納米材料行業研究范文

導語：如何才能寫好一篇納米材料行業研究，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：納米材料；納米安全性；科學發展

一、納米技術與納米材料簡介

納米（nano）本是一個長度單位，1納米為10-9米，即十億分之一米。大部分原子和分子的尺寸約為0.1-100nm，當很多宏觀物質的尺度降低到納米量級時會表現出很多與我們平時所觀察到的不同的現象，所以研究材料在0.1-100nm尺度范圍內的性質和應用就形成了當前非常熱門的納米科學與技術。

90年代末，納米技術在我國也有著快速發展。納米科技與以往的科技領域有所不同，它涉及物理學、化學、生物學和電子學等科學技術領域，并引發核派生了納米物理學、納米化學、納米生物學和納米材料學等諸多新領域。其中納米材料學是研究納米材料的設計、制備、性能和應用的一門納米應用科學[1]。如納米尺度的結構材料能在不改變物質化學成分的情況下，通過調節器納米尺寸的大小來控制材料的基本性質，如熔點、磁性、強度和顏色等。納米材料是納米科技的基礎，只有提高納米材料的性能才能實現需要的功能。所以，納米材料在整個納米產業中占有很大的市場份額。

二、納米材料的健康效應

1、正面效應：納米醫學

納米材料已經或正在走進我們生活的諸多方面，如生物醫學領域的納米制藥和疾病監測的方面。因為納米材料尺度小、活性強，用納米材料制成的藥物可以準確的殺死病變細胞不會對健康細胞產生影響，這是常規藥物所不能實現的。納米生物芯片技術將傳統的生物樣品檢測實驗室集成到一個芯片上來，大大增強了檢測速度和精度。

納米材料技術與生物技術結合為生物醫學領域帶來了全新的視野，納米材料也醫藥學方面和生物芯片方面取得了顯著的成績。隨著納米材料在生物醫學領域更為廣泛的應用，疾病診斷、臨床治療等將會變得更有效率，治療費用也會隨著納米技術的不斷成熟又逐步降低，從而我們的生命健康保障將會得到很大提高。

2、負面效應：納米毒理學

盡管納米材料在生物醫學領域產生的革命性的變化，但是納米材料的安全性問題同時也非常值得我們關注。任何一門技術都具有雙面性，即有有利的一面也會存在有害的一面，納米材料也不例外。

對納米材料安全性的研究工作最早的是英國牛津大學和蒙特利爾大學的科學家在1997年發現防曬霜中的TiO2和ZnO納米顆粒會破壞皮膚細胞的DNA。直到2003年3月，美國化學會年會上的有關納米顆粒對生物可能存在危害的報告才引起了世界對納米材料安全性的廣泛關注。紐約羅切斯特大學的研究者讓大鼠在含有粒徑為20　nm　的聚四氟乙烯（特氟龍）顆粒的空氣中生活15分鐘，大多數實驗大鼠在隨后4小時內死亡；而另一組生活在含120　nm特氟龍顆粒的空氣中的大鼠，則安然無恙[3]。

三、納米材料負面效應的解決方法

1、各國政府的對策和行動

20世紀末才發展起來的納米科技正在逐步完善，已經應用于關系國家安全和國民經濟的許多重要領域。21世紀是科技迅速發展的時代，納米材料已經應用在眾多國防和軍事領域，如美國B-2隱形轟炸機的表面涂層材料，新型的特種兵作戰服。而且，納米材料作為其他行業的基礎，為傳統的制造業帶來了新的生機，納米材料有著巨大的市場前景。納米材料標準化方面引起了納米研究大國的激烈競爭，納米材料的安全性問題正是競爭的交點。為了率先占領納米科技的未來市場制定納米材料標準，納米材料的安全性問題更顯得非常重要。

2、結合我國國情的策略

我國的納米材料科技研究起步較早，與國際領先水平差距不大。納米材料在化妝品、涂料、紡織業、汽車工業和半導體產業都有著很好的市場前景。就我國納米材料市場來看，其主要產品為金屬納米顆粒材料、納米氧化物、納米碳化物和半導體納米材料，如銀、銅和鐵等納米顆粒材料，納米氧化鋅，碳納米管和納米鈦酸鋇等。2007年出版了納米毒理學領域第一本專著《Nanotoxicology》。此外，北京大學化學生物學系、北京大學醫學部、中國科學院武漢分院、中國醫學科學院、中國科學院化學所、軍事醫學科學院等也都成立的納米材料安全性方面的實驗室開展研究工作。白春禮院士在第243次香山科學會議上指出："任何技術都是有兩面性的，納米技術也可能同樣是把雙刃劍。正確的態度是吸取20世紀科學技術發展的經驗和教訓，以科學發展觀為指導，在發展納米技術的同時，同步開展其安全性的研究，使納米技術有可能成為第一個在其可能產生負面效應之前就已經過認真研究，引起廣泛重視，并最終能安全造福人類的新技術"[3]。

四、科學發展營造綠色納米世界

納米材料研究和產業的發展要符合科學發展觀的內容，要堅持以人為本，全面發展和可持續性發展。納米材料安全性的題不僅關系到產業的發展和國家的利益，更關系到人民群眾的生命健康。新興的納米材料科技要為人民所用，而不是要危害人民的健康。納米材料產業的發展必將成為我國經濟的新的增長點，也會帶動制造業、國防產業等領域的發展。健康、綠色的納米材料是納米材料科學發展的最基本前提。堅持納米材料的科學發展觀，促進納米材料、人與社會的和諧發展，實現經濟發展、科技發展和人口、資源、環境的協調發展[9]。

當前，傳統行業里的"中國制成"已經在世界范圍內站住腳，但是在當前世界的利潤分配中，制造環節的利潤越來越低而且產生巨大的資源消耗和環境破壞，取而代之的是研發和服務環節的利潤所占比例越來越大，這就是著名的"微笑曲線"。

我國著名科學家錢學森曾說："納米和納米以下的結構是下一階段科技發展的一個重點，會是一次技術革命，從而將是21世紀又一次產業革命[1]。"納米材料的安全性問題是困擾納米科技進一步走進人生生活的關鍵，只有解決好納米技術也人類發展的關系，營造一個綠色納米科技發展環境，人類才能真正的享受到納米科技的福音。

參考文獻：

[1]徐云龍，趙崇軍，錢秀珍.納米材料科學概論[M].上海：華東理工大學出版社，2008：21.

[2]賈寶賢，李文卓.微納米科學技術導論[M].北京：化學工業出版社，2007：3.

[3]趙宇亮，趙峰，葉昶.納米尺度物質的生物環境效應與納米安全性[J].中國基礎科學科學前沿，2005：19-23.

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[8]張立德.我國納米材料研究的現狀[J].中國粉體技術，2001，（5）.

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關鍵詞：環境；納米材料；淡水生生生物；生物毒性

中圖分類號：X171.5；Q5文獻標識碼：A文章編號：1008-0384（2017）03-342-10

作為21世紀三大科學支柱的納米科學，從20世紀80年代中后期逐漸成為科學研究的前沿熱點。大量相關實驗的展開和技術的成熟使得納米材料走出實驗室，并因其獨特的宏觀量子隧道效應、量子尺寸效應、表面效應等理化性質被廣泛應用于工業生產、醫學領域以及人們的日常生活中。隨著納米材料的商業化和生活化，各界學者紛紛表示出對流人生態環境中大量納米材料的生態毒理效應的高度關注。EnvironmentalScience&Technologies、Science等期刊相繼發表有關文章探討納米材料存在的安全問題以及對環境和人類健康的影響，并在近些年獲得了一定的經驗和成果，也使得納米材料的負面生物效應越發明顯。納米技術環境影響研究的重要性正在逐漸增加，而納米生態毒理學研究也作為一項繼納米毒理學研究之后新的科研分支逐步受到世界各大科學領域的重視。

水生態系統可以接收從雨水沉降、地表徑流、地下滲流或者廢水排放等各種方式釋放出的包括納米材料在內的大量污染物，因此水環境是最容易受污染的系統之一。而淡水生態系統作為內陸地區主要的水環境無疑會成為納米材料污染較為嚴重的部分，其對淡水水生生物生理活性的影響不容忽視。國內外學者的大量實驗結果表明，納米材料對淡水水生生物的影響存在于各個生物層面以及生物整個生存周期的各個階段，例如納米硒導致斑馬魚死亡的胚胎數以及畸形的胚胎數均隨納米硒濃度及作用時間的增加呈現增加趨勢，且96hpf的LC50為7.18μmol·L-1；各類納米金屬氧化物都可以產生一定的毒性從而抑制羊角月牙藻的活性；溶血性磷脂酰膽堿包覆的水溶性單壁碳納米管在濃度為20mg·L-1時就可以導致大型潘全部死亡。全面研究納米材料的生態毒理學效應，以保護納米材料安全進入市場，保障我國納米技術的可持續發展是當前研究發展的重要趨勢。

