纳米材料作为吸附剂在分离富集中的应用随着生命科学、生物工程和环境科学等学科的迅速发展，分析对象日益复杂多样，对复杂基体中痕量和超痕量组分的分离和检测成为突出的问题。虽然现代仪器分析方法的检出限越来越低，但要直接分析这些组分的含量也往往遇到困难，有时甚至是不可能的，这是因为，一方面，样品本身的物理化学状态有的不适合直接测定，或者分析方法对极低含量的组分灵敏度不够；另一方面是存在基体干扰，或者缺乏相应的校正标准和试剂。因此必须借助各种各样的分离富集技术，以提高分析方法的灵敏度和选择性。
虽然某些检测法具有很高的灵敏度，但是分析待测元素含量极低或化学组成太复杂的试样时，往往要求在测定之前辅以化学分离/预富集手段以纯化富集待测物和除去干扰基体。与分离富集技术联用不仅能使元素浓度提高，而且可以在一定程度上消除基体干扰，使分析检出限、精密度和准确度获得有效改善。在分离富集方法中，吸附材料的合成和选择是影响分析灵敏度和选择性的重要因素，因此，寻找新的、性能优越的吸附材料仍然是化学分析中的一个研究热点。
纳米科学技术是二十世纪八十年代初诞生并正在蓬勃发展的一种高新科技，它的内容是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操纵和安排原子、分子而创造新物质。它是一门高度交叉的综合性学科，包括纳米化学、纳米物理学、纳米生物学，纳米电子学和纳米材料学等。这些学科为纳米材料的发展提供了科学基础。
纳米材料是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料，具有一系列新异的物理化学特性。纳米材料是指由极细晶粒组成、特征维度尺寸在纳米数量级(1～100nm)的固体材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子，纳米材料在性能上同组成的微晶粒材料有非常显著的差异。其比表面积大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而趋于稳定，具有很大的化学活性，因此对金属离子具有很强的吸附能力和较大的吸附容量，是一种较为理想的吸附材料。以纳米粒子作为吸附材料分离富集金属离子，对于提高方法的灵敏度，降低元素的检出限，有一定的实际意义。
二纳米材料的吸附原理
吸附可分为两类：一是物理吸附，吸附剂与吸附相之间是以范德华力之类较
弱的物理力结合；二是化学吸附，吸附剂与吸附相之间是以化学键相结合。其中弱物理吸附容易脱附，强化学吸附脱附困难。
纳米微粒由于有大的比表面和表面原子配位不足，与相同材质的大块材料相比较，有较强的吸附性，其吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关，电解质和非电解质溶液等也对纳米微粒的吸附产生强烈的影响。
纳米材料的吸附主要包括非电解质的吸附和电解质吸附。非电解质是指电中性的分子，它们可通过氢键、范德华力、偶极子的弱静电引力吸附在纳米粒子表面，其中主要是以氢键形成而吸附在其它相上。纳米微粒在电解质溶液中的吸附现象大多数属于物理吸附。由于纳米粒子的大的比表面常常产生键的不饱和性，致使纳米粒子表面失去电中性而带电，因此电解质溶液中往往把带有相反电荷的离子吸引到表面上以平衡其表面上的电荷。
以纳米二氧化钛的吸附机理来说，目前认为它属于电解质吸附，其吸附能力由库仑力来决定。而且，随着它在水溶液中的pH值不同可带正电、负电或呈电中性。如下图所示，当pH值较小(小于等电点)时，粒子表面形成M-OH2(M代表金属离子)，导致粒子表面带正电；当pH值高(高于等电点)时，粒子表面带负电;如果pH值处于中间值，则纳米氧化物表面形成M-OH键，使粒子呈电中性。如在9.0*10-3m。比的NaClO4；介质中，二氧化钛的等电点(IEP)为6.2，其值随溶液组成的改变而略有变化。
三纳米材料作为吸附剂的研究进展
纳米材料通常包括纳米粒子、纳米管、纳米棒和纳米线等。当材料尺寸进入纳米量级时，其本身具有量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应和宏观量子隧道效应，因而纳米材料具有许多特有的性质，在化学上有着广泛的应用前景。有关纳米材料合成方法、物理化学特性及其在化学中应用的海量文献在知名期刊上层出不穷。同时也有大量文献报道了纳米材料在精细陶瓷、纺织物、机械、电器、医学、能源、环境、传感器等中的应用。与普通的块体材料相比，纳米材料具有较大的比表面。因而有可能具有较大吸附容量。因此，纳米科学技术和纳米材料的发展将为样品预处理带来新的契机。这里就纳米材料在分离富集中应用的研究进行综述，主要包括金属氧化物作为吸附剂的研究、富勒烯作为吸附剂的研究、碳纳米管作为吸附剂的研究和有机纳米材料作为吸附剂的研究。
3.1纳米氧化物作为吸附剂
