纳米材料的特性与其在化学化工的应用
关键词:纳米材料；特殊性质；化学化工；应用
摘要：纳米科技的发展，将促进人类对客观世界认知的革命。人类在宏观和微观理论充分完善之后，在介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头。纳米科技也将促进传统科技“旧貌换新颜”。它的巨大影响还在于使纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。该领域可大致包括纳米材料学、纳米化学、纳米计量学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米力学等7个新生学科，这里主要介绍纳米材料的特性与其在化工领域中的几种应用。
正文
纳米材料（又称超细微粒材料、超细粉末）是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单元构成的材料，纳米材料处在原子簇和宏观物体交界过渡区域，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子，显示出许多奇异的特性。
一．纳米材料的特性
纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子百分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，晶界原子达15%～50%，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊性质。所有的纳米材料具有三个共同的结构特点：即纳米尺度结构单元、大量的界面或自由表面以及纳米单元之间存在着强或弱的交互作用。
●表面效应表面效应是指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着
纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。
●小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及
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超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的效应，称为小尺寸效应。
●量子尺寸效应当粒子尺寸下降到接近或小于某一值时，金属费
米能级附近的电子能级由准连续态变为离散能级态的现象和纳米半导体微粒存在能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。它会导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有着显著的不同。
●宏观量子隧道效应电子具有粒子性又具有波动性，具有贯穿势
垒的能力称为隧道效应，对于一些宏观物理量，如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。
二、纳米材料的基本物理化学特性当常态物质被加工到
极其微细的纳米尺度时，会出现特异的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应等，其光学、热学、电学、磁学、力学、化学等性质也就相应的发生十分显著的变化。
●力学性质与传统材料相比，纳米结构材料的力学性能有显著
的变化。常规多晶式样的屈服应力H(或硬度)与晶粒尺寸d符合Hall-Petch关系，即：
H=H VO+Kd-1/2其中，H VO一常数；K 为一正常数。
纳米晶体材料的超细及多晶界面特征使它具有高的强度与硬度，表现为正常的Hall-Petch关系、反常的Hall-Petch关系和偏离Hall-Petc h关系，即强度和硬度与粒子尺寸不呈现性关系纳米材料不仅具有高强度和硬度，而且还具有良好的塑性和韧性。
且由于界面的高延展性而表现出超塑性现象。从上面的公式可以看出，纳米粒子的力学性能和粒子尺寸密切相关，粒子越小，硬度越大。因此纳米陶瓷材料、金属-陶瓷等复合纳米材料的应用
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前景十分广泛。
●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。对于金属与非金属复合成的纳米颗粒膜材料，改变组成比例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体；具有半导体特性的纳米氧化物粒子在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用。
●光学性质纳米粒子一个最重要的标志是尺寸与物理的特征
量相差较大。表面效应和量子效应对纳米微粒的光学特性有很大的影响，甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备的新的光学特性。
（1）光吸收特性。纳米材料有宽频带强吸收的特性，具体表现为对于光的不透射性和不反射性。在外观上，对金属而言，纳米粒度大，则纳米微粒的颜色较灰和浅黑，随着纳米级粒度减小，均趋向黑色，纳米级粒度越小，黑色深度越大。（2）光谱迁移性。
纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。在一些情况下，粒径减小至纳米级时，可以观察到光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”现象，即吸收带移向长波长。
（3）光催化性能。光催化是纳米半导体独特的性能之一。这种纳米材料在光的照射下，能把光能转化为化学能，促进有机物的合成或使有机物降解。
（4）其他光学性能。除上述特征外，纳米材料的荧光性能、纳米半导体的光吸收特性、纳米微粒强烈的反射红外线的功能、纳米微粒对紫外光很强的吸收能力、纳米晶体的光电转换特性等光学性能都有自己新的特点，不同于常规材料。
●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、
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界面原子耦合作用变弱的结果。纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
故在储热材料、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。
磁学性质纳米材料的磁性特征是奇异的超顺磁性和较高的矫顽力，较低的居里温度，另一个特征就是磁致性，即磁致冷和磁致电阻，研究表明，含纳米铁磁性相钆镓石榴石具有较高的磁致冷温度。纳米粒子的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等使得它具有常规粗晶体材料所不具备的磁特性。对用铁磁性金属制备的纳米粒子，粒径大小对磁性的影响十分显著，随粒径的减小，粒子由多畴变为单畴粒子，并且稳定磁化过度到超顺磁性。这是由于在小尺寸下，当各向异性能减少到与热动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向上，磁化方向作无规律变化，结果导致超顺磁性的出现。