本文對納米材料進行簡單介紹，分析納米材料進入水環境的相關途徑，并總結幾類常見納米材料對淡水水生生物的毒性作用，以期為以后全面開展相關研究及對納米材料的安全性評價提供思路。

1納米材料

1.1納米材料的概況

美國國家納米計劃把納米材料定義為粒徑在1～100nm范圍內的材料，它屬于原子簇與宏觀物體交界的過渡狀態，既非典型的微觀體系，又非典型的宏觀體系，在傳導性、反應性和光敏性等方面顯示出許多獨特的性質。

納米粒子因其比表面積大，表面活性中心多，在催化活性和選擇性方面大大高于傳統催化劑。而納米材料的小尺寸效應使得材料在聲、光、電、磁、熱、力學等方面產生優于普通材料的新特性。由于納米尺度下物質的特殊性質，在納米尺度控制和操縱物質并對其進行加工在各個領域都具有廣闊的應用前景。納米材料給我們的生活帶來了巨大的變化，但同時納米材料的生物安全性現在還是未知數，關于它對健康的影響也還沒有一套較為成熟的分析方法。

1.2納米材料進入淡水水體的途徑

在納米尺度上的材料種類十分繁多，其中有相當多數量的材料會對生態環境會產生不同程度的危害，成為環境污染物。大部分集中在納米尺度范圍內的污染物在遷移轉化的過程以及環境行為上都有著許多共同特征，因此可以統稱為環境納米污染物（Envi-ronmentalNano-Pollutants，ENP）。顧名思義，納米材料是環境納米污染物的一個重要組成部分，它可以通過多種途徑進入到生態環境中并對淡水環境造成污染。因此，全面了解納米材料進入淡水水體的途徑有助于后期納米材料對淡水生態環境的毒性研究。

納米材料從生產至最終處理的整個過程中，必然會通過各種途徑以廢棄物的形式進入淡水水體，并產生一定的生物影響和生態效應。總結起來主要包括以下幾個方面：①生產相關納米材料的工廠以及實驗室仍然是納米材料最為集中的場所，大量納米材料在生產和實驗的過程中會直接作為廢棄物排放到環境中；②納米材料作為醫藥界的寵兒被廣泛應用在醫學成像、診斷、藥物的靶向運輸以及癌癥的治療等方面，雖然不直接作用于環境，但最終處理時仍然以固體或液體廢棄物的形式進入環境；③化妝品、防曬霜、防曬的針織衫等產品作為目前廣大群眾的日常生活用品被大量需要，但在清洗過程中會直接導致其中的納米成分進入生活污水從而流失到環境中，L.Geranio的研究就發現加入漂白劑或者過氧化氫的針織物會在衣物清洗的過程中釋放出大量的Ag-NPs；④納米材料本身由于各種原因直接釋放納米離子進入環境中，例如在對鋰離子電池進行回收利用時過高的熔煉溫度會導致納米材料中的污染物質釋放出來；⑤納米顆粒可直接吸附在其他污染物上或者在處理過程中與其他物質反應從而轉化成新的有毒污染物進入水體。

目前關于納米材料進入環境的具體途徑、在環境中的遷移形式以及影響其毒性的外在因素的研究還不夠全面，但是StoiberTasha已經發現水的硬度以及納米材料表面的覆蓋物會對納米銀粒子中的Ag溶解到水環境中產生一定的影響。因此，為了切實控制納米材料的潛在污染，必須要了解納米材料在生產和使用過程中的排放特征、規律及釋放條件，從而根據其規律進行安全評估并制定一系列可行方案。

2幾類常見納米材料對淡水水生生物的毒性作用

水環境是各種納米材料暴露特別危險的環境，因為它對大多數環境污染物來說就是一個大型水槽。并且納米材料被認為是具有潛在的流動性的，因此進入水環境中的納米材料會產生我們無法預計的環境和生態影響。

目前，國內外關于納米材料的生態毒理性研究主要從兩個方面進行：一方面是通過室內模擬控制變量，觀察已定條件下納米材料對生物的影響；另一方面是原位分析，通過在特定環境條件下考量外界因素在納米材料對生物產生生態毒性中所起的作用。關于測定的指標，大部分學者主要集中在對抗氧化防御系統如超氧化物歧化酶（SOD）和生物生理性指標如發育繁殖和體內負荷等方面進行觀察與測定，但是更多的學者開始研究納米材料對生物在細胞層面上的毒性以及基因毒性，并結合常規測定指標從更小的尺度考慮納米材料對水生生物的潛在危害。

2.1碳納米材料

碳納米材料，顧名思義是由碳元素組成的新型納米材料，常見的有富勒烯（fullerene）、碳納米管（carbonnanotubes）和石墨烯（graphene）及其衍生物等。碳納米材料可應用于諸多領域，例如碳納米管和石墨烯可以利用成診斷和治療的工具來為人類的疾病服務，也可以應用在傳感器和電子產品中，最新的報道還顯示碳納米管和氧化石墨烯正在作為能量儲存裝置被開發。但是碳納米材料的大量使用必然會導致其中一定量的納米顆粒流入淡水生態環境從而對水生生物造成影響。

碳納米材料在進入水環境較短時間內就可以減少藻類的密度，這可能是由于ROS的產生和細胞膜的損傷造成的，而這種影響會隨著暴露時間的延長加大對藻類生長的抑制作用，且存在一定的劑量效應關系。進一步的試驗證明碳納米材料不僅可以改變藻類的細胞完整性，使其死亡進而致使種群數量減少，而且可以通過食物鏈進行遷移或生物放大。試驗結果表明，10μg·g-1的C60就可造成萊茵衣藻大量死亡，而這些藻類體內的納米顆粒還可借助捕食行為轉移到以藻類為食的大型蚤體內。而大型蚤作為食物鏈中的初級消費者，不僅可以通過類似捕食的形式吸附到含有納米顆粒的細菌，還可以直接從水體中吸收納米顆粒，多種接觸方式會致使其體內累積大量納米顆粒并產生危害。

魚類作為淡水水體中較大的消費者，同樣可以通過類似呼吸等方式直接吸人納米顆粒，也能通過攝食含有納米顆粒的低級消費者或生產者的途徑使體內積累一定量的納米顆粒，從而造成機體損傷。有研究表明，在短期暴露情況下，單壁碳納米管（SWCNTs）、羥化多壁碳納米管（OH-MWCNTs）和羧酸鹽多壁碳納米管（COOH-MWCNTs）均會誘導金魚產生氧化應激，MDA濃度和SOD的活性增強，且3種碳納米管對金魚肝臟的影響程度為SWCNTs>OH-MWCNTs>COOH-MWCNTs，而堿性條件下三者對金魚的毒性還會增強。鯽魚長期在低劑量的碳納米材料中暴露，同樣會造成機體組織的氧化應激，肝臟組織中SOD、CAT被顯著誘導，與此同時腦組織GSH含量不斷下降，機體抗氧化能力衰竭，而nC60甚至可以導致大嘴鱸魚腮部的GSH耗竭。且隨著在碳納米材料中暴露時間和暴露濃度的增加，魚類腦部受到的影響越發明顯。

碳納米材料單獨暴露即對水生生物產生一定危害，但現實環境中只單單存在一種有毒物質的情況是比較少見的，因此劉珊珊等以銅銹環棱螺作為受試生物，發現不同管徑多壁碳納米管存在時Cd在螺體內的積累量明顯增加，且小管徑較大管徑促進效果更加顯著。同時，在中、高Cd（25～100μg·g-1）濃度條件下，MWCNTs顯著增加了Cd的生態毒性，與肝胰臟中Cd的積累水平相吻合，SOD和MDA活性受抑制，含量下降。而羥化微碳納米管（OH-MWCNTs）在單獨暴露時對大型蚤是沒有致死毒性的，但是在同樣的模式下，當其濃度超過5.0mg·L-1時就會顯著增加鎳的毒性。上述試驗均表明納米碳材料和金屬復合比2種污染物單獨暴露時對生物產生的影響更為嚴重。雙軟殼類同螺類都有堅實外殼保護，且運動緩慢，運動范圍較為固定，因此ThiagoLopesRocha等認為雙軟殼類是監測人工納米材料危害的關鍵性模型物種。

納米金剛石也是一種由碳元素組成的新型納米材料，可應用于熒光標記或抗體載流子等方面。在慢性暴露時，當濃度高于1.3mg·L-1時就會出現抑制大型蚤繁殖的情況，當濃度達到12.5mg·L-1時則會直接造成大型蚤100%的死亡，且在光學顯微鏡下可以發現納米金剛石顆粒主要吸附在大型蚤的外骨骼表面，并積累在腸胃部分。而暴露在納米金剛石溶液中同樣也會對亞洲蛤產生氧化應激，使消化腺的細胞產生空泡或者變厚。當前還有一種碳納米材料是棉纖維納米材料，MicheleMunk用大型絲綠藻一克里藻作為指示生物研究了纖維素納米材料的生態毒性。并發現其同樣會抑制藻類的繁殖，并會導致藻類的形態發生變化，造成物理損傷。導致這些變化的原因可能是納米材料直接接觸到細胞膜、細胞壁，或者是因為氧化應激而產生ROS。

