納米材料論文精選(九篇)

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第1篇：納米材料論文范文

1．1炭干凝膠的制備

傳統(tǒng)炭凝膠的制備一般經(jīng)過有機(jī)凝膠的形成、干燥和炭化過程3個(gè)步驟，炭干凝膠的具體合成步驟如下：首先采用間苯二酚和甲醛為原料在堿性催化劑下合成聚合物中間體，再經(jīng)過進(jìn)一步的交聯(lián)形成空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的氣凝膠；然后在常壓下直接蒸發(fā)干燥；最后在惰性氣氛（氮?dú)饣驓鍤猓┗蛘婵諚l件下高溫炭化。經(jīng)上述步驟制得的炭干凝膠具有比表面積大、導(dǎo)電性能好等特性。炭干凝膠是指在干燥步驟采用常壓干燥的方式制備所得的材料。盡管常壓干燥會(huì)引起材料孔道塌陷，但因其成本低廉成為近年來研究的熱點(diǎn)。

1．2炭干凝膠的改性

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用摻雜和復(fù)合的方法對(duì)炭干凝膠進(jìn)行改性，改善并提升了其物理化學(xué)性質(zhì)，使其更為廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

1．2．1氮摻雜炭干凝膠

Castilla等采用3－羥基吡啶等為氮源合成了氮摻雜炭干凝膠，研究結(jié)果表明，采用不同的原料配比和不同的炭化溫度（500～900℃）可以得到一系列氮含量不同的炭干凝膠。Gorgulho等在間苯二酚和甲醛為原料的基礎(chǔ)上，添加三聚氰胺和尿素為氮源，成功合成了氮摻雜炭干凝膠，以調(diào)控炭干凝膠的表面功能基團(tuán)。結(jié)果表明，經(jīng)過氮源摻雜合成的炭干凝膠，材料的表面堿度均有提升。

1．2．2金屬摻雜炭干凝膠

為了增強(qiáng)炭干凝膠的導(dǎo)電、催化等性能，很多學(xué)者成功制備了各種金屬摻雜的炭干凝膠。Pramanik等成功合成了錳、鈷和鈣等金屬摻雜的炭干凝膠，研究了金屬摻雜對(duì)材料比表面積及形貌的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)間苯二酚與甲醛摩爾比為0．35，初始酚醛樹脂溶液pH為3．0，摻雜的錳鹽同間苯二酚質(zhì)量比為11％時(shí)，得到的錳摻雜炭干凝膠比表面積最大。Liu等對(duì)鐵、鈷和鎳摻雜的炭干凝膠進(jìn)行了表征，并對(duì)其磁性進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果表明，不同金屬摻雜對(duì)炭干凝膠的結(jié)構(gòu)性質(zhì)有顯著影響，3種金屬摻雜的炭干凝膠在室溫下均呈現(xiàn)出典型的鐵磁特性。

1．2．3炭干凝膠復(fù)合材料

Gomes等采用溶膠－凝膠法合成了二氧化鈦－炭干凝膠的復(fù)合材料，炭干凝膠作為載體增強(qiáng)了二氧化鈦與鉑顆粒的結(jié)合作用，該復(fù)合材料也成功應(yīng)用于鉑納米顆粒的光化學(xué)沉積。此外，F(xiàn)ernández等成功合成了碳納米管－炭干凝膠的復(fù)合材料，通過循環(huán)伏安法、充放電等手段對(duì)該復(fù)合材料的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，碳納米管的引入提升了材料的電容，而且在提升材料有效固相電導(dǎo)率的同時(shí)，還提升了液相電導(dǎo)率。

2炭干凝膠的應(yīng)用研究進(jìn)展

2．1儲(chǔ)氫

近年來，多孔炭材料因其具有高比表面積和輕質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被廣泛地應(yīng)用于儲(chǔ)氫領(lǐng)域。Tian等采用酸性催化劑合成了炭干凝膠，并測(cè)試了其儲(chǔ)氫性能。結(jié)果表明，在pH為4．8的條件下合成的炭干凝膠，比表面積為1924m2／g，微孔容積為0．86cm3／g。在溫度為77K以及壓力為3．9MPa的條件下，合成所得炭干凝膠的儲(chǔ)氫量為4．65％（wt，質(zhì)量分?jǐn)?shù)），證實(shí)了炭干凝膠是一種極具前景的儲(chǔ)氫材料。

2．2電化學(xué)領(lǐng)域

炭干凝膠由于具有成本低廉、高比表面積和高電導(dǎo)率等優(yōu)良性能，是一種理想的電極材料。FernNdez等將炭干凝膠用于電化學(xué)超級(jí)電容器，通過循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電勢(shì)分析法及交流阻抗測(cè)試研究了電容器阻抗理化參數(shù)同電化學(xué)行為之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明炭干凝膠具有極高的比電容，可達(dá)280F／g。此外，炭凝膠電容器電吸附去除水溶液中重金屬和無機(jī)鹽的研究表明炭干凝膠用作電吸附劑在水體凈化等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用空間。

2．3催化劑及其載體

炭干凝膠所具備的比表面積大、穩(wěn)定性好、高度交聯(lián)的多孔結(jié)構(gòu)等特性使之成為催化劑及其載體的最佳選擇。Xin等采用錳摻雜的炭干凝膠作為催化劑，進(jìn)行了液相放電等離子體去除微囊藻毒素的研究，隨著炭干凝膠的加入，微囊藻毒素的去除率從75．3％提升到90．2％，并提出了相應(yīng)的氧化－吸附動(dòng)力學(xué)模型。Xu等將炭干凝膠作為金催化劑的載體，并篩選了用于苯甲醇選擇性氧化的最佳載體，原因在于炭干凝膠材料表面具有足量的含氧官能團(tuán)。Rodrigues等同樣將金催化劑負(fù)載于炭干凝膠上，并將其用于甘油的氧化，通過改變炭干凝膠的中孔大小來改變催化劑的選擇性。此外，Ale－gre等將鉑負(fù)載在炭干凝膠上用來催化甲醇的電氧化，同催化劑Pt／E－TEK相比，其催化性能提升了2倍多。炭干凝膠還可以用作用作質(zhì)子交換膜燃料電池的催化劑載體，該催化劑具有較高的循環(huán)電壓和一氧化碳及甲醇氧化電流，并且在采用炭干凝膠作為催化劑載體的燃料電池中，貴金屬顆粒的燒結(jié)趨勢(shì)很小。還有許多研究人員將炭干凝膠作為催化劑用于污染物的催化氧化。CA等研究了炭干凝膠以及二氧化鈰摻雜的炭干凝膠催化臭氧氧化的性能。對(duì)草酸的催化臭氧氧化結(jié)果表明，所有的催化劑均能在1h內(nèi)將其全部降解。

2．4環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域

在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，炭干凝膠已廣泛地應(yīng)用于水處理方面。Ca等將炭干凝膠應(yīng)用于亞甲基藍(lán)的吸附。結(jié)果表明，炭干凝膠微孔容積和微孔比表面積的增加能夠顯著提升其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附量，并且通過朗格繆爾模型計(jì)算得到的結(jié)合能同商業(yè)的微孔活性炭相比有了45倍的提升。Figueiredo等將制備得到的炭干凝膠用于2種陰離子染料的吸附，獲得了良好的吸附效果。Almazan等研究了炭干凝膠結(jié)構(gòu)特性對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物甲基碘動(dòng)力學(xué)吸附的影響，結(jié)果表明吸附量同孔容密切相關(guān)，而且內(nèi)擴(kuò)散的傳質(zhì)阻力同孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。此外，Girgis等將炭干凝膠用于水中銅離子的吸附，吸附量為32～130mg／g，該研究為去除水體中的重金屬離子提供了一種新型的納米級(jí)多孔性炭材料。

3結(jié)語(yǔ)與展望

炭干凝膠作為一種新型的納米材料。具有許多獨(dú)特的性能，在近年來引起了廣泛關(guān)注。針對(duì)目前存在的問題，炭干凝膠今后努力的方向大致為以下幾個(gè)方面。

（1）制備工藝的完善與創(chuàng)新。

雖然目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)成功合成了不同孔徑結(jié)構(gòu)的炭干凝膠，并采用各種手段對(duì)其進(jìn)行了性能改良，但是離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有一定的距離。尋求適合工業(yè)發(fā)展的制備工藝，簡(jiǎn)化流程、降低生產(chǎn)成本是今后努力的方向。

（2）理論體系的完善。

盡管目前已經(jīng)對(duì)炭干凝膠合成的機(jī)理有了很深入的研究，但如何實(shí)現(xiàn)孔徑結(jié)構(gòu)的完全可控還需要進(jìn)一步的研究。此外，在炭干凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理以及聚合單體的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)等方面也需要進(jìn)一步的努力。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展。

第2篇：納米材料論文范文

自70年代納米顆粒材料問世以來，80年代中期在實(shí)驗(yàn)室合成了納米塊體材料，至今已有20多年的歷史，但真正成為材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)是在80年代中期以后。從研究的內(nèi)涵和特點(diǎn)大致可劃分為三個(gè)階段。

第一階段（1990年以前）主要是在實(shí)驗(yàn)室探索用各種手段制備各種材料的納米顆粒粉體，合成塊體（包括薄膜），研究評(píng)估表征的方法，探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。對(duì)納米顆粒和納米塊體材料結(jié)構(gòu)的研究在80年代末期一度形成熱潮。研究的對(duì)象一般局限在單一材料和單相材料，國(guó)際上通常把這類納米材料稱納米晶或納米相材料。

第二階段（1994年前）人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料已挖掘出來的奇特物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材料，通常采用納米微粒與納米微粒復(fù)合，納米微粒與常規(guī)塊體復(fù)合及發(fā)展復(fù)合材料的合成及物性的探索一度成為納米材料研究的主導(dǎo)方向。

第三階段（從1994年到現(xiàn)在）納米組裝體系、人工組裝合成的納米結(jié)構(gòu)的材料體系越來越受到人們的關(guān)注，正在成為納米材料研究的新的熱點(diǎn)。國(guó)際上，把這類材料稱為納米組裝材料體系或者稱為納米尺度的圖案材料。它的基本內(nèi)涵是以納米顆粒以及它們組成的納米絲和管為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列成具有納米結(jié)構(gòu)的體系，基保包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系。納米顆粒、絲、管可以是有序或無序地排列。

如果說第一階段和第二階段的研究在某種程度上帶有一定的隨機(jī)性，那么這一階段研究的特點(diǎn)更強(qiáng)調(diào)人們的意愿設(shè)計(jì)、組裝、創(chuàng)造新的體系，更有目的地使該體系具有人們所希望的特性。著名諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者，美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)曼曾預(yù)言“如果有一天人們能按照自己的意愿排列原子和分子…，那將創(chuàng)造什么樣的奇跡”。就像目前用STM操縱原子一樣，人工地把納米微粒整齊排列就是實(shí)現(xiàn)費(fèi)曼預(yù)言，創(chuàng)造新奇跡的起點(diǎn)。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)洛倫茲伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在《自然》雜志上，指出納米尺度的圖案材料是現(xiàn)代材料化學(xué)和物理學(xué)的重要前沿課題?？梢?，納米結(jié)構(gòu)的組裝體系很可能成為納米材料研究的前沿主導(dǎo)方向。

