納米材料(也稱超細粒子、超細粉未)是處于原子群和宏觀物體邊界過渡區域的典型系統，其結構與塊材料不同，也與單個原子不同。其特殊的結構層面使其具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等，具有一系列新穎的物理和化學特性，在許多領域特別是光、電、磁、催化等方面具有非常重要的應用價值。

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個概念形成后，世界各國對這個材料非常關注。其獨特的物理和化學性質，使人意識到其發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機會。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。大多傳統催化劑不僅催化效率低，而且其制備是根據經驗進行的，不僅生產原料的巨大浪費，經濟效益難以提高，污染環境。納米顆粒表面活性中心較多，為其作為催化劑提供了必要條件。納米粒作為催化劑，可以大幅度提高反應效率，控制反應速度，也可以進行原來無法進行的反應。納米微粒作為催化劑的反應速度比普通催化劑快10~15倍。

納米微粒子作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，尤其是有機物的制備。溶液中分散的半導體粒子，可以看作是短路的微型電池，用能量大于半導體間隙的光照射半導體分散系統時，半導體納米粒子吸收光產生電子的空洞是正確的。在電場作用下，電子與空穴分離，分別轉移到顆粒表面的不同位置，與溶液中相似的成分進行氧化和恢復反應。

光觸媒反應涉及酒精和烴氧化、無機離子氧化恢復、有機物催化脫氫和氫化、氨基酸合成、固氮反應、水凈化處理、水煤氣轉換等多種反應類型，其中一些是多相觸媒難以實現的。半導體多相光觸媒能有效降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，具有較高的光觸媒活性，同時還能耐酸堿，對光線穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光觸媒的最佳選擇。據報道，以硅為基質，制作了催化活性高的TiO/SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米粒子對某些有機化合物的氫化反應是很好的催化劑，可以代替昂貴的白金和按鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯氧化反應溫度從600℃降至室溫。以納米微粒作為催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，極有可能給催化在工業應用帶來革命性轉型。

2.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會，很可能使材料的功能化。借助傳統涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合系統涂層，實現功能飛躍，改善傳統涂層功能。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礎體的性質和改性的功能涂層賦予基礎體所不具備的性能，獲得傳統涂層所不具備的功能。結構涂層有超硬、耐磨、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、光吸收的光學涂層、導電、絕緣、半導體特性的電學涂層、氧、濕、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料可以進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、抗大氣侵害和抗分解、變色等，在衛生用品中應用可以起到殺菌清潔的作用。在招牌上使用納米材料涂層，可以利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適當的納米材料，可達到減少光線的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司開發了具有良好靜電屏蔽的納米涂料，應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦、氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物顆粒在室溫下具有高于傳統氧化物的導電特性，可以起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服碳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因粒徑而異，還因角色而異。在汽車裝飾涂裝業中，將納米TiO2添加到汽車、轎車的金屬閃光涂料中，可以使涂料產生豐富而神秘的色彩效果，改變傳統的汽車涂料狀。納米SiO2是一種抗紫外輻射材料。在涂料中添加納米SiO2可以使涂料的抗老化性能、清潔度和強度倍增。納米涂層具有良好的應用前景，為涂層技術帶來新的技術革命，推進復合材料的研發和應用。

3.在其他精細化學工業中的應用

精細化學工業是的工業領域，產品數量多，用途廣泛，影響人類生活的各個方面。納米材料的優勢無疑會給精細化工帶來福音，顯示出獨特的田埂力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料可以發揮重要作用。在橡膠中添加納米SiO2可以提高橡膠的抗紫外線輻射和紅外線反射能力。納米Al2O3和SiO2，加入普通橡膠，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，彈性明顯優于用白炭黑填充的橡膠。在塑料中添加一定的納米材料可以提高塑料的強度和韌性，而且密度和防水性也相應提高。

國外將納米SiO2作為添加劑添加到密封劑和粘合劑中，大幅度提高密封性和粘合性。另外，納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2，可以使有機玻璃防止紫外線輻射，達到防止老化的目的，加入A12O3，不僅不會影響玻璃的透明度，還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優異的紫外屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加到化妝品中，可以提高化妝品的性能。超細TiO2的應用還可以擴展到涂料、塑料、人工纖維等行業。最近，開發了用于食品包裝的TiO2和高級汽車油漆的珠光鈦白。納米TiO2可以強烈吸收太陽光中的紫外線，產生強烈的光化學活性，可以用光催化分解工業廢水中的有機污染物，具有凈度高、無二次污染、適用性廣等優點，在環保水處理中具有良好的應用前景。在環境科學領域，除了利用納米材料作為催化劑處理工業生產過程中排放的廢料外，還會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發展，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、發展藥物定向治療，已提到研究日程上來。納米粒子便于藥物在人體內的傳輸。用數層納米顆粒包裹的智能化藥物進入人體，能夠主動搜索和攻擊癌細胞或修補損傷組織；用納米技術的新型診斷儀器，只需檢測少量血液就可以通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種各樣的病癥，美國麻省理工學院制定了納米磁性材料作為藥物載體的靶向藥物，稱之為定向導彈。該技術在磁性納米微粒子復蓋蛋白質表面攜帶藥物，注射人體血管，通過磁場導航輸送到病變部位，釋放藥物。納米顆粒尺寸小，可在血管中自由流動，因此可用于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，中國成功地將納米技術應用于醫學領域。南京希科集團利用納米銀技術開發生產醫療用涂料的長期廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產原理是通過納米技術將銀制成納米級超細顆粒，然后附著在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用，經納米技術處理后銀表面急劇增大，表面結構發生變化，殺菌能力提高200倍左右，對臨床常見外科感染細菌有較好的抑制作用。

微粒和納粒作為給藥系統，其制作材料的基本性質是無毒、穩定、生物性好，與藥物無化學反應。納米系統主要用于毒副作用大、生物半衰期短、容易被生物酶分解的藥物。

納米生物研究納米尺度上的生物過程，根據生物原理發展分子應用工程。金屬鐵的超細粒子表面復蓋厚度為5~20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質，特別是酶，控制生化反應。這對生化技術、酶工程有很大的幫助。結合納米技術和生物學，研究分子生物器件，利用納米傳感器，獲得細胞內的生物信息，了解身體狀態，加深生理和病理的說明。

5.結語

納米科學是集基礎科學和應用科學為一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學、納米生物學等。21世紀是納米技術的時代，國家科學委員會、中國科學院將納米技術定位為21世紀最重要、最先進的科學。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域的應用前景廣闊。納米科技的誕生將對人類社會產生深遠的影響，從根本上解決人類面臨的許多問題，尤其是能源、人類健康和環境保護等重大問題。

21世紀初的主要任務是根據納米材料的各種新穎物理和化學特性，設計各種新材料和設備。通過納米材料科學技術對傳統產品的改性，增加其高科技含量以及發展納米結構的新型產品，目前已出現可喜的苗頭，具備了形成21世紀經濟新增長點的基礎。納米材料將成為材料科學領域一個大放異彩的明星展現在新材料、能源、信息等各個領域，發揮舉足輕重的作用。隨著其制備和改性技術的發展，納米材料在精細化工和醫藥生產等多個領域越來越廣泛應用。

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