納米到底啥意義?

【專家解說】：如果我告訴你，鐵、鉛、鎳在空氣中都可以自燃，你一定不會相信。沒錯，如果把鐵釘、鐵絲放在火上燒，即使燒紅它們也不會燃燒起來?？墒侨绻谚F釘、鐵絲制成納米材料，鐵在空氣中就能自燃。 說到納米材料，什么是納米呢？其實納米是一個長度計量單位，1 米等于1000，000，000納米，可見納米是多么小的一個計量單位。用納米這么小的微粒制成的材料就是納米材料。 納米材料出現(xiàn)于20世紀80年代中期，和宏觀材料迥然不同，它具有奇特的光、電、磁、熱和力、化學(xué)等方面的性質(zhì)。 用金屬制成的納米材料硬度會提高數(shù)倍，而且竟然會變成不導(dǎo)電的絕緣體；納米陶瓷很有韌性，可以重擊而不碎；納米材料的熔點會大大降低，金的熔點是1063℃，制成納米材料后熔點會降為330℃；納米鐵的抗斷裂應(yīng)力比普通鐵提高12倍；納米藥粉可以直接作血液注射……。 納米材料的這些優(yōu)異性能使得它剛一出現(xiàn)就引起了人們濃厚的興趣和關(guān)注?？茖W(xué)家相信，21世紀，納米材料將會有日新月異的發(fā)展。 但是，納米材料在生產(chǎn)技術(shù)上還存在許多問題。納米材料可以說是超微粒材料，用一般的研磨方法是不可能得到的，目前一般選用較為特殊的物理或化學(xué)方法，但這些方法成本很高，而且不能大規(guī)模生產(chǎn)。 “納米”是英文namometer的譯名，是一種度量單位，1納米為百萬分之一毫米，即1毫微米，也就是十億分之一米，約相當于45個原子串起來那么長。納米結(jié)構(gòu)通常是指尺寸在100納米以下的微小結(jié)構(gòu)。1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，便誕生了一門以0?1至100納米長度為研究分子世界，它的最終目標是直接以原子或分子來構(gòu)造具有特定功能的產(chǎn)品。因此，納米技術(shù)其實就是一種用單個原子、分子制造物質(zhì)的技術(shù)。 從迄今為止的研究狀況看，關(guān)于納米技術(shù)分為三種概念。第一種，是1986年美國科學(xué)家德雷克斯勒博士在《創(chuàng)造的機器》一書中提出的分子納米技術(shù)。根據(jù)這一概念，可以使組合分子的機器實用化，從而可以任意組合所有種類的分子，可以制造出任何種類的分子結(jié)構(gòu)。這種概念的納米技術(shù)未取得重大進展。?第二種概念把納米技術(shù)定位為微加工技術(shù)的極限。也就是通過納米精度的“加工”來人工形成納米大小的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。這種納米級的加工技術(shù)，也使半導(dǎo)體微型化即將達到極限?，F(xiàn)有技術(shù)即便發(fā)展下去，從理論上講終將會達到限度。這是因為，如果把電路的線幅變小，將使構(gòu)成電路的絕緣膜的為得極薄，這樣將破壞絕緣效果。此外，還有發(fā)熱和晃動等問題。為了解決這些問題，研究人員正在研究新型的納米技術(shù)。?第三種概念是從生物的角度出發(fā)而提出的。本來，生物在細胞和生物膜內(nèi)就存在納米級的結(jié)構(gòu)。 1980年的一天，在澳大利亞的茫茫沙漠中有一輛汽車在高速奔馳，駕車人是一位德國物理學(xué)家H?格蘭特(Gleiter)教授。他正駕駛租用的汽車獨自橫穿澳大利亞大沙漠?？諘?、寂寞、孤獨，使他的思維特別活躍。他是一位長期從事晶體物理研究的科學(xué)家。此時此刻，一個長期思考的問題在他的腦海中跳動：如何研制具有異乎尋常特性的新型材料? 在長期的晶體材料研究中，人們視具有完整空間點陣結(jié)構(gòu)的實體為晶體，是晶體材料的主體；而把空間點陣中的空位、替位原子、間隙原子、相界、位錯和晶界看作晶體材料中的缺陷。此時，他想到，如果從逆方向思考問題，把“缺陷”作為主體，研制出一種晶界占有相當大體積比的材料，那么世界將會是怎樣??格蘭特教授在沙漠中的構(gòu)想很快變成了現(xiàn)實，經(jīng)過4年的不懈努力，他領(lǐng)導(dǎo)的研究組終于在1984年研制成功了黑色金屬粉末。實驗表明，任何金屬顆粒，當其尺寸在納米量級時都呈黑色。納米固體材料(nanometer sized materials)就這樣誕生了。 納米材料一誕生，即以其異乎尋常的特性引起了材料界的廣泛關(guān)注。這是因為納米材料具有與傳統(tǒng)材料明顯不同的一些特征。例如，納米鐵材料的斷裂應(yīng)力比一般鐵材料高12倍；氣體通過納米材料的擴散速度比通過一般材料的擴散速度快幾千倍等；納米相的銅比普通的銅堅固5倍，而且硬度隨顆粒尺寸的減小而增大；納米陶瓷材料具有塑性或稱為超塑性等。 效應(yīng)顏料 這是納米材料最重要最有前途的用途之一，特別是在汽車的涂裝業(yè)中，因為納米材料具有隨角變統(tǒng)汽車面漆大增光輝，深受配受專家的喜愛。 防護材料 由于某些納米材料透明性好和具有優(yōu)異的紫外線屏蔽作用。在產(chǎn)品和材料中添加少量(一般不超過含量的2%)的納米材料，就會大大減弱紫外線對這些產(chǎn)品和材料的損傷作用，使之更加具有耐久性和透明性。因而被廣泛用于護膚產(chǎn)品、所裝材料、外用面漆、木器保護、天然和人造纖維以及農(nóng)用塑料薄膜等方面。 精細陶瓷材料 使用納米材料可以在低溫、低壓下生產(chǎn)質(zhì)地致密且性能優(yōu)異的陶瓷。因為這些納米粒子非常小，很容易壓實在一起。此外，這些粒子陶瓷組成的新材料是一種極薄的透明涂料，噴涂在諸如玻璃、塑料、金屬、漆器甚至磨光的大理石上，具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有這種陶瓷的塑料眼鏡片既輕又耐磨，還不易破碎。 催化劑 納米粒子表面積大、表面活性中心多，為做催化劑提供了必要的條件。目前用納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等直接用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應(yīng)的催化劑，可大大提高反應(yīng)效率。