折射、電導(dǎo)法、沉降法、離心沉降和粘度測(cè)量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)熒光探針?lè)āMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。
3微乳反應(yīng)器的應(yīng)用――納米顆粒材料的制備
3．1納米催化材料的制備
利用W／O型微乳體系可以制備多相反應(yīng)催化劑，Kishida。等報(bào)道了用該方法制備
Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分?jǐn)?shù)為0．11。25℃時(shí)向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環(huán)乙烷溶液，強(qiáng)烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過(guò)性能檢測(cè)，該催化劑活性遠(yuǎn)比采用浸漬法制得的高。
3．2無(wú)機(jī)化合物納粒的制備
利用W／O型微乳體系也可以制備無(wú)機(jī)化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應(yīng)用非常重要，尤其是納米級(jí)鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子，AOT濃度為0．15mol／L，第一個(gè)微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個(gè)微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應(yīng)生成AgCl或AgBr納米顆粒。
又以制備CaCO3為例，微乳體系中含Ca(OH)2，向體系中通入CO2氣體，CO2溶入微乳液并擴(kuò)散，膠束中發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3顆粒，產(chǎn)物粒徑為80～100nm。
3．3聚合物納粒的制備
利用W／O型微乳體系可以制備有機(jī)聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt――正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亞甲基雙丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下聚合，所得產(chǎn)物單分散性較好。
3．4金屬單質(zhì)和合金的制備
利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質(zhì)和合金，例如在AOT－H2O－n―heptane體系中，一種反相微膠束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4，混合攪拌，產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥并在300℃惰性氣體保護(hù)下結(jié)晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，F(xiàn)eC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)庚烷、丙酮洗滌，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。
3．5磁性氧化物顆粒的制備
利用W／O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子，例如在AOT－H2O－n－h(huán)eptane體系中，一種乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一體系中含有NH4OH，混合兩種微乳液充分反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。
3．6高溫超導(dǎo)體的制備
利用W／O型微乳體系可以合成超導(dǎo)體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個(gè)含有機(jī)釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個(gè)含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產(chǎn)物經(jīng)分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y(jié)－Ba－Cu―O超導(dǎo)體，該超導(dǎo)體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO－430微乳體系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液，最終可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu―O超導(dǎo)體，經(jīng)DC磁化率測(cè)定，可知超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度為T(mén)c＝112K，和其它方法制備的超導(dǎo)體相比，它們顯示了更為優(yōu)越的性能。
目前對(duì)納米顆粒材料的研究方法比較多，較直接的方法有電鏡觀測(cè)（SEM、TEM、STEM、STM等）；間接的方法有電子、X一射線衍射法（XRD），中子衍射，光譜方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，紅外光譜，拉曼光譜，紫外一可見(jiàn)分光光度法（UV－VIS），熒光光譜及正電子湮沒(méi)，動(dòng)態(tài)激光光散射（DLS）等。
納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國(guó)對(duì)這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識(shí)到它的可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái)，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。
1.在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。
納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化劑，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生——空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無(wú)機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來(lái)催化不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
2.在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
3.在其它精細(xì)化工方面的
精細(xì)化工是一個(gè)巨大的領(lǐng)域，產(chǎn)品數(shù)量繁多，用途廣泛，并且到人類生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來(lái)福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細(xì)化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強(qiáng)度和韌性，而且致密性和防水性也相應(yīng)提高。國(guó)外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機(jī)玻璃制造方面也都有很好的應(yīng)用。在有機(jī)玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的SiO2，可使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射而達(dá)到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細(xì)TiO2的應(yīng)用還可擴(kuò)展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車(chē)面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高，無(wú)二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境領(lǐng)域，除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外，還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過(guò)濾，從而消除污染。
4.在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
21世紀(jì)的健康科學(xué)，將以出入意料的速度向前，人們對(duì)藥物的需求越來(lái)越高。控制藥物釋放、減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向，已提到日程上來(lái)。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；使用納米技術(shù)的新型診斷儀器，只需檢測(cè)少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病，美國(guó)麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向?qū)棥薄Ｔ摷夹g(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過(guò)磁場(chǎng)導(dǎo)航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動(dòng)，因此可以用來(lái)檢查和治療身體各部位的病變。對(duì)納米微粒的臨床醫(yī)療以及放射性治療等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究工作。據(jù)《人民日?qǐng)?bào)》報(bào)道，我國(guó)將納米技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京希科集團(tuán)利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫(yī)用敷料——長(zhǎng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級(jí)的超細(xì)小微粒，然后使之附著在棉織物上。銀具有預(yù)防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大，表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，殺菌能力提高200倍左右，對(duì)臨床常見(jiàn)的外科感染細(xì)菌都有較好的抑制作用。
微粒和納粒作為給藥系統(tǒng)，其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩(wěn)定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。
納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程，從而根據(jù)生物學(xué)原理發(fā)展分子應(yīng)用工程。在金屬鐵的超細(xì)顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶，從而控制生化反應(yīng)。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結(jié)合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細(xì)胞內(nèi)的生物信息，從而了解機(jī)體狀態(tài)，深化人們對(duì)生理及病理的解釋。
1微乳反應(yīng)器原理
在微乳體系中，用來(lái)制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。
W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見(jiàn)圖1、2、3所示）。
（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。
（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過(guò)微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。
