1前言
1.1纳米二氧化硅的发展现状及前景
纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1～100nm)的超细材料。当粒子的粒径为纳米级时，其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因而展现出许多特有的性质，应用前景广阔。纳米SiO2是极具工业应用前景的纳米材料，它的应用领域十分广泛，几乎涉及到所有应用SiO2粉体的行业。我国对纳米材料的研究起步比较迟，直到“八五计划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后，这方面的研究才迅速开展起来，并取得了令人瞩目的成果。1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作，成功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO2[1]，从而使我国成为继美、英、日、德国之后，国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO2 的批量生产为其研究开发提供了坚实的基础。
目前，我国的科技工作者正积极投身于这种新材料的开发与应用，上海氯碱化工与华东理工大学[2]建立了连续化的1000t／a规模中试研究装置，开发了辅助燃烧反应器等核心设备，制备了性能优良的纳米二氧化硅产品，其理化性能和在硅橡胶制品中的应用性能，已经达到和超过国外同类产品指标。专家鉴定认为，纳米二氧化硅氢氧焰燃烧合成技术、燃烧反应器和絮凝器等关键设备及应用技术具有创新性，该成果总体上达到国际先进水平，其中在预混合辅助燃烧新型反应器和流化床脱酸两项核心技术方面达到了国际领先水平，对于突破国际技术封锁具有重大价值。但总地来讲，我国纳米SiO2的生产与应用还落后于发达国家,该领域的研究工作还有待突破。
1.2 纳米二氧化硅的性质[3]~[5]
纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形。这种特殊结构使它具有独特的性质：
纳米二氧化硅对波长490 nm以内的紫外线反射率高达70%～80%，将其添加在高分子材料中，可以达到抗紫外线老化和热老化的目的。
纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性。
纳米二氧化硅在高温下仍具有强度、韧度和稳定性高的特点，将其分散在材料中，
与高分子链结合形成立体网状结构，从而提高材料的强度、弹性等基本性能。
纳米二氧化硅的三维硅石结构、大比表面积、不饱和的配位数，使其对色素离子具有极强的吸附作用，可降低因紫外线照射而造成的色素衰减。
1.3 纳米二氧化硅的应用[5]～[6]
1.3.1在橡胶改性中的应用
常规的SiO2用作橡胶补强剂时，在橡胶中以二次聚集体的形态存在，因而不能充分发挥其补强橡胶的功能。如改用纳米SiO2作添加剂，采用溶胶-凝胶技术，既可改善其在橡胶中的分散程度而赋予橡胶优越的力学性能，同时还可以根据需要进行控制和人工设计具有特殊性能的新型橡胶，如通过控制纳米SiO2的颗粒尺寸，可以制备对不同波段光敏感性不同的橡胶，既可作为抗紫外辐射的橡胶，又可作为红外反射橡胶或利用它的高介电性能制成绝缘性能好的橡胶。另外，还可利用纳米SiO2改性轮胎侧面胶，生产彩色轮胎。
1.3.2在涂料中的应用
纳米SiO2具有常规SiO2所不具有的特殊光学性能，它具有极强的紫外吸收，红外反射特性。经分光光度仪测试表明，它对波长400mn以内的紫外光吸收率高达70％以上，对波长400nm以内的红外光反射率也达70％以上。它添加到涂料中能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料的隔热性。通过纳米微粒填充法，将纳米SiO2作掺杂到紫外光固化涂料中，明显地提高了紫外光固化涂料的硬度和附着力，还减弱了紫外光固化涂料吸收UV辐射的程度．从而降低了紫外光固化涂料的固化速度。纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构．同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层．具有触变性、防流挂、施工性能良好，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。
1.3.3在纺织行业中的应用
随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人们对服装提出了舒适、新颖、保健的要求，各种功能化的纺织品应运而生。在此，纳米SiO2发挥了巨大的作用。目前，人们已将其应用于防紫外、远红外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如，以纳米SiO2和纳米TiO2的适当配比而成的复合粉体是抗紫外辐射纤维的重要添加剂。又如，日本帝人公司将纳米SiO2和纳米ZnO混入化学纤维中，得到的化学纤维具有除臭及净化空气的功能。这种纤维可被用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等。
1.3.4 在树脂基复合材料改性中的应用
1.3.4.1环氧树脂复合材料改性
环氧树脂具有良好的机械、电气、粘结性、化学稳定性等性能，使其在粘合剂、电气绝缘材料和复合材料等方面有着重要的应用。但是．环氧树脂最大的弱点是固化物的脆性大，传统的增韧方法可使材料强度成倍提高，却不可避免地使材料的其它性能有所下降。纳米技术的兴起，为这种材料的改性迎来了新的革命。刘竞超等，将纳米SiO2粒子添加到环氧树脂中，实验结果表明：适量的纳米SiO2可使复合材料的冲击强度、断裂伸长率有较大的提高，同时改善了材料的耐热性。
1.3.4.2聚丙烯树脂改性
在聚丙烯树脂中添加2％～5％的纳米SiO2制成聚丙烯产品，其强度和韧性明显提高，具有良好的低温冲击性能，且尺寸稳定，加工性能改善，有较好的表面光洁度，适合于制作汽车车身防护板、保险杠和设备仪表组件等，可代替尼龙改性聚苯醚和塑料合金等高级材料，从而降低汽生产成本。
1.3.5 其它方面的应用
纳米SiO2可用于木材中，所制得的复合材料，既能保持木材的原始细胞结构，外观及可加工性，又能使木材的使用性得到改善。纳米SiO2的透明度好，作为瓷土的重要原料不但可以使涂层变得更加致密，而且使表面变得更加光滑。纳米SiO2可用于油墨中作为分散剂和流量控制剂；可用于封装材料中改善封装材料的性能；还可以作为人造莫来石的重要材料。在护肤产品、电子组装材料、隔热材料、传感材料等方面都有着重要的应用。甚至能节约能源、保护环境。
2实验部分
2.1实验仪器
名称厂商
22型中量有机制备仪器一套天津友丰技术玻璃有限公司
JJ-1电动调速搅拌器一台常州澳森电器有限公司
KQ-100型超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司
HD902C型防紫外线透过及
防晒保护测试仪
南通宏大实验仪器有限公司UV-VI58500紫外-可见
分光光度仪
上海仪器仪表
JF055 轧车泰兴市兴港毛纺机械有限公司傅立叶红外光谱仪美国PE公司
马弗炉长沙开元仪器有限公司
电热套巩义市予华仪器有限责任公司100℃和300℃温度计
2.2实验药品
