【文章內(nèi)容簡介】 方向思考問題，把 “缺陷 ”作為主體，研制出一種晶界占有相當大體積比的材料，那么世界將會是怎樣 ?? 格蘭特教授經(jīng)過 4年的不懈努力，他領導的研究組終于在 1984年研制成功了黑色金屬粉末。實驗表明，任何金屬顆粒，當其尺寸在納米量級時都呈黑色。納米固體材料 (nanometer sized materials)就這樣誕生了。 效應顏料 這是納米材料最重要最有前途的用途之一，特別是在汽車的涂裝業(yè)中，因為納米材料具有隨角變統(tǒng)汽車面漆大增光輝，深受配受專家的喜愛。防護材料 由于某些納米材料透明性好和具有優(yōu)異的紫外線屏蔽作用。在產(chǎn)品和材料中添加少量 (一般不超過含量的 2%)的納米材料，就會大大減弱紫外線對這些產(chǎn)品和材料的損傷作用，使之更加具有耐久性和透明性。因而被廣泛用于護膚產(chǎn)品、所裝材料、外用面漆、木器保護、天然和人造纖維以及農(nóng)用塑料薄膜等方面。精細陶瓷材料 使用納米材料可以在低溫、低壓下生產(chǎn)質地致密且性能優(yōu)異的陶瓷。因為這些納米粒子非常小，很容易壓實在一起。此外，這些粒子陶瓷組成的新材料是一種極薄的透明涂料，噴涂在諸如玻璃、塑料、金屬、漆器甚至磨光的大理石上，具有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能。涂有這種陶瓷的塑料眼鏡片既輕又耐磨，還不易破碎。 　催化劑 納米粒子表面積大、表面活性中心多，為做催化劑提供了必要的條件。目前用納米粉材如鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等直接用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應的催化劑，可大大提高反應效率。利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率可提高 100倍，如用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應表明，鎳粒徑在 5nm以下，反應選擇性發(fā)生急劇變化，醛分解反應得到有效控制，生成酒精的轉化率急劇增大。 磁性材料 納米粒子屬單磁疇區(qū)結構的粒子，它的磁化過程完全由旋轉磁化進行，即使不磁化也是永久性磁體，因此用它可作永久性磁性材料。磁性納料粒具有單磁疇結構及矯頑力很高的特征，用它來做磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖象質量。當磁性材料的粒徑小于臨界半徑時，粒子就變得有順磁性，稱之為超順磁性，這時磁相互作用弱。利用這種超強磁性可作磁流體，磁流體具有液體的流動性和磁體的磁性，它在工業(yè)廢液處理方面有著廣闊的應用前景。 傳感材料 納米粒子具有高比表面積、高活性、特殊的物理性質及超微小性等特征，是適合用作傳感器材料的最有前途的材料。外界環(huán)境的改變會迅速引起納料粒子表面或界面離子價態(tài)和電子運輸?shù)淖兓?，利用其電阻的顯著變化可做成傳感器，其特點是響應速度快、靈敏度高、選擇性優(yōu)良。 光電材料與光學材料 納米材料由于其特殊的電子結構與光學性能作為非線性光學材料、特異吸光材料、軍事航空中用的吸波隱身材料，以及包括太陽能電池在內(nèi)的儲能及能量轉換材料等具有很高的應用價值。 增強材料 納米結構的合金具有很高的延展性等，在航空航天工業(yè)與汽車工業(yè)中是一類很有應用前景的材料；納米硅作為水泥的添加劑可大大提高其強度；納米纖維作硫化橡膠的添加劑可增強橡膠并提高其回彈性，納米管在作纖維增強材料方面也有潛在的應用前景。 納米濾膜 采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結構上有微小差別的多組分混合物，實現(xiàn)高能分離操全的納米濾膜。其它還有將納米材料用作火箭燃料推進劑、 H2分離膜、顏料穩(wěn)定劑及智能涂料、復合磁性材料等。納料材料由于具有特異的光、電、磁、熱、聲、力、化學和生物學性能，廣泛應用于宇航、國防工業(yè)、磁記錄設備、計算機工程、環(huán)境保護、化工、醫(yī)藥、生物工程和核工業(yè)等領域。不僅在高科技領域有不可替代的作用，也為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來生機和活力?？梢灶A言，納米材料制備技術的不斷開發(fā)及應用范圍的拓展，必將對傳統(tǒng)的化學工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)重大影響。 超雙親性界面物性材料 (同時具有超親水性及超親油性的表面 ) 　　研究表明，光的照射可引起 TiO2表面在納米區(qū)域形成親水性及親油性兩相共存的二元協(xié)同納米界面結構。這樣在宏觀的 TiO? 2表面將表現(xiàn)出奇妙的超雙親性。利用這種原理制作的新材料，可修飾玻璃表面及建筑材料表面，使之具有自清潔及防霧等效果。這種雙親二元協(xié)同原理，同樣可以用來指導我們進一步設計和創(chuàng)成在其他基材上使用的超雙親性修飾劑。例如，在纖維及衣物上使用修飾劑，將使它們具有超雙親性。可以設想洗滌衣物可以僅用清水沖洗，不再使用傳統(tǒng)的洗潔劑；同樣也可以應用到人造血管和人造人體的形成，并且改善同活體組織的兼容性，來實現(xiàn)長時間的使用壽命。 