（3）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì)Al（OH）3粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。
2微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)
和普通乳狀液相比，盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應(yīng)器。但是微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，它的形成是自發(fā)的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術(shù)要求不高，并且液滴粒度可控，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且操作容易，所以微乳反應(yīng)器作為一種新的超細(xì)顆粒的制備方法得到更多的研究和應(yīng)用。
2．1微乳液的形成機(jī)理
Schulman和Prince等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達(dá)10-3～10-5mN／m，甚至瞬時(shí)負(fù)界面張力Y＜0。但是負(fù)界面張力是不存在的，所以體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復(fù)為零或微小的正值，這種瞬時(shí)產(chǎn)生的負(fù)界面張力使體系形成了微乳液。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界面面積將會(huì)縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對(duì)抗微乳液滴的聚結(jié)。對(duì)于多組分來(lái)講，體系的Gibbs公式可表示為：
--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi
（式中γ為油/水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學(xué)位，Ci為i組分在體相中的濃度）
上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質(zhì)，那么體系中液滴的表面張力進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)界面張力現(xiàn)象，從而得到穩(wěn)定的微乳液。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們?cè)跓o(wú)需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩(wěn)定的微乳體系，這和它們的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。
2．2微乳液的結(jié)構(gòu)
RObbins，MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮，提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型，成功地解釋了界面膜的優(yōu)先彎曲和微乳液的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。
目前，有關(guān)微乳體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究方法獲得了較大的發(fā)展，較早采用的有光散射、雙折射、電導(dǎo)法、沉降法、離心沉降和粘度測(cè)量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)熒光探針?lè)āMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。
3微乳反應(yīng)器的應(yīng)用――納米顆粒材料的制備
3．1納米催化材料的制備
利用W／O型微乳體系可以制備多相反應(yīng)催化劑，Kishida。等報(bào)道了用該方法制備
Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分?jǐn)?shù)為0．11。25℃時(shí)向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環(huán)乙烷溶液，強(qiáng)烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過(guò)性能檢測(cè)，該催化劑活性遠(yuǎn)比采用浸漬法制得的高。
3．2無(wú)機(jī)化合物納粒的制備
利用W／O型微乳體系也可以制備無(wú)機(jī)化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應(yīng)用非常重要，尤其是納米級(jí)鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子，AOT濃度為0．15mol／L，第一個(gè)微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個(gè)微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應(yīng)生成AgCl或AgBr納米顆粒。
又以制備CaCO3為例，微乳體系中含Ca(OH)2，向體系中通入CO2氣體，CO2溶入微乳液并擴(kuò)散，膠束中發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3顆粒，產(chǎn)物粒徑為80～100nm。
3．3聚合物納粒的制備
利用W／O型微乳體系可以制備有機(jī)聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt――正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亞甲基雙丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入過(guò)硫酸銨作為引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下聚合，所得產(chǎn)物單分散性較好。
3．4金屬單質(zhì)和合金的制備
利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質(zhì)和合金，例如在AOT－H2O－n―heptane體系中，一種反相微膠束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4，混合攪拌，產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥并在300℃惰性氣體保護(hù)下結(jié)晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，F(xiàn)eC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)庚烷、丙酮洗滌，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。
3．5磁性氧化物顆粒的制備
利用W／O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子，例如在AOT－H2O－n－h(huán)eptane體系中，一種乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一體系中含有NH4OH，混合兩種微乳液充分反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。
3．6高溫超導(dǎo)體的制備
利用W／O型微乳體系可以合成超導(dǎo)體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個(gè)含有機(jī)釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個(gè)含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產(chǎn)物經(jīng)分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y(jié)－Ba－Cu―O超導(dǎo)體，該超導(dǎo)體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO－430微乳體系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液，最終可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu―O超導(dǎo)體，經(jīng)DC磁化率測(cè)定，可知超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度為T(mén)c＝112K，和其它方法制備的超導(dǎo)體相比，它們顯示了更為優(yōu)越的性能。
目前對(duì)納米顆粒材料的研究方法比較多，較直接的方法有電鏡觀測(cè)（SEM、TEM、STEM、STM等）；間接的方法有電子、X一射線衍射法（XRD），中子衍射，光譜方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，紅外光譜，拉曼光譜，紫外一可見(jiàn)分光光度法（UV－VIS），熒光光譜及正電子湮沒(méi)，動(dòng)態(tài)激光光散射（DLS）等。
并非所有納米物質(zhì)都有害
納米對(duì)于絕大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，是個(gè)新鮮的名詞，提出“納米疾病”似乎并無(wú)不妥。但納米畢竟只是一個(gè)長(zhǎng)度單位，如果依此類推我們提出“厘米疾病”、“毫米疾病”，則顯得有幾分怪異。
納米技術(shù)產(chǎn)品是近年研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，雖然各國(guó)都在加大對(duì)納米技術(shù)的研究，但迄今為止，人們對(duì)納米材料在環(huán)境中的作用及其對(duì)人的影響知之甚少。隨著納米技術(shù)和納米材料的快速發(fā)展，人們接觸納米材料的機(jī)會(huì)日益增多，納米材料的生物學(xué)效應(yīng)受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。
研究證實(shí)，納米顆粒可以在呼吸道及肺泡中沉積，顆粒越小沉積越多。單壁碳納米管粒徑小，質(zhì)量輕，容易在肺部沉積，引起以肉芽腫為特征的肺部損傷。在體內(nèi)和體外試驗(yàn)中，納米二氧化鈦對(duì)肺部的損傷程度均大于微米尺度的二氧化鈦顆粒。多項(xiàng)研究表明，大鼠暴露于納米二氧化鈦顆粒后。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，肺巨噬細(xì)胞清除能力下降，二氧化鈦顆粒在肺內(nèi)滯留增多，并逐漸向間質(zhì)組織和周?chē)馨徒Y(jié)侵襲，導(dǎo)致肺泡上皮損傷、增生等炎癥反應(yīng)。
目前，研制開(kāi)發(fā)的納米材料種類繁多，并不是所有物質(zhì)在納米狀態(tài)都會(huì)呈現(xiàn)出毒副作用，甚至在納米狀態(tài)還會(huì)呈現(xiàn)毒性減少的趨勢(shì)。以石英為代表的結(jié)晶型二氧化硅已被證實(shí)對(duì)人體有很大危害，而有研究表明納米二氧化硅致肺纖維化等慢性毒性效應(yīng)則可能比標(biāo)準(zhǔn)二氧化硅輕。
對(duì)動(dòng)物有危害≠對(duì)人類有危害
迄今為止，納米材料導(dǎo)致的生物學(xué)損害作用依然停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)階段，還沒(méi)有導(dǎo)致人體危害的確切證據(jù)。像以往對(duì)許多化學(xué)品的毒理學(xué)研究一樣，對(duì)動(dòng)物有危害，并不等同于對(duì)人類有危害。這主要是因?yàn)椋?/p>
1、納米只是計(jì)量單位，是否產(chǎn)生生物學(xué)損害，要看具體是什么化學(xué)物質(zhì)。
2、目前對(duì)于納米材料導(dǎo)致的生物學(xué)損害的研究，對(duì)所采用劑量報(bào)道較少。任何化學(xué)品的有害、無(wú)害只是相對(duì)概念。劑量效應(yīng)關(guān)系是普遍存在的。納米材料是否產(chǎn)生生物學(xué)損害，要看接觸者的實(shí)際暴露劑量。
3、目前的研究已經(jīng)證實(shí)，不同動(dòng)物種屬對(duì)納米材料的生物學(xué)反應(yīng)存在一定差異。
認(rèn)定納米材料致病尚缺乏依據(jù)
作為曾經(jīng)醫(yī)治過(guò)河北7名“怪病”女工并到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行過(guò)實(shí)際調(diào)研的醫(yī)務(wù)人員。筆者認(rèn)為，認(rèn)定上述患者暴露于納米顆粒環(huán)境中缺乏依據(jù)，因此認(rèn)定是納米材料導(dǎo)致了損害同樣缺乏依據(jù)。這主要是因?yàn)椋?/p>
