对生活中的纳米技术的认识和心得范文3篇("纳米技术的奇迹：生活的微观变革")

在现代科技的不断发展中，纳米技术作为一项重要的前沿领域，在我们的生活中扮演着愈来愈重要的角色。纳米技术的应用已渗透到各个领域，从医疗到能源，从材料到环境，无不展现着其巨大的潜力和前景。本文将探讨生活中的纳米技术，分享我对其认识和心得的体会。

第1篇

摘要:采用纳米技术对化妆品进行处理,可使活性物质功效得到充分的发挥,从而大大提高化妆品的性能。然而就纳米技术安全性而言，仍处于争议之中。因而，生产稳定、高效、安全的纳米化妆品将会是化妆品行业新的机遇和挑战。文章从正反两方面介绍了纳米技术在化妆品中的应用现状，多学科合作是解决问题的关键。

在日常生活中,一般把胭脂、口红、润肤霜、乳液等统称为化妆品。化妆品种类繁多,如按产品用途来划分,可分成清洁、护肤、营养、药物、美容、美发等六大类。化妆品可用于清洁、保养皮肤;对问题性皮肤起治疗作用;遮盖皮肤瑕疵,调和肤色;修饰面部的五官及轮廓。

化妆品的这些作用取决于化妆品中的活性物质,而这些活性全部必须通过皮肤来吸收。采用传统工艺生产的化妆品,活性物质的功效往往难以充分发挥。纳米技术是上世纪末发展起来的一门高新技术,采用纳米技术对化妆品进行处理,可使活性物质功效得到充分的发挥,从而大大提高化妆品的性能。正因为如此,纳米技术迅速在化妆品工业中得到了广泛的应用。

当物质被分解成纳米微粒（1nm相当于一根头发直径的8万分之一）时，这些纳米微粒通常会展现出全新的活跃特性。近年来!随着科学技术的迅猛发展，化妆品的生产工艺也得到了长足的进步采用纳米技术对化妆品进行处理，可使活性物质功效得到充分的发挥，从而大大提高化妆品的性能。

目前,纳米技术在化妆品领域中的应用主要在于乳化技术、活性 物质传输技术、防晒剂等方面,并已开发出各种相 关产品,得到许多消费者的认同。

乳化技术是制备膏霜和乳液类化妆品的关键技术,传统工艺乳化得到的化妆品膏体内部结构为胶团状或胶束状,其直径为微米数量级,对皮肤的渗透能力较弱。皮肤一般只能通过表皮吸收和毛囊腺吸收这两条途径,皮肤最外层为疏水性角质层,因而水溶性物质和大分子量的物质通过这两条途径的吸收相当不易。因此,传统工艺生产的化妆品膏体不易被表皮细胞吸收。将纳米技术应用到化妆品制造业中,可以对传统工艺乳化得到的化妆品的缺陷进行很好的改进。采用纳米技术制备化妆品时,将化妆品中最具功效的成分进行特殊处理,得到的化妆品膏体微粒尺寸可以达到纳米数量级。这种纳米级膏体对皮肤的渗透性大大增加,皮肤选择吸收功能物质的利用率随之大大提高。欧莱雅公司的纳米乳化技术将非常细小的粒子乳化,液体形成时可以包囊更多水分,可用于多种喷雾类产品,细微的薄雾中将包含大量潮湿水分。此外,纳米乳液与普通乳液相比,由于粒径小而对皮肤渗透性更强,可使活性物质直接而均匀地作用于角质层,如与抗衰老、美白等活性剂复配使用,效果更好。纳米乳液不含或少含表面活性剂,十分适用于敏感皮肤。韩国amorepacific公司从吸取大地能源的根茎植物那儿获得肌肤活力物,通过肌肤细胞1/1000的纳米技术将它快速吸收到肌肤深层,充分兼顾女性的肌肤、生活习惯和个人性格。此外,还有一种由汽巴公司开发的超微载体系统nanotope,它对皮肤具有高覆盖率和强渗透性。比普通脂质体更耐表面活性剂,并具有良好的ph值和离子强度的适应性。是一种稳定且粒径分布均匀的纳胶体。这种nanotope的平均直径仅为25nm,低于普通的脂质体。目前生产的两种包覆了d-泛醇和维生素e的nanotope可广泛应用在抗衰老及保湿型护肤液、润肤霜、爽肤水、精华素、特殊眼部护理液、眼霜以及防晒及晒后产品等之中。

