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纳米材料的应用摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米材料科学是当今世界科学技术的前沿和研究热点。世界各国的高技术发展计划中均将纳米材料及其技术列入重要研究领域：如美国的“高技术发展计划”日本的“高技术探索计划”欧洲的“尤里卡计划”我国的“863计划”、“973计划”等 。本文主要对纳米材料的一些基本应用做一个简单的概述。文章简要地概述了纳米材料在磁学、光学、环境、农业等方面的主要应用。关键词：纳米技术；纳米材料；应用Abstract: Nanotechnology is the future of the worlds most critical technology. Nano-materials science is the forefront of world science and technology and research focus. High-tech development projects around the world in both the nano materials and technology in the important research areas: such as the U.S. high-tech development, Japans high-tech exploration program European Eureka China 863 plans, 973 plan . This article on some of the basic application of nanomaterials to make a brief overview of. Article a brief overview of nano-materials in magnetic, optical, environmental, agricultural and other major application areas.Key words: nanotechnology; nano materials; application引言纳米技术是用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学（混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学）和现代技术（计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术）结合的产物，纳米科学技术又将引发一系列新的科学技术，例如纳电子学、纳米材科学、纳机械学等。纳米科学技术是正在崛起的新科技。它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质。它所研究的领域是人类过去很少涉及的非宏观、非微观的中间领域从而开辟了人类认识世界的新层次，这标志着人类的科学技术进入了一个崭新的时代纳米科技时代，也为新科技革命增加一项重要的新内涵。纳米材料及纳米材料科学是原子物理，凝聚态物理，胶体化学，配位化学和化学反应动力学，表面界面科学等多种学科交叉汇合而出现的新学科。由于尺度下降，使得纳米体系的光热电磁等物理性质与常规材料不同，而它的另一个特点-表面效应又使得它有特殊的化学性质。由纳米颗粒制成的材料与普通材料相比，在机械强度、磁、光、声、热等方面都有很大的不同，可制造出各种性能优良的特殊材料。1一、纳米在磁性材料的应用利用超顺磁性（即在有磁场作用才表现出磁性）研制成功了磁性液体即液流体。它具有固体的强磁性和液体的流动性，主要用于磁密封和磁扬声器。 磁性纳米微粒由于尺寸小、具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性，用它制作磁记录可以大大提高记录密度，可以提高声噪比，改善图象质量。量子磁盘 磁制冷技术的研究引起了人们的广泛兴趣。而磁制冷工质材料是磁制冷技术的关键。2磁性纳米微粒除了上述应用外，还可作快门、光调节器（改变外磁控制透光量）、激光磁爱滋病毒检测仪等仪器仪表。复印机墨粉材料以及磁墨水和磁印刷等。磁性是物质的基本属性，磁性材料是古老而用途十分广泛的功能材料，纳米磁性材料是20世纪70年代后逐步产生。发展。壮大而成为最富有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。美国政府今年大幅度追加纳米科技研究经费，其原因之一是磁电于器件巨大的市场与高科技所带来的高利润，其中巨磁电阻效应高密度读出磁头的市场估计为10亿美元，目前己进入大规模的工业生产，磁随机存储器的市场估计为1千亿美无，预计不久将投入生产，磁电子传感器件的应用市场亦十分宽广。