【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(dāng)大體積比的材料，那么世界將會(huì)是怎樣 ?? 格蘭特教授經(jīng)過 4年的不懈努力，他領(lǐng)導(dǎo)的研究組終于在 1984年研制成功了黑色金屬粉末。實(shí)驗(yàn)表明，任何金屬顆粒，當(dāng)其尺寸在納米量級(jí)時(shí)都呈黑色。納米固體材料 (nanometer sized materials)就這樣誕生了。 效應(yīng)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?yàn)榧{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(hù)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(huì)大大減弱紫外線對(duì)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(hù)膚產(chǎn)品、所裝材料、外用面漆、木器保護(hù)、天然和人造纖維以及農(nóng)用塑料薄膜等方面。精細(xì)陶瓷材料 使用納米材料可以在低溫、低壓下生產(chǎn)質(zhì)地致密且性能優(yōu)異的陶瓷。因?yàn)檫@些納米粒子非常小，很容易壓實(shí)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(yīng)的催化劑，可大大提高反應(yīng)效率。利用納米鎳粉作為火箭固體燃料反應(yīng)催化劑，燃燒效率可提高 100倍，如用硅載體鎳催化劑對(duì)丙醛的氧化反應(yīng)表明，鎳粒徑在 5nm以下，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，醛分解反應(yīng)得到有效控制，生成酒精的轉(zhuǎn)化率急劇增大。 磁性材料 納米粒子屬單磁疇區(qū)結(jié)構(gòu)的粒子，它的磁化過程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進(jìn)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(jié)構(gòu)及矯頑力很高的特征，用它來(lái)做磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖象質(zhì)量。當(dāng)磁性材料的粒徑小于臨界半徑時(shí)，粒子就變得有順磁性，稱之為超順磁性，這時(shí)磁相互作用弱。利用這種超強(qiáng)磁性可作磁流體，磁流體具有液體的流動(dòng)性和磁體的磁性，它在工業(yè)廢液處理方面有著廣闊的應(yīng)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(zhì)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(huì)迅速引起納料粒子表面或界面離子價(jià)態(tài)和電子運(yùn)輸?shù)淖兓闷潆娮璧娘@著變化可做成傳感器，其特點(diǎn)是響應(yīng)速度快、靈敏度高、選擇性優(yōu)良。 光電材料與光學(xué)材料 納米材料由于其特殊的電子結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能作為非線性光學(xué)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(yáng)能電池在內(nèi)的儲(chǔ)能及能量轉(zhuǎn)換材料等具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 增強(qiáng)材料 納米結(jié)構(gòu)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(yīng)用前景的材料；納米硅作為水泥的添加劑可大大提高其強(qiáng)度；納米纖維作硫化橡膠的添加劑可增強(qiáng)橡膠并提高其回彈性，納米管在作纖維增強(qiáng)材料方面也有潛在的應(yīng)用前景。 納米濾膜 采用納米材料發(fā)展出分離僅在分子結(jié)構(gòu)上有微小差別的多組分混合物，實(shí)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(jìn)劑、 H2分離膜、顏料穩(wěn)定劑及智能涂料、復(fù)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(xué)和生物學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于宇航、國(guó)防工業(yè)、磁記錄設(shè)備、計(jì)算機(jī)工程、環(huán)境保護(hù)、化工、醫(yī)藥、生物工程和核工業(yè)等領(lǐng)域。不僅在高科技領(lǐng)域有不可替代的作用，也為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)生機(jī)和活力?？梢灶A(yù)言，納米材料制備技術(shù)的不斷開發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展，必將對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)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(shí)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(jié)構(gòu)。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(lái)指導(dǎo)我們進(jìn)一步設(shè)計(jì)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?？梢栽O(shè)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(yīng)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(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)納米化學(xué)方法，可以在特定的表面上建造納米尺寸同何形狀互補(bǔ)的 (如凸與凹相間 )界面結(jié)構(gòu)。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(dāng)于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無(wú)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(shí)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(shí)施石油與管壁的無(wú)接觸運(yùn)輸。這對(duì)于輸油管道的安全運(yùn)行有重要價(jià)值。 納米尺度光陽(yáng)極、光陰極兩相共存的高效光催化界面材料 　　借助光化學(xué)和光電化學(xué)的研究思想，利用納米化學(xué)方法，計(jì)劃研制多種具有光化學(xué)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(gòu)建光陽(yáng)極與光陰極共存的二元協(xié)同界面結(jié)構(gòu)，在紫外光的照射下具有高效的光催化效果?？梢杂脕?lái)分解有毒氣體 (如：甲，苯，氧化氮等 )，殺死其表面接觸的細(xì)菌。該材料將在空氣凈化和殺菌抑菌方面有重要的應(yīng)用。 八、在化工領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)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(lǐng)域顯示廣闊的應(yīng)用前景。隨著其產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)和功能性應(yīng)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(lǐng)域的技術(shù)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(jī)理由于 TiO2電子結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)，使其受光時(shí)生成化學(xué)活潑性很強(qiáng)的超氧化物陰離子自由基和氫氧自由基，攻擊有機(jī)物，達(dá)到降解有機(jī)污染物的作用。當(dāng)遇到細(xì)菌時(shí)，直接攻擊細(xì)菌的細(xì)胞，致使細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物降解，以此殺滅細(xì)菌，并使之分解。一般常用的殺菌劑銀、銅等能使細(xì)菌細(xì)胞失去活性，但細(xì)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(xì)菌繁殖力，而且能破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，達(dá)到徹底降解細(xì)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(jī)污染物和殺滅細(xì)菌的同時(shí)，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(gòu)成的海綿體狀的輕燒結(jié)體，可用于氣體同位素?；旌舷∮袣怏w及有機(jī)化合物等的分離和濃縮，納米微粒還可用作導(dǎo)電涂料，用作印刷油墨，制作固體潤(rùn)滑劑等納米TiO2應(yīng)用領(lǐng)域在人們的居住環(huán)境中存在著各種有害細(xì)菌，對(duì)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(zhì)復(fù)合地板、層壓木質(zhì)板家具和膠粘劑等會(huì)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(jī)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(yīng)用于食品包裝、電器、家具、餐具、公共設(shè)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(shù)工藝簡(jiǎn)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(wú)二次污染、無(wú)刺激性、安全無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，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(jī)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(jìn)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(jìn)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(yīng)來(lái)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(jī)或無(wú)機(jī)污染物進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，生成水、二氧化碳、鹽等，從而凈化空氣。研究結(jié)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(yīng)用具有良好的前景。 此外，納米 TiO2在磁性材料、淺色導(dǎo)電材料、氣體傳感器、濕度傳感器等領(lǐng)域已得到很好的應(yīng)用。隨著應(yīng)用研究的深入，它的應(yīng)用領(lǐng)域必將越來(lái)越廣泛?！∧壳?，國(guó)內(nèi)納米 TiO2的生產(chǎn)和應(yīng)用尚處于初級(jí)發(fā)展階段。筆者認(rèn)為，這一領(lǐng)域的研究應(yīng)從扎實(shí)的基礎(chǔ)理論研究開始，提倡多學(xué)科聯(lián)合，向縱深高層次發(fā)展，使之具有更廣闊的