lwwAAA纳米技术在生活中的应用

纳米技术在生活中的应用论文摘要：本文介绍了纳米技术、纳米材料的基本概念、原理、特征和各种纳米材料在涂料领域的应用；阐述了纳米材料在应用中所存在的技术问题，以及纳米技术在涂料领域的发展前景。论文关键词：纳米技术 纳米材料 涂料1纳米简介所谓纳米技术，是指在0.1100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。纳米技术与微电子技术的主要区别是：纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现设备特定的功能，是利用电子的波动性来工作的；而微电子技术则主要通过控制电子群体来实现其功能，是利用电子的粒子性来工作的。人们研究和开发纳米技术的目的，就是要实现对整个微观世界的有效控制。 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。1993年，国际纳米科技指导委员会将纳米技术划分为纳米电子学、纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米加工学和纳米计量学等6个分支学科。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。纳米是一个微小的长度单位，1纳米等于10亿分之一米。根头发丝有7万到8万纳米。纳米技术这个词汇出现在1974年。纳米科学、纳米技术是在 0。10到100纳米尺度的空间内研究电子、原子和分子运动规律及特性。纳米材料是纳米技术的重要的组成部分，也是国际上竞争的热点和难点。碳纳米管自从 1991年被发现以来，就一直被誉为未来的材料。碳纳米管在强度上大约比钢强100倍，其传热性能优于所有已知的其它材料。碳纳米管具有良好的导电性，在常温下导电时，几乎不产生电阻。纳米陶瓷材料在1600摄氏度高温下能像橡皮泥那样柔软，在室温下也能自由弯曲。从1998年世界上第一只纳米晶体管制成，到1999年100纳米芯片问世，使20世纪最后10年世界上出现的“纳米热”进一步升温。我国在纳米技术领域占有一度之地，处于国际先进行列。已成功制备出包括金属、合金、氧经化物、氢化物、碳化物、离子晶体和半导体等多种纳米材料，合成出多种同轴纳米电缆，掌握了制备纯净碳纳米管技术，能大批量制备长度为2至3毫米的超长纳米管。合成的最细的碳纳米管的直径只有0.33纳米，这不但打破了我国科学家自已不久前创造的直径只为0.5纳米的世界纪录，而且突破了日本科学家1992年所提出的0.4纳米的理论极限值 纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大。 纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米复合、塑胶、橡胶和纤维的改性，纳米功能涂层材料的设计和应用，将给传统产生和产品注入新的高科技含量。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。纳米布料、服装已批量生产，象电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。一张纳米光盘上能存几百部，上千部电影，而一张普通光盘只能存两部电影。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。2纳米技术的应用前景 现在,纳米技术已经坐上高速行驶的列车，我们周围的各个领域，生物、化学、物理，就连我们的日常生活，衣食住行，纳米技术都无处不在。2.1纳米技术在军事上的应用 第一，纳米武器具有非凡的智能化功能。量子器件的工作速度比半导体器件快1000倍，因此，用量子器件取代半导体器件，可以大大提高武器装备控制系统中的信息传输、存储和处理能力。 采用纳米技术可使现有雷达在体积缩小数千倍的同时，其信息获取能力提高数百倍；能够将超高分辨力的合成孔径雷达安放在卫星上，进行高精度对地侦察。