奈米材料（又稱超細微粒、超細粉未）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統,其結構既不同於體塊材料,也不同於單個的原子.其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,擁有一系列新穎的物理和化學特性,在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值.
奈米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特徵,引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣.80年代初期奈米材料這一概念形成以後,世界各國對這種材料給予極大關注.它所具有的獨特的物理和化學性質,使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇.奈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,並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.大多數傳統的催化劑不僅催化效率低,而且其製備是憑經驗進行,不僅造成生產原料的巨大浪費,使經濟效益難以提高,而且對環境也造成汙染.奈米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件.奈米粒於作催化劑,可大大提高反應效率,控制反應速度,甚至使原來不能進行的反應也能進行.奈米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍.
奈米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑,特別是在有機物製備方面.分散在溶液中的每一個半導體顆粒,可近似地看成是一個短路的微型電池,用能量大於半導體能隙的光照射半導體分散系時,半導體奈米粒子吸收光產生電子——空穴對.在電場作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應.
光催化反應涉及到許多反應型別,如醇與烴的氧化,無機離子氧化還原,有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氮反應,水淨化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實現的.半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機汙染物.例如奈米TiO2,既有較高的光催化活性,又能耐酸鹼,對光穩定,無毒,便宜易得,是製備負載型光催化劑的最佳選擇.已有文章報道,選用矽膠為基質,製得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑.Ni或Cu一Zn化合物的奈米顆粒,對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑.奈米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫.用奈米微粒作催化劑提高反應效率、最佳化反應路徑、提高反應速度方面的研究,是未來催化科學不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革.
2.在塗料方面的應用
奈米材料由於其表面和結構的特殊性,具有一般材料難以獲得的優異效能,顯示出強大的生命力.表面塗層技術也是當今世界關注的熱點.奈米材料為表面塗層提供了良好的機遇,使得材料的功能化具有極大的可能.藉助於傳統的塗層技術,新增奈米材料,可獲得奈米複合體系塗層,實現功能的飛躍,使得傳統塗層功能改性.塗層按其用途可分為結構塗層和功能塗層.結構塗層是指塗層提高基體的某些性質和改性；功能塗層是賦予基體所不具備的效能,從而獲得傳統塗層沒有的功能.結構塗層有超硬、耐磨塗層,抗氧化、耐熱、阻燃塗層,耐腐蝕、裝飾塗層等；功能塗層有消光、光反射、光選擇吸收的光學塗層,導電、絕緣、半導體特性的電學塗層,氧敏、溼敏、氣敏的敏感特性塗層等.在塗料中加入奈米材料,可進一步提高其防護能力,實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用.在標牌上使用奈米材料塗層,可利用其光學特性,達到儲存太陽能、節約能源的目的.在建材產品如玻璃、塗料中加入適宜的奈米材料,可以達到減少光的透射和熱傳遞效果,產生隔熱、阻燃等效果.日本松下公司已研製出具有良好靜電遮蔽的奈米塗料,所應用的奈米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等.這些具有半導體特性的奈米氧化物粒子,在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性,因而能起到靜電遮蔽作用,而且氧化物奈米微粒的顏色不同,這樣還可以透過複合控制靜電遮蔽塗料的顏色,克服炭黑靜電遮蔽塗料只有單一顏色的單調性.奈米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應.在汽車的裝飾噴塗業中,將奈米TiO2新增在汽車、轎車的金屬閃光面漆中,能使塗層產生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏.奈米SiO2是一種抗紫外線輻射材料.在塗料中加入奈米SiO2,可使塗料的抗老化效能、光潔度及強度成倍地增加.奈米塗層具有良好的應用前景,將為塗層技術帶來一場新的技術革命,也將推動複合材料的研究開發與應用.
3.在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域,產品數量繁多,用途廣泛,並且影響到人類生活的方方面面.奈米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音,並顯示它的獨特畦力.在橡膠、塑膠、塗料等精細化工領域,奈米材料都能發揮重要作用.如在橡膠中加入奈米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力.奈米Al2O3,和SiO2
奈米材料（又稱超細微粒、超細粉未）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統,其結構既不同於體塊材料,也不同於單個的原子.其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等,擁有一系列新穎的物理和化學特性,在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值.
