纳米材料主要应用于哪些方面？

纳米材料主要应用于哪些方面？

由于纳米材料所具有的特殊性质，使其在许多领域拥有广泛的应用价值。(1)纳米材料在韧性、强度、硬度上都较常规材料有大幅提高，从而被广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等领域。

(2) 纳米材料优异的磁学性能使其在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用，如可以用于制备信息存储的磁电阻读出磁头。

(3) 纳米材料在半导体器件也有着潜在的应用价值，可用于二极管、电池电极材料[ ]、太阳能电池材料等。(4) 纳米材料在储热材料、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，如可用于热交换器和烧结促进材料等。(5)纳米材料的小尺寸及光学性质使其可应用于红外线感测器材料、微光纤材料、微型激光[ ]或发光二级管材料等。(6) 纳米材料在医学上也有重要的应用，因为纳米粒子比血红细胞 (6~9 nm) 小得多，因此可以在血液中自由运动。

如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。因此，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。

纳米材料有什么应用

要回答这个问题，先要说说什么是纳米材料？它有哪些独特的性能？纳米材料的学术定义是：在三维尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。用通俗的话讲：纳米材料是用尺寸只有几个纳米的极微小的颗粒组成的材料。

一个纳米是多大呢？只有一米的10亿分之一，用肉眼根本看不到。

由于它尺寸特别小，它就产生了两种效应，即小尺寸引起的表面效应和量子效应，即它的表面积比较大，处于表面上的原子数目的百分比显著增加，当材料颗粒直径只有1纳米时，原子将全部暴露在表面，因此原子极易迁移，使其物理性能发生极大变化。一是它对光的反射能力变得非常低，低到<1%；二是机械、力学性能成几倍增加；三是其熔点会大大降低（如金的熔点本是1064℃，但2纳米的金属粉末熔点只有33℃）；四是有特殊的磁性（如20纳米的铁粉，其矫顽力可增加1000倍）。 根据上述原理和特性，纳米材料大致有如下用途： 1. 纳米结构材料: 包括纯金属、合金、复合材料和结构陶瓷，具有十分优异的机械、力学及热力性能。可使构件重量大大减轻。

2. 纳米催化、敏感、储氢材料： 用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂，用于汽车尾气净化、石油化工、新型洁净能源等领域。 3. 纳米光学材料： 用于制作多种具有独特性能的光电子器件。如量子阱gan型蓝光二极管、量子点激光器、单电子晶体管等。

4. 纳米结构的巨磁电阻材料： 磁场导致物体电阻率改变的现象称为磁电阻效应，对于一般金属其效应常可忽略。但是某些纳米薄膜具有巨磁电阻效应。在巨磁电阻效应发现后的第6年，1994年ibm公司研制成巨磁电阻效应的读出磁头，将磁盘记录密度一下子提高了17倍。

这种材料还可以制作测量位移、角度的传感器，广泛应用于数控机床、汽车测速、非接触开关、旋转编码器中。 5. 纳米微晶软磁材料 用于制作功率变压器、脉冲变压器、扼流圈、互感器等。 6. 纳米微晶稀土永磁材料 将晶粒做成纳米级，可使钕铁硼等稀土永磁材料的磁能积进一步提高，并有希望制成兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料（通过软磁相与永磁相在纳米尺度的复合）。

纳米生物的复合应用是如何体现的？

我们从材料学角度来观看，生物体及其多数组织均可视为由各种基质材料构成的复合材料。具体来看，生物体内以无机-有机纳米生物复合材料最为常见，如骨骼、牙齿等就是由羟基磷灰石纳米晶体和有机高分子基质等构成的纳米生物复合材料。

依据现代先进科学技术人们已经通过仿生矿化方法制备纳米生物复合材料，并且获得了优于常规材料的力学性能。

按照生物矿化过程原理，美国科学家找到了一种两亲性肽分子，该两亲分子一端为亲水的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGD)，另一端含有磷酰化的氨基酸残基，这种亲水的RGD序列有利于材料与细胞的粘连，而磷酰化的氨基酸残基可与钙离子相互作用。这两亲性肽分子能组装成纳米纤维以期促进生物矿化，使之成为模板指导羟基磷灰石(HA)结晶生长。此两亲分子纳米纤维溶液可形成类似于骨的胶原纤维基质的凝胶，因此这项研发可将凝胶注射至骨缺损处作为生成新骨组织的基质。研究表明将凝胶置于含酸和磷酸盐离子的溶液中，20min后体系仿生矿化，HA结晶沿纤维生长，转变成羟基磷灰石-肽复合材料，该纳米生物复合材料坚硬如真骨。