纳米化妆品的优势在于以下几点: 1.提高营养及药物利用率,长循环纳米技术是药物体结合研究热点。研究药物及化妆品在体内的吸收、分布及作用强度,发现表面电荷、粒径大小及表面亲水亲脂性,是影响药物及化妆品成分的吸收和疗效的主要因素。某些活性物质不能解决其存活时间及皮肤吸收问题,难以广泛应用或功效不理想。但使用纳米微粒技术,其主要作用是获得大量纳米级结构材料,将物质分子超微破碎、乳化、均质、分散成小分子。用该技术处理化妆品用的抗衰老剂sod、氨基酸等物质,可为皮肤全部吸收。以其技术加工中草药,可达到常规草药难以取得的功效。以纳米破壁的花粉,可为皮肤全部吸收,且保健功效大为提高。

这一技术为中草药及营养素在化妆品中的应用提供了广阔的前景,并可使添加的活性物质保持鲜活和稳定。2.提高抑菌抗菌作用,纳米微粒在抗菌灭菌材料上应用广泛,可干扰细菌蛋白质的合成,从而有效抑制细菌繁殖。根据大部分细菌的细胞膜带有负电荷的特性,将阳离子正电荷接到其表面,利用电荷正负相吸作用,使细菌窒息、死亡,达到杀菌目的。这为化妆品质量的控制提供了新的思路。纳米级材料自身有抑菌作用,研制出的细胞体调理霜,对皮肤有很好的免疫调节、抗茵消炎及防敏脱敏功效。3.增强防晒剂功能,在防晒剂中,二氧化钛和氧化锌是很好的紫外线反射剂,但其亮白特性限制使用功能。使用纳米技术可将原料粒度减小到毫微米数量级,这样即从技术上解决了因其颜色特性难以用作化妆品原料成分的难题。现今,国外采用物理蒸汽合成法生产纳米二氧化钛这种防晒原料,而纳米原料用在化妆品中,最大的优点是其属于无机惰性原料,应用非常安全。此外,传统配方中使用防晒剂原料,涂抹在皮肤上会产生白色残留物,而使用纳米防晒原料残留物是无色的,阻隔紫外线功能也很强。

然而就纳米技术安全性而言，仍处于争议之中。因而，生产稳定、高效、安全的纳米化妆品将会是化妆品行业新的机遇和挑战。

2.1纳米微粒进入肺部造成的影响. 杜邦公司(dupon)t和约翰逊航天控制中心(nasa汀hononsspaeccenter)的研究人员发现:就碳纳米管对老鼠肺的影响来说,比石英灰尘更有毒.nasa研究人员罗伯特·亨特博士(dr.roberthunet)r说:“消息是清楚的,人们应该采取措施.碳纳米管可能非常有毒”.吸人单层碳纳米管能导致实验动物肺部产生肉芽瘤,而肉芽瘤是肺结核病的典型特征. 2.2纳米微粒自肺部移向脑部造成的影响。

美国南方卫理公会大学(乳uthemmeth记istunivesrityindallas)研究人员在美国化学学会的一个学术会议s[,“j上介绍说,他们在研究中将9条年幼的黑妒鱼放人容量10l的鱼缸内,让其接触水溶性c一60(巴克球).研究中黑妒所接触的c一60浓度为0.巧ppm.48h后对这些鱼脑组织样本的分析发现,它们脑部所受损伤比处于不含c-60的清水中的黑妒要严重17倍.损伤主要表现为脂质的过氧化反应,它能导致脂质分解,削弱细胞膜正常功能.研究中还发现,接触〔卜-60巴克球会改变黑妒肝脏部位一些基因的表达.2004年1月,冈特博士(dr.gunet)r的研究报告也指出〔`2〕,纳米微粒很容易从鼻腔向大脑移动.。 2.3纳米微粒自肺部进入血液中造成的影响。

雷姆(ne)等人]曾让自愿受试者暴露吸人微量99mtc的得纳米碳球(99mtehcnetium),而后立刻测量受试者血液中的放射性,结果发现沉积在肺部的纳米碳球的确有微量会进入血液中.而雷姆另一份研究仓鼠(h~t。)产生血栓的关联,结果发现仓鼠吸人聚苯乙烯粒的确可能导致血栓形成。 2.4由皮肤吸收造成的影响。

使用纳米化妆品、纳米防晒乳液及纳米药物时,纳米微粒可能透过皮肤吸收而进人人体.欧盟所属化妆品与非食品科学委员会(以犯nfp)在对纳米防晒乳液所使用之tiq作的说明是:要求工业界在使用纳米级的tiq时要从事额外的试验以便规范它的安全问题