1、迄今為止，導(dǎo)致上述患者患病的物質(zhì)依然沒(méi)有得到確認(rèn)。我院曾經(jīng)組織多學(xué)科，邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)諸多專家，多次為上述患者進(jìn)行會(huì)診，也對(duì)患者使用的原材料進(jìn)行過(guò)分析。沒(méi)有確認(rèn)患者所使用原材料為納米物質(zhì)。
2、國(guó)內(nèi)外從事印刷PS版噴涂作業(yè)的企業(yè)眾多，尚未發(fā)現(xiàn)有類似情況發(fā)生。上述患者所使用的噴涂劑，是用人單位貪圖廉價(jià)所采購(gòu)的沒(méi)有生產(chǎn)廠家標(biāo)識(shí)、沒(méi)有產(chǎn)品名稱標(biāo)識(shí)、沒(méi)有成分標(biāo)識(shí)的“三無(wú)”產(chǎn)品。廉價(jià)購(gòu)得“納米材料”可能性不大。
3、從事印刷PS版噴涂作業(yè)的企業(yè)，使用的主要物質(zhì)成分為聚丙烯酸酯。國(guó)內(nèi)有學(xué)者用聚丙烯酸酯為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物染毒，沒(méi)有復(fù)制出胸腔積液和肺損傷的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物；而使用從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)獲取的原材料，已經(jīng)成功復(fù)制出胸腔積液和肺損傷的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。因此。不能認(rèn)定病因?yàn)榫郾┧狨ゼ{米材料。
論文摘要：本文從納米材料在催化方面、涂料方面、其它精細(xì)化工方面和醫(yī)藥方面的應(yīng)用等幾個(gè)方面探討了其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。
有人曾經(jīng)預(yù)測(cè)在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái)，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。
一、納米材料在工程上的應(yīng)用
納米材料的小尺寸效應(yīng)使得通常在高溫下才能燒結(jié)的材料如 si c, bc等在納米尺度下在較低的溫度下即可燒結(jié) ,另一方面 ,納米材料作為燒結(jié)過(guò)程中的活性添加劑使用也可降低燒結(jié)溫度 ,縮短燒結(jié)時(shí)間。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng) ,使得納米復(fù)相材料的熔點(diǎn)和相轉(zhuǎn)變溫度下降 ,在較低的溫度下即可得到燒結(jié)性能良好的復(fù)相材料。由納米顆粒構(gòu)成的納米陶瓷在低溫下出現(xiàn)良好的延展性。納米 ti o2 陶瓷在室溫下具有良好的韌性 ,在 1 80°c下經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。納米復(fù)合陶瓷具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能 ,在切削刀具、軸承、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)部件等方面具有廣泛的應(yīng)用 ,在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等許多苛刻的環(huán)境下起著其它材料無(wú)法取代的作用。隨著陶瓷多層結(jié)構(gòu)在微電子器件的包封、電容器、傳感器等方面的應(yīng)用 ,利用納米材料的優(yōu)異性能來(lái)制作高性能電子陶瓷材料也成為一大熱點(diǎn)。有人預(yù)計(jì)納米陶瓷很可能發(fā)展成為跨世紀(jì)新材料 ,使陶瓷材料的研究出現(xiàn)一個(gè)新的飛躍。納米顆粒添加到玻璃中 ,可以明顯改善玻璃的脆性。無(wú)機(jī)納米顆粒具有很好的流動(dòng)性 ,可以用來(lái)制備在某些特殊場(chǎng)合下使用的固體劑。
二、納米材料在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。
日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中，將納米tio2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米sio2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米sio2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
三、納米材料在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無(wú)機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米tio2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的tio／sio2負(fù)載型光催化劑。ni或cu一zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
四、納米陶瓷材料增韌改性
納米（nm）是長(zhǎng)度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來(lái)說(shuō)，納米是一個(gè)很小的單位，不如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來(lái)表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。
1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德。費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。1991年，美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。
二、納米技術(shù)在防腐中的應(yīng)用
納米涂料必須滿足兩個(gè)條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因?yàn)榧{米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對(duì)流變性的影響，如納米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流掛；第二、耐候性的改善。利用納米粒子對(duì)紫外線的吸收性，如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車(chē)面漆等；第三、力學(xué)性能的改善。利用納米粒子與樹(shù)脂之間強(qiáng)大的界面結(jié)合力，可提高涂層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。
納米技術(shù)的應(yīng)用為涂料工業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了一條新途徑，目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團(tuán)聚，納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過(guò)簡(jiǎn)單的混配得到。同時(shí)納米粒子種類很多，性能各異，不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達(dá)到所期望的性能和功能，需要經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。
納米涂料雖然無(wú)毒，但由于改性技術(shù)原因，性能并不理想，加上價(jià)格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價(jià)格原因未能大量應(yīng)用。國(guó)外公司如美國(guó)的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國(guó)的Hrubach、法國(guó)的SNCZ、英國(guó)的BritishPetroleum、日本的帝國(guó)化工公司均推出了一系列無(wú)毒納米防銹顏料，性能不錯(cuò)，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國(guó)防銹顏料的開(kāi)發(fā)整體水平落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統(tǒng)防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴(yán)重，對(duì)人體的傷害很大，目前已被許多國(guó)家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國(guó)防銹涂料業(yè)也蓬勃發(fā)展，也可以生產(chǎn)納米漆。
我國(guó)自主生產(chǎn)的產(chǎn)品目前已通過(guò)國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車(chē)輛檢驗(yàn)站、機(jī)械科學(xué)院武漢材料保護(hù)研究所等國(guó)內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析和檢測(cè)，同時(shí)還經(jīng)過(guò)加拿大國(guó)家涂料信息中心等國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的技術(shù)分析，結(jié)果表明其具有目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品無(wú)可比擬的防銹性能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，是防銹涂料領(lǐng)域劃時(shí)代產(chǎn)品，復(fù)合鐵鈦粉及其防銹漆通過(guò)國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的鑒定后已在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
三、納米材料在涂料中應(yīng)用展前景預(yù)測(cè)
據(jù)估算，全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已達(dá)到500億美元。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家政府和大的企業(yè)紛紛啟動(dòng)了發(fā)展納米技術(shù)和納米計(jì)劃的研究計(jì)劃。美國(guó)將納米技術(shù)視為下一次工業(yè)革命的核心，2001年年初把納米技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，在納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準(zhǔn)備像微電子技術(shù)那樣在這一領(lǐng)域獨(dú)占領(lǐng)先地位。日本也設(shè)立了納米材料中心，把納米技術(shù)列入新五年科技基本計(jì)劃的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，將以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境保護(hù)等并列為四大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。德國(guó)也把納米材料列入21世紀(jì)科研的戰(zhàn)略領(lǐng)域，全國(guó)有19家機(jī)構(gòu)專門(mén)建立了納米技術(shù)研究網(wǎng)。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際，納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)的發(fā)展和生存環(huán)境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻(xiàn)。從某種意義上說(shuō)，21世紀(jì)將是一個(gè)納米世紀(jì)。
由于表面納米技術(shù)運(yùn)用面廣、產(chǎn)業(yè)化周期短、附加值高，所形成的高新技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品、以及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的改造升級(jí)，產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)前景極好。