我国清华大学研究开发的纳米级羟基磷灰石-胶原复合物在组成上模仿了天然骨基质中无机和有机成分，其纳米级的做结构类似于天然骨基质。多孔的纳米羟基磷灰石-胶原复合物形成的三维支架为成骨细胞提供了与体内相似的微环境。因此细胞在该支架上能很好地生长并能分泌骨基质。

体外及动物实验表明，此种羟基磷灰石-胶原复合物是良好的竹修复纳米生物材料。

纳米材料的应用

借助于纳米材料的各种特殊性质，科学家们在各个研究领域都取得了性的突破，这同时也促进了纳米材料应用的越来越广泛化。1.在催化方面的应用催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。

大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。

纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，非凡是在有机物制备方面。

分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。

半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。

Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。

2、在生物医学中应用从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。遗传基因序列的自组装排列做到了原子级的结构精确，神经系统的信息传递和反馈等都是纳米科技的完美典范。生物合成和生物过程已成为启发和制造新的纳米结构的源泉，研究人员正效法生物特性来实现技术上的纳米级控制和操纵。

纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。目前已得到较好应用的实例有：利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术，纳米微粒，特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色，表面包覆磁性纳米微粒的新型药物或抗体进行局部定向治疗等。 正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。

植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。纳米生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或微制造。

3、在其它精细化工方面的应用精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。

如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。

国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。

超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。

在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。4、在国防科技的应用纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时联系；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。

而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。 在雷达隐身技术中，超高频(SHF，GHz)段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。

由于纳米材料的界面组元所占比例大，纳米颗粒表面原子比例高，不饱和键和悬挂键增多。大量悬挂键的存在使界面极化，吸收频带展宽。高的比表面积造成多重散射。纳米材料的。

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浅谈高分子材料的绿色化发展 摘要：高分子材料从二十世纪到今天，发展迅猛，在人们的日常生活中扮演着重要的角色，而其在环境上的影响日益受到人们的关注。本文从发展现状，处理及循环利用技术，新技术的发展几个方面对其绿色化发展作一个大致的阐述。

关键词：高分子材料 绿色 循环利用 环境保护高分子材料包括塑料、橡胶、合成纤维。

在二战以前，由于天然高分子材料来源丰富，人工合成高分子工业发展缓慢。但随着战争的爆发, 天然橡胶，棉花等天然高分子材料开始紧缺, 迫使人们去探索合成人造高分子的途径。从1930到1945年, 尼龙(Nylon)、氯丁橡胶、丁苯橡胶、聚乙烯等相继问世，并成功地取代了天然高分子材料。由于高分子材料具有许多优良性能，适合现代化生产，经济效益显著，且不受地域、气候的限制，因而高分子材料工业取得了突飞猛进的发展，成为对人类最为重要的材料。

但是，高分子材料的化学稳定性使其消费产物对环境造成了巨大的压力。就重量而言[1]，世界上每年的橡胶废弃物约是其产量的60％-70％，橡胶废弃物约占其产量的40％，我国每年的塑料废弃物和橡胶废弃物总计达700万吨。1.高分子材料的环境影响概述1.1 高分子材料废弃物的增加造成环境污染的现状[3.4]以应用范围最为广泛的塑料废弃物而言，以塑料农用地膜(年需求量约500kt,消费量居世界之首)和塑料包装材料为最多。

据不完全统计,至1996年,我国乡镇以上生产塑料包装材料的企业超过8000家,其中薄膜生产企业2240家,丝、绳、编织制品生产企业4300家,泡沫塑料生产企业500家,包装箱及容器生产企业697家。1999年我国塑料包装材料产量为2030kt,按社会需求量的发展速度估计,至2005年为3600kt,至2010年将达到5000kt。地膜和塑料包装材料属于塑料的“短寿命”应用范畴,使用后大多成为固体废弃物进入垃圾处理系统,有的被随意丢弃,如一次性塑料消费品聚苯乙烯快餐餐具、农贸市场及超市滥发的超薄塑料袋等。

由于其量大、分散，很难回收利用;而高分子材料废弃物绝大部分不能自然降解、水解和风化。即使是淀粉/聚合物共混物的降解制品要降解到无害化程度，至少也需要50年。于是，废弃物日积月累便成了触目惊心的“白色污染”,对环境造成严重污染,甚至危害人类健康和动植物的生存,影响生态平衡。

据有关部门的调查数据显示:上海每年排入环境的废塑料总量为29万吨,北京每年为13.1万吨,广州每年为28.6万吨。这些废弃塑料大多进入城市垃圾处理系统,而我国传统的垃圾消纳倾倒方式是一种“污染物转移”方式。侵占大量土地,并严重污染空气和水体。同时，为优化高分子材料性质而添加的助剂在与环境长期接触与作用的过程中，也会带来一些破坏因子。

