導語：如何才能寫好一篇納米材料研究分析，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。

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[關鍵詞]：納米材料 制備方法 研究現狀 發展趨勢

本文主要對于納米材料和一些性能和特性進行了分析和介紹，然后結合目前的主要納米材料的制備方法以及注意點和發展的情況，進行了進一步的研究和剖析。目前關于納米材料的制備方法有很多，比如直接反應法、氣相法、固相法等等，由于方法的不同，其適應的范圍也不同。經過多年的技術創新和發展，當前在技術方面已經取得了重大的突破，并已經可以制備出粒徑較為平均且粒徑在幾納米的粉體，這為納米材料的廣泛運用奠定了重要的基礎。在納米材料的制備過程中，很多的制備方法都可以對于晶體的生長進行控制，并在特定的實驗方法和實驗條件下可以對于晶體的制備粒徑進行控制，并改變金屬氧化物納米晶體的形態，在長時期的實踐中，納米材料制備方法的發展趨勢一直向著良好的方向發展。

一、液相法

所謂液相法，它是先在一定的方法下降溶液中的溶質和溶劑進行分離，那么溶劑中的溶質就可以形成一定的顆粒，且顆粒的大小以及形狀都是一定的，再將這些前軀體進行熱解處理就可以制備一定的納米微粒。液相法的最大優點在于制備的設備一般較為簡單，且制備過程使用的材料也很容易獲得，且各方面都很容易得到控制。就目前液相法的發展現狀來看，其中應用最廣的則是沉淀法和溶膠-凝膠法，以下也將對這兩種方法進行簡單的介紹和分析。

1.沉淀法

沉淀法的過程可以概括如下：先在可溶性的溶液中加入一定的沉降劑，然后在一定的溫度條件下實現溶液的水解，并形成一定的不溶性的氧化物，然后再對這些氧化物進行熱解或是熱脫處理就可以沉淀出所需要的粉料。根據反應類型以及反應條件方法的不同，也可以將沉淀法分為直接沉淀法、共沉淀法和均相沉淀法等等。其中的直接沉淀法在相同的制備條件下，其制備的精度和純度都特別的高。在這方面也已經有了很多的專家和學者進行了研究和證明，并取得了一定的成果。徐甲強等在室溫的條件下，在1mol/L的Zn（NO3）2de 溶液中加入一定量的NH3H2O3溶液，NH3H2O3的濃度為6mol/L，然后再對混合溶液進行不斷的攪拌并將溶液的PH值控制在8-8.8之間，在一定的反應時間會產生一定的氫氧化鋅沉淀，然后再在室溫下對于沉淀物進行過濾、研磨，并在一定溫度下燃燒兩個小時之后就可以制備出粒徑在50nm的氧化鋅微粒。

2.溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法的主要制備對象是前驅物質溶于水或是有機溶劑之后的均質溶液，該溶液中的溶質在發生水解之后就會形成一定的粒子并使得溶液成為溶膠，這時候再對溶膠進行反應和轉化，使其轉化成凝膠，然后在低溫的條件下可以生產出純度較高的微粒材料。溶膠-凝膠法的最大優點在于它可以在制備的過程中通過納米尺度對于納米材料的結構進行控制。但是需要注意的是溶膠-凝膠法一般都是在低溫的條件下進行的，它比較適應于在低溫的條件下制備化學活性大、單組分或多組分分級混合物。在溶膠-凝膠法的發展過程中，已經逐步形成了傳統膠體型、無機聚合物型和絡合物型等三種制備機制和類型。

二、氣相法

氣相法也是相對于液相法而言的另一種應用比較廣泛的納米材料的制備方法，它是指在一定條件下或是通過一定的手段或是方法直接將物質轉變為氣體，然后再在氣體的條件下對于產生的氣態物質進行物化反應，最后再通過凝聚處理就可以形成一定量的納米微粒的納米材料的制備方法。從氣相法中氣體蒸發法的制備過程和制備的條件來看，它在制備納米微粒的過程中具有很多顯著的優點，其主要包括以下幾個主要方面：一是制備的納米微粒粒徑差異性較小，分布也較為均勻；二是納米微粒的力度很容易控制；三是微粒的分散性比較好。和液相法相比，氣相法憑借其自身的優點可以生產出很多液相法不能夠生產出來的納米微粒，具有很大的優越性。

化學氣相法中的化學氣相法的應用比較廣泛，它的另一個名稱叫做氣相沉淀法，其簡稱是CVD，它可以充分的利用各種具有揮發性的金屬化合物的蒸發特性，通過化學反應生成所需化合物在保護氣體環境下快速冷凝， 從而制備各類物質的納米微粒，這種方法是氣相法的一個典型，也是應用比較廣泛的一種制備方法。該法制備的納米微粒顆粒均勻， 純度高， 粒度小， 分散性好， 化學反應活性高， 工藝可控和連續性比較強。該法根據加熱方式不同可分為熱化學氣相沉積法（CVD）， 激光誘 導沉積法， 等離子體沉 積法和紫外沉積法等。

三、結束語

從目前納米材料的應用現狀來看，它已經在各個領域中都得到了推廣和應用，并在各行各業中都發揮了重要的作用，因此在這種形勢下也會出現更多更好的制備方法，而未來的制備方法的發展也應該在納米微粒的結構、尺寸以及組成等上面加強研究和創新，不斷地使得納米材料能夠更好的適應多樣化的需求，更好的實現功能方面的更大突破。在實驗和研究的過程中，我們發現只要存在一種滿意的氣敏材料，那么我們就可以制作出穩定性更強的氣體傳感器，這對于納米材料尺寸的控制是非常有利的。因此筆者認為今后納米材料制備方法的的一個重要方向應該就是提高粒度的控制能力。在科學技術不斷發展的今天，我也相信納米材料的制備方法一定會得到更大的創新和發展，納米材料也會更好的為人類和社會服務。

參考文獻

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[2]解挺，焦明華等. 準一維納米材料制備方法的研究現狀和發展趨勢[J]. 材料科學與工程學報，2006，02：311-315.

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關鍵詞：納米材料;巖土工程;地質工程;進展

中圖分類號：F407.1文獻標識碼： A

納米材料是當今材料科學研究的前沿，通過對納米材料在地質與巖土工程應用研究現狀總結，未來還需要對納米材料的性能、機理、應用進行深入的研究，并將其用于巖土與地質工程領域建筑材料的改性，實現納米材料的實際工程應用，這對于利用納米材料研發高性能新型建筑材料具有重要的應用價值。

1納米材料在巖土工程中的應用

1.1水泥土

水泥土作為一種經濟的工程材料，被廣泛應用在交通、建筑、海洋、礦物等領域.為了提高水泥土的工程性能，國內外已有學者和技術人員將納米材料作為新材料用于水泥性。王立峰等(2002)將納米硅基氧化物作為水泥土的外加劑，進行了三軸試驗，探討了納來水泥土抗壓強度的影響因素及其變化規律，提出納米硅基氧化物可以顯著提高復合納米材料水泥土的抗壓強度。朱向榮等(2003)選取納米硅作為水泥土的外摻劑，認為納米硅對水泥土強度及變形模量的增強作用明顯，影響納米硅水泥土強度大小的因素依次為:水泥摻量、納米硅摻量和土的含水量。李剛(2003)等發現摻納米材料A12O3能提高水泥土強度，摻納米材料TiO2則降低水泥土強度;影響納米鋁水泥土強度大小的因素依次為:水泥摻量、土的含水量、納米硅摻量和水灰比。王文軍等(2004)對納米礦粉水泥土固化機理及損傷特性進行了研究，試驗結果表明，水泥土的固化機理為水泥水化物的膠結作用、粘土顆粒中的離子交換效應和“二次反應”、納米硅粉的火山灰效應、納米硅粉的填充效應及納米硅粉的膠結作用。曾慶軍等(2007)分析了納米硅粉水泥土的抗腐蝕性能，提出硫酸鹽腐蝕環境能加速納米硅粉和水泥水化產物的二次水化反應，大幅提高水泥土的強度，適量納米硅粉能顯著提高水泥土的抗腐蝕性能。