二、納米材料研究的特點(diǎn)

1、納米材料研究的內(nèi)涵不斷擴(kuò)大

第一階段主要集中在納米顆粒（納米晶、納米相、納米非晶等）以及由它們組成的薄膜與塊體，到第三階段納米材料研究對(duì)象又涉及到納米絲、納米管、微孔和介孔材料（包括凝膠和氣凝膠），例如氣凝膠孔隙率高于90％，孔徑大小為納米級(jí)，這就導(dǎo)致孔隙間的材料實(shí)際上是納米尺度的微?；蚪z，這種納米結(jié)構(gòu)為嵌鑲、組裝納米微粒提供一個(gè)三維空間。納米管的出現(xiàn)，豐富了納米材料研究的內(nèi)涵，為合成組裝納米材料提供了新的機(jī)遇。

2．納米材料的概念不斷拓寬

1994年以前，納米結(jié)構(gòu)材料僅僅包括納米微粒及其形成的納米塊體、納米薄膜，現(xiàn)在納米結(jié)構(gòu)的材料的含意還包括納米組裝體系，該體系除了包含納米微粒實(shí)體的組元，還包括支撐它們的具有納米尺度的空間的基體，因此，納米結(jié)構(gòu)材料內(nèi)涵變得豐富多彩。

3．納米材料的應(yīng)用成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)

經(jīng)過第一階段和第二階段研究，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米材料所具備的不同于常規(guī)材料的新特性，對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)和常規(guī)產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生重要的影響。日本、美國(guó)和西歐都相繼把實(shí)驗(yàn)室的成果轉(zhuǎn)化為規(guī)模生產(chǎn)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)際上已有20多個(gè)納米材料公司經(jīng)營(yíng)粉體生產(chǎn)線，其中陶瓷納米粉體對(duì)常規(guī)陶瓷和高技術(shù)陶瓷的改性、納米功能涂層的制備技術(shù)和涂層工藝、納米添加功能油漆涂料的研究、納米添加塑料改性以及納米材料在環(huán)保、能源、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，磨料、釉料以及紙張和纖維填料的納米化研究也相繼展開。納米材料及其相關(guān)的產(chǎn)品從1994年開始已陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng)，所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益以20％速度增長(zhǎng)。

三、納米材料的發(fā)展趨勢(shì)

1．加強(qiáng)控制工程的研究

在納米材料制備科學(xué)和技術(shù)研究方面一個(gè)重要的趨勢(shì)是加強(qiáng)控制工程的研究，這包括顆粒尺寸、形狀、表面、微結(jié)構(gòu)的控制。由于納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)都同時(shí)在起作用，它們對(duì)材料某一種性能的貢獻(xiàn)大小、強(qiáng)弱往往很難區(qū)分，是有利的作用，還是不利的作用更難以判斷，這不但給某一現(xiàn)象的解釋帶來困難，同時(shí)也給設(shè)計(jì)新型納米結(jié)構(gòu)帶來很大的困難。如何控制這些效應(yīng)對(duì)納米材料性能的影響，如何控制一種效應(yīng)的影響而引出另一種效應(yīng)的影響，這都是控制工程研究亟待解決的問題。國(guó)際上近一兩年來，納米材料控制工程的研究主要有以下幾個(gè)方面：一是納米顆粒的表面改性，通過納米微粒的表面做異性物質(zhì)和表面的修飾可以改變表面帶電狀態(tài)、表面結(jié)構(gòu)和粗糙度；二是通過納米微粒在多孔基體中的分布狀態(tài)（連續(xù)分布還是孤立分布）來控制量子尺寸效應(yīng)和滲流效應(yīng)；三是通過設(shè)計(jì)納米絲、管等的陣列體系（包括有序陣列和無序陣列）來獲得所需要的特性。

2．近年來引人注目的幾具新動(dòng)向

（1）納米組裝體系藍(lán)綠光的研究出現(xiàn)新的苗頭。日本Nippon鋼鐵公司閃電化學(xué)陽(yáng)極腐蝕方法獲得6H多孔碳化硅，發(fā)現(xiàn)了藍(lán)綠光發(fā)光強(qiáng)度比6H碳化硅晶體高100倍：多孔硅在制備過程中經(jīng)紫外輻照或氧化也發(fā)藍(lán)綠光；含有Dy和Al的SiO2氣凝膠在390nm波長(zhǎng)光激發(fā)下發(fā)射極強(qiáng)的藍(lán)綠光，比多孔Si的最強(qiáng)紅光還高出1倍多，250nm波長(zhǎng)光激發(fā)出極強(qiáng)的藍(lán)光。

（2）巨電導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)。美國(guó)霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家在SiO2一Au的顆粒膜上觀察到極強(qiáng)的高電導(dǎo)現(xiàn)象，當(dāng)金顆粒的體積百分比達(dá)到某臨界值時(shí)，電導(dǎo)增加了14個(gè)數(shù)量級(jí)；納米氧化鎂銦薄膜經(jīng)氫離子注入后，電導(dǎo)增加8個(gè)數(shù)量級(jí)；

第3篇：納米材料論文范文

硅基材料是一種最為常用的無機(jī)催化劑載體，其表面存在著豐富的活性基團(tuán)硅羥基(Si—OH)和暴露的硅氧烷鍵(Si—O—Si)。其中硅羥基基團(tuán)可以以孤立(單羥基)、成對(duì)(雙羥基)和締合(鄰羥基)等不同的形式存在于硅膠表面(圖2)。這些硅羥基是強(qiáng)吸附的極性基團(tuán)，并且可以通過脫水縮合形成化學(xué)鍵來錨定一些功能離子液體催化劑。然而，硅氧烷是疏水基團(tuán)，僅可以吸附某些非極性溶劑分子。一般而言，可以通過對(duì)硅膠預(yù)處理來選擇控制其表面硅羥基的類型、濃度和表面分布，從而改善硅基材料表面鍵合相的性能。目前研究最多的無機(jī)硅基材料主要包括非孔的無定形SiO2和有序介孔硅基材料(MCM-41，SBA-15，SBA-16等)。功能離子液體雜化硅基材料的方法主要有物理吸附和共價(jià)鍵結(jié)合的方法(圖3)。其中物理吸附主要是通過硅基材料表面與功能離子液體的靜電作用來束縛離子液體活性組分。這種方法制備出的催化劑在反應(yīng)過程中容易流失活性組分，因此催化劑的穩(wěn)定性相對(duì)較差?；瘜W(xué)共價(jià)鍵結(jié)合的方法(陽(yáng)離子或陰離子結(jié)合)可以有效地將功能離子液體活性組分錨定在無機(jī)硅基材料的表面上，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能和穩(wěn)定性。

1.1物理吸附束縛功能離子液體Hlderich等［31，32］報(bào)道不同金屬氯化物的Lewis酸性離子液體(Al-ILs，Sn-ILs和Fe-ILs)雜化的非孔的無定形SiO2材料(圖4)。他們分別通過芳香化合物的液相和氣相?；磻?yīng)對(duì)這些催化材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)這些新型的離子液體雜化SiO2催化材料表現(xiàn)出較高的催化活性和選擇性，尤其是Fe-ILs/SiO2催化劑表現(xiàn)出最好的催化性能。但是，這些催化材料在液相反應(yīng)過程中表現(xiàn)出明顯的活性組分流失的問題，而在氣相反應(yīng)過程中則可以避免活性組分流失的問題。因此，對(duì)于這種物理吸附來束縛離子液體的催化劑其本質(zhì)的催化過程是否屬于多相催化存在質(zhì)疑。Karimi等［33］將一種疏水的Brnsted酸性離子液體引入到—SO3H改性的有序介孔硅基材料SBA-15的納米孔道內(nèi)(圖5)。這種帶電的離子液體與相鄰的磺酸基團(tuán)的靜電相互作用將其有效地束縛在SBA-15的納米孔道內(nèi)，同時(shí)由于兩者的協(xié)同作用加強(qiáng)了酸強(qiáng)度，從而在室溫下對(duì)醇和羧酸的酯化反應(yīng)表現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能(產(chǎn)率93%)。另外，由于離子液體本身的疏水性質(zhì)促進(jìn)了反應(yīng)物的傳質(zhì)擴(kuò)散性能和產(chǎn)物水分子的脫除。

1.2化學(xué)鍵結(jié)合錨定功能離子液體化學(xué)鍵結(jié)合的方法是一種最為普遍有效的雜化方法，這種方法可以將離子液體穩(wěn)定地錨定在載體的表面和孔道內(nèi)。Luo等通過共縮合的方法將二元的Brnsted酸性離子液體嫁接在硅膠的表面，這種酸性離子液體雜化的SiO2催化材料能夠有效地催化多組分反應(yīng)一步合成氨基烷基萘酚，并且該催化劑能夠循環(huán)使用6次沒有明顯的失活(圖6)。Yang等報(bào)道了一種首先用離子液體改性的SBA-16的介孔納米籠，然后將一種含氮的卡賓Pd的配合物催化劑(NHC-Pd/SBA-16-IL)引入到納米籠內(nèi)，這種新型的催化材料結(jié)合了均相催化劑和SBA-16納米籠微環(huán)境的共同優(yōu)點(diǎn)，對(duì)Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)和Heck反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能和重復(fù)使用性能(圖7)。Han等制備了一種離子液體雜化的Al-MCM-41催化材料，這種催化劑表面同時(shí)具有Lewis和Brnsted酸性位點(diǎn)，能夠有效催化CO2和環(huán)氧氯丙烷的環(huán)加成反應(yīng)(圖8)。Park等在合成SBA-15的過程中原位引入ImCl離子液體，利用微波輻射直接合成了一種離子液體雜化的薄片狀SBA-15介孔催化材料(圖9)。這種催化劑的孔道長(zhǎng)度(200～500nm)可以通過有機(jī)硅烷和硅酸鈉的摩爾比來控制合成，并且其孔道的長(zhǎng)度和離子液體的擔(dān)載量對(duì)Knoevenagel縮合反應(yīng)具有一定的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)7.5%的ILs能夠合成出較短的介孔孔道，有利于反應(yīng)物的傳質(zhì)和擴(kuò)散，從而表現(xiàn)出最佳的催化性能。Guan等報(bào)道了一種一步共縮合制備乙烯基磺酸離子液體雜化的SiO2催化材料，并將這種催化劑應(yīng)用于一系列的酯化反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該催化劑表現(xiàn)出較好的催化活性和重復(fù)使用性。