在納米功能和結(jié)構(gòu)材料方面，將充分利用納米材料的異常光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、敏感特性、催化與化學(xué)特性等開(kāi)發(fā)高技術(shù)新產(chǎn)品，以及對(duì)傳統(tǒng)材料改性；將重點(diǎn)突破各類納米功能和結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和表征技術(shù)。多功能的納米復(fù)合材料、高性能的納米硬質(zhì)合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了廣泛的機(jī)遇。各類納米材料的產(chǎn)業(yè)化可能形成一批大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)，將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響；納米技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，將產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，促使涂料更新?lián)Q代，為涂料成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品開(kāi)創(chuàng)了突破性的新紀(jì)元。
納米涂料已被認(rèn)定為北京奧運(yùn)村建筑工程的專用產(chǎn)品，展示出該涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價(jià)值。它利用獨(dú)特的光催化技術(shù)對(duì)空氣中有毒氣體有強(qiáng)烈的分解，消除作用。對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內(nèi)空氣更加清新。經(jīng)測(cè)試，對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99％以上，有長(zhǎng)期的防霉防藻效果。納米改性內(nèi)墻涂料，實(shí)際上是高級(jí)的衛(wèi)生型涂料，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理，較低的表面張力，具有高強(qiáng)的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強(qiáng)勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強(qiáng)。使用壽命達(dá)15年以上。顆粒徑細(xì)小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng)，使其牢牢結(jié)合成一體，附著力強(qiáng)，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍涂料，除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外，可在10℃到25℃之內(nèi)正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規(guī)定，使建筑行業(yè)施工縮短了工期，提高了功效，又創(chuàng)造出高質(zhì)量。
四、結(jié)語(yǔ)
由于目前應(yīng)用納米材料對(duì)涂料進(jìn)行改性尚處在初級(jí)階段，技術(shù)、工藝還不太成熟，需要探索和改進(jìn)。但涂料的各種性能得到某些改進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果足以證明，納米改性涂料的市場(chǎng)前景是非常好的。
[論文關(guān)鍵詞]納米材料應(yīng)用
[論文摘要]科技的發(fā)展，使我們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究的越來(lái)越透徹。納米技術(shù)便由此產(chǎn)生了，主要對(duì)納米材料和納米涂料的應(yīng)用加以闡述。
參考文獻(xiàn)：
[1]橋本和仁等［J］.現(xiàn)代化工.1996(8):25～28.
論文摘要：本文介紹了納米技術(shù)、納米材料的基本概念、原理、特征和各種納米材料在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用；闡述了納米材料在應(yīng)用中所存在的技術(shù)問(wèn)題，以及納米技術(shù)在涂料領(lǐng)域的發(fā)展前景。
1 納米技術(shù)及納米材料
1.1納米技術(shù)
納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末誕生且正在崛起的新技術(shù)，主要是在0.1-100nm尺度范圍內(nèi)，研究物質(zhì)組成的體系中電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律與相互作用，其研究目的是按人的意志直接操縱電子、原子或分子，研制出人們所希望的、具有特定功能的材料和制品。納米科技將成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流，它不僅是信息技術(shù)、生物技術(shù)等新興領(lǐng)域發(fā)展的推動(dòng)力，而且因其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、生物特性為涂料等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
1.2納米材料
納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成，其晶粒中原子的長(zhǎng)程有序排列和無(wú)序界面成分的組成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子達(dá)15%～50%，且原子排列互不相同，界面周?chē)木Ц裨咏Y(jié)構(gòu)互不相關(guān)，使得納米材料成為介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)[1]。 狹義上，納米材料是指粒徑在0.1-100nm范圍內(nèi)的或具有特殊物理化學(xué)性能的材料。廣義上，納米材料是指在三維空間中至少有一維長(zhǎng)度在0.1-100nm范圍內(nèi)的或具有納米結(jié)構(gòu)的材料。按化學(xué)組成可分為:納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復(fù)合材料等。由于納米材料具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和一些奇異的光、電、磁等性能，將其用于涂料中后，除了可以改性傳統(tǒng)涂料外，更為重要的是可以制備各種功能涂料，如具有抗輻射、耐老化、抗菌殺菌、隱身等特殊功能的涂料。
2 納米材料在涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用
現(xiàn)階段納米材料在涂料中的應(yīng)用主要為兩種情況[2]：（1）納米材料經(jīng)特殊處理后，添加到傳統(tǒng)涂料中分散后制成的納米復(fù)合涂料（Nanocomposite coating），使涂料的各項(xiàng)指標(biāo)均得到了顯著的提高。將納米離子用于涂料中所得到的一類具有抗輻射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料稱為納米復(fù)合涂料。（2）完全由納米粒子和有機(jī)膜材料形成的納米涂層材料，通常所說(shuō)的納米涂料均為有機(jī)納米復(fù)合涂料。目前，用于涂料的納米粒子主要是某些金屬氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、納米金屬粉末（如納米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、無(wú)機(jī)鹽類（CaCO3）和層狀硅酸鹽（如一堆的納米級(jí)粘土）[3]。
2.1納米TiO2在涂料中的應(yīng)用
2.1.1隨角異色效應(yīng)
由于納米二氧化鈦晶體的粒徑大約是普通鈦白粉的1/10，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)，本身具有透明性，又對(duì)可見(jiàn)光具有一定程度的遮蓋，透射光在鋁粉表面反射與在納米二氧化鈦表面反射產(chǎn)生了不同的視覺(jué)效果。到1991年，全世界已有11種含超細(xì)二氧化鈦的金屬閃光漆。目前，福特、克萊斯樂(lè)、豐田、馬自達(dá)等許多著名的汽車(chē)制造公司都已使用含有超細(xì)二氧化鈦的金屬閃光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的傳統(tǒng)方法是添加有機(jī)紫外線吸收劑，納米TiO2粒子是一種穩(wěn)定的、無(wú)毒的紫外光吸收劑。因?yàn)橛米魍苛匣系母叻肿訕?shù)脂受到太陽(yáng)中紫外線的長(zhǎng)期照射會(huì)導(dǎo)致分子鏈的降解，影響涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太陽(yáng)光中的紫外線，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭剛[5]等研究發(fā)現(xiàn)利用金紅石型納米TiO2優(yōu)異的紫外線屏蔽性能改性傳統(tǒng)耐候型聚酯——TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌殺毒
納米TiO2有抗菌殺毒作用，用于涂料是涂料發(fā)展中的一個(gè)重大成就。納米二氧化鈦具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移動(dòng)的帶負(fù)電的電子e-和帶正電的空穴h+形成電子——空穴對(duì)， 該電子——空穴對(duì)能與空氣中的氧和 H2O發(fā)生作用，通過(guò)一系列化學(xué)反應(yīng)形成原子氧（O）氫氧自由基（OH）， 這種原子氧和氫氧自由基具有很高的化學(xué)活性，能與細(xì)菌中的有機(jī)物反應(yīng)生成二氧化碳和水，從而達(dá)到殺滅細(xì)菌的作用。[6]
納米TiO2的抗菌殺毒作用已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。日本已有不少企業(yè)開(kāi)發(fā)出納米TiO2光催化涂料并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)。目前，由于國(guó)內(nèi)對(duì)于納米TiO2的研究大多還處于實(shí)驗(yàn)階段，在涂料性能的提高和完善方面還有大量的工作要做，因此，對(duì)納米涂料的研究要不斷深入，以提高我國(guó)涂料的工業(yè)水平，推動(dòng)納米涂料的發(fā)展和應(yīng)用。
2.2納米SiO2在涂料中的應(yīng)用
納米SiO2具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擁有龐大的比表面積，表現(xiàn)出極大的活性，能在涂料干燥時(shí)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加了涂料的強(qiáng)度和光潔度，而且還提高了顏料的懸浮性，能保持涂料的顏色長(zhǎng)期不變。在建筑內(nèi)外墻涂料中，若添加納米SiO2，可明顯改善涂料的開(kāi)罐效果，涂料不分層，具有觸變性、防流掛、施工性能良好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是抗沾污性能大大提高，具有優(yōu)良的自清潔能力和附著力。納米SiO2還可與有機(jī)顏料配用，可獲得光致變色涂料。
欲使納米SiO2材料在涂料中真正地得到廣泛應(yīng)用，須解決納米SiO2在涂料中的分散穩(wěn)定性問(wèn)題。通常的做法是加入表面活性劑包裹微粒或反絮凝劑形成雙電層的措施。同時(shí)在分散時(shí)可配合使用超聲波分散。
2.3納米ZnO在涂料中的應(yīng)用
納米ZnO等由于質(zhì)量輕、厚度薄、顏色淺、吸波能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而成為吸波涂料研究的熱點(diǎn)之一。在陽(yáng)光的照射下納米ZnO在水和空氣中具有極強(qiáng)的化學(xué)活性，能與多種有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)（包括細(xì)菌中的有機(jī)物），從而把大多數(shù)細(xì)菌和病毒殺死。 ZnO也具有良好的紫外線屏蔽作用，粒徑60nm的ZnO對(duì)波長(zhǎng)300-400nm的紫外線有良好的吸收和散射作用，因此可以作為涂料的抗老化添加劑。日本已經(jīng)開(kāi)發(fā)出用樹(shù)脂包覆的片狀ZnO紫外線屏蔽劑[7]。在涂料中添加納米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。