1.2混凝土

隨著2l世紀混凝土工程的大型化、工程環境的超復雜化以及應用領域的不斷擴大，人們對混凝土材料提出了更高的要求，具有高強、高耐久性、高流動性和體積穩定性的高性能混凝土和高功能混凝土是今后混凝土材料科學發展的重點和方向。巴恒靜等(2003)將納米纖維材料及活性球形摻合料復合應用于高性能混凝土，發現納米纖維材料改善了體系顆粒級配及二級界面顯微結構，增加了密實度;天然納米纖維材料可以提高其抗彎強度達50%，抗壓強度21%，能夠提高混凝土抗凍性、抗滲性。杜應吉等(2005)利用納米微粉的高化學活性和微粒性，通過混凝土耐久性試驗研究，研制出新型混凝性劑，當納米微粉的摻量為1～3g/kg時，混凝土的抗滲等級提高30%，抗凍等級提高50%。仲曉林等(2006)研究了納米粘土材料對混凝土的水化作用機理，在一定摻量時，在水化混凝土中摻納米粘土材料可提高水化混凝土的流動度、抗壓強度和抗滲、抗凍融性。

1.3土國內外有部分學者將納米材料直接摻入土中，研究土體強度與變形。王文軍等(2004)對納米硅粉與黏性土的作用進行了分析，表明納米硅粉對土體含水率的影響不明顯，但能夠提高土體的液限指數，認為納米硅粉與土中水只發生物理變化，納米硅粉能提高土體抗壓強度，其加固機理為:(1)納米硅粉對水分子的吸附作用;(2)納米硅粉對土顆粒的膠結作用;(3)納米硅粉對孔隙的坡充作用。宋杰等(2010)討論了不同納米材料對土無側限抗壓強度的影響，加入百分含量相同但類型不同的納米材料時，各土樣在達到最大軸向應變之前產生相同變形所需的壓力從小到大依次為:原狀土，納米A12O3，納米ZnO，納米SiO2，加入1.5%的納米SiO2時，土的無側限抗壓強度最大。

2納米材料在地質工程中的應用

唐孝威等(1991)提出對納米地質和納米天文的研究，認為在大的構造運動中常常會產生巨大的應力，在滑動形成的斷層帶上，巖石被磨得非常細小，形成納米粒級的微粒，這些超糜棱巖化的物質可以提供有關斷裂帶內部的信息。劉岫峰(1995)介紹了納米物質和納米科學技術概貌，指出了有待研究與開發的納米地質領域，明確提出了納米地質學的研究內容和研究方法，闡述了發展納米地質學的戰略意義和高層決策建議。孫巖等(2008)針對巖石中納米粒子層的成因有著不同的觀點，傾向于剪切摩擦的主導作用，納米粒子層可稱謂摩擦———粘性薄層帶。王焰新等(2011)闡述了研究地質儲存納米尺度流體CO2的重要性，認為CO2流體－巖石相互作用是地質儲存的核心科學問題，其直接影響CO2灌注效率、儲存容量和效率、儲存安全性和穩定性，尋找、制備天然微納巖礦用于經濟高效地捕獲、儲存和轉化CO2，推動CO2減排理論和技術的發展。

由于地質因素引起巖溶土洞、地裂縫、地面塌陷等，對工程的安全使用有影響。不僅要查明不良地質現象的類型、范圍、活動性、影響因素、發生機理及對工程的影響和評價，還應采取的預防和治理的措施。注漿加固除險是解決地質災害的有效手段之一，納米材料可以作為添加劑改性注漿材料。陳蘭云等(2004)應用微硅粉水泥漿材處理基礎的不均勻沉降。陳曉彥等(2010)分析了聚硅納米材料的增注機理，室內測試了多批聚硅納米材料的增注效果，發現聚硅納米材料對提高巖心滲透率具有明顯效果，能有效改變巖心的潤濕性，使其從親水變為親油，從而降低水相流動阻力，起到降壓增注作用。陳勇剛(2010)將XPM納米灌注材料應用于井巷工程中，認為加入XPM納米灌注材料的漿液膠凝時間比原雙液漿注入后的膠凝時間提前3～5天，其強度也遠遠超出后者。

納米材料特殊的吸附特性在地質領域被廣泛應用于地質樣品中痕量元素的分離和富集、資源綜合利用研究和礦產資源開采利用過程中的污染控制，采用如納米二氧化鈦、納米氧化鈰、納米氧化鋯、碳納米管等納米材料。

3結語

納米材料可顯著改善巖土工程材料的顆粒微級配，減少堆積空隙，在水化初期作為結晶核，加快水化速度，提升早期強度，改變材料的微觀孔結構和分布，降低硬化后孔隙率，改善骨料與漿體間的過渡區，提高強度、增強耐久性;同時，部分納米材料性價比低，分散性不佳，對后期強度作用不強，相關增強作用機理研究不夠明晰;而且納米材料在天然土中的研究還處于起步階段，納米材料與土之間的作用機理等許多問題有待探究;這些都限制了納米材料在巖土與地質工程中的應用。

參考文獻:

［1］劉憶，劉衛華，訾樹燕，等．納米材料的特殊性能及其應用．沈陽工業大學學報，2000，22(1):21－24．

［2］Z．P．Guo，E．Milin，J．Z．Wang，etal．Silicon/DisorderedCarbonNanocompositesforLithium-IonBatteryAnodes．JournaloftheElectro-chemicalSociety，152(11)，2005，A2211－A2216．

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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4

研究納米材料和納米結構的重要科學意義在于它開辟了人們認識自然的新層次，是知識創新的源泉。由于納米結構單元的尺度（1～100urn）與物質中的許多特征長度，如電子的德布洛意波長、超導相干長度、隧穿勢壘厚度、鐵磁性臨界尺寸相當，從而導致納米材料和納米結構的物理、化學特性既不同于微觀的原子、分子，也不同于宏觀物體，從而把人們探索自然、創造知識的能力延伸到介于宏觀和微觀物體之間的中間領域。在納米領域發現新現象，認識新規律，提出新概念，建立新理論，為構筑納米材料科學體系新框架奠定基礎，也將極大豐富納米物理和納米化學等新領域的研究內涵。世紀之交高韌性納米陶瓷、超強納米金屬等仍然是納米材料領域重要的研究課題；納米結構設計，異質、異相和不同性質的納米基元（零維納米微粒、一維納米管、納米棒和納米絲）的組合。納米尺度基元的表面修飾改性等形成了當今納米材料研究新熱點，人們可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法設計納米結構原理性器件以及納米復合傳統材料改性正孕育著新的突破。

1研究形狀和趨勢

納米材料制備和應用研究中所產生的納米技術很可能成為下一世紀前20年的主導技術，帶動納米產業的發展。世紀之交世界先進國家都從未來發展戰略高度重新布局納米材料研究，在千年交替的關鍵時刻，迎接新的挑戰，抓緊納米材料和柏米結構的立項，迅速組織科技人員圍繞國家制定的目標進行研究是十分重要的。