1.2 高分子材料废弃物的回收利用过程对环境的影响大多数塑料因其有机物含量高,具有较高的热值,可回收用作燃料,但在燃烧过程中会产生二次污染及对设备的腐蚀。如:聚氯乙烯(PVC)燃烧过程中会产生氯化氢、氰化氢、氮氧化合物等有害气体,同时氯化氢会对设备腐蚀;聚苯乙烯(PS)燃烧时会产生大量有害气体与黑烟。2.现有高分子材料废弃物的处理方法2.1土地填埋这是在许多国家尤其是发展中国家被普遍采用的方法，它往往会侵占大量土地面积，给土地、水源带来很大的破坏。所以未来随着处理技术的提高和材料本身的绿色化，填埋方法终会销声匿迹。

2.2焚烧转化焚烧法是垃圾(包含塑料废弃物)资源化利用的方法。焚烧技术就是利用焚烧炉及其设备,使垃圾在焚烧炉内经过高温分解和深度氧化的综合处理过程,以达到垃圾能源化、减量化的目的。焚烧技术在国外已经得到广泛应用,建成了许多垃圾焚烧发电厂,而在我国则刚刚起步。垃圾的直接焚烧会产生两大问题:一是在垃圾焚烧过程中会产生二恶英的超标排放,严重污染环境;二是由于垃圾中各组分组成的差异性很大,因此,垃圾直接焚烧会对焚烧炉的设计造成困难,导致垃圾的焚烧效率降低。

用焚烧技术处理的垃圾,一般要求热值[2]大于3000kJ/kg。我国塑料人均消费量虽然还较低,但据相关数据表明:垃圾中塑料所占比例越大则垃圾的平均热值就越高。欧洲塑料制造联合体的试验证明,用焚烧技术处理垃圾来发电或供热是可行的。

在焚烧过程中要控制二恶英的形成,常采用活性炭吸附二恶英的方法以防止环境污染。目前,我国已经建成或正在筹建垃圾焚烧厂的城市有[2]:深圳、广州、上海、北京、珠海、厦门、合肥等。2.3循环利用废旧高分子材料资源化是处理废旧高分子材料,保护环境的有效途径。

无论是从环境科学的原理着眼,还是从环保和节约资源的角度看,废塑料资源化不仅可以消除环境污染,而且可以获得宝贵的资源和能源,产生明显的环境和效益。大致可分为两种方法:物理循环利用和化学循环利用(也有学者又从中分出能量循环,即将高分子废料直接制成固体燃料,或先液化成油类, 再制成液体燃料)。2.3.1 物理循环利用 物理回收循环利用技术主要是指简单再生利用和复合再生利用(或改性再生)。简单再生系指回收的废旧塑料制品经过分类、清洗、破碎、造粒后直接进行成型加工。

如聚氯乙烯废旧硬质板材、管材等硬制品经过上述处理后可直接挤出板材,用于建筑物中的电线护管。这类再生利用的工艺路线比较简单,且表现为直接处理和成型。因为未采取其他改性技术,再生制品的性能欠佳,一般只作档次较低的塑料制品。

改性再生利用指将再生料通过机械共混或化学接板进行改性。如增韧、增强并用,复合活性粒子填充的共混改性,或交联、接板、氯化等化学改性,使再生制品的力学性能得到改善或提高,可以做档次较高的再制品,这尖改性再生利用的工艺路线较复杂,有的需要特定的机械设备。2.3.1.1塑木技术使用木粉式植物纤维高份额填充聚乙烯和聚丙烯树脂,同时添加部分增粘及改性剂经挤出、压制或挤压成型为板材,可替代相应的天然木制品,除具有木材制品的特性外,还具有强度高、防腐、防虫、防湿、使用寿命长、可重复使用、阻燃等优点。近年来国内外塑木板材制品的技术开发和应用发展迅速。

木粉填充改性塑料国外早已开始研究,但高份额的木粉填充则是近几年才有较大发展。在日本,有名的“爱因木”就是该产品;加拿大的协德公司也已开发出类似的塑料制品;奥地利辛辛那提公司及PPT模具公司开发出各种塑木板材制品;我国唐山塑料研究所、国防科技大学、广东工业大学等在早些时候在低份额木粉改性填充树脂体系中进行塑木产品专用设备的开发。目前,塑木板材主要使用在如下场合;公园、建筑材料、隔音材料、包装材料、围墙以及各种垫板广告地板等。

比利时先进回收技术公司将混杂塑料合金化[5],生产出塑料木材制成栅栏、跳板、公园座椅、道路标志等。2.3.1.2土工材料化土工材料只要求某些物理性能和化学性能的技术指标,因此利用废塑料生产土工制品的�。