三、纳米材料在化学化工领域中的应用
1.纳米材料作为催化剂催化剂在许多化学化工领域中起着举
足轻重的作用，可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性；三是降低反应温度。纳米粒子催化剂是一个新的领域，国际上称它为第四代催化剂。纳米粒子由于表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
（1）纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可
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近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。具体应用实例有：纳米TiO2光催化的抗菌性能不断被人们开发利用，抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂层、抗菌纤维和抗菌日用品等也相继出现；
还有在净化空气方面的应用也很广泛，TiO2光催化氧化处理有机污染物与无机污染物，光催化降解水中有机磷农药，半导体氧化物光催化裂解水制氢等。
（2）金属纳米粒子的催化作用应用也很广。超细Pt粉是高效的氢催化剂；超细Ag粉可以作为乙烯氧化的催化剂；超细Fe可在气相热分解（1000～1100℃）中起成核作用而生成碳纤维；Au 超微粒子负载在Fe2O3、Co3O4、NiO中在70℃时就具有较高的催化氧化活性；负载有 1 nmRh的催化剂可使难以打开的烯烃双键顺利进行氢化反应。金属复合纳米材料具有更强的催化选择作用，以粒径小于100 nm的镍和铜-锌合金的纳米颗粒为主要成分制成的催化剂可使有机物氢化的效率达到传统镍催化剂的10倍，纳米的Fe、Ni与γ-Fe2O3混合经烧结可以代替贵金属而成为汽车尾气净化的催化剂。
2.在材料表面防腐及功能化中的作用纳米材料由于其表面和
结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性，为涂层材料的组成和性能改善提供了有利条件，使得材料的功能化具有极大的可能。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改借性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。
在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防
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紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用；在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的；在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有Fe2O3、TiO2和ZnO等。
这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。还有包含纳米微波涂层、纳米光学及红外灯涂层技术的复合结构涂层—纳米隐身材料在航天航空等与军事有密切关系的领域有很广的应用。
纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
3.纳米陶瓷材料增韧改性陶瓷材料作为材料的三大支柱之一 ,
在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是 ,由于传统陶瓷材料质地较脆 ,韧性、强度较差 ,因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用 ,纳米陶瓷随之产生。所谓纳米陶瓷 ,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料 ,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。纳米陶瓷具有高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无与伦比的优点。它还具有高磁化率、高矫顽力、低饱和磁矩、低磁耗以及光吸收效应。在性能方面，纳米功能陶瓷的力学性能、热性能、化学稳定性能都得到了改进优化，使得陶瓷的应用领域得到了进一步的开拓。
将纳米金属尤其是高温合金相制成的纳米微粒，加入到陶瓷材料中，可大大提高陶瓷的韧性与抗冲击力，又不降低其原有的
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强度与硬度，综合了金属与陶瓷两方面的优势，应用领域十分广泛。自增韧化纳米稀土陶瓷兼有韧性、高强度、高硬度以及高热导性的特点，对制成大型高温实用器件有重要意义。高韧性复相纳米陶瓷的应用也正在进行研究之中。
4.纳米材料在胶黏剂工业中的应用国外已将纳米SiO2作为添
加剂加入到胶黏剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有亲水性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构，限制胶体流动，固体化速度加快，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。
将纳米粒子作为填料加入环氧树脂胶黏剂中，获得纳米胶黏剂，能够提高材料的刚性与韧性；在聚氨酯胶黏剂中加入纳米微粒，可显著提高其耐热性、拉伸强度、抗剪强度、耐剥离强度等；
采用加入丁腈弹性纳米粒子的方法，能够制备具有高韧性和高耐热性的甲阶酚醛树脂。
5.纳米材料在化工助剂中的应用这里主要介绍纳米材料在塑料
和橡胶制品中的应用。
无机纳米抗菌剂粉末经过特殊处理制得抗菌塑料母粒用于塑料制品，制得抗菌塑料，而用这种材料制得得的给水管对大肠杆菌、金黄葡萄球菌、肺炎球菌及真菌的杀菌率能够达到90%以上。加入纳米材料的环氧塑料，其结构完全不同于加入白炭黑等粗晶粒子的环氧塑料，大幅提高了纳米塑料的强度、韧性和延展性，同时具有高的光泽和良好的透明度以及耐老化性。纳米材料还能够在阻透功能塑料制品、耐摩擦功能塑料制品、导电功能塑料制品、吸波功能塑料制品和耐热塑料制品中得到应用。
羟基聚丁二烯又称液体橡胶，与我们生产所需要的橡胶（主要为天然橡胶和丁苯橡胶）相容性好，能均匀的分散在橡胶中，而纳米超细微粒借助于自身的羟基和羟基聚丁二烯中的羟基发生反应，使自身也在橡胶中达到纳米级分散。另外，由于羟基聚丁二烯分子两端均含有—COOH，易于和纳米超细微粒中的—OH 交联，形成立体网络结构。以上两个方面提高了橡胶的耐磨性和
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压缩永久变形性，从而提高了V带的抗疲劳性能。
四、纳米技术展望