纳米氧化物是纳米科学技术中研究比较广泛的材料。比如作为光催化材料的纳米二氧化钛，作为传感器的敏感材料的纳米二氧化锡等。纳米氧化物在高温下晶体不易增长，而且比块体材料有着更大的比表面积和更大的反应活性。许多纳米氧化物表面展示出即具有Lewis碱又具有Lewis酸特性。这些固体酸碱特性特别在角和边上更强。残留的表面羟基和阴/阳离子空穴也能增加纳米氧化物的表面活性。纳米氧化物在分离富集上得到了广泛研究。
3.1.1纳米氧化物分离富集无机离子
非纳米氧化物如氧化铝作为吸附剂已有人报道，而高比表面积的纳米材料在分离富集上应用较晚。V assileva等人1996年研究了高比表面积的二氧化钛作为固相萃取剂对重金属离子吸附性能。研究结果表明，高比表面积的锐钛矿二氧化钛比最常用的氧化硅作为固相萃取剂具有许多优点。其主要优点是：高吸附容量、多元素同时吸附、能有效的吸附和洗脱和很好的重现性。
在过渡金属离子含量测定方面，Hadjiivanov等最早研究了纳米材料用于吸附金属离子的可行性，他们以高表面积的TiO2和GeO2为吸附材料，研究了其对重金属的吸附行为，探讨了金属离子的吸附模型。最近该研究组又合成了高表面积ZrO2将其装入微柱，采用FI-ICP-AES法富集测定了水样中Al，Cd等18种元素。国内常刚等人报道了用溶胶-凝胶法合成的纳米氧化铝作为固相萃取剂用于
痕量金属元素分析。他们考察了纳米氧化铝在静态条件下对一些过渡金属离子的吸附性能以及影响金属离子吸附和解脱的主要因素，确定了最佳吸附和解吸附条件，并应用于实际样品黑麦叶、煤烟灰中痕量金属离子的测定。
纳米氧化物分离富集技术与其它分析技术联用也是纳米氧化物作为吸附剂研究的一项重要的发展方向。。Liang等人发展了一种用纳米二氧化钛作为吸附剂与电感耦合等子体-原子发射光谱（ICP-AES）联用技术，用来同时测定环境样品中痕量元素。这种联用技术同时具有纳米氧化物萃取痕量元素的高富集因子和ICP-AES多元素检测的能力。他们还用这种联用技术在线测定了环境样品中痕量的稀土元素La、Y、Yb、Eu和Dy。这种技术不仅被用到环境样品检测，还被用到了生物样品检测。Qing等人用纳米二氧化钛作为吸附剂与ICP-AES联用检测了地质样品中稀有贵金属Au、Ag和Pd，得到了令人满意的结果。Hang等人也用纳米二氧化钛作为吸附剂与ICP-AES联用成功用于检测了地质样品中稀土元素Sm、Tm、Ho和Nd，相对标准偏差不大于2%。
3.1.2纳米氧化物上的破坏性吸附
纳米氧化物是一类有着独特性质的纳米材料。纳米氧化物已被广泛地应用于破坏性吸附中。所谓的破坏性吸附是相对常见的活性碳或硅藻土对有毒有害的物质的物理吸附而言的，它是一种化学吸附，当它把含氯的化合物破坏分解后，自身生成为氯化物。这一概念是Klabunde等人利用高活性的纳米氧化钙破坏性地吸附了四氯化碳，从而提出的。
Weckhuysen等人用两种稀土氧化物La2O3和CeO2在缺氧的条件下，破坏性吸附了四氯化碳。结果表明在对四氯化碳破坏性吸附中，La2O3的反应活性比CeO2强。La2O3开始反应的温度为300℃，而CeO2为450℃。结果还发现了La2O3和CeO2破坏性吸附四氯化碳过程中，分别有LaOCl和CeOCl中间产物生成，最终生成LaCl3和CeCl3。
Jiang等人研究了过渡金属氧化物包裹碱土金属的纳米粒子如[Fe2O3]MgO、[Fe2O3]CaO、[V2O3]MgO对CCl4、CHCl=CCl2、C6H4Cl2和CH3P(O)(OCH3)2破坏性吸附。结果表明，由于过渡金属氧化物的催化效果，使反应能达到化学计量反应。在实验中他们还发现了破坏性吸附过程中生成的过渡金属氯化物的氯迅速和内核的碱土金属氧化物的氧发生交换，从而使复合纳米粒子外层过渡金属氧化物
的反应活性再生。但复合纳米粒子还是发生了的变化，其内层碱土金属氧化物生成了氯化物。
以上研究均需要在较高温度（一般大于200℃）下进行。Wagner等人在室温下用纳米MgO破坏性吸附了维埃克斯（VX）、梭曼（GD）和芥子气（HD）。VX和GD反应生成无毒的甲基膦酸或梭曼酸；HD反应生成了硫二甘醇和二乙烯硫醚。而他们在室温下用纳米CaO破坏性吸附VX、GD和HD的产物却不相同。VX和GD反应生成物为甲基膦酸酯，HD反应产物只有硫二甘醇。
除了上述报道以外，还有用CuO、Fe2O3、NiO、Al2O3作为破坏性吸附剂进行研究的文献报道。根据上述文献，纳米吸附剂在反应过程生成主要产物为氯化物，再生过程比较复杂。这种不可逆的破坏性吸附剂寿命有待改善。
3.2富勒烯作为吸附剂
富勒烯(C60)是除金刚石、石墨外碳的第三种同素异形体，它是由12个五元环和20个六元环组成的三十二面体结构，有30个共扼双键。结构如图3-1所示。C60的13C核磁共振谱只有一条谱线，60个碳原子是完全等价的。自1990年Huffman等找到克量级C60的制备方法以来，C60的研究得到了飞速发展，在生物、化学等领域得到了应用。Gallgeo等最先研究了C60作为吸附材料用于金属离子分离富集的可行性，由于具有较高的分子表面积和体积，C60和C70等富勒烯对金属离子都有很好的吸附性能，而且对同一种金属离子的中性鳌合物的吸附性能要优于对其离子缔合物的吸附。以吡咯二硫代氨基甲酸铵(APDC)为鳌合剂，C60可以从铜、铅、锌、铁等共存离子中选择性地富集镉，性能优于普通的鳌合树脂。近来，C60富勒烯作为吸附剂预富集不同物质的分析应用主要是被V alcarcel小组发展的，并取得了满意的结果。
