【正文】 隨著其制備和改性技術(shù)不斷發(fā)展，納米材料將在諸多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。由此產(chǎn)生較強(qiáng)大的電化學(xué)活性特別是納米碳管在作為新型貯鋰材料、電化學(xué)貯能材料和高性能復(fù)合材料等方面的研究已取得了重大突破另外，由于納米材料的研究目前大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，因此如何制得粒徑可控的納米顆粒，解決這些顆粒在貯存和運(yùn)輸過程中的團(tuán)聚問題，簡化合成方法，降低成本等，依然是以后還需要研究的重要問題。有人預(yù)計(jì)納米顆粒催化劑將成為本世紀(jì)催化劑的主角。另外，納米碳管還具很多其它性能，例如它的儲(chǔ)氫特性，納米碳管表面存在的羥基能夠和某些陽離子鍵合，從而達(dá)到表觀上對(duì)金屬離子或有機(jī)物產(chǎn)生吸附 作用。熱學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，納米碳管的熱傳導(dǎo)率體現(xiàn)的是石墨的內(nèi)平面特性，故而它的熱傳導(dǎo)率非常高僅次于一定形式的摻雜金剛石。力學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，C—C共價(jià)鍵使納米碳管具有很高的強(qiáng)度和剛度。納米碳管在電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等方面具有特殊的性質(zhì)，因此具有很好的應(yīng)用前景。為原子提供了短程擴(kuò)散途徑，使有限固溶體的固溶性增強(qiáng)，燒結(jié)溫度降低，從而其化學(xué)活性增大。化學(xué)合成法主要有等離子體制備納米粉末技術(shù)化學(xué)氣相沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法、溶劑熱合成法、溶膠—凝膠法、水熱法制備納米粉末技術(shù)、微乳化技術(shù)等合成方法。納米材料之所以能具備獨(dú)到的特性，是因?yàn)榻M成物質(zhì)中的某一相的某一維的尺度縮小至納米級(jí)，物質(zhì)的物理性能將出現(xiàn)根本不是它的組分所能比擬的改變。納米材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)既不同于宏觀物體，也不同于微觀的原子和分子。存在庫侖作用，此電子空穴對(duì)類似于大晶體中的激子。超微顆粒的小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性，介電性，能聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。這種表面原子的活性不但引起納米粒子表面原子輸運(yùn)和構(gòu)型變化，同時(shí)也引起表面電子自旋構(gòu)像和電子能譜的變化。納米材料的特性主要取決于制備方法。按化學(xué)組成可分為：納米金屬，納米晶體，納米陶瓷，納米玻璃，納米高分子和納米復(fù)合材料。在國家各項(xiàng)科技計(jì)劃的支持下，我國納米材料及納米科學(xué)技術(shù)也取得了比較突出的成果。世界發(fā)達(dá)國家均對(duì)納米產(chǎn)業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略性布局，并紛紛投入巨資。納米材料的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景已逐步被人們所認(rèn)識(shí)，納米科學(xué)與技術(shù)被認(rèn)為是 21 世紀(jì)的三大科技之一。關(guān)鍵詞：納米材料；分類；特性；制備；應(yīng)用 前言 納米及納米材料納米，實(shí)際上是一個(gè)長度計(jì)量單位，1 nm = 109 m，即一米的十億分之一。因此如何通過對(duì)納米TiO2的改性，有效地利用太陽光中的可見光部分，降低TiO2光生電子空穴對(duì)的復(fù)合機(jī)率，提高其量子效率是今后的研究重點(diǎn)。GurunathanK等將CdS()和SnO2()復(fù)合在可見光下制氫得到了更高的產(chǎn)氫率。 半導(dǎo)體復(fù)合半導(dǎo)體復(fù)合是提高TiO2光效率的有效手段。Ihara等將硫酸鈦和氨水的水解產(chǎn)物在400℃的干燥空氣中煅燒，得到了可見光激發(fā)的N摻雜TiO2光催化劑。Asahi等測(cè)定了取代銳鈦礦TiO2中O的C、N、F、P和S的摻雜比例。