综上所述，纳米技术将不断发生变化，展望前景是光明的。21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。 21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。
参考文献:
[1]X立德，牟季美，纳米材料和纳米结构，科学，2001
[2]许并社等编著,纳米材料及其应用技术,化学工业,2003
[3]童忠良主编,纳米化工产品生产技术,化学工业,2006
[4]李群主编,纳米材料的制备与应用技术,化学工业,2008
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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
纳米材料的特性与其在化学化工的应用 关键词:纳米材料；特殊性质；化学化工；应用 摘要：纳米科技的发展，将促进人类对客观世界认知的革命。人类在宏观和微观理论充分完善之后，在介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头。纳米科技也将促进传统科技“旧貌换新颜”。它的巨大影响还在于使纳米尺度上的多学科交叉展现了巨大的生命力，迅速形成一个具有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。该领域可大致包括纳米材料学、纳米化学、纳米计量学、纳米电子学、纳米生物学、纳米机械学、纳米力学等7个新生学科，这里主要介绍纳米材料的特性与其在化工领域中的几种应用。 正文 纳米材料（又称超细微粒材料、超细粉末）是指三维空间中至少有一维处于1～100nm或由它们作为基体单元构成的材料，纳米材料处在原子簇和宏观物体交界过渡区域，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子，显示出许多奇异的特性。 一．纳米材料的特性 纳米材料晶粒极小，表面积特大，在晶粒表面无序排列的原子百分数远远大于晶态材料表面原子所占的百分数，晶界原子达15%～50%，导致了纳米材料具有传统固体所不具备的许多特殊性质。所有的纳米材料具有三个共同的结构特点：即纳米尺度结构单元、大量的界面或自由表面以及纳米单元之间存在着强或弱的交互作用。 ●表面效应表面效应是指纳米微粒的表面原子与总原子之比随着 纳米微粒尺寸的减小而大幅度增加，粒子表面结合能随之增加，从而引起纳米微粒性质变化的现象。 ●小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及 - 1 - / 8
超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等物性呈现新的效应，称为小尺寸效应。 ●量子尺寸效应当粒子尺寸下降到接近或小于某一值时，金属费 米能级附近的电子能级由准连续态变为离散能级态的现象和纳米半导体微粒存在能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。它会导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有着显著的不同。 ●宏观量子隧道效应电子具有粒子性又具有波动性，具有贯穿势 垒的能力称为隧道效应，对于一些宏观物理量，如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。 二、纳米材料的基本物理化学特性当常态物质被加工到 极其微细的纳米尺度时，会出现特异的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应等，其光学、热学、电学、磁学、力学、化学等性质也就相应的发生十分显著的变化。 ●力学性质与传统材料相比，纳米结构材料的力学性能有显著 的变化。常规多晶式样的屈服应力H(或硬度)与晶粒尺寸d符合Hall-Petch关系，即： H=H VO+Kd-1/2其中，H VO一常数；K 为一正常数。 纳米晶体材料的超细及多晶界面特征使它具有高的强度与硬度，表现为正常的Hall-Petch关系、反常的Hall-Petch关系和偏离Hall-Petc h关系，即强度和硬度与粒子尺寸不呈现性关系纳米材料不仅具有高强度和硬度，而且还具有良好的塑性和韧性。 且由于界面的高延展性而表现出超塑性现象。从上面的公式可以看出，纳米粒子的力学性能和粒子尺寸密切相关，粒子越小，硬度越大。因此纳米陶瓷材料、金属-陶瓷等复合纳米材料的应用 - 2 - / 8
纳米材料在精细化工方面的应用 纳米材料由纳米粒子组成。纳米粒子一般是指尺寸在1-100nm间的粒子，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，它具有如下四方面效应，并由此派生出传统固体不具有的许多特殊性质。 1.纳米材料的特殊性质 1.1.表面效应 纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。 1.2.量子尺寸效应 这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。 1.3. 体积效应 指纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化。 1.4. 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。一些宏观量亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观的量子隧道效应。 2.纳米科学技术在精细化工方面的应用 2.1.粘合剂和密封胶 国外已将纳米材料——纳米SiO 2 作为添加剂加人到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。 2.2. 涂料 在各类涂料中添加纳米SiO 2 可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高，涂料的质量和档次自然升级。 2.3.橡胶 纳米Al 2O 3 粒子加人橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性。纳米SiO 2 可以作为抗紫外辐
射、红外反射、高介电绝缘橡胶的填料。 2.4. 塑料 纳米SiO 2 可使塑料变得更致密，还可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高。 2.5. 纤维 以纳米SiO 2和纳米Ti0 2 经适当配比而成的复合粉体作为纤维的添加剂，可制得满足国 防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。 2.6. 有机玻璃 在有机玻璃生产时加入纳米材料，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的，并且既不影响透明度又提高了高温冲击韧性。 2.7. 固体废弃物处理 在固体废弃物处理中可将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末以除去其中的异物，成为再生原料回收。 2.8. 在催化方面的应用 纳米粒子作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10-15倍。 a.代替贵金属催化剂。 b.提高反应速度。 c.特异的选择性。 d.改善反应条件。 e.催化剂理想的载体。 f.环保用催化剂。例如CeO z-x 与Cu组成的氟石结构纳米复合材料，可用于消除汽车尾气中排放出来的SO2、CO。 2.9. 在医药方面的应用 纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性，并且与药物不发生化学反应。 2.10.在化妆品方面的应用