图3-1 C60结构图
3.2.1富勒烯对金属离子吸附
V alcarcel等人用C60作为吸附剂预富集铅是C60作为吸附剂在分析上的首次应用。他们在实验中用1-吡咯基二硫代甲酸铵（APDC）作为络合剂与含有铅离子的硝酸溶液混合。生成的络合物在C60微柱上吸附，然后用甲基异丁基酮进行在线洗脱。洗脱液用原子吸收光谱进行检测（AAS）。他们还对比C60与活性碳和C18键合硅胶作为吸附剂对铅的吸附性能。C60富勒烯是这三种被测试的吸附剂中对铅预富集作用最有效的吸附剂。
C60和C70从水溶液中预富集痕量铜的吸附能力也已被研究。这个方法是通过富勒烯吸附离子对和中性络合物来实现的。铜和APDC形成中性络合物，与新亚铜试剂和1,10-邻二氮杂菲形成阳离子络合物，与十二烷基三甲基溴化铵形成阴离子络合物。结果表明C60和C70都是好的吸附剂，但在富集痕量金属离子上C70比C60更具优势，因为C70具有更大的比表面积和分子体积。
C60富勒烯作为吸附剂的最令人感兴趣的是它的选择性。许多金属离子能够和APDC形成络合物，从而可以用C60富集。而镉被选择性地从共存的铜、铅、锌和铁等离子中分离出来并用原子吸收光谱检测。获得的结果表明，用C60富勒烯作为吸附剂比键合硅胶C18的方法更具选择性，这个结果可能与C60富勒烯具有更大的比表面积的性质有关。
C60富勒烯还被用于镉、铅和镍的富集。它是基于这些元素和二乙基二硫代
氨基甲酸盐（DDC）形成络合物，然后吸附到装有富勒烯的微柱上的原理。富集倍数能达到100-150。一种流动注射结合C60富勒烯在线富集钴也被研究了。这种方法被应用到检测面粉中的钴的含量。
1.2.2.2富勒烯对有机物吸附
富勒烯对有机物富集研究报道不多。Chao等人把富勒烯涂渍到石英压电膜上做成一种气体传感器。它是基于富勒烯吸附不同种有机物所引起信号变化来检测的，这些有机物包括如胺类、醇类、醛类、羧酸类、硫醇类、酮类、炔类、烯烃类和烷烃类。一种流动注射系统结合C60预富集技术检测了水中有机物和有机金属化合物。C60富勒烯能吸附许多类型的有机化合物。吸附作用主要是π-电子作用。吸附效率随着有机物种类的增加而减小。有机金属化合物定量分析是通过与APDC作用生成的中性络合物吸附到C60富勒烯上来实现的。
Chen等人报道了富勒烯吸附空气中挥发性有机化合物（VOCs）。VOCs在富勒烯上的吸附和解吸附效率可达40.8-117%，大部分为100±20%。他们对比了富勒烯和Tenax GR的吸附和解吸附性能。Tenax GR是一种在环境分析中常用的吸附剂。对VOCs来说，富勒烯能得到同样的吸附和解吸附效率。但是VOCs 在富勒烯上的突破体积比在Tenax GR上的突破体积大。
1.2.3碳纳米管作为吸附剂
富勒烯的发现促使人们研究碳的纳米结构。Iijima在研究电弧放电时在所用的石墨电极表面发现了碳纳米管，如图1-5所示。他的发现开辟了碳研究领域的一个新的方向。在初步的实验中Iijima发现的碳纳米管是多壁碳纳米管（MWNTs）。在不到2年的时间内，单壁碳纳米管（SWNTs）分别被NEC实验室的Iijima与他的同事们和IBM Almaden实验室的Bethune和他的合作者用实验的方法发现了。碳纳米管是由碳六元环和五元环组成的圆管。这些管可以一端封口也可两端封口。碳纳米管独特的结构使碳纳米管具有许多独特的电子、机械和化学特性，因而它被广泛地应用到许多领域，如传感器、纳米半导体器件等。另外碳的纳米结构使碳纳米管具有大的比表面积，这个特性使它在吸附上有着较大的应用潜力。1995年Takaba等人用分子动态模拟的方法研究了苯、烷基苯和烷基萘在碳纳米管的吸附特性。研究结果表明，碳纳米管有可能发展成为具有选择性吸附和选择性分离特性的吸附剂。
碳纳米管对气体吸附的重要研究内容之一就是碳纳米贮氢。Dillon等人提出了具有几个纳米直径的碳纳米管应该能将极难液化的氢气吸附。他们用程序升温解吸光谱仪验证了这个想法是可行的。Liu等也报道了用平均直径为1.85nm的单壁碳纳米管对氢气进行吸附。吸附过程是在10Mpa、室温的条件下完成的。结果显示这种碳纳米管对氢气的吸附容量为碳纳米管重量的4.2%。吸附的氢可在常温常压下进行解吸附，解吸附量可达吸附量的78.3%。残余的氢气通过提高温度加以释放。虽然有人对碳纳米管贮氢的效率存在异议，但没有人否认碳纳米管具有很高的吸附性能。Eswaramoorthy等人研究了氮气、苯和甲醇在单壁碳纳米管上的吸附性能。这些碳纳米管用盐酸和硝酸处理后，具有微孔，比表面积可达400 m2/g。碳纳米管也被用于对无机物的吸附。当水溶液同时存在Pb2+、Cu2+和Cd2+时，这时用硝酸氧化的碳纳米管作吸附剂就会发生竞争性吸附。竞争性吸附结果表明，碳纳米管对三种离子吸附能力为Pb2+>Cu2+>Cd2+，这和碳纳米管对单个离子吸附容量的大小是一致的。