Xu等比較了不同稀有金屬(La、Ce、Er、Pr、Gd、Nd和Sm)離子摻雜對(duì)TiO2光催化活性的影響。影響了電子和空穴的復(fù)合或改變了半導(dǎo)體的激發(fā)波長，從而改變TiO2的光活性。TiO2納米材料的改性TiO2納米材料的很多應(yīng)用都是和其光學(xué)性質(zhì)緊密相連的?？梢娂{米管的晶型，隨著水熱處理的溫度和時(shí)間變化而有所不同。但XRD的 3結(jié)果表明，TiO2B的結(jié)構(gòu)中仍還有痕量的銳鈦礦相。這可能是因?yàn)榛瘜W(xué)法制備的納米管為多層，層與層之間不能形成三維空間的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。因此研究溫度對(duì)其熱穩(wěn)定性的影響頗有必要。Dimitry 。但實(shí)際上，（c）種形狀在合成時(shí)很難出現(xiàn)。一般認(rèn)為，銳鈦礦或者金紅石相以及無定形二氧化鈦在堿性條件下轉(zhuǎn)換為納米管都要經(jīng)過單層的納米片的卷曲，類似于多層碳納米管形成的機(jī)理，即從1D到2D，再到 3D的組合過程。賀進(jìn)明等以TiCl4為原料、在十六烷基三甲基溴化銨、正己醇、水組成的微乳液體系中，在較低溫度下，制備了球形、花狀、捆綁絲和星形的金紅石型TiO2納米顆粒。 微乳液法微乳液法制備納米TiO2是近年來才發(fā)展起來的一種方法。但是產(chǎn)品粒子的均勻性差。采用SPD法合成了TiO2納米粉體和薄膜。由于反應(yīng)溫度高。自從1991年Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，已經(jīng)用碳納米管模板合成出各種不同的氧化物納米管，如SiO2，V2O5，Al2O3，MoO3等，二氧化鈦由于其化學(xué)惰性，良好的生物兼容性，較強(qiáng)的氧化能力，以及抗化學(xué)腐蝕和光腐蝕的能力，價(jià)格低廉，在能量轉(zhuǎn)換﹑廢水處理﹑環(huán)境凈化﹑傳感器﹑涂料﹑化妝品﹑催化劑﹑填充劑等諸多領(lǐng)域引起了人們極大的關(guān)注。隨著其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展，納米材料在精細(xì)化工和醫(yī)藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會(huì)得到日益廣泛的應(yīng)用。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。納米粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在涂料方面的應(yīng)用納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的非凡性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。四、納米材料的應(yīng)用在催化方面的應(yīng)用催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。用這一特性可制得光催化劑、強(qiáng)氧化劑與強(qiáng)還原劑。當(dāng)粒子的尺寸降到一定值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)出現(xiàn)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散的現(xiàn)象。因此使原先脆性的材料表現(xiàn)出良好的韌性和延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性能。這主要是由納米材料的下列效應(yīng)引起：小尺寸效應(yīng)（體積效應(yīng)）；表面與界面效應(yīng)；量子尺寸效應(yīng)（久保效應(yīng)）；宏觀量子隧道效應(yīng)。三、納米材料的特性納米材料的特性既不同于原子，又不同于結(jié)晶體，可以說它是一種不同于本體材料的新材料，其物理化學(xué)性質(zhì)與本體材料有明顯差異。納米（nm）是長度單位，1納米是109米（十億分之一米），對(duì)宏觀物質(zhì)來說，納米是一個(gè)很小的單位，廣義地說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（1100nm）或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料?！