纳米技术还可以使武器表面变得更“灵巧”，使用纳米材料制造潜艇的蒙皮，甚至可以灵敏地“感觉”水流、水温、水压等极细微的变化，并及时反馈给中央计算机，最大限度地降低噪声、节约能源；能根据水波的变化提前“察觉”来袭的敌方鱼雷，使潜艇及时做规避机动。 用纳米材料做军用机器人的“皮肤”可以使之具有比真人的皮肤还要敏感的“触感”，从而能更有效地完成军事任务。 第二，武器装备系统超微型化。纳米技术使武器的体积、重量大大减小。用量子器件取代大规模的集成电路，可使武器控制系统的重量和功耗成千倍的减小。 纳米技术可以把现代作战飞机上的全部电子系统集成在一块芯片上，也能使目前需车载的电子战系统缩小至可由单兵携带。 用纳米技术制造的微型武器，其体积只有昆虫大小，却能像士兵一样遂行各种军事任务。由于这些微型武器隐蔽性好，它们可以潜在敌方关键设备中长达几十年之久。平时相安无事，战时则可群起而攻之，令人防不胜防。第三，由于用纳米技术制造的微型武器系统，一般来说几乎没有肉眼看得见的硬件单元的连接，省去了大量线路板和接头，因此与其他的小型武器相比，其成本将低得多，而运用也十分方便。6如用一架无人驾驶飞机就可以将数以万计的微机电系统探测器空投到敌军可能部署和地域或散布在天空中，而利用纳米技术生产出的纳米卫星的重量小于0.1千克，一枚“飞马座”级运载火箭一次即可发射数百乃至数千颗卫星，覆盖全球，完成侦察和信息转发任务。正因为如此，美国战略研究所的一位科学家说：“道理很简单，如果美国10艘航空母舰毁了四五艘，可能会重创美国军力。 如果以这笔钱来发展袖珍武器，那么我们可以以量取胜，毁了100艘袖珍潜艇或飞机，也无关痛痒。第四，纳米武器与传统的武器明显不同还表现在，它以神经系统为主要打击目标。信息技术的发展使战争形态发生了根本的变化，一方面，打击手段不断智能化、精确化；另一方面，打击目标也从传统的工业生产设施转向信息系统。纳米武器由于具有超微型和智能化的明显优势，打击敌方的神经系统必然是纳米武器的首选目标，通过纳米武器所焕发出来的巨大战争威力而使敌方宏观作战体系“突然瘫痪”，以致不得不屈服于微型武器所造成的战争压力。 此外，纳米技术在隐身材料、防护涂层、军事能源的使用等方面有重要作用2.2纳米技术在现代医学上的应用在医学检验学领域，使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA(脱氧核糖核酸)诊断出各种疾病。在膜技术方面，用纳米材料制成独特的纳米膜，能过滤、筛去制剂的有害成分，消除因药剂产生的污染，从而保护人体。在抗癌的治疗手段方面，德国一家医院的研究人员将一些极其细小的氧化铁纳米颗粒，注入患者的癌瘤里，然后将患者置于可变的磁场中，使患者癌瘤里的氧化铁纳米颗粒升温到4547，这一温度足以烧毁癌瘤细胞，而周围健康组织却不会受到伤害。光学相干层析术(OCT)已于19971224由清华大学单原子探测实验室研制成功，被科学家称为“分子雷达”。OCT的分辨率达1um，比CT和核磁共振术的精密度高出上千倍。它能每秒2000次完成生物体内活细胞的动态成像，观察活细胞的动态，发现单个细胞病变，且不会象X光、CT、磁共振那样杀死活细胞。所以，人们将可能把疾病扼杀在萌芽时期，没必要等到生命的尾声才被CT或磁共振查出癌组织病变。激光单原子分子探测术可在含1000亿亿(1019)个原子或分子的1cm3气态物质中，在单个原子分子层次上准确获取其中的一个，所以具有高灵敏性。使用此探测术，科学家希望对生物体尤其是人体内生物分子的活动进行探测，以找到影响人类健康的某些因素。通过探测人的唾液、血液、粪便以及呼出气体，及时发现人体中的各种致病或带病游离分子。微小探针技术可向人体内植入，根据不同的诊断和监测目的，可定位于体内的不同部位，也可随血液在体内运行，随时将体内的各种生物信息反馈于体外记录装置。已有科学家为糖尿病人研究出一种超小型的葡萄糖检测系统，该系统植入皮下，监测人体血糖水平，在必要时释放出胰岛素，使病人体内的血糖和胰岛素含量保持正常水平。