纳米技术应用于化妆品的研究是一个大课题。单靠某一学科的力量是很难胜任的。多学科研究将是解决这一问题的重要手段和途径。总之，纳米科技的重大突破一定会到来。随着纳米科技的不断发展，纳米技术对于化妆品领域一定会起到越来越重要的作用，我们共同期待一个全新的美容时代的来临。

题 目 纳米技术在化妆品中的应用 专 业 高分子材料与工程 班 级 学生姓名 学 号 日 期

第2篇

摘要：现在全世界的环境问题已经严重影响到人们的日常生活和身体健康，以及地球上其他的生物。温室效应使南北极冰川融化，海平面升高；森林被破坏使得大量动植物灭绝，水土流失；工业乱排导致大气污染、水污染；环境被严重破坏导致气候异常，灾难多发等等这些都是人类在以自我为中心的价值观下发展工业造成的。人类如果继续这样不顾环境的发展工业和科技，那么我想，电影《1012》中的情景很快就会出现。为了我们的子孙，为了地球上的其他生物，我们必须开发清洁能源，利用绿色材料，利用技术来坚持可持续发展，而纳米技术和纳米材料就是其中一个不错的选着。近几年随着纳米技术的崛起，那纳米技术和纳米材料被越来越多的用于防止大气污染、水污染、噪音污染等，本文就介绍了纳米技术以及它在环境保护各方面的运用。纳米技术不仅可以克服很多传统环保措施不足，我相信，随着此技术的不断发展，他会给环境保护工程做出更多的贡献。

众所周知，在整个自然生态系统中，人类仅仅是其中一环。然而，随着经济和科技的发展，人类社会的不断地进步，人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下，人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度，引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有：人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。[1]

现在环境问题已经威胁到人类的生存和发展，因此，环境保护也应该成为全世界人必须共同关注的话题。为了人类社会的持续进步和人类后代的生存，人类必须要坚持可持续发展，而为了实现可持续发展我们可以利用充分开发清洁能源，节能减排，利用绿色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，随着纳米材料的悄然崛起，纳米技术在环境保护方面的应用也越来越多，人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生, 纳米材料为其提供了技术支持。

纳米技术就是在1～100nm 尺度范围内, 研究电子、原子和分子内在规律和特征, 并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术；纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。[2]纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大，还有显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能, 使纳米颗粒具有独特的性质。纳米材料具有小尺寸效应(又称体积效应)①、表面效应②等独特性质，这使得纳米材料具有辐射、吸收、催化、吸附等奇特的性能，因而在许多方面有着广阔的应用前景。由于纳米材料具有的特殊性能使得它在水处理和大气处理中有着广泛的应用。[3]

大气污染一直都是各国政府需要解决的难题，空气中超标的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影响人类健康的有害气体。在我国，“大气污染导致每年有30到70万人因烟尘污染提前死亡，2500万儿童患慢性咽炎，400万到700万农村妇女儿童受害。”[4]酸雨是大气污染的一种重大表现。世界目前已有三大酸雨区，给人类环境带来了多方面的不良影响，如土壤酸化与贫瘠化，作物减产，余下减少或灭绝等。而纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染问题提供了新的方法。 案例：作为一家长期致力于燃油处理技术开发和应用，并经政府主管部门认定的高新技术企业，中国北京远通有限责任公司携具有国际先进水平的eps纳米燃油装置亮相2009中国（北京）国际城市交通、地铁轨道交通及市政设施展览会。

该项技术经中国科学院渗流流体力学研究所、中国原子能研究院核物理研究所中子实验室、美国国家标准技术研究院中子研究中心反复检测对比研究确认：经过eps纳米燃油装置处理后，燃油的成分均为纳米级，全部小于3纳米。这个结论权威地证实了，经eps纳米燃油装置处理后的燃油全部成为纳米燃油，其物理性能发生了巨大变化，这是到目前为止世界上唯一产生纳米燃油的技术。[5]

经纳米燃油技术处理过的燃油可以称为“改性纳米燃油”，其燃烧过程与未处理过的燃油有显著不同，通过对车辆发动机的最佳优化匹配调整，达到显著的节油和环保效果。普通汽车加装该装置：可以节省燃油10%至30%，净化尾气50%至90%，增加动力10%至30%，并能降低发动机噪音，抑制积碳生成，延长发动机寿命。[6]