各類碳納米材料對淡水生態系統中各食物鏈營養級的水生生物顯然均有不同程度的影響，而碳納米材料本身在生產和使用過程中就有可能對生物和人體產生危害，因此關于生物器官、組織以及細胞等方面的毒性研究非常重要，只有完全了解碳納米材料的致毒機理才有可能在其生產和使用過程中盡量減少或避免危害的發生。

2.2納米金屬氧化物

納米金屬氧化物不僅具有小尺寸、表面能高、表面原子配位不全等納米材料具備的特點，還有其獨特的半導體特性，這使其催化和反應活性較之傳統材料均有很大的提高，為固體推進劑技術的新發展和性能的上臺階開辟了新思路。納米金屬氧化物主要包括納米氧化鋅、納米氧化銅、納米二氧化鈦、納米二氧化硅等，每種納米材料都因其特有的性能而被廣泛應用在不同的領域。例如，納米氧化鋅被大量應用于橡膠工業、陶瓷、油漆、導電材料等方面，而作為一種廣譜的無機紫外線屏蔽劑，其在化妝品行業更是有著無限的應用機會。納米氧化銅則由于其良好的抗菌性能，被應用于涂層、食品包裝、生物醫藥等方面的產品，而其較高的分析靈敏度、催化性能以及脫硫性能，也使其被廣泛應用于傳感器、超導材料以及工業除硫。納米TiO2同樣可用于化妝品行業，還可氧化降解水及空氣中的烴類、有機磷殺蟲劑、甲醛等污染物質，有效進行污水處理及空氣凈化，制造高級抗菌自潔衛生陶瓷、餐具等。納米金屬氧化物繁多的種類以及頻繁的使用，使得我們必須加大對其安全性的評估。

2.2.1納米氧化鋅在低濃度（1～5mg·L-1）的情況下，nZnO和nTiO2對斜生柵藻生長均起促進作用，一定濃度后表現為抑制作用，呈現濃度依賴性，但與nTiO2相比，nZnO具有較明顯的毒性。進一步的試驗表明，在24h急性暴露下，0.01～31.25mg·L-1nCuO、nCdO、nPbO、nZnO均可抑制大型水蚤和剪形臂尾輪蟲的活性，甚至當水溫在27.5～32.5℃且光照情況發生變化時導致其死亡，但nZnO顯示出更大的毒性。而關于納米金屬氧化物在硬骨魚類體內的清除狀態，張陽等的實驗結果顯示在28d暴露階段，nZnO和nCuO在斑馬魚體內均不具有生物蓄積性，在24d清除階段，nCuO可以有效排除，但是nZnO的清除仍不完全。

以上一系列數據顯示nZnO較部分納米金屬氧化物而言具有較大的毒性，因此關于nZnO的具體致毒機理有必要細致研究。劉慧等通過實驗發現nZnO可以顯著誘導鯽魚肝臟產生自由基，并且自由基信號強度和MDA含量隨nZnO濃度的升高呈先升高后降低的趨勢。同樣在斑馬魚腸組織也會產生一定氧化應激作用，誘導腸中細胞凋亡相關基因的表達，并且能對腸組織結構造成損傷。對于白亞口魚而言，其心肺功能和能量代謝也同時會受到一定程度的影響。貽貝類作為底棲動物的一種也是研究者較為喜歡的模型物種之一，HalinaFalfushynska則以貽貝類作為研究對象，基于上述試驗結果進一步研究了nZnO的具體生物毒性。從試驗結果中可以看出，nZnO的毒性不單單是由Zn2+的釋放引起的，所以它的毒性較單獨的重金屬可能要大。而在堿性條件下nZnO顆粒穩定性較強，減緩了Zn2+的釋放速度，從而會降低nZnO的毒性。水溫也是影響nZnO毒性的一個重要的因素，nZnO的毒性會因為水溫的升高而增大。當試驗水溫在18℃時會造成細胞DNA的損傷，而這種損害在nZnO單獨暴露時是不存在的。但是當nZnO與Nfd或Ta等有機污染物聯合暴露時，會顯現出更為強烈的生物毒性。

2.2.2納米氧化銅底棲生物具有易獲取、生活周期長、活動能力差，活動范圍固定、對毒性有較強靈敏度等特點，可以較好地反應生存環境的實際污染情況，因此被許多研究者青睞。就此，關于nCuO的毒性機理，許多學者選擇以淡水田螺作為受試生物進行研究。nCuO與田螺交互作用時會產生毒性，并且田螺會通過消化腺的氧化應激對此進行調節，但是通過彗星試驗發現田螺的DNA已經發生了損傷。TinaRamskov則對寡毛綱動物帶絲蚓染毒途徑進行了深入的探索，發現沉積底泥對帶絲蚓的攝食速率和同化作用的影響均比水溶液要強，因此在未來的研究中沉積物應當作物水生生物接觸和吸收有毒物質的重要途徑來考慮。

以上試驗均是nCuO單獨暴露時對生物的影響，基于有機污染物和nZnO聯合暴露時比nZnO單獨暴露時對生物毒性的加劇，部分學者同樣考慮了nCuO復合暴露時的生物毒性。碎食者Allogamusligonifer的攝食速率會隨著納米顆粒尺寸的下降而抑制效果增強，但當腐殖酸（HA）和nCuO聯合暴露時會緩解因為納米顆粒較小而造成的抑制效果，同時可以增加其在沉積物中的分散穩定性，從而更容易被銅誘環棱螺攝取，Cu2+的生物積累也會隨腐殖酸水平的增加而顯著升高。不僅如此，當納米氧化銅表面覆蓋聚合物外殼時，其對膨脹浮萍的毒性是普通納米氧化銅顆粒的10倍。急性暴露條件下大型蚤對nCuO較為敏感，而慢性毒性實驗中核殼氧化銅則對其產生了更為嚴重的生物毒性。這可能是由于聚合物外殼降低了離子的釋放率，從而延長了粒子的壽命和毒性效應，使其能夠在更長的時間內對生物造成影響。

2.2.3納米二氧化鈦關于nTiO2對水生生物的毒性研究方向與其他納米材料相比是較為廣泛的。尺寸較小（<10nm）的nTiO2顆粒在低暴露濃度下對藻類的生長抑制程度要高于尺寸較大的顆粒，這與nCuO對藻類產生的毒性相似。同時當Cd和nTiO2聯合暴露時會增加Cd在藻類體內的生物利用度，與Cu聯合暴露時大型蚤機體的抗氧化體系受到活性氧自由基（ROS）攻擊已經崩潰，而Cd和Zn被吸附在nTiO2顆粒上時會更加容易被水蚤所吸收。在此基礎上，SwayampravaDalai對杜比亞水蚤在兩種接觸nTiO2顆粒的模式進行了對比，發現水蚤通過食物鏈即吞食含有納米顆粒的藻類而加大體內富集量的比例占到了70%左右，大大高于直接從水溶液中攝取的nTiO2顆粒。關于nTiO2顆粒的基因毒性，運用彗星實驗和PAPD-PCR技術研究發現nTio2對硬骨魚類斑馬魚在高濃度下會產生基因毒性，損傷其DNA，而在大鱗大麻哈魚的CHSE-214細胞系中也發現nTio2顆粒會產生一定的細胞毒性，且與抗氧化防御系統指標（SOD、CAT、GSH）具有一定的劑量效應關系。根據以上試驗結果，可以進一步研究基因毒性與抗氧化防御系統之間的聯系，從而為魚類作為監測納米金屬氧化物敏感生物提供更多可觀測指標。

原位分析作為研究性實驗的最終運用地，在nTiO2顆粒的毒性研究中已經有所應用。JuliaFarkas在瑞典3個湖的現實水生環境中研究了nTiO2對細菌的毒性，結果證實水源地水的溶解氧（DOC）含量和化學元素含量均對nTiO2的生物毒性造成了不同的影響。試驗結果表明：在DOC中、高濃度的湖中，100μg·L-1的nTiO2添加情況下細菌的豐富度會降低，且低DOC和低化學元素含量的湖中nTiO2的穩定性會增強。各種外界因素均會對nTiO2顆粒的毒性造成一定的影響，而由于nTiO2顆粒特殊的性能，使其對UVA反應格外明顯。當黑暗狀態下nTiO2顆粒對大型蚤的影響僅僅是“有害”，但是經過UVA照射后就可以定義為“有毒”了。而且nTiO2顆粒由于鈦元素來源的不同而導致其毒性也有所不同。通過投射顯微鏡可以發現銳鈦礦NPS破壞了小球藻的細胞膜和細胞核，而紅金石NPS則使小球藻的葉綠體和內部細胞器受到一定程度的損傷。