2離子液體雜化磁性納米材料

磁性催化納米材料在催化應(yīng)用中更容易實(shí)現(xiàn)催化劑和反應(yīng)體相的分離，因此磁性雜化催化材料引起了越來越多的關(guān)注。Fe3O4是最常見的磁性材料，其合成方法簡(jiǎn)單，表面可以選擇功能化，同時(shí)也很適合制備核殼結(jié)構(gòu)的新型材料。Alper等通過有機(jī)硅烷咪唑離子液體改性Fe3O4納米顆粒，改性后的Fe3O4納米顆粒由于表面存在烷基鏈在有機(jī)溶劑中更趨于穩(wěn)定，不容易發(fā)生團(tuán)聚。通過引入貴金屬前驅(qū)體K2PtCl4，經(jīng)肼還原得到負(fù)載Pt納米粒子的磁性催化劑。這種催化劑在炔烴的選擇加氫反應(yīng)中可以高選擇性得到順式產(chǎn)物，并且通過磁性誘導(dǎo)很容易回收利用(圖11)。Taher等根據(jù)相同的方法首先用有機(jī)硅烷功能化的咪唑離子液體對(duì)磁性納米Fe3O4表面進(jìn)行改性，然后進(jìn)一步引入均相含氮雜環(huán)的卡賓Pd的配合物催化劑。通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)對(duì)該催化劑進(jìn)行了活性評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該催化劑能夠有效催化該反應(yīng)，而且對(duì)不同底物的偶聯(lián)反應(yīng)均表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。同時(shí)，在磁場(chǎng)的作用下很容易分離，循環(huán)使用5次后反應(yīng)產(chǎn)率依然能夠保持93%。丙基三甲氧基硅烷(MPS)偶聯(lián)劑首先對(duì)Fe3O4納米粒子改性來引入活性官能團(tuán)乙烯基，然后在其表面用1-乙烯基-3-(3-磺丙基)咪唑硫酸氫鹽(［VSim］［HSO4］)和交聯(lián)劑1，4-丁基-3，3-雙-1-乙烯基咪唑硫酸鹽原位嫁接離子液體，制備出一種Brnsted酸性離子液體雜化的磁性納米Fe3O4催化劑。這種催化劑可以作為一種有效的磁性固體酸催化劑來催化乙醛合成二乙酰化合物，并且可以通過磁性誘導(dǎo)分離重復(fù)使用(圖13)。無機(jī)硅包覆磁性納米Fe3O4核殼結(jié)構(gòu)材料是另外一種磁性材料。功能離子液體雜化這種核殼類型的磁性催化材料也有一些相關(guān)報(bào)道。制備這種雜化材料的主要方法一般是通過TEOS原位水解包覆磁性納米Fe3O4，通過控制TEOS的摩爾量和水解條件來控制核殼結(jié)構(gòu);然后使其與有機(jī)硅烷類型的離子液體硅烷化，從而將離子液體活性組分錨定在其表面(圖14)。Luo等［43］報(bào)道了3-磺丁基-1-(3-丙基三乙氧基硅烷)咪唑硫酸氫鹽的二元Brnsted酸性離子液體雜化的磁性SiO2-Fe3O4催化材料，這種催化劑具有準(zhǔn)均相催化劑的特點(diǎn)，可以有效催化三組分(雙甲酮、醛、2-萘酚)縮合合成苯氧雜蔥酮。Karimi等［44］合成一種含有PdCl42－的離子液體雜化磁性SiO2-Fe3O4催化材料，該催化劑在水相中對(duì)Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)表現(xiàn)出非常高的催化活性，而且對(duì)不同鹵代芳烴普遍適用。最重要的是，這些離子液體雜化的核殼結(jié)構(gòu)催化材料都能夠在外界磁場(chǎng)的作用下迅速分離，繼續(xù)循環(huán)使用。

3離子液體雜化高分子聚合材料

功能離子液體雜化的高分子聚合物材料在催化領(lǐng)域也逐漸受到了越來越多的關(guān)注。高分子聚合物由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)的多樣性，可控的選擇合成以及表面豐富的有機(jī)官能團(tuán)使其非常適合用來后合成改性。目前，作為催化劑載體的高分子聚合材料主要有聚苯乙烯(PS)、改性樹脂、聚乙二醇(PEG)、交聯(lián)二乙烯基苯、聚電解質(zhì)和殼聚糖等。You等［45］首次報(bào)道了一種新穎的氨基酸離子液體雜化的聚苯乙烯材料。他們首先制備了一種離子液體功能化的聚苯乙烯(PS)小球，然后與脯氨酸離子交換，從而合成出一種脯氨酸離子液體雜化的聚苯乙烯催化材料。這種催化劑能夠有效催化咪唑和對(duì)芳香化合物的芳基化反應(yīng)(圖15)。Guan等［46］報(bào)道了一種硫酸氫鹽酸性離子液體雜化的聚苯乙烯小球催化材料。他們首先定向合成了一種具有氯乙基官能團(tuán)的功能聚苯乙烯小球，然后通過與咪唑季銨化形成離子液體前驅(qū)體，進(jìn)一步與磺內(nèi)酯作用以及硫酸交換，最終制備出一種酸性離子液體雜化的聚苯乙烯多相催化劑(圖16)。該催化劑在酯化反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，TON值達(dá)到43.8，并且催化劑可以重復(fù)使用13次沒有明顯的失活。Chi等合成了較長(zhǎng)烷基鏈的1-己基-3-甲基咪唑離子液體雜化的聚苯乙烯材料，并將其用于催化親電取代反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種多相催化材料的催化性能優(yōu)于均相的離子液體催化性能(圖17)。Shen等［49］報(bào)道了一種離子液體雜化聚電解質(zhì)材料，他們首先分別合成一種羧基化的離子液體和氨基化的聚電解質(zhì)，然后通過酰胺化作用將離子液體嫁接在聚電解質(zhì)材料上，并且將這種雜化材料用于直接電催化氧化β-酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)反應(yīng)。Luo等合成了一種雙陰離子酸性咪唑離子液體雜化的聚乙二醇材料，這種材料是一種具有吸濕性的棕色液體，可以在空氣中和加熱條件下穩(wěn)定存在。他們發(fā)現(xiàn)這種材料在低溫下不能溶解在甲苯溶劑中，但是升高溫度可以使其溶解。根據(jù)這樣的特性他們通過改變溫度來控制溶液的相轉(zhuǎn)變過程，并且將這種溫控的兩相催化體系應(yīng)用于三組分(芳香醛、丙二腈和5，5-二甲基-1，3-環(huán)己二酮)縮合反應(yīng)合成吡喃類化合物。這種催化劑不僅呈現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，并且對(duì)不同取代基的芳香化合和活潑亞甲基化合物的縮合產(chǎn)物得到了較高的產(chǎn)率。另外，這種催化劑可以通過溫控來選擇回收重復(fù)利用(圖18)。

4離子液體雜化納米碳材料

近些年來，納米碳材料的合成和應(yīng)用是研究熱點(diǎn)。納米碳材料主要包括C60，單壁碳納米管(single-walledcarbonnanotubes，SWNTs)、多壁碳納米管(multi-walledcarbonnanotubes，MWNTs)、納米碳球和石墨烯(圖19)。其中，多壁碳納米管和石墨烯一直受到廣泛的關(guān)注，這是因?yàn)樗麄兊奶荚右詓p2雜化為主，形成了高度離域化的π電子共軛體系，而且表面的缺陷和端口都會(huì)形成具有較強(qiáng)化學(xué)活性的碳原子，使得他們具有特殊的化學(xué)反應(yīng)性，通過一定的化學(xué)反應(yīng)可對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)功能化處理來引入官能團(tuán)(如羧基和鹵素)。Chen等用3-乙基-1-乙烯基咪唑四氟硼酸離子液體(［VEIM］BF4)對(duì)碳納米管(CNTs)進(jìn)行預(yù)處理，利用乙烯基與CNTs表面發(fā)生的自由基聚合反應(yīng)，在其表面形成離子液體聚合物，進(jìn)一步在其表面引入貴金屬Pt和PtRu納米粒子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種離子液體聚合膜在CNTs表面呈正電性，可以阻止貴金屬納米粒子的團(tuán)聚長(zhǎng)大。與普通CNTs負(fù)載的貴金屬Pt和PtRu納米粒子相比，通過離子液體聚合膜改性后的納米粒子的粒徑更小，并且分布更均勻。這種雜化材料作為電催化劑對(duì)甲醇的直接氧化表現(xiàn)出較好的性能(圖20)。Wang等在N，N-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)偶聯(lián)劑的作用下將1-(3-氨丙基)-3-甲基咪唑溴化物離子液體與CNTs表面的羧基發(fā)生縮合作用，形成一種離子液體雜化的CNTs材料。通過陰離子交換的過程將貴金屬前驅(qū)體K2PtCl4引入到雜化材料的表面，然后用維生素C還原，制備出Pt納米粒子沉積在離子液體雜化的CNTs的表面上。結(jié)果發(fā)現(xiàn)有通過改變離子液體的量來控制合成的Pt納米粒子在CNTs表面的分散度，Pt納米粒子的平均粒徑大約為3nm(圖21)。Lee等［54，55］報(bào)道了氨基咪唑溴化物離子液體共價(jià)鍵雜化的MWNTs，這種離子液體在水中具有非常好的溶解性，因此他們將雜化后的ILs-MWNTs分散到水體系中，加入貴金屬前驅(qū)體Na2PdCl4，在室溫下用H2還原，制備出離子液體穩(wěn)定Pd納米粒子雜化的MWNTs材料。這種催化材料對(duì)烯烴的加氫反應(yīng)表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能(圖22)。Kim等利用離子液體雜化的石墨烯來錨定Mn3O4納米粒子。他們首先用氨基功能的離子液體修飾氧化石墨烯表面，在N，N-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)環(huán)境下使氨基與羧基縮合來固定氨基離子液體，再錨定Mn3O4納米粒子。這種雜化材料被用來作為Zn-空氣電池的電化學(xué)催化劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)離子液體不僅僅增加了電池系統(tǒng)的傳導(dǎo)性，而且可以與石墨烯協(xié)同催化氧化還原反應(yīng)(圖23)。Lee等報(bào)道了一種Au-ILs雜化的石墨烯材料，他們研究發(fā)現(xiàn)Au納米粒子在離子液體雜化的石墨烯表面可以加強(qiáng)電子轉(zhuǎn)移速率，降低電荷轉(zhuǎn)移的阻抗，增大電催化的面積。