此案例充分说明纳米技术在节能减排方面的巨大贡献，利用eps纳米燃油装置，燃油可以得到充分的燃烧，不仅减少了燃油量，而且还减少了燃油燃烧不充分带来的大量co、no、so2的排放，对大气污染的防治起到重要作用。其实，除此之外，纳米技术还通过其他途径治理大气污染。

二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，而这些有害气体一般都是燃料不充分燃烧产生的。如果在燃料燃烧的同时加入纳米级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，防止产生二氧化硫进入空气中。经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于0．01％，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。

随着经济的发展，人们的生活水平提高了，越来越多的人买汽车。然而，汽车尾气的排放会直接污染人们的生活空间及呼吸层，对人体健康影响极大。开发替代燃料或研究用于控制汽车尾气对大气污染材料，对净化环境具有重要的意义。用纳米复合材料制备与组装的汽车尾气传感器，通过汽车尾气排放的监控，可及时对超标排放进行报警，并通过调整合适的空燃比，减少富油燃烧，达到降低有害气体排放和燃油消耗的目的。[7]纳米稀土钛矿型复合氧化物对汽车尾气所排放的no、co等具有良好的催化转化作用，可以替代昂贵的重金属催化剂用作汽车尾气催化剂。

（三）室内空气净化 现在，装修材料中往往加入大量的有害化学物质。所以，新装修房间空气中的有机物浓度大大高于室外，而光催化剂可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物，纳米tio2的降解效果最佳。纳米tio2经光催化产生的空穴和形成于表面的活性氧化膜能与细菌细胞或细胞内组成成分进行生化反应③，使细菌头单元失活而导致细胞死亡，并且使细菌死亡后产生的内毒素分解。即利用纳米tio2的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解由细菌释放出的有毒复合物。[8]而且，在医院的病房、手术室及生活空间安放纳米tio2光催化剂可具有杀菌、除臭作用。

案例：2006长江淡水豚中外联合考察队经历了39天长江航行后遗憾宣布，来回近3400公里考察未发现一头白鳍豚，这个结果证明白鳍豚种群状况极度濒危，可能成为世界上第一个被人类消灭鲸类动物。白鳍豚是仅生存中国长江中下游珍稀水生哺乳动物，属国家一级保护动物，被列为世界最濒危12种动物之一。白鳍豚5岁～6岁性成熟，1年怀胎，一年哺乳，一胎一仔，习惯以小家庭形式生活。这一消息让人感到恐惧，如果再不好好地治理长江，好好地治理水污染，会有更多的物种灭绝。

长江生态恶化，是沿江经济布局不合理恶果。据统计，全国两万多家化工企业，分布长江沿岸就有9000多家，占全国45%。三峡库区大中型工矿企业3000多家，化工厂有2000多座。这些化工企业污染严重，为发生重大污染事件埋下严重隐患，一旦发生污染事故，后果不堪设想。[9] 随着人口的增加和工农业生产的增长，人类的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常严重，加剧了水资源危机的程度。当前，全球80多个国家的15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态，所以保护水资源,节约用水势在必行。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。而，纳米技术在水污染治理方面也有突出表现，纳米技术的发展和应用很可能彻底解决这一难题。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质，它们从污水中流失，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完全提炼出来，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。所以，纳米技术在污水处理的很多领域都起到重要作用。

污水中的重金属对人体的危害很大，重金属的流失也是资源的浪费。纳米粒子能对水中的重金属离子通过光电子产生很强的还原能力。[10]如纳米tio2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，井将其还原为细小的金属晶体，既消除了废水的毒性，又回收了贵重金属。

案例：中科院采用纳米tio2 粉末, 利用太阳光进行光催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸钠水溶液,在多云和阴天的条件下光照12h, 浓度为0.5mmol/l 的苯酚已降解为零, 浓度为1mmol/l 的十二烷基苯磺酸钠基本降解完全且无二次污染[12] 大量研究表明纳米tio2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米tio2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和co等无害物质。例如纳米ru／tio2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳④的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。此外，用纳米tio2催化降解技术来处理毛织染整废水，具有省资、高校、节能的优势，最终能使有机物完全矿化，不存在二次污染等问题，显示出良好的应用前景。[13]

新型纳米净水剂的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂ai203的10～20倍，能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭净化装置，有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等。再经过由带有纳米孔径的处理膜和带有不同纳米孔径的陶瓷小球组装的处理装置后，可以100％除去水中的细菌、病毒。得到高质量的纯净水。这是因为细菌、病毒的直径比纳米大，在通过纳米孔径的膜和陶瓷小球时，会被过滤掉，水分子及水分子直径以下的矿物质、元素则保留下来。[14]