药品名称纯度生产厂家二氧化硅（silicon dioxide）分析纯天津市光复精细化工研究所纳米二氧化硅四川宏杰国际贸易有限公司
硬脂酸[C
18H
36
O
2
=284.4] 分析纯天津市光复精细化工研究所
甲基丙烯酸甲酯(MMA) 化学纯广东汕头市西陇化工厂甲基丙烯酸丁酯化学纯广东汕头市西陇化工厂丙三醇（Glycerol）分析纯广东汕头市西陇化工厂乙二胺（Ethylenediamine
anhydrous）
分析纯湖南汇虹试剂有限公司过硫酸钾分析纯湖南师大化学试剂厂
司班-60 分析纯天津市登峰化学试剂厂羧甲基纤维素分析纯文安县富尔纤维素厂
2.3实验原理与方法[7]~[8]
2.3.1纳米二氧化硅的制备方法
目前纳米SiO2的制备方法分为物理法和化学法两种。
2.3.1.1物理法
物理法一般指机械粉碎法。利用超级气流粉碎机或高能球磨机将SiO2,的聚集体粉碎可获得粒径1～5微米的超细产品。该法工艺简单但易带入杂质.粉料特性难以控制，制备效率低且粒径分布较宽。
2.3.1.2化学法
与物理法相比较。化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO2颗粒。化学法包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等但主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法.Ti酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法。
2.3.2 二氧化硅表面改性机理及方法[9]~[14]
2.3.2.1二氧化硅表面改性机理
由于在二氧化硅表面存在有羟基，相邻羟基彼此以氢键结合(如图所示)，孤立羟基的氢原子正电性强，易与负电性原子吸附，与含羟基化合物发生脱水缩合反应，与亚硫酸氯或碳酞氯反应，与环氧化合物发生酯化反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性，遇水分子时形成氢键吸附。二氧化硅表面是亲水性的，无论气相法或沉淀法都是如此差异仅是程度不同。这导致了在与聚合物基体配合时相容性差，在配合胶料内对硫化促进剂吸附而迟延硫化。此外，二氧化硅比表面积大、粒径小，在与聚合物配合时难混入、难分散。在空气中易飞扬，储存与运输皆不便。改性的目的就是改变二氧化硅表面的物化性质，提高粒子与聚合物分子间相容性，增强填料与聚合物之间交互作用，改善加工工艺性能，提高填料的补强性能。对二氧化硅改性的原理是基于其表面羟基易与含羟基化合物反应、易吸附阴离子的特点，因此，常使用脂肪醇、月女、脂肪酸、硅氧烷等对其改性。
2.3.2.2 表面改性方法
表面改性分为热处理和化学改性处理。
（1）热处理
热处理后二氧化硅表面吸湿量低，且填充制品吸湿量也显著下降，其原因可能是由于高温加热条件下原来以氢键缔合的相邻羟基发生脱水而形成稳定键合，从而导致吸水量降低，此种方法简便经济。
（2）化学改性处理
使用脂肪酸或聚合物改性二氧化硅表面，由于上述改性剂的改性效果不同，即使用同一种改性剂，其改性效果也可能因硫化体系不同或由于二氧化硅制备工艺不同而有差异。有机硅烷改性二氧化硅表面是一种最常用、最传统的改性方法。硅烷偶联剂是一种具备双反应功能的化学物质，能使聚合物/填料的结合界面成为化学键结合，显著提高了填料补强性能硅烷偶联剂为单体硅化合物，分子式中含易水解基团(如烷氧基、过氧基)能够与填料粒子表面的羟基键合。分子式中的亲油基(如苯基、氯基、多硫基、硫醇基、氨基、烷基、乙烯基)能与被填充聚合物分子链发生反应。使用硅烷偶联剂改性二氧化硅表面.由于不同工艺条件制备的二氧化硅表面结构特性及物化特性不同，偶联剂的分子结构各异，胶料品种多样，使改性二氧化硅填充胶的综合性能改善程度不同。
但须指出，硅烷偶联剂改性二氧化硅目前只在小部分橡胶产品中使用主要原因是成本高。
2.4实验步骤
2.4.1纳米二氧化硅的制备
（1）称取80g二氧化硅（天津市光复精细化工研究所提供）放入马弗炉中，加热到800℃焙烧3小时，冷却后，取出研磨3小时，将其磨成细小颗粒。然后再将研磨过的二氧化硅细颗粒放入马弗炉中，将温度升高到800℃焙烧4小时，冷却后，取出研磨2小时。然后再焙烧，研磨，直到将二氧化硅磨成白色的粉末为止。
（2）分别使用1000℃、1200℃的温度重复上面的实验。
2.4.2化学改性
（1）与硬脂酸反应
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中，置于超声波中分散45min，然后再抽滤得滤液，再次超声波分散30min。称取0.5g硬酯酸加入到二氧化硅溶液中，加热到50℃，使硬酯酸溶解。高速搅拌，使硬酯酸分散成小液滴，吸附到二氧化硅表面，并与其发生化学反应，其方程式为：
Si OH+ C17H35COOH Si OO C17H35
得样品1。
（2）与乙二胺反应
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中，置于超声波中分散45min，然后再抽滤得滤液，再经超声波分散30min。量取2ml乙二胺加入到二氧化硅溶液中，加热到75℃，搅拌，反应3h。得样品2。
（3）与丙三醇反应
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中，置于超声波中分散45min，然后再抽滤得滤液，再经超声波分散30min。量取1.5ml丙三醇加入到纳米二氧化硅溶液中，加热到45℃，搅拌，反应2 h。得样品3。
2.4.3 接枝改性
称取5g纳米二氧化硅粉体分散在30ml去离子水中，置于超声波中分散45min，然后再抽滤得滤液，再次超声波分散30min。
称取3克羧甲基纤维素溶于6mol/l的氢氧化钠溶液中，加入10ml去离子水，以布作为滤纸将其抽滤。然后将其溶液加入到二氧化硅溶液中，加入0.05g硫酸铈铵，加热到75℃并保持恒定。再慢慢滴加由3ml甲基丙烯酸甲酯和2ml甲基丙烯酸甲酯组成的混合溶液，反应5小时。得到絮状溶液，即样品4。
2.4.4 高分子包敷改性
1）称取5g纳米二氧化硅粉体（自制）分散在30ml去离子水中，置于超声波中分散45min，然后再抽滤得滤液，再经超声波分散30min。装入到三颈瓶中，加热到60℃，然后加入0.05g过硫酸钾，继续升温到75℃并使温度恒定。量取5ml甲基丙烯酸甲酯、5ml 甲基丙烯酸丁酯混合溶液，将混合溶液倒入滴液漏斗中，在30min内将混合溶液滴加到二氧化硅溶液中，反应3小时，得到乳液产品，静置12小时，得样品5。
2）称取5g纳米二氧化硅粉体（四川宏杰国际贸易有限公司提供）分散在30ml去离子水中，置于超声波中分散45min，然后再抽滤得滤液，再经超声波分散30min。装入到三颈瓶中，加热到60℃，然后加入0.05g过硫酸钾，继续升温到75℃并使温度恒定。量取5ml甲基丙烯酸甲酯、5ml甲基丙烯酸丁酯混合溶液，将混合溶液倒入滴液漏斗中，在30min内将混合溶液滴加到二氧化硅溶液中，反应3小时，得到乳液产品，静置12小时，得样品6。
3）取30ml去离子水装入三颈瓶中，加入0.1g司班-60作为乳化剂，再加入0.05g过硫酸钾，搅拌10min，升温到75℃，然后滴加由5ml甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯组成的混合液。恒温搅拌3h，得到样品7。
2.5 产品结构表征与性能检测[14]~[16]