5離子液體雜化金屬有機(jī)骨架材料

金屬有機(jī)骨架(MOFs)配位聚合物是一種新納米多孔材料。近年來，它們?cè)跉怏w儲(chǔ)存、吸附和分離，藥物的儲(chǔ)存和緩釋以及多相催化等領(lǐng)域引起了廣泛的研究。MOFs材料是利用有機(jī)橋聯(lián)配體與無機(jī)金屬離子通過超分子自組裝而形成的有機(jī)-無機(jī)雜化類多孔框架材料(圖24)。這種材料本身的骨架結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成以及孔徑可以通過選擇不同金屬離子和有機(jī)配體來控制合成。因此，這種具有開放骨架結(jié)構(gòu)的MOFs材料呈現(xiàn)出很多獨(dú)特的化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，如較大比表面積、高孔隙率、化學(xué)和結(jié)構(gòu)多樣性等。另外，本身結(jié)構(gòu)中的金屬中心和有機(jī)配體可以作為一些功能位點(diǎn)來引入一些催化活性的客體分子，從而形成一種新型的雜化材料。目前，功能離子液體雜化的金屬有機(jī)骨架材料正處于起步階段，相關(guān)的研究報(bào)道相對(duì)較少。但是，這樣一個(gè)新的雜化理念已經(jīng)引起了一定的關(guān)注，尤其是在催化領(lǐng)域，這種新穎的材料表現(xiàn)出一些獨(dú)特的催化特性。其中研究最多的金屬有機(jī)骨架材料主要是一些化學(xué)穩(wěn)定性較好的MOFs材料，如MIL-101，HKUST-1和ZIF-8，這些材料非常適合后合成改性。尤其是MIL-101和HKUST-1，其本身具有金屬不飽和空位(CUS)，這種CUS可以用來引入富電子的含氮離子液體(圖25)。Luo等首次利用一種含有雙氮原子的雜化化合物作為一種化學(xué)橋在MIL-101的納米籠內(nèi)合成了Brnsted酸性離子液體。這種新穎的離子液體雜化的MOFs材料結(jié)合離子液體催化劑和MIL-101納米籠微環(huán)境的共同優(yōu)點(diǎn)，在縮醛反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。與傳統(tǒng)的均相離子液體催化劑相比，這種多相催化劑更有利于反應(yīng)物的擴(kuò)散和與催化活性中心的接觸，促進(jìn)了副產(chǎn)物半縮醛進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為縮醛產(chǎn)物，從而提高了縮醛產(chǎn)物的選擇性，該催化劑可以重復(fù)使用6次(圖26)。Jhung等［緊接著報(bào)道了一種Lewis酸性離子液體(1-丁基-3-甲基氯化鋁)雜化的MIL-101材料，這種材料可以有效地吸附脫出燃料油中的硫組分。Luo等報(bào)道了一種氨基功能化的堿性離子液體雜化的金屬有機(jī)骨架HKUST-1材料。他們首先制備了一種氨基功能化的堿性離子液體，然后通過后合成改性的方法將離子液體引入到HKUST-1的納米孔穴內(nèi)，通過—NH2與Cu-CUS形成配位鍵來束縛離子液體活性組分。這種催化材料對(duì)苯甲醛和乙二腈的Knoevenagel縮合反應(yīng)具有非常好的催化活性。最重要的是制備的這種微孔雜化材料對(duì)不同分子尺寸的芳香醛呈現(xiàn)出選擇催化的性能，對(duì)于較大的分子，其催化活性較差，只有當(dāng)分子尺寸與催化劑的孔結(jié)構(gòu)相匹配，反應(yīng)物才可以自由順利地?cái)U(kuò)散到催化劑的納米孔穴內(nèi)，與活性中心接觸。

6結(jié)論與展望

第4篇：納米材料論文范文

1982年，Boutonmt首先報(bào)道了應(yīng)用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發(fā)，論述了微乳反應(yīng)器的原理、形成與結(jié)構(gòu)，并對(duì)微乳液在納米材料制備領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況進(jìn)行了闡述。

1微乳反應(yīng)器原理

在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機(jī)溶劑、水溶液。活性劑、助表面活性劑4個(gè)組分組成。常用的有機(jī)溶劑多為C6～C8直鏈烴或環(huán)烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽(yáng)離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。

W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應(yīng)器（Microreactor）或稱為納米反應(yīng)器，反應(yīng)器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關(guān)系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會(huì)受到W的影響。利用微膠束反應(yīng)器制備納米粒子時(shí)，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。

（l）將2個(gè)分別增溶有反應(yīng)物A、B的微乳液混合，此時(shí)由于膠團(tuán)顆粒間的碰撞，發(fā)生了水核內(nèi)物質(zhì)的相互交換或物質(zhì)傳遞，引起核內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。由于水核半徑是固定的，不同水核內(nèi)的晶核或粒子之間的物質(zhì)交換不能實(shí)現(xiàn)，所以水核內(nèi)粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應(yīng)制備氯化鈉納粒。

（2）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內(nèi)反應(yīng)物穿過微乳液界面膜進(jìn)入水核內(nèi)與另一反應(yīng)物作用產(chǎn)生晶核并生長(zhǎng)，產(chǎn)物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。

（3）一種反應(yīng)物在增溶的水核內(nèi)，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發(fā)生反應(yīng)而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團(tuán)方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時(shí)，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細(xì)Al（OH）3粒子，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)選用相應(yīng)的模式。

2微乳反應(yīng)器的形成及結(jié)構(gòu)

和普通乳狀液相比，盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應(yīng)器。但是微乳液是一種熱力學(xué)穩(wěn)定的體系，它的形成是自發(fā)的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術(shù)要求不高，并且液滴粒度可控，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單且操作容易，所以微乳反應(yīng)器作為一種新的超細(xì)顆粒的制備方法得到更多的研究和應(yīng)用。

2．1微乳液的形成機(jī)理

Schulman和Prince等提出瞬時(shí)負(fù)界面張力形成機(jī)理。該機(jī)理認(rèn)為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產(chǎn)生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達(dá)10-3～10-5mN／m，甚至瞬時(shí)負(fù)界面張力Y＜0。但是負(fù)界面張力是不存在的，所以體系將自發(fā)擴(kuò)張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復(fù)為零或微小的正值，這種瞬時(shí)產(chǎn)生的負(fù)界面張力使體系形成了微乳液。若是發(fā)生微乳液滴的聚結(jié)，那么總的界面面積將會(huì)縮小，復(fù)又產(chǎn)生瞬時(shí)界面張力，從而對(duì)抗微乳液滴的聚結(jié)。對(duì)于多組分來講，體系的Gibbs公式可表示為：

--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi

（式中γ為油/水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學(xué)位，Ci為i組分在體相中的濃度）

上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質(zhì)，那么體系中液滴的表面張力進(jìn)一步下降，甚至出現(xiàn)負(fù)界面張力現(xiàn)象，從而得到穩(wěn)定的微乳液。不過在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們?cè)跓o需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩(wěn)定的微乳體系，這和它們的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。

2．2微乳液的結(jié)構(gòu)

RObbins，MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮，提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型，成功地解釋了界面膜的優(yōu)先彎曲和微乳液的結(jié)構(gòu)問題。

目前，有關(guān)微乳體系結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究方法獲得了較大的發(fā)展，較早采用的有光散射、雙折射、電導(dǎo)法、沉降法、離心沉降和粘度測(cè)量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)熒光探針法、NMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。

3微乳反應(yīng)器的應(yīng)用——納米顆粒材料的制備

3．1納米催化材料的制備

利用W／O型微乳體系可以制備多相反應(yīng)催化劑，Kishida。等報(bào)道了用該方法制備

Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環(huán)已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分?jǐn)?shù)為0．11。25℃時(shí)向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環(huán)乙烷溶液，強(qiáng)烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過性能檢測(cè)，該催化劑活性遠(yuǎn)比采用浸漬法制得的高。

3．2無機(jī)化合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系也可以制備無機(jī)化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應(yīng)用非常重要，尤其是納米級(jí)鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子，AOT濃度為0．15mol／L，第一個(gè)微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個(gè)微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應(yīng)生成AgCl或AgBr納米顆粒。

又以制備CaCO3為例，微乳體系中含Ca(OH)2，向體系中通入CO2氣體，CO2溶入微乳液并擴(kuò)散，膠束中發(fā)生反應(yīng)生成CaCO3顆粒，產(chǎn)物粒徑為80～100nm。

3．3聚合物納粒的制備

利用W／O型微乳體系可以制備有機(jī)聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt——正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亞甲基雙丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入過硫酸銨作為引發(fā)劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下聚合，所得產(chǎn)物單分散性較好。

3．4金屬單質(zhì)和合金的制備

利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質(zhì)和合金，例如在AOT－H2O－n—heptane體系中，一種反相微膠束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4，混合攪拌，產(chǎn)物經(jīng)分離、干燥并在300℃惰性氣體保護(hù)下結(jié)晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，F(xiàn)eC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進(jìn)行反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)庚烷、丙酮洗滌，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。

3．5磁性氧化物顆粒的制備

利用W／O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子，例如在AOT－H2O－n－h(huán)eptane體系中，一種乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一體系中含有NH4OH，混合兩種微乳液充分反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。

3．6高溫超導(dǎo)體的制備

利用W／O型微乳體系可以合成超導(dǎo)體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個(gè)含有機(jī)釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個(gè)含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產(chǎn)物經(jīng)分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y(jié)－Ba－Cu—O超導(dǎo)體，該超導(dǎo)體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO－430微乳體系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液，最終可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu—O超導(dǎo)體，經(jīng)DC磁化率測(cè)定，可知超導(dǎo)轉(zhuǎn)化溫度為Tc＝112K，和其它方法制備的超導(dǎo)體相比，它們顯示了更為優(yōu)越的性能。

目前對(duì)納米顆粒材料的研究方法比較多，較直接的方法有電鏡觀測(cè)（SEM、TEM、STEM、STM等）；間接的方法有電子、X一射線衍射法（XRD），中子衍射，光譜方法有EXAFS，NEXAFS，SEX－AFS，ESR，NMR，紅外光譜，拉曼光譜，紫外一可見分光光度法（UV－VIS），熒光光譜及正電子湮沒，動(dòng)態(tài)激光光散射（DLS）等。

第5篇：納米材料論文范文

關(guān)鍵詞：納米材料,化工,應(yīng)用

1前言

納米材料（又稱超細(xì)微粒、超細(xì)粉未）由表面（界面）結(jié)構(gòu)組元構(gòu)成，是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區(qū)域的一種典型系統(tǒng)，粒徑介于原子團(tuán)簇與常規(guī)粉體之間，一般不超過100nm，而且界面組元中含有相當(dāng)量的不飽和配位鍵、端鍵及懸鍵。其結(jié)構(gòu)既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結(jié)構(gòu)層次使它在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應(yīng)用價(jià)值。近年來，納米材料在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。

2納米材料特性

2.1具有很強(qiáng)的表面活性

納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。在空氣中，納米金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑、貯氣材料和低熔點(diǎn)材料。將納米微粒用做催化劑，將使納米材料大顯身手。如超細(xì)硼粉、高鉻酸銨粉可以作為炸藥的有效催化劑；超細(xì)銀粉可以成為乙烯氧化的催化劑；超細(xì)的鎳粉、銀粉的輕燒結(jié)效率，超細(xì)微顆粒的輕燒結(jié)體可以生成微孔過濾器，作為吸咐氫氣等氣體的儲(chǔ)藏材料，還可作為陶瓷的著色劑，用于工藝品的美術(shù)圖案中。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。

2.2具有特殊的光學(xué)性質(zhì)

所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色越黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用這個(gè)特性可以制造高效率的光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，以很高的效率將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。另外還有可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身材料等。

2.3具有特殊的熱學(xué)性質(zhì)

大尺寸的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)往往是固定的，超細(xì)微化的固態(tài)物質(zhì)其熔點(diǎn)卻顯著降低，當(dāng)顆粒小于10納米量級(jí)時(shí)尤為突出。例如，金的常規(guī)熔點(diǎn)為1064℃，當(dāng)其顆粒的尺寸減小到10納米時(shí)，熔點(diǎn)會(huì)降低27℃，而減小到2納米尺寸時(shí)的熔點(diǎn)僅為327℃左右；銀的常規(guī)熔點(diǎn)為670℃，而超微銀顆粒的熔點(diǎn)可低于100℃。因此，超細(xì)銀粉制成的導(dǎo)電漿料可以進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)，此時(shí)元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，完全可采用塑料。采用超細(xì)銀粉漿料，可使片基上的膜厚均勻，覆蓋面積大，既省材料又提高質(zhì)量。

2.4具有特殊的磁學(xué)性質(zhì)

小尺寸磁性超微顆粒與大塊磁性材料有顯著不同，大塊純鐵的磁矯頑力約為80安／米，而當(dāng)顆粒尺寸減小到2×10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1000倍。若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6×10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已制成高儲(chǔ)存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等;利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成了用途廣泛的磁流體。