天然纳米结构材料钙钛矿型化合物纳米磁性材料的特性不同于常规的磁性材料，其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级，例如：磁单畴尺寸，超顺磁性临界尺寸，交换作用长度，以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级，当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时，就会呈现反常的磁学性质。磁性材料与信息化。自动化。机电一体化。国防，国民经济的方方面面紧密相关，磁记录材料至今仍是信息工业的主体，磁记录工业的产值约1千亿美元，为了提高磁记录密度，磁记录介质中的磁性颗粒尺寸已由微米，亚微米向纳米尺度过度，例如合金磁粉的尺寸约80nm,钡铁氧体磁粉的尺寸约40nm,进一步发展的方向是所谓量子磁盘,利用磁纳米线的存储特性，记录密度预计可达400Gbin2,相当于每平方英寸可存储 20万部红楼梦，由超顺磁性所决定的极限磁记录密度理论值约为6000Gbin2。近年来，磁盘记录密度突飞猛进，现己超过10Gbin2,其中最主要的原因是应用了巨磁电阻效应读出磁头，而巨磁电阻效应是基于电子在磁性纳米结构中与自旋相关的输运特性。磁性液体最先用于宇航工业，后应用于民用工业，这是十分典型的纳米颗粒的应用，它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥散在基液中而构成。3目前美,英,日,俄等国都有磁性液体公司，磁性液体广泛地应用于旋转密封，如磁盘驱动器的防尘密封。高真空旋转密封等，以及扬声器。阻尼器件。磁印刷等应用。磁性纳米颗粒作为靶向药物，细胞分离等医疗应用也是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。 1967年SmCO5。第一代稀土永磁材料问世，树立了永磁材料发展史上新的里程碑，1972年第二代Sm2CO17；稀土永磁材料研制成功，1983年高性能。低成本的第三代稀土永磁材料 NdFeB诞生，奠定了稀土永磁材料在永磁材料中的霸主地位。1993年日本稀土永磁的产值首次超过永磁铁氧体，预计2000年全球烧结NdFeB的产值将达到30亿美元，并超过永磁铁氧体。烧结NdFeB的磁性能为永磁铁氧体的12倍，因此，在相似的情况下，体积。重量均将大为减小，从而可实现高效。低能的目的。纳米复合双柏稀土永磁材料适用于制备微型。异型电机，是稀土永磁材料研究与应用中的重要方向。软磁材料的发展经历了晶态。非晶态。纳米微晶态的历程。纳米做晶金属软磁材料具有十分优异的性能，高磁导率，低损耗。高饱和磁化强度，己应用于开关电源。变压器。传感器等，可实现器件小型化。轻型化。高频化以及多功能化，近年来发展十分迅速。磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头。MRAM.磁传感器外，全金属晶体管等新型器件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇受青睐的新学科。4二、纳米材料在光学的应用1、整齐排列的交叉式纳米光缆线美国化学学会会刊上刊登了由旅美学者、佐治亚理工学院王中林教授领导的研究小组,利用液态钾做催化剂,首次生长出整齐排列且具有“Y2形状”的氧化硅纳米光缆线。据介绍,该纳米光缆线的直径为10nm ,长度可达毫米级,线直而均匀并且是透明的,最重要的是该纳米光缆线在生长过程中自动由1 根分叉成为2 根,2 根可以分叉成4 根,依次继续分裂。氧化硅是传统光缆的主要组成材料,因此这些纳米线有可能会用来做纳米级的分叉光缆,形成纳米分光器。5王中林等人的实验可以生产出大量而且结构均匀的分叉纳米线。他们的研究结果同时也对经典的“气相2液相2固相”(VLS) 纳米线生长原理提出了挑战。VLS 原理认为一个催化剂颗粒只能长出1 根纳米线,而线的直径接近颗粒的大小。然而,他们在一滴约半毫米直径的钾丸上就可以生长出成千上万根整齐排列的纳米线。62、纳米级导电纤维1999 年12 月,日本研究人员研制出一种仅有一个分子粗细的导电纤维,可谓世界上最细“电线”。这种导电纤维是由日本工业技术院物质工程工业技术中心研制出来的。它的直径仅3nm ,中心部分具有良好导电性的丁二炔链,四周包覆着糖的衍生物,并作为绝缘层,防止漏电。据分析,这种纳米级“电线”可以应用在超小型的电子元器件和微型机械上。73、纳米光导集成电路日本NTT 公司尖端技术综合研究所于2001年开发成功了制作光导集成电路芯片的基础技术。