2.4納米氧化鐵在涂料中的應(yīng)用
納米氧化鐵作為顏料無(wú)毒無(wú)味，具有很好的耐溫、耐侯、耐酸、耐堿以及高彩度、高著色力、高透明度和強(qiáng)烈吸收紫外光的優(yōu)良性能，可廣泛用于高檔汽車(chē)涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是較好的環(huán)保涂料。紫外線分解木材中的木質(zhì)素而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致木材老化，納米氧化鐵顏料分散于涂層中，由于顆粒直徑小不會(huì)散射光線、涂層成透明狀態(tài)且吸收紫外線輻射，起到保護(hù)木材的作用。左美祥[8]等研究發(fā)現(xiàn):在樹(shù)脂中摻入納米級(jí)的TiO2（白色）、Cr2O3（綠色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半導(dǎo)體性質(zhì)的粉體，會(huì)產(chǎn)生良好的靜電屏蔽性能。日本松下電器公司研究所據(jù)此成功開(kāi)發(fā)了適用于電器外殼的樹(shù)脂基納米氧化物復(fù)合的靜電屏蔽涂料。與傳統(tǒng)的樹(shù)脂基碳黑復(fù)合的涂料相比，樹(shù)脂基納米氧化物復(fù)合涂料具有更為優(yōu)異的靜電屏蔽性能，而且后者在顏色選擇方面也更為靈活。用納米級(jí)Fe3O4與樹(shù)脂復(fù)合制成了磁性涂料，目前這方面的制備工藝已有所突破而進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
2.5納米CaCO3在涂料中的應(yīng)用
納米CaCO3作為顏料填充劑，具有細(xì)膩、均勻、白度高、光學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著納米碳酸鈣的粒子微細(xì)化，填料粒表面的原子數(shù)目占整個(gè)總原子數(shù)目的比例增大，使粒子表面的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)都發(fā)生變化，到了納米級(jí)水平。填料粒子將成為有限個(gè)原子的集合體，表現(xiàn)出常規(guī)粒子所沒(méi)有的表面效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，使納米材料具有一系列優(yōu)良的理化性能。它添加到涂料膠乳中，加強(qiáng)了透明性、觸變性和流平性。觸變性是納米CaCO3改善膠乳涂料各項(xiàng)性能的主要因素。同時(shí)能對(duì)涂料形成屏蔽作用，達(dá)到抗紫外老化和防熱老化的目的和增加涂料的隔熱性。
杜振霞[9]等研究表明:在納米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相體積分?jǐn)?shù)達(dá)到20%時(shí)，涂料的粘度曲線存在低剪切稀化冪律特征區(qū)和高剪切牛頓兩個(gè)區(qū)域，而且有明顯的觸變性。當(dāng)乳膠漆聚合物乳液的粒徑為10-100nm，表面張力非常低，有極好的流平性、流變性、潤(rùn)濕性與滲透性，表現(xiàn)超常規(guī)的特性。
2.6其它新型納米涂料
納米隱身涂料（雷達(dá)波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷達(dá)波并使其散射衰減的一類功能涂料。當(dāng)將納米級(jí)的羧基鐵粉、鎳粉、鐵氧體粉末改性的有機(jī)涂料涂到飛機(jī)、導(dǎo)彈、軍艦等武器裝備上，可使這些裝備具有隱身性能，使它們?cè)诤軐挼念l率范圍內(nèi)可以逃避雷達(dá)的偵察，同時(shí)也有紅外隱身作用。美國(guó)研制的超細(xì)石墨納米吸波涂料，對(duì)雷達(dá)波的吸收率大于99%，其他金屬超細(xì)粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潛力。法國(guó)研制出一種寬頻微波吸收涂層，這種吸收涂層由粘結(jié)劑和納米材料、填充材料組成，具有很好的磁導(dǎo)率，在50MHz-50GHz范圍內(nèi)具有良好的吸波性能。我國(guó)也有相關(guān)的研究，如不同粒徑的Fe3O4在1-1000 MHz頻率范圍對(duì)電磁波具有吸收性能，隨著頻率的增加，納米Fe3O4吸收能效增加，且納米粒徑越小，吸收效能越高。
3 納米涂料研究中存在的技術(shù)問(wèn)題
首先是納米材料在涂料中的穩(wěn)定分散問(wèn)題。由于納米粒子比表面積和表面張力都很大，容易吸附而發(fā)生團(tuán)聚，在溶液中將其有效地分散成納米級(jí)粒子是非常困難的。尋找合適的分散劑來(lái)分散納米材料，并采用合適的穩(wěn)定劑將良好分散的納米材料粒徑穩(wěn)定在納米級(jí)，是納米技術(shù)在涂料改性中獲得廣泛應(yīng)用必須解決的最關(guān)鍵問(wèn)題。其次， 納米材料加入量的適度問(wèn)題。一般而言，納米材料的用量與涂料性能變化之間的關(guān)系曲線近似于拋物線，開(kāi)始時(shí)隨著納米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趨緩，最后達(dá)到峰值：之后，隨著納米材料添加量的進(jìn)一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趨勢(shì)，同時(shí)也增加了成本。因此，做好對(duì)比試驗(yàn)，選好納米材料添加量也十分關(guān)鍵。最后，必須開(kāi)展納米涂料施工工藝的研究。納米涂料就本身而言只是一個(gè)半成品，只有施工完畢后才真正成為最終產(chǎn)品，而現(xiàn)實(shí)情況是人們大都將注意力集中在納米涂料產(chǎn)品本身，而忽略了施工工藝的研究，致使納米涂料無(wú)法達(dá)到其應(yīng)有的效果。
4 納米技術(shù)在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用展望
今后納米涂料的發(fā)展主要將體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:（1）新的納米原材料的開(kāi)發(fā)和商品化。即根據(jù)不同材料的物理化學(xué)性能，開(kāi)發(fā)研制出新納米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究納米材料在涂料中的分散和穩(wěn)定性。即探索納米材料顆粒與涂料間的相互作用和混合機(jī)理，并根據(jù)納米粉體在涂料中分散成納米級(jí)和保持分散穩(wěn)定性的原理，開(kāi)發(fā)新的表面改性劑和穩(wěn)定劑，以提高納米材料在涂料中的改性效果。（3）加強(qiáng)納米材料表征方法和測(cè)試技術(shù)的研究。即為了能更好地利用納米材料的特殊性能，必須研究新的測(cè)試手段對(duì)納米材料進(jìn)行研究，并將傳統(tǒng)納米材料的測(cè)試方法進(jìn)一步完善和標(biāo)準(zhǔn)化。降低成本，并逐漸實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的工業(yè)化、商品化，從而改變我國(guó)高檔、高性能涂料大量依賴進(jìn)口的狀況，是將來(lái)的研究重點(diǎn)。
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1、各國(guó)競(jìng)相出臺(tái)納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃
由于納米技術(shù)對(duì)國(guó)家未來(lái)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國(guó)防安全具有重要意義，世界各國(guó)（地區(qū)）紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，以指導(dǎo)和推進(jìn)本國(guó)納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個(gè)國(guó)家制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃。一些國(guó)家雖然沒(méi)有專項(xiàng)的納米技術(shù)計(jì)劃，但其他計(jì)劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)的研發(fā)。
（1）發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)雄心勃勃
為了搶占納米科技的先機(jī)，美國(guó)早在2000年就率先制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開(kāi)展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開(kāi)發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)又通過(guò)了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開(kāi)。
日本政府將納米技術(shù)視為“日本經(jīng)濟(jì)復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項(xiàng)措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設(shè)備）的落實(shí)。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進(jìn)從基礎(chǔ)性到實(shí)用性的研發(fā)，同時(shí)跨省廳重點(diǎn)推進(jìn)能有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)。
歐盟在2002—2007年實(shí)施的第六個(gè)框架計(jì)劃也對(duì)納米技術(shù)給予了空前的重視。該計(jì)劃將納米技術(shù)作為一個(gè)最優(yōu)先的領(lǐng)域，有13億歐元專門(mén)用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識(shí)為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會(huì)還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前，已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個(gè)關(guān)鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢(shì)頭；加強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施；從質(zhì)和量方面擴(kuò)大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)；考慮社會(huì)因素，趨利避險(xiǎn)。另外，包括德國(guó)、法國(guó)、愛(ài)爾蘭和英國(guó)在內(nèi)的多數(shù)歐盟國(guó)家還制定了各自的納米技術(shù)研發(fā)計(jì)劃。
（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體瞄準(zhǔn)先機(jī)
意識(shí)到納米技術(shù)將會(huì)給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的影響，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體，為了保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國(guó)政府2001年制定了《促進(jìn)納米技術(shù)10年計(jì)劃》，2002年頒布了新的《促進(jìn)納米技術(shù)開(kāi)發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術(shù)開(kāi)發(fā)實(shí)施規(guī)則》。韓國(guó)政府的政策目標(biāo)是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平；到2010年10年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，韓國(guó)納米技術(shù)研發(fā)要達(dá)到與美國(guó)和日本等領(lǐng)先國(guó)家的水平，進(jìn)入世界前5位的行列。
中國(guó)臺(tái)灣自1999年開(kāi)始，相繼制定了《納米材料尖端研究計(jì)劃》、《納米科技研究計(jì)劃》，這些計(jì)劃以人才和核心設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺(tái)灣知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