納米材料誕生州多年來所取得的成就及對各個領域的影響和滲透一直引人注目。進入90年代，納米材料研究的內涵不斷擴大，領域逐漸拓寬。一個突出的特點是基礎研究和應用研究的銜接十分緊密，實驗室成果的轉化速度之快出乎人們預料，基礎研究和應用研究都取得了重要的進展。美國已成功地制備了晶粒為50urn的納米Cu的決體材料，硬度比粗晶Cu提高5倍；晶粒為7urn的Pd，屈服應力比粗晶Pd高5倍；具有高強度的金屬間化合物的增塑問題一直引起人們的關注，晶粒的納米化為解決這一問題帶來了希望，納米金屬間化合物 FqsAJZCr室成果的轉化，到目前為止，已形成了具有自主知識產權的幾家納米粉體產業，睦次鸚米氧化硅。氧化鈦、氮化硅核區個文的易實他借個緲陽放寬在納米添加功能陶瓷和結構陶瓷改性方面也取得了很好的效果。 加至5億美元。這說明納米材料和納米結構的研究熱潮在下一世紀相當長的一段時間內保持繼續發展的勢頭。

2國際動態和發展戰略 斯頓大學于1998年制備成功量子磁盤，這種磁盤是由磁性納米棒組成的納米陣列體系，10－”bit／s尺寸的密度已達109bit／s，美國商家已組織有關人員迅速轉化，預計2005年市場為400億美元。1988年法國人首先發現了巨磁電阻效應，到1997年巨磁電阻為原理的納米結構器件已在美國問世，在磁存儲、磁記憶和計算機讀寫磁頭將有重要的應用前景。

最近美國柯達公司研究部成功地研究了一種即具有顏料又具有分子染料功能的新型納米粉體，預計將給彩色印橡帶來革命性的變革。納米粉體材料在橡膠、顏料、陶瓷制品的改性等方面很可能給傳統產業和產品注入新的高科技含量，在未來市場上占有重要的份額。納米材料在醫藥方面的應用研究也使人矚目，正是這些研究使美國白宮認識到納米材料和技術將占有重要的戰略地位。原因之二是納米材料和技術領域是知識創新和技術創新的源泉，新的規律新原理的發現和新理論的建立給基礎科學提供了新的機遇，美國計劃在這個領域的基礎研究獨占“老大”的地位。 為了使中國科學院在世紀之交乃至下一世紀在納米材料和技術研究在國際上占有一席之地，在國際市場上占有一份額，從前瞻性、戰略性、基礎性來考慮應該成立中國科學院納米材料和技術研究中心，建議北方成立一個以物質科學中心為基礎的研究中心（包括金屬研究所），在南方建立一個以合肥地區中國科學院固體物理所和中國科技大學為基礎的研究中心，主要任務是以基礎研究為主，做好基礎研究與應用研究的銜接和成果的轉化。 3國內研究進展

我國納米材料研究始于80年代末，“八五”期間，“納米材料科學”列入國家攀登項目。國家自然科學基金委員會、中國科學院、國家教委分別組織了8項重大、重點項目，組織相關的科技人員分別在納米材料各個分支領域開展工作，國家自然科學基金委員會還資助了20多項課題，國家“863”新材料主題也對納米材料有關高科技創新的課題進行立項研究。1996年以后，納米材料的應用研究出現了可喜的苗頭，地方政府和部分企業家的介人，使我國納米材料的研究進入了以基礎研究帶動應用研究的新局面。

目前，我國有60多個研究小組，有600多人從事納米材料的基礎和應用研究，其中，承擔國家重大基礎研究項目的和納米材料研究工作開展比較早的單位有：中國科學院上海硅酸鹽研究所、南京大學。中國科學院固體物理研究所、金屬研究所、物理研究所、中國科技大學、中國科學院化學研究所、清華大學，還有吉林大學烹北大學、西安交通大學、天津大學。青島化工學院、華東師范大學＼華東理工大學、浙江大學、中科院大連化學物理研究所、長春應用化學 近年來，我國在功能納米材料研究上取得了舉世矚目的重大成果，引起了國際上的關注。一是大面積定向碳管陣列合成：利用化學氣相法高效制備純凈碳納米管技術，用這種技術合成的納米管，孔徑基本一致，約20urn，長度約100pm，納米管陣列面積達到 3mmX3mm。其定向排列程度高，碳納米管之間間距為100pm。這種大面積定向納米碳管陣列，在平板顯示的場發射陰極等方面有著重要應用前景。這方面的文章發表在1996年的美國《科學》雜志上。二是超長納米碳管制備：首次大批量地制備出長度為2～3mm的超長定向碳納米管列陣。這種超長碳納米管比現有碳納米管的長度提高1～2個數量級。該項成果已發表于1998年8月出版的英國《自然》雜志上。英國《金融時報》以“碳納米管進入長的階段”為題介紹了有關長納米管的工作。三是氮化嫁納米棒制備：首次利用碳納米管作模板成功地制備出直徑為3～40urn、長度達微米量級的發藍光氮化像一維納米棒，并提出了碳納米管限制反應的概念。該項成果被評為1998年度中國十大科技新聞之一。四是硅襯底上碳納米管陣列研制成功，推進碳納米管在場發射平面和納米器件方面的應用。五是唯一維納米絲和納米電纜：應用溶膠一凝膠與碳熱還原相結合的新方法，首次合成了碳化或（TaC）納米絲外包覆 絕緣體SIOZ和 TaC納米絲外包覆石墨的納米電纜，以及以S江納米絲為芯的納米電纜，當前在國際上 僅少數研究組能合成這種材料。該成果研究論文在瑞典召開的1998年第四屆國際納米會議宣讀后，許多外國科學家給予高度評價。六是用苯熱法制備納米氮化像微晶；發現了非水溶劑熱合成技術，首次在300℃左右制成粒度達30urn的氮化鋅微晶。還用苯合成制備氮化鉻（CrN）、磷化鉆（COZP）和硫化銻（Sb。S。）納米微晶，在1997年的《科學》雜志上。七是用催化熱解法制成納米金剛石；在高壓釜中用中溫（70℃）催化熱解法使四氯化碳和鈉反應制備出金剛石納米粉，在1998年的《科學》雜志上。美國《化學與工程新聞》雜志還發表題為“稻草變黃金?從四氯化碳（CC14）制成金剛石”～文，予以高度評價。

篇5

關鍵詞：氧化鋅 硅藻硅質殼 納米材料 光致發光

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0005-04

硅藻（diatom）是一類單細胞真核浮游植物，生產了40%～45%的海洋初級生產力[1]和20%～25%的世界初級生產力[2]，現存200多個屬、超過105個物種[3]。硅藻具有因種而異的剛性細胞壁結構，稱為硅質殼（frustule），其在納米至微米尺度上表現出的規律性和重現性，使得硅質殼具有了非常好的韌性、傳輸率和高比表面積等性質。

硅藻硅質殼納米材料因其奇特、復雜的結構而具有應用價值[4～6]，但硅質殼固有的氧化硅（silica）組成限制了其應用范圍，因此，在維持硅藻硅質殼三維納米結構的形態、結構不發生改變的情況下，將其主要成分二氧化硅轉化為其他的具有應用前景的材料成分成為了關鍵的一步。目前，在硅藻硅質殼的化學修飾方面已有大量的研究，主要集中在生物光電子、生物礦化、微流體、藥物載體、生物傳感器等領域[7～15]。從報道中來看，所得新納米材料的種類和方法仍有很大的研究空間。