和活性碳等吸附剂进行对比，结果显示了碳纳米管用于吸附这些重金属的离子是非常有效的，但碳纳米管较高费用将会限制其在这方面的应用。Li等人报道了用碳纳米管支持的无定形的三氧化铝（Al2O3/CNTs）吸附水中的氟离子。通过吸附等温曲线研究表明，Al2O3/CNTs 对氟的吸附容量比活性碳高13.5倍，比γ-三氧化二铝高4倍。Al2O3/CNTs在pH 值为 5.0-9.0都有很好的吸附效果。宽的pH值适用范围和高的吸附容量使Al2O3/CNTs成为非常合适的除氟吸附剂。因此，这种材料后来被用作从水中除氟的吸附剂[157]。碳纳米管还可通过吸附除去水中的Pb2+。在硝酸氧化后，碳纳米管显示出对水中铅离子超强的吸附能力。这种吸附能力与溶液中的pH值有关，pH值越大，碳纳米管对铅离子吸附容量越大[158]。表面氧化的碳纳米管对水中镉离子具有很强的吸附能力。氧化的碳纳米管比未氧化的碳纳米管具有更大的吸附容量，这是因为由于受到氧化剂如H2O2、KMnO4和HNO3的氧化，碳纳米管的比表面积和孔体积都增大了。
碳纳米管对铜离子也具有很好的吸附效果。用硝酸氧化的碳纳米管吸附铜离子比未氧化的碳纳米管更有效。吸附动力学曲线表明，碳纳米管的内部空穴和夹层对碳纳米管吸附铜离子起着重要作用[160]。碳纳米管不仅对无机离子有吸附作用，而且对有机物也有很强的吸附作用。例如，用碳纳米管吸附邻二氯苯仅需
40min就能达到平衡。热动力学计算表明，吸附反应是自发进行的，而且吸附是吸热过程。Long等人研究了碳纳米管对二恶英的吸附性能。他们对比了二恶英在碳纳米管、活性碳、γ-三氧化铝上的Langmuir常数B。结果表明二恶英在碳纳米管上Langmuir常数B比在活性碳、γ-三氧化铝上的大得多。这表明二恶英和碳纳米管之间的作用力远远大于二恶英与活性碳、γ-三氧化铝之间的作用力。二恶英和碳纳米管之间的作用力这么强可能是由于碳纳米管的独特的结构和电子特性。
Cai和合作者首次研究了利用多壁碳纳米管作为固相萃取剂从水中分离富集二酚A、4-辛基酚和4-壬基酚。对比研究显示了多壁碳纳米管萃取极性大的二酚A比C18效果好，对4-辛基酚和4-壬基酚两种分析物来说两者相当。多壁碳纳米管和XAD-2高聚物相比，多壁碳纳米管具有更好萃取特性。他们又把多壁碳纳米管应用到对四种邻苯二甲酸酯的固相萃取中，并结合液相色谱对四种邻苯二甲酸酯进行检测。这种四种分析物被定量吸附到装有多壁碳纳米管的固相萃取柱上，然后用乙腈把它们从固相萃取柱上洗脱下来。该方法用于掺杂水样的检测，检测回收率为80.3-104.5%。
碳纳米管还被用于对生物分子的吸附。Chen等人发表了一篇关于利用单壁碳纳米管吸附蛋白质的文章，他们发现含有芘基这类带有多个苯环的化合物和石墨表面通过大π键有着强烈的吸附作用，同样，在单壁碳纳米管上他们也发现了这种相互作用，而且这种吸附是不可逆的，也就是说不会自发地解吸附，如图1-6所示。他们认为这是由于sp2杂化以及氨基的存在而引起的，并通过观察铁蛋白和抗生物素蛋白链菌素的吸附证实了他们的猜测[165]。
1.2.4有机纳米材料作为吸附剂
Maier等人发展了一种新方法，基于纳米聚苯乙烯阳离子与寡核苷酸硫逐磷酸酯有较大亲和力，利用纳米聚苯乙烯阳离子作为吸附剂，把寡核苷酸硫逐磷酸酯从人体血浆中分离开来，回收率达60-90%。萃取过程如图1-7所示，分为三个主要步骤：复合物的形成；洗脱；寡核苷酸的释放。寡核苷酸硫逐磷酸酯在纳米聚苯乙烯阳离子中吸附和解吸附是通过控制pH值来完成的。他们又用纳米聚苯乙烯阳离子作为固相萃取剂分离富集人的血浆和尿中的抗敏化寡核苷酸。萃取的样品用毛细管凝胶电泳进行分析，并且在低浓度下评估了方法的选择性、重现
性和回收率。把人的血浆和尿样结果进行对比，没有发现明显不同，它们的绝对回收率能达95%。
1.2.5小结
纳米材料具有较大比表面积，是非常好的吸附剂。纳米材料作为吸附剂有以下优点：超强的吸附能力；宽的pH值适用范围；高的选择性；高的稳定性。虽然有上述文献报道，但纳米材料在分离富集方面的研究刚刚起步。其中对有机化合物的分离富集研究报道很少，特别是尚未见到POPs分离富集的报道。
NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料 应用现状及发展趋势 北京有色金属研究总院李明怡 摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。 关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势 1前言 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。 2纳米材料的结构和特性 我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界 20
课程名称：化工新材料概论姓名：邓元顺 学号：1208110201 专业：化学工程与工艺班级：化工122