（3）發(fā)展中大國(guó)奮力趕超
綜合國(guó)力和科技實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)展中國(guó)家為了迎頭趕上發(fā)達(dá)國(guó)家納米科技發(fā)展的勢(shì)頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國(guó)政府在2001年7月就了《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)、國(guó)家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門(mén)委員會(huì)。目前正在制定中的國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展綱要將明確中國(guó)納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國(guó)在目前和中長(zhǎng)期的研發(fā)任務(wù)，以便在國(guó)家層面上進(jìn)行指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在幾個(gè)方面取得重要突破。鑒于未來(lái)最有可能的技術(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項(xiàng)國(guó)家納米技術(shù)戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過(guò)加大對(duì)從事材料科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的支持力度，加強(qiáng)材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。
2、納米科技研發(fā)投入一路攀升
納米科技已在國(guó)際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無(wú)論是富裕的工業(yè)化大國(guó)還是渴望富裕的工業(yè)化中國(guó)家，都在對(duì)納米科學(xué)、技術(shù)與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報(bào)告稱，在過(guò)去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術(shù)研究資金估計(jì)為20億歐元。這說(shuō)明，全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達(dá)50億歐元。
美國(guó)的公共納米技術(shù)投資最多。在過(guò)去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)法》，在2005～2008財(cái)年聯(lián)邦政府將對(duì)納米技術(shù)計(jì)劃投入37億美元，而且這還不包括國(guó)防部及其他部門(mén)將用于納米研發(fā)的經(jīng)費(fèi)。
日本目前是僅次于美國(guó)的第二大納米技術(shù)投資國(guó)。日本早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始支持納米科學(xué)研究，近年來(lái)納米科技投入迅速增長(zhǎng)，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長(zhǎng)20%。
在歐洲，根據(jù)第六個(gè)框架計(jì)劃，歐盟對(duì)納米技術(shù)的資助每年約達(dá)7.5億美元，有些人估計(jì)可達(dá)9.15億美元。另有一些人估計(jì)，歐盟各國(guó)和歐盟對(duì)納米研究的總投資可能兩倍于美國(guó)，甚至更高。
中國(guó)期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術(shù)研究支出達(dá)到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國(guó)臺(tái)灣計(jì)劃從2002～2007年在納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達(dá)1億美元。韓國(guó)每年的納米技術(shù)投入預(yù)計(jì)約為1.45億美元，而新加坡則達(dá)3.7億美元左右。
就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國(guó)為2.4歐元，美國(guó)為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計(jì)劃，美國(guó)2006年的納米技術(shù)研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢(shì)。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國(guó)為0.01%，日本為0.02%。
另外，據(jù)致力于納米技術(shù)行業(yè)研究的美國(guó)魯克斯資訊公司2004年的一份年度報(bào)告稱，很多私營(yíng)企業(yè)對(duì)納米技術(shù)的投資也快速增加。美國(guó)的公司在這一領(lǐng)域的投入約為17億美元，占全球私營(yíng)機(jī)構(gòu)38億美元納米技術(shù)投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營(yíng)機(jī)構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長(zhǎng)，納米技術(shù)的創(chuàng)新時(shí)代必將到來(lái)。
3、世界各國(guó)納米科技發(fā)展各有千秋
各納米科技強(qiáng)國(guó)比較而言，美國(guó)雖具有一定的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)在尚無(wú)確定的贏家和輸家。
（1）在納米科技論文方面日、德、中三國(guó)不相上下
根據(jù)中國(guó)科技信息研究所進(jìn)行的納米論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學(xué)引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度較大，2001年和2002年的增長(zhǎng)率分別達(dá)到了30.22%和18.26%。
2000—2002年納米研究論文，美國(guó)以較大的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先于其他國(guó)家，3年累計(jì)論文數(shù)超過(guò)10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國(guó)（11.28%）、中國(guó)（10.64%）和法國(guó)（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過(guò)了3000篇。而且以上5國(guó)2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過(guò)了1000篇，是納米研究最活躍的國(guó)家，也是納米研究實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)家。中國(guó)的增長(zhǎng)幅度最為突出，2000年中國(guó)納米論文比例還落后德國(guó)2個(gè)多百分點(diǎn)，到2002年已經(jīng)超過(guò)德國(guó)，位居世界第三位，與日本接近。
在上述5國(guó)之后，英國(guó)、俄羅斯、意大利、韓國(guó)、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國(guó)3年累計(jì)論文總數(shù)都超過(guò)了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進(jìn)入前10名。這5個(gè)國(guó)家可以列為納米研究較活躍的國(guó)家。
另外，如果歐盟各國(guó)作為一個(gè)整體，其論文量則超過(guò)36%，高于美國(guó)的29.46%。（2）在申請(qǐng)納米技術(shù)發(fā)明專利方面美國(guó)獨(dú)占鰲頭
據(jù)統(tǒng)計(jì)：美國(guó)專利商標(biāo)局2000—2002年共受理2236項(xiàng)關(guān)于納米技術(shù)的專利。其中最多的國(guó)家是美國(guó)（1454項(xiàng)），其次是日本（368項(xiàng)）和德國(guó)（118項(xiàng)）。由于專利數(shù)據(jù)來(lái)源美國(guó)專利商標(biāo)局，所以美國(guó)的專利數(shù)量非常多，所占比例超過(guò)了60%。日本和德國(guó)分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國(guó)、韓國(guó)、加拿大、法國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過(guò)了1%。
專利反映了研究成果實(shí)用化的能力。多數(shù)國(guó)家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，專利數(shù)所占比例超過(guò)論文數(shù)所占比例的國(guó)家和地區(qū)只有美國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣。這說(shuō)明，很多國(guó)家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實(shí)力，但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究，而實(shí)用化能力較弱。
（3）就整體而言納米科技大國(guó)各有所長(zhǎng)
美國(guó)納米技術(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用，目前美國(guó)納米研究熱點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國(guó)國(guó)家的優(yōu)先科研計(jì)劃。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)多種癌癥進(jìn)行早期診斷，而且，已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷。2004年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門(mén)出臺(tái)了一項(xiàng)《癌癥納米技術(shù)計(jì)劃》，目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動(dòng)也是一個(gè)研究熱門(mén)，這對(duì)于研究艾滋病病毒、癌細(xì)胞等在人體內(nèi)的活動(dòng)情況非常有用，還可以用來(lái)檢測(cè)藥物對(duì)病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來(lái)5～10年有望商業(yè)化。
雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點(diǎn)，納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國(guó)科研人員正在加緊納米級(jí)半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究，期望突破傳統(tǒng)的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運(yùn)算快的芯片。這種技術(shù)本來(lái)有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長(zhǎng)度達(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線。
日本納米技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)實(shí)力強(qiáng)大，某些方面處于世界領(lǐng)先水平，但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段，距離實(shí)用化還有相當(dāng)一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上，日本最重視的是應(yīng)用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開(kāi)發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結(jié)構(gòu)、富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)、納米管套富勒結(jié)構(gòu)、酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等。