纳米材料在精细化工领域的应用 冷士良聂恒凯 (江苏省徐州化工学校，徐州221006) 摘要精细化工的技术进步离不开性能优异的材料，纳米材料的特殊性能引起了科技人员的关注。综述了纳米材料的主要性能及其在精细化工领域的应用现状。关健词纳米材料纳米技术精细化工纳米材料作为面向21世纪的新型高功能精化学品，是通过纳米技术制备的超微细材料，大一般在1~1。。nm，大于原子簇而小于通常的粉，处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域。随颗粒尺寸的细微化，其比表面积急剧增加，产生宏观物体不具备的表面效应、量子尺寸效应、小寸效应(体积效应)和宏观量子隧道效应。这些异的效应使纳米材料在精细化工领域的用途日广泛。本文综述了纳米材料的主要性能及其在细化工领域的应用，以引起广大科技人员进一关注。纳米材料的特性. 1表面效应 表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子之比，随着粒径变小而急剧增加后所引起的性变化。研究表明，随着粒子直径的减小，表面原个数增加很快。而表面原子因周围缺少相邻的子，具有不饱和性，增加了纳米粒子的化学活，使纳米材料在催化、吸附和作为添加剂等方面有常规材料无法比拟的优越性。 .2小尺寸效应 小尺寸效应是指当纳米粒子的粒径与传导电的德布罗意波长以及超导态的相干波长等物理寸相当或更小时，其周期性的边界条件将被破，导致其化学活性、光吸收、电磁、催化等性质同通材料相比，发生了极大变化。这种效应不仅扩了材料的物理、化学特性范围，更为其应用拓宽了领域。例如，用强磁性纳米材料制成磁性信用;用具有一定频宽的微波吸收纳米材料进行电磁波的屏蔽等。 1.3宏观量子隧道效应 宏观量子隧道效应是指纳米粒子可以穿越宏观系统的势垒而产生变化的特性。这种效应对基础研究及实际应用都具有重要意义，它限定了磁盘等对信息存贮的极限，确定了现代微电子器件进一步微型化的极限。 1.4量子尺寸效应 量子尺寸效应是指纳米粒子尺寸下降到一定值时，纳米能级附近的电子能级变为分离能级的现象。这一效应可使纳米粒子具有很高的光学非线性、特异催化性及光催化性等等〔2〕。纳米材料不同于常规材料的特性，使其在力学、光学、磁学、热学、光电、催化、环保等方面均具有许多重要的应用价值，从而为资源的综合利用带来了更多的可能性和广阔前景。2纳米材料在精细化工领域的应用 2.1在催化领域的应用 随着人们对生活质量要求的日益提高，对环境保护的要求也越来越高，需要不断开发各种性能独特的、优异的精细化工产品，不断改造传统的工艺，继续开发新工艺，追求原子经济反应，实现零排放。而其关键技术(eritiealteehnology)是催化技术。为此，人们一直在寻找新型高效催化剂，以推动精细化工技术的发展与进步。由于纳米材 收稿日期:2000一04一17。 作者简介:冷士良.1986年毕业于江苏石油化工学院有机 系.主要从事化工专业教学与研究工作。在国家级刊物上发 表论文2篇。 精细石油化工进展 ADV ANCESINFINEPETROCHEMICALS第1卷第5期 催化剂具有独特的晶体结构及表面特性(表面态与内部不同，表面原子配位不全等)，因而，
纳米材料的性能与应用 纳米科技的发展日新月异，纳米材料的出现革新了几乎所有领域的研究，从生物医学到纳米电子学。纳米材料是指粒径小于或等于100纳米的物质，它们具有独特的物理和化学性质，因此在材料科学中扮演着重要的角色。在这篇文章中，我将探讨一些关于纳米材料的性能和应用。 材料的性能 具有纳米级尺寸的材料具有独特的性质。因为它们在长度、宽度和高度上的大小都非常小，这种材料的可塑性和强度的变化是非常显著的，不同于常规材料。更具体地说，纳米材料有如下性能： 1. 巨大的比表面积和高表面能 由于其极小的粒径，纳米颗粒拥有高比表面积，意味着它们能够在更广泛的化学环境中表现出来，因为表面积越大，与周围环境接触的面积就更多。同时，它们的高表面能使得它们更容易将能量转移给周围物质。
2. 量子效应 当材料的尺寸减小到纳米级别时，物质在电子和光子的交互中表现出来的规则发生了变化。具体来说，这可能导致材料的颜色和导电性等物理性质的变化，这就是量子效应。 3. 光学性质 纳米粒子的尺寸可以调节光的散射、反射和折射。与较粗糙的表面相比，纳米颗粒的表面更光滑，可以通过其表面形态来增加其可见度和彩度，从而提高其应用在有色体系中的效果。 应用举例 纳米材料的极小尺寸和独特性质已经在几乎所有领域都产生了影响。有些纳米材料已经被工业界广泛应用。 1. 生物医学
纳米颗粒在生物医学领域中已广泛应用。金属纳米颗粒的生物 学特性可以用于制造生物传感器和其他生物成像工具，亚铁氰酸 铁纳米颗粒可以用于制造医用磁性材料。 2. 能源 银或金纳米颗粒可以用于太阳能电池和其他能源设备的制造， 因为这些纳米颗粒的吸收光的能力较强。纳米颗粒还可以用于生 产锂离子电池或其它相关器件，该设备现已广泛应用于电动汽车、微型移动设备等领域，因其重量轻、使用方便且安全。 3. 材料科学 纳米颗粒可以用于制造更强的材料。铁、铜、镍和钴是一些被 加强的金属。它们被许多工程领域广泛应用，如航空和汽车部件。 4. 化学 使用纳米颗粒处理废水和家用杀虫剂的需求已经变得越来越大，因为其大比表面积和高表面能。纳米纤维板材料也是一种在市场
纳米材料在化学工业中的应用与推广引言： 纳米材料是指具有特殊结构和性质的材料，其中至少有一个维度尺寸在纳米级 范围内。由于其独特的性质，纳米材料在化学工业中的应用和推广具有巨大的潜力。本文将探讨纳米材料应用于化学工业的几个关键领域，并讨论其在环境保护、能源开发和新材料研究中的前景。 一、催化剂领域的应用 纳米材料作为催化剂在化学工业中具有广泛应用。其高比表面积和特殊的电子 结构使其在催化剂的表面活性、选择性和稳定性方面表现出色。纳米催化剂可以被应用于石油化工、有机合成和环境净化等领域。例如，纳米金属催化剂可用于加氢反应、氧化反应和还原反应，有效提高了反应速率和产率。此外，纳米复合催化剂的设计和制备也成为当前研究的热点，通过控制纳米材料的结构和组成，可以实现更高效的催化过程。 二、纳米材料在电池和电容器领域的应用 纳米材料在电池和电容器领域的应用被誉为电化学储能领域的重要革新。纳米 材料作为电极材料具有较高的比表面积和更短的离子或电子传输路径，从而提高了电化学反应速率和储能性能。例如，纳米颗粒材料作为锂离子电池的正负极材料，可以提高电池的能量密度和循环寿命。同时，纳米材料的表面和界面特性对电化学储能装置的稳定性和可靠性也起到重要作用。因此，纳米材料在电化学储能领域的应用具有重要的意义。 三、纳米材料在分离与纯化技术中的应用 纳米材料在化学工业中的另一个重要应用是分离与纯化技术。由于其特殊的晶 体结构和表面性质，纳米材料在分离和纯化过程中具有优势。例如，纳米滤膜可以