2.5.1 产品红外光谱分析
分别取样品1（自制纳米二氧化硅）、2（四川宏杰国际贸易有限公司提供）、3（改性后的自制的纳米二氧化硅）、1 g于表面皿内，放入烘箱内干燥，将固体研磨成粉末。然后再取少量粉末和溴化钾混合均匀压片，用傅立叶红外光谱仪扫描。
2.5.2 紫外光光谱分析
取样品5、6乳液10ml，倒入到250ml容量瓶中，加入240ml去离子水使乳液稀释25倍，用可见-紫外分光光度仪测试样品在紫外区的吸收情况。
2.5.3 紫外吸收系数的测试
剪取直径为5厘米的圆形涤纶针织物(167dtex/48f)布样7块，备用。
取5、6、7号样品液5ml于1号、2号、3号烧杯中，再加入5ml去离子水。将3块布块浸入到样品液中。备用。
取5、6、7号样品液10ml于4号、5号、6号烧杯中，将剩下的三块布块浸入到样品液中，备用。
将用样品液处理过的布样在轧余率控制为50%的轧车上轧压，再在150℃的烘箱内烘干，采用紫外吸收-防晒系数测试仪扫描1、2、3、4、5、6、7(未做任何处理)布样。2.5.4 有机溶剂沉降实验
取6支试管，分别标上1、2、3、4、5、6，在1号试管内加入5ml样品1乳液，2号试管中加入5ml样品2乳液，3号试管中加入样品3乳液，4号试管中加入5ml样品4乳液，5号试管中加入5ml样品5乳液，6号试管中加入5ml只经过超声波分散45分钟的二氧化硅溶液,然后分别往每支试管中加入10ml正丁醇，震荡，静置。
3 实验结果及讨论 [17]
3.1 红外光谱分析
分别取样品1（自制纳米二氧化硅）、2（四川宏杰国际贸易有限公司提供）、3（改性后的自制的纳米二氧化硅）1 g 于表面皿内，放入烘箱内干燥，将固体研磨成粉末。然后再取少量粉末和溴化钾混合均匀压片，用傅立叶红外光谱仪扫描。
4000.0
3000
2000
1500
1000
450.0
6.41015
2025
30
35
4045505558.1cm-1
%T 3445.68
2959.58
1732.52
1634.24
1452.44
1384.95
1099.11
963.02
801.85
750.29702.46471.79
图1 气相法纳米二氧化硅的红外光谱图
4000.0
3000
2000
1500
1000
450.0
0.25
10
15
20
25
30
35
41.2
cm-1
%T 3443.97
1882.01
1619.071083.77
796.86
778.49
694.05
图2 自制纳米二氧化硅的红外光谱图
图3 改性后的纳米二氧化硅的红外光谱图
4000.030002000
150********.0
-1.70
24681012
1416
1820222427.0
cm-1
%T 3433.82
1630.77
1103.08
957.98798.57
471.19
由图1、图2、图3可见：在1099cm-1处出现最大吸收峰，为Si—O—Si键的反对称伸缩振动；在801cm-1处出现Si—O—Si键的对称伸缩振动，在471cm-1处出现Si—O—Si键的弯曲振动；在1634cm-1处出现的较弱吸收峰代表HOH的弯曲振动，估计是由于纳米SiO2在空气中放置后，表面吸附少量水引起的。值得注意的是，在963cm附近出现极弱的吸收峰，是Si—OH的弯曲振动吸收，由于经过高温烧结，Si—OH脱水成Si—O—Si，因此在红外图谱中几乎看不到明显的Si—0H吸收峰。上述红外图谱与纳米二氧化硅标准图谱一致。
图2是自制的纳米二氧化硅的谱图。与图1比较，图2的峰比较尖，面积比较小。它们的波数范围基本一致，谱图的吸光度（T）在4以上。说明：纳米二氧化硅对红外辐射的吸收能力比较强。因此，说明高温焙烧法制备的纳米二氧化硅的粒径符合应用的要求，能够用于增强的织物抗红外线辐射和热老化的能力。
图2与图3相比较，图3的波峰数量要少。改性后的纳米二氧化硅的红外吸收能力没有受到影响。
3.2 紫外光谱分析
由附图一、附图二可知：纳米二氧化硅对400nm以下的紫外光有很强的吸收，特别是对200nm~250nm紫外线的吸收最强，出现很高的波峰。附图一和附图二的波形、波峰出现的位置都基本一致，并且对400nm以下的紫外线的吸收相当强。由此，高温焙烧法制备的纳米二氧化硅可以用于增强织物的抗紫外能力。
3.3 紫外吸收-防晒系数分析
用紫外吸收-防晒系数测试仪扫描样品1、2、3、4、5、6、7(未做任何处理)布块。
表1 织物的紫外线吸收系数
1 2 3 4 5 6 7
UPF 26.8 27.2 10.8 35.5 34.3 11.3 8.3
T（UV A）
6.76
7.41 20.3 2.23 1.79 19.83 21.28
/%
T（UV A）
2.03 1.71 8.95 1.02 1.13 9.23 8.98
/%
T（UV A）
5.39
6.50 12.35 2.31 2.14 15.97 18.73
/%
由表1中紫外吸收系数(UPF)的数据比较可知：经过纳米二氧化硅处理过的织物的紫外吸收系数要比没有处理过的织物的紫外吸收系数都在30左右。1、2号样品的浓度比4、5号样品浓度要小一半，紫外吸收系数也相应的小。说明，紫外吸收系数与织物中存留的纳米二氧化硅的量有关。一般UPF值在30以上的织物就能够用于防紫外辐射的织物。
3.4焙烧温度对二氧化硅粒子粒径的影响
实验采用800℃、1000℃、1200℃的三个不同的焙烧温度制备纳米二氧化硅。实验结果表明：在二氧化硅的熔点以下，焙烧温度越高，二氧化硅分子之间的化学键越容易被破坏，二氧化硅越容易被磨细。用1200℃焙烧二氧化硅时，要比在800℃的条件下要少焙烧4小时，比在1000℃的条件下要少焙烧3小时就能达到相同的效果。
3.5研磨时间对二氧化硅粒子粒径的影响
二氧化硅颗粒经过高温焙烧处理后，二氧化硅分子之间的分子键在高温的情况下被破坏。但是二氧化硅还需要经过研磨之后才能达到纳米级的粉末。实验表明：在实验中研磨时间对二氧化硅粉末的粒径有很大的影响，研磨时间越长，粉末的粒径越小。研磨10小时后的纳米二氧化硅的粒径比只研磨8小时的明显要细得多。
3.6单体的量对二氧化硅粒子改性的影响
分别使用4m、6ml、8ml、10ml甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯混合单体包敷纳米二氧化硅，通过检测产物的稳定性了解包敷情况。不同的单体包敷纳米二氧化硅的乳液的稳定性如表2。
表2 不同量的单体对纳米二氧化硅的改性的影响
单体的量/ml 4 6 8 10
沉降时间/min 4 5 12 7
结果表明，MMA的用量对聚合体系的稳定性有较大影响。当MMA用量过大(MMA：SiO2大于4%以上)时，聚合过程中出现大量凝聚物。反应不能正常进行，得到的乳液极不稳定，放置片刻即分层，上层为乳白色液体，下层为白色粉末。当MMA：SiO2等于4%时，反应能正常进行，凝聚物显著减少；但得到的乳液放置数小时便分层，放置稳定性差。而当MMA:SiO2小于3%时，聚合稳定性和放置稳定性均良好。产生上述现象是由于MMA过多时体系中存在太多未被吸附的MMA分子，这些游离的MMA分子在乳胶粒之间产生“桥连”作
用使乳胶粒发生枯合，从而导致体系稳定性下降。
3.7添加纳米二氧化硅的涂料硬度测试
制备6种含纳米改性SiO2质量分数分别为1％、2％、3％、4％、5％、6％的丙烯酸树脂涂料，按GB6739-86测定其硬度，结果列于表3。
表3 纳米二氧化硅改性涂料的硬度测试
二氧化硅百分数/% 0 1 2 3 4 5 6 薄膜硬度/H 2 3 3 4 6 6 3
