納米材料運用現狀及發展前景的思考論文

時間：2023-07-09 18:14:33 論文我要投稿

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納米材料運用現狀及發展前景的思考論文

　　摘要：納米材料是20世紀80年代中期研制成功的一種新型材料, 從整體上分析了納米材料的結構特征、主要性能, 制備工藝和當今對納米材料研究趨勢。納米材料有許多特殊的性能, 可以運用到航天、醫療、生物技術等領域。在未來的研究里, 納米材料將會對人類做出巨大貢獻。

納米材料運用現狀及發展前景的思考論文

　　關鍵詞：納米材料; 應用; 發展趨勢;

　　從概念來說, 納米材料是由無數個晶體組成的, 它的大小尺寸在1~100納米范圍內的一種固體材料。主要包括晶態、非晶態的金屬、陶瓷等材料組成。因為它的大小尺寸已經接近電子的相干長度, 它有著特殊的性質。這些特殊性質所表現出來的有導電、導熱、光學、磁性等。目前國內、國際的科學家都在研究納米材料, 試圖打造一種全新的新技術材料, 將來為人類創造更大的價值。納米科學技術也引起了科學家的重視, 在當代的科學界有著舉足輕重的地位。納米技術的范圍包括納米加工技術、納米測量技術, 納米材料技術等。其中納米材料技術主要應用于材料的生產, 主要包括航天材料、生物技術材料, 超聲波材料等等。從1861年開始, 因為膠體化學的建立, 人們開始了對直徑為1~100納米粒子的研究工作。然而真正意義上的研究工作可以追溯到20世紀30年代的日本為了戰爭的勝利進行了“沉煙實驗”, 由于當時科技水平落后研究失敗。

　　1 納米材料的性能

　　研究表明, 大多納米金屬的室溫硬度比相應粗晶高2~6倍;納米材料的強度是普通材料的10倍, 比如, 8nm的納米晶體的強度比普通晶體高15倍, 硬度提高了4~7個數量級;韌性更大, 比如美國argonnel實驗室制成的納米Cs F2陶瓷晶體在室溫下可彎曲100%。室溫下的納米Ti O2陶瓷晶體表現出很高的韌性, 壓縮至原長度的15仍不破碎。納米材料的熱學性能是普通材料的5倍一般納米材料的熱容是傳統金屬的2倍;直徑為10nm的Fe、Au和Al熔點分別由其粗晶熔點的1500℃、1263℃和700℃降到35℃、30℃和20℃。2nm的金的顆粒熔點僅為330℃, 比通常金的熔點低700℃以上, 而納米銀粉的熔點僅為100℃;此外, 納米材料的熱膨脹可調, 可用于具有不同熱膨脹系數的材料的連接納米材料的磁學性能;當所有的晶粒尺寸減小到納米級時, 晶粒之間的鐵磁相互作用開始對材料的宏觀磁性有著非常重要的影響, 這就使得納米材料具有高磁化率和高矯頑力, 低飽和磁矩和低磁耗納米磁性金屬的磁化率是普通金屬的20倍, 而飽和磁矩是普通金屬的13倍。納米材料的光學性能;各種納米微粒幾乎都呈黑色, 它們對可見光的反射率將顯著降低, 一般低于1%。粒度越細, 光的吸收越強烈, 利用這一特性, 納米金屬有可能用于制作紅外線檢測元件、隱身飛機上的雷達波吸收材料等, 還可以運用到生物技術領域, 比如激光檢測儀、電子顯微鏡等。

