《纳米粉体制备与表征》纳米技术与纳米材料

第1章纳米技术与纳米材料1.概述1.1纳米科技1.2纳米技术与纳米材料的概念1.3纳米材料的特性1.4一些典型的纳米材料纳米材料制备技术概述2.1制备方法分类2.2物理方法2.3化学方法纳米材料和纳米技术的应用3.1陶瓷增韧3.2磁性材料应用3.3催化领域的应用3.4光学方面的应用3.5在环境保护方面的作用3.6精细化工的应用4.总结1.1纳米科技的诞生1959年，诺贝尔物理奖得主理查德·费曼预言:人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造“产品”---这是关于纳米技术最早的梦想。七十年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想由原子排成的“原子”字样1974年，美国唐尼古奇最早使用”纳米技术”一词描述精密机械加工1982年，科学家发明研究纳米的重要工具“扫描隧道显微镜”，使人类首次在大气和常温下看见原子，为揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用

1990.7，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生1991年，碳纳米管被发现，其质量是同体积钢的1/6，强度是钢10倍而成为纳米技术热点诺贝尔化学奖得主斯莫利认为：纳米碳管是未来最佳纤维的首选材料，将被广泛用于超微导线、超微开关、纳米级电子线路等1990年美国IBM公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”中科院北京真空物理实验室自如操纵原子成功画出“中国”地图1997年，美国科学家首次用单电子移动单电子，可望在20年后制成速度和存贮容量提高成千万倍的量子计算机1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，能称量十亿分之一克物体，即一个病毒的重量此后，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破巴-美科学家创造的纪录

2000年美能源部国家实验室用激光微细加工技术制出智能手术刀，可扫描10万个癌细胞/秒，并输入计算机分析判断细胞包含的蛋白质信息2001年纽约斯隆-凯特林癌症研究中心的沙因贝格尔博士报道了把放射性同位素锕225原子装入一个圆形微药丸中——一种消灭癌细胞的靶向药物这些表明纳米技术应用进展是十分迅速的2002年纳米技术已进入市场，全年纳米产品营业额达700亿美元近年来，一些国家都制定相关计划，投巨资抢占纳米技术高地：日本设纳米材料研究中心，把纳米技术列入研发重点；德国专门建立纳米技术研究网；美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，研究投资从2002年10亿美元增到2008年的100亿多美元扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜是80年代初发展的新型显微仪器，可达原子级的超高分辨率可观察物质表面结构，可得到极其细微的纳米尺度（10-9m），是对物质表面进行精细加工的重要工具目前用它已可随心所欲操纵某些原子；使纳米技术应运而生1980s，IBM公司苏黎世实验室G．Binnig

和H．Roher发明的扫描隧道显微镜。使人类能实时地观测到原子在表面的排列状态、以及与表面电子行为有关的物理化学性质，对表面科学、材料科学、生命科学以及微电子技术的研究有着重大意义和重要应用价值两位科学家与电子显微镜的创制者ERrska教授一起荣获1986年诺贝尔物理奖

科学家使用STM观测物质的纳米结构STM具有高分辨率(横向0.1nm，纵向优于0.01nm)，能直接观察物质表面原子结构STM基本原理是基于量子隧道效应和扫描:①用一个极细针尖(头部为单个原子)去接近样品表面，当针尖和表面很近时(＜1nm)，针尖头部原子和样品表面原子的电子云发生重迭，若在针尖和样品之间加上一个偏压、电子便会通过针尖和样品构成的势垒而形成隧道电流②通过控制针尖与样品表面间距恒定，使针尖沿表面进行精确三维移动，就可以把表面的信息(表面形貌和表面电子态)记录下来STM针尖硅表面纳米算盘C60每10个一组，在铜表面形成世界上最小的算盘。纳米皇冠STM发明及高分辨率观察应用增多，可利用探针针尖与表面之间的各种相互作用，从而可分析高分辨率成像1986年宾尼戈等发明用激光检测针尖与表面相互作用来进行表面成像的分析仪器。该仪器称为原子力显微镜（AFM）STM＋AFM——构成了扫描探针显微镜（SPM）两大主体技术目前除了隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）外，还有近场光学显微镜（SNOM）、侧面力显微镜（IFM）、磁力显微镜（MFM）、极化力显微镜（SPFM）……等20多个品种由于它们都是用探针通过扫描系统来获取图像，因此这类显微镜统称为扫描探针显微镜（SPM）1.2纳米技术与纳米材料的概念1.2.1纳米技术纳米科技是90年代初迅速发展的全新前沿科研领域。它是指在1--100nm尺度空内，研究电子、原子、分子运动规律、特性的高新技术学科目标是人类直接自由操纵单个原子、分子，制造出特定功能产品STM的三维图像又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。指尺寸在1～100nm间的粒子，是原子簇和宏观物体交界的过渡区域从微观和宏观观点看，该系统既非典型微观系统亦非典型宏观系统，是一种典型介观系统，它具有独特效应当人们将宏观物体细分成纳米级后，它显示出许多奇异的特性，其光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同1.2.2纳米材料1.2.3纳米材料的特性1）表面效应2）小尺寸效应3）量子尺寸效应4）宏观量子隧道效应1）表面效应

