時間：2023-03-17 17:57:44
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1982年，Boutonmt首先報道了應用微乳液制備出了納米顆粒：用水合胼或者氫氣還原在W／O型微乳液水核中的貴金屬鹽，得到了單分散的Pt，Pd，Ru，Ir金屬顆粒（3～nm）。從此以后，不斷有文獻報道用微乳液合成各種納米粒子。本文從納米粒子制備的角度出發，論述了微乳反應器的原理、形成與結構，并對微乳液在納米材料制備領域中的應用狀況進行了闡述。
1微乳反應器原理
在微乳體系中，用來制備納米粒子的一般是W／O型體系，該體系一般由有機溶劑、水溶液?；钚詣⒅砻婊钚詣?個組分組成。常用的有機溶劑多為C6～C8直鏈烴或環烷烴；表面活性劑一般有AOT［2一乙基己基］磺基琥珀酸鈉］。AOS、SDS（十二烷基硫酸鈉）、SDBS（十六烷基磺酸鈉）陰離子表面活性劑、CTAB（十六烷基三甲基溴化銨）陽離子表面活性劑、TritonX（聚氧乙烯醚類）非離子表面活性劑等；助表面活性劑一般為中等碳鏈C5～C8的脂肪酸。
W／O型微乳液中的水核中可以看作微型反應器（Microreactor）或稱為納米反應器，反應器的水核半徑與體系中水和表面活性劑的濃度及種類有直接關系，若令W＝［H2O／［表面活性劑］，則由微乳法制備的納米粒子的尺寸將會受到W的影響。利用微膠束反應器制備納米粒子時，粒子形成一般有三種情況（可見圖1、2、3所示）。
（l）將2個分別增溶有反應物A、B的微乳液混合，此時由于膠團顆粒間的碰撞，發生了水核內物質的相互交換或物質傳遞，引起核內的化學反應。由于水核半徑是固定的，不同水核內的晶核或粒子之間的物質交換不能實現，所以水核內粒子尺寸得到了控制，例如由硝酸銀和氯化鈉反應制備氯化鈉納粒。
（2）一種反應物在增溶的水核內，另一種以水溶液形式（例如水含肼和硼氫化鈉水溶液）與前者混合。水相內反應物穿過微乳液界面膜進入水核內與另一反應物作用產生晶核并生長，產物粒子的最終粒徑是由水核尺寸決定的。例如，鐵，鎳，鋅納米粒子的制備就是采用此種體系。
（3）一種反應物在增溶的水核內，另一種為氣體（如O2、NH3，CO2），將氣體通入液相中，充分混合使兩者發生反應而制備納米顆粒，例如，Matson等用超臨界流體一反膠團方法在AOT一丙烷一H2O體系中制備用Al（OH）3膠體粒子時，采用快速注入干燥氨氣方法得到球形均分散的超細Al（OH）3粒子，在實際應用當中，可根據反應特點選用相應的模式。
2微乳反應器的形成及結構
和普通乳狀液相比，盡管在分散類型方面微乳液和普通乳狀液有相似之處，即有O/W型和W／O型，其中W／O型可以作為納米粒子制備的反應器。但是微乳液是一種熱力學穩定的體系，它的形成是自發的，不需要外界提供能量。正是由于微乳液的形成技術要求不高，并且液滴粒度可控，實驗裝置簡單且操作容易，所以微乳反應器作為一種新的超細顆粒的制備方法得到更多的研究和應用。
2．1微乳液的形成機理