納米氧化鋅作為一種新型多功能無機材料，物理化學性質穩定，氧化活性高且廉價易得。納米級ZnO具有表面效應、量子尺寸效應和小尺寸效應等，與普通ZnO相比，表現出許多特殊的性質[16～18]，特別是納米ZnO由于寬的帶隙和豐富的缺陷能級，在受到外界激發時，能發射出從紫外到可見光范圍的許多不同波長的熒光。

在這里，我們建立基于硅藻硅質殼結構的納米材料合成新方法，以硅藻硅質殼為模板，建立配位反應-沉淀反應多重平衡合成法，可控合成三維結構的氧化鋅納米材料，并探討其光學性能。

1 實驗部分

1.1 主要實驗儀器與試劑材料

主要實驗儀器：JSM-6700F冷場發射掃描電子顯微鏡（JEOL，Japan）；JEM-2100透射電子顯微鏡（200 kV）（JEOL，Japan）；Nicolet 380 FT-IR傅立葉變換紅外光譜儀（Thermo Fisher Scientific America，USA）；F-4600熒光分光光度計（Hitachi，Japan）；LDZX-50KBS立式壓力蒸汽滅菌器（上海申安醫療器械廠）；箱式電阻爐SX25-12（龍口市電爐制造廠）。

主要試劑材料：六水合硝酸鋅（AR）；碳酸銨（AR）；30%過氧化氫（AR）；無水乙醇（AR）；氨水（AR）；硫酸（AR）；鹽酸（AR）。

F/2營養液：根據F/2營養液配方，依次取氮、磷、硅、微量元素儲備液1 ml，維生素儲備液0.5 ml，加入1 L的過濾滅菌海水中，即得F/2營養液。

實驗所用的圓篩藻（Coscinodiscus sp.）由中國海洋大學海洋污染生態化學實驗室的藻種室提供。

1.2 硅藻的培養及硅質殼結構的提取

硅藻的培養：在光照培養箱內采用實驗室單種一次培養法培養。具體培養條件為：將圓篩藻（Coscinodiscus sp.）接入新鮮的培養液中，在溫度20 ℃±1 ℃，明暗周期12 h白/12 h黑，光源為白色日光燈，光照強度約為4000Lux的環境中培養。每日搖動2～3次，藻種生長到指數生長期后重新接種，如此反復2～3次，此時藻種狀態良好，用于實驗。

硅質殼的提取：將圓篩藻液在低速大容量離心機中以3000 r·min-1的速度離心得到圓篩藻余液，加入30wt%過氧化氫和2 mol·L-1的鹽酸，在暗處放置反應48 h，分別用二次水和無水乙醇洗滌兩次，離心，置于真空干燥箱在130 ℃下干燥3 h。

1.3 硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的模板合成—— 配位反應-沉淀反應多重平衡合成法

配制溶液：配制0.2 mol·L-1的Zn（NO3）2溶液和1 mol·L-1的（NH4）2CO3溶液。

準確稱取硅質殼材料0.024 g，加入30 ml蒸餾水中，充分攪拌直至硅質殼材料分散均勻。加入0.2 mol·L-1Zn（NO3）2溶液2.00 ml，緩慢滴加1 mol·L-1的（NH4）2CO3溶液。加入一定量的氨水，直至產生的沉淀剛好消失為止。將燒杯置于80 ℃恒溫水浴中，固定中速攪拌，進行水解反應。將反應液轉移至抽濾漏斗中分離，并分別用蒸餾水和無水乙醇各洗滌所得沉淀兩次，得到前驅體。將前驅體置入箱式電阻爐中，升溫至450 ℃，保溫4 h，得到硅質殼結構氧化鋅納米材料。

1.4 硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的表征

1.4.1 掃描電子顯微鏡分析

取定量硅質殼材料、硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料進行冷場發射掃描電子顯微鏡分析，考察材料的表面形貌。

1.4.2 透射電子顯微鏡及自帶能譜儀分析

取定量硅質殼材料、硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料進行透射電子顯微鏡及自帶能譜儀分析，考察材料的表面形貌與元素分布情況。

1.4.3 傅立葉變換紅外光譜儀分析

取定量硅質殼材料、硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料進行傅立葉變換紅外光譜儀分析，考察材料的組成。

1.5 圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的發光性能實驗

以相同方法制得不含硅質殼的氧化鋅材料。

取定量硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料、不含硅藻硅質殼的氧化鋅材料放入F-4600熒光光譜儀的固體支架中，將數據模式選為Luminescence，狹縫寬度選為5.0 nm，固定激發波長為300.0，掃描發射光譜。

2 實驗結果與討論

2.1 硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的電鏡分析

如圖1所示，一系列電子顯微鏡對比圖片表明了氧化鋅在圓篩藻硅質殼表面的分布情況。圓篩藻硅質殼殼面的平均直徑約為90 m（圖1-a），其表面呈現出一種三維納米蜂窩狀多級孔結構（圖1-b～1-e）。其中，孔較大的一級微孔平均直徑約1.2 m（圖1-b～1-d）；孔徑相對較小的一級結構其平均直徑大約為150～200 nm（圖1-c）；從透射電鏡圖片上孔徑最小的一級結構的輪廓，可判斷出其微孔的平均直徑約為70～80 nm（圖1-e）。通過配位反應-沉淀反應多重平衡合成法合成前驅體得到了均勻的硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料（圖1-f），殼面的ZnO納米粒子呈針狀有序排布，平均長度200 nm（圖1-g）。透射電子顯微鏡圖片（圖1-h～1-k）給出了氧化鋅在圓篩藻硅質殼結構的各級微孔中的分布情況。在圓篩藻硅質殼殼面的二級微孔結構中，氧化鋅納米粒子顆粒的平均直徑可達到約為5 nm（圖1-j）。

2.2 硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的能譜分析

圖2給出了圓篩藻硅質殼結構與硅質殼氧化鋅納米材料的能譜分析結果的對比圖，其中銅元素的能譜峰來自測試用的能譜儀放置樣品的銅網支架。從對比圖中可以看出，圓篩藻硅質殼結構的主要元素組成為硅和氧，而圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料中硅和鋅的原子百分比例約為2.23∶1。

2.3 硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的紅外光譜分析

如圖3所示，圓篩藻硅質殼結構及圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的紅外光譜對比圖清楚的顯示了模板反應前后材料在結構組成上的改變。對于硅質殼結構本身的特征峰來說，470～806 cm-1處為硅質殼結構中Si-O-Si基團的彎曲振動吸收峰，1095 cm-1處為Si-O-Si基團的伸縮振動吸收峰。3000～3750 cm-1處的寬吸收峰為O-H基團的伸縮振動吸收峰，在這里是既包括硅質殼結構表面吸附的水、表面結晶水中的羥基的伸縮振動吸收峰，也包括H-O-Si基團中的羥基的伸縮振動吸收峰。從紅外譜圖中Si-O-Si基團和Si-OH基團的紅外吸收峰的強度來看，圓篩藻硅質殼表面的Si-O-Si基團在數量上占有優勢，是圓篩藻硅質殼結構表面所具有的主要的基團。而圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的紅外光譜則顯示Si-O-Si基團和Si-OH基團的幾處紅外吸收峰都有了一定程度上的減弱，表明氧化鋅在圓篩藻硅質殼表面可能與Si-O-Si基團以及Si-OH基團發生了化學反應。