2.2.4其他納米金屬氧化物除了上述幾種常見的納米金屬氧化物，還有一些也會對水生生物造成不同程度的影響和危害。nAl2O3對斜生柵藻生長的96hEC501000mg·L-1，是nTiO2和nZnO的60倍和1000倍，但現實環境中納米材料的濃度很難達到試驗所測濃度，因此nAl2O3可認為基本無毒或低毒。但當其與Cd聯合暴露時，對Cd的生物運轉具有明顯的攜帶作用，銅銹環棱螺體內的Cd含量顯著增加且毒性增強，而在上述的nTiO2顆粒毒性研究中同樣得到了相似的結論。目前關于納米NiO的相關研究還較少，但是梁長華以小球藻為受試對象，較為全面地研究了納米NiO的生態毒理性質。通過結果可以發現納米NiO暴露會對小球藻產生生物毒性，表現為低濃度的刺激效應和高濃度的抑制效應。K.KrishnaPriya則評估了不同濃度的nSiO2對南亞黑鯪的部分血液、離子調節和酶譜等方面的影響。他通過對大量血液參數如血紅蛋白（Hb）、血細胞比容（Hct）等進行測定，發現這些參數在加入nSiO2后均有所變化，并且這些參數的變化都依賴于劑量和暴露時間，表明這可能與黑鯪生理壓力系統的改變有關。

納米金屬氧化物本身具有一定程度上的金屬性質，會產生某種程度上的生態影響，且各種納米金屬氧化物對生物的毒性會在某些方面產生相似的影響，但是每種納米金屬氧化物都有其特有的理化性質，因此又會產生不同形式的毒性影響。納米金屬氧化物的復雜性使得其對生物的具體生態毒性要考慮的方面也較為復雜，需要更加深層次探索和研究。

2.3納米金屬單質

我國目前生產的納米金屬粒子主要有納米銀、納米鐵、納米金等，例如納米銀由于具有優異的抗菌性能而被大量商業化生產，應用于醫藥、食品、紡織、化妝品、水處理及電子等行業；納米鐵應用在軍事吸波隱形材料、高性能磁記錄材料、磁流體、導磁漿料、高效催化劑、廢水處理等方面。

納米銀是金屬納米顆粒中較為常見的一種，其單獨暴露時可導致日本青鏘胚胎表面絨毛膜破裂、胚胎及內容物釋出，或穿過斑馬魚和鱸魚胚胎表面的絨毛膜孔道進人體內，同時鱒魚細胞系（RTL-Wl和TTH-149）也對其毒性做出了類似的敏感性。納米銀顆粒同納米金屬氧化物類似，在水介質中溶解后也含有金屬離子，但其與銀離子對毒性的表達模式有所不同。納米銀顆粒主要會阻斷大型蚤體內蛋白質的新陳代謝和信號轉換，但AgNO3則主要是抑制大型蚤的生長發育，尤其在感官方面較為嚴重。而當大型蚤通過吞食攝入了含有Ag的衣藻時會在攝食上有一個較大程度的減小，但暴露在AgNO3和納米銀溶液中的大型蚤體內銀離子積累量相同[。

底棲動物同樣適用于納米銀生物毒性的研究中，最常見的2種生物就是雙軟殼動物和螺類。在慢性暴露試驗下，當納米銀和AgNO3的濃度分別為5μg·L-1和63.5μg·L-1時就會發現指甲蛤的生殖開始出現負面情況，且2種形式都會改變指甲蛤的抗氧化酶活性。尖膀胱螺在高濃度的納米銀溶液下存活率會降低，但是當存在沉積物時會緩解這種情況。而長期暴露在0.01μg·L-1納米銀溶液中，其產卵率就會下降50%，納米銀對尖膀胱螺的危險性相當于捕食者的程度。當納米銀與17a-乙炔雌二醇聯合暴露時，則會顯著刺激胚胎發育。溪流搖蚊作為底棲生物的一種，對納米銀也有著一定程度的反應。但是當納米銀擁有有機物涂層時，會減小其在基因和氧化應激方面的反應，這可能是由于有機涂層會一定程度上減小銀離子的釋放，而在nCuO的研究中同樣也發現了類似的情況。雖然各種文獻表明目前環境中納米銀粒子的濃度低于環境預測濃度，但是大量試驗均已證明即使只有ng·L-1的納米銀粒子也已經對水生生物的影響表現出了巨大的潛力。而大量有納米銀參與的商業產品的使用使得原位分析迫在眉睫。

除了納米銀之外，還有幾種納米金屬材料也值得關注。研究發現，納米銅對幾種微藻的生長有抑制作用，且粒徑越小，抑制作用越強，與上述幾種材料的研究結果保持一致。同時還可以累積在虹鱒魚鰓部并通過降低支氣管Na+/K+-ATP酶的活性及血漿的離子濃度來發揮毒性作用，即納米銅可通過離子調控機制對虹鱒魚產生毒性作用，但其對虹鱒魚鰓部的抗氧化水平沒有影響。LanSong則較為全面地對虹鱒幼魚、黑頭呆魚和斑馬魚3種魚球狀50nm的nCu粒子水溶液的毒性進行了評估。確定了3種魚類在CuNPs溶液中96h的LC50分別為（0.68±0.15）、（0.28±0.04）和（0.22±0.08）mgCu·L-1，而96h的CuNPs最低可觀察濃度為0.17、0.23mg·L-1、<0.23mg·L-1。納米金的體外試驗表明其能影響細胞微自動力，引發線粒體損傷、氧化壓力和細胞的自我吞噬，對虹鱒魚肝細胞亦能產生負效應。目前關于Au以及Ag-Au雙金屬NPs對微藻的毒性報道還比較少，但是IgnacioMoreno—Garrido對此進行了較為詳細的總結，從納米金屬的種類、細胞大小、時間終端、范圍考慮，發現其均對微藻細胞產生不同的影響，并且小顆粒的AuNPs對貽貝的氧化代謝的影響比大顆粒要大。

納米金屬可對水生生物產生毒性，迄今大多研究均表明，其毒性作用可能是由其釋放出的金屬離子及自身的結構共同作用所致，與納米金屬氧化物的毒性有一定程度的相似，但對其毒性機制的探討仍需要進一步的研究。

3結論與展望

3.1結論

根據上述結果可以對納米材料的毒性進行總結：①納米顆粒粒徑越小，其毒性越大；②金屬納米材料的主要致毒原因是溶解出來的金屬離子，但也有其他方面的原因；③有機外殼會減緩金屬離子的釋放速率從而減小急性毒性，但是增加了時間延長了金屬納米材料的毒性壽命；④納米材料與其他污染物或有機質復合時會改變本身的毒性效果，但是誰占主導地位還有待研究。

3.2展望

淡水生態系統是人類資源的寶庫，為人們的日常生活用水提供有力的保障，其中的生物數量也是非常的龐大，如果無法控制納米材料的流入以及確定其制毒機制，不論是生物、人類還是整個生態系統都可能產生無法估計的嚴重后果。而隨著納米材料在各行各業中的大量使用，其在生物吸收和生物效應方面的研究也成為當務之急。但是由于納米材料在不同條件下性質會產生不定的改變，而且其生態危害性評價還依賴于材料自身性質（顆粒尺寸及來源）、暴露情況、在環境中存在的時間、生物體內穩定性、生物蓄積及生物放大作用等相關條件，因此納米毒理學的知識和體系目前尚不完善，還不能完全確定納米材料對生態系統的影響到底達到何種程度。

因此，今后的研究主要應該從以下幾個方面加以考慮：①根據不同納米材料的不同性質研究其在水環境中對水生生物的毒性作用機制、毒物代謝動力學及其他體內效應，同時加強對納米材料與其他環境污染物交互作用的研究；②納米材料可在水環境之間遷移或轉化，應當建立一套納米材料在不同水環境中的遷移轉化模型，并通過模型對納米材料在生物中的蓄積和生物降解過程做進一步的比較和研究，從而確定毒性在生物體內的轉移情況；③不同學者會根據自身實驗條件選擇不同的生物模型，但應當通過相應敏感實驗確定某種生物以用來進行原位分析，為實地毒性檢測和預防提供幫助；④相關檢測儀器的缺乏使得很多實驗進行緩慢甚至無法完成，因此發展新的檢測方法和儀器也應當是今后研究的重點。

篇3

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為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；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

二、納米技術在防腐中的應用

納米涂料必須滿足兩個條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因為納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、力學性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強大的界面結合力，可提高涂層的強度、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。

納米技術的應用為涂料工業的發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、添料與基料通過簡單的混配得到。同時納米粒子種類很多，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到所期望的性能和功能，需要經過大量的實驗研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。

納米涂料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料，性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國防銹涂料業也蓬勃發展，也可以生產納米漆。

我國自主生產的產品目前已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用。

三、納米材料在涂料中應用展前景預測

據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛生型涂料，適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強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。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，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良性之外，可在10℃到25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規定，使建筑行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量。

四、結語

由于目前應用納米材料對涂料進行改性尚處在初級階段，技術、工藝還不太成熟，需要探索和改進。但涂料的各種性能得到某些改進的試驗結果足以證明，納米改性涂料的市場前景是非常好的。

[論文關鍵詞]納米材料應用

[論文摘要]科技的發展，使我們對物質的結構研究的越來越透徹。納米技術便由此產生了，主要對納米材料和納米涂料的應用加以闡述。

參考文獻：

[1]橋本和仁等［J］.現代化工.1996(8):25～28.