实现对溶液分子的精确控制和选择性传递，可应用于离子交换、膜分离和气体分离等领域。此外，纳米颗粒材料在吸附、脱水和脱色等领域也具有重要应用价值。纳米材料在分离与纯化技术中的应用，不仅能提高产品纯度和质量，还能减少废物产生和化学品消耗，实现绿色环保和可持续发展。 四、纳米材料在新材料研究中的应用 纳米材料在新材料研究中的应用是化学工业中的另一个重要领域。通过纳米技 术的引入，可以获得具有新颖结构和特殊性能的材料。例如，纳米复合材料具有较高的力学强度和导电性能，可应用于航空航天、汽车制造和电子设备等领域。此外，纳米材料的光学性质和磁性特性也为光电子学和磁性材料的研究提供了新的方向。纳米材料在新材料研究中的应用，将为化学工业的发展带来更多的创新和突破。 结论： 纳米材料在化学工业中的应用与推广具有广阔的前景和巨大的潜力。通过纳米 技术的引入，可以获得具有独特结构和特殊性能的材料，满足不同领域的需求。纳米材料在催化剂、电池和电容器、分离与纯化技术以及新材料研究等领域的应用，将为化学工业的发展提供新的驱动力。然而，纳米材料的制备、性能调控和应用还面临许多挑战，需要进一步加强研究和开发。同时，务实的合作与创新的思维也是推动纳米材料在化学工业中应用和推广的关键。通过不断努力，纳米材料有望为化学工业带来更多的突破与进步。
纳米材料在化工行业中的应用分析 1. 引言 纳米技术是指在尺寸小于 100 纳米的范围内开展相关活动的一个学科领域。纳米粒子具有极高的比表面积和特殊的物理、化学性质，因此在化学工业中具有广泛的应用前景。本文主要探讨纳米材料在化工行业中的应用分析。 2. 纳米材料的概念与分类 纳米材料是指至少有一维度小于 100 纳米的材料。根据不同的制备方法和化学性质，纳米材料可分为无机纳米材料、有机纳米材料和生物纳米材料。无机纳米材料的主要代表有金属、氧化物、炭黑等；有机纳米材料的 主要代表有聚合物、碳纳米管等；生物纳米材料的主要代表有蛋白质、核酸等。 3. 纳米材料在化工行业中的应用 3.1 煤化工 纳米材料在煤化工领域中的应用主要表现在以下两个方面： •煤基纳米材料的制备：以煤为原料制备出纳米材料，可用于制备纳米金属催化剂、吸附材料等。 •纳米材料在煤的加工中的应用：将纳米材料加入到煤的加工中，可有效提高煤炭的转化率，减少污染物的排放。
3.2 催化剂 纳米材料在制备催化剂方面具有得天独厚的优势。由于纳米材料具 有极高的比表面积和特殊的物理、化学性质，可使催化剂的活性大大 提高。常见的纳米材料催化剂包括纳米金属、纳米氧化物和纳米碳材 料等。 3.3 其他应用 纳米材料还可以被应用在化学反应中的催化剂、分离、吸附、催化 燃烧、传感器、涂料和润滑油等领域。值得一提的是，在涂料领域中，纳米材料的应用可实现防腐、增加涂层硬度等效果。 4. 纳米材料在化工行业中的挑战 纳米材料在化工行业中面临很多挑战，主要有以下几点： 1.如何精确地控制纳米材料的大小、形状、表面性质和分散 性等方面的特征； 2.纳米材料的聚集作用，有可能使纳米材料的比表面积急剧 减小，从而影响其性能； 3.纳米材料的毒性和环境安全问题。 5. 结论 纳米材料在化工行业中的应用前景广阔，但也面临着不少挑战。未 来需要通过创新技术和安全环保的制备方法，进一步拓展其应用领域，实现从量产到高质量、高效率和大规模生产的转变。
纳米材料在化学领域的应用与前景近年来，随着科技的不断进步和发展，纳米材料作为一种新型材料 引起了广泛的关注。纳米材料具有独特的物理、化学和生物学特性， 广泛应用于多个领域，包括化学领域。本文将探讨纳米材料在化学领 域的应用和前景。 一、纳米材料在催化领域的应用 纳米材料在催化领域的应用广泛而重要。由于其高比表面积和丰富 的界面状态，纳米材料能够提供更多活性位点，从而增强催化反应的 效率。例如，纳米金属颗粒在有机合成反应中可以作为催化剂，实现 高选择性和高收率的反应。此外，纳米催化剂还可以用于清除废水和 空气中的有害物质，减少环境污染。 二、纳米材料在能源存储与转化中的应用 纳米材料在能源领域的应用也备受瞩目。纳米材料的特殊结构和性 质使其成为制造高性能电池和储能设备的理想材料。例如，利用纳米 碳材料制备的锂离子电池能够提供更高的能量密度和更长的使用寿命。此外，纳米材料在太阳能电池和燃料电池中的应用也为清洁能源的发 展做出了重要贡献。 三、纳米材料在分析化学中的应用 纳米材料在分析化学中的应用也日益重要。纳米材料的特殊性质使 其成为灵敏、高效的分析工具。例如，利用纳米颗粒修饰的电极可以
实现对微量化合物的快速检测和定量分析。此外，纳米材料还可以用 于构建光学传感器和生物传感器，实现对特定分子的高灵敏检测。 四、纳米材料在药物传递和治疗中的应用 纳米材料在医学领域的应用也十分广泛。通过控制纳米材料的大小、形状和表面功能化，可以实现药物的定向输送和靶向治疗，提高治疗 效果同时减少副作用。例如，纳米颗粒可以被利用为药物载体，将药 物精确输送至肿瘤组织，实现肿瘤的靶向治疗。此外，纳米材料还可 用于图像引导的治疗和基因传递等方面。 未来展望： 纳米材料在化学领域的应用前景广阔。随着对纳米材料研究的不断 深入，人们对其制备方法、性质调控和应用方面进行了更多研究。在 未来，纳米材料有望在更多领域发挥重要作用，如环境保护、食品安全、电子器件等。同时，纳米材料的研究也面临一些挑战，如纳米材 料的合成方法、生物安全性等问题需要进一步解决。只有充分发挥纳 米材料在化学领域的潜力，才能推动科学技术的进步和社会的发展。 总结： 纳米材料在化学领域的应用与前景非常广泛。它们在催化、能源、 分析化学和医学等多个领域展示了巨大的潜力。纳米材料的独特性质 使其成为解决环境污染、提高能源利用效率、改善医疗技术等方面的 重要工具。通过进一步研究纳米材料的制备、调控和应用，将有助于
纳米材料的催化剂材料及其应用纳米材料，指的是晶粒大小在1~100纳米范围内的材料。与传统材料相比，纳米材料具有更大比表面积、更高表面活性、更短扩散距离、更高光学吸收和荧光等特性，因此具有许多传统材料所没有的性质和应用。其中，纳米材料在催化领域中的应用备受关注。 催化剂是指能够加速化学反应速率而本身不参与反应的物质。催化剂广泛应用于燃烧和化学工业、制药和石油化工等领域。以硫酸为例，如果不添加催化剂，其化学反应速率将非常缓慢，甚至需要数小时操作才能完成。而通过添加催化剂，反应速率可以大幅度提高，同时还可以节省时间和成本，提高产量和纯度。 纳米材料在催化剂领域中的应用，主要体现在两个方面：一是纳米材料本身能够作为催化剂，二是纳米材料可以作为催化剂的载体。 一、纳米材料本身作为催化剂
纳米材料具有大比表面积、高表面活性和成分均匀等特性，因 此在化学反应中能够发挥良好的催化效果。例如，在氧化反应中，金属氧化物纳米颗粒具有高加成活性和选择性，因此可以作为催 化剂用于氧化反应。此外，纳米材料还可以作为光催化剂用于光 化学反应。 二、纳米材料作为催化剂的载体 在实际生产中，纳米材料通常作为催化剂的载体，即将金属、 半导体等纳米材料与其他活性成分组合，制成复合催化剂。这些 纳米材料作为载体能提高活性组分的分散度和稳定性，同时又可 以发挥自身的催化效果，从而提高催化剂的活性和选择性。例如，将纳米氧化锌作为载体，组装成纳米钴催化剂，可以用于气体转 化化学反应。 纳米材料作为催化剂载体时，其造粒状态会对催化剂的活性产 生影响。一般来说，较小的纳米颗粒能够提高化学反应速率，但 对反应特异性影响较小；而较大的颗粒则更具选择性，但对催化 活性影响较弱。