2.4 硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的發光性能與比較分析

圖4所給出的是圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料與同一條件合成的不含圓篩藻硅質殼結構的氧化鋅材料在300.0 nm的激發波長下的光致發光光譜對比圖。從對比圖中可以看出，以上圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料與同一條件合成的不含圓篩藻硅質殼結構的氧化鋅材料在400～550 nm的發射光范圍內的藍綠可見光區均有寬而強的發射峰，但是圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料的發射光強度比同一條件合成的不含圓篩藻硅質殼結構的氧化鋅材料的發射光強度要高出14.55%。

3 結論

（1）建立了利用溶液配位反應-沉淀反應多重平衡合成前驅體的方法，成功合成了硅質殼結構氧化鋅納米材料，電子顯微鏡表征的結果表明氧化鋅在圓篩藻硅質殼表面均勻附著，殼面上的氧化鋅納米針狀物平均長度200 nm，多級微孔結構內的氧化鋅納米粒子平均直徑5 nm，能譜分析結果表明，圓篩藻硅質殼結構氧化鋅納米材料中硅和鋅的原子比約為2.23∶1，紅外光譜分析結果表明，氧化鋅與圓篩藻硅質殼表面的部分Si-O-Si和Si-OH特征基團發生化學反應。

（2）對比相同條件下制備的不含硅藻硅質殼的氧化鋅材料，對硅藻硅質殼結構氧化鋅納米材料進行了發光性能的分析和比較研究，結果表明經硅藻硅質殼模板合成后的氧化鋅材料在光致發光性能上提高了14.55%。

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篇6

摘要：《高分子納米材料》是我校高分子材料專業開設的一門專業選修課。在分析了課程的目的、特點和教學存在問題的基礎上，詳細闡述了運用視頻課程、顛倒課堂、電子產品輔助教學等多元化教學手段，實現本課程的教學改革。

關鍵詞：高分子納米材；教學改革；顛倒課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0080-03

一、引言

納米科學與技術是20世紀80年代末期興起的，經過三十多年的發展，納米技術已逐步邁出實驗室走向市場，其商業化應用在全球范圍內迅速展開。全世界都認識到，納米技術將引起新一輪的產業變革，未來擁有并掌握納米技術及其應用的國家將更具備核心競爭力。納米材料科學是涉及到凝聚態物理、膠體化學以及材料的表面和界面等多門學科的交叉科學，而高分子納米材料同樣是涉及高度交叉的綜合性學。納米結構的聚合物材料由于尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀量子隧道效應使材料具有獨特的性能而在機械、光、電、磁、微處理器件、藥物控釋、環境保護、納米反應器及生物化學等方面具有廣闊的應用前景[1]，從而掀起了對納米結構聚合物材料研究的熱潮。在納米科技迅速發展的大背景下，很多高校的材料專業開設了“納米材料”或“納米技術”相關課程[2-3]。但據作者所知，江南大學是少數對高分子材料專業開設《高分子納米材料》課程的高校之一，筆者結合自己的授課經驗以及《高分子納米材料》課程的特點，從其現在面臨的題及采用多元化教學手段等方面研究探索該課程的教學改革。

二、課程特點及現有問題

《高分子納米材料》課程介紹高分子納米材料的獨特性能、制備方法，并將其和學科發展前沿聯系起來，主要教學內容側重如下幾個方面：（1）高分子納米材料的基礎知識（包括基本效應、特殊性質）；（2）高分子納米材料的制備方法；（3）高分子納米材料的表征方法；（4）特殊功能的納米材料（如高分子納米復合材料、高分子納米涂料、生物醫用高分子納米材料、光/電/磁性高分子納米材料、超疏水/疏油（雙疏）性高分子納米材料）；（5）高分子納米材料的應用及生物安全性問題。涉及較多的應用研究型內容、既有理論又有實踐，強調理論和實踐的結合，且課程的知識點較多，知識的交叉性強。

本課程的開設旨在為具有高分子材料與工程學科背景的學生增加納米科學及技術的基礎知識。通過學習本課程，學生對高分子納米材料的發展趨勢和研究熱點有了很深的理解，涉獵了未來高分子納米材料的重大學科領域。學生的創新思維以及能力得到了不同程度的提升。

作為典型的交叉學科，《高分子納米材料》課程的教學具有一定的難度。首先，課程內容涉及知識面廣，該課程主要解決以下問題：“什么是納米技術”、“怎么制備高分子納米材料”、“高分子納米材料的特殊功能”等，而特殊功能性就包括了光/電/磁性、pH/溫度響應性、超雙疏性等多部分內容。因此難于在有限的課堂教學時間內全面系統地深入介紹學科內容，容易導致沒有節制的填鴨式教學，使學生無法在短時間內消化，影響后續課程的學習。如何準確把握課程的基礎理論框架，引導學生開展自主學習，是授課教師在設計課程內容時需要解決的重要問題。其次，課程內容前沿性強，知識更新速度快，研究熱點不斷變化，新的研究方向與研究成果層出不窮。這就需要授課教師投入更多的時間和精力縱覽多個學科的發展，以便能夠站在學科的前沿引領學生去認知和創新性思考。再次，內容抽象，盡管納米材料這門課較新，學生們興趣較高，但在講授過程中缺乏實物，無法為學生帶來更直觀的感覺，從而影響了學生進行獨立的思考、個性思維的發展和創新能力的培養。

三、課程教學手段改革

為提高課堂教學質量，提高學生的綜合能力，以使學生成為適應社會發展需要的復合型人才，教師必須轉變教學理念，激發學生的學習興趣、主動性、積極性[4]。

（一）課堂多樣化教學法

傳統教學方式中，老師在課堂上滿堂灌，使學生缺乏思考，覺得學習枯燥無味，喪失學習激情。因此，應結合不同的教學內容，授課教師運用“提問式”、“討論式”等方式方法結合起來講授，注重與學生的互動。對于理論性較強的內容，多采用圖片形式展示，如結合Photo Shop、AutoCAD等繪圖軟件制作一些多媒體教學課件，根據需要進行拆分和組合講解，增強學生的直觀認識，達到傳統教學手段無可達到的演示效果。同時，注重語言的深入淺出，或理論聯系實際，如在介紹超雙疏高分子納米材料部分課程時，從自然界中的荷葉效應開始解釋，說明荷葉結構與性能關系，從而引入超雙疏高分子納米材料，在快速理解的同時，激發學生的學習熱情和投身其研究的興趣。

視頻課件內容豐富、信息量大，教師可以制作或下載相關教學視頻，引入更多與課程相關的新知識、新技術和新成果。如介紹生物醫用高分子納米材料在藥物緩釋領域的應用時，納米材料怎樣進入體內病變部位，怎么靶向、釋放藥物，達到治療的效果，如果沒有視頻，學生很難理解、很難想象；而通過視頻將其原理、過程更直觀、更形象的展現在學生面前，讓學生更容易、更有興趣地去學習并掌握知識點。

另外，對于相關制備技術與創新應用方面，則要重視啟發――探究式的教學，注重理論聯系實際以及學生創新思維和能力的培養，比如對于高分子納米材料的測試表征手段的教學，教師可以結合實驗教學，帶領學生參觀所學習的相關儀器設備，動手操作儀器，這樣既可以提高學生的學習興趣，又可以鞏固所學的理論知識，其實踐能力也可以得到培養。

（二）顛倒課堂教學法

顛倒課堂教學法堅持“以學生為中心”的教學理念，借助于信息技術在時空上顛倒傳統教學中教師的知識傳授與學生的知識內化過程，讓學生可以在家或課外通過觀看教學教案、教學視頻中教師的講解，自主完成對新知識的學習，課堂上教師通過設計一些真實的問題情境，組織學生協作探究解決問題的方法，而學生可以通過與教師、同伴的交流討論，實現對知識的吸收與深化[5]。顛倒課堂在國外已經取得了較好的效果，而在國內還鮮少嘗試。