篇4

[關鍵詞]納米材料；技術；涂料；應用

中圖分類號：TQ63文獻標識碼：A文章編號：1009-914X（2017）25-0397-02

1納米材料的概述

納米材料是指由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子組成的新一代材料。而納米技術是研究物質組成體系的運動規律和相互作用以及在應用中實現特有功能和智能作用的一種科學技術。納米涂料是利用納米粒子抗紫外線的性能對涂料進行改性，提高涂料的某些性能。納米涂料也是納米復合涂料，是在涂料生產過程中加入納米粒子，從而產生許多優異性能，使納米涂料具有優異的力學、熱學、光學及電磁學性能，這些都是傳統涂料不能比擬的，而且添加不同的納米粒子便生產出不同功能的納米涂料，從而擴大了涂料的應用范圍。

納米涂料的發展：首先，納米材料在我國的發展已經很廣泛，在市場上也取得較好的反應，納米建筑涂料是納米涂料用量最大的品種之一，也是提升傳統涂料的重點領域。近幾年來，納米材料的發展更為迅速，在建筑行業中，主要被用于改善建筑內墻涂料的抗菌性和建筑外墻涂料的耐候性，已經逐漸形成一種產業。但是還是落后于發達國家，國外的納米材料的應用，對于納米涂料的應用，國外對其的開發起步較早并形成產業化，美國對于納米材料的應用主要用于絕緣涂料、豪華轎車面漆以及軍事方面，還開展了在包裝上使用阻隔性涂層、透明并耐磨性涂料、光致變色涂料等納米涂料的應用研究。而日本主要在由光催化進行自動清潔涂料、靜電屏蔽涂料的研究方面取得成效并將其發展為產業化。

2納米材料的物理性能

納米材料中能級分裂和電子布局的變化；納米材料電子的強關聯或相關性；納米材料具備的激子過程和激發態；納米材料的表面態與表面結構：納米材料占比例較大的是的其表面，當納米材料減少到10nm時，體內原子和表面原子的數目比將達到50%。表面原子與體內原子所處的化學環境截然不同，因此會有表面相形成。但是，由于普通材料中，表面相受到比例小的影響，局限性較大。對于納米材料來說，由于自身表象與體相比例相差不大，因此，在許多物理變化以及化學變化中的作用顯著，而且更加利于人們對其進行研究；納米材料的量子隧穿與納米尺度的耦合：目前改性涂料所使用納米材料一般為半導體納米材料，如納米SiO2、TiO2、ZnO等，半導體納米材料比較特殊；具有光學性；納米半導體粒子，1-100nm。由于量子尺寸效應差異較大，因此目前最活躍的研究領域之一就是納米半導體粒子的光化學性質和光物理性質，對于納米半導體粒子所具有的室溫光致發光及超快速的光學非線性響應等特性更加受到關注。一般情況下，當導體激子玻爾半徑與導體粒子尺寸半徑極其相近時，隨著導體粒子尺寸的變化，其導體的有效帶隙也隨之發生變化。導體尺寸越小，其導體的有效帶隙越多，其相應的熒光光譜和吸收光譜會發生藍移，最終形成能級在能帶中。

3納米材料的其他性能

3.1光學性能：當納米微粒的粒徑與電子的德布羅意波長、超導相干波長以及玻爾半徑相當時，其具有較為顯著的尺寸效應。同時，納米材料的比表面使處于小顆粒內部的電子、原子以及處于表面態的電子、原子與的行為有很大的差別，影響納米微粒的光學特性與納米材料的這種量子尺寸效應和表面效應有很大的關系。這是同樣材質納米材料的宏觀大塊物體不具備的。例如SiO2、TiO2、ZnO等，能夠很好的吸收紫外光，而其中一些氧化物幾乎不吸收紫外光，例如亞微米的TiO2。由于這些納米材料具有良好的半導體特性，因此容易吸收紫外光，其主要原因是由于電子被激發發生躍遷，從而吸收紫外光線。納米材料與具有相同材質的大塊材料相比，納米材料在吸收紫外光線過程中，會出現藍移現象，出現藍移現象的原因有，量子尺寸發生變化，能隙變寬，光吸收靠近短波。另一種是表面效應。大的表面張力使晶格畸變，晶格常數變小。

3.2吸附性能：當不同相相接觸并且互相結合時，就是吸附現象。納米微粒與材質相同的一些材料相比吸附性較強，主要是由于其比表面積較大，并且其表面得原子不能足夠配位。影響納米材料吸附性能的因素較多，其中，溶液性質、被吸附物質的性質、溶劑性質都可能對其產生影響。比如，水溶液的PH值不同，納米材料微粒的電性也不相同，有可能帶正電、也有可能帶負電、還有可能呈中性。這些粒子所形成的吸附鍵不同，其吸附作用也具有差異。一些納米材料能夠利用氣體，形成吸附層，如納米氧化物可以與空氣中的一些氣體結合形成吸附表層。氣體不同，形成的吸附層也不相同。

4納米材料在涂料中的應用

4.1力學性能的改善

涂料力學性能主要表現在強度、硬度、耐磨性等方面，涂料力學性能的好壞直接關系到涂料的使用壽命。在涂料實際應用過程中，受多種因素的影響，會出現力學性能的變化，從而難以發揮涂料應有的作用。而納米材料的應用能夠有效地改善涂料的力學性能。納米材料中的納米粒子比表面積要大，能夠與有機樹脂基質之間存在良好的界面結合力，大顆粒與成膜物之間的空隙非常小，能夠有效地減少毛細作用，從而提高涂層的強度、硬度以及耐磨性。

4.2光學性能的改善

涂料主要是涂在物體表面，而在物體表面，涂料很容易腐化、脫落，而出現這種問題的根源就在于涂料的光學性能比較差，涂料在太陽的照射下快速地發生反應。而納米材料具備大顆粒所不具備的光學性能。當納米級微粒摻和進母體材料時，可以提高母體材料的透明性，從而直接散射紫外光，同時，能夠將紫外光纖帶出散射區域，從而大大的增強涂料的曝光、保色及抗老化性能。

4.3提高光催化效率

就納米材料而言，納米粒子尺寸小，比表面積要大，表面原子配位不全，從而使得表面活性點增多，由于表面活性點比較多，反應接觸面就比較大，催化效率就要高。對于涂料這種產品而言，納米材料的可以作為涂料的光催化劑，因納米粒子的粒徑小，粒子吸收光能后，激發出的極子所到達表面的數量就會增多，從而加速催化，提高涂料的光催化性能。如二氧化鈦的光催化性能，這種光催化劑集廣泛應用于廢水處理、有害氣體凈化、日用品等領域，同時還可以環境保護涂料自己殺菌涂料。

5納米材料在涂料中應用的關鍵問題

納米材料作為科技產物，它的作用毋庸置疑，但是就納米材料在涂料中的應用來看，還處于初級階段，在實際應用過程中出現了一些問題，納米材料在涂料中的應用還有待于深入研究。納米微粒比表面積以及表面張力大，納米微粒容易吸附而發生團聚，而這種易團聚的粒子很難分散開來，如果這些團聚的粒子沒有良好的分散，就難以發揮納米材料在涂料中應有的作用。因此，針對納米粒子團聚問題，就必須深入研究納米粒子團聚后的分散，要加大研究，以科學、先進的方法來講這些團聚的粒子來分散。納米材料屬于該科技產品，納米材料在涂料中的應用與其他材料在涂料中的應用情況有著一定的區別，納米材料在應用過程需要根據涂料的特性來進行，但是就目前來看，納米材料對涂料的作用研究還不夠深入，以至于納米涂料技術水平不夠高，涂料性能與國外相比存在著一定的差距。因此，加大科技的研究是納米材料普及應用的保障。一方面，要繼續深入研究納米材料科技，不斷提高納米材料技術含量，另一方面，要加強國際合作，學習國外先進的技術理念，從而更好地發揮納米材料在涂料中的作用，不斷能提高涂料的性能。

6納米材料及其技術在涂料中的應用

6.1TiO2在涂料中的應用

納米TiO2具有光學效應，其粒徑發生改變，光學效應也發生變化。納米TiO2中的金紅石型材料能夠變色，角度不同，顏色隨之發生改變。多應用于汽車噴漆中，能夠產生一些很神奇的變化。利用納米TiO2中的紫外吸收特性，對汽車面漆的耐候性能有較大的提升。除此之外，納米TiO2還具有光催化特性，利用其這一特性，能夠對空氣產生凈化作用，并且對于空氣中的其他污染物進行降解，保護環境。