Schulman和Prince等提出瞬時負界面張力形成機理。該機理認為：油/水界面張力在表面活性劑存在下將大大降低，一般為l～10mN／m，但這只能形成普通乳狀液。要想形成微乳液必須加入助表面活性劑，由于產生混合吸附，油/水界面張力迅速降低達10-3～10-5mN／m，甚至瞬時負界面張力Y＜0。但是負界面張力是不存在的，所以體系將自發擴張界面，表面活性劑和助表面活性劑吸附在油/水界面上，直至界面張力恢復為零或微小的正值，這種瞬時產生的負界面張力使體系形成了微乳液。若是發生微乳液滴的聚結，那么總的界面面積將會縮小，復又產生瞬時界面張力，從而對抗微乳液滴的聚結。對于多組分來講，體系的Gibbs公式可表示為：
--dγ=∑Гidui=∑ГiRTdlnCi
（式中γ為油/水界面張力，Гi為i組分在界面的吸附量，ui為I組分的化學位，Ci為i組分在體相中的濃度）
上式表明，如果向體系中加入一種能吸附于界面的組分（Г＞0），一般中等碳鏈的醇具有這一性質，那么體系中液滴的表面張力進一步下降，甚至出現負界面張力現象，從而得到穩定的微乳液。不過在實際應用中，對一些雙鏈離子型表面活性劑如AOT和非離子表面活性劑則例外，它們在無需加入助表面活性劑的情況下也能形成穩定的微乳體系，這和它們的特殊結構有關。2．2微乳液的結構
RObbins，MitChell和Ninham從雙親物聚集體的分子的幾何排列角度考慮，提出了界面膜中排列的幾何排列理論模型，成功地解釋了界面膜的優先彎曲和微乳液的結構問題。
目前，有關微乳體系結構和性質的研究方法獲得了較大的發展，較早采用的有光散射、雙折射、電導法、沉降法、離心沉降和粘度測量法等；較新的有小角中子散射和X射線散射、電子顯微鏡法。正電子湮滅、靜態和動態熒光探針法、NMR、ESR（電子自旅共振）、超聲吸附和電子雙折射等。
3微乳反應器的應用——納米顆粒材料的制備
3．1納米催化材料的制備
利用W／O型微乳體系可以制備多相反應催化劑，Kishida。等報道了用該方法制備
Rh／SiO2和Rh/ZrO2載體催化劑的新方法。采用NP－5/環已烷／氯化銠微乳體系，非離子表面活性劑NP－5的濃度為0.5mol/L，氯化銠在溶液中濃度為0．37mol／L，水相體積分數為0．11。25℃時向體系中加入還原劑水含肼并加入稀氨水，然后加入正丁基醇鋯的環乙烷溶液，強烈攪拌加熱到40℃而生成淡黃色沉淀，離心分離和乙醇洗滌，80℃干燥并在500℃的灼燒3h，450℃下用氧氣還原2h，催化劑命名為“ME”。通過性能檢測，該催化劑活性遠比采用浸漬法制得的高。
3．2無機化合物納粒的制備
利用W／O型微乳體系也可以制備無機化合物，鹵化銀在照像底片乳膠中應用非常重要，尤其是納米級鹵化銀粒子。用水一AOT一烷烴微乳體系合成了AgCl和AgBr納米粒子，AOT濃度為0．15mol／L，第一個微乳體系中硝酸銀為0．4mol／L，第二個微乳體系中NaCl或NaBr為0．4mol／L，混合兩微乳液并攪拌，反應生成AgCl或AgBr納米顆粒。
又以制備CaCO3為例，微乳體系中含Ca(OH)2，向體系中通入CO2氣體，CO2溶入微乳液并擴散，膠束中發生反應生成CaCO3顆粒，產物粒徑為80～100nm。
3．3聚合物納粒的制備
利用W／O型微乳體系可以制備有機聚丙烯酸胺納粒。在20mlAOTt——正己烷溶液中加入0．1mlN－N一亞甲基雙丙烯酰胺（2mg／rnl）和丙烯酰胺（8mg／ml）的混合物，加入過硫酸銨作為引發劑，在氮氣保護下聚合，所得產物單分散性較好。
3．4金屬單質和合金的制備