在《高分子納米材料》課程中，可以根據需要有選擇的對部分教學內容進行顛倒課堂。我們根據前期對學生的調查，學生們一致對生物醫用高分子納米材料非常感興趣，有很多的問題想了解，如果還是以傳統法教學，則無法較好的和他們討論、回答他們問題，無法滿足他們的好奇心。因而，在進行這部分內容教學時，可以采用顛倒課堂的方式。首先在班級的微信群或QQ群里上傳教學PPT及相關視頻，學生通過學習后，對生物醫用高分子納米材料的發展概況、基本知識、結構設計有了一定的了解；在課堂上，學生先提出問題，分組交流討論、教師參與討論；教師最后再補充知識、總結學生問題的基礎上，再設計問題讓學生深入思考，解決問題。

（三）教學與科學研究復合的教學法

為培養學生應用所學的知識解決實際問題的能力，教師可以將教學與科學研究進行復合。如結合教師們的課題，把最新的科研成果有機地融入課堂教學中，為學生講解具體的高分子納米材料制備及性能研究，并讓其參與其中，將研究的樣品實際展示給學生，調動學生興趣，突出高分子納米材料的趣味性、理論性、科學研究性和前瞻性，并加強學生的自主創新意識和科研能力。

另外，邀請國內外高分子納米材料專家做專題報告和前沿講座，使學生能夠及時了解前沿技術與l展動態；結合教學內容，提出本學科的研究熱點問題，與課堂討論相結合，不僅增強了師生間的互動、活躍了課堂氛圍。

（四）借助智能電子產品建立學習平臺

21世紀以來，各類高大上的電子產品，如iPad、手機等已成為年輕人須臾不可離的隨身之物，這類電子產品極大的分散了學生上課的注意力及降低了學生對學習的興趣和主動性，因而一直不被教師、家長看好，將之拒于學校與課堂大門之外。然而，隨著數字校園向智慧校園的邁進，手機的這種應用及趨勢只會越來越頻繁，全面禁止大學生在教學過程中接觸手機只會適得其反。因此，應順應學生的心意，改革和完善現行教學方式，在課堂教學、課后練習中有效利用智能電子產品，使其成為輔助教學的良好工具[6]。

在《高分子納米材料》課程教學中，我們建立了班級QQ群、微信群，通過群平臺進行信息、專題討論、資源共享等，有利于及時消息、正確引導學生、掌握學生動態。教師對根據學生的學習能力、反饋信息，提供個性化的教學要求和實施目標。

微信公眾號平臺經常相關的知識、發展動向、微課等內容，這是一個可以讓學生在課后補充學習的平臺。因而，要求學生關注如“納米人”、“高分子科學前沿”等公眾號，認真學習和掌握高分子納米材料的發展動向。同時，智能手機中的一些APP也對我們課程有很好的幫助，如ACS Mobile、RSC Mobile等，旗下雜志一有新的研究進展及時更新至APP中，讓學生更及時了解高分子納米材料的研究動態與最新成果。

四、結束語

作為本世紀最矚目的前沿科技研究熱點之一，高分子納米材料也取得了長足發展，很多新的高分子納米材料產品如高分子納米涂層、高分子復合材料、藥物緩釋納米材料等從實驗室走向實際應用，成為保障人類生活和工業發展的重要基礎。《高分子納米材料》課程教學內容的選擇要充分考慮到廣度和深度的統一、基礎和前沿的兼顧、新舊內容的銜接、理論聯系實際、巧用電子產品的資源等多個方面。在整個教學過程中，學習者表現較積極，能主動發言并積極參與討論，各個小組的匯報效果也較好，能夠激發學習者的學習興趣，培養學生創新意識及創新能力。

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關鍵詞：納米瀝青；改性瀝青；耐久性

0 引言

近年來，納米技術正在逐漸滲透到交通材料領域，納米材料改性瀝青即是其中一個重要的研究方向。納米材料尺度由于處于微觀領域，因而與其他材料不同，具有特殊的界面效應，并且表面原子活性極強，極易與其他原子結合而使自身達到穩定狀態，這就是納米微粒活化，也是納米粒子不穩定的根本原因。納米材料改性瀝青之所以不同于其他改性瀝青，根本原因在于納米材料改性瀝青是從微觀結構上改變瀝青性能。納米材料能夠從根本上大幅度改善瀝青性能，這是其他瀝青改性方法所不能比擬的。因此，納米材料改性瀝青是國內外瀝青材料研究的熱點和前沿，它正在成為交通材料研究和應用的新經濟增長點。

1 納米材料的發展

迄今，納米技術對傳統材料性能的優化已被證明是一個良好的研究、應用對象。國內外在建筑材料領域業已開展了一系列卓有成效的研究和應用實踐，在納米涂料、高力學性能材料、高分子級納米復合材料方面取得了很多基礎研究和商業化成果，如納米化高強度合金、納米增韌陶瓷以及納米改性橡膠等。20世紀90年代，美國聯邦公路局（FHA）等機構倡導并生產的低碳、高強度納米化鋼鐵被成功應用到工程實踐中，取得了顯著的使用效果[1，2]。2007年9月歐洲“水泥及混凝土納米技術研討會”共設了8個論題探討納米技術在水泥基材料上的應用[3]。2007年8月美國聯邦公路局（FHA）、等在其的《歐洲、加拿大長壽命混凝土路面》報告中重點提及歐洲在路面納米技術方面的進展，并在休斯敦大學、得克薩斯州展開了智能路面材料及檢測技術方面的研究[4，5]。

縱觀文獻，納米材料和技術在瀝青及其瀝青路面上的研究還不太多，這主要與瀝青路面材料類型眾多（膠結料、添加劑、集料等幾十種材料）導致的瀝青混合料性能及其研究的復雜性有關。但隨著近幾年的發展，在新材料研發、納米復合材料及納米技術分析方面，已經有了一種前沿的意識和努力的方向。

2 納米復合改性瀝青

納米材料一般可分為納米顆粒、納米一維材料（納米絲、納米棒、納米柱等多形態）和納米薄膜材料[1]。其中前兩者多用于材料的復合改性過程中，常用于塑料、橡膠、涂料生產等方面。按已有研究，在填料與基體材料粘合很好的狀態下，顆粒填料可顯著提高復合材料的拉伸強度、彈性模量和拉伸屈服應力，且隨著填料含量的增加而增大；同時隨著填料粒徑的減小，屈服應力增加得更為顯著。這一點在瀝青改性中具有明顯的實用意義，可以通過納米粉體的復合來提高瀝青的力學性能，如彈性模量、屈服應力等，以獲得路用性能更佳的改性瀝青。但必須考慮其中兩個關鍵環節：一是納米顆粒在瀝青中的分散，由于納米粉體的比表面積巨大（如氣相二氧化硅比表面積在50400m2/g），顆粒團聚嚴重，很難在粘稠瀝青中單純地進行均勻分散，這就需要表面改性劑、分散劑等輔助劑的二次改性工作；二是納米顆粒在瀝青中存在一個最大臨界體積分數，大于該體積分數，復合材料的性質將發生變化，如材料的拉伸強度會降低等。