在医药学领域，纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便。数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动技索并攻击癌细胞或修补损伤组织。从最近召开的我国首届纳米生物医药研讨会获悉，我国已成功地研制出纳米级的新一代抗菌药物。这种粉末状的纳米颗粒直径只有25纳米，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病微生物有强烈的抑制和杀灭作用，还具有广谱、亲水、环保等多种性能，并因使用天然矿物质而不会产生耐药性。纳米粒载体之所以引人注目，是因为它可以改变药物的体内分布。将药物粉末或溶液包埋在直径为纳米级的微粒中，以纳米粒作为药物载体。作为药物载体的纳米粒是粒径大小介于101 000nm的固态胶体颗粒。若在纳米粒中加入磁性物质，通过外加磁场将其导向靶位，对于浅表部位病灶或对于外加磁场容易触及的部位具有一定的可行性。在影像学诊断中，纳米粒可被广泛应用。例如：纳米氧化铁造影剂是一种水性胶质，静脉注射纳米氧化铁造影剂以后，氧化铁颗粒被血液带到身体的各部位，只是在肝脏和脾脏被网状内皮细胞吸收。肝脏内的网状内皮细胞是由枯否细胞的巨噬细胞构成，它可以吞噬氧化铁颗粒，而恶性肿瘤细胞仅含有少量的否细胞，没有大量吸收氧化铁的作用。纳米氧化铁造影剂就是利用正常细胞和恶性肿瘤细胞之间的这种功能差异，显示出其对这些病灶诊断的特异性纳米氧化铁在正常细胞和肿瘤细胞的数量不同，会造成信号强度的差别，这种差别在磁共振图像中，由于正常组织吸收纳米氧化铁表现为暗的低信号，而病灶不吸收纳米氧化铁表现为亮的高信号，这样，病灶与正常组织在磁共振图像上会有较大的对比。 纽约大学的一个实验室最近制造了一个纳米级机器人。研究人员认为，将来纳米级机器人可遨游于人体微观世界，随时清除人体中的一切有害物质，激活细胞能量，使人不仅仅保持健康，而且延长寿命。其他用于临床的纳米材料有人工关节面和关节腔、美容植入物、口腔正畸物等。总的看来，纳米技术已广泛地应用在医学上，终有一天我们会看到各种各样的纳米器件：纳米生物传感器用于监测、收集、传递体内细胞的健康状态和病变信息；纳米药房用于存储、运输指定存储的药物，并按指定的部们存放，即定点给药，其体积可达数个微米，美国麻省理工学院的纳米科学家已研制出它的雏形；纳米智能炸弹直接用于治疗各种细胞水平的疾病，可特异性地杀灭肿瘤细胞，美国密执根大学詹姆斯R巴克博士正在设计中；纳米细胞检疫器巴西和美国科学家最近发明了世界上最小的秤，能够称量109克的物体，即相当于一个病毒的重量，利用纳米秤可称出不同病毒的重量，以发现新的病毒，可定点于口腔、咽喉、食道、气管等外界开放的部位。纳米器件将成为保卫人类健康的卫兵，它的发展前景无比广阔。 2.3纳米技术在其它方面的应用利用先进的纳米技术，在不久的将来，可制成含有纳米电脑的可人-机对话并具有自我复制能力的纳米装置，它能在几秒钟内完成数十亿个操作动作。在军事方面，利用昆虫作平台，把分子机器人植入昆虫的神经系统中控制昆虫飞向敌方收集情报，使目标丧失功能。利用纳米技术还可制成各种分子传感器和探测器。利用纳米羟基磷酸钙为原料，可制作人的牙齿、关节等仿生纳米材料。将药物储存在碳纳米管中，并通过一定的机制来激发药剂的释放，则可控药剂有希望变为现实。另外，还可利用碳纳米管来制作储氢材料，用作燃料汽车的燃料储备箱。利用纳米颗粒膜的巨磁阻效应研制高灵敏度的磁传感器；利用具有强红外吸收能力的纳米复合体系来制备红外隐身材料，都是很具有应用前景的技术开发领域。3纳米技术的不足中科院院士解思深表示，如果开发或使用不当，纳米材料会产生危害。如生产过程中保护不当，污染人员和环境；使用过程中，技术不过关或认识不足，这些应该绝对避免。 他同时强调，纳米材料可能造成的危害不是纳米研究带来的，而是在大自然和人类以前的生产和生活中早就存在