在制造方法上，日本不斷改進(jìn)電弧放電法、化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時(shí)積極開(kāi)發(fā)新的制造技術(shù)，特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注。它能以每小時(shí)數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開(kāi)發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來(lái)的1／10，兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。
日本高度重視開(kāi)發(fā)檢測(cè)和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級(jí)照相機(jī)顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品。科學(xué)家村田和廣成功開(kāi)發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應(yīng)用于納米領(lǐng)域，在硅、玻璃、金屬和有機(jī)高分子等多種材料的基板上印制細(xì)微電路，是世界最高水平。
日本企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)尋找用武之地，如制造單個(gè)電子晶體管、分子電子元件等更細(xì)微、更高性能的元器件和量子計(jì)算機(jī)，解析分子、蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等。不過(guò)，這些研究大都處于探索階段，成果為數(shù)不多。
歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機(jī)電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)材料、智能材料等方面的研究能力較強(qiáng)。
中國(guó)在納米材料及其應(yīng)用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無(wú)機(jī)非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學(xué)合成材料也是一個(gè)重要方面，而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有明顯差距。
4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快
目前，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2004年全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元，2010年將達(dá)到14400億美元。為此，各納米技術(shù)強(qiáng)國(guó)為了盡快實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
美國(guó)國(guó)家科研項(xiàng)目管理部門(mén)的管理者們認(rèn)為，美國(guó)大公司自身的納米技術(shù)基礎(chǔ)研究不足，導(dǎo)致美國(guó)在該領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)應(yīng)用缺乏動(dòng)力，因此，嘗試建立一個(gè)由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國(guó)聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個(gè)“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時(shí)有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項(xiàng)：一是進(jìn)行納米技術(shù)基礎(chǔ)研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領(lǐng)域涉及納米計(jì)算、納米通訊、納米機(jī)械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應(yīng)用于美國(guó)國(guó)防工業(yè)。
美國(guó)的一些大公司也正在認(rèn)真探索利用納米技術(shù)改進(jìn)其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個(gè)由專業(yè)、商業(yè)和學(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴(kuò)大，其目的是共享信息，促進(jìn)聯(lián)系，加速納米技術(shù)應(yīng)用。
日本企業(yè)界也加強(qiáng)了對(duì)納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國(guó)立科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)會(huì)議”，以大力促進(jìn)本地區(qū)納米技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術(shù)研究所，試圖將納米技術(shù)融合進(jìn)各自從事的產(chǎn)業(yè)中。
歐盟于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)，推動(dòng)納米技術(shù)在歐盟成員國(guó)的應(yīng)用。歐盟委員會(huì)指出：建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)的目的是使工程師、材料學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)產(chǎn)品和運(yùn)輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時(shí)減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過(guò)建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)方面盡快趕上美國(guó)。
論文關(guān)鍵詞 納米技術(shù) 刑事偵查 潛指紋鑒定
指紋又稱之為手紋，指的是基于人體手部皮膚的紋理。由于指紋的生理結(jié)構(gòu)及特征體系具有高度的特殊性，因此在刑偵領(lǐng)域中作為一種物證，其優(yōu)越性十分明顯。就目前而言，傳統(tǒng)的潛指紋鑒定方法還存在一些明顯的缺陷，例如：不具靈敏性、不具準(zhǔn)確性以及在信息提取過(guò)程中常常受到限制等。近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的日益成熟與完善，相關(guān)研究者開(kāi)始研究納米技術(shù)在潛指紋顯現(xiàn)方面的應(yīng)用。鑒于此，本課題對(duì)“納米技術(shù)在刑事偵查潛指紋鑒定中的應(yīng)用”進(jìn)行分析與探究具有尤為深遠(yuǎn)的重要意義。
一、傳統(tǒng)潛指紋顯現(xiàn)方法應(yīng)用現(xiàn)狀分析
顯現(xiàn)潛指紋只要是采用一種管線或者一種物質(zhì)，將其作用在基于指紋印痕的汗液等物質(zhì)中，讓難以發(fā)現(xiàn)的汗液指紋變成可以看見(jiàn)的圖像。因?yàn)橹讣y中存在的課題表面物質(zhì)其種類具有繁多性，所以對(duì)于指紋顯現(xiàn)方法的靈活性有了很高的要求。并且，以顯現(xiàn)原理的異同為依據(jù)，可將潛指紋顯現(xiàn)方法歸分為三類：物理吸附法、化學(xué)顯現(xiàn)法及光學(xué)顯現(xiàn)法。
物理吸附法主要是對(duì)汗液物質(zhì)的黏附作用進(jìn)行利用，并把另一種物質(zhì)吸附至指紋紋線上面，進(jìn)而達(dá)到顯色的效果。如果潛指紋中殘留的指紋物質(zhì)大約為750ng的情況下，利用此方法獲取清晰度極高的指紋顯現(xiàn)。化學(xué)顯現(xiàn)法主要是對(duì)某化學(xué)試劑進(jìn)行利用，然后和潛指紋上的汗液物質(zhì)作用產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，讓無(wú)色指紋編程有色且可見(jiàn)的指紋。如果基于潛指紋當(dāng)中的指紋植物質(zhì)的含量大約在150ng的情況下，利用此方法能夠獲取清晰的可見(jiàn)指紋。光學(xué)先憲法主要是利用光線作用在潛指紋上，讓其產(chǎn)生光化學(xué)效應(yīng)，進(jìn)一步獲取清晰的顯現(xiàn)指紋。
雖然在長(zhǎng)期的演變及技術(shù)進(jìn)步之下，傳統(tǒng)潛指紋的顯現(xiàn)方法得到了廣泛的應(yīng)用；但是，仍舊存在一些問(wèn)題。首先，很多客觀條件不具理想型的指紋樣品的顯現(xiàn)方法需要進(jìn)一步完善，如人體皮膚潛指紋。其次，現(xiàn)有的顯現(xiàn)試劑與顯現(xiàn)方法存在一定程度上的安全隱患。如使用刷顯法的情況下懸浮在空氣里的粉塵，這類型的粉塵會(huì)對(duì)技術(shù)人員的身心健康造成極其嚴(yán)重的威脅。最后，使用一些有色試劑會(huì)對(duì)物證的原始狀態(tài)遭遇嚴(yán)重破壞，還有一些試劑因?yàn)閮r(jià)格昂貴，所以在實(shí)際應(yīng)用中不具推廣使用的價(jià)值。基于上述問(wèn)題，進(jìn)行有效解決是非常有必要的，這樣才能為刑事偵查的時(shí)效性與科學(xué)性提供基礎(chǔ)與保障。
二、納米技術(shù)在潛指紋顯現(xiàn)中的應(yīng)用分析
將納米技術(shù)應(yīng)用在潛指紋鑒定中，其效果顯著，有多方面的優(yōu)點(diǎn)，例如：高效、無(wú)毒害、無(wú)損耗且價(jià)格不具昂貴性等。不但能夠使指紋鑒定工作對(duì)靈敏度的高要求得到滿足，而且還使現(xiàn)狀之下傳統(tǒng)潛指紋的顯現(xiàn)方法得到了有效解決。下面筆者便從光致發(fā)光顯現(xiàn)潛指紋與金屬納米顆粒顯現(xiàn)潛指紋兩大方面對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行分析與探究。
（一）光致發(fā)光顯現(xiàn)潛指紋
光致發(fā)光顯現(xiàn)潛指紋主要是把物理、化學(xué)及光學(xué)檢驗(yàn)三者有機(jī)結(jié)合的一種方法。利用此方法，靈敏度能夠達(dá)到單光子水平。把納米材料和指紋內(nèi)殘留的氨基酸及油脂等物質(zhì)相融合，將納米材料的光致發(fā)光現(xiàn)象充分利用，進(jìn)而對(duì)幾何指紋物質(zhì)之后的納米材料發(fā)出的熒光進(jìn)行檢測(cè)，最終獲取清晰度高的指紋圖像。該過(guò)程便是光致發(fā)光顯現(xiàn)潛指紋的基本原理。并且，該方法需同時(shí)具備兩大要素：其一，物質(zhì)需要能夠?qū)ぐl(fā)光進(jìn)行吸收，這樣才能為后面的熒光發(fā)射奠定基礎(chǔ)。其二，發(fā)射光波的廠與激發(fā)光波的長(zhǎng)需不相同，這樣方可在背景情況下對(duì)指紋紋線進(jìn)行識(shí)別。現(xiàn)狀之下，此方法在檢測(cè)上常應(yīng)用到的是具備熒光特性的有機(jī)物質(zhì)。但是，此類物質(zhì)存在一些明顯的缺陷，例如：激發(fā)光譜不夠?qū)挕⒊上窈茈y分辨等。并且，它的熒光性能常受到環(huán)境因素的強(qiáng)烈干擾，其物質(zhì)的抗光漂白能力與熒光穩(wěn)定性極差。另外，它的成像發(fā)光時(shí)間短暫，使成像技術(shù)存在明顯缺陷。鑒于上述種種缺陷，刑偵技術(shù)人員逐步將研究的重點(diǎn)方向轉(zhuǎn)入了新型光致發(fā)光材料的開(kāi)發(fā)及利用上面。
為了使錫箔紙上所留下的潛指紋圖像信息能夠清晰地識(shí)別出，澳大利亞有研究者研制出了一種納米復(fù)合物粉末，該納米復(fù)合物粉末主要是合成殼聚糖包被的硫化鎘量子點(diǎn)。另外，硅納米材料因有很大的負(fù)載容量與高比表面積，因此受到了國(guó)內(nèi)外刑偵科學(xué)范疇內(nèi)的廣泛重視。英國(guó)有研究者將疏水性硅納米顆粒作為骨架，以離子互相作用為基礎(chǔ)，進(jìn)而和各類染料及熒光探針有效融合，最終融合成一些摻雜硅納米顆粒。通過(guò)實(shí)踐表明，該摻雜硅納米顆粒能夠在潛指紋的顯影實(shí)驗(yàn)當(dāng)中獲得優(yōu)良的效果。美國(guó)有研究者將不相同的二氧化硅納米顆粒摻雜熒光Eu3+感光劑復(fù)合物，進(jìn)一步實(shí)施潛指紋顯影測(cè)試。結(jié)果表明，基于四乙氧基硅烷，把1，10- 鄰二947氮雜菲作為感光劑，其效果最優(yōu)化的是金屬箔、玻璃以及綠色樹(shù)葉中的潛指紋顯影，展現(xiàn)出了基于刑偵范疇內(nèi)，鑭系元素配體摻雜的干凝膠的應(yīng)用能力水平。