实验结果表明，填充纳米改性SiO2对复合材料的硬度具有明显的增强效果，当SiO2质量分数为(4～5)％时，涂料硬度由填充前的2H提高到6H，原因是当纳米粒子均匀分散在有机材料中时，与材料的比界面大，结合力强，对有机材料具有增强效应，提高了有机复合材料的硬度。当SiO2质量分数达到6％时，硬度下降到3H，这是由于粒子间发生团聚，树脂结合力下降，导致硬度下降。
3.8单体加入方式的影响
不同的加料方式在宏观上无太大的区别，但Rois报道，单体以“饥饿”方式加入时，会形成核壳结构粒子、非“饥饿”方式加入，除了形成核壳粒子，还会有许多新的粒子产生。也就是说，为了保证无皂聚合场所在纳米二氧化硅表面，必须使单体以一定速度依次滴加。
3.9引发剂用量的影响
在单体的量和反应温度不变的情况下，改变引发剂的加入量。随着引发剂量的增加，体系反应时间缩短。在不同的引发剂的浓度的聚合反应速率，如表4。
表4 引发剂的量对反应速率的影响
引发剂/ml/L 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 1.00 反应时间/h 4 3 2.5 2.5 2.1 1.8 1（暴聚）
实验表明，引发剂量从0.55g/L增加到1.00g /L时，聚合反应速度和转化率随之提高。根据公式R=2fkd[Il，自由基数目随引发剂浓度增加而增加，从而使MMA的聚合速度
和转化率随之提高。但反应速度也不宜太快，太快容易暴聚。一般控制在0.6g/L左右。
3.10聚合反应温度的影响
聚合温度是聚合反应的速率的一个主要的影响因素，一般情况下，反应速率会随着聚合温度的升高而加快。在不同的温度下，聚合反应速率如表5。
表5 反应温度对反应速率的影响
反应温
60 65 70 75 80 85 90
度/℃
反应时
5 4.5 3 3.5 3.5 4 暴聚
间/h
当反应温度低于70℃时，聚合速率和转化率随温度升高而增大，70℃时达到最大。按阿仑尼乌斯方程(k=Aexp(-E/RT))温度升高聚合速率常数增大；同时自由基生成速率增大，自由基和单体的扩散速率也加快，所以，聚合速率和转化率随温度的升高而增大。当温度高于70℃时，随温度升高，二氧化硅粒子表面的聚合物的温度越靠近聚合物的软化点，其粘性越大且粒子的布朗运动加剧，团聚的几率增多甚至会破乳。另外，温度越高自由基生成的速率越大，一旦自由基产生的速率大于链增长的速度.因单位体积内自由基数目增加，而使终止速率变大。综上所述本实验以70℃为宜。
4结论
（1）本实验采用高温焙烧的方法制备出纳米二氧化硅，该法成本低产量大制备工艺简单，在一些对粒径要求不高的场合下可以使用。其缺点为能耗大，产品粒径不够细，易混入杂质，粒子易氧化产生变形等。
（2）本实验采用低分子化学法、接枝聚合法、高分子包敷法改性纳米二氧化硅，实验表明：接枝聚合法改性的纳米二氧化硅的稳定性最好，高分子包敷法其次，低分子试剂化学法的稳定性最差。
（3）经UV-VI58500紫外-可见分光光度计检测发现纳米二氧化硅对400nm以下的紫外光有很强的吸收，特别是对波长在200nm~250nm范围内的紫外光的吸收，可以增强织物的抗紫外线辐射的能力。
（4）在丙烯酸酯类涂料中添加适量的纳米二氧化硅可以增强涂料的硬度和柔韧性。但是，纳米二氧化硅的量加得太多，由于纳米二氧化硅的团聚作用，反而使涂料的硬度下降。
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致谢
本文是在导师AAA教授悉心指导下完成的，在此表示忠心的感谢!导师无论从学业、工作到生活都给予了热情的指导和亲切的关怀，他广博的知识，敏锐求新的精神，宽以待人的态度令学生受益终身。
在此论文完成之际，特别向高分子教研室的BBB老师和CCC老师表示感谢，他们在课题的研究过程中提供了有益的指导。也向教研室其他老师为本论文的完成提供帮助表示感谢。
特别感谢湖南工程学院纺织系的DDD老师为本文的检测提供了大量的帮助。
最后，感谢关心我的朋友，任何成就离不开他们的支持和鼓励。
3海南省自然基金(80628)资助;海南大学科研基金资助项目(Kyjj0419) 王生浩:男,1984年生,研究方向为吸波材料 文峰:通讯作者,男,博士,副教授 E 2mail :fwen323@1631com 碳纳米管吸波材料的研究现状与展望3 王生浩,文 峰,李 志,郝万军,曹 阳 (热带生物资源教育部重点实验室;海南大学理工学院材料科学系,海口570228) 摘要 碳纳米管因其独特的物理和化学性能10多年来一直备受关注,已有研究将其运用于军事科技领域,如 吸波材料,但目前国内关于此类研究的报道还不多。较为全面地总结了近年来国内外对碳纳米管作为吸波材料的研究成果及其目前的研究现状,即简述碳纳米管的吸波机理;详细介绍碳纳米管薄膜、活性碳纳米管、磁性金属(合金)/碳纳米管、碳纳米管/聚合物基复合吸波材料的研究现状;展望未来吸波材料的发展方向。 关键词 碳纳米管 吸波材料 吸波性能 复合 The R esearch Status and Prospect of Electromagnetic W ave 2 absorbing C arbon N anotubes WAN G Shenghao ,WEN Feng ,L I Zhi ,HAO Wanjun ,CAO Yang (Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Chinese Education Ministry ,Department of Materids Science , School of Science and Engineering ,Hainan University ,Haikou 570228) Abstract Carbon nanotubes (CN Ts )have been given great attention due to its unique physical and chemical properties.There are some researches about CN Ts which have been applied in military science and technology ,for ex 2ample as electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),but few papers reports this kind of research.In this pa 2per ,the research results and present status of CN Ts as EAM are summarized in general by three parts.①the wave ab 2sorbing mechanism of the CN Ts ,②the present research status of the materials ,including thin film of CN Ts ,activated CN Ts ,metal 2coated CN Ts ,and CN Ts/Polymer composite EAM ,③the f uture prospect of EAM. K ey w ords carbon nanotubes (CN Ts ),electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),electromagnetic wave absorbing properties ,composite 0 引言 随着电子技术的发展,电磁辐射成为新的社会公害[1],尤其是射频电磁波和微波辐射已经成为又一大环境污染。