纳米技术在化学和材料科学中的应用纳米技术是一种高科技，它把物质分解成纳米尺寸的物质。纳 米技术在化学和材料科学中的应用越来越广泛，包括电子、光学、机械、磁性材料，以及医学和制药等领域。在本文中，我们将以 化学和材料科学为主题，讨论纳米技术在这些领域的应用。 一、纳米材料 纳米材料指的是晶体尺寸在1-100纳米之间的材料，在这个尺 度下，材料可能表现出与宏观材料完全不同的物理和化学性质。 纳米材料有许多独特的性质，例如高比表面积、高化学反应活性、形态可控性、表面能量巨大、超磁性和磁阻变效应等。这些特殊 性质赋予了纳米材料许多新的应用领域。 纳米材料的应用包括制备与催化、材料加工、生物医学、光电 子学和能源转化。其中，制备催化材料是将纳米材料应用于化学 领域的主要应用之一。由于纳米材料表面积大，与体积比例高， 因此在化学反应中发挥着更重要的作用。同时，纳米材料所表现 出来的高化学反应活性还可以帮助催化剂快速反应，以节省能源 和时间。
二、纳米生物学 纳米生物学是利用纳米技术探索生物学的学科。它结合了生物学、物理学、化学和工程学，探索细胞、生物分子、细菌和病毒等微观领域的生物学问题。纳米技术在生物学中的应用包括基因疗法、生物传感器和分子成像等方面。 基因疗法是指利用基因工程技术研制针对遗传性疾病的治疗方法。纳米技术可以为基因疗法提供一个新的平台。一些研究人员利用纳米粒子作为基因递送载体，将需要传递的基因封装在纳米粒子中，然后将纳米粒子通过各种方式引导到病变的部位。这种方法可以更有效地将基因传递到需要治疗的部位。此外，纳米粒子也可以用于传递药物并优化药物疗效。 三、纳米催化剂 纳米催化剂是纳米技术在化学和材料领域中的重要运用之一，它是指将纳米材料用作催化剂的一种方法。由于纳米材料的高表面积，与普通材料相比，故可以更高效地催化反应，从而在化学合成等领域内发挥更为广泛的应用。
纳米材料在化学反应中的应用纳米材料是指尺寸在纳米级别（1纳米=10^-9米）的材料，由于其特殊的物理、化学性质，被广泛运用于各个领域。其中，纳米材料在化学反应中的应用发挥着重要的作用。 一、纳米材料在催化剂中的应用 催化剂是一种能够提高化学反应速率、降低活化能的物质，而纳米材料的尺寸对于催化作用非常重要。较小的颗粒直径意味着比表面积更大，因此可以增加催化剂的活性位点数量。纳米材料的化学、电子和结构性质也可以被优化，从而达到更高的催化效率。纳米材料催化反应的优点包括卓越的选择性、较长的催化寿命和更高的催化效率等。 例如，纳米金属催化剂在合成氢气、有机化合物的氧化和还原等反应中有着广泛的应用。纳米氧化物和纳米合金等材料也可用于生产氧气和制造药用、芳香烃、醇和乙炔等。 二、纳米材料在导电涂层中的应用
纳米颗粒的尺寸与它们的电子结构相关，因此具有不同于宏观 材料的电子性质。纳米材料的高导电性和优越的电子传输性质使 其被广泛应用于导电涂层中。导电涂层通过在非导电材料上涂覆 具有导电性能的材料来制造导电性材料。导电涂层在电子设备、 太阳能电池和照明系统等领域中有着重要的应用。 三、纳米材料在储能材料中的应用 纳米材料可以优化电池和超级电容器等储能设备的性能。以纳 米碳管为例，纳米碳管具有高表面积、高导电性和良好的化学稳 定性等特点，因此可用于电阻器、电容器、导电涂层和半导体器 件中。此外，纳米颗粒也可用于制造超级电容器，其中以氧化物、氧化铜、氧化铁等纳米材料为主导。 四、纳米材料在生物学中的应用 纳米材料在药物递送、医学成像和生物检测等领域中有着广泛 的应用。其中，纳米材料的特殊物理性质和化学性质可以使其具 有较强的生物活性，例如纳米金属材料、纳米药物和纳米载体等。这种特性使纳米材料成为制造持久稳定的药物递送体和生物医学 成像工具的好选择。纳米材料可以通过它们的表面部分调节药物
纳米材料在化工领域中的应用 一、介绍 纳米材料是指在尺寸范围在1到100纳米之间的材料。由于纳米材料具有独特的物理、化学和生物性能，因此在化工领域中有广泛的应用。本文将重点探讨纳米材料在化工领域中的应用领域和相关技术发展。 二、纳米催化剂 纳米催化剂是一种应用广泛的纳米材料，在化工领域中有着重要的应用。纳米尺寸的催化剂相较于传统催化剂具有更高的比表面积和更优异的催化活性。纳米催化剂可以用于环境保护、能源转化、有机合成等多个方面。以下是纳米催化剂的一些具体应用： 1. VOCs去除 挥发性有机化合物（VOCs）是造成空气污染和健康问题的主要原因之一。纳米催化剂在VOCs去除方面具有出色的性能。例如，纳米氧化锆催化剂可以高效降解有机废气中的甲醛和苯乙烯。 2. 废水处理 纳米催化剂在废水处理中的应用越来越受重视。纳米催化剂可以降解废水中的有机污染物，如染料、农药等，并将其转化为无害的物质。纳米金属氧化物催化剂在废水处理中有着广泛的应用。 3. 有机合成 纳米催化剂在有机合成反应中起到催化作用，可以提高反应速率和选择性。例如，纳米金催化剂可以催化炔烃的氢化反应，实现高效合成烯烃。
三、纳米涂料 纳米涂料是一种应用广泛的纳米材料，具有优异的性能和多种应用领域。以下是纳米涂料的主要应用： 1. 防腐蚀涂料 纳米涂料在防腐蚀领域中的应用越来越广泛。纳米涂料中的纳米颗粒可以填补涂料中的微观孔隙，形成致密的涂层，阻止氧气、水和化学物质的渗透，从而有效防止金属腐蚀。 2. 自清洁涂料 纳米涂料中的纳米颗粒具有超疏水和超疏油的表面性质，可以使涂层具有自清洁功能。纳米涂料可以在外界环境的作用下自动清理表面污染物，保持涂层的光洁度和透明度。 3. 防紫外线涂料 纳米涂料中的纳米颗粒可以吸收或散射入射的紫外线，从而起到保护基材的作用。纳米涂料可以用于汽车漆面和建筑物外墙等领域，有效延长使用寿命。 四、纳米材料在电池领域中的应用 纳米材料在电池领域中具有重要的应用，可以改善电池的性能和循环稳定性。以下是纳米材料在电池领域中的一些应用： 1. 锂离子电池 纳米材料可以用作锂离子电池的正、负极材料，提高电池的容量和循环寿命。例如，纳米二氧化钛可以作为锂离子电池的负极材料，提高电池的充放电性能。 2. 超级电容器 纳米材料在超级电容器中有着广泛的应用。纳米二氧化钛、纳米碳管等材料可以作为超级电容器的电极材料，提高电池的能量密度和功率密度。
纳米材料在化学分析中的应用随着科技的不断发展，纳米材料已经在各个领域得到了广泛的 应用。其中，纳米材料在化学分析中的应用尤为引人注目。 一、纳米材料在传统分析方法中的应用 传统的化学分析方法主要是利用自然物质之间的一些性质进行 分析，比如颜色、溶解度、压力等。但是传统分析方法存在很多 缺点，如操作复杂、灵敏度低等。纳米材料的出现改变了这种情况。 1. 金纳米颗粒在光学分析中的应用 金纳米颗粒是一种非常有用的分析工具。它们具有极强的表面 增强拉曼散射效应，可以使分析物的信号强度提高数千倍，从而 实现非常高的灵敏度。此外，金纳米颗粒还可以用于制备传感器，并且比传统的传感器更加敏感。 2. 纳米管在电化学分析中的应用
纳米管是一种具有管状结构的纳米材料，它具有非常好的电化 学性能，可以用于电化学分析。比如，在生物传感器中，纳米管 可以用来探测生物分子，从而实现高灵敏度的分析。 3. 纳米粒子在磁学分析中的应用 纳米粒子具有优异的磁性能，可以用来提高色谱法的分离效率。此外，还可以将纳米粒子与分析物结合，以便于分析。例如，可 以利用磁性纳米粒子制备磁性体，用来分离和富集某些分析物。 二、纳米材料在新兴分析方法中的应用 除了传统的分析方法，还有一些新兴的分析方法，如质谱法、 二次离子质谱法等。这些分析方法利用了分析物的分子量和分子 结构来进行分析。纳米材料在这些分析方法中也发挥了重要的作用。 1. 纳米质子束在质谱法中的应用