飞机、车辆、船舶等发动机工作的噪声可达上百分贝，容易对环境造成噪声污染。当机器设备等被纳米技术微型化以后，其互相撞击、磨擦产生的交变机械作用力将大为减少，噪声污染便可得到有效控制。运用纳米技术开发的润滑剂，既能在物体表面形成永久性的固态膜，产生极好的润滑作用，大大降低机器设备运转时的噪声，又能延长设备的使用寿命册。[15]

现在，人类生活垃圾的排放量也大得惊人，而，纳米技术及纳米材料可以应用于城市固体垃圾处理。它的作用主要有两个方面：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米tio2催化技术可以使城市垃圾j决速降解，其速度可达到大颗粒tio2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。[16]

近年来电磁场对人体健康的影响问题已经成为一个新的研究热点。在强烈辐射区工作并需要电磁屏蔽时，通过在墙内加入纳米材料层或涂上纳米涂料，能大大提高遮挡电磁波辐射性能。此外，中科院理化所利用纳米技术研究出了新一代手机电磁屏蔽材料，不仅可以实现手机信号抗干扰能力，同时还大大降低电磁波辐射。

人类夜晚照明需要大量的电力，通过照明节电可以带来巨大的社会、经济和生态效益。[17]而火力发电排放的co

2、烟尘悬浮物等会引起温室效应、酸雨和环境污染。在照明工程中，最理想的节电措施是充分利用太阳光来照明，利用一些纳米材料的光致发光特性是可行的办法，白昼吸收自然光并贮存起来，晚上再直接把光射到需要的地方，这从多孔硅光致发光现象得到了验证。

五、纳米技术在环境保护应用上的前景 随着纳米科技和纳米材料的研究深入，特别是纳米科技与环境保护和环境治理的进一步有机结合，许多环保难题将会得到解决。现在有很多纳米技术的成功研究都没有用到世纪中，我相信，在不久的将来，这些技术都会出现在我们的日常生活中，诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题都将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。有理由相信，纳米科技作为一门新兴科学，必将对环境保护产生深远的影响，利用纳米科技解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”

①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。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生特殊的光学、热学、磁学、力学、声学、超导电性、介电性能以及化学性能等一系列新奇的性质。

②表面效应：超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。

③生化反应即生物化学反应，就是指在生物的细胞内进行的化学反应。 ④有机碳总量即溶解于水中的有机物总量折合成碳计算的量。

[1] 向德平. 《社会问题》[m].中国人民大学出版社,2011.3：299 [2] 张立德,牟季美. 《纳米材料和纳米结构》[m].北京:科学出版社,2001.6：59-62. [3] 李逢波. 无机纳米材料在电力环保中的应用[j].中国科技信息,2010.(4) [4] 向德平. 《社会问题》[m].中国人民大学出版社,2011.3：306 [5] 《eps纳米燃油技术开创燃油史重大技术突破》 [6] 《eps纳米燃油技术的作用机理》， [7] 草爱苗，廖雷．《蚋米技术及纳米材料在环境治理中的应用》[j]．中山大学学报(自然科学 版)，2004．43(增刊)：225-228． [8] 杨健森．《蝻米环保技术的发展现状与前景》[j]．科技通报，2002,18(4)：340-343． [9] 《长江污染到生死关头》，[10] 马荣萱，李继忠．《纳来技术及其材料在环境保护中的应用》[j]．环境科学与技术，2006．29f7)：1 12-115．

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[17]陈仲林，张玉奇，严得忠．《纳米技术在绿色照明工程中的应用前景》[j]．照明工程学报，1997，3：48—52．

第3篇

提起“纳米”这个词，可能很多人都听说过，但什么是纳米，什么是纳米技术，可能很多人并不一定清楚。著名的诺贝尔奖获得者 feyneman在 20世纪 60年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。

纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，简写是nm，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。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。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革命。然而我们将就纳米技术在现实生活中的应用来看看纳米技术的应用前景。

