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纳米材料与其在生活中的应用

(2009-05-02 11:26:19)
标签:

教育

分类: 教育

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“纳米”一词相信很多人都听说过,纳米、纳米…..我们成天挂在嘴边但我们又有多少人知道纳米是什么?它是怎么构成的?纳米在生活中又有哪些应用?大家也可以看出随着21世纪的到来,随着科学技术的发展,纳米会越来越多的应用与人们的生活,为人类造福;这篇文章就简单的介绍一下纳米的基本知识以及在生活中的部分应用。

“纳米”是物理学上的一个度量单位,1纳米是10-9米;相当于45个原子排列起来的长度。打个比方说,它相当于万分之一头发丝粗细。就跟毫米、微米等一样,它是一个尺度概念,没有什么物理内涵。当物质达到纳米的尺度以后,大约在1—100纳米这个范围空间内,物质的性能就有可能会发生突变,出现特殊的性能。这种具有特殊性能的材料即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家,他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子,并通过研究它的性能发现:一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后,它就失去原来的性质,表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此,象铁钴合金,把它做成大约20—30纳米大小,磁畴就变成单磁畴,它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期,人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

纳米材料的应用:(1)信息产业中的纳米技术:①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件。③网络通讯的关键纳米器件,如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面,我国的研究水平不落后,在安徽省就有。④压敏电阻、非线性电阻等,可添加氧化锌纳米材料改性。(2)环境产业中的纳米技术:纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境,必须用纳米技术。我们现在已经制备成功了一种对甲醛、氮氧化物、一氧化碳能够降解的设备,可使空气中的大于10ppm的有害气体降低到0.1ppm,该设备已进入实用化生产阶段;利用多孔小球组合光催化纳米材料,已成功用于污水中有机物的降解,对苯酚等其它传统技术难以降解的有机污染物,有很好的降解效果。近年来,不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业,用于提高水的质量,已见成效; (3)能源环保中的纳米技术:在合理利用传统能源方面,现在主要是净化剂、助燃剂,它们能使煤充分燃烧,燃烧当中自循环,使硫减少排放,不再需要辅助装置。另外,利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了,实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质,有助燃、净化作用。现在国际上主要研发能量转化材料,我国也在做,它包括将太阳能转化成电能、热能转化为电能、化学能转化为电能等。(4)纳米生物医药:目前,国际医药行业面临新的决策,那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质,然后在纳米尺度组合,最大限度发挥药效,这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后,用一种很少的骨架,比如人体可吸收的糖、淀粉,使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进,采用纳米技术可以提高一个档次。(5)纳米新材料:据美国测算,到21世纪30年代,汽车上40%钢铁和金属材料要被轻质高强材料所代替,这样可以节省汽油40%,减少co2,排放40%,就这一项,每年就可给美国创造社会效益1000亿美元。此外,还有各种功能材料,玻璃透明度好但份量重,用纳米改进它,使它变轻,使这种材料不仅有力学性能,而且还具有其他功能,还有光的变色、贮光,反射各种紫外线、红外线,光的吸收、贮藏等功能。(6)纳米技术对传统产业改造:对于中国来说,当前是纳米技术切入传统产业、将纳米技术和各个领域技术相结合的最好机遇。首先是家电、轻工、电子行业。合肥美菱集团从1996开始研制纳米冰箱,可折叠的pvc磁性冰箱门封不发霉,用的是抗菌涂料,里面的果盘都采用纳米材料,发展轻工、电子和家用电器可以带动涂料、材料、电子原器件等行业发展;其次是纺织。人造纤维是化纤和纺织行业发展的趋势。

下面我就给大家主要介绍一下纳米在造纸业中的应:一.在造纸中的应用:1.抗菌功能纸产品, 纳米抗菌剂能够克服传统纸的缺点. 能将细菌及其残骸一起杀灭和消除,同时还能将细菌分泌的毒素也分解掉.主要有无机抗菌剂如银、铜、锌等离子和光催化抗菌剂如纳米级氧化钛、氧化锌、氧化硅等。纳米抗菌剂具有杀菌彻底、耐热性强、不易产生有害物质、安全性能好等优点。将纳米抗菌剂混入浆料或涂料(表面施胶液中)即可生产纳米抗菌纸. 主要用于物理抗菌复合纤维无纺布、生活用纸、医疗和食品包装纸等。陈慧文等 用纳米TiO2 粉体生产光触媒抗菌纸. 具有良好的抗菌性能。2. 矿物纤维纸,矿物纤维如云母、玻璃纤维、硅酸盐纤维、石棉纤维等.具有植物纤维无法比拟的良好的尺寸稳定性、耐热性、抗化学性、阻燃性和电绝缘性等优点,但矿物纤维大多脆硬.经不起打浆.纤维之间无法粘结,成纸困难,一般要加入部分植物纤维配抄,且抄成的纸页脆弱 如果把矿物纤维的直径控制在100nm 以下.就可以解决因其伸缩性小.柔软性差而导致成纸困难的现象.有利于纤维的互相交织成形.从而抄出强度良好的纸张 。3. 抗静电、耐磨功能纸, 高精密仪表电器、高表面光洁度的不锈钢材料及各种合金材料等对包装衬纸有较高的要求,不仅要求具有防水、防油、防锈性能,而且要求具有强度高、耐磨擦、抗静电、抗老化的特点。将纳米二氧化钛、三氧化二铬、氧化锌、三氧化二铁或二氧化锡等粉体以0.1% ~ 0.3% 的量掺入浆中.制作的特种纸即具有优良的耐磨、抗水、耐腐蚀作用和良好的静电屏蔽作用,大大降低静电效应,从而大幅提高了包装产品的安全系数。4. 在其他方面的应用,纳米材料及技术还可应用于许多纸产品的开发,如变色纸、加香纸、阻燃纸、磁性纸、储能纸等高性能特种纸产品 利用其化学活性优异的特点,可以作为催化剂应用于造纸化学品的开发生产中。二:在造纸环保中的应用: 1 用于废气处理,工业锅炉燃烧煤会产生二氧化硫气体.它是废气污染的祸首 如果在燃烧时加入纳米助燃催化剂.不仅可以使煤充分燃烧,不产生一氧化碳气体,提高能源利用率.而且会使硫转化成固体的硫化物而不产生二氧化硫气体.从而达到减少有害气体排放的目的.2 处理造纸废水,利用纳米二氧化钛巨大的比表面积、能够强力吸收紫外线和吸附废水中有机物的特性,光催化快速分解有机物,达到消除污染的目的, 高效处理废水,可避免二次污染。有研究表明.纳米二氧化钛光催化氧化漂白废水可降解氯代酚等氯代芳香族化合物㈣ 、用含氯漂白剂漂白纸浆可形成剧毒的氯代二苯并对二恶英CDDs,用TiO2/O2/uV 过程对这类剧毒致癌有机物有快速降解作用 】;有文献表明。在处理含高分子木素的制浆废水时.用纳米二氧化钛光催化氧化处理后。浊度完全消失。自制的纳米二氧化钛光催化处理造纸废水有很好的效果.COD 去除率可达94% .浊度和色度去除率分别为97%和98%。
    造纸的应用还有很多,在这就不一一介绍了,造纸既可用于工业农业,又可以用于各种高科技等,它在生活中的应用会越来越多,跟我们生活的距离也会越来越近,相信它对我们的作用会越来越大。

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