。但是這種沉積工藝比較復(fù)雜,而且一般只適用于制備硬材料
。
介入性氣囊和導(dǎo)管一般是用高彈性的聚氨酯材料制備,通過把具有高長(zhǎng)徑比和純碳原子組成的碳納米管材料引入到高彈性的聚氨酯中,我們可以使這種聚合物材料一方面保持其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和容易加工成型的特性,一方面獲得更好的血液相溶性。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,這種納米復(fù)合材料引起血液溶血的程度會(huì)降低,激活血小板的程度也會(huì)降低。
使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細(xì),并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便,用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測(cè)少量血液,就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病。通過納米粒子的特殊性能在納米粒子表面進(jìn)行修飾形成一些具有靶向,可控釋放,便于檢測(cè)的藥物傳輸載體,為身體的局部病變的治療提供新的方法,為藥物開發(fā)開辟了新的方向。
9、納米計(jì)算機(jī)
世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生于1945年,它是由美國(guó)的大學(xué)和陸軍部共同研制成功的,一共用了18000個(gè)電子管,總重量30t,占地面積約170㎡,可以算得上一個(gè)龐然大物了,可是,它在1s內(nèi)只能完成5000次運(yùn)算。
經(jīng)過了半個(gè)世紀(jì),由于集成電路技術(shù)、微電子學(xué)、信息存儲(chǔ)技術(shù)、計(jì)算機(jī)語言和編程技術(shù)的發(fā)展,使計(jì)算機(jī)技術(shù)有了飛速的發(fā)展。今天的計(jì)算機(jī)小巧玲瓏,可以擺在一張電腦桌上,它的重量只有老祖宗的萬分之一,但運(yùn)算速度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第一代電子計(jì)算機(jī)
。
如果采用納米技術(shù)來構(gòu)筑電子計(jì)算機(jī)的器件,那么這種未來的計(jì)算機(jī)將是一種“分子計(jì)算機(jī)”,其袖珍的程度又遠(yuǎn)非今天的計(jì)算機(jī)可比
,而且在節(jié)約材料和能源上也將給社會(huì)帶來十分可觀的效益。
可以從閱讀硬盤上讀卡機(jī)以及存儲(chǔ)容量為芯片上千倍的納米材料級(jí)存儲(chǔ)器芯片都已投入生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)在普遍采用納米材料后,可以縮小成為“掌上電腦”
。
10、納米碳管
1991年,日本的專家制備出了一種稱為“納米碳管”的材料
,它是由許多六邊形的環(huán)狀碳原子組合而成的一種管狀物,也可以是由同軸的幾根管狀物套在一起組成的
。這種單層和多層的管狀物的兩端常常都是封死的
,如圖所示。
這種由碳原子組成的管狀物的直徑和管長(zhǎng)的尺寸都是納米量級(jí)的,因此被稱為納米碳管。它的抗張強(qiáng)度比鋼高出100倍,導(dǎo)電率比銅還要高。
在空氣中將納米碳管加熱到700℃左右,使管子頂部封口處的碳原子因被氧化而破壞,成了開口的納米碳管。然后用電子束將低熔點(diǎn)金屬(如鉛)蒸發(fā)后凝聚在開口的納米碳管上,由于虹吸作用,金屬便進(jìn)入納米碳管中空的芯部。由于納米碳管的直徑極小,因此管內(nèi)形成的金屬絲也特別細(xì),被稱為納米絲,它產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是具有超導(dǎo)性。因此,納米碳管加上納米絲可能成為新型的超導(dǎo)體。
納米技術(shù)在世界各國(guó)尚處于萌芽階段,美、日、德等少數(shù)國(guó)家,雖然已經(jīng)初具基礎(chǔ),但是尚在研究之中
,新理論和技術(shù)的出現(xiàn)仍然方興未艾
。我國(guó)已努力趕上先進(jìn)國(guó)家水平,研究隊(duì)伍也在日漸壯大
。
11、家電
用納米材料制成的納米材料多功能塑料,具有抗菌、除味
、防腐、抗老化
、抗紫外線等作用
,可用為作電冰箱、空調(diào)外殼里的抗菌除味塑料
。
12、環(huán)境保護(hù)
環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)功能獨(dú)特的納米膜。這種膜能夠探測(cè)到由化學(xué)和生物制劑造成的污染,并能夠?qū)@些制劑進(jìn)行過濾
,從而消除污染。
13、紡織工業(yè)
在合成纖維樹脂中添加納米SiO2、納米ZnO、納米SiO2復(fù)配粉體材料
,經(jīng)抽絲
、織布,可制成殺菌
、防霉
、除臭和抗紫外線輻射的內(nèi)衣和服裝,可用于制造抗菌內(nèi)衣
、用品
,可制得滿足國(guó)防工業(yè)要求的抗紫外線輻射的功能纖維。
14、機(jī)械工業(yè)
采用納米材料技術(shù)對(duì)機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米粉涂層處理,可以提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、硬度和使用壽命
。
納米材料的應(yīng)用效應(yīng)
以上納米材料的應(yīng)用范圍主要是因?yàn)榧{米材料有以下的各種效應(yīng)所至,比如用于