（二）金屬納米顆粒顯現(xiàn)潛指紋
金屬材料主要是使金屬粉末形式和指紋物質(zhì)發(fā)生物理吸附及靜電吸附。進(jìn)一步使指紋圖像信息中的非滲透性客體表面展現(xiàn)出較為新鮮的特質(zhì)。但是對(duì)于粗糙客體表面及遺留時(shí)間長(zhǎng)的潛指紋顯現(xiàn)，其能力是具有局限性的。并且，粉末會(huì)致使工作人員的呼吸系統(tǒng)造成極大的威脅性。
隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，使得傳統(tǒng)金屬材料的應(yīng)用范疇得到了進(jìn)一步的擴(kuò)大。在潛指紋的顯現(xiàn)中，嘗試應(yīng)用了各種納米材料，例如二氧化鈦、氧化鐵以及金屬硫化物等。在嘗試過(guò)程中也獲取了一些優(yōu)良的效果。在這其中，金屬納米顆粒因其穩(wěn)定性及物理、化學(xué)性質(zhì)較為突出，所以成為了現(xiàn)狀之下潛指紋顯現(xiàn)范疇?wèi)?yīng)用最具廣泛性的金屬納米材料。
金屬納米顆粒具有獨(dú)特的光學(xué)特性，主要體現(xiàn)為以表面為基礎(chǔ)的離子體共振。它的顏色可能跟隨顆粒半徑、形狀及基于表面的修飾分子的改變，進(jìn)而呈現(xiàn)出寬光譜變化，表現(xiàn)最明顯的寬光譜變化是由藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。英國(guó)有研究者以金屬納米顆粒的表面為基礎(chǔ)，進(jìn)而對(duì)可替寧抗體構(gòu)建的納米顆粒進(jìn)行修飾，采用基于熒光標(biāo)記中的二抗清晰顯示出潛指紋圖像。與此同時(shí)，還可對(duì)該指紋遺留者所遺留下來(lái)的基于汗液里的尼古丁水平進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)指紋鑒定中納米材料的功能性應(yīng)用進(jìn)行了擴(kuò)展。
隨著納米技術(shù)的進(jìn)步，潛指紋檢測(cè)技術(shù)中極其重要的一個(gè)發(fā)展方向便是熒光檢測(cè)。有些納米材料具有優(yōu)良的光學(xué)性質(zhì)，例如：熒光激發(fā)譜較寬、發(fā)射譜窄且對(duì)稱以及發(fā)射波長(zhǎng)且可調(diào)節(jié)等。為此，此類納米材料很好地補(bǔ)充了傳統(tǒng)熒光物質(zhì)所存在的缺陷性。還存在有些納米材料或者復(fù)合材料，具備一系列奇特性能，例如：具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等。并且可在熒光的產(chǎn)生上增強(qiáng)其效應(yīng)，使指紋顯現(xiàn)能力的精準(zhǔn)度及靈敏度得到很大程度上的提升。另外，潛指紋檢測(cè)技術(shù)中還有一個(gè)重要的發(fā)展方向便是多功能集成化與基于設(shè)計(jì)過(guò)程中的一體化。如對(duì)抗體等生物分子進(jìn)行結(jié)合，此類雜化納米復(fù)合材料不但可以顯現(xiàn)指紋光學(xué)圖像，還能夠進(jìn)一步使基于特征身份的多方面鑒別得到實(shí)現(xiàn)。
三、米技術(shù)在刑事偵查潛指紋鑒定中應(yīng)用所存在的問(wèn)題及策略
就目前而言，對(duì)于納米科技人才的培養(yǎng)及研究工作的投入，我國(guó)表現(xiàn)的尤為重視。并建立了多個(gè)納米研究中心，取得了一系列關(guān)于納米科技的科研成果。但是，對(duì)于納米技術(shù)與潛指紋相幾何的研究工作尚且還處于起始階段，所存在的問(wèn)題具有明顯性。
一方面，符合指紋顯現(xiàn)要求及條件的納米材料還處于研究階段。適應(yīng)潛指紋顯現(xiàn)的納米材料需具備三個(gè)條件：（1）熒光性能具備優(yōu)良特性。（2）能夠在水相中穩(wěn)定分散。（3）與指紋物質(zhì)結(jié)合時(shí)快速且穩(wěn)固。納米晶體的種類及尺寸決定了熒光性能，對(duì)于水溶性與同指紋物質(zhì)的親和力則需要以表面修飾為途徑，進(jìn)而加以改善。對(duì)于理想化的納米材料，需具備以下結(jié)構(gòu)：（1）一個(gè)半導(dǎo)體核，例如：CdSe，它的直徑巨額東了熒光的波長(zhǎng)。（2）一個(gè)具備較大化的且?guī)兜陌雽?dǎo)體外殼，例如ZnS，它可使量子的產(chǎn)率得到提升。（3）一個(gè)親水層，例如：巰基乙酸，則需要保證自身的水溶性。
另一方面，全部光致發(fā)光法都會(huì)面對(duì)一個(gè)難處，那便是該怎么對(duì)背景熒光對(duì)于目標(biāo)物質(zhì)所產(chǎn)生的熒光干擾進(jìn)行有效解決。在指紋顯現(xiàn)的情況下，客體物質(zhì)在受到光線激發(fā)之后，極有可能產(chǎn)生具有強(qiáng)烈特性的發(fā)射光，進(jìn)一步致使指紋發(fā)射出的微弱熒光被掩蓋。解決此類問(wèn)題有兩個(gè)有效策略：其一，盡可能讓指紋所產(chǎn)生的熒光信號(hào)比背景熒光強(qiáng)，利用納米半導(dǎo)體復(fù)合材料同指紋物質(zhì)的選擇性吸附能實(shí)現(xiàn)該方法。對(duì)納米半導(dǎo)材料實(shí)施修飾措施以后，它能夠?qū)χ讣y物質(zhì)進(jìn)行主動(dòng)識(shí)別，即以化學(xué)反應(yīng)為途徑，進(jìn)而對(duì)指紋物質(zhì)所處的位置有效指出。這樣，當(dāng)光源照射時(shí)，背景和指紋物質(zhì)間，就能夠很好地區(qū)分開(kāi)來(lái)。其二，讓指紋所產(chǎn)生的熒光顏色區(qū)別于背景熒光顏色，可以改善量子點(diǎn)的尺寸為有效途徑，讓其所產(chǎn)生和背景差別較大的顏色。這樣，就算背景熒光沒(méi)有辦法消除，但通過(guò)濾光設(shè)備仍然能夠方便地得到指紋物質(zhì)的信號(hào)熒光。
英文名稱：Materials for Mechanical Engineering
主管單位：上海科學(xué)
主辦單位：上海材料研究所
出版周期：月刊
出版地址：上海市
語(yǔ)
種：中文
開(kāi)
本：大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào)：1000-3738
國(guó)內(nèi)刊號(hào)：31-1336/TB
郵發(fā)代號(hào)：4-221
發(fā)行范圍：國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間：1977
期刊收錄：
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
期刊榮譽(yù)：
Caj-cd規(guī)范獲獎(jiǎng)期刊
聯(lián)系方式
他長(zhǎng)期致力于功能高分子材料、高分子聚合物膜改性及在水處理中的應(yīng)用、納米TiO2高分子復(fù)合材料、納米材料光催化等領(lǐng)域的研究他先后主持研究國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目、河南省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目多項(xiàng)j他積極與神馬實(shí)業(yè)股份有限公司、多氟多化工股份有限公司、上海拓賽科技有限公司等開(kāi)展廣泛的產(chǎn)學(xué)研合作，極大地推動(dòng)了我國(guó)材料科學(xué)的發(fā)展，為科技成果產(chǎn)業(yè)化做出了突出貢獻(xiàn)。他就是鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化工學(xué)院環(huán)境工程系主任張宏忠教授。
躋身學(xué)術(shù)前沿
水的光電催化研究是一個(gè)十分重要、富有挑戰(zhàn)性的課題，在光電池，光催化制氫、水處理等領(lǐng)域具有重大意義。2006年底，張宏忠博士作為國(guó)家公派訪問(wèn)學(xué)者赴澳大利亞格里菲斯大學(xué)環(huán)境學(xué)院從事納米材料光催化方面的研究。在那里，他大膽創(chuàng)新，對(duì)水的光電催化過(guò)程做了較為全面的研究，創(chuàng)造性地提出了測(cè)定水在TiO2表面吸附量的一種新方法，并成功地用于分析吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程及影響因素，得到了澳方課題組的高度評(píng)價(jià)。盡管留學(xué)時(shí)間短暫，但卻讓張宏忠真正地深入到了納米材料研究的前沿領(lǐng)域。
回國(guó)后，他很快在實(shí)驗(yàn)室搭建了一個(gè)研究納米材料光電催化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)水的光電催化過(guò)程進(jìn)行了更深入的研究。在此基礎(chǔ)上，他又將納米TiO2光催化與無(wú)機(jī)分離膜結(jié)合起來(lái)，以解決膜運(yùn)行過(guò)程中由于污染而導(dǎo)致水通量不斷衰減的難題。由他主持申報(bào)的“二氧化鈦納米膜的制備，表征及性能評(píng)價(jià)”和“長(zhǎng)程有序二氧化鈦復(fù)合分離膜及其光催化性能研究”課題分別獲得2008年教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目和2009年國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
推動(dòng)科技產(chǎn)業(yè)化
高濃度、高穩(wěn)定乳化含油廢水的處理是長(zhǎng)期困擾國(guó)內(nèi)化纖行業(yè)的難題。實(shí)踐證明，破乳是處理這類廢水的關(guān)鍵技術(shù)，必須設(shè)法消除或減弱乳化劑保護(hù)乳化液穩(wěn)定的能力，即破壞油一水界面上的吸附膜，減少分散粒子所帶的同種電荷量，實(shí)現(xiàn)油水分離后，還需對(duì)水相做深度處理。經(jīng)過(guò)反復(fù)地研究，試驗(yàn)，張宏忠博士提出了“破乳一反滲透膜聯(lián)合處理工藝”，將高效化學(xué)破乳技術(shù)和當(dāng)今新型的膜分離高科技結(jié)合起來(lái)，很好地解決了這一難題。他研制的特效破乳劑“DEMUL－B1”可以使這類高濃度、高穩(wěn)定乳化含油廢水得到有效破乳，并已獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利。特別值得一提的是，由他設(shè)計(jì)的破乳罐和膜處理系統(tǒng)能滿足工業(yè)化連續(xù)運(yùn)行需要，具有能耗低、運(yùn)行成本低，處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，膜出水清澈透明。在此基礎(chǔ)上，他撰寫(xiě)的學(xué)術(shù)論文Treatment of Waste tilature oil／wstsr emulion by combJbed demulsfflcatlon and reverse OSmosis得以發(fā)表在國(guó)際知名期刊Separstion and Purfiicatlbn Technology第63卷第2期上。這充分表明“破乳一反滲透膜聯(lián)合處理工藝”具有創(chuàng)新性，在處理高濃度紡絲工序乳化含油廢水方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，符合國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)政策，為化纖行業(yè)清潔生產(chǎn)提供了示范作用及技術(shù)支持，為國(guó)家制訂相關(guān)行業(yè)的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。
產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是科技服務(wù)社會(huì)的最終目標(biāo)。目前，這一成果已通過(guò)省級(jí)鑒定，并在神馬實(shí)業(yè)股份有限公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化運(yùn)行，建立起一個(gè)示范點(diǎn)和一條生產(chǎn)線，為鄭州輕工業(yè)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)生提供了產(chǎn)學(xué)研的實(shí)習(xí)和實(shí)驗(yàn)基地。2005年，這一成果參加了中國(guó)鄭州先進(jìn)適用技術(shù)交流會(huì)，榮獲金牌獎(jiǎng)；2006年，代表河南省高校參加了深圳國(guó)際高新技術(shù)博覽會(huì)。
科技要發(fā)展，科技更要遍地開(kāi)花，服務(wù)社會(huì)發(fā)展。我們堅(jiān)信，有了這種責(zé)任和信念，張宏忠教授一定會(huì)為我國(guó)科技事業(yè)的發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)!