球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加，假如原子间距为0.3nm，表面原子仅占一层，粗略地估算表面原子所占的百分数见下表超微颗粒表面原子百分数与颗粒直径的关系

直径（nm）1

5

10

100

原子总数30×104

103×103104×103

106

表面原子%100

40

20

2对直径大于100nm的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸＜100nm时，其表面原子%激增长，甚至1克超微颗粒表面积总和可高达100米2，此时纳米颗粒的表面效应不容忽略纳米颗粒的表面与块体的表面十分不同：若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm）进行摄像，发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多孪晶）它不同于一般固体，又不同于液体，是准固体。在电镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了"沸腾"状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，微颗粒具有稳定的结构状态

2）小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对纳米而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质

（1）特殊的光学性质

（2）特殊的热学性质

（3）特殊的磁学性质

（4）特殊的力学性质纳米颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面

具有完整空间点阵结构的实体为晶体；可把点阵中的空位、替位原子、间隙原子、相界、位错和晶界看作是晶体材料中的缺陷若以“缺陷”为主体，是一种晶界占有相当大的体积比，（格兰特教授经4年努力，1984年研制得到）金属粉末则表现为黑色实验表明，任何金属颗粒，当其尺寸在纳米量级时大都呈现黑色（1）特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色其他金属在纳米状态大都呈黑色：尺寸越小，颜色愈黑，银白色的Pt（白金）变成铂黑，Cr变成铬黑金属纳米颗粒对光的反射率很低，可低于l％，约几微米厚度就完全消光利用该特性可作高效的光热、光电等转换材料，可高效地将太阳能转变为热能、电能。还可应用于红外敏感元件、红外隐身技术等（2）特殊的热学性质纳米化后金属熔点显著降低，尤为小于10nm时，如：Au熔点为1064oC，2nm时为327oC；Ag熔点为670oC，纳米银颗粒熔点可低于100℃纳米Ag导电浆料可低温烧结，元件基片不必用耐高温陶瓷，可用塑料；用纳米银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面大，省料而质量高日-川崎公司用0.1-1μm铜、Ni纳米颗粒的导电浆料取代Pd与Ag等贵金属熔点下降对粉末冶金很有用：W粒中加0.1-0.5％纳米Ni后，烧结温度从3000℃降低到1250℃，可在较低的温度下烧制成大功率半导体管基片（3）特殊的磁学性质鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂及水中趋磁菌等生物体中存在纳米磁颗粒，使生物在地磁场导航下能辨别方向（回归本领）；纳米磁颗粒就是一个生物磁罗盘磁颗粒小到

20nm以下，其矫顽力增加1千倍，小于6nm，其矫顽力反而降低到0，呈超顺磁性；利用纳米磁颗粒的高矫顽力特性，可作成高贮存密度的磁记录粉，用于磁带、磁盘、及磁钥匙等。利用超顺磁性，将纳米磁微颗粒制成用途广泛的磁性液体（4）特殊的力学性质纳米陶瓷材料有良好韧性。因其大的界面，界面的原子排列相当混乱，原子在外力变形下容易迁移，表现出一定韧性及延展性CaF2纳米材料在室温下可大幅度弯曲而不断裂。人的牙齿的高强度，是由磷酸钙等微/纳米结构材料构成所致纳米金属晶粒比传统金属粗晶粒硬3～5倍。金属一陶瓷复合纳米材料可在更大范围内改变材料的力学性质，可扩展其应用3）量子尺寸效应微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱阙值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应4）宏观量子隧道效应隧道效应是基本的量子现象之一，当微观粒子总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒近来发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷也有隧道效应，其可穿越宏观系统的势阱而产生变化，称为宏观量子隧道效应各原子模型都可用能级概念解释：由无数原子构成固体时，单独原子的能级并合成能带，因电子数目很多，能带中能级的间距很小，可看作连续，能级概念成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间联系与区别对纳米颗粒，连续能带分裂为分立能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体不同的反常特性，即为量子效应电子又具有粒子性和波动性，存在隧道效应。两效应合称宏观的量子隧道效应量子效应、宏观隧道效应是微电子、光电子器件的基础，是电子器件微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须考虑宏观的量子隧道效应如，在制造半导体集成电路时，当电路尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作（经典电路的极限尺寸大概在0.25微米）。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件1.2.4一些典型的纳米材料纳米效应颜料