NTT 公司的这家研究所采用先进加工技术,在硅芯片上制作出了可通过极细光束的通道(光导通路) ,使光束按直角方向转弯,将其封闭在极为狭小的场所之中。由于不将光信号转变成电信号,故这是直接处理光信号的纳米光导集成电路。8NTT 的科学家在夹有玻璃薄膜的硅芯片上,按照与光的波长相同的间距开发微细加工技术。在一排排的孔之间,形成了没有孔的线状区域。如果从线状区域的端部射入光线,则光通信中最常用的1. 31. 6m 就基本没有什么光线向周围漏出。经检测后确认,这部分光是沿着线传播的。只要能找出最优的线状区域宽度,就能成功地使光通过。这是日本NTT 公司尖端技术研究所在光芯片技术上取得的重要成果。9三、纳米材料在环境保护领域的应用 可将水或空气中的有机污染物完全降解为二氧化碳、水和无机酸， 已广泛地应用于废水、废气处理， 并且在难降解的有毒有机物的矿化分解等方面也比电催化、湿法催化氧化技术有着显著优势 文献中报道以 为载体， 在 与 之间包裹 ， 制备了磁性纳米复合催化剂， 既维持了光催化剂悬浮体系的光催化效率， 又可利用磁性处理技术回收光催化剂 纳米 也是一种很好的光催化剂， 在紫外光照射下， 既能杀死微生物， 又能分解微生物赖以生存、繁衍的有机营养物， 从而达到杀菌和抗菌的目的 和 是汽车尾气排放物中的主要污染成分10负载型 有效地解决了催化剂使用温度范围与汽车尾气温度范围不匹配的问题，催化 转化率可高达 ， 等运用模拟实验证实， 在存在氧气条件下， 在 氧化过程中表现出很高的活性， 而在无氧状态下， 活性更高； 对于 还原反应， 无论氧气存在与否， 都表现出较高的催化活性 此外， 等的研究结果表明， 沉积在过渡金属氧化物 上的纳米 微粒对于室温下 的氧化也具有很高的催化活性。11四、纳米材料在农业方面的应用1、纳米生物农药纳米生物农药是利用植物源农药使其粒子纳米化，使原始中药类复杂成分所表现的粒子组、部分固相沉积、部分挥发油漂浮、相当一部分不溶于水的复杂非均相体系，变为了高分散、极易溶于水的稳定均相体状态，其物理、化学、和生物学也随之发生突变。运用钠米技术促使植物细胞壁破壁，使有效的脂溶性和水溶性的杀虫物质有效释放并直接作用于害虫，极大的提高了药效。12并且纳米物质的表面效应(粒度越小，比表面就越大)，充分降低用药量，从而在使用经济性上得到突破。像烟碱进行钠米技术加工后制备成的对人畜完全无毒副作用的钠米生物农药其杀虫效果达到普通农药的3倍，而生产成本相当于普通农药的一半8。 用硬脂酸对AgTiO 表面进行了改性，其表面由亲水性变为亲油性将溴虫腈农药、改性AgTiO2和相应的添加剂混合制成颗粒分布较均匀、平均粒径约为100 nm的纳米农药制剂溴虫腈纳米制剂光降解实验表明，在黑暗中稳定，在有光线的室内放置15 d的分解率为15.8%，在太阳光直射下放置3 d的分解率为69.0% 紫外光照22.5 h时，纳米制剂分解率是常规制剂的9.2倍溴虫腈纳米制剂室内、田间毒力试验表明，纳米制剂比常规制剂具有更强的毒力，其LC50为8.95 mgL，是乳油毒力的1.77倍在田间药效对比试验中，施药剂量减少一半条件下，纳米制剂防治甘蓝斜纹夜蛾的田间防效优于溴虫腈乳油，药后1 d和3 d的校正防效分别高出4.89和3.05个百分点土壤、植物的残留试验表明，纳米制剂在甘蓝、土壤中的消解较快，其t 1/2分别为391 d和127 d，而溴虫腈SC的tl2分别为8.64 d和3.27 d9。132、纳米技术改良盐碱地盐碱地改良技术主要是将以纳米技术制造的盐碱地改良剂“纳米碳液”兑水后，均匀地喷洒在盐碱地上，通过纳米离子的有机活动，吸附土壤中的盐、碱离子，形成疏松、透气、PH值为中性的隔离层，从而达到盐碱地有效改良的目的。143、果蔬的保鲜运用纳米二氧化钛制和纳米银分散到树脂中制成成保鲜袋和保鲜膜，在紫外线的照射下以及在无光的情况下也能发挥其良好的杀菌效果，以及有效的分解果蔬产生的乙烯和环境中有害有机物，不使用任何药剂就能起到良好的保鲜效果。15总结：总之，纳米技术，纳米材料将向着与信息技术、现代生命科学和认知科学融合的方向发展，它们的融合将促进所有科技经济领域的创新和新发现。它也将会更好地为我们服务，使我们的生活越来越美好。 1 林海仁 , 张彪. “纳米经济”正向我们走来J. 企业文化 , 2001,(04)2 欧盟将建立纳米技术工业平台推动纳米技术应用J. 中国粉体技术 , 2002,(06) 3 纳米技术将推进新的工业革命J. 物理通报 , 2000,(06)4 王洛. 卢柯:领跑纳米技术J. 决策与信息 , 2004,(09) 5 纳米技术 二十一世纪的科学制高点J. 中国集体经济 , 2000,(11) 6 王玲. 新一代纳米技术J. 全球科技经济瞭望 , 2002,(04) 7 王昌明. 纳米技术产生的意义和前景J. 企业导报 , 2004,(10) 8 欣方:纳米技术与博大爱心的凝结J