纳米技术在生活中的应用

陕西国防工业职业技术学院题目：纳米技术在生活中的应用专业：应用电子技术姓名：支丹阳指导教师(职称)：王兴君二0一一年十一月1日-2-纳米技术在生活中的应用电子信息学院应用电子技术支丹阳31309126[摘要]具有纳米量级的超微粒构成的固体物质的纳米材料在治理有害气体方面、污水处理方面、汽车等领域都有一定的研究。本文综述了纳米材料在以上各个方面的应用。随着纳米材料和纳米技术在环保方面的应用更深入的研究，将会给我国乃至全世界在治理环境污染方面带来新的机会。[关键词]纳米技术有害气体和污水处理生物技术与器件-3-目录引言.....................................................................................................................................................-4-1纳米简介..........................................................................................................................................-4-2、纳米材料的特殊性质...................................................................................................................-5-3、纳米技术在治理有害气体方面的应用.......................................................................................-5-4、纳米技术在污水处理方面的应用...............................................................................................-6-5、纳米新材料在汽车上的应用.......................................................................................................-6-5.1纳米技术在汽车润滑油上的应用............................................................................................-6-5.2纳米生物技术与器件................................................................................................................-7-6、纳米材料在工程上的应用...........................................................................................................-7-7、纳米材料在在催化方面的应用...................................................................................................-8-8、纳米材料在涂料方面的应用.......................................................................................................-8-9、纳米材料在精细化工方面的应用...............................................................................................-8-10、纳米技术的应用前景.................................................................................................................-9-参考文献...........................................................................................................................................-12--4-纳米技术在生活中的应用引言纳米材料是指具有纳米量级的超微粒构成的固体物质、纳米材料具有三个结构特点1、结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级（1~100nm）；2、存在大量的界面或自由表面；3、各纳米单元之间存在一定的相互作用。由于纳米材料结构上的特殊性，使纳米材料具有一些独特的效应，主要表现为小尺寸效应和表面或界面效应，因而在性能上与相同组成的微米材料有非常显著的差异，体现出许多优异的性能和全新的功能。运用于生物医学领域的纳米材料被称之为纳米生物材料。纳米是一种度量单位，1纳米为十亿分之一米。纳米结构是指尺寸在100纳米以下的微小结构，在该水平上对物质和材料进行研究和处理的技术，称为纳米技术。纳米技术将会带来一场技术革命，从而引起21世纪又一场产业革命。纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。1纳米简介所谓纳米技术，是指在0.1~100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。1998年世界上第一只纳米晶体管制成，从到1999年100纳米芯片问世，使20世-5-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、纳米材料的特殊性质2.1力学性质。高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大,所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。2.2磁学性质。当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头,具有相当高的灵敏度和低噪音。2.3电学性质。由于晶界面上原子体积分数增大,纳米材料的电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点,有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2.4热学性质。纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值,这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、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。3、纳米技术在治理有害气体方面的应用大气污染一直是各国政府需要解决的难题，空气中超标的二氧化硫（SO2）一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOC)是影响人类健康的有害气体，纳米材料和纳米技术的应用能够最终解决产生这些气体的污染源问题。工业生产中使用的汽油、柴油以及作为汽车燃料的汽油、柴油等，由于含有硫的化合物在燃烧时会产生SO2气体，这是SO2的最大污染源。所以石油提练中有一道脱硫工艺以降低其硫的含量。纳米钛酸钴（CoTiO3）是一种非常好的石油脱硫催化剂。以半径55nm~70nm的钛酸钴作为催化活体多孔硅胶或Al2O3陶瓷作为载体的催化剂，其催化效率-6-极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%达到国际标准。工业生产中使用的煤燃烧时也会产生SO2气体，如果在燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，而不产生二氧化硫气体，从而杜绝有害气体的产生。4、纳米技术在污水处理方面的应用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。污水中的重金属是对人体极其有害的物质。它从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属如金、钌、钯、铂等安全提炼出来，变害为宝。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.因此它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，先使水