纳米质子束是一种新型的质谱分析方法。它可以利用纳米大小的离子束瞬间轰击分析物，并通过离子散射来测量分子的质量。这种方法可以实现高灵敏度的分析，并且几乎可以分析所有类型的物质。 2. 纳米光刻在二次离子质谱法中的应用 纳米光刻是一种基于纳米尺度光阻的制备技术。在二次离子质谱法中，可以应用纳米光刻来制备纳米图案，从而提高二次离子质谱法的灵敏度和分辨率。 三、纳米材料在生物医药和环境领域的应用 随着对生物医药和环境问题的日益关注，纳米材料在这些领域的应用也得到了广泛的关注。 1. 纳米粒子在药物分析中的应用
纳米材料在化学和生物学中的应用随着纳米科技的不断发展，纳米材料已经被广泛应用在各个领域中。化学和生物学领域尤其是纳米材料的重要应用领域之一。在化学和生物学领域中，纳米材料被用于摆脱传统材料的限制，创造新的材料性质和函数。本文将重点介绍纳米材料在化学和生物学中的应用。 一、纳米材料在化学中的应用 1. 纳米材料在催化领域的应用 纳米材料在催化领域有广泛的应用，尤其是在有机化学中。纳米材料广泛使用于催化剂中，可以作为催化助剂或者催化体。利用纳米材料的小尺寸和高比表面积，可以增加催化反应的速率和选择性，提高催化剂的效率和稳定性。例如，金属纳米粒子可以有效地增加反应表面积，增加反应速率。银纳米颗粒在氧还原反应和光催化反应中也有广泛的应用。纳米二氧化钛在光催化水分解和二氧化碳还原反应中的应用也被广泛研究。 2. 纳米材料在分析化学中的应用
纳米材料在分析化学中也有广泛的应用。利用纳米材料具有的 表面增强效应，可以提高传统分析化学技术的灵敏度和选择性， 同时还可以开发新的分析方法。例如，在表面增强拉曼光谱（SERS）中，利用纳米材料的表面特性和各种物质的表面间作用力，可以实现非常高的检测灵敏度和选择性，对于肿瘤细胞的检 测等方面具有潜在的应用价值。此外，金纳米颗粒和银纳米颗粒 也被广泛应用于分子光学成像技术、质谱分析等领域。 二、纳米材料在生物学中的应用 1. 纳米材料在药物输送中的应用 纳米材料被广泛应用于药物输送领域，利用纳米材料的特殊性 质和计算机技术，可以把药物输送到组织和器官的特定区域，选 择性地释放药物，从而提高药物的治疗效果和减轻不良反应。在 药物输送系统中，纳米材料主要被用作药物载体和控制释放系统。例如，聚乳酸-羟基磷灰石纳米复合材料已经被应用于口腔骨缺损 修复中。从这个角度，纳米粒子可以提高药物吸收和代谢，并减 少药物剂量影响的不良反应。
纳米材料在化工领域中的应用 一、引言 纳米科技是21世纪最具前景的领域之一，其应用范围涵盖医疗、电子、材料等多个领域。其中，在化工领域中，纳米材料也得到了广泛的应用。本文将从纳米材料的定义、制备方法以及在化工领域中的应用等 方面进行详细阐述。 二、纳米材料的定义 纳米材料是指粒径在1-100nm之间的物质，其特殊的物理和化学性质使其在许多领域中都具有重要的应用价值。与传统材料相比，纳米材 料具有更大的比表面积和更高的活性。 三、纳米材料的制备方法 1. 气相法：通过气相反应制备纳米粉末或薄膜，常见的气相法有物理 气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等。 2. 溶液法：通过溶液反应制备纳米粒子或薄膜，常见的溶液法有溶胶-凝胶法、微乳液法和水热合成法等。
3. 机械法：通过机械力作用制备纳米粉末或薄膜，常见的机械法有球 磨法、高能球磨法和喷雾干燥法等。 四、纳米材料在化工领域中的应用 1. 催化剂：纳米材料具有更高的比表面积和更高的活性，因此在催化 剂领域中得到了广泛的应用。例如，纳米铜、纳米镍等金属材料可以 作为氢化反应催化剂；纳米氧化铝、纳米二氧化钛等无机材料可以作 为光催化剂。 2. 涂料：由于纳米材料具有较高的比表面积和更好的分散性，因此可 以增强涂料的耐候性、耐腐蚀性和抗污染性。例如，将纳米二氧化硅 添加到涂料中可以增强其耐候性；将纳米银添加到涂料中可以增强其 抗菌性能。 3. 聚合物复合材料：将纳米材料与聚合物相结合可以改善聚合物的力 学性能和导电性能。例如，将碳纤维与碳纳米管复合可以制备出高强度、高导电性的材料。 4. 燃料电池：纳米材料可以作为燃料电池的催化剂和电极材料。例如，将纳米铂作为燃料电池催化剂可以提高其效率和稳定性；将纳米碳管 作为电极材料可以提高其导电性能。
纳米材料在化工生产中的应用 随着科技的不断发展，纳米材料在各个领域的应用也越来越广泛。化工生产作为一个重要的产业，也开始使用纳米材料来改善其产品质量、提升生产效率。本文将讨论纳米材料在化工生产中的应用，包括其优点、现状和未来发展趋势等方面。 一、纳米材料在化工生产中的优点 1. 提高分散性。纳米材料小尺寸特性使其易于分散在溶液或其他材料中，从而实现比普通颗粒更好的吸附特性。这种分散能力可以提高化工生产中的反应速度和效率，从而降低生产成本。 2. 提高附着力。纳米材料具有较高的表面积，这使得其更容易与其他材料接触和形成牢固的连接。因此，在化工生产的各个环节中使用纳米材料可以提高材料的附着力和耐久性，从而延长生产装置的使用寿命。 3. 提高反应选择性。由于纳米材料的尺寸小，其表面化学、电学及光学等性质可能与传统材料不同。这些不同的性质使得纳米材料具有不同的反应选择性，从而使得化学反应产物更加可控。 4. 提高光学性能。纳米材料在光学性质方面具有异于常规材料的特性。例如，在某些纳米材料中，光散射和相干散射与颜色变化的关系密切相关。这些特性可用于应用于光学形态分析，在化工生产中具有广泛的应用价值。
5. 增加化学反应的鲁棒性。纳米材料的结构表面化学和电学特性使其能够增加化学反应的鲁棒性和性能稳定性。 二、纳米材料在化工生产中的应用现状 1. 催化剂。纳米材料在化工生产中被广泛应用于催化剂的制备。例如，纳米材料可以作为催化剂的载体，提高其比表面积，并实现更佳的催化效果。 2. 复合材料。纳米材料也广泛应用于化工生产中的复合材料制备。在制备复合材料时，纳米材料能够增强材料的强度和硬度，并降低其密度。这些优点使其在各种实际应用中都得到广泛应用。 3. 生产纳米管和纳米纤维。在化工生产的过程中，广泛应用的纳米材料还包括纳米管和纳米纤维。这些材料在制备纳米电子材料和复合材料时，拥有极高的潜力和应用价值。 三、纳米材料在化工生产中的未来发展趋势 1. 新的应用领域。纳米材料的潜力远未被完全发掘。在未来，纳米材料将会应用更广泛，例如在能源、环保和生物医学领域中。 2. 新的纳米材料种类研究。随着纳米技术研究的深入，新型纳米材料的研究和开发也会引入新的机遇和挑战。例如，某些新型纳米材料可以通过控制其结构实现特殊的性能，从而为化工生产带来更多好处。