2.5具有特殊的力學(xué)性質(zhì)

因?yàn)榧{米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當(dāng)混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性和一定的延展性，這樣就使納米陶瓷材料具有了新奇的力學(xué)性質(zhì)。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，就是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的，這也足以說明大自然是納米材料的成功制造者。納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。金屬——陶瓷復(fù)合納米材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，其應(yīng)用前景十分寬廣。

2.6宏觀量子隧道效應(yīng)

由于電子既具有粒子性又具有波動(dòng)性，因此它存在隧道效應(yīng)。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應(yīng)，稱之為宏觀的量子隧道效應(yīng)。宏觀量子隧道效應(yīng)將會(huì)是未來微電子、光電子器件的基礎(chǔ)，或者說它確立了現(xiàn)存微電子器件進(jìn)一步微型化的極限，當(dāng)微電子器件進(jìn)一步微型化時(shí)必須要考慮上述的量子效應(yīng)。目前研制的量子共振隧道晶體管就是利用量子效應(yīng)制成的新一代電子器件。

3納米材料在化工生中應(yīng)用

由于納米材料的特殊結(jié)構(gòu)和特殊性能，使納米材料在化工生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用在以下幾方面。

3.1橡膠改性

炭黑納米粒子加入到橡膠中后可顯著提高橡膠的強(qiáng)度、耐磨性、抗老化性，這一技術(shù)早已在橡膠工業(yè)中運(yùn)用。

納米技術(shù)在制造彩色橡膠中也發(fā)揮了獨(dú)特的作用，過去的橡膠制品一般為黑色（納米級(jí)的炭黑較易得到）。若要制造彩色橡膠可選用白色納米級(jí)的粒子（如白炭黑）作補(bǔ)強(qiáng)劑，使用納米粒子級(jí)著色劑，此時(shí)橡膠制品的性能優(yōu)異。

3.2塑料改性

3.2.1對(duì)塑料增韌作用

納米粒子添加到塑料中，對(duì)增加塑料韌性有較大的作用。用納米級(jí)SiC/Si3N4粒子經(jīng)鈦酸酯處理后填充LDPE，當(dāng)添加量為5％時(shí)沖擊強(qiáng)度最大，缺口沖擊強(qiáng)度為55.7kj/m2，是純LDPE的2倍多；斷裂伸長(zhǎng)率到625 ％時(shí)仍未斷裂，為純LDPE的5倍。用納米級(jí)CaCO3，改性HDPE，當(dāng)納米級(jí)CaCO3含量為25％時(shí)，沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值，最大沖擊強(qiáng)度為純HDPE的1.7倍，斷裂伸長(zhǎng)率在CaCO3含量為16％時(shí)最大，約為660％超過純HDPE的值。

3.2.2塑料功能化

塑料在家用電器及日用品中的應(yīng)用非常廣泛，在塑料中添加具有抗菌性的納米粒子，可使塑料具有抗菌性，且其抗菌性保持持久?，F(xiàn)已應(yīng)用此技術(shù)生產(chǎn)了抗菌冰箱，實(shí)際上就是在制造冰箱塑件時(shí)，使用的塑料原料中添加了某種納米粒子，利用該納米粒子的抗菌特性，使塑料具有抗菌殺菌的功能，國(guó)內(nèi)某公司采用該項(xiàng)技術(shù)率先開發(fā)出無菌塑料餐具、無菌塑料撲克等產(chǎn)品，受到市場(chǎng)的歡迎。

3.2.3通用塑料的工程化

通用塑料具有產(chǎn)量大、應(yīng)用廣、價(jià)格低等特點(diǎn)，但其性能不如工程塑料，而工程塑料雖性能優(yōu)越，但價(jià)格較高。在通用塑料中加入納米粒子能使其達(dá)到工程塑料的性能，用納米技術(shù)對(duì)通用聚丙烯進(jìn)行改性，其性能達(dá)到了尼龍6的性能指標(biāo)，而成本卻降低1／3。

3.3化學(xué)纖維改性

近年來出現(xiàn)了各種新型的功能性化學(xué)纖維，其中不少是應(yīng)用了納米技術(shù)，如日本帝人公司將納米ZnO和納米SiO2混入化學(xué)纖維， 得到具有除臭及靜化空氣功能的化學(xué)纖維，這種化學(xué)纖維被廣泛用于制造長(zhǎng)期臥床病人和醫(yī)院的消臭敷料、繃帶、睡衣等；日本倉(cāng)螺公司將納米ZnO加入到聚酯纖維中，制得了防紫外線纖維， 該纖維除了具有防紫外線功能外，還具有抗菌、消毒、除臭的功能。

3.4涂料改性

在各類涂料中添加納米材料，如納米TiO2，可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院和家庭內(nèi)墻涂飾?？芍圃斐龇雷贤饩€涂料，應(yīng)用于需要紫外線屏蔽的場(chǎng)所，例如涂在陽(yáng)傘的布料上，制成防紫外線陽(yáng)傘。還可以制造出吸波隱身涂料，用于隱形飛機(jī)、隱形軍艦等國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域及其他需要電磁波屏蔽場(chǎng)所的涂敷。在涂料中添加納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍提高，涂料的質(zhì)量和檔次大大升級(jí)，據(jù)稱，納米改性外墻涂料的耐洗刷性可由原來的1000多次提高到1萬多次，老化時(shí)間延長(zhǎng)2倍多。納米ZnO 添加到汽車金屬閃光面漆中，可制造出汽車專用變色漆。

3.5在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

3.6在其它精細(xì)化工方面的應(yīng)用

納米材料的優(yōu)越性無疑也會(huì)給精細(xì)化工帶來福音，并顯示它的獨(dú)特畦力。如在橡膠中加入納米SiO 2 ，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。國(guó)外已將納米SiO 2 ，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。在有機(jī)玻璃中加入Al 2 O 3 ，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì)提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO 2 具有優(yōu)良的紫外線屏蔽性能，而且質(zhì)地細(xì)膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。納米SiO 2 能夠強(qiáng)烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線，產(chǎn)生很強(qiáng)的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著很好的應(yīng)用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域還將出現(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對(duì)這些制劑進(jìn)行過濾，從而消除污染。

4結(jié)束語(yǔ)

第6篇：納米材料論文范文

納米材料的小尺寸效應(yīng)使得通常在高溫下才能燒結(jié)的材料如SiC,BC等在納米尺度下在較低的溫度下即可燒結(jié),另一方面,納米材料作為燒結(jié)過程中的活性添加劑使用也可降低燒結(jié)溫度,縮短燒結(jié)時(shí)間。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng),使得納米復(fù)相材料的熔點(diǎn)和相轉(zhuǎn)變溫度下降,在較低的溫度下即可得到燒結(jié)性能良好的復(fù)相材料。由納米顆粒構(gòu)成的納米陶瓷在低溫下出現(xiàn)良好的延展性。納米TiO2陶瓷在室溫下具有良好的韌性,在180°C下經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。納米復(fù)合陶瓷具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能,在切削刀具、軸承、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件等方面具有廣泛的應(yīng)用,在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等許多苛刻的環(huán)境下起著其它材料無法取代的作用。隨著陶瓷多層結(jié)構(gòu)在微電子器件的包封、電容器、傳感器等方面的應(yīng)用,利用納米材料的優(yōu)異性能來制作高性能電子陶瓷材料也成為一大熱點(diǎn)。有人預(yù)計(jì)納米陶瓷很可能發(fā)展成為跨世紀(jì)新材料,使陶瓷材料的研究出現(xiàn)一個(gè)新的飛躍。納米顆粒添加到玻璃中,可以明顯改善玻璃的脆性。無機(jī)納米顆粒具有很好的流動(dòng)性,可以用來制備在某些特殊場(chǎng)合下使用的固體劑。

二、納米材料在涂料方面的應(yīng)用

納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。

日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開發(fā)與應(yīng)用。

三、納米材料在催化方面的應(yīng)用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。

光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類型，如醇與烴的氧化，無機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來革命性的變革。

四、納米陶瓷材料增韌改性

陶瓷材料作為材料的三大支柱之一,在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。但是,由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆,韌性、強(qiáng)度較差,因而使其應(yīng)用受到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用,納米陶瓷隨之產(chǎn)生,希望以此來克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。英國(guó)著名材料專家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。所謂納米陶瓷,是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料,也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級(jí)的水平上。要制備納米陶瓷,這就需要解決:粉體尺寸、形貌和分布的控制,團(tuán)聚體的控制和分散,塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制。Gleiter指出,如果多晶陶瓷是由大小為幾個(gè)納米的晶粒組成,則能夠在低溫下變?yōu)檠有缘?能夠發(fā)生100%的塑性形變。并且發(fā)現(xiàn),納米TiO2陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性,在180℃經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。

許多專家認(rèn)為,如能解決單相納米陶瓷的燒結(jié)過程中抑制晶粒長(zhǎng)大的技術(shù)問題,從而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的納米陶瓷,則它將具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統(tǒng)陶瓷無與倫比的優(yōu)點(diǎn)。上海硅酸鹽研究所研究發(fā)現(xiàn),納米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在經(jīng)室溫循環(huán)拉伸試驗(yàn)后,其樣品的斷口區(qū)域發(fā)生了局部超塑性形變,形變量高達(dá)380%,并從斷口側(cè)面觀察到了大量通常出現(xiàn)在金屬斷口的滑移線。Tatsuki等人對(duì)制得的Al2O3-SiC納米復(fù)相陶瓷進(jìn)行拉伸蠕變實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)伴隨晶界的滑移,Al2O3晶界處的納米SiC粒子發(fā)生旋轉(zhuǎn)并嵌入Al2O3晶粒之中,從而增強(qiáng)了晶界滑動(dòng)的阻力,也即提高了Al2O3-SiC納米復(fù)相陶瓷的蠕變能力。

論文關(guān)鍵詞：納米技術(shù)化工生產(chǎn)催化應(yīng)用

第7篇：納米材料論文范文

納米（nm）是長(zhǎng)度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來說，納米是一個(gè)很小的單位，不如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細(xì)胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí)；對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時(shí)具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。

1959年，著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德。費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后實(shí)現(xiàn)根據(jù)人類意愿逐個(gè)排列原子、制造產(chǎn)品，這是關(guān)于納米科技最早的夢(mèng)想。1991年，美國(guó)科學(xué)家成功地合成了碳納米管，并發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量?jī)H為同體積鋼的1/6，強(qiáng)度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級(jí)纖維.這一納米材料的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志人類對(duì)材料性能的發(fā)掘達(dá)到了新的高度。1999年，納米產(chǎn)品的年?duì)I業(yè)額達(dá)到500億美元。

二、納米技術(shù)在防腐中的應(yīng)用

納米涂料必須滿足兩個(gè)條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因?yàn)榧{米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對(duì)流變性的影響，如納米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流掛；第二、耐候性的改善。利用納米粒子對(duì)紫外線的吸收性，如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車面漆等；第三、力學(xué)性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強(qiáng)大的界面結(jié)合力，可提高涂層的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。

納米技術(shù)的應(yīng)用為涂料工業(yè)的發(fā)展開辟了一條新途徑，目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團(tuán)聚，納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過簡(jiǎn)單的混配得到。同時(shí)納米粒子種類很多，性能各異，不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達(dá)到所期望的性能和功能，需要經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。