娟P(guān)鍵詞】納米技術(shù)；納米材料；分類；特性；應(yīng)用；前景一、納米科技及納米材料的涵義納米科技是20世紀(jì)80年代末誕生并正在崛起的新科技，~ 100 nm尺度空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性的高技術(shù)學(xué)科。納米材料在結(jié)構(gòu)、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚愛好。納米Si02可以改性多種高分子材料，通常對(duì)聚合物的機(jī)械性能如拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率，以及熱穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)力學(xué)行為、光學(xué)行為等都有較大影響。同時(shí)由于納米粒子尺寸小于可見光波長, 復(fù)合材料具有高的光澤度和良好的透明度。張啟衛(wèi)等利用溶膠凝膠法制備了PMMA/納米SiO2復(fù)合材料[29]。納米SiO2粒子呈顆粒狀均勻分布在PPS 基體中, 尺寸在10～40 nm 范圍內(nèi)。靳奇峰等采用懸浮液共混法制備了納米SiO2填充新型雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)復(fù)合材料[26]。形貌分析出粒子的存在不影響復(fù)合材料的結(jié)晶相。加入少量的納米SiO2后, LLDPE 薄膜對(duì)長波紅外線(7～11 μm)的吸收能力較純LLDPE 膜有顯著提高, 透光率略有下降, 但霧度提高。楊勇等的研究表明, 采用納米SiO2改性后的PI 其熱穩(wěn)定性得到加強(qiáng), 熱膨脹系數(shù)得到降低[20]。 納米SiO2/聚碳酸酯材料聚碳酸酯具有較好的透明性, 較高的硬度, 以及較強(qiáng)的蠕變性。由于聚硅氧烷的高柔順性, 在溶膠－凝膠過程中不會(huì)因干燥而破裂, 該材料可以作為涂層改善基體(如聚合物、金屬)表面的物理化學(xué)性質(zhì)。 納米SiO2/硅橡膠復(fù)合材料王世敏等對(duì)納米SiO2/二甲基硅氧烷復(fù)合材料的光學(xué)、力學(xué)性能進(jìn)行了研究[16]。隨著SiO2含量的增加, 基體的拉伸強(qiáng)度、彈性模量表現(xiàn)為先下降后升高, 而基體的斷裂伸長率表現(xiàn)為先升高后下降。復(fù)合材料的Tg和耐熱性也有所提高。結(jié)果表明, SiO2表面處理后, 復(fù)合材料性能得到提高, 使環(huán)氧樹脂增強(qiáng)和增韌。但是，所用的無機(jī)組分的前驅(qū)物正硅酸烷基酯價(jià)格昂貴、有毒，因此為了降低制備成本，改善生產(chǎn)條件和減少環(huán)境污染，張啟衛(wèi)等[10]用硅酸鈉為無機(jī)si02組分的前驅(qū)物，與PVAC或PMMA的THF溶膠混合，經(jīng)溶膠一凝膠過程制備出聚合物／Si02雜化材料。由于陽離子偶氮化合物AIBA為引發(fā)劑的使用增強(qiáng)了與納米si02的相互作用，使效率大大提高。首先采用超聲波分散、機(jī)械共混等方法在單體溶液中分散納米粒子，或采用偶聯(lián)劑對(duì)納米粒子表面進(jìn)行處理，然后單體在納米粒子表面進(jìn)行聚合，形成納米粒子良好分散的納米復(fù)合材料(in situ polymerization)。2．1．2熔融共混將納米無機(jī)粒子與聚合物基體在密煉機(jī)、雙螺桿等混煉機(jī)上熔融共混。要將無機(jī)納米粒子直接分散于有機(jī)基質(zhì)中制備聚合物納米復(fù)合材料，必須通過化學(xué)預(yù)分散和物理機(jī)械分散打開納米粒子團(tuán)聚體，消除界面能差，才能實(shí)現(xiàn)均勻分散并與基體保持良好的親和性。制備?？茖W(xué)家認(rèn)為,納米科技在生物醫(yī)學(xué)方面,甚至有可能超過信息技術(shù)和基因工程,成為決勝未來的關(guān)鍵性技術(shù)。雖然它的廣泛應(yīng)用尚有待時(shí)日,并潛在危險(xiǎn),但若沒有它,我們現(xiàn)在面臨的許多生物醫(yī)學(xué)工程問題就不可能得到滿意的解決。如今,納米科技在國際上已嶄露頭角,世界各發(fā)達(dá)國家紛紛開展納米科技的研究。近年來,來自化學(xué)、物理、信息、藥物、生物和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家通過幾次研討會(huì)進(jìn)一步明確了納米生物和納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究方向和內(nèi)容,并建立了較密切的合作。