关于纳米技术在显示生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在生活中的存在和应用也很普遍。 纳米材料的莲花效应。莲花虽生长于池塘的淤泥中，但它露在水面上的莲花荷叶却出污泥而不染，美丽而洁净，它可说是运用自然的纳米科技来达成自我洁净的最佳实例。照理说荷叶的基本化学成分?多醣类的碳水化合物，有许多的羟基（-oh）、（-nh）等极性原子团，在自然环境中很容易吸附水分或污垢。但洒在荷叶叶面上的水却会自动聚集成水珠，且水珠的滚动把落在叶面上的尘埃污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净。经过科学家的观察研究，在1990年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一层极细致的表面所组成，并非想象中的光滑。而此细致的表面的结构与粗糙度??微米至纳米尺寸的大小。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，藉由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面「自我洁净」的奥妙所在。利用了莲花效应，中国是在世界上第一个做出仿荷叶结构的防水纳米布的国家，是中科院化学所做出来的。用颗粒大小为20纳米左右的聚丙烯水分散液，浸轧，光照。使颗粒粘结在纤维表面上，形成凸凹不平的表面结构，成为双疏材料，即疏水又疏油。用油或水往这种布上倒，都不会浸湿，也不会玷污。我们用这种材料做成衣服，就会防水。如果用这种材料处理玻璃，做成表面凸凹不平的结构，看起来没有任何问题，但不会结雾，不会沾水。可以从荷叶超强的疏水性，我们可以制作类似荷叶上有纳米材料的雨伞，就像“荷叶面”雨伞，撑雨疏水，抖水即干，不必担心带到室内会滴水了。

1、纳米阻燃剂。纳米阻燃剂可分为无机纳米微粒阻燃剂和纳米复合物阻燃剂两种。无机阻燃剂是应用最早的阻燃剂,它具有无毒、低烟、不产生腐蚀性气体、无二次污染的优点。无机阻燃剂通常通过填充方式添加到高分子材料中,制备成高分子阻燃材料。传统的无机阻燃剂的粒径较大,而且不均匀,直接影响其阻燃性和其他性能,因此,为更好地发挥阻燃效果,无机阻燃剂的超细化将是今后的发展方向。采用纳米技术将无机阻燃剂微粒细化,使其粒径在纳米级范围,使微粒的大小和形态都更均匀,就能大大地减少阻燃剂的添加量,从而减轻对织物性能的影响,克服无机阻燃剂的最大缺点。超细化的氢氧化镁、二氧化二锑以及氢氧化铝、硼酸锌等无机阻燃剂,均已广泛应用于阻燃材料中。用其做窗帘，墙纸，遇上着火，既不会燃烧，也可以防患与未然。

2、纳米技术电池。所谓的纳米技术电池，就是在电池的制造过程中，采用纳米技术材料或者制造工艺，生产制造出具有特别高性能的电池产品。随着电子技术的高速发展，人们对电池的需求量愈来愈多，人们总是希望得到一种容量大、功率高、性能优、价格廉的电池。但是，由于客观实际的限制，在现实中的电池总是无法全面满足人们的要求。电池界的专家学者在孜孜不倦的追求着电池性能的提高，经历了一代又一代人的不懈努力。纳米级的物质被应用在电池的制造中，就会产生显著的特性。强大的比表面活性能量和良好的导电性能，在参与电化学反应的时候，纳米颗粒物质在极板内部形成新的活性物基核，改善和增强电极结构，极大地提高电极的电化学反应表面，降低了电化学反应的能垒。因此，纳米技术材料的应用可以显著的降低蓄电池的内阻，抑制蓄电池在充放电过程中，因为温度和电极极化等原因而导致的极板饨化，从而有效的提高电池的性能，使得蓄电池电化学反应的可逆性更好、充放电效率更高、功率更大、电池更加容易均衡一致、低温性能限制改善。因此，采用纳米技术材料的蓄电池，其容量比常规电池的容量高，寿命比常规电池寿命长，大电流工作能力比常规电池强，低温性能比常规电池优。纳米技术电池的显著优点更主要集中表现在电池使用的中后期。一般情况，纳米技术电池前期对容量及功率的改善效果只是常规电池的5%-15%，中期对容量及功率的改善效果比常规电池高出20%-30%，后期对容量及功率的改善效果比常规电池高出可以达到50%以上。新太纳米技术电池的种类有：纳米技术型免维护中低倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护烧结式超高倍率镉镍蓄电池；纳米技术型免维护阀控式密封铅酸电池；纳米技术型锌镍动力电池。