TiO2的光催化效應及應用：納米二氧化鈦具有高的光催化活性，是一種光催化半導體抗菌劑，在波長小于400nm的光照下，能吸收能量高于其禁帶寬度的短波光輻射，產生電子躍遷，價帶電子被激發到導帶，形成空穴-電子對，并將能量傳遞到周圍介質，誘發光化學反應，具有光催化能力。一般抗菌劑有殺菌作用，但不能分解毒素，而二氧化鈦利用生成的活性氧殺菌，并且能使細菌死后產生的內毒素分解。納米TiO2廣泛應用于自潔陶瓷、玻璃以及廚房和醫院設施中，一些高速公路兩側的護墻上也涂有納米TiO2以消除汽車尾氣的影響。

TiO2的紫外屏蔽應用：納米TiO2的小尺寸效應、量子效應和誘導效應可使光吸收帶藍移，產生強的紫外吸收。納米TiO2具有很好的紫外線屏蔽作用，也是一種防老化材料，可將其均勻分散到涂料中制成紫外線屏蔽涂層和抗老化涂層。納米TiO2作為一種良好的永久性紫外線吸收材料還可用于配制耐久型外用透明面漆，一般用于木器、家具、文物保護等領域。

6.2SiO2在涂料中的應用

納米SiO2是無定型白色粉末，是一種無毒，無味，無污染的無機非金屬材料，表面存在不飽和的殘鍵和不同鍵和狀態的羥基，其分子結構呈三維網狀結構。

納米顆粒的比表面積和表面張力都很大，容易相互吸附而發生團聚。而納米粒子如果不能真正的以納米級分散在涂料中，就失去了其應有的作用。添加納米SiO2的涂料具有防流掛，施工性能良好，尤其是抗沾污性大大提高，具有優良的自清潔性能和附著力。納米二氧化硅具有極強的紫外吸收、紅外反射特性，它添加在涂料中，能對涂料形成屏蔽作用，達到抗紫外老化和熱老化的目的，同時增加涂料的隔熱性。

6.3納米CaCO3在涂料中的應用

納米碳酸鈣的主要作用是改善涂料的性能，使涂料的觸變性更好，在施工的過程中防止流掛并增加涂料的貯存穩定性。納米碳酸鈣改善涂料觸變性的主要原因是由于納米碳酸鈣粒子表面相互聚集的氫鍵作用力不強，很容易被剪切力切開，在使用的時候這些氫鍵在外部剪切力的作用下又可以迅速的恢復，能夠迅速的重整結構。納米碳酸鈣對涂膜有一定的補強作用，同時還具備其他納米材料的普遍共性“藍移”現象。從納米碳酸鈣的結構來看，部分納米粒子聚集并形成一次鏈狀結構，這種結構可以將涂料的結構化水平提高，在與聚合物混合時形成的物理纏結能力增強，從而增加涂膜補強效果。

7結束語

綜上所述，加強對納米材料及其技術在涂料產業中應用的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的納米材料及其技術應用過程中，應該加強對其關鍵環節與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

作者：韓繼強

參考文獻 

篇5

關鍵詞：納米材料應用

納米發展小史

1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。

1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。

什么是納米材料

納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為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；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。

一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。

1、納米技術在防腐中的應用

由加拿大萬達科技（無錫）有限公司與全國涂料工業信息中心聯合舉辦的無毒高效防銹顏料及其在防腐蝕涂料中的應用研討會近日在無錫召開。

中國工程院院士、裝甲兵工程學院徐濱士教授，上海交通大學李國萊教授，中化建常州涂料化工研究院錢伯榮總工等業內知名人士分別在會上作了報告，與會者共同探討了納米技術在防銹顏料中及涂料中的應用、無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用以及新型防銹涂料和防銹試驗方法發展等課題。

徐院士就當前納米技術的發展情況作了簡單介紹，他指出：納米技術的研究對人類的發展、世界的進步起著至關重要的作用，誰掌握了納米技術，誰就站在了世界的前列。我國納米技術的研究因起步較早，現基本能與世界保持同步，在某些領域甚至超過世界同行業。

作為國內表面處理這一課題的領頭人，徐院士重點談了納米技術對防銹顏料及涂料發展的促進作用。他說，此前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒防銹顏料，有的性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相比，但均因價格太高，國內尚未引進。我國防銹涂料業亟待一種無毒無害、性能優異而又價格低廉的防銹顏料來提升防銹涂料產品的整體水平，增強行業的國際競爭力。

中化建常州涂料化工研究院高級工程師沈海鷹代表常州涂料院，在題為《無毒高效防銹顏料在防腐蝕涂料中的應用》報告中，詳細介紹了復合鐵鈦醇酸防銹漆及復合鐵鈦環氧防銹漆的生產工藝、生產或使用注意事項、防銹漆技術指標及其與鐵紅、紅丹同類防銹漆主要性能的比較。

在紅丹價格一路攀升的今天，這一信息無疑給各涂料生產廠商提供了巨大的參考價值，會場氣氛十分熱烈，與會者紛紛提出各種問題。萬達科技（無錫）有限公司總工程師李家權先生就復合鐵鈦防銹顏料的防銹機理、生產工藝、載體粉的選擇、產品各項性能指標及納米材料的預處理方法等一一做了詳細介紹。

目前產品已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，為此獲得了中國專利技術博覽會金獎.復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用，并已由總裝備部作為重點項目在全軍部分裝備上全面推廣使用。

本次會議的成功召開，標志著我國防銹涂料產業新一輪的變革即將開始，它掀開了我國防銹涂料朝高品質、高技術含量、高效益及全環保型發展的嶄新一頁。其帶來的經濟效益、社會效益不可估量。這是新型防銹顏料向傳統防銹顏料宣戰的開始，也吹響了我國防銹涂料業向高端防銹涂料市場發起沖擊的號角2、納米材料在涂料中應用展前景預測

據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。

由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。

在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。預期十五期間，各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。

納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。

我國每年房屋竣工面積約為18億平方米，年增長速度大約為3％。18億平方米的建筑若全部采用建筑涂料裝飾則總共需建筑涂料近300萬噸，約200～300億元的市場。目前，我國建筑涂料年產量僅60多萬噸，世界現在涂料年總產量為2500萬噸，每人每年消耗4千克，為發達國家的1／10，中國人年均涂料消費只有1.5千克。因而，建筑涂料具有十分廣闊的發展前景。

納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛

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很多人都曾預言在21世紀納米技術將成為一項最有前途的技術，主要原因在于它具有網絡技術和基因技術所不可比擬的優勢。正因如此，世界各個國家加大了對納米技術的研究，投入了大量的人力物力，并相繼啟動了納米計劃，進一步推動了納米制備方法的創新。在這種大環境下，我國相關研究者也應當順時而變，不斷提高納米材料制備水平，創造出多種多樣的制備方法。

1納米材料的性質

納米材料具有大量界面以及高度的彌散性，它能夠為原子提供轉成擴散途徑。除此之外，納米材料所表現的力、熱等性質，與傳統經濟材料相比，還具有其自身獨特的特性，因此被應用到各個領域。

11力學性質

結構材料開發一直以來都以高韌、高硬、高強為主題。材料制作如果融進了納米材料的話，其強度就會與粒徑成反比。納米材料的位錯密度相對較低，不僅如此，其臨界位錯圈的直徑要遠遠高于納米晶粒粒徑，通常情況下，增值后位錯塞積的平均間距與晶粒相比，略微大一些，這種現象使得納米材料不會發生位錯滑移和增值等相關現象，這就是我們眾所周知的納米晶強化效應。[1]作為一種刀具，金屬陶瓷已經有很多年的歷史了，然而，其力學強度卻一直沒有突破，主要原因在于一是金屬陶瓷的混合燒結，二是晶粒粗大。如果將納米技術制成超細或納米晶粒材料的時候，金屬陶瓷的硬度等基本性質就有了大幅度提高，從而在加工材料刀具領域占據了非常重要的位置。現階段，使用納米技術制作纖維和陶瓷等產品已經應用到各行各業的領域當中。

12磁學性質

近些年來，計算機硬盤系統的磁記錄密度得到了極大地提高，現階段已經超過了155Gb/cm2，也就是說，感應法讀出磁頭等已經難以滿足社會的需求，然而，如果我們將納米多層膜系統應用到計算機硬盤系統中，則可以有效提高巨磁電阻效應，其低噪聲和靈敏度都能夠滿足需求。與此同時，我們還可以將其應用在新型的磁傳感材料當中。高分子復合納米材料能夠很好地投射可見光，與傳統的粗晶材料相比，對可見光的吸收系數要高出很多，然而，該種材料對紅外波段的吸收系數則相對較少，正是這個原因，使其能夠在光磁系統、光磁材料中被廣泛應用。