奈米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特徵,引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣.80年代初期奈米材料這一概念形成以後,世界各國對這種材料給予極大關注.它所具有的獨特的物理和化學性質,使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇.奈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,並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.大多數傳統的催化劑不僅催化效率低,而且其製備是憑經驗進行,不僅造成生產原料的巨大浪費,使經濟效益難以提高,而且對環境也造成汙染.奈米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件.奈米粒於作催化劑,可大大提高反應效率,控制反應速度,甚至使原來不能進行的反應也能進行.奈米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍.
奈米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑,特別是在有機物製備方面.分散在溶液中的每一個半導體顆粒,可近似地看成是一個短路的微型電池,用能量大於半導體能隙的光照射半導體分散系時,半導體奈米粒子吸收光產生電子——空穴對.在電場作用下,電子與空穴分離,分別遷移到粒子表面的不同位置,與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應.
光催化反應涉及到許多反應型別,如醇與烴的氧化,無機離子氧化還原,有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成,固氮反應,水淨化處理,水煤氣變換等,其中有些是多相催化難以實現的.半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機汙染物.例如奈米TiO2,既有較高的光催化活性,又能耐酸鹼,對光穩定,無毒,便宜易得,是製備負載型光催化劑的最佳選擇.已有文章報道,選用矽膠為基質,製得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑.Ni或Cu一Zn化合物的奈米顆粒,對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑,可代替昂貴的鉑或鈕催化劑.奈米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫.用奈米微粒作催化劑提高反應效率、最佳化反應路徑、提高反應速度方面的研究,是未來催化科學不可忽視的重要研究課題,很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革.
2.在塗料方面的應用
奈米材料由於其表面和結構的特殊性,具有一般材料難以獲得的優異效能,顯示出強大的生命力.表面塗層技術也是當今世界關注的熱點.奈米材料為表面塗層提供了良好的機遇,使得材料的功能化具有極大的可能.藉助於傳統的塗層技術,新增奈米材料,可獲得奈米複合體系塗層,實現功能的飛躍,使得傳統塗層功能改性.塗層按其用途可分為結構塗層和功能塗層.結構塗層是指塗層提高基體的某些性質和改性；功能塗層是賦予基體所不具備的效能,從而獲得傳統塗層沒有的功能.結構塗層有超硬、耐磨塗層,抗氧化、耐熱、阻燃塗層,耐腐蝕、裝飾塗層等；功能塗層有消光、光反射、光選擇吸收的光學塗層,導電、絕緣、半導體特性的電學塗層,氧敏、溼敏、氣敏的敏感特性塗層等.在塗料中加入奈米材料,可進一步提高其防護能力,實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等,在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用.在標牌上使用奈米材料塗層,可利用其光學特性,達到儲存太陽能、節約能源的目的.在建材產品如玻璃、塗料中加入適宜的奈米材料,可以達到減少光的透射和熱傳遞效果,產生隔熱、阻燃等效果.日本松下公司已研製出具有良好靜電遮蔽的奈米塗料,所應用的奈米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等.這些具有半導體特性的奈米氧化物粒子,在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性,因而能起到靜電遮蔽作用,而且氧化物奈米微粒的顏色不同,這樣還可以透過複合控制靜電遮蔽塗料的顏色,克服炭黑靜電遮蔽塗料只有單一顏色的單調性.奈米材料的顏色不僅隨粒徑而變,還具有隨角變色效應.在汽車的裝飾噴塗業中,將奈米TiO2新增在汽車、轎車的金屬閃光面漆中,能使塗層產生豐富而神秘的色彩效果,從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏.奈米SiO2是一種抗紫外線輻射材料.在塗料中加入奈米SiO2,可使塗料的抗老化效能、光潔度及強度成倍地增加.奈米塗層具有良好的應用前景,將為塗層技術帶來一場新的技術革命,也將推動複合材料的研究開發與應用.
3.在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域,產品數量繁多,用途廣泛,並且影響到人類生活的方方面面.奈米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音,並顯示它的獨特畦力.在橡膠、塑膠、塗料等精細化工領域,奈米材料都能發揮重要作用.如在橡膠中加入奈米SiO2,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力.奈米Al2O3,和SiO2