3、纳米塑料。通用塑料指聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚氯乙烯（pvc）、聚苯乙烯（ps）和丙烯酸类塑料等大塑料品种。对于这类塑料的改性，过去多是采用加入填充料的方式，首先是为了降低成本，后来是为了增加和增韧以得到工程塑料，并进一步向塑料功能化发展，通过添加料的方法得到具有导电、抗静电、热塑磁性和压敏等功能的塑料。纳米材料的出现，为天加型塑料提供了广阔的空间。通用塑料首当其冲，纳米技术最早就是用于通用塑料的改性。例如：纳米碳酸钙对高密度聚乙烯的改性，在加入碳酸钙的质量分数为20%以下时，其耐冲击强度随加入碳酸钙的增加而增加，拉伸和弯曲强度也有所提高。在此，填料有一个最大加入百分比，即有一个加入最大值，而且，该值和碳酸钙的表修饰类型有关。未经地表面修饰处理的纳米碳酸钙填充体系的冲击强度随碳酸钙用量呈逐渐增加趋势，碳酸钙用量越多，材料冲吉加度越大。经表面处理后，材料的冲击强度随碳酸钙用量变化规律已完全改变。材料在低纳米碳酸钙含量（约4%~6%）时即实现增韧目的，冲击强度提高接近一倍，增韧效果显著；当碳酸钙用量进一步增加时，材料的冲击强度呈缓慢下降。几种表面处理剂对拉伸弯曲性能的影响基本相同；与处理体系相比，表面处理后材料的拉伸、弯曲性能并无明显改善。由处理和未经处理的两种试样冲击断面和断抽图sem照片可知，经过处理体系的冲击断面上有较多牵伸结构，拉丝较多；基体上无明显可见裂纹，基体发生明显的塑性变形，吸收了大量能量。脆断面的电镜表明纳米粒子分布均匀，附聚团粒小。未经处理体系的冲击断面上出现有许多断裂裂纹，是导致冲击强度较低的原因；且未经处理的试样，粒子分布不均，附聚颗粒较大。

4、可以抗紫外线的纳米材料。研究和开发防紫外线的功能性织物，是目前国际化纤纺织业的重点。目前，传统的抗紫外线纺织品主要采用共混熔融纺丝法，该方法将抗紫外添加剂与成纤聚合物共混并一同进行熔融纺丝，抗紫外添加剂多为有机化合物，存在一定的毒性和刺激性，容易造成皮肤化学性过敏。近年来无机紫外线遮蔽剂的研究突飞猛进，纳米tio2是其中优秀代表。上海交大"纳米氧化钛（tio2）抗紫外纤维"通过了上海市科委组织的专家鉴定，纳米tio2具有较高的化学稳定性、热稳定性、无味、无毒、无刺激性，使用安全，尤其是吸收紫外线能力强，对uva区和uvb区紫外线都有屏蔽作用，可见光透过率大。 采用该项目具有自主知识产权的纳米氧化钛与聚酯原位聚合方法，制备纳米聚酯复合材料，真正实现了纳米颗粒在高聚物中的纳米级分散，不仅提高了纺丝效率，而且使材料的力学、热学性能得到了较大提高，织物的紫外线屏蔽指数大于50,在280~400纳米波段紫外线屏蔽率大于95%，紫外线透过率小于3%。 据悉，该项目成果可广泛应用于生产帐篷、遮阳伞、夏季女装、野外工作服、训练服、运动服、窗帘织物、广告布等。采用本技术的抗紫外织物还具有防暑、隔热、触感凉爽的性能，特别适宜织造高档t恤衫、运动服、训练服等夏季凉爽面料。 据统计，世界功能性纺织品的需求量超过500亿米，我国功能纺织品的需求量近50亿米。纳米tio2抗紫外纤维技术市场前景将非常广阔。

一、生物学中。纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。如在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5~20 nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质,特别是酶,从而控制生化反应[8]。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。以纳米尺寸去认识生物大分子的精细结构及功能的联系,按人类的意愿进一步裁剪和嫁接,制造出具有特殊功能的生物大分子。生物基因工程由于纳米技术的运用而变得更加可控,人类可以自己控制所需要的生物产品,农、林、牧、副等行业以及人类的食品结构也会随之发生重要变革,用纳米生物工程、纳米化学工程合成的“食品”将极大丰富食品的数量和种类。

(2)医学中。研究人员发现,生物体内的rna蛋白质复合体,其线度在15~20nm之间,并且生物体内的多种病毒也是纳米粒子。10nm以下的粒子比血液中的红血球还要小,因而可以在血管中自由流动。如果将超微粒子注入到血液中,输送到人体的各个部位,将可以作为监测和诊断疾病的手段。科研人员已经成功利用纳米sio2微粒进行了细胞分离,用金的纳米粒子进行定位病变治疗,以减少副作用等。另外,利用纳米颗粒作为载体的病毒诱导物已经取得了突破性进展,现在已用于临床动物实验,估计不久的将来即可服务于人类。