13電學性質

眾所周知，納米材料的電阻在晶界面上原子體積分數增大情況下要遠遠高于同類粗晶材料，甚至還會產生絕緣體轉變。通過充分利用納米粒子效應我們可以制作成超高速、超容量、超微型低能耗的納米電子器具，從長遠角度來看，這種做法在不久的將來會有很大的成就，甚至還有可能超過現階段半導體器件。[2]2001年，相關研究者用碳納米管制成了納米晶體管，這種納米晶體管將晶體三極管的放大屬性充分地體現出來。不僅如此，根據碳納米管在低溫下的三極管放大特性，研究者還將室溫下的單電子晶體管研制出來。筆者相信，隨著研究的不斷深入，我們還能夠研制出更多的符合社會需求的物品。

14熱學性質

與一般非晶體和粗晶材料相比，納米材料的比熱和熱膨脹系數值都非常高，界面原子排列相對比較混亂、原子的密度較低等綜合作用變弱是導致這種現象的主要原因。正因如此，我們可以將其廣泛應用在儲熱材料等領域，相信會有一個更為廣闊的市場。

15光學性質

納米粒子的粒徑要遠遠低于光波波長。其與入射光之間的作用為交互作用，通過控制粒徑和氣孔率等途徑，光透性可以得到更為精準的控制，這也是其為什么能夠在光感應和光過濾中得到大范圍應用的主要原因。[3]納米半導體微粒的吸收光譜由于受量子尺寸效應的影響，通常都會存在一種藍移現象，它的光吸收率非常大，因此，我們可以將其廣泛應用在紅外線感測器材料。

16生物醫藥材料應用

與紅血細胞相比，納米粒子相對較小，它能夠在血液中運動自如，那么，如果我們將納米粒子應用到機器人制作當中，并將其注入人體血管內，就可以實現全方位的檢查人體，將人體腦血管中的血栓清除干凈，甚至還可以將心臟動脈脂肪沉積物等消除，除此之外，還可以將這種機器人應用到吞噬病毒，殺死癌細胞。納米材料也可以應用到醫藥領域，能夠極大地促進藥物運輸。

2納米材料的制備方法

21液相法

液相法其實就是指在一定的方法下將潛在溶液中的溶劑和溶質通過一定的方法進行分離，在這種情況下，溶劑中的溶質就能夠逐步形成一種顆粒，不僅如此，這些顆粒的大小甚至這些顆粒的形狀都是一定的，在此基礎上，我們可以熱解處理這些前軀體，經過上述步驟，就可以制備一定的納米微粒。液相法的有點數不勝數，包括制備的設備相對簡單，制備材料容易獲得等。現階段，液相法的發展情況相對較為廣泛，得到了大家的普遍關注。具體來說，可以包括沉淀法和溶膠―凝膠法。這兩種方法是液相法中比較常用的方法，方便、簡單，是很多研究者進行納米材料制備時候的首選方法。

22氣相法

所謂氣相法主要是與液相法相對來說的一種納米制備方法，其應用范圍要略微低于液相法。該種方法是指通過一定的手段，在一定條件下直接將物質轉變為氣體，然后再使氣態物質在氣體的條件下逐步發生物化反應，最后，我們就可以通過凝聚處理等方式，形成一定量的納米微粒。[4]從該種納米材料制備方法的制備過程和制備的條件來看，其具有其他制備方法無法比擬的優勢，具體來說，主要包括以下幾個方面：

一是制備的納米微粒粒徑存在較小的差異，且能夠實現均勻分布；二是我們能夠輕易地控制納米微粒的力度；三是微粒的分散性要遠遠高于其他同類制備方法。如果將氣相法和液相法放在一起進行比較，我們不難發現，氣相法能夠以自身獨有的優勢將那些液相法所不能夠生產出來的納米微粒生產出來，由此可見，該種制備方法的優勢非常明顯。[5]

化學氣相法的應用范圍非常廣泛，其又被相關研究者稱之為氣相沉淀法，英文名稱簡稱為CVD，它能夠充分利用金屬化合物的揮發屬性，并通過化學反應等途徑，使所需要的化合物在保護氣體環境下迅速冷凝，這樣才能夠制作出各類物質的納米微粒，在氣相法中，該種方法是一種比較典型的應用，當然，其也是一種運用比較廣泛的制備方法。[6]運用該種方法所制備的納米微粒顆粒比較均勻，且具有較高的純度，分散性也相對較強。根據加熱的方式方法不同，我們可以將該種方法進行分類，例如可以將其分為熱化學氣相沉積法、激光誘導沉積法等。

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納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征，引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產領域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。

一、納米材料的特殊性質

（一）力學性質

高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。

（二）磁學性質

當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。

（三）電學性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。

（四）熱學性質

納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。

二、納米材料在化工行業中的應用

（一）在催化方面的應用

催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。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，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。

（二）在涂料方面的應用

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、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、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、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。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，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性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統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、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。

（三）在精細化工方面的應用

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關鍵詞：H2O2；無酶；傳感器；檢測

1 概述

過氧化氫（H2O2）被廣泛應用于化工、印染、食品等行業。H2O2也是生物體系中一種重要的物質，因此H2O2的檢測具有重要的意義。電化學法檢測H2O2主要采用電流型生物傳感法。生物傳感法又分為酶法和無酶法。酶法具有高選擇性和靈敏度，但酶易受外界因素（溫度、介質、溫度、濕度等）影響，因此，無酶法備受關注。

2 金屬納米材料構建的無酶H2O2傳感器

2.1 貴金屬納米粒子構建的無酶H2O2傳感器

金屬納米材料，特別是貴金屬納米材料，具有多重氧化態和吸附特性，具有較高的催化活性。Pt、Pd、Au、Ag由于具有較高的催化活性，均可構建無酶H2O2傳感器。傳感器性能會受到電極材料、材料修飾方法及納米材料形貌的影響。采用Pt納米粒子修飾的玻碳電極（GCE）比ITO檢測限低2個數量級。PdNPs/MWCNTs/Nafion修飾GCE相對于PdNPs修飾GCE對H2O2的檢測具有更寬的線性范圍。金納米粒子的形貌會影響H2O2的靈敏度[1]。GCE表面的金納米微球（AuNSs）和金納米棒（AuNRs）的比例為1：3和1：5時，對H2O2檢測的靈敏度分別為 54.53μ AmM-1和58.51μAmM-1，均比金納米粒子修飾GCE（11.13 μAmM-1）高很多。

2.2 雙金屬納米粒子構建的無酶H2O2傳感器

近年來，雙金屬納米材料相對于單一金屬納米材料既具有較高的催化活性，又具有納米材料獨特的性能，因此引起人們廣泛的興趣。AuAg、AuPt、AuPd、PtPd[2，3]、PtSe、PtIr、PdRh可用于構建無酶H2O2傳感器。啞鈴型PtPd/Fe3O4納米復合材料構建的無酶H2O2傳感器[2]，對H2O2的還原具有較高的催化性能，與PtPd納米粒子構建的無酶H2O2傳感器[3]相比，PtPd/Fe3O4具有更低的檢測限，可能是PtPd納米粒子與Fe3O4納米材料協同作用的結果。

2.3 金屬氧化物納米粒子構建的無酶H2O2傳感器

金屬氧化物納米材料是新型半導體材料，因其納米顆粒的粒徑極小、比表面積極大，而表現出截然不同于其他材料特性，在光學、電子學、傳感器、特殊催化、染料敏化太陽能電池等領域有重要的應用。MnO2[4]、TiO2[5]、CO3O4[6]、CuO[7，8]和Cu2O可以構建無酶H2O2傳感器。但大多數金屬氧化物納米粒子基于H2O2的電催化氧化，因此具有較高的檢測電位。MnO2與磷酸雙酯復合膜電極[4]、TiO2/MWNTs修飾電極[5]、CO3O4修飾電極[6]對H2O2檢測電位分別為0.65V（vs. SCE）；0.4V（vs. Ag/AgCl）；0.42V（vs. SCE）。檢測電位過高會影響實際生物樣品的分析。基于CuO納米材料修飾電極檢測電位較低，分別為0.1V（vs. Ag/AgCl）[7]和-0.3V（vs. SCE）[8]，因為CuO對H2O2既有氧化作用，又有還原作用。CuO更適合構建無酶H2O2傳感器。

3 結束語

貴金屬、雙金屬和金屬氧化物納米材料構建的無酶H2O2傳感器對H2O2的檢測具有操作方便、快速，靈敏度高，穩定性高，重現性好，抗干擾能力強等優點。當然，也存在一些缺點，例如檢測受到空間限制，不能實時監測。

感謝浙江省嘉興學院南湖學院院內科研重點課題項目：半導體納米材料的可控合成及其在無酶電化學傳感器中的應用（N41472001-10）項目的資助。

參考文獻

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納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征，引起物家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產領域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。