浅析纳米材料的发展及应用 摘要：纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义是指纳米颗粒构成的固体材料， 其中米颗粒的尺寸最多不超过100nm。广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。【2】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命等方面的重要作用和应用前景。 Abstract：Nanometer material is the abbreviation of nano structured materials.The narrow sense refers to the solid material of nano particles, in which the size of the meter particles is not more than 100nm. Generalized refers to a variety of solid ultrafine materials which are limited by nano scale (1-100nm) in the one-dimensional direction at least in one dimension.. Nanotechnology is the most promising technology in the world today. Nano materials in mechanics, magnetism, electricity, heat, optics and life and so on the important role and the application prospect. 关键词：纳米材料纳米技术发展应用 前言：纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目。【1】美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心” 一、纳米材料的发展史 1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”
超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。 一、应用 由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。 （1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。 （2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其
产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。 （3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。 （4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。 二、特点 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的
纳米材料和纳米结构 1.纳米微粒尺寸的评估 在进行纳米微粒尺寸的评估之前，首先说明如下几个基本概念： （1）关于颗粒及颗粒度的概念 （i）晶粒：是指单晶颗粒，即颗粒内为单相，无晶界。 （ii）一次颗粒：是指含有低气孔率的一种独立的粒子，颗粒内部可以有界面，例如相界、晶界等。 （iii）团聚体：是由一次颗粒通过表面力或固体桥键作用形成的更大的颗粒。团聚体内含有相互连接的气孔网络。团聚体可分为硬团聚体 和软团聚体两种。团聚体的形成过程使体系能量下降。 （iv）二次颗粒：是指人为制造的粉料团聚粒子。例如制备陶瓷的工艺过程中所指的“造粒”就是制造二次颗粒。 纳米粒子一般指一次颗粒，它的结构可以是晶态、非晶态和准晶，可以是单相、多相结构。只有一次颗粒为单晶时，微粒的粒径才与晶粒尺寸（晶粒度）相同。 （2）颗粒尺寸的定义对球形颗粒来说，颗粒尺寸（粒径）是指其直径。对不规则颗粒，尺寸的定义常为等当直径，如体积等当直径、投影面积直径等。 粒径评估的方法很多，这里仅介绍几种常用的方法。 A 透射电镜观察法 用透射电镜可观察纳米粒子平均直径或粒径的分布。 该方法是一种颗粒度观察测定的绝对方法，因而具有可靠性和直观性。首先将那米粉制成的悬浮液滴在带有碳膜的电镜用Cu网上，待悬浮液中的载液（例如乙醇）挥发后，放入电镜样品台，尽量多拍摄有代表性的电镜像，然后由这些照片来测量粒径。测量方法有以下几种：（i）交叉法：用尺或金相显微镜中的标尺任意的测量约600颗粒的交叉长度，然后将交叉长度的算术平均值乘上一统一因子（1.56）来获得平均粒径；（ii）测量约100个颗粒中每个颗粒的最大交叉长度，颗粒粒径为这些交叉长度的算术平均值。