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第10章 纳米材料(3)

纳米技术的优良的性能,在吸引其他领域的科学家的同时也在吸引这医学界的科学家。相关的科学家通过实验发现:生物体内的RNA蛋白质复合体的线度在15~20nm之间,而生物体内的多种病毒也是纳米粒子。其中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。如果能将超微粒子注入到血液中,进而输送到人体的各个部位,那么医学界监测和诊断疾病的手段就会发生一次质的飞跃。目前,科研人员已成功地利用纳米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。

相信在不久的将来,被视为当今疑难病症的艾滋病、高血压、癌症等在纳米技术的不断前进中都会迎刃而解,从而将使医学研究发生一次革命性的变革。

六、在分子组装方面的应用

化学是一门以实验为基础的学科,实验就是化学的实践过程。纳米技术的发展和壮大首先要经过实验的阶段即首先在实验室探索用各种手段制备各种纳米微粒,合成块体。然后研究评估表征的方法和研究纳米材料不同于常规材料的特殊性能。利用纳米材料具备的特殊的物理、化学以及力学特性来设计纳米复合材料。

在这个方面的研究,虽然已经取得了巨大的进步,但是在纳米级微粒的尺寸大小及均匀程度的控制方面仍是科学研究的一大难关。随着科技的不断进步,纳米技术深入到了对单原子的操纵,通过利用软化学与主客体模板化学,超分子化学相结合的技术,正在成为组装与剪裁,实现分子手术的主要手段。

早在1992年,Kresge等就已经首次采用介孔氧化硅材料为基体,利用液晶模板技术,在纳米尺度上实现有机与无机离子的自组装反应。这种自组装反应的特点是孔道半径均匀,孔径可以在5~10nm内连续可调,具有很高的比表面积和较好的热稳定性。在分子催化、吸附与分离等过程的应用中展示了其优越性和广阔的应用前景。

另外纳米方面的科学家利用四硫富瓦烯特殊的氧化还原能力,通过自组装方式合成了具有电荷传递功能的配合物分子梭,具有开关功能。

七、在其他方面的应用

先进的纳米技术不仅可以广泛的应用到上述介绍的科技生活领域,还广泛的应用于纳米电脑、分子传感器和探测器等其他方面。纳米电脑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以控制昆虫飞向敌方收集情报,使目标丧失功能。

另外,用纳米羟基磷酸钙能制作人的牙齿、关节等生物仿生纳材料;把药物安装在碳纳米管中,通过一定的机制来促使药物释放,这样不仅能制造出可控制的药物,还能提高要的效力。用碳纳米管来制作储氢材料和燃料汽车的燃料“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。

纳米技术取得的成果

纳米技术作为一种新兴起来的科学技术,具有超常的潜力。因此一些发达国家政府不论在物力方面还是在财力方面都给予非常强大的后备支持,如美国最早成立了纳米研究中心、日本文教科部把纳米技术列为材料科学的四大重点研究开发项目之一。在德国,以汉堡大学和美茵茨大学为纳米技术研究中心,政府每年出资6500万美元支持微系统的研究。在我国,许多科研院所、高等院校也组织科研力量,开展纳米技术的研究工作,并取得了可喜的成绩;下面将列举一些这方面的事例:定向纳米碳管阵列的合成,由中国科学院物理研究所解思深研究员等完成。他们利用化学气相法高效制备出孔径约20nm,长度约100μm的碳纳米管。并由此制备出纳米管阵列,其面积达3mm×3mm,碳纳米管之间间距为100μm。

清华大学范守善教授等制取的氮化镓纳米棒。他们首次利用碳纳米管制备出直径3~40nm,长度达微米量级的半导体氮化镓一维纳米棒,并提出碳纳米管限制反应的概念;并与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作,在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长。

由中国科学院固体物理研究所张立德研究员等成功研制成功了准一维纳米丝和纳米电缆。这是利用碳热还原、溶胶-凝胶软化学法并结合纳米液滴外延等新技术,首次合成了碳化钽纳米丝外包绝缘体SiO2纳米电缆。

由中国科学技术大学的钱逸泰等运用催化热解法成功的合成了纳米金刚石,这是用催化热解法使四氯化碳和钠反应首次金刚石纳米粉。

综上所述,我国在纳米材料的应用已经取得了优异的成绩,但是同国外的先进的技术相比,我们还有一定的差距,所以作为青少年一代我们应该努力学习祖国优秀文化的同时努力学习科学文化知识,为祖国的繁荣和强大做出自己的贡献。

纳米涂层材料

纳米涂层材料顾名思义就是将纳米和表面涂层结合在一起的技术的产物,是一种新型的材料。利用目前的科技条件,针对不同涂层的性质来添加纳米材料,就能获得不同的纳米复合体系涂层。纳米涂层不仅能在传统的材料基体上实施,也可以在粉末颗粒或是纤维上实施,来为这些材料做表面修饰、包覆、改性或增添新的特性。

在生产实践当中,如果要提高涂层的硬度和耐磨性能,并保持较高的韧性;就要在硬度高的耐磨涂层中添加纳米相。如果要达到减小摩擦系数的效果,就要将纳米颗粒加入到表面涂层中,这样能形成自润滑材料,甚至获得超润滑功能。例如,C60-巴基管被复合到涂层中,就能制备出超级润滑新材料。涂层中引入纳米材料,可显著地提高材料的耐高温、抗氧化性。例如,在镍的表面沉积纳米镍-氧化镧涂层,由于纳米颗粒的作用,阻止了镍离子的短路扩散,改善了氧化层的生长机制和力学性质。

纳米材料涂层能通过表面修饰和装饰以提高基体的腐蚀防护能力,进而使得该涂层能够耐大气、紫外线侵害实现防降解、防变色等效果;另外,纳米涂层材料还用在建材产品,如卫生洁具、室内空间、用具等中运用纳米材料涂层,已达到杀菌和保洁效果。

纳米材料涂层的光学透射谱能从紫外波段一直延伸到远红外波段,具有多种光学性能。纳米多层组合涂层经过处理后在可见光范围内出现荧光,用于多种光学应用需要,如传感器等器件。

在各种标牌表面施以纳米材料涂层,成为发光、反光标牌;改变纳米涂层的组成和特性,得到光致变色、温致变色、电致变色等效应,产生特殊的防伪、识别手段。用纳米氧化钇作为红外屏蔽涂层,反射热的效率很高。在玻璃等产品表面上涂纳米材料涂层,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热作用;在涂料中加入纳米材料,能够起到阻燃、隔热以起到防火作用。

经过纳米复合的涂层,具有优异的电磁性能;利用纳米粒子涂料形成的涂层具有良好的吸波能力,能用于隐身涂层。纳米氧化钛、氧化铬、氧化铁和氧化锌等具有半导体性质的粒子,加入到树脂中形成涂层,有很好的静电屏蔽性能;纳米钛酸钡可作为高介电绝缘涂层,纳米的四氧化三铁能用于磁性涂层;纳米结构的多层膜系统产生巨磁阻效应,可望作为应用于存储系统中的读出磁头。

随着纳米技术的不断发展,纳米涂层技术也在不断的发展。表面涂层所要具备的特点都需要纳米材料的发展,才能更快的提高。在纳米材料的制备合成技术不断取得进展和基础理论的日趋完善基础上,纳米功能涂层会有更快的发展,应用面将遍及多个领域。

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