电磁辐射不仅会干扰电子仪器、设备的正常工作[2～4],而且还会影响人类的身体健康[5～8]。军事上,随着探测技术的发展,在战争中实现目标隐身对提高武器系统的生存和突防打击能力有着深刻的意义[9～11]。解决电磁辐射污染和实现目标隐身的最有效方法是采用吸波材料(Electromagnetic Wave Absorbing Materials ,EAM )。作为环境科学与军事尖端技术的组成部分,电磁波吸收材料的研究已成为一个重要的科研领域。吸波材料要求吸收强、频带宽、比重小、厚度薄、环境稳定性好,而传统的吸波材料很难满足上述综合要求,出现的问题是吸收频带单一、比重大、吸收不强等,纳米技术的发展为吸波材料开拓了一个新的研究领域。纳米吸波材料具有吸收强、频带兼容性好、材料轻、性能稳定等优点,是一类新型的吸波材料。 自1991年日本N EC 公司的电镜专家S.Iijima 发现碳纳米管(Carbon Nanotubes ,CN Ts )[12]以来,CN Ts 以其独特的结构、优良的物理、化学性质和机械性能引起了世界各国科学家的广泛关注,成为物理、化学和材料科学领域的研究重点和热点。近 年来对碳纳米管复合材料的合成和应用研究是纳米科技领域的 热点之一,但有关该类材料应用于电磁波吸收材料的研究报道还很少。有关微波与吸波材料相互作用的基础理论文献[13]已有较详细的论述,本文不再赘述。本文对目前碳纳米管吸波材料的研究现状进行了论述,并针对目前存在的问题提出了相应的解决思路。 1 碳纳米管的吸波机理 碳纳米管是一维纳米材料,纳米粒子的小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应等使其具有奇特的光、电、磁、声等性质,从而使得碳纳米管的性质不同于一般的宏观材料。纳米粒子尺度(1～100nm )远小于红外线及雷达波波长,因此纳米微粒材料对红外及微波的吸收性较常规材料强。随着尺寸的减小,纳米微粒材料具有比常规粗粉体材料大3～4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,晶体缺陷增加、悬挂键增多,容易形成界面电极极化,高的比表面积又会造成多重散射,这是纳米材料具有吸波能力的重要机理。在原子排列较庞大的界面中及具有晶体畸变、空位等缺陷的纳米粒子内部形成的固有电矩,在微波场的作用下,由于取向极化,提高了纳米粒子的介电损耗。量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级由连续的能谱变为分裂的
1.国内外研究现状和发展趋势 （1）多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性，且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是，由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言，纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银，在抗菌长效性和变色性方面均比银离子（多孔纳米材料负载银离子）抗菌剂有显著改善，而且其毒性也更低（Adv. Mater. 2010）；关于其抗菌机理，被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果（Chem. Mater 2010，ACS Nano 2010）。纳米金也有类似的效果（Adv. Mater. Res.2012），尽管活性比纳米银稍差，但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”（NDM-1）的传播（Lancet Infec.Dis. 2010）。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂，其中氧化锌是典型代表，特别是近年来随着纳米技术的发展，一系列低维结构氧化锌的出现，为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间，由于其良好的安全性，氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料（Wiley Znter Sci.，2010）。本项目相关课题组多年的研究发现，ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性（Phys. Chem. Chem. Phys. 2008）；锌离子还可以与多种成分杂化，产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能（Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011）。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如：纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用（ACS Nano2010）。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料，表现出良好的抗菌和光催化性能（Nanotechnology 2008）；但是Ag的沉积量过大，催化活性反而有所降低（J. Hazard. Mater. 2011）。以壳聚糖为媒质，通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构，结果显示，ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高，表现出明显的协同抗菌作用（RSC Adv. 2012）。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术，结合溶胶-凝胶技术把锐钛
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
煤化工产业现状及发展趋势分析)