（iii）求出颗粒的粒径或等当半径，画出粒径与不同粒径下的微粒数的分布图，将分布曲线中峰值对应的颗粒尺寸作为平均粒径。用这种方法往往测得的颗粒粒径是团聚体的粒径，这是因为在制备超微粒子的电镜观察样品时，首先需用超声波分散法，使超微粉分散在载液中，有时候很难使它们全部分散成一次颗粒，特别是纳米粒子很难分散，结果在样品Cu网上往往存在一些团聚体，在观察时容易把团聚体误认为是一次颗粒。电镜观察法还存在一个缺点就是测量结果缺乏统计性，这是因为电镜观察用的粉体是极少的，导致观察到的粉体的粒子分布范围并不代表整个粉体的粒径范围。 B X射线衍射线线宽法（谢乐公式） 电镜观察法测量得到的是颗粒度而不是晶粒度。X射线衍射线宽法是测定颗粒晶粒度的最好方法。当颗粒为单晶时，该法测得的是颗粒度。颗粒为多晶时，测得的是组成单个颗粒的单个晶粒的平均晶粒度。这种测量方法只适用晶态的纳
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
纳米科学与技术的发展历史 物三李妍 1130060110 纳米科学与技术(简称纳米科技)是80年代后期发展起来的,面向21 世纪的综合交叉性 学科领域,是在纳米尺度上新科学概念和新技术产生的基础.它把介观体系物理、量子力学、混沌物理等为代表的现代科学和以扫描探针显微技术、超微细加工、计算机等为代表的高技术相结合, 在纳米尺度上(0.1nm到10nm之间)研究物质(包括原子、分子)的特性和相互 作用,以及利用原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的特性制造具有特定功能的产品,实现生产方式的飞跃。 历史背景 对于纳米科技的历史, 可以追溯到30多年前着名物理学家、诺贝尔奖获得者Richard Feynman于美国物理学会年会上的一次富有远见性的报告 . 1959 年他在《低部还有很大 空间》的演讲中提出:物理学的规律不排除用单个原子制造物品的可能。也就是说, 人类 能够用最小的机器制造更小的机器。直至达到分子或原子状态, 最后可以直接按意愿操纵原子并制造产品。他在这篇报告中幻想了在原子和分子水平上操纵和控制物质.他的设想 包括以下几点: (1)如何将大英百科全书的内容记录到一个大头针头部那么大的地方; (2) 计算机微型化; (3)重新排列原子.他提醒到, 人类如果有朝一日能按自己的主观意愿排列原子的话, 世界将会发生什么? (4) 微观世界里的原子.在这种尺度上的原子和在体块材 料中原子的行为表现不同.在原子水平上, 会出现新的相互作用力、新颖的性质以及千奇 百怪的效应. 就物理学家来说, 一个原子一个原子地构建物质并不违背物理学规律.这正 是关于纳米技术最早的构想。20 世纪70 年代, 科学家开始从不同角度提出有关纳米技术的构想。美国康奈尔大学Granqvist 和Buhrman 利用气相凝集的手段制备出纳米颗粒, 提出了纳米晶体材料的概念, 成为纳米材料的创始者。之后, 麻省理工学院教授德雷克斯勒积极提倡纳米科技的研究并成立了纳米科技研究小组。纳米科技的迅速发展是在20 世纪 80 年代末、90 年代初。1981 年发明了可以直接观察和操纵微观粒子的重要仪器——— 扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM), 为纳米科技的发展起到了积极的促进作用。1984 年德国学者格莱特把粒径6 nm 的金属粉末压成纳米块, 经研究其内部结构, 指出了它界面奇异结构和特异功能。1987 年, 美国实验室用同样的方法制备了纳米TiO2 多晶体。1990 年7月第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际扫描隧道显微学会议在美国巴尔
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
浅谈纳米材料与生活 摘要：人类迈着欢快的步伐轻松地进入二十一世纪。二十世纪是计算机技术革命蓬勃发展的时期，计算机技术得到了卓越的发展。现在人类进入了又一世纪，在这个日新月异的新的世纪里，科学家通过运用的发达的计算机技术，为我们奏起了“纳米技术”发展的号角。“纳米技术”主要是围绕开发纳米材料为核心而发展的技术，它有着广阔的发展前景，随着纳米技术的发展纳米材料也不断有着新的开发。“纳米材料”的有效发掘及其利用必定会给人们的生活带来又一翻天覆地变化，给人们的衣、食、住、行、医疗卫生事业带来极大便利。本文主要是通过给大家说明纳米材料的本质这一基点，向大家普及纳米材料的特性，以使更多的人能对纳米材料有整体的认识。除此之外更重要的就是联系生活实际，向大家说明纳米材料是如何影响人们生活的。到目前为止，它的发展的确已经给我们生活带来了很多便利，我相信在纳米技术不断进步、发展的未来，纳米材料一定有更广阔的空间。 关键词：纳米、纳米技术、纳米材料、应用 现如今，科学界普遍认为，纳米技术是21世纪经济增长的一台主要发动机，他将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，并将成为最有前途的材料，它所见具有的独特物理和化学性质，可以节省资源、合理利用能源并且能够净化生存环境，它的发展研究会对化工行业带来新的机遇。 