　　2 納米材料的應用現狀

　　研究表明在紡織和化纖制品中添加納米微粒, 不僅可以除去異味和消毒。還使得衣服不易出現折疊的痕跡。很多衣服都是纖維材料制成的, 通常衣服上都會出現靜電現象, 在衣服中加入金屬納米微粒就可消除靜電現象。利用納米材料, 冰箱可以消毒。利用納米材料做的無菌餐具、無菌食品包裝用品已經可以在商場買到了。另外利用納米粉末, 可以快速使廢水徹底變清水, 完全達到飲用標準。這個技術可以提高水的重復使用率, 可以運用到化學工業中。比如污水處理廠、化肥廠等, 一方面使得水資源可以再次利用, 另一方面節約資源。納米技術還可以應用到食品加工領域, 有益健康。納米技術運用到建筑的裝修領域, 可以使墻面涂料的耐洗刷性可提高11倍。玻璃和瓷磚表面涂上納米材料, 可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚, 根本不用擦洗。這樣就可以節約成本, 提高裝修公司的經濟效益。使用納米微粒的建筑材料, 可以高效快速吸收對人體有害的紫外線。納米材料可以提高汽車、輪船, 飛機性能指標。納米陶瓷未來很有可能成為汽車、輪船、飛機等發動機部件的重要材料, 不僅可以大大提高發動機性能、還可以延長工作壽命和增強可靠性。納米衛星發射升空可以隨時隨地監測宇航員安全駕駛。在生物醫療領域里, 采用納米技術制成的大型藥物輸送器, 可以攜帶一定劑量的藥物, 在體外電磁信號的引導下可以準確到達身體的各個部位, 不僅有效地起到治療作用, 還可以減輕疼痛感并減輕藥物的不良的反映。

　　納米材料的運用市場是十分廣的, 納米技術帶來的經濟效益也是不可低估的。根據國際上的一些權威機構預測, 2012年由納米技術創造的經濟效益將會達到15000億美元, 納米技術在未來幾十年的應用范圍將會超過互聯網。納米材料、玻璃、帶來的技術進步, 納米涂料的運用和發展, 將會給傳統建筑公司、裝飾公司造成巨大的技術沖擊。很多傳統行業也會隨之發生改變。國內科學家指出, 傳統的建筑、化學、生物醫藥、工業制造, 通訊設備等領域, 將會迎來新的一次“技術革命”現在國際上用納米技術注冊的企業已經超過1000家, 同時這些企業建立了納米材料和納米技術的工廠和標準化的生產車間。納米玻璃、納米涂料, 已經在市場上得到了廣泛的應用。這些技術將會進一步打開一些陌生領域的大門。納米材料納米技術的出現, 擁有著無限可能, 納米機器人、納米計算機的出現。大大降低了企業的生產成本, 人們也可以享受到科技的樂趣。未來我們身邊都是納米材料制造的產品, 不僅環保、而且價格低廉。人們在商場可以買到物美價廉的優質產品。這是科學技術在生活領域的運用。未來可能我們坐的汽車、飛機等都是納米材料制造的。納米材料屬于材料學的一個分支, 應該加大研發力度, 讓更多的學者投入到研究納米材料的隊伍。另外政府可以加大資金支持, 不斷派遣這方面的專家出國考察、深造。為國家、為社會創造巨大財富同時, 增加就業崗位, 緩解大學生就業壓力。科技改變生活, 科技改變世界, 納米技術將會顛覆很多傳統行業。

　　3 納米材料的未來研究方向

　　研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次, 是知識創新的源泉。由于納米結構單元的尺度 (1~100urn) 與物質中的許多特征長度, 如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當, 從而導致納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子, 也不同于宏觀物體, 從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象, 認識新規律, 提出新概念, 建立新理論, 為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎, 也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題;納米結構設計, 異質、異相和不同性質的納米基元 (零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲) 的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點, 人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件以及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。

　　4 結束語

　　納米技術作為一種新的科學技術。自從這個科學概念被提出來后, 一直成為科學家研究的重要方向。在未來的時間里, 它將影響我們生活的方方面面。無論是吃穿住行, 還是醫療、交通、娛樂。納米技術會帶來新的技術革命, 不斷為人類創造福祉。提供更優質的服務和產品。在信息化、智能化的今天, 由納米材料制造的產品已經面世。納米材料具有很強的生命力, 是能夠改變人類生活的新技術。隨著國家對高新技術的越加重視, 納米技術有望成為推動人類向前進步的重要力量。

　　參考文獻

　　[1]馬如璋.功能材料學概論[M].冶金工業出版社.1999.

　　[2]Gleiter H.V.Trans Japan Inst Metal Suppl[J].1986 (27) :43.

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