利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)催化劑，燃燒效率可提高100倍，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應(yīng)表明，鎳粒徑在5nm以下，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，醛分解反應(yīng)得到有效控制，生成酒精的轉(zhuǎn)化率急劇增大。 磁性材料 納米粒子屬單磁疇區(qū)結(jié)構(gòu)的粒子，它的磁化過程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進行，即使不磁化也是永久性磁體，因此用它可作永久性磁性材料。磁性納料粒具有單磁疇結(jié)構(gòu)及矯頑力很高的特征，用它來做磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖象質(zhì)量。當磁性材料的粒徑小于臨界半徑時，粒子就變得有順磁性，稱之為超順磁性，這時磁相互作用弱。利用這種超強磁性可作磁流體，磁流體具有液體的流動性和磁體的磁性，它在工業(yè)廢液處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景。 傳感材料 納米粒子具有高比表面積、高活性、特殊的物理性質(zhì)及超微小性等特征，是適合用作傳感器材料的最有前途的材料。外界環(huán)境的改變會迅速引起納料粒子表面或界面離子價態(tài)和電子運輸?shù)淖兓?，利用其電阻的顯著變化可做成傳感器，其特點是響應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性優(yōu)良。 材料的燒結(jié) 由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)及活性大，不論高熔點材料還是復(fù)合材料的燒結(jié)，都比較容易。具有燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時間短，而且可得到燒結(jié)性能良好的燒結(jié)體。例如普通鎢粉耐在3000℃的高溫下燒結(jié)，而當摻入0?1%～0?5%的納米鎳粉時，燒結(jié)成形溫度可降低到1200℃到1311℃。 醫(yī)學(xué)與生物工程 納米粒子與生物體有著密切的關(guān)系。如構(gòu)成生命要素之一的核糖核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體。其粒度在15～20nm之間，生物體內(nèi)的多種病毒也是納米粒子。此外用納米Si02微?？蛇M行細胞分離，用金的納米粒子進行定位病變治療，以減少副作用等。研究納米生物學(xué)可以在納米尺度上了解生物大分子的精細結(jié)構(gòu)及其與功能的關(guān)系，獲取生命信息，特別是細胞內(nèi)的各種信息，中利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內(nèi)，對人體進行全身健康檢查，疏通腦血管中的血栓，清除心臟動脈脂肪沉積物。甚至還能吞噬病毒、殺死癌細胞等。?印刷油墨 根據(jù)納米材料粒子大小不同，具有不同的顏色這一特點，可不依靠化學(xué)顏料而選擇顆粒均勻、體積適當?shù)牧Ｗ硬牧蟻碇频酶鞣N顏色的油墨。 能源與環(huán)保 德國科學(xué)家正在設(shè)計用納料材料制作一個高溫燃燒器，通過電化學(xué)反應(yīng)過程，不經(jīng)燃燒就把天然氣轉(zhuǎn)化為電能。燃料的利用率要比一般電廠的效率提高20%至30%，而且大大減少了二氧化碳的排氣量。 微器件 納米材料，特別是納米線，可以使芯片集成度提高，電子元件體積縮小，使半導(dǎo)體技術(shù)取得突破性進展，大大提高了計算機的容量和進行速度，對微器件制作起決定性的推動作用。納米材料在使機器微型化及提高機器容量方面的應(yīng)用前景被很多發(fā)達國家看好，有人認為它可能引發(fā)新一輪工業(yè)革命。 光電材料與光學(xué)材料 納米材料由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能作為非線性光學(xué)材料、特異吸光材料、軍事航空中用的吸波隱身材料，以及包括太陽能電池在內(nèi)的儲能及能量轉(zhuǎn)換材料等具有很高的應(yīng)用價值。 增強材料 納米結(jié)構(gòu)的合金具有很高的延展性等，在航空航天工業(yè)與汽車工業(yè)中是一類很有應(yīng)用前景的材料；納米硅作為水泥的添加劑可大大提高其強度；納米纖維作硫化橡膠的添加劑可增強橡膠并提高其回彈性，納米管在作纖維增強材料方面也有潛在的應(yīng)用前景。 納米濾膜 采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結(jié)構(gòu)上有微小差別的多組分混合物，實現(xiàn)高能分離操全的納米濾膜。其它還有將納米材料用作火箭燃料推進劑、H2分離膜、顏料穩(wěn)定劑及智能涂料、復(fù)合磁性材料等。納料材料由于具有特異的光、電、磁、熱、聲、力、化學(xué)和生物學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于宇航、國防工業(yè)、磁記錄設(shè)備、計算機工程、環(huán)境保護、化工、醫(yī)藥、生物工程和核工業(yè)等領(lǐng)域。不僅在高科技領(lǐng)域有不可替代的作用，也為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來生機和活力?？梢灶A(yù)言，納米材料制備技術(shù)的不斷開發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展，必將對傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)重大影響。