用于汽车的涂装业中，因纳米材料具有随角度变化的特性，使汽车面漆大增光辉，深受配色专家喜爱

纳米防护材料

某些纳米材料透明性好和具有优异的紫外线屏蔽作用。在产品和材料中添加少量(不超过2%)的纳米材料，就会大大减弱紫外线对这些产品和材料的损伤作用，使之更加具有耐久性和透明性。被广泛用于护肤产品、装饰材料、外用面漆、木器保护、天然和人造纤维、农用塑料薄膜等方面纳米陶瓷涂层

纳米材料可在低温、低压下生产质地致密且性能优异的陶瓷。纳米陶瓷组分是一种极薄的透明涂料，喷涂在玻璃、塑料、金属、漆器甚至大理石上，有防污、防尘、耐刮、耐磨、防火等功能。涂在塑料眼镜片上，轻而耐磨，还不易破碎纳米催化剂

比表面积大、表面活性中心多，纳米铂黑、银、氧化铝和氧化铁等用于高分子聚合物氧化、还原及合成反应的催化剂，可提高反应效率。用纳米镍粉为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率提高100倍，用硅载体镍催化剂对丙醛的氧化反应，镍粒径在5nm下，反应选择性发生急剧变化，反应得到有效控制，生成酒精转化率剧增纳米磁性材料

纳米磁性粒子属单磁畴区结构粒子，其磁化过程完全由旋转磁化进行，可作永久性磁性材料磁性纳米粒具有单磁畴结构及矫顽力很高的特征，做磁记录材料可提高信噪比，改善图象质量当磁性材料粒径小于临界半径时，粒子就变得有超顺磁性，磁相互作用弱。利用这种超强磁性可作磁流体，磁流体具有液体的流动性和磁体的磁性，有着广阔应用前景

纳米颗粒还可应用于:吸波隐身材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、电池电极材料、太阳能电池材料、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料和抗癌制剂等纳米膜材料纳米薄膜是指尺寸在纳米量级的晶粒（或颗粒）构成的薄膜以及每层厚度在纳米量级的单层或多层膜纳米磁性液体材料

磁性液体是由超细微粒包覆一层长链的有机表面活性剂，高度弥散于一定基液中，构成稳定的具有磁性的液体。可在外磁场作用下整体地运动，具有特殊的磁控特性纳米传感材料

纳米粒子具有高比表面积、高活性、特殊的物理性质及超微小性等特征，是适合用作传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳料粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化，利用其电阻的显著变化可做成传感器，其特点是响应速度快、灵敏度高、选择性优良纳米光电材料与光学材料

纳米材料其特殊的电子结构与光学性能可作为非线性光学材料、特异吸光材料、军事航空中用的吸波隐身材料，以及包括太阳能电池在内的储能及能量转换材料等，具有很高的应用价值

增强材料

纳米结构合金具有很高的延展性等，在航空航天工业与汽车工业中是一类很有应用前景的材料；纳米硅作为水泥的添加剂可大大提高其强度；纳米纤维作硫化橡胶的添加剂可增强橡胶并提高其回弹性；纳米管在作纤维增强材料方面也有潜在的应用前景

纳米滤膜

采用纳米材料发展出可分离仅在分子结构上有微小差别的多组分混合物，即实现高分离操作的纳米滤膜。纳米滤膜还可用作火箭燃料推进剂、H2分离膜、颜料稳定剂及智能涂料、复合磁性材料等超双亲性界面物性材料——超亲水性及超亲油性表面

光照射可引起TiO2表面在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构在宏观的TiO2表面将表现出奇妙的超双亲性。利用这种原理的材料，可修饰玻璃表面及建筑材料表面,有自清洁及防雾等效果在其他基材上使用超双亲性修饰剂。如，在纤维及衣物上使用修饰剂，使它们具有超双亲性，洗涤衣物仅用清水冲洗，不用洗洁剂；用到人造血管和人造器官方面可改善同活体组织的兼容性，实现长时间使用寿命