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本文由ｌｉoｎ0891贡献 dｏc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 煤化工产业现状及发展趋势分析(2０10－01－３1 23:34:06) 分类:股票财经 经过了２004 年、20０5 年建设高潮之后,2006 年我国化工业仍然创造了“十一五”开局的建设热潮。不过， 20０6 年中国煤化工发展也给我们留下了很多思考以及向理性的回归的预示: “环保风暴”唤醒了化工业对环保和安全等社会责任的重视;化石能源的紧缺,使节能降耗和替代能源提到了前所未有的高度;“煤化工”紧急叫停、全面规划初露头角；《石油和化学工业“十一五”发展指南》，尤其是《煤化工产业发展政策》和《煤化工产业中长期发展规划》将为煤化工行业发展描绘出广阔的发展蓝图。煤化工是我国化学工业的重要组成部分。值此煤化工发展的新形势下，研究煤化工产业的发展趋势,研究煤化工对石油化工的替代性,深入探讨我国煤化工的发展战略、发展模式和发展途径确实是一件涉及煤化工发展全局的大事。本文将从宏观（世界、国家)、中观(行业)两个层面就产业特点、发展趋势等作出分析,以求对未来的产业投资、建设作出一些建议。一、宏观环境分析化学工业是国家基础行业，而石油、煤(天然气的比例较小）对化学工业具有两大功能: 燃料、化工原料。化学工业是能源大户,所以国家战略调整、能源结构调整等宏观环境的变化都会不同程度地影响煤化工的发展进程。 1、行业现状、目前全球有１17 家以大型煤化工能源一体化工厂, 共有 38５座大型现代气化炉，总生产能力达到４5000 兆瓦，地区分布是东亚和澳洲占２2%，非洲和中东占３4%，欧洲占 2８%，北美占 15%。气化用原料４9%为煤炭，36%为石油焦。产品比例，37％为各类化工产品,36%为间接法合成油，１９％用与发电。以煤气化为核心的现代煤化工产能年增长率达５%，高于全球化工产能年均增长率3.6％的水平。国家厂家在近两年纷纷开始在国内物色合适的企业投资, 这主要是抓住项目建设资金大，国内企业运营经验不足的特点，而在国家开始管制之后，项目审查更为严格，这在一定意义上保护了我国煤化工行业在发展之初的规划较为完善，有效的避免了重复低效建设。2、我国能源格局、在“十一五”规划已经明确我国能源发展的总体战略:“坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展,优化生产和消费结构，构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系”。化工行业要追求资源效益最大化是煤化工的发展企契机，而国家经济战略的可持续发展，使得煤化工必然是在今后的长期发展中占据越来越重要的地位。从能源结构稳定性来看,我国煤炭、石油与天然气人均储量与欧美、OＥCD 发达国家等有相当大差距。而在储采比上，我国能源的可持续性也很差,如果在未来１0 至 20 年中仍没有大 的油田被发现，石油资源瓶颈将危及国内能源安全。而煤炭资源情况与世界平均水平最为接近,具有相对比较优势，这决定了我国长期依赖煤炭的能源格局，在“十一五”期间,２006 年至 2０2０年，我国将斥资１万亿发展煤化工,其中装备费用占５0％，技术费用占1０%。煤制甲醇、二甲醚、煤烯烃和煤制油在今后 15 年将是投资的重点。方向由传统煤化工向现代煤化工转变。 3、从经济稳定性来看，国际能源署(ＩEA)作出的研究报告表明，石油价格每上升１0 美元会、从经济稳定性来看使得下年中国的真实 GＤP 下降0.8 个百分点，通货膨胀率上升 0.８个百分点。虽然我国石油能源比例不大, 但利用煤化工的替代性降低石油消耗和进口依赖度，是稳定我国经济发展的必然选择。4、环境污染、 2006 年,轰轰烈烈的“环保风暴”唤醒了企业对环保、安全的社会责任感。从环境保护来看, 使用清洁煤气化技术后, 煤化工能源一体化产业模式能有效解决常规发电厂的二氧化硫和温室气体排放问题。生态平衡和环境容量是煤化工未来发展比较关键的考虑点, 煤制油从根本上说是将一种资源转化成另外一种资源。生产一吨油品需消耗约 4 吨
碳纳米管的现状和前景 信息技术更新日新月异，正如摩尔定律所言，集成电路的集成度每隔18 个月翻一番，即同样的成本下，集成电路的功能翻一倍。这些进步基于晶体管的发展，晶体管的缩小提高了集成电路的性能。 在硅基微电子学发展的过程中,器件的特征尺寸随着集成度的越来越高而日益减小,现在硅器件已经进入深微亚米阶段，也马上触及到硅器件发展的瓶颈，器件将不再遵从传统的运行规律,具有显著的量子效应和统计涨落特性. 为了解决这些问题,人们进行了不懈地努力,寻找新的材料和方法，来提高微电子器件的性能。研究基于碳纳米管的纳电子器件就是其中很有前途的一种方法。 碳纳米管简介 一直以来都认为碳只有两种形态——金刚石和石墨。直至1985年发现了以碳60为代表的富勒烯、从而改变了人类对碳形态的认识。1991年，日本筑波NEC研究室内科学家首次在电子显微镜里观察到有奇特的、由纯碳组成的纳米量级的线状物。此类纤细的分子就是碳纳米管 碳纳米管有许多优异的性能，如超高的反弹性、抗张强度和热稳定性等。被认为将在微型机器人、抗撞击汽车车身和抗震建筑等方面有着极好的应用前景。但是碳纳米管的第一个获得应用的领域是电子学领域、近年来，它已成为微电子技术领域的研究重要方面。 研究工作表明，在数十纳米上下的导线和功能器件可以用碳纳米管来制造，并连接成电子电路。其工作速度将过高于已有的产品而功率损耗却极低! 不少研究组已经成功地用碳纳米管制成了电子器件。例如IBM 的科学家们就用单根半导体碳纳米管和它两端的金属电极做成了场效应管（FETs）。通过是否往第三电极施加电压，可以成为开关，此器件在室温下的工作特性和硅器件非常相似，而导电性却高出许多，消耗功率也小。按理论推算，纳米级的开关的时钟频率可以达到1太赫以上，比现有的处理器要快1000倍。 碳纳米管的分类 石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层，根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。 单壁碳纳米管（SWNT）由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。SWNT 的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。 多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm。多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常
纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如，存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘，成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器，价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件，用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世，充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次，是知识创新的源泉。由于纳米结构单
元的尺度（1～100urn）与物质中的许多特征长度，如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当，从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子，也不同于宏观物体，从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象，认识新规律，提出新概念，建立新理论，为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础，也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题；纳米结构设计，异质、异相和不同性质的纳米基元（零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝）的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点，人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和柏米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代，纳米材料研究的内涵不断扩大，领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密，实验室成果的转化速度之快出乎人们预料，基
纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。 1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。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。这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这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容 从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念： 第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。关键突破 1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 纳米技术包含下列四个主要方面：
碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法
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
Research status and development prospect of carbon nanotubes Abstract: Carbon nanotubes due to their unique structure and excellent physical and chemical properties, and has wide application prospect and huge commercial value. This paper reviewed the methods for preparing carbon nanotubes, structural properties, application and development trend of carbon nanotubes. Keywords: carbon nanotubes; preparation; antistatic; stealth; radar absorbing coating Nanometer material because of its size in the transition region junction of atomic clusters and macroscopic objects, with the quantum size effect, small size effect, surface effect and the macroscopic quantum tunnel effect and other characteristics, exhibit many unique physical and chemical properties. Nanometer material nineteen eighties early after the formation of the concept, the world have paid great attention. It has unique properties, physical, chemical, material research, biology, medicine and other fields with meters of new opportunities. 1, carbon nanotube preparation, structure and properties 1.1, the preparation of carbon nanotubes
国内外煤炭资源现状及煤化工技术进展和前景 摘要:本文就中国能源建设面临着结构的优化与调整,结合中国能源结构以煤为主、石油及相关产品供需矛盾日益突出的现实，对国内外煤炭储量、产量及市场现状进行了较详尽的调研,对煤化工技术进展及前景进行了客观的分析,为我公司未来发展提前寻找了石油和天然气的最佳替代产品，指出了煤化工产业将是今后20年的重要发展方向,这对于我国减轻燃煤造成的环境污染、降低我国对进口石油的依赖，保障能源安全，促进经济的可持续发展，均有着重大意义。可以预见，煤炭的清洁转化和高效利用，将是未来能源结构调整和保证经济高速发展对能源需求的必由之路，现代煤化工在中国正面临新的发展机遇和长远的发展前景。 1 世界煤炭资源概况 据《ＢP世界能源统计200７》数据统计，2006年年底探明的煤炭可采储量全球总计90９０．６４亿吨，可采年限为１47年。总体上看，世界煤炭资源的分布,北半球多于南半球，煤炭主要集中在北半球。北半球北纬30°- 70°之间是世界上最主要的聚煤带,占世界煤炭储量的７0％以上。其中,以亚洲和北美洲最为丰富,分别占全球地质储量的58%和30％,欧洲仅占8%；南极洲数量很少。拥有煤炭资源的国家大约70个，其中储量较多的国家有中国、俄罗斯、美国、德国、英国、澳大利亚、加拿大、印度、波兰和南非地区，它们的储量总和占世界的88%。世界煤炭可采储量的6０%集中在美国(25%）、前苏联(23%）和中国(12%),此外,澳大利亚、印度、德国和南非4个国家共占29％。根据20０６年全球煤炭探明储量，美国以244６亿吨储量稳坐头把席位，俄罗斯以1570亿吨储量排第二位,中国和印度分别为1１4５和9２4亿吨排第三、四位。澳大利亚、南非、乌克兰、哈萨克斯坦、波兰和巴西占据第五到第十位。
简述煤化工及其发展前景论文 学院：化学与化工学院 专业：化学工程与工艺 年级：化工０9* 学号：０９08***＊* 学生姓名: *****＊*＊* 20１2 年0５月16日
简述煤化工及其发展前景 彭启亮 (贵州大学化工学院化学工程与工艺０９1） 摘要:我国是以煤为主要能源的国家，也是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国,而石油和天然气相对短缺。大力发展煤化工行业是我国未来能源发展的主要趋势。随着我国经济的快速发展,煤化工也得到长足的发展。在煤的洁净化、高效燃烧、联合循环发电、干熄焦、炼焦过程自动化、煤炭气化以及环保型洁净能源为主的煤化工能源技术等都得到广泛的重视和应用。因此,发展新型煤化工对煤炭、冶金、城市建设和煤化工行业结构的调整及其综合发展具有重要的战略意义。 关键字:煤化工化工工艺化工产品节能减排发展煤、石油、天燃气等既是化学工业的能源,又是化学工业的原料。该两项加起来占成品成本的2５%--40%,在氮肥工业达70％-8０%，因此广义化学工业是工业部门第一用能大户。这一特点使节能工作在化学工业中有及其重要意义，能源消费以煤为主，是我国化学工业不同于世界其他主要国家化学工业的一个特点。【1】近年来,部分发达国家及地区十分重视煤化工技术的开发, 相继推出、实施了一揽子洁净煤深加工计划。涉及通过煤炭液化技术生产石油、醇类等液体燃料, 通过煤炭气化技术合成天然气, 开发煤氢转化技术以及开发碳捕收技术等等【2-３】。“十一五”期间, 我国煤化工产业保持快速增长态势,