納米涂料雖然無毒，但由于改性技術(shù)原因，性能并不理想，加上價(jià)格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價(jià)格原因未能大量應(yīng)用。國(guó)外公司如美國(guó)的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國(guó)的Hrubach、法國(guó)的SNCZ、英國(guó)的BritishPetroleum、日本的帝國(guó)化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料，性能不錯(cuò)，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國(guó)防銹顏料的開發(fā)整體水平落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統(tǒng)防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴(yán)重，對(duì)人體的傷害很大，目前已被許多國(guó)家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國(guó)防銹涂料業(yè)也蓬勃發(fā)展，也可以生產(chǎn)納米漆。

我國(guó)自主生產(chǎn)的產(chǎn)品目前已通過國(guó)家涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心、鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢驗(yàn)站、機(jī)械科學(xué)院武漢材料保護(hù)研究所等國(guó)內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)的分析和檢測(cè)，同時(shí)還經(jīng)過加拿大國(guó)家涂料信息中心等國(guó)外權(quán)威機(jī)構(gòu)的技術(shù)分析，結(jié)果表明其具有目前國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品無可比擬的防銹性能和環(huán)保優(yōu)勢(shì)，是防銹涂料領(lǐng)域劃時(shí)代產(chǎn)品，復(fù)合鐵鈦粉及其防銹漆通過國(guó)家權(quán)威機(jī)構(gòu)的鑒定后已在多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

三、納米材料在涂料中應(yīng)用展前景預(yù)測(cè)

據(jù)估算，全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已達(dá)到500億美元。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家政府和大的企業(yè)紛紛啟動(dòng)了發(fā)展納米技術(shù)和納米計(jì)劃的研究計(jì)劃。美國(guó)將納米技術(shù)視為下一次工業(yè)革命的核心，2001年年初把納米技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)，在納米科技基礎(chǔ)研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準(zhǔn)備像微電子技術(shù)那樣在這一領(lǐng)域獨(dú)占領(lǐng)先地位。日本也設(shè)立了納米材料中心，把納米技術(shù)列入新五年科技基本計(jì)劃的研究開發(fā)重點(diǎn)，將以納米技術(shù)為代表的新材料技術(shù)與生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境保護(hù)等并列為四大重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。德國(guó)也把納米材料列入21世紀(jì)科研的戰(zhàn)略領(lǐng)域，全國(guó)有19家機(jī)構(gòu)專門建立了納米技術(shù)研究網(wǎng)。在人類進(jìn)入21世紀(jì)之際，納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)社會(huì)的發(fā)展和生存環(huán)境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻(xiàn)。從某種意義上說，21世紀(jì)將是一個(gè)納米世紀(jì)。

由于表面納米技術(shù)運(yùn)用面廣、產(chǎn)業(yè)化周期短、附加值高，所形成的高新技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)品、以及對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品的改造升級(jí)，產(chǎn)業(yè)化市場(chǎng)前景極好。

在納米功能和結(jié)構(gòu)材料方面，將充分利用納米材料的異常光學(xué)特性、電學(xué)特性、磁學(xué)特性、力學(xué)特性、敏感特性、催化與化學(xué)特性等開發(fā)高技術(shù)新產(chǎn)品，以及對(duì)傳統(tǒng)材料改性；將重點(diǎn)突破各類納米功能和結(jié)構(gòu)材料的產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和表征技術(shù)。多功能的納米復(fù)合材料、高性能的納米硬質(zhì)合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業(yè)的跨越式發(fā)展提供了廣泛的機(jī)遇。各類納米材料的產(chǎn)業(yè)化可能形成一批大型企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)，將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重要影響；納米技術(shù)的應(yīng)用逐漸滲透到涉及國(guó)計(jì)民生的各個(gè)領(lǐng)域，將產(chǎn)生新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

納米技術(shù)在涂料行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，促使涂料更新?lián)Q代，為涂料成為真正的綠色環(huán)保產(chǎn)品開創(chuàng)了突破性的新紀(jì)元。

納米涂料已被認(rèn)定為北京奧運(yùn)村建筑工程的專用產(chǎn)品，展示出該涂料在建筑領(lǐng)域里的應(yīng)用價(jià)值。它利用獨(dú)特的光催化技術(shù)對(duì)空氣中有毒氣體有強(qiáng)烈的分解，消除作用。對(duì)甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內(nèi)空氣更加清新。經(jīng)測(cè)試，對(duì)各種霉菌的殺抑率達(dá)99％以上，有長(zhǎng)期的防霉防藻效果。納米改性內(nèi)墻涂料，實(shí)際上是高級(jí)的衛(wèi)生型涂料，適合于家庭、醫(yī)院、賓館和學(xué)校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協(xié)同的荷葉雙疏機(jī)理，較低的表面張力，具有高強(qiáng)的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優(yōu)良的自潔功能，強(qiáng)勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強(qiáng)。使用壽命達(dá)15年以上。顆粒徑細(xì)小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質(zhì)配位反應(yīng)，使其牢牢結(jié)合成一體，附著力強(qiáng)，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍涂料，除具備納米型涂料各種優(yōu)良性之外，可在10℃到25℃之內(nèi)正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規(guī)定，使建筑行業(yè)施工縮短了工期，提高了功效，又創(chuàng)造出高質(zhì)量。

四、結(jié)語(yǔ)

由于目前應(yīng)用納米材料對(duì)涂料進(jìn)行改性尚處在初級(jí)階段，技術(shù)、工藝還不太成熟，需要探索和改進(jìn)。但涂料的各種性能得到某些改進(jìn)的試驗(yàn)結(jié)果足以證明，納米改性涂料的市場(chǎng)前景是非常好的。

[論文關(guān)鍵詞]納米材料應(yīng)用

[論文摘要]科技的發(fā)展，使我們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)研究的越來越透徹。納米技術(shù)便由此產(chǎn)生了，主要對(duì)納米材料和納米涂料的應(yīng)用加以闡述。

參考文獻(xiàn)：

[1]橋本和仁等［J］.現(xiàn)代化工.1996(8):25～28.

第8篇：納米材料論文范文

一

由于上學(xué)比較早， 16歲時(shí)，盧柯考入華東工學(xué)院（現(xiàn)為南京理工大學(xué)）。盧柯所在的班有38名學(xué)生，他的入學(xué)成績(jī)?cè)诎嘀信诺箶?shù)第二。因?yàn)槿雽W(xué)成績(jī)低，他制定了一個(gè)學(xué)習(xí)計(jì)劃，要在一定的時(shí)間里趕上東部地區(qū)的同學(xué)。他先從自己最薄弱的學(xué)科――英語(yǔ)入手，每天晨跑結(jié)束后，他都會(huì)帶上英語(yǔ)詞典背單詞。久而久之，英語(yǔ)詞典都被他翻爛了，他的英語(yǔ)成績(jī)也從入學(xué)時(shí)的31分變?yōu)?0分。

盧柯的專業(yè)是金屬材料及熱處理。對(duì)專業(yè)課，他更是刻苦鉆研，成績(jī)始終優(yōu)異。在學(xué)習(xí)“金屬熱處理原理與工藝”時(shí)，教科書中的一句話引起了他的注意：“馬氏體組織的晶體取向可以構(gòu)成24種晶體模型?！笨山炭茣袃H介紹了一種馬氏體組織的晶體模型?！捌溆?3種晶體模型是怎樣構(gòu)成的呢？” 盧柯想。于是，他查閱了各種資料，了解馬氏體組織的其余23種晶體模型，遇到不懂的地方，就向老師求教。一番探究后，他終于掌握了馬氏體組織可能存在的24種晶體模型。

在進(jìn)行畢業(yè)論文設(shè)計(jì)時(shí)，盧柯等4名同學(xué)在指導(dǎo)老師的帶領(lǐng)下，去江蘇省南京市溧水縣的活塞環(huán)廠實(shí)習(xí)。當(dāng)時(shí)，活塞環(huán)廠自行組裝了一套激光處理設(shè)備，但引進(jìn)的那臺(tái)激光器在對(duì)活塞環(huán)的表面進(jìn)行加熱硬化處理時(shí)，輸出功率不夠。由于活塞環(huán)廠沒有這方面的技術(shù)人員，廠方便請(qǐng)他們幫助解決。這可是一個(gè)不小的難題，指導(dǎo)老師與盧柯等人在一起反復(fù)討論，尋求解決辦法。最后，盧柯想出了一個(gè)巧妙的解決方案――在活塞環(huán)的表面涂上一層黑色非晶態(tài)的釉，以提高它對(duì)激光熱量的吸收率。而解決這個(gè)問題用到的相關(guān)知識(shí)，盧柯并沒有學(xué)過，這些知識(shí)是他在查找資料的過程中掌握的。

二

1985年，盧柯來到中科院金屬研究所攻讀碩士學(xué)位，他將研究方向鎖定為金屬納米材料。

20世紀(jì)80年代初，德國(guó)科學(xué)家首先提出“納米”這個(gè)概念，一納米等于一米的十億分之一。此后，納米材料研究一直成為最活躍的研究領(lǐng)域，許多國(guó)家的科學(xué)界都將其作為主攻目標(biāo)。

進(jìn)行納米材料研究需要將智慧和經(jīng)驗(yàn)融合在一起，需要?jiǎng)?chuàng)新的觀念和實(shí)干精神。在讀碩士研究生的幾年中，盧柯如饑似渴地閱讀了關(guān)于材料科學(xué)的大量外文著作，積極關(guān)注納米材料領(lǐng)域最新的研究成果。1988年，中科院金屬所計(jì)劃送盧柯去日本讀博士，這讓他的同學(xué)羨慕不已。但盧柯選擇留在中科院金屬所讀博士。他的理由是：科學(xué)研究是靠人來做的，能不能做好，取決于人的能力。好成績(jī)不一定非要在最好的條件下才能取得，有時(shí)候，簡(jiǎn)陋的條件更能激發(fā)人的創(chuàng)造力。

厚積薄發(fā)，盧柯在攻讀博士學(xué)位期間，對(duì)非晶態(tài)金屬的晶化動(dòng)力學(xué)及其微觀機(jī)制進(jìn)行了深入的研究，提出了非晶態(tài)金屬的新晶化機(jī)制。他的研究成果解決了多年來一直困擾著科學(xué)界的納米材料孔隙大、密度小、易斷裂等問題，成為當(dāng)今國(guó)際上納米材料的3種主要制備方法之一。他也因此于1989年榮獲首屆“中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)獎(jiǎng)學(xué)金特別獎(jiǎng)”。

1990年，在非晶態(tài)金屬新晶化機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，盧柯提出了制備納米晶體的新方法――非晶晶化法，該方法具有工藝簡(jiǎn)單、晶粒度易于控制、界面清潔且不含微孔洞等優(yōu)點(diǎn)。這一研究成果使中國(guó)躋身世界納米晶體研究的先進(jìn)行列。

三

做材料研究最難的事情是找問題。如何才能找到問題呢？盧柯有自己的理解：“實(shí)際上，問題全在書里面，全在具體的工作中。問題是已知的，要學(xué)會(huì)在已知和未知之間找到突破口。只有與別人多交流才能產(chǎn)生靈感的火花?！币虼?，盧柯經(jīng)常與師長(zhǎng)、同事、學(xué)生展開討論，許多靈感的火花就是在一次次的討論中迸發(fā)出來的。