線路板防水防潮的TIS-NM納米涂層正是因?yàn)榧{米材料使線路板表面能量降低,從而產(chǎn)生疏水疏油的特性。
體積效應(yīng)
當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波相當(dāng)或更小時(shí),周期性的邊界條件將被破壞,磁性
、內(nèi)壓
、光吸收、熱阻
、化學(xué)活性
、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化,這就是納米粒子的體積效應(yīng)
。納米粒子的以下幾個(gè)方面效應(yīng)及其多方面的應(yīng)用均基于它的體積效應(yīng)
。例如
,納米粒子的熔點(diǎn)可遠(yuǎn)低于塊狀本體,此特性為粉粉冶金工業(yè)提供了新工藝
;利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸變化的性質(zhì)
,可以改變顆粒尺寸,控制吸收的位移
,制造具有一種頻寬的微波吸收納米材料
,用于電磁屏蔽,隱形飛機(jī)等
。
表面效應(yīng)
表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子與總原子數(shù)之比隨著粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。表1給出了納米粒子尺寸與表面原子數(shù)的關(guān)系。
表1 納米粒子尺寸與表面原子數(shù)的關(guān)系
粒徑(nm) | 包含的原子(個(gè)) | 表面原子所占例 |
20 | 2.5X10^5 | 10 |
10 | 3.0X10^4 | 20 |
5 | 4.0X10^3 | 40 |
2 | 2.5X10^2 | 80 |
1 | 30 | 99 |
從表可以看出,隨粒徑減小
,表面原子數(shù)迅速增加。另外
,隨著粒徑的減小
,納米粒子的表面積、表面能的都迅速增加
。這主要是粒徑越小
,處于表面的原子數(shù)越多。表面原子的晶體場(chǎng)環(huán)境和結(jié)合能與內(nèi)部原子不同
。表面原子周圍缺少相鄰的原子
,有許多懸空鍵,具有不飽和性質(zhì)
,易于其他原子想結(jié)合而穩(wěn)定下來
,因而表現(xiàn)出很大的化學(xué)和催化活性。
量子尺寸
粒子尺寸下降到一定值時(shí) ,費(fèi)米能級(jí)接近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)
。Kubo采用一電子模型求得金屬超微粒子的能級(jí)間距為:4Ef/3N
式中Ef為費(fèi)米勢(shì)能,N為微粒中的原子數(shù) 。宏觀物體的N趨向于無限大
,因此能級(jí)間距趨向于零。納米粒子因?yàn)樵訑?shù)有限
,N值較小
,導(dǎo)致有一定的值,即能級(jí)間距發(fā)生分裂
。半導(dǎo)體納米粒子的電子態(tài)由體相材料的連續(xù)能帶隨著尺寸的減小過渡到具有分立結(jié)構(gòu)的能級(jí)
,表現(xiàn)在吸收光譜上就是從沒有結(jié)構(gòu)的寬吸收帶過渡到具有結(jié)構(gòu)的吸收特性。在納米粒子中處于分立的量子化能級(jí)中的電子的波動(dòng)性帶來了納米粒子一系列特性
,如高的光學(xué)非線性
,特異的催化和光催化性質(zhì)等
。
量子隧道
微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量 ,例如微顆粒的磁化強(qiáng)度
、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng),它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘產(chǎn)生變化
,故稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)
。用此概念可定性解釋超細(xì)鎳微粒在低溫下保持超順磁性等
。
介電限域
納米粒子的介電限域效應(yīng)較少不被注意到。實(shí)際樣品中,粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質(zhì)所包圍
,而這些介質(zhì)的折射率通常比無機(jī)半導(dǎo)體低
。光照射時(shí),由于折射率不同產(chǎn)生了界面
,鄰近納米半導(dǎo)體表面的區(qū)域﹑納米半導(dǎo)體表面甚至納米粒子內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)比輻射光的光強(qiáng)增大了
。這種局部的場(chǎng)強(qiáng)效應(yīng),對(duì)半導(dǎo)體納米粒子的光物理及非線性光學(xué)特性有直接的影響
。對(duì)于無機(jī)-有機(jī)雜化材料以及用于多相反應(yīng)體系中光催化材料
,介電限域效應(yīng)對(duì)反應(yīng)過程和動(dòng)力學(xué)有重要影響
上述的小尺寸效應(yīng)﹑表面效應(yīng)﹑量子尺寸效應(yīng)﹑宏觀量子隧道效應(yīng)和介電限域應(yīng)都是納米微粒和納米固體的基本特征,這一系列效應(yīng)導(dǎo)致了納米材料在熔點(diǎn)﹑蒸氣壓﹑光學(xué)性質(zhì)﹑化學(xué)反應(yīng)性﹑磁性﹑超導(dǎo)及塑性形變等許多物理和化學(xué)方面都顯示出特殊的性能。它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)許多奇異的物理﹑化學(xué)性質(zhì)。
返回上一級(jí)