利用無機納米粉體材料對瀝青進行改性時常用的納米材料為氧化物、碳酸鹽類，如納米SiO2、TiO2、CaCO3等；在進行某些彩色瀝青研究中，可以使用一些帶有顏色的氧化物粉末，如納米Fe2O3，可以提高彩色瀝青的耐候性和抗老化能力。目前常用機械拌合法，使納米材料在瀝青中均勻混合，形成納米改性瀝青，一方面易于施工，另一方面更能提高瀝青和混合料的使用性能。

日本、瑞典等國家較早開展了納米TiO2瀝青研究，在提高其傳統性能的同時，實現路面的功能化。國內更多關注納米材料對瀝青混合料路用性能的改善。葉超等研究了納米SiO2和TiO2改性瀝青的路用性能指標，如針入度、軟化點、延度、復數剪切模量、車轍因子及疲勞因子等，證明納米材料摻量只需要很小（0.5%），就能提高材料性能[6]。范俊峰等采用關聯度分析法研究了兩種納米材料的質量分數與改性瀝青性能之間的關系，發現納米材料的加入顯著改善了瀝青的高溫穩定性 [7]。劉大梁等利用納米碳酸鈣（粒徑1540nm）產品，對基質70瀝青進行改性，內摻8%時，可明顯降低瀝青25e針入度，提高軟化點和粘度，瀝青混合料高溫車轍試驗中的動穩定度也提高了1倍，且在低溫彎曲性能和水穩定性方面不存在明顯的消極影響[8]。但這些研究多沒有考慮納米粉體改性瀝青的工藝及穩定性問題等方面，生產工藝簡單，也沒有經過實體路面上的性能檢驗。

相對而言，研究更多的為層狀硅酸鹽與瀝青的納米復合技術。層狀硅酸鹽具有大的比表面積和徑厚比，與聚合物可形成二維有序插層或剝離納米結構，能夠顯著改善聚合物的力學性能、熱性能和阻隔性能。早在20世紀90年代Yano就合成了具有不同透氣參數的聚酰胺/蒙脫土納米復合材料，發現這種材料具有非常卓越的氣密性能，當摻量為2%（質量分數）時，復合材料的透氣性能即能降低50%。尼龍基層狀硅酸鹽納米復合材料中，硅酸鹽含量為2%（體積分數）時可顯著提高復合材料的拉伸強度和熱彎曲溫度，且沖擊強度不會發生很大變化[9]。因此，這種以商品化聚合物為基體的層狀硅酸鹽納米復合材料也開始應用在改性瀝青的研究上。

總的說來，這些層狀硅酸鹽粘土礦物可以明顯提高改性瀝青的強度和耐高溫性能，如提高軟化點和剪切模量等。同時由于層狀結構出現在瀝青內部，具有一定的阻隔空氣、水分、有機溶劑的功能，延緩瀝青老化和毛細水的深入，從而延長瀝青的使用壽命。但在實際應用中，由于使用量大，如何在現場實現硅酸鹽礦物在瀝青中的完全剝離和分散均勻還是個問題，且由于這些粘土礦物具有自乳化特點，如何避免其消極影響，還需要對瀝青路面實際使用性能進行具體研究。

3 納米分析技術的應用

美國西部研究院多年從事瀝青材料的微觀學研究，A.T. Paul利用原子力顯微鏡研究了8種瀝青的微觀和納米級范圍內的表面能和吸附特性。將樣品做成微米層次的薄膜，基于Johnson、Kendell和Roherts接觸方法，利用ALF對表面能進行檢測和吸附能力的評價。結果表明，瀝青膜的脫附力與瀝青油源有關；同時利用原子力顯微鏡（AFM）對集料表面的瀝青和瀝青添加劑混合物進行圖像的量化處理，表明不同集料上同種瀝青的微形貌和結構不同。西部研究院采用的顯微可視技術可用于改性瀝青、基質瀝青，能夠良好、快速地測量出瀝青集料之間的粘結性能，以有效地預測瀝青路面的疲勞裂縫和水損害性能。在未來的工作中，西部研究院將對瀝青顯微結構如何隨溫度改變的問題進行研究，按照路面服務期內的溫度范圍，設定不同溫度區間，研究和確定集料表面改性瀝青與未改性瀝青微觀結構的改變情況。這些結果與老化期間的路面現場特性有一定的相關性，對于具體的路用行為具有更深入的解釋意義。

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篇8

【關鍵詞】功能性 納米材料 電化學 免疫傳感器

【Abstract】The immune sensor is based on the close cooperation with the selective immune response and is suitable for the signal conversion technology， to monitor antigen - antibody response of biological sensors， gradually get rapid development and extensive application in many fields. In recent years the electrochemical immunosensor main research direction， in general is to improve the sensitivity， accuracy， selectivity， response time， and this article will use the single-walled carbon nanotubes as electrode， using its good conductivity， high surface area ratio， through the modification of carbon nanotubes wall and pipe end and biological molecular bonding， and keep the activity of biological molecules， the electrochemical immunosensor extremely symbolic significance. This paper combines the specific relevant theories and analysis， the application of functional nano materials in electrochemical immunosensor for research.

【Key words】Functional； Nano materials； Electrochemical； Immunosensor

免疫傳感器的一般工作原理為固定在換能器上的抗體（抗原）對樣品介質中的抗原（抗體）進行選擇性免疫識別，并且產生隨分析物濃度的變化而變化的分析信號。在抗體的不同區域和抗原決定簇之間的高選擇性反應主要包括疏水力、靜電作用力、凡德瓦爾力和氫鍵作用力。近年來納米材料在電化學免疫傳感器上的應用也發展得相當迅速。由于納米材料具有表面積大、表面反應活性高、表面活性中心多、催化效率高和吸附能力強等優異性質，將納米微粒應用于電化學免疫傳感器中，可以提高傳感器測量的靈敏度、準確性、減少采血量和檢測時間[1]。作為免疫分析技術的一個重要分支，免疫傳感器除了具有傳統免疫分析方法所共有的性能特點外，還具有高選擇性、高靈敏度、可逆性和劑利用的高效率等優點。另外，免疫傳感器大都制備簡單，便于實現自動化、數字化和微型化，因此可以避免傳統免疫分析方法所附帶的一系列問題，故在臨床分析、環境分析和生物監測過程中顯示了強大的應用潛力[2]。因為免疫傳感器常用來測量源于分析物和固定的抗體/抗原之間的反應而產生的信號，所以將抗體（抗原）固定在原始換能器表面的固定化過程在免疫傳感器制備中有著重要的作用。大量的固定法已用于各種免疫傳感器，如靜電吸附、包覆法、交聯法、共價鍵結合法等。

1 電化學免疫傳感器的工作原理

由于電化學免疫傳感器具有高靈敏度、低成本和便攜等優點，成為免疫傳感器中研究最早、種類最多，也較為成熟的一個分支。電化學免疫傳感器的基本工作原理是：采用電化學檢測方法來檢測標記的免疫劑或一些由酶、金屬離子和其它電活性物質標記的標記物，從而對疾病診斷或病人狀態監測中復雜系統的多組混合物進行分析提供有力數據[3]。用于電化學免疫傳感器檢測中的換能器主要分為電位型、電導型、電容型、阻抗型和安培型等裝置。電位型傳感器現在已經被公認為是一種成熟的傳感器，已有大量的商品化產品。對于電位型傳感器，當電流流動為臨界點時，換能器界面處于平衡狀態，此時電極或者表面修飾膜的電位變化與溶液定金屬離子活性呈對數比例關系，這就是電位型換能器的基本工作原理。這類生物傳感器具備制備簡單、操作容易及選擇性良好的優點[4]。