利用W／O型微乳體系可以制備金屬單質和合金，例如在AOT－H2O－n—heptane體系中，一種反相微膠束中含有0．lmol／LNiCl2，另一反相微膠束中含有0.2mol/LNaBH4，混合攪拌，產物經分離、干燥并在300℃惰性氣體保護下結晶可得鎳納米顆粒。在某微乳體系中含有0．0564mol/L，FeC12和0．2mol／LNiCl2，另一體系中含有0．513mol/LNaBH4溶液，混合兩微乳體系進行反應，產物經庚烷、丙酮洗滌，可以得到Fe－Ni合金微粒（r=30nm）。
3．5磁性氧化物顆粒的制備
利用W／O型微乳體系可以制備氧化物納米粒子，例如在AOT－H2O－n－heptane體系中，一種乳液中含有0．15mol／LFeCl2和0．3mol／LFeCl3，另一體系中含有NH4OH，混合兩種微乳液充分反應，產物經離心，用庚烷、丙酮洗滌并干燥，可以得到Fe3O4納粒（r=4nm）。
3．6高溫超導體的制備
利用W／O型微乳體系可以合成超導體，例如在水一CTAB一正丁醇一辛烷微乳體系中，一個含有機釔、鋇和銅的硝酸鹽的水溶液，三者之比為1：2：3；另一個含有草酸銨溶液作為水相，混合兩微乳液，產物經分離，洗滌，干燥并在820℃灼燒2h，可以得到Y－Ba－Cu—O超導體，該超導體的Tc為93K。另外在陰離子表面活性劑IgegalCO－430微乳體系中，混合Bi、Pb、Sr、Ca和Cu的鹽及草酸鹽溶液，最終可以制得Bi－Pb－Sr－Ca－Cu—O超導體，經DC磁化率測定，可知超導轉化溫度為Tc＝112K，和其它方法制備的超導體相比，它們顯示了更為優越的性能。
磁性納米材料的生物學修飾是利用磁性納米材料分離富集致病菌的前提，將生物親和分子修飾到磁性納米材料的表面，賦予其捕獲目標菌的能力，間接地“磁化”細菌細胞（磁細菌），使磁細菌在外界磁場作用下能夠從樣品液中分離。另外，經修飾后的磁性納米材料可以獲得比單體生物分子更高的結合能力。例如，由于多個抗體分子可被修飾于磁性納米粒子上，磁性納米粒子經抗體修飾后，與目標菌的結合能力是單獨抗體的8倍；同理，經甘露糖修飾后，與目標菌的結合能力比單體甘露糖強200倍。磁性納米材料生物學修飾的方法有很多，大體分為直接修飾和間接修飾兩種。直接修飾又分為物理吸附和共價偶聯。物理吸附是指蛋白質等生物親和分子和納米材料間的疏水作用和靜電作用；共價偶聯是指先在納米材料的表面修飾硫化物、胺或者羧基，通過這些基團與生物親和分子形成共價鍵從而實現納米材料生物學修飾。間接修飾則需要利用一對具有強親和力的分子，比如生物素-親和素。先用親和素包被納米材料，再將要修飾的生物親和分子標記生物素，通過生物素和親和素的結合間接達到修飾磁性納米材料的目的。
2磁性納米材料捕獲致病菌的方式及其應用
磁性納米材料通過生物學修飾，獲得可以捕獲食源性致病菌的能力，再利用外界磁場從而達到分離菌體目的。表2總結了近幾年磁性納米材料在分離不同食品基質中食源性致病菌的研究。磁性納米材料表面使用的修飾物不同，捕獲食源性致病菌的方式也不同。
2.1抗原-抗體