纳米材料的特性： 纳米材料是英文“napometer”的译音，是一个物理学上的长度单位。1纳米是1米的十亿分之一，用我们能看见的最小微粒院子来表示的话，相当于45个远在啊排列起来的长度。自然界只有生物具有纳米尺度，遗传基因DNA螺旋结构的半径约1纳米左右，一个典型的病毒大约100纳米长，相当于万分之一的头发丝的粗细。纳米科技就是一门以0.1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿科学。作为尺度单位的纳米，并没有物理内涵，当物质到纳米尺度后，
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
一、文献调研部分（获取综述的参考文献—精读全文）1．利用中文（期刊、学位论文、会议论文）数据库，检出中文切题题录（批量），选择记录文摘格式10篇（其中学位论文要求不少于2篇、期刊论文6篇）； [1]叶灵. 纳米材料的应用与发展前景[J]. 科技资讯. 2011(20) 摘要: 很多人都听说过"纳米"这个词,但什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。着名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 [2]赵雪石. 纳米技术及其应用前景[J]. 适用技术市场. 2000(12) 摘要: 纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的前景,使得纳米技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。 [3]何燕,高月,封文江. 纳米科技的发展与应用[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2010(02) 摘要：纳米科技是21世纪的主导产业,世界各国把纳米科技的研究和应用作为战略重点。在第五次科学技术革命中,新材料家族被推上新一轮科技革命的顶峰。在新材料和新技术中,纳米材料和纳米技术无疑将成为核心材料和核心技术。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子,制造新功能器件,从而开拓人类崭新的生活模式。文章概述了纳米科技的发展过程及纳米材料的性质与制备,介绍了纳米技术在部分领域的应用,并简述了纳米技术对未来社会的巨大影响及潜在的、令人鼓舞的发展前景。 [4]何彦达. 纳米材料的应用及展望[J]. 科技风. 2010(01) 摘要：纳米材料(尺寸在1-100纳米范围内)又称超细微粒、超细粉末,是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 [5]樊东黎. 纳米技术和纳米材料的发展和应用[J]. 金属热处理. 2011(02) 摘要：<正>2005年12月在克利夫兰召开了由美国金属学会和克利夫兰纳摩网主办的美国纳米技术应用峰会。许多实体企业,如波音、福特、通用、洛克希德、蒂姆肯等公司高管出席会议和发言。会议的特点是着重于纳米。 [6]张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16) 摘要：由于独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,以下概述了纳米材料的应用与发展前景。 [7]杨萍. 多功能复合纳米材料的制备及其光分析应用研究[D]. 中国科学技术大学 2012 摘要：纳米材料具有独特的化学、物理和生物性能,引起了人们的极大关注。多功能复合结构纳米材料能够将不同功能的纳米材料整合到一个纳米器件中,从而为现代工业、生物医学
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
简述纳米材料的发展历程 纳米材料问世至今已有20多年的历史,大致已经完成了材料创新、性能开发阶段,现在正步人完善工艺和全面应用阶段。 “纳米复合聚氨酯合成革材料的功能化”和“纳米材料在真空绝热板材中的应用”2项合作项目取得较大进展。具有负离子释放功能且释放量可达2000以上的聚氨酯合成革符合生态环保合成革战略升级方向，日前正待开展中试放大研究。 该产品的成功研发及进一步产业化将可辐射带动300多家同行企业的产品升级换代。联盟制备出的纳米复合绝热芯材导热系数可控制为低达4.4mW/mK。该产品已经在企业实现了中试生产，正在建设规模化生产线。 联盟将重点研究开发阻燃型高效真空绝热板及其在建筑外墙保温领域的应 用研发和产业化，该技术的开发将进一步促进我国建筑节能环保技术水平的提升，带动安徽纳米材料产业进入高速发展期。 纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的，后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。 纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 就熔点来说，纳米粉末中由于每一粒子组成原子少，表面原子处于不安定状态，使其表面晶格震动的振幅较大，所以具有较高的表面能量，造成超微粒子的热性质，也就是造成熔点下降，同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结，而成为良好的烧结促进材料。 一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体，当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时，即形成单磁区之磁性物质。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时，将成为优异的磁性材料。
纳米材料的特性和应用 摘要本文简要介绍了纳米材料的分类及特性，并对纳米材料在化工、生物医学、环境、食品等领域的应用进行了综述，最后对纳米材料的发展趋势进行了展望。关键词纳米材料；分类；特性；应用；发展 1 引言 有科学家预言, 在21 世纪纳米材料将是“最有前途的材料”, 纳米技术甚至会超过计算机和基因学, 成为“决定性技术”。国际纳米结构材料会议于1992 年开始召开(两年一届) , 并且目前已有数种与纳米材料密切相关的国际期刊。德国科学技术部预测到2010 年纳米技术市场为14 400 亿美元, 美国政府自2000 年 克林顿总统启动国家纳米计划以来, 已经为纳米技术投资了大约20 亿美元。同时, 欧盟在2002～2006 年期间将向纳米技术投资10 多亿美元。日本2002 年的纳米技术开支已经从1997 年的1. 20 亿美元提高到7. 50 亿美元。 2 纳米材料及其分类 纳米材料（nano- material）又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。粒子尺寸范围在1-100 nm 之间，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，将纳米材料大致可分成四种类型，即零维的纳米粉末（颗粒和原子团簇）、一维的纳米纤维（管）、二维的纳米膜、三维的纳米块体。 3 纳米材料的特性1 3.1 小尺寸效应 当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时, 周期性的边界条件将被破坏, 使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化。如银的熔点约为900℃, 而纳米银粉熔点仅为100℃, 一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%～50%。 3.2 表面效应 纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质变化。纳米晶粒的减小, 导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大, 致使它表现出很高的活性,如日本帝国化工公司生产的T iO2平均粒径为15 nm , 比
浅谈对纳米材料的认识 “纳米”这个词语我们并不陌生，生活中常见的有“纳米洗衣机”、“纳米羊绒衫”等等。纳米材料几乎无处不在，在这里简单谈谈我对纳米材料的认识。 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material)是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。它从思维方式的概念表明生产和科研的对象将向更小的尺寸、更深的层次发展，将从微米层次深人至纳米层次。纳米技术未来的目标是按照需要，操纵原子、分子构建纳米级的具有一定功能的器件或产品。 纳米材料具有许多的特殊性质。由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。 纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征三个研究领域。 经过几十年对纳米技术的研究探索。现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子．纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪四大领域高速发展。 目前，不少国家纷纷制定相关计划，投入巨资抢占纳米技术的战略高地。每一种新科技的出现，似乎都包涵着无限可能，尤其是纳米机器人具有不可限量的应用前景。用不了多久，个头只有分子大小的神奇纳米机器人将源源不断地进入人类的日常生活。