超双疏性界面物性材料

利用由原子到分子、由分子到聚集体的外延生长方法，可在特定表面上建造纳米尺寸同几何形状互补的(如凸与凹相间)界面结构。由于在纳米尺寸低凹的表面可使吸附气体分子稳定存存，在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油或水无法与材料的表面直接接触，使材料表面呈超常的双疏性可使水滴或油滴与界面的接触角趋于最大值，若在输油管的管道内壁采用带有防静电功能的材料建造这种表面修饰涂层，可实施石油与管壁的无接触运输，对于输油管道的安全运行有重要价值2.纳米材料制备技术概述

纳米材料的制备科学在纳米材料研究中占据着极为关键的地位，一般制备方法根据是“由粗而细”还是“由细而粗”可分为粉碎法和构筑法；根据制备过程有无化学反应，分为物理法和化学法；一般人们又根据反应主要在气体、液体或固体中进行，将其分为气相法、液相法和固相法在自然界中广泛存在着天然形成的纳米材料，如蛋白石、陨石碎片、动物的牙齿、海洋沉积物等就是由纳米微粒构成的。人工制备纳米材料也已有1000年的历史，中国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，是最早的人工纳米材料；中国古代宝剑、铜镜表面的防锈层经检验已证实为纳米SnO2颗粒构成的薄膜越王勾践宝剑人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，用人工方法有意识地获得纳米粒子是在20世纪60年代。

1963年，Ryozi

Uyeda等人用气体蒸发（或“冷凝”）法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。1984年，Gleiter等人用同样的方法制备出了纳米相材料TiO22.2物理方法1）真空冷凝法(物理气相沉积）

用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高2）物理粉碎法

通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀3）机械球磨法

采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀2.3化学方法1）化学沉淀法

共沉淀法均匀沉淀法多元醇沉淀法沉淀转化法2）化学还原法水溶液还原法多元醇还原法气相还原法碳热还原法

3）溶胶－凝胶法4）水热法5）溶剂热合成法6）微乳液法7）模板合成法8）电解法9）化学气相沉积

10）高温燃烧合成

…3.纳米材料和纳米技术的应用由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景3.1陶瓷增韧陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料具有韧性。因为纳米材料具有较大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下容易迁移，因此表现出韧性与延展性纳米陶瓷3.2磁性材料方面的应用

3.2.１巨磁电阻材料3.2.2磁性液体和磁记录材料3.3催化领域中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。纳米粒子作催化剂，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3.3.1金属纳米粒子的催化作用贵金属纳米粒子作为催化剂已成功地应用到高分子高聚物的氢化反应上，例如纳米粒子铑在氢化反应中显示了极高的活性和良好的选择性。烯烃双键上往往连有尺寸较大的基团，致使双键很难打开，若加上粒径为1nm的铑微粒，可使打开双键变得容易，使氢化反应顺利进行3.3.2半导体纳米粒子的光催化半导体的光催化效应发现以来，一直引起人们的重视，原因在于这种效应在环保、水质处理、有机物降解、失效农药降解等方面有重要的应用半导体的光催化效应：在光照下，价带电子跃迁到导带，价带的空穴把周围环境中的羟基电子夺过来，羟基变成自由基，作为强氧化剂将物质氧化，而变化为酯,醇,醛,酸,CO2,完成对有机物的降解

常用光催化纳米粒子:TiO2(锐钛矿相)、Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等做成空心小球，浮在含有有机物的废水表面上，利太阳光可进行有机物降解。如处理海上石油泄露造成的污染，还可加到陶瓷釉料中，有保洁杀菌功能。锐钛矿纳米TiO2粒子表面用Cu+、Ag+离子修饰，杀菌效果更好。在电冰箱、空调、医疗器械、医院装修等有着广泛应用。如铂化的TiO2纳米粒子，通过光催化易使甲醛分解成水和CO23.3.3纳米金属、半导体粒子的热催化金属纳米粒子十分活泼，可以作为助燃剂在燃料中使用。也可以掺杂到高能密度的材料，如炸药，增加爆炸效率；也可以作为引爆剂进行使用。为了提高热燃烧效率，将金属纳米粒子和半导体纳米粒子掺杂到燃料中，以提高燃烧的效率，因此这类材料可在火箭助推器和煤中作助燃剂。目前，纳米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃剂

3.4纳米材料在光学方面的应用纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系利用纳米微粒的特殊光学特性制成的各种光学材料将在日常生活和高技术领域得到广泛的应用3.4.1红外反射材料高压钠灯、各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强照明，但是电能的69％转化为红外线，表明有相当多的电能转化为热能，仅有一少部分转化为光能。灯管发热也影响灯具的寿命。提高发光效率，增加照明度是关键问题，纳米微粒的诞生为解决这个问题提供了一个新的途径1980年以来，人们用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成了多层干涉膜，总厚度为微米级，衬在有灯丝的灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且有很强的红外线反射能力。这种灯泡亮度与传统的卤素灯比，可节省约15％的电3.4.2优异的光吸收材料纳米的量子尺寸效应使它对波长的光吸收带有蓝移现象和宽化现象纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分散到树脂中制成膜，膜对紫外有吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸和树脂中纳米粒子的掺加量和组分对紫外吸收好的材料：30～40nm的TiO2纳米粒子树脂膜；Fe2O3纳米微粒的聚酯树脂膜。前者对400nm波长以下的紫外光有极强的吸收能力，后者对600nm以下的光有良好的吸收能力，可作半导体器件的紫外线过滤器3.3.3隐身材料由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用美国F117隐形轰炸机机美国B2隐形轰炸机3.5在环境保护方面的作用

随着纳米技术的崛起，纳米环保也会迅速来临，拓展人类利用资源和保护环境的能力，为彻底改善环境和从源头上控制新的污染源产生创造了条件3.5.1在治理有害气体方面纳米技术可以制成非常好的催化剂，其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入纳米级助烧催化剂，以帮助煤充分燃烧，提高能源的利用率，防治有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车尾气催化，有极强的氧化还原性能，使汽油燃烧时不再产生一氧化碳和氮氧化物3.5.2在污水处理方面污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍3.5.3纳米TiO2与环境保护（1）降解空气中的有害有机物对室内主要的气体污染物甲醛、甲笨等的研究结果表明，光催化剂可以降解这些物质，其中纳米TiO2的降解效率最好，将近达到100％。其降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。纳米TiO2的光催化剂也可用于石油、化工等产业的工业废气处理，改善厂区周围空气质量

（2）降解有机磷农药有机磷农药是70年代发展起来的农药品种，占我国农药产量的80％，它的生产和使用会造成大量有毒废水。这一环保难题，使用纳米TiO2来催化降解可能得到解决（3）处理毛纺染整废水用纳米TiO2催化降解技术来处理毛纺染整废水，具有省资、高效、节能，可使有机物完全矿化、不存在二次污染等特点，显示出良好的应用前景（4）解决石油污染问题在石油开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质废弃在地面、江湖和海洋水面，用纳米TiO2可以降解石油，解决海洋面石油污染问题（5）处理城市生活垃圾用纳米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大颗粒TiO2的10倍以上（6）高效的杀菌剂常用的杀菌剂Ag、Cu等能使细胞失去活性，但细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分如内毒素。内毒素是致命物质，可引起伤寒、霍乱等疾病利用纳米TiO2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，同时降解由细菌释放出的有毒复合物。在医院的病房、手术室及生活空间细菌密集场所安放纳米TiO2光催化剂还具有除臭作用（7）自洁作用纳米TiO2由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有自清洁效应，即其表面具有防污、防雾、易洗、易干等特点。我国新近研制成功一种具备自动清洁功能，可以自动消除异味、杀菌消毒的“纳米自洁净玻璃”“纳米自洁净玻璃”是应用高科技纳米技术在平板玻璃的两面镀制一层纳米薄膜，薄膜在紫外线的作用下可分解沉积在玻璃上的污物，氧化室内有害气体，杀灭空气中的各种细菌和病毒

兽药

用纳米技术后，药效能够大幅度提高，可降低使用剂量，可在不换药下解决药物残留问题。由于纳米技术的出现，已禁用的抗生素可回来效劳；兽药中有交叉耐药性矛盾。畜禽使用了医药产品后，产生耐药性和残留，导致人体对药物的敏感性降低，问题可望通过纳米技术来改变；医药上已经在应用纳米材料，如可使消毒剂药物药效提高近200倍。在美军犹他州的基地，美国科学家带来了一些只有分子那么大"纳米炸弹"，是专门用来消灭人体中的"敌人"，包括一些致命的生物。只要在水中加入适量"炸弹"，就可以杀死导致流行性感冒和疱疹的臭虫。在展示过程中，这些微粒的成功率达到100％把纳米材料添加到传统畜牧业产品中，可改进或获得一系列的功能，这种改进并不见得昂贵，但却使产品更具市场竞争力。利用纳米技术将制造出各种各样具有“特异功能”的新材料，将会引起畜牧行业的重大变革被称之为21世纪前沿科学的纳米技术将对环境保护产生深远的影响，有着广泛的应用前景，甚至会改变人们的传统环保观念，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的趋势之一3.5.4航天和航空纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标呈指数倍的降低。这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