纳米粉体的应用前景

纳米粉体的应用前景由于对纳米材料的研究,尤其是制备大块的纳米材料还处于实验室阶段,所以纳米材料大量投入实际生产还需要一段时间,不过还是有一部分已走出实验室,应用于工业生产,而且产品已投入市场,以其优质的性能深受消费者的欢迎。经过科研工作者们的长期研究,发现纳米材料在以下方面很具潜力。1磁性材料中的应用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,用它制作磁记录材料可以提高信噪比,改善图像性质,如日本松下电器公司已制成纳米级微粉录像带,具有图像清晰、信噪比高、失真十分小的优点。还可制成磁性信用卡、磁性钥匙、磁性车票等。将磁性纳米微粒通过界面活性剂均匀分散于溶液中制成的磁流体在宇航、磁致冷、显示及医药中已广泛应用。2在陶瓷材料中的应用随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性。由于纳米陶瓷具有优良的室温和高温力学性能、抗弯强度，使其在切削刀具、汽车发电动机部件等诸多方面都具有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其它材料不可替代的作用，具有广阔的应用前景。目前这方面已有不少实验成果。高强度铝基陶瓷中添加0.01%～5%的NiO纳米粉，可提高材料的弯曲强度和结构强度。用于磁性滑动触头的非磁性陶瓷中，添加5%～50%的NiO的纳米粉体，可使陶瓷具有与磁性薄膜相同的热膨胀系数和选择性。3光学材料中的应用纳米材料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，如出现宽频带强吸收、吸收带蓝移、发光现象和丁达尔效应等，因而在光学材料中应用十分广泛。如用纳米微粒制成的光纤材料可以降低光导纤维的传输损耗；红外线反射膜材料可用于节能方面的应用等。纳米Al2O3粉体对250ｎｍ以下的紫外光有很强的吸收能力，如把几个纳米的Al2O3粉掺和到稀土荧光粉中，可以利用纳米紫外吸收的蓝移现象吸收掉有害的紫外光，而且不降低荧光粉的发光效率。4催化剂材料中的应用纳米微粒由于尺寸小,比表面积大,表面的键态和电子态与颗粒内部不同,表面原子配位不全导致表面的活性位置增加,这就使它具备了作为催化剂的基本条件。而且随着粒径的减小,表面光滑程度变差,形成凸凹不平的原子平台,这就增加了化学反应的接触面。并且纳米微粒具有粒径小、密度小、比表面积大、反应活性高、选择性强等许多优点。如Ni或Cu-Zn化合物的纳米颗粒对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂,可代替昂贵的铂催化剂,纳米铂催化剂,可以使乙烯的氧化反应温度从600℃降到室温。虽然纳米级的催化剂仍处于实验室阶段,尚未在工业生产中广泛应用,但人们预计,随着对纳米微粒催化剂的深入研究,它很可能成为新世纪催化反应的主角。5作为润滑油添加剂的应用据报道,俄罗斯科学家将纳米铜粉末或纳米铜合金粉末加入润滑油中,可使润滑性能提高10倍以上,并能显著降低机械部件的磨损,提高燃料效率,改善动力性,延长寿命。俄罗斯采用纳米金刚石作为润滑油的添加剂生产出了牌号为Ｎ-50Ａ磨合润滑剂,专门用于内燃机磨合。这种润滑剂可使磨合时间缩短50%～90%。乌克兰科学院的研究及其产品再次验证了纳米金刚石作为添加剂的润滑油在性能上的优越性。在国内,王示德的高级润滑油专利采用了纳米添加剂与传统润滑油的性能比较试验,说明纳米添加润滑油具有更好的性能。6传感器材料中的应用纳米微粒随着粒径的减小,比表面积的增大,表面原子数的增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键等,使得它表面积巨大、表面活性高与气体相互作用强、对周围环境(温度气氛、光、温度等)敏感度高、同时检测范围扩大。这些特性使它满足了传感器功能上所要求的灵敏度、响应速度以及检测范围等指标。因而可望利用超微粒制成敏感度高的超小型、低能耗、多功能传感器。如温度传感器、红外检测传感器、氧敏感传感器、汽车排气传感器。7在医学及生物工程上的应用由于纳米粒子一般比生物体内的细胞小得多,10ｎｍ以下的颗粒可在血管中自由移动,因此可以用来检测身体各部分的病变并进行治疗,如表面包敷的磁性粒子(Fe3O4)可作为治疗药物的载体,进入人体后在外加磁场的导航下到达指定的病变部位,达到定向治疗的目的。