納米自組裝短肽材料RADA16I與細(xì)胞外基質(zhì)具有很高相似性,RADA16I納米支架可以作為一種臨時(shí)性的細(xì)胞培養(yǎng)人工支架,它能很好地支持功能型細(xì)胞在受損位置附近生長、遷移和分化,因而有利于細(xì)胞抵達(dá)傷口縫隙,使組織得以再生。向高分子材料中加入碳納米管可以顯著改善原有聚合物的傳導(dǎo)性、強(qiáng)度、彈性、韌性和耐久性,同時(shí)還可以改進(jìn)基體材料的生物相容性。將納米技術(shù)與組織工程技術(shù)相結(jié)合,構(gòu)建具有納米拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的細(xì)胞生長支架正在形成一個(gè)嶄新的研究方向。血液細(xì)胞被導(dǎo)入一個(gè)發(fā)射激光的腔體表面,從而改變激光的形成。它的功能原理非常簡單,僅利用芯片表面微單元的幾何尺寸和表面特性,即可達(dá)到選擇和固定細(xì)胞及細(xì)胞面密度控制。近2年,已經(jīng)通過微制作(MEMS)技術(shù),制成了微米量級(jí)的機(jī)械手,能夠在細(xì)胞溶液中捕捉到單個(gè)細(xì)胞,進(jìn)行細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能和通訊等特性研究。 納米生物技術(shù)納米生物技術(shù)是納米技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它即可以用于生物醫(yī)學(xué),也可以服務(wù)于其它社會(huì)需求。具有較高的包封率。理想的納米藥物載體應(yīng)具備以下性質(zhì):毒性較低或沒有毒性。二氧化鈰納米顆粒可以清除眼中的電抗性分子并防治一些由于視網(wǎng)膜老化而帶來的疾病。研究人員用GdC82(OH)22處理得肝癌的小鼠,同時(shí)對(duì)機(jī)體不產(chǎn)生任何毒性。納米抗菌藥物具有廣譜、親水、環(huán)保、遇水后殺菌力更強(qiáng)、不會(huì)誘導(dǎo)細(xì)菌耐藥性等多種性能。廣義的納米藥物可分為兩類:一類是納米藥物載體,即指溶解或分散有分子藥物的各種納米顆粒,如納米球、納米囊、納米脂質(zhì)體等。將一些極其細(xì)小的氧化鐵納米微粒注入患者的腫瘤里,然后將患者置于可變的磁場(chǎng)中,氧化鐵納米微粒升溫到45~ 47度,這一溫度可慢慢熱死癌細(xì)胞。它能夠被植入皮下,監(jiān)測(cè)血糖水平,在必要的時(shí)候釋放出胰島素,使病人體內(nèi)的血糖和胰島素含量總是處于正常狀態(tài)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,運(yùn)用這項(xiàng)研究成果,可以發(fā)現(xiàn)直徑3mm以下的肝腫瘤。孕8周左右血液中開始出現(xiàn)非常少量的胎兒細(xì)胞,用納米粒很容易將這些胎兒細(xì)胞分離出來進(jìn)行診斷。在納米醫(yī)學(xué)時(shí)代，這些強(qiáng)有力的手段將使醫(yī)務(wù)人員能夠檢查患者的任何部位，且可詳盡到分子水平，并能以合理的費(fèi)用，在數(shù)分鐘或數(shù)秒鐘內(nèi)獲得所需的結(jié)果。納米醫(yī)學(xué)的奧秘在于,可以從納米量級(jí)的尺度來進(jìn)行原來不可能達(dá)到的醫(yī)療操作和疾病防治。Freitas曾給納米醫(yī)學(xué)下過一個(gè)較詳細(xì)的定義:他認(rèn)為,納米醫(yī)學(xué)是利用人體分子工具和分子知識(shí),預(yù)防、診斷、治療疾病和創(chuàng)傷,劫除疼痛,保護(hù)和改善人體健康的科學(xué)和技術(shù)。隨著現(xiàn)代生物學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展,人類在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究內(nèi)容已開始從細(xì)胞、染色體等微米尺度的結(jié)構(gòu)深入到更小的層次,進(jìn)入到單個(gè)分子甚至分子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。研究者認(rèn)為,這一興起于本世紀(jì)90年代的納米科技,必將雄踞于21世紀(jì),對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。時(shí)至今日,納米科技涉及到幾乎現(xiàn)有的所有科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。納米生物材料。近幾年,納米技術(shù)突飛猛進(jìn),作為納米技術(shù)的重要領(lǐng)域的納米生物工程也取得了輝煌的成就。本