规模不断扩大,产量大幅度提升, 传统煤化工产品焦炭、电石、煤制氮肥和煤制甲醇的产量产能稳居世界第一。总体上, 我国传统煤化工产能严重过剩，新型煤化工尚处于示范建设阶段【４】，煤化工关键共性技术及装备亟待国产化, 产业投资面临极大的风险。今后一段时间内, 我国煤化工产业发展重点是积极探索煤炭高效清洁转化和石化原料多元化发展的新途径【5】。 煤化工【６】是经化学方法将煤炭转化为气体,液体和固体产品和半产品,而后进一步加工成一系列化工产品的工业。从广义上讲，还包括以煤为原料的合成燃料工业，在煤的各种加工过程中，焦化是应用最早且至今仍然重要的方法，目的是制取焦炭同时副产煤气和煤焦油。电石化学是煤化工中一个重要的领域，用电石发生乙炔，生产一系列有机化工产品和炭黑。煤气化在煤化工中占有特别重要的地位，现在煤气化主要用于生产城市煤气和各种工业用燃料气,也用于生产合成气制取合成氨,甲醇等化工产品,通过煤的液化和气化成产各种液体燃料和气体燃料。利用碳一化学技术合成各种化工产品，随着世界石油资源的不断减少，煤气化技术的改进,煤化工有具广阔的前景。 煤化工主要原料就是煤,而煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,碳、氢、氧三者总和约占有机质的9５%以上，是非常重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料,有褐煤、烟煤、无烟煤、半无烟煤这几种分类。在煤化工工艺生产中，主要生产成品有煤气化、煤焦油、生产天然气、尿素、甲基萘等化工产品。 一、煤气化【７】
纳米材料国内外研究进展 一、前言 从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)[1]。自20世纪80年代初, 德国科学家 Gleiter[2]提出“纳米晶体材料”的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1～100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒)，一维材料(直径为纳米量级的纤维)，二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)[3]。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域。 二、国内外研究现状 1984年德国科学家Gleiter首先制成了金属纳米材料, 同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议, 使纳米材料成为世界性的热点之一；1990年在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议, 标志着纳米科技的正式诞生；l994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议,表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。近年来，世界各国先后对纳米材料给予了极大的关注，对纳米材料的结构与性能、制备技术以及应用前景进行了广泛而深入的研究，并纷纷将其列人近期高科技开发项目。2004年度纳米科技研发预算近8.5亿美元，2005年预算已达到10亿美元，而且在美国该年度预算的优先选择领域中，纳米名列第二位。现在美国对纳米技术的投资约占世界总量的二分之一[4]。 自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料, 至今已有 30多年的历史, 但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在 80年代中期以后。因此 ,从其研究的内涵和特点来看大致可划分为三个阶段[5]。 第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索，用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体(包括薄膜)，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复
碳纳米管纳米复合材料的分析现状及问题 [摘要]文章介绍了碳纳米管的结构和性能，综述了碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法及其聚合物结构复合材料和聚合物功能复合材料中的应用研究情况，在此基础上，分析了碳纳米管在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题，并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。 [关键词]碳纳米管；复合材料；结构；性能 自从1991 年日本筑波NEC 实验室的物理学家饭岛澄男(Sumio Iijima)[1]首次报道了碳纳米管以来，其独特的原子结构与性能引起了科学工作者的极大兴趣。按石墨层数的不同碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SWNTs) 和多壁碳纳米管(MWNTs)。碳纳米管具有极高的比表面积、力学性能(碳纳米管理论上的轴向弹性模量与抗张强度分别为1~2 TPa 和200Gpa)、卓越的热性能与电性能(碳纳米管在真空下的耐热温度可达2800 ℃，导热率是金刚石的 2 倍，电子载流容量是铜导线的1000 倍)[2-7]。碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物/碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。因此，聚合物/碳纳米管复合材料被广泛地研究。 根据不同的应用目的，聚合物/碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物/碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：聚合物/碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型(单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)，形态和结构(直径、长度和手性)等。文章主要对聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。 1 聚合物/碳纳米管复合材料的制备 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。