纳米粒子作为显影剂可发现微小癌变,有利于癌症的早期诊断和治疗。磁性超微粒子还可用于癌细胞分离技术,如英国伦敦的儿科医院已利用磁性超微粒子分离癌细胞,成功的进行了人体骨髓液内癌变细胞的分离。一些具有生物活性的纳米材料,还可用于人造骨、人造牙、人造人体器官等。纳米CaCO3作为保健食品和药物成分，可提高人体对钙质的吸收和利用；纳米花粉由于破坏了花粉的细胞壁而提高了人体对花粉中有效成分的吸收和利用；含纳米羟基磷灰石的牙膏具有比氟更好的防龋齿功效；预计纳米材料在21世纪将会作为生物医用的核心材料，在细胞分离和细胞染色中发挥重要作用，将制成特殊药物或新型抗体对人体进行局部定向治疗；纳米机器人将成为典型的医疗纳米装置为人类医疗服务。8环保和能源方面的应用纳米材料不仅可用来消除水和空气中的污染物,还可以成倍地提高太阳能电池的能量转换效率。在环保和能源利用方面有着远大的应用前景。如纳米TiO2光催化剂可以涂在玻璃表面,具有自洁功能。任何粘在其表面上的物质,包括油污、细菌,在光的照射下,通过纳米光催化作用,变成气体或容易被擦掉的物质。因此,纳米材料在发展绿色能源和环境技术,减少污染和恢复被破坏的环境上有广阔的应用前景。9调色材料中的应用•纳米材料的颜色随粒径尺寸不同而改变，粒径越小，颜色越深。可以选择体积适宜且粒径均匀的纳米材料制备各种颜色的印刷油墨，用来代替传统的化学颜料配色工艺。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角度变色的效应。例如，将二氧化钛纳米粉添加在汽车、轿车等金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，使传统汽车旧貌换新颜。10在化妆品中的应用超微粉休材料使防晒化妆品备受欢迎大气臭氧层的破坏程度每增加1%，紫外线辐射的强度就会增强2%，而人类患皮肤癌的可能性就增加3%，为此，以纳米级TiO2、ZnO、Fe2O3等粉体经过表面改性和复配制得的化妆品具有极好的抗紫外线功能，备受青睐。我国2000年化妆品行业有2500余家企业，年总产值达320亿元左右，其中抗紫外线类化妆品占整个化妆品品种数的40%，占总产值的54%，而抗紫外线防护剂产值12亿元，希望以纳米材料为主体的紫外线屏蔽剂已超过30%。11其它应用如用纳米CaCO3改性聚丙烯（PP）、高密度聚乙烯（HDPE），不仅使拉伸强度大大提高，还大大提高了其缺口和无缺口的抗冲强度，有明显的增韧作用；用纳米TiO2、Al2O3、ZnO等超微粉体改性塑料，使塑料具有良好的抗紫外能力而不易老化；用纳米Al2O3、SiO2、Sb2O3可制得具有阻燃效果优异并具有补强功能的高档阻燃塑料；纳米TiO2、ZnO和Ag等具有良好的杀菌作用，用它们改性塑料，制成抗菌内衬门把手、防霉菌封条、复合增强材料，使冰箱内食物贮存的环境得到极大改善，增强了冰箱的抑菌保鲜功能。结束语•虽然人们已用各种不同的方法制备出多种用途的纳米材料,已有的方法不断地被改进,新的方法不断被发现和采用,但存在着制备费用过高、产量低等等一些特点,这阻碍了在许多领域的应用。相信随着研究的不断深化,我们应该能克服在这些领域的重重困难,进一步发展和完善制备技术。科学家们预言,纳米时代的到来不会很久,它在未来的应用将远远超过计算机工业,并成为未来信息时代的核心。•美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心,并将纳米科技研究方面的投资从1997年的116美元增加到2001年的497亿美元,日本、德国等也设立了纳米材料研究中心和研究网,一些国家也纷纷制定相关战略和计划,力争在该领域走在世界的前列。目前,我国在纳米材料的某些领域已取得一些出色的成果,但总体水平与美、日、欧相比,差距还很大。谢谢！粉体材料是新材料的重要组成部分，作为高新技术，世界各国已把它作为研究的重点，从粉体粒子的大小、制备的技术、特性、表面改性、表征到应用，逐步形成了超细颗粒材料和超细技术、超微粉体材料和超微细技术，特别是纳米材料和纳米技术已席卷全球。在中国，纳米材料已形成了热潮，从民用到工业，从食品到医药，都在迎接另一个工业革命的到来。为此，我国“九五”开始，就把超细、超微细和纳米技术与精细化工相结合，以改造传统的精细化工，向绿色高新精细化工的方向发展。