化工生产中纳米的应用 纳米是什么，从微观上来说，纳米又称毫微米，是长度的度量单位。1纳米=10-9米，从技术上来说，纳米技术研究的是以控制单个原子、分子来实现特定的功能，是利用电子的波动性来工作的，这是基于此，纳米技术在多个领域中都有着非常广泛的应用，在生物，医学，以及本文所探讨的化工领域里都取得了非常明显的进展，带动了产业的发展，促进了社会的进步，研究纳米在化工生产中的应用是一个非常复杂的问题，本文只能从一个侧面对纳米在石油化工中的作用展开探讨。 1.纳米材料的性质 1.1纳米材料的介绍 纳米材料（又称超细微粒、超细粉末）是处在原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具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，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。 1.2纳米技术的特点 通过对纳米技术的特点分析可以更直观的了解纳米技术在各个领域中的应用所发挥出的优势，这种优势是保证纳米技术有所突破的关键。纳米在化工生产中的应用当物质达到或者接近纳米尺度范围以后就会形成一种特殊的结构层次，使其本身所具有的诸如强度、韧度、比热、导电磁等性能发生突变，从而表现出一些新的性能。这种性能既不同于原来内部结构中单个的原子或分子，也不同于宏观物质所构成的材料的性能。 1.2.1力学性能 纳米技术的特点首先在于力学性能上的提升，我们一提到力学性能，首先想到的可能会是硬度，强度，韧性等指标上的数据，对于纳米技术而言，突出的力学性能是它的一大特色，也是它一个非常重要的发展研究方向，纳米技术在材料的硬度、强度、韧性方面都有着非常明显的提高，正是由于纳米材料的硬度与栗子直接成反比，而材料中粒子的细化以及高密度的存在极大程度的降低了纳米材料的位错密度，所以我们说纳米技术的力学性能更为优越。
纳米技术在化学工业中的合理运用 纳米型高端材料刚一问世，就凝聚住了全世界材料科学领域的目光。其原因是纳米型高端材料具备和以往工程材料在特性上的显著差异。比方，纳米型铁质材料的折裂应力数值较常规铁质材料超出12 倍之多;气体在纳米型材料中的传播速率较穿透常规材料的传播速率要高上千倍等;纳米值一样的铜质材料较常规的铜质材料其稳固性要强6 倍之多，并且其颗粒的硬度指标伴随着颗粒直径的缩减而提升;纳米型陶瓷制品具备一定的塑性或是可称其为超级塑性等。当今的纳米科技正有力地推进着我国化工科技的快速开展。伴随着相当量的纳米型科技产品的陆续推出以及其所彰显出的广阔运用空间，目前纳米科技已经变成了全世界关注的热门技术。纳米科技在现实化工领域的运用方式如下。 1 复合型材料方面的运用 当今的复合型材料消费过程中，采用纳米型粒子作为原料可以增加材料硬度，减小材料本身的密度，增强其抵御化学品腐蚀、耐高温及耐磨损的性能。并且可给所消费的材料增加一部分新式的功能，譬如导电功能，在白色光源照射及其他光谱照射下可大幅度改变它本身的反响敏捷才能等。以粘土为根本原料加工制作出的纳米型复合式材料将在不远的将来可赢得广阔的市场空间，以碳质纳米材料管为基体的新款构造型多功能材料的开发过程亦近在咫尺，其所存在的重点缺陷是消费费用很高，需要使用优质的填料管材(单壁型纳米材料管)。大批量运用较长但不非常完好的碳质纳米材料型纤维有望在短期内变成现实，这一科技进步有可能要对纳米型粘土多功能材料的运用带来较大影响。 2 化工转化及催化工程中的运用 化工产业及其关联领域，尤其在某些化共转化过程发挥着主要功能的消费过程正大面积推广利用纳米型高端科技来优化催化物质的品质。纳米型多孔原料内部所含有的沸石在石油冶炼工业中的运用已由来已久，纳米型多孔式构造的新兴催化剂的不断研发和推广，给大批化工合成技术的进步创造了有力条件，或促使化工转化过程可于较常规的状况下施行，并可显著的减小消费费
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纳米材料的性质及其在化工生产中的应用 纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）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具有表而效应.体积效应、量子尺寸效应等，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.催化等方而具有非常重大的应用价值。 目前在欧美R上己有多家厂商相继将纳米粉末和纳米元件产业化，我国也在国际环境影响下创立了一些影响不大的纳米材料开发公司。美国2001年通过了“国家纳米技术启动计划（National Technology Initiative）”，年度拨款已达到5亿美元以上。美国科技战略的重点己由过去的国家通信基础构想转向国家纳米技术计划。2003年，在美国政府支持下，英特尔.蕙普、IBM及康柏4家公司止式成立研究中心，在硅谷建立了世界上第一条纳米芯生产线。 许多大学也相继建立了一系列纳米技术研究中心。在商业上，纳米技术己经被用于陶瓷、金属、聚合物的纳米粒子、纳米结构合金、着色剂与化妆品、电子元件等的制备。 中国在上世纪80年代，将纳米材料科学列入国家“863计划”、和国家自然基金项目，投资上亿元用于有关纳米材料和技术的研究项目。但我国的纳米技术水平与欧美等国的差距很大。目前我国有50多个大20多家研究机构和300多所企业从事纳米研究，已
经建立了 10多条纳米技术生产线，以纳米技术注册的公司100多个, 主要生产超细纳米粉末、生物化学纳米粉末等初级产品。 纳米材料在结构、光电和化学性质等方而的诱人特征，引起物理学家. 材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。 纳米材料的特殊性质 纳米材料高度的弥散性和大量的界而为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。 因此纳米材料所表现的力.热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现岀的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度一-硬度、高扩散性、高塑性一韧性.低密度、低弹性模 Is高电阻、高比热.高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收.非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料.敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 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耍大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。 磁学性质：当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过l・55Gb/cm2, 在这情况下，感应法读岀磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%,己不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%,可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到 1.71Gb/cm2o同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。