超雙疏性界面物性材料 利用由下到上、由原子到分子、由分子到聚集體的外延生長納米化學方法，可以在特定的表面上建造納米尺寸同何形狀互補的 (如凸與凹相間 )界面結構。由于在納米尺寸低凹的表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定存存，所以在宏觀表面上相當于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無法與材料的表面直接接觸，從而使材料的表面呈現(xiàn)超常的雙疏性。這時水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值。如果在輸油管的管道內(nèi)壁采用帶有防靜電功能的材料建造這種表面修飾涂層，則可實施石油與管壁的無接觸運輸。這對于輸油管道的安全運行有重要價值。 納米尺度光陽極、光陰極兩相共存的高效光催化界面材料 　　借助光化學和光電化學的研究思想，利用納米化學方法，計劃研制多種具有光化學活性的納米雜化的界面材料。例如，在 TiO2表面的納米區(qū)域內(nèi)可以構建光陽極與光陰極共存的二元協(xié)同界面結構，在紫外光的照射下具有高效的光催化效果。可以用來分解有毒氣體 (如：甲，苯，氧化氮等 )，殺死其表面接觸的細菌。該材料將在空氣凈化和殺菌抑菌方面有重要的應用。 八、在化工領域的應用 納米二氧化鈦（ TiO2）作為一種新型光催化劑、抗紫外線劑、光電效應劑等，以其神奇的功能，將在抗菌防霉、排氣凈化、脫臭、水處理、防污、耐候抗老化、汽車面漆等領域顯示廣闊的應用前景。隨著其產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)和功能性應用發(fā)展的日趨成熟，它在環(huán)境、信息、材料、能源、醫(yī)療與衛(wèi)生等領域的技術革命中將起到不可低估的作用。將納米 TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中，則可以有效地遮蔽紫外線。納米 TiO2抗菌防霉機理由于 TiO2電子結構所具有的特點，使其受光時生成化學活潑性很強的超氧化物陰離子自由基和氫氧自由基，攻擊有機物，達到降解有機污染物的作用。當遇到細菌時，直接攻擊細菌的細胞，致使細菌細胞內(nèi)的有機物降解，以此殺滅細菌，并使之分解。一般常用的殺菌劑銀、銅等能使細菌細胞失去活性，但細菌殺死后，尸體釋放出內(nèi)毒素等有害的組分。納米 TiO2不僅能影響細菌繁殖力，而且能破壞細菌的細胞膜結構，達到徹底降解細菌，防止內(nèi)毒素引起的二次污染。納米 TiO2屬于非溶出型材料，在降解有機污染物和殺滅細菌的同時，自身不分解、不溶出，光催化作用持久，并具有持久的殺菌、降解污染物效果。 將金屬納米粒子摻雜到化纖制品或紙張中，可以大大降低靜電作用。利用納米微粒構成的海綿體狀的輕燒結體，可用于氣體同位素?；旌舷∮袣怏w及有機化合物等的分離和濃縮，納米微粒還可用作導電涂料，用作印刷油墨，制作固體潤滑劑等納米TiO2應用領域在人們的居住環(huán)境中存在著各種有害細菌，對人類生活產(chǎn)生不良影響。居室內(nèi)各種建筑裝飾材料，如人造板、木質復合地板、層壓木質板家具和膠粘劑等會揮發(fā)出甲醛、苯、鹵代烴、芳香烴等有毒污染物，危害人體健康。如果在建筑內(nèi)墻涂料、地面覆蓋材料、墻面裝飾材料、家具面漆等材料中添入納米 TiO2，既可殺菌防霉，又可降解有機污染物，使人們生活在衛(wèi)生健康的環(huán)境中。 此外，添加約 1％納米 TiO2的抗菌塑料，可廣泛應用于食品包裝、電器、家具、餐具、公共設施等，以防止病菌的繁殖和交叉感染?？咕w維可制作醫(yī)療用品等，還可生產(chǎn)抑菌除臭的保健紡織品、衛(wèi)生紡織品等，以提供安全有效的保健功能。TiO2光催化技術工藝簡單、成本低廉，利用自然光、常溫常壓即可催化分解病菌和污染物，具有高活性、無二次污染、無刺激性、安全無毒、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好等特點，是最具開發(fā)前景的綠色環(huán)保催化劑之一。采用納米 TiO2光催化劑處理有機廢水，能有效地將水中的鹵代脂肪烴、鹵代芳烴、硝基芳烴、多環(huán)芳烴、酚類、染料、農(nóng)藥等進行除毒、脫色、礦化，最終降解為二氧化碳和水，目前這方面的研究已取得進展，光催化降解污水將成為有效的處理手段。利用金紅石型納米TiO2的紫外線屏蔽優(yōu)異性和高耐候性，以及光催化效應來降解氮氧化物（ NOx）、硫氧化物（ SOx）等，還可以有效地治理工業(yè)廢氣、汽車尾氣排放所造成的大氣污染，其原理是將有機或無機污染物進行氧化還原反應，生成水、二氧化碳、鹽等，從而凈化空氣。研究結果顯示，納米 TiO2光催化空氣凈化涂料、陶瓷等材料在消除氮氧化物等方面的應用具有良好的前景。 此外，納米 TiO2在磁性材料、淺色導電材料、氣體傳感器、濕度傳感器等領域已得到很好的應用。隨著應用研究的深入，它的應用領域必將越來越廣泛?！∧壳?，國內(nèi)納米 TiO2的生產(chǎn)和應用尚處于初級發(fā)展階段。筆者認為，這一領域的研究應從扎實的基礎理論研究開始，提倡多學科聯(lián)合，向縱深高層次發(fā)展，使之具有更廣闊的