有了靈感，盧柯就會(huì)立刻鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)室里，半年、一年，甚至兩三年地埋頭研究?？山Y(jié)果常常與預(yù)想的完全不一樣，這讓他很沮喪。可幾天后，盧柯就調(diào)整好心態(tài)，再去尋找新的研究突破口。

盧柯說：“我取得的成績(jī)只是工作的1%，其余99%的工作都失敗了。 搞研究要敢于承認(rèn)失敗。失敗了，再換一個(gè)思路接著研究，這樣沒有什么事情是不可能的?！?/p>

2000年，盧柯領(lǐng)導(dǎo)的科研組發(fā)現(xiàn)：納米金屬銅在室溫下具有超塑延展性。他的論文在國(guó)際權(quán)威刊物《科學(xué)》上發(fā)表后，獲得世界同行的普遍好評(píng)。納米材料的“鼻祖”葛萊特教授認(rèn)為，這項(xiàng)工作是“納米材料領(lǐng)域的一次突破，它第一次向人們展示了無空隙納米材料是如何變形的”。這一研究成果被評(píng)為“2000年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”。

第9篇：納米材料論文范文

1、各國(guó)競(jìng)相出臺(tái)納米科技發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃

由于納米技術(shù)對(duì)國(guó)家未來經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展及國(guó)防安全具有重要意義，世界各國(guó)（地區(qū)）紛紛將納米技術(shù)的研發(fā)作為21世紀(jì)技術(shù)創(chuàng)新的主要驅(qū)動(dòng)器，相繼制定了發(fā)展戰(zhàn)略和計(jì)劃，以指導(dǎo)和推進(jìn)本國(guó)納米科技的發(fā)展。目前，世界上已有50多個(gè)國(guó)家制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃。一些國(guó)家雖然沒有專項(xiàng)的納米技術(shù)計(jì)劃，但其他計(jì)劃中也往往包含了納米技術(shù)相關(guān)的研發(fā)。

（1）發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)雄心勃勃

為了搶占納米科技的先機(jī)，美國(guó)早在2000年就率先制定了國(guó)家級(jí)的納米技術(shù)計(jì)劃（NNI），其宗旨是整合聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的力量，加強(qiáng)其在開展納米尺度的科學(xué)、工程和技術(shù)開發(fā)工作方面的協(xié)調(diào)。2003年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)又通過了《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法案》，這標(biāo)志著納米技術(shù)已成為聯(lián)邦的重大研發(fā)計(jì)劃，從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到研究中心、基礎(chǔ)設(shè)施的建立以及人才的培養(yǎng)等全面展開。

日本政府將納米技術(shù)視為“日本經(jīng)濟(jì)復(fù)興”的關(guān)鍵。第二期科學(xué)技術(shù)基本計(jì)劃將生命科學(xué)、信息通信、環(huán)境技術(shù)和納米技術(shù)作為4大重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域，并制定了多項(xiàng)措施確保這些領(lǐng)域所需戰(zhàn)略資源（人才、資金、設(shè)備）的落實(shí)。之后，日本科技界較為徹底地貫徹了這一方針，積極推進(jìn)從基礎(chǔ)性到實(shí)用性的研發(fā)，同時(shí)跨省廳重點(diǎn)推進(jìn)能有效促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和加強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的研發(fā)。

歐盟在2002—2007年實(shí)施的第六個(gè)框架計(jì)劃也對(duì)納米技術(shù)給予了空前的重視。該計(jì)劃將納米技術(shù)作為一個(gè)最優(yōu)先的領(lǐng)域，有13億歐元專門用于納米技術(shù)和納米科學(xué)、以知識(shí)為基礎(chǔ)的多功能材料、新生產(chǎn)工藝和設(shè)備等方面的研究。歐盟委員會(huì)還力圖制定歐洲的納米技術(shù)戰(zhàn)略，目前，已確定了促進(jìn)歐洲納米技術(shù)發(fā)展的5個(gè)關(guān)鍵措施：增加研發(fā)投入，形成勢(shì)頭；加強(qiáng)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施；從質(zhì)和量方面擴(kuò)大人才資源；重視工業(yè)創(chuàng)新，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和服務(wù)；考慮社會(huì)因素，趨利避險(xiǎn)。另外，包括德國(guó)、法國(guó)、愛爾蘭和英國(guó)在內(nèi)的多數(shù)歐盟國(guó)家還制定了各自的納米技術(shù)研發(fā)計(jì)劃。

（2）新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體瞄準(zhǔn)先機(jī)

意識(shí)到納米技術(shù)將會(huì)給人類社會(huì)帶來巨大的影響，韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等新興工業(yè)化經(jīng)濟(jì)體，為了保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也紛紛制定納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。韓國(guó)政府2001年制定了《促進(jìn)納米技術(shù)10年計(jì)劃》，2002年頒布了新的《促進(jìn)納米技術(shù)開發(fā)法》，隨后的2003年又頒布了《納米技術(shù)開發(fā)實(shí)施規(guī)則》。韓國(guó)政府的政策目標(biāo)是融合信息技術(shù)、生物技術(shù)和納米技術(shù)3個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域，以提升前沿技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)的水平；到2010年10年計(jì)劃結(jié)束時(shí)，韓國(guó)納米技術(shù)研發(fā)要達(dá)到與美國(guó)和日本等領(lǐng)先國(guó)家的水平，進(jìn)入世界前5位的行列。

中國(guó)臺(tái)灣自1999年開始，相繼制定了《納米材料尖端研究計(jì)劃》、《納米科技研究計(jì)劃》，這些計(jì)劃以人才和核心設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，以追求“學(xué)術(shù)卓越”和“納米科技產(chǎn)業(yè)化”為目標(biāo)，意在引領(lǐng)臺(tái)灣知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建立產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

（3）發(fā)展中大國(guó)奮力趕超

綜合國(guó)力和科技實(shí)力較強(qiáng)的發(fā)展中國(guó)家為了迎頭趕上發(fā)達(dá)國(guó)家納米科技發(fā)展的勢(shì)頭，也制定了自己的納米科技發(fā)展戰(zhàn)略。中國(guó)政府在2001年7月就了《國(guó)家納米科技發(fā)展綱要》，并先后建立了國(guó)家納米科技指導(dǎo)協(xié)調(diào)委員會(huì)、國(guó)家納米科學(xué)中心和納米技術(shù)專門委員會(huì)。目前正在制定中的國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展綱要將明確中國(guó)納米科技發(fā)展的路線圖，確定中國(guó)在目前和中長(zhǎng)期的研發(fā)任務(wù)，以便在國(guó)家層面上進(jìn)行指導(dǎo)與協(xié)調(diào)，集中力量、發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，爭(zhēng)取在幾個(gè)方面取得重要突破。鑒于未來最有可能的技術(shù)浪潮是納米技術(shù)，南非科技部正在制定一項(xiàng)國(guó)家納米技術(shù)戰(zhàn)略，可望在2005年度執(zhí)行。印度政府也通過加大對(duì)從事材料科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)和項(xiàng)目的支持力度，加強(qiáng)材料科學(xué)中具有廣泛應(yīng)用前景的納米技術(shù)的研究和開發(fā)。

2、納米科技研發(fā)投入一路攀升

納米科技已在國(guó)際間形成研發(fā)熱潮，現(xiàn)在無論是富裕的工業(yè)化大國(guó)還是渴望富裕的工業(yè)化中國(guó)家，都在對(duì)納米科學(xué)、技術(shù)與工程投入巨額資金，而且投資迅速增加。據(jù)歐盟2004年5月的一份報(bào)告稱，在過去10年里，世界公共投資從1997年的約4億歐元增加到了目前的30億歐元以上。私人的納米技術(shù)研究資金估計(jì)為20億歐元。這說明，全球?qū){米技術(shù)研發(fā)的年投資已達(dá)50億歐元。

美國(guó)的公共納米技術(shù)投資最多。在過去4年內(nèi)，聯(lián)邦政府的納米技術(shù)研發(fā)經(jīng)費(fèi)從2000年的2.2億美元增加到2003年的7.5億美元，2005年將增加到9.82億美元。更重要的是，根據(jù)《21世紀(jì)納米技術(shù)研究開發(fā)法》，在2005～2008財(cái)年聯(lián)邦政府將對(duì)納米技術(shù)計(jì)劃投入37億美元，而且這還不包括國(guó)防部及其他部門將用于納米研發(fā)的經(jīng)費(fèi)。

日本目前是僅次于美國(guó)的第二大納米技術(shù)投資國(guó)。日本早在20世紀(jì)80年代就開始支持納米科學(xué)研究，近年來納米科技投入迅速增長(zhǎng)，從2001年的4億美元激增至2003年的近8億美元，而2004年還將增長(zhǎng)20%。

在歐洲，根據(jù)第六個(gè)框架計(jì)劃，歐盟對(duì)納米技術(shù)的資助每年約達(dá)7.5億美元，有些人估計(jì)可達(dá)9.15億美元。另有一些人估計(jì)，歐盟各國(guó)和歐盟對(duì)納米研究的總投資可能兩倍于美國(guó)，甚至更高。

中國(guó)期望今后5年內(nèi)中央政府的納米技術(shù)研究支出達(dá)到2.4億美元左右；另外，地方政府也將支出2.4億～3.6億美元。中國(guó)臺(tái)灣計(jì)劃從2002～2007年在納米技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域中投資6億美元，每年穩(wěn)中有增，平均每年達(dá)1億美元。韓國(guó)每年的納米技術(shù)投入預(yù)計(jì)約為1.45億美元，而新加坡則達(dá)3.7億美元左右。

就納米科技人均公共支出而言，歐盟25國(guó)為2.4歐元，美國(guó)為3.7歐元，日本為6.2歐元。按照計(jì)劃，美國(guó)2006年的納米技術(shù)研發(fā)公共投資增加到人均5歐元，日本2004年增加到8歐元，因此歐盟與美日之間的差距有增大之勢(shì)。公共納米投資占GDP的比例是：歐盟為0.01%，美國(guó)為0.01%，日本為0.02%。

另外，據(jù)致力于納米技術(shù)行業(yè)研究的美國(guó)魯克斯資訊公司2004年的一份年度報(bào)告稱，很多私營(yíng)企業(yè)對(duì)納米技術(shù)的投資也快速增加。美國(guó)的公司在這一領(lǐng)域的投入約為17億美元，占全球私營(yíng)機(jī)構(gòu)38億美元納米技術(shù)投資的46%。亞洲的企業(yè)將投資14億美元，占36%。歐洲的私營(yíng)機(jī)構(gòu)將投資6.5億美元，占17%。由于投資的快速增長(zhǎng)，納米技術(shù)的創(chuàng)新時(shí)代必將到來。

3、世界各國(guó)納米科技發(fā)展各有千秋

各納米科技強(qiáng)國(guó)比較而言，美國(guó)雖具有一定的優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)在尚無確定的贏家和輸家。

（1）在納米科技論文方面日、德、中三國(guó)不相上下

根據(jù)中國(guó)科技信息研究所進(jìn)行的納米論文統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2000—2002年，共有40370篇納米研究論文被《2000—2002年科學(xué)引文索引（SCI）》收錄。納米研究論文數(shù)量逐年增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度較大，2001年和2002年的增長(zhǎng)率分別達(dá)到了30.22%和18.26%。