2 功能性納米材料技術

與塊狀物質相比，金屬和金屬氧化物納米粒子由于其新穎的材料特性，近年來已被廣泛研究。少于50個金屬原子小團簇可以產生像大分子一樣的效果，但大于300個原子的大團簇表現出大體積樣品的性質，介于這兩種極端之間的材料，通常為納米材料，有許多未知的化學和物理性質，這也是許多研究一直集中于納米材料的一個原因。納米材料具有依賴于其尺度的光、電和化學性能[5]。納米材料可以應用到許多領域，如光學器件、電子器件、催化、感測技術、生物分子標記等。考慮納米粒子的優點，如大面積、高催化性和良好的親和性，如今，多種納米材料已被用來包覆蛋白質。常用的有納米碳管（CNTs）、金膠體（Au colloidal）、量子點以及納米二氧化鈦。CNTs自從1991年被發現以來，引起了一股研究熱潮。納米直徑的圓筒形石墨片狀的CNTs具備高電導率、良好的化學穩定性、非常顯著的機械強度和成模性。納米碳管可以與DNA分子自組裝（self-assembly）。根據理論預測與實驗驗證，DNA/CNTs 層可作為新的電子材料[6]。由于DNA溶液可以膠化，混合的DNA/CNTs層能夠在金屬電極表面保持穩定，可以用來研究一些電化學現象或檢測一些蛋白質性質。此外，帶正電荷的蛋白質可被固定在帶大量負電荷的DNA修飾層上。多壁納米碳管與DNA混合后，可成功地固定在鉑電極表面，更進一步的研究表示，細胞色素C可被強吸附在修飾電極表面形成一種近似的單分子層。

納米技術的快速發展為納米粒子在生物傳感器和生物分析中的應用開拓了新的方向，由于其獨特的物理、化學性質，納米粒子引起了納米科學家的極大興趣，這些性質使其在化學和生物感測方面具有廣闊的應用潛力。近年來，組成和空間結構不同的納米粒子被廣泛應用于不同生物分子識別的電學、光學和微量感測中。膠體金（Colloidal gold）和半導體量子點納米粒子在生物分析中應用得非常廣泛。通過與生物識別反應和納米生物電子的耦合作用，能極大地提高這兩種納米粒子的用途。納米粒子放大標記以及納米粒子-生物分子的自組裝產生極大的信號增強作用，為制造超靈敏的光學和電學檢測奠定了基礎，其靈敏度可與聚合物酶鏈反應（PCR）相比[7]。

納米材料獨特的性質使其在設計具有高靈敏度和選擇性的核酸和蛋白質檢測方法中具有廣闊的應用前景。由于可以制得不同尺寸、組成和形狀的納米材料，調節其物理化學性質，使其在生物感測和生物分析中得到廣泛的應用。由于納米材料的小尺寸效應，其性質很大程度上受到與其結合的生物分子影響。近幾年，不同組成的納米粒子作為多種用途、靈敏的標記物被廣泛地應用于識別不同生物分子的電子、光學和微天傳感器中。納米粒子放大標記以及納米粒子-生物分子的自組裝產生極大的信號增強作用，這種技術結合了納米粒子-生物分子自組裝的放大特性和光學或電化學傳感器的高靈敏性，將多個基于納米材料的放大單元和過程結合，也能夠設計出多重放大器，滿足現代生物分析對更高靈敏度的需求[8]。金屬納米粒子獨特的催化性質能在其本身或另一種金屬納米粒子的刺激下實現放大信號的功能。也可以通過將大量的能夠產生信號的分子封裝在納米粒子中以提高每個結合過程標記物的數量，達到放大信號的目的。這些基于納米材料的生物感測和生物分析方法還能夠與其它的放大技術結合。如圖1所示。

3 基于功能性納米粒子的電化學免疫傳感器與應用

基于抗體和抗原的特異性反應，免疫傳感器為免疫劑的分析提供了一種靈敏的選擇性的方法。在此方法中，免疫材料被固定在傳感器上，通過標記物與其中一種免疫劑的復合物對分析液進行測量[9]。一般是通過測量標記物的特異活性，例如放射性、酶活性、熒光、化學發光或生物發光對分析物進行定量。但是每一種標記物都有自己的優缺點，含有金屬標記物免疫檢測的金屬免疫檢測，以克服一般的放射性標記，熒光標記和酶標記的缺點。電化學檢測的金屬免疫分析具有以下幾種優點：如，檢測液用量少、樣品不用純化、靈敏度好、儀器設備相對便宜。盡管電化學技術能夠檢測到nano-mole有機金屬化合物或金屬離子，與能檢測到pico-mole級的熒光檢測方法相比，靈敏度還不夠高。使每個結合物上含有最大量的金屬標記物的理想方法是使用包含上千個金屬原子的金屬納米粒子。由于其優越的氧化還原活性，膠體金是電化學免疫感測和免疫標測標記物的最佳選擇。現已建立了一種基于金納米粒子循環累積的新方法，通過陽極溶出技術檢測人的免疫球蛋白（IgG）[10]。在生物素存在下，脫巰基生物素和親合素的解離反應為能夠分析最終定量的金納米粒子的循環累積提供了有效的路線。陽極峰電流隨著循環次數的增加而增大。五個循環的累積即可滿足該分析方法的需要。這種方法的優點就是背景值很低，從而使人IgG的檢測極限可達0.1ng/ml。如圖2、圖3所示。

4 結語

納米技術為設計超靈敏的生物傳感器和生物分析方法提供了很大的機會。納米粒子在生物傳感器放大和生物分子識別具有巨大的潛力及應用價值。新的納米粒子感測技術的超強靈敏度，為常規方法檢測不到的疾病標記物提供了可行性。這種高靈敏的檢測方法還能夠實現疾病的早期診斷或預警。納米粒子標記物在蛋白質檢測中的應用還處于起步階段。但超靈敏的DNA檢測中的應用會為蛋白質的檢測提供好的起步。

參考文獻：

[1]張潔，吳B，王傳現，等.采用石墨烯修飾的電化學免疫傳感器檢測豬肉中的己二烯雌酚含量[J].中國藥科大學學報，2015，06：683-685.

[2]逯嶺松，劉蓓，馬霄，等.電化學免疫傳感器超靈敏檢測髓過氧化物酶的研究[J].重慶醫學，2015，36：109-111.

[3]任鵬飛，邵科峰，張潔，等.基于寬譜特異性抗體的β_2-激動劑多殘留電化學免疫傳感器的研制[J].食品科學，2016，08：236-238.

[4]馮德香，尉艷，黃勤安.電化學免疫傳感器在腫瘤標志物檢測中的應用[J].分析試驗室，2016，03：363-364.

[5]張瑤，蒙麗君，官菊芳，等.基于生物條形碼信號放大的電化學方法檢測hIgG[J].江蘇農業科學，2016，02：308-311.

[6]李艷霞，陳國南.基于HRP直接標記的流感病毒H1N1電化學免疫傳感器[J].分析測試學報，2015，06：701-702.

[7]董秀秀，王宇，沈玉棟，等.基于新型納米材料的電化學免疫傳感器及其在食品安全檢測中的應用進展[J].中國食品學報，2015，04：136-138.

[8]劉源，吳海云，于亞平，等.快速檢測水中多氯聯苯含量的電化學免疫傳感器設計[J].湖北農業科學，2015，18：93-95.

篇9

[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。

一、納米的發展歷史

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。

參考文獻：

[1]橋本和仁等［J］.現代化工.1996(8):25～28.

篇10

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.