1.在催化方面的應用

催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使效益難以提高，而且對環境也造成污染。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，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。

光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，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溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在上的應用帶來革命性的變革。

2.在涂料方面的應用

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、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、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、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。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，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性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統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、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。

3.在其它精細化工方面的

精細化工是一個巨大的領域，產品數量繁多，用途廣泛，并且到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2，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。此外，納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2，可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優良的紫外線屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業。最近又開發了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強烈吸收太陽光中的紫外線，產生很強的光化學活性，可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優點，在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境領域，除了利用納米材料作為催化劑來處理工業生產過程中排放的廢料外，還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能對這些制劑進行過濾，從而消除污染。

4.在醫藥方面的應用

21世紀的健康科學，將以出入意料的速度向前，人們對藥物的需求越來越高。控制藥物釋放、減少副作用、提高藥效、發展藥物定向，已提到日程上來。納米粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便。用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；使用納米技術的新型診斷儀器，只需檢測少量血液就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病，美國麻省理工學院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向導彈”。該技術是在磁性納米微粒包覆蛋白質表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動，因此可以用來檢查和治療身體各部位的病變。對納米微粒的臨床醫療以及放射性治療等方面的應用也進行了大量的研究工作。據《人民日報》報道，我國將納米技術應用于醫學領域獲得成功。南京希科集團利用納米銀技術研制生產出醫用敷料——長效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產原理是通過納米技術將銀制成尺寸在納米級的超細小微粒，然后使之附著在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過納米技術處理后的銀表面急劇增大，表面結構發生變化，殺菌能力提高200倍左右，對臨床常見的外科感染細菌都有較好的抑制作用。

微粒和納粒作為給藥系統，其制備材料的基本性質是無毒、穩定、有良好的生物性并且與藥物不發生化學反應。納米系統主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。

納米生物學用來研究在納米尺度上的生物過程，從而根據生物學原理發展分子應用工程。在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質特別是酶，從而控制生化反應。這在生化技術、酶工程中大有用處。使納米技術和生物學相結合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細胞內的生物信息，從而了解機體狀態，深化人們對生理及病理的解釋。

篇10

關鍵字：納米技術；建材；性能；功能

納米技術不僅具有相當的理論研究價值，而且在當下和未來都具有廣泛的應用前景，是最近十多年來最具發展和研究前景的技術之一。早在上個世紀的八十年代末，納米科技的研發就受到了世界各國的重視，甚至有部分走在前沿的國家已經實現了對該項技術的應用。現階段來看，納米科技已經在不少的傳統行業中得到了應用，例如：醫療、食品科技以及建筑材料等。其作為一項新興科學，對建材的影響較大，不僅提高建筑工程的質量水平，更使得建筑的功能性和適用性得到了強化。同時，納米技術的應用對我國建筑行業而言也具有相當重要的意義，尤其是通過高新技術的優勢來拓展國外市場。

一、納米技術的發展及其現狀

距離最初概念的提出，納米技術已經有40多年的發展，但是其仍舊還有許多的發展空間，可以發展出更多的功能和應用方向。從納米材料的內涵和特點來看，其發展大致可以劃分為三個階段。第一階段（1990年以前）。這一階段主要是進行理論探索和研究，并且嘗試利用各種手來制造出具有納米顆粒的粉體，甚至是塊體（包括薄膜）。并將制造的方法進行評估和總結，對其特性進行歸納和分析。研究的對象一般局限在單一材料和單相材料，國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（1990~1994年）。這一階段是人們對該技術應用的理論提升階段，通過其他學科的融合，納米材料在物理和化學之中的性能特點已經得到了一定的發掘，并且應用到復合型的材料設計之中。同時，這種粒子復合、塊體復合以及復合材料的合成物都該項技術在這一階段的研究重點方向。第三階段（從1994年到現在）。這一階段的技術研究和應用已經有了不斷的拓展，也受到了來自于民眾的關注，國際上更是掀起了一股發展。若是對第一階段和第二階段進行總結，前兩個階段的研究還存在一定的盲目性，在這一階段已經具有明確的方向，技術上也可以滿足人們的操作意愿，來進行設計、組裝、創造新的體系，并且使之具有人們所希望的特性。

二、納米技術在建筑材料中的應用

（一）納米水泥的應用

普通的水泥混凝土往往會具有較大的剛性，而缺乏柔性，這也使得水泥存在固有缺陷難以解決，往往會在今后的施工過程中出現開裂及其他破壞問題。而納米技術的應用者有效的對該類問題進行了解決。因為在應用了納米技術之后，混凝土的強度、硬度、抗老化性以及耐腐蝕等性能得到了有效的強化，同時還可以對電磁波和聲音進行有效的吸收，滿足了建筑物對隔音效果的要求。同時，這類材料也應用到一些特殊建筑使用當中。

（二）納米玻璃的應用

普通的玻璃往往自動的吸附空氣之中的各類有機物，從而是玻璃表明形成一種難以清洗干凈的有機污垢。同時還存在其他的不足之處，影響玻璃的透視度。例如：玻璃容易產生水霧，從而使得可見度受到極大的限制。然而，通過利用Ti02來對平板玻璃正反兩面進行薄膜的鍍制處理，則可以有效的決解這類缺陷所造的影響。除此之外，Ti02作為光催化劑在陽光的作用下，還能夠對甲醛和氨氣等有害物質進行分解和消除。同時，這類措施的應用也可以更好的提高的玻璃在透光性和機構強度等方面的效果。這種玻璃的應用極大的減小了屏幕玻璃、大度玻璃、住宅玻璃等領域的人工清洗困難，節約了清洗的人工或機械成本。

（三）納米技術在陶瓷材料中的應用

由于陶瓷具有很強的耐高溫性和抗腐蝕性，而且還具備相當的觀賞性，因此得到建筑產業的廣泛青睞，尤其是在進行墻體和地面的裝飾時。然而，陶瓷卻及其容易發生脆性損壞，這也造成了該類材料的應用范圍受到了極大的限制。將納米技術融入到陶瓷材料的開發和研制之后，卻使得該類材料具有比過去更高的可塑性，甚至可以吸收一定的外來能量。甚至有部分研究生獨創性的將金屬碳纖維加入到陶瓷材料之中，極大的提升陶瓷的強度，同時具有極其優秀的抗燒燭性，故而這類材料也被應用火箭噴氣口的制作。用納米級SiC、Si3N、ZnO、Si02、Ti02以及A1203等粒子所制成的陶瓷材料，具有比以往更加高的硬度和韌性，即使是在較大的溫差之下也能夠保持原有的形態，不會參數破損，具有相當廣泛的應用范圍和前景。

（四）納米技術在防護材料中的應用

目前的比較常用的防水材料是通過在膠料中加入炭黑等物質來形成，這種材料雖然制作簡單，價格便宜，但是卻沒有較長的使用壽命，極易在使用過程中發生的腐蝕和老化，給居民生活帶來了極大的不便。因此，建筑材料的研究者們也髙希望可以研制出具有強、耐腐燭、抗老化性能的防水材料。在通過不斷的研究和技術融合之后，納米級的防水材料得以被研發出來，這種材料最早被北京建筑科學研究院所發現，具有較強的耐腐蝕和耐老化性能。這種納米材料所制造的防水卷材，擁有一定的強度和韌性，更比傳統材料表現出了更高抗老化性和光熱穩定性等，從而得到建筑工程的廣泛運用。

（五）納米保溫材料

近幾年來，我國逐步強化了對節能減排的要求。在建筑施工的過程中，也越發注重對建筑保溫性和環保性的標準，尤其是針對目前我國大范圍采用的傳統保溫隔熱材料。因為諸如：聚氨酯、石棉等傳統隔熱保溫材料會在使用過程中產生不少對人體有害的物質，甚至是人體癌癥的主要誘因，同時也是大氣污染的主要來源，這是我國建筑產業要盡快改善的部分。然而，納米建筑材料的應用卻有效避免了這部分的危害，例如：無機硅酸鹽為主要原材料的納米材料。該材料是經髙過高溫和壓才形成的一種納米級功能性材料，具有良好的保溫隔熱性，但是同時有具有穩定的化學性質，不會產生對人體損害的物質，是我國目前比較倡導的一種綠色環保保溫材料。

三、結束語

目前，納米技術的研究已經是世界各國的重要項目。納米技術在自身不斷發展的同時也對許多傳統行業產生了不少的改進。從建筑行業來看，納米建筑材料的應用必然會產生不小的推進作用，尤其是能耗優化、質量提升以及環保等多個方面。這樣一來，建筑材料中納米技術的應用水平便覺得該企業的競爭力水平，對于我國的建筑企業而言，正是走入世界舞臺的重要助力，具有十分重要的現實意義。

作者:趙宇晗 單位:遼寧建筑職業學院

參考文獻:

[1]趙文軒,張越.建筑材料中納米材料和納米技術的應用[J].河南建材,2012,02:24-26.