2000—2002年納米研究論文，美國(guó)以較大的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先于其他國(guó)家，3年累計(jì)論文數(shù)超過10000篇，幾乎占全部論文產(chǎn)出的30%。日本（12.76%）、德國(guó)（11.28%）、中國(guó)（10.64%）和法國(guó)（7.89%）位居其后，它們各自的論文總數(shù)都超過了3000篇。而且以上5國(guó)2000—2002年每年的納米論文產(chǎn)出大都超過了1000篇，是納米研究最活躍的國(guó)家，也是納米研究實(shí)力最強(qiáng)的國(guó)家。中國(guó)的增長(zhǎng)幅度最為突出，2000年中國(guó)納米論文比例還落后德國(guó)2個(gè)多百分點(diǎn)，到2002年已經(jīng)超過德國(guó)，位居世界第三位，與日本接近。

在上述5國(guó)之后，英國(guó)、俄羅斯、意大利、韓國(guó)、西班牙發(fā)表的論文數(shù)也較多，各國(guó)3年累計(jì)論文總數(shù)都超過了1000篇，且每年的論文數(shù)排位都可以進(jìn)入前10名。這5個(gè)國(guó)家可以列為納米研究較活躍的國(guó)家。

另外，如果歐盟各國(guó)作為一個(gè)整體，其論文量則超過36%，高于美國(guó)的29.46%。

（2）在申請(qǐng)納米技術(shù)發(fā)明專利方面美國(guó)獨(dú)占鰲頭

據(jù)統(tǒng)計(jì)：美國(guó)專利商標(biāo)局2000—2002年共受理2236項(xiàng)關(guān)于納米技術(shù)的專利。其中最多的國(guó)家是美國(guó)（1454項(xiàng)），其次是日本（368項(xiàng)）和德國(guó)（118項(xiàng)）。由于專利數(shù)據(jù)來源美國(guó)專利商標(biāo)局，所以美國(guó)的專利數(shù)量非常多，所占比例超過了60%。日本和德國(guó)分別以16.46%和5.28%的比例列在第二位和第三位。英國(guó)、韓國(guó)、加拿大、法國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣的專利數(shù)也較多，所占比例都超過了1%。

專利反映了研究成果實(shí)用化的能力。多數(shù)國(guó)家納米論文數(shù)與專利數(shù)所占比例的反差較大，在論文數(shù)最多的20個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，專利數(shù)所占比例超過論文數(shù)所占比例的國(guó)家和地區(qū)只有美國(guó)、日本和中國(guó)臺(tái)灣。這說明，很多國(guó)家和地區(qū)在納米技術(shù)研究上具備一定的實(shí)力，但比較側(cè)重于基礎(chǔ)研究，而實(shí)用化能力較弱。

（3）就整體而言納米科技大國(guó)各有所長(zhǎng)

美國(guó)納米技術(shù)的應(yīng)用研究在半導(dǎo)體芯片、癌癥診斷、光學(xué)新材料和生物分子追蹤等領(lǐng)域快速發(fā)展。隨著納米技術(shù)在癌癥診斷和生物分子追蹤中的應(yīng)用，目前美國(guó)納米研究熱點(diǎn)已逐步轉(zhuǎn)向醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)納米技術(shù)已經(jīng)被列為美國(guó)國(guó)家的優(yōu)先科研計(jì)劃。在納米醫(yī)學(xué)方面，納米傳感器可在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)多種癌癥進(jìn)行早期診斷，而且，已能在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)前列腺癌、直腸癌等多種癌癥進(jìn)行早期診斷。2004年，美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院癌癥研究所專門出臺(tái)了一項(xiàng)《癌癥納米技術(shù)計(jì)劃》，目的是將納米技術(shù)、癌癥研究與分子生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)2015年消除癌癥死亡和痛苦的目標(biāo)；利用納米顆粒追蹤活性物質(zhì)在生物體內(nèi)的活動(dòng)也是一個(gè)研究熱門，這對(duì)于研究艾滋病病毒、癌細(xì)胞等在人體內(nèi)的活動(dòng)情況非常有用，還可以用來檢測(cè)藥物對(duì)病毒的作用效果。利用納米顆粒追蹤病毒的研究也已有成果，未來5～10年有望商業(yè)化。

雖然醫(yī)學(xué)納米技術(shù)正成為納米科技的新熱點(diǎn)，納米技術(shù)在半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的應(yīng)用仍然引人關(guān)注。美國(guó)科研人員正在加緊納米級(jí)半導(dǎo)體材料晶體管的應(yīng)用研究，期望突破傳統(tǒng)的極限，讓芯片體積更小、速度更快。納米顆粒的自組裝技術(shù)是這一領(lǐng)域中最受關(guān)注的地方。不少科學(xué)家試圖利用化學(xué)反應(yīng)來合成納米顆粒，并按照一定規(guī)則排列這些顆粒，使其成為體積小而運(yùn)算快的芯片。這種技術(shù)本來有望取代傳統(tǒng)光刻法制造芯片的技術(shù)。在光學(xué)新材料方面，目前已有可控直徑5納米到幾百納米、可控長(zhǎng)度達(dá)到幾百微米的納米導(dǎo)線。

日本納米技術(shù)的研究開發(fā)實(shí)力強(qiáng)大，某些方面處于世界領(lǐng)先水平，但尚未脫離基礎(chǔ)和應(yīng)用研究階段，距離實(shí)用化還有相當(dāng)一段路要走。在納米技術(shù)的研發(fā)上，日本最重視的是應(yīng)用研究，尤其是納米新材料研究。除了碳納米管外，日本開發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)的納米材料，如納米鏈、中空微粒、多層螺旋狀結(jié)構(gòu)、富勒結(jié)構(gòu)套富勒結(jié)構(gòu)、納米管套富勒結(jié)構(gòu)、酒杯疊酒杯狀結(jié)構(gòu)等。

在制造方法上，日本不斷改進(jìn)電弧放電法、化學(xué)氣相合成法和激光燒蝕法等現(xiàn)有方法，同時(shí)積極開發(fā)新的制造技術(shù)，特別是批量生產(chǎn)技術(shù)。細(xì)川公司展出的低溫連續(xù)燒結(jié)設(shè)備引起關(guān)注。它能以每小時(shí)數(shù)千克的速度制造粒徑在數(shù)十納米的單一和復(fù)合的超微粒材料。東麗和三菱化學(xué)公司應(yīng)用大學(xué)開發(fā)的新技術(shù)能把制造碳納米材料的成本減至原來的1／10，兩三年內(nèi)即可進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

日本高度重視開發(fā)檢測(cè)和加工技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等的性能不斷提高，并涌現(xiàn)了諸如數(shù)字式顯微鏡、內(nèi)藏高級(jí)照相機(jī)顯微鏡、超高真空掃描型原子力顯微鏡等新產(chǎn)品?？茖W(xué)家村田和廣成功開發(fā)出亞微米噴墨印刷裝置，能應(yīng)用于納米領(lǐng)域，在硅、玻璃、金屬和有機(jī)高分子等多種材料的基板上印制細(xì)微電路，是世界最高水平。

日本企業(yè)、大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)積極在信息技術(shù)、生物技術(shù)等領(lǐng)域內(nèi)為納米技術(shù)尋找用武之地，如制造單個(gè)電子晶體管、分子電子元件等更細(xì)微、更高性能的元器件和量子計(jì)算機(jī)，解析分子、蛋白質(zhì)及基因的結(jié)構(gòu)等。不過，這些研究大都處于探索階段，成果為數(shù)不多。

歐盟在納米科學(xué)方面頗具實(shí)力，特別是在光學(xué)和光電材料、有機(jī)電子學(xué)和光電學(xué)、磁性材料、仿生材料、納米生物材料、超導(dǎo)體、復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)材料、智能材料等方面的研究能力較強(qiáng)。

中國(guó)在納米材料及其應(yīng)用、掃描隧道顯微鏡分析和單原子操縱等方面研究較多，主要以金屬和無機(jī)非金屬納米材料為主，約占80%，高分子和化學(xué)合成材料也是一個(gè)重要方面，而在納米電子學(xué)、納米器件和納米生物醫(yī)學(xué)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家有明顯差距。

4、納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化步伐加快

目前，納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化尚處于初期階段，但展示了巨大的商業(yè)前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2004年全球納米技術(shù)的年產(chǎn)值已經(jīng)達(dá)到500億美元，2010年將達(dá)到14400億美元。為此，各納米技術(shù)強(qiáng)國(guó)為了盡快實(shí)現(xiàn)納米技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，都在加緊采取措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

美國(guó)國(guó)家科研項(xiàng)目管理部門的管理者們認(rèn)為，美國(guó)大公司自身的納米技術(shù)基礎(chǔ)研究不足，導(dǎo)致美國(guó)在該領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用缺乏動(dòng)力，因此，嘗試建立一個(gè)由多所大學(xué)與大企業(yè)組成的研究中心，希望借此使納米技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)緊密結(jié)合在一起。美國(guó)聯(lián)邦政府與加利福尼亞州政府一起斥巨資在洛杉礬地區(qū)建立一個(gè)“納米科技成果轉(zhuǎn)化中心”，以便及時(shí)有效地將納米科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)界。該中心的主要工作有兩項(xiàng)：一是進(jìn)行納米技術(shù)基礎(chǔ)研究；二是與大企業(yè)合作，使最新基礎(chǔ)研究成果盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。其研究領(lǐng)域涉及納米計(jì)算、納米通訊、納米機(jī)械和納米電路等許多方面，其中不少研究成果將被率先應(yīng)用于美國(guó)國(guó)防工業(yè)。

美國(guó)的一些大公司也正在認(rèn)真探索利用納米技術(shù)改進(jìn)其產(chǎn)品和工藝的潛力。IBM、惠普、英特爾等一些IT公司有可能在中期內(nèi)取得突破，并生產(chǎn)出商業(yè)產(chǎn)品。一個(gè)由專業(yè)、商業(yè)和學(xué)術(shù)組織組成的網(wǎng)絡(luò)在迅速擴(kuò)大，其目的是共享信息，促進(jìn)聯(lián)系，加速納米技術(shù)應(yīng)用。

日本企業(yè)界也加強(qiáng)了對(duì)納米技術(shù)的投入。關(guān)西地區(qū)已有近百家企業(yè)與16所大學(xué)及國(guó)立科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合，不久前又建立了“關(guān)西納米技術(shù)推進(jìn)會(huì)議”，以大力促進(jìn)本地區(qū)納米技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；東麗、三菱、富士通等大公司更是紛紛斥巨資建立納米技術(shù)研究所，試圖將納米技術(shù)融合進(jìn)各自從事的產(chǎn)業(yè)中。

歐盟于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)，推動(dòng)納米技術(shù)在歐盟成員國(guó)的應(yīng)用。歐盟委員會(huì)指出：建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)的目的是使工程師、材料學(xué)家、醫(yī)療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰(zhàn)，把納米技術(shù)應(yīng)用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)產(chǎn)品和運(yùn)輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時(shí)減少能源消耗和垃圾。歐盟希望通過建立納米技術(shù)工業(yè)平臺(tái)和增加納米技術(shù)研究投資使其在納米技術(shù)方面盡快趕上美國(guó)。