研究纳米技术在生命医学上的应用,可以在纳米尺度上了解生物大分子的精细结构及其与功能的关系,获取生命信息。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人,在血液中循环,对身体各部位进行检测、诊断,并实施特殊治疗,疏通脑血管中的血栓,清除心脏动脉脂肪沉积物,甚至可以用其吞噬病毒,杀死癌细胞。这样在不久的,将来被视为当今疑难病症的爱滋病、高血压、癌症等都将迎刃而解,从而将使医学研究发生一次革命。

纳米材料的控制污染源方面可起到关健性的作用。主要体现在它降低能源消耗和有毒物质的使用;减少水资深消耗;减少废物的产生;治理环境污染物及大气污染。

(1)在污水治理方面。污水中通常含有有毒有害物质、异味污染物、细菌、病毒等。传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题,纳米技术的发展和应用可以彻底解 决这一问题。纳米材料在环保中的应用主要与纳米粒子的化学催化和光催化特性有关。除已经提到的光催化降解废水的纳米材料以外,另有许多纳米材料可以用来治理有害气体和废水,并已走出实验室而进入实用阶段。利用纳米tio2表面具有超亲水性和超亲油性的特点,在玻璃表面涂覆纳米tio2可以制成自清洁外墙玻璃,具有防污、防雾、易洗、易干、自清洁等功能。

(2) 在大气污染治理方面。大气污染一直是各国政府需要解决的难题。纳米技术及材料的应用将会为我们解决大气污染问题提供全新的途径。工业生产和汽车使用的汽油、柴油等,在燃烧时会产生二氧化硫气体,这是二氧化硫最大的污染源。复合稀土化物的纳米级粉体具有极强的氧化还原性能,是其它任何汽车尾气净化催化剂所不能比拟的。它的应用可彻底解决汽车尾气的污染问题。新装修房间的空气中有机物浓度高于室外,甚至高于工业区,目前已从空气中鉴定出几百种有机物质,其中有些是致癌物。研究表明,纳米二氧化钛可以很好地降解甲醛、甲苯等污染物,降解效果几乎可达到100%。

(3)城市固体垃圾处理方面。将纳米技术及材料应用与城市固体垃圾处理,主要表现在两个方面：一方面可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末,除去其中的异物,成为再生原料回收;另一方面,可以应用纳米二氧化钛加速城市垃圾的降解,其降解速度是大颗粒二氧化钛的10倍以上,从而可以缓解大量生活垃圾给城市环境带来的压力。

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臵,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。

纳米材料的研究,它使人类在改造自然方面进入了一个新的层次,即进入到原子、分子的纳米层次。纳米技术的核心是按人们的意志直接操纵单个原子、分子或原子团、分子团,制造具有特定功能的产品。由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同时在起作用,它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往很难区分,是有利的作用,还是不利的作用 更难以判断,这不但给某一现象的解释带来困难,同时也给设计新型纳米结构带来很大的困难。如何控制这些效应对纳米材料性能的影响,如何控制一种效应的影响而引出另一种效应的影响,这都是控制工程研究亟待解决的问题。在纳米材料的研究中,目前主要的工作有:一是用纳米材料替代传统材料改善产品品质与性能;另一方面是开发新材料。

纳米材料与纳米技术和我们的生活密切相关，纳米材料已成为当今世界各国研究者热衷的领域。随着研究的深入，纳米材料与纳米技术得到飞速的发展，可以想见，当我们可以自主的控制纳米材料时，我们的生活将发生极大的变化；激动人心的纳米时代已经到来，人们的生活即刻将发生巨大的变化，然而，我们也要清醒地看到，市场上真正成熟的纳米材料并不是很多中科院院士白春礼院士认为，“真正意义的纳米时代还没有到来，我们正在充满信心地迎接纳米时代的到来。” 白春礼说，“人类进入纳米科技时代的重要标志是纳米器件的研制水平和应用程度。”纳米科技发展到今天，距离纳米时代的到来还有多远呢，白春礼说，“纳米研究目前还有许多基础研究在进行中，在纳米尺度上还有大量原理性问题尚待研究，纳米科技现在的发展水平大概相当于计算机技术在20世纪50年代的发展水平，人类最终进入纳米时代还需要30到50年的时间，50年后纳米科技有可能像今天计算机技术一样普及。”