基于抗原抗體之間的特異性反應實現食源性致病菌捕獲是最常用的方式，已被廣泛應用于各種食源性致病菌的分離富集。食源性致病菌相應的抗體也是磁性納米材料最常用的修飾物。將磁性納米材料的表面包被相應抗體，利用抗體和細菌表面相應抗原間的特異性結合，將食源性致病菌和磁性納米粒子連接，致病菌被“磁化”后，在外界磁場的作用下將目標菌從成份復雜的樣品液中分離出來，便于后續檢測。Varshney等通過生物素-鏈霉親和素將抗大腸桿菌抗體包被到磁性納米粒子的表面，用于捕獲牛肉樣本中大腸桿菌O157∶H7，捕獲效率達94.5%。Yang等用相應抗體修飾氧化鐵納米粒子，結合實時定量聚合酶鏈式反應，檢測牛奶樣品中的單增李斯特菌，檢測限達452CFU/mL。Ravindranath等分別制備了包被有抗大腸桿菌抗體和抗沙門氏菌抗體的功能化磁性納米粒子，用于分離雞尾酒和菠菜牛奶提取液中相應的食源性致病菌，結合紅外光譜分析，檢測限達104～105CFU/mL。Cheng等使用抗大腸桿菌O157∶H7抗體包被的磁性納米粒子分離牛奶中的大腸桿菌O157∶H7，結合三磷酸腺苷生物發光分析，檢測限達20CFU/mL。Wang等制備了兩種特異性抗體共修飾的磁性氧化鐵納米粒子用于同時分離菠菜中的沙門氏菌和金黃色葡萄球菌，結合表面增強拉曼散射分析，檢測限達103CFU/mL。
2.2黏附素（凝集素）-受體（糖類）
很多細菌會在其表面表達黏附素，它們能與宿主細胞表面相應受體結合，從而使細菌黏附在宿主細胞上。致病菌黏附宿主上皮細胞的機制與多種糖類有關。例如，大腸桿菌的表面可以表達產生多種黏附素，它們可以黏附宿主上皮細胞上的半乳糖、葡萄糖、果糖、巖藻糖、甘露糖和蔗糖等。利用黏附素與受體結合的性質，經凝集素或糖類修飾的磁性納米粒子可特異性地結合相應的食源性致病菌。EI-Boubbou等用D-甘露糖修飾的磁性納米粒子分離大腸桿菌，分離效率達88%以上。作者再結合X射線衍射、透射電鏡、熱重和紅外光譜分析，在5min內即可完成檢測，檢測限達104個菌體/mL。Payne等用凝集素修飾的BioMag®粒子分離食品基質中的致病菌，結果顯示，單增李斯特菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌最低分離起始濃度分別為大于等于10CFU/10g（卡蒙貝爾奶酪）、1CFU/10g（燉牛排）和小于10CFU/10g（生牛肉）。WangYixian等制備了基于凝集素的生物傳感器，用于分離檢測食品樣品中的大腸桿菌O157∶H7，檢測限達3×103CFU/mL。
2.3抗生素（萬古霉素）
萬古霉素是一種糖肽類抗生素，它可以與許多種革蘭氏陽性菌形成緊密的連接，其機制是通過細胞壁上的端肽D-Ala-D-Ala的氫鍵與萬古霉素聯接。一般認為，由于革蘭氏陰性菌外膜的存在，萬古霉素不能接觸到D-Ala-D-Ala端肽，因而不能識別革蘭氏陰性菌。據報道，經萬古霉素修飾過的磁性納米粒子同樣可以捕獲革蘭氏陰性菌，并由透射電子顯微鏡的照片猜想萬古霉素與革蘭氏陰性菌連接的機制為細菌外膜上存在缺陷區域，使部分D-Ala-D-Ala端肽暴露給萬古霉素。Kell等隨后驗證了這一猜想。Gu等在FePt磁性納米粒子表面修飾萬古霉素（FePt-Van），從大腸桿菌菌液中分離出菌體后再用透射電鏡觀察，檢測限達15CFU/mL。Kell等制備了萬古霉素修飾的磁性納米粒子用于同時分離水樣中革蘭氏陽性菌及革蘭氏陰性菌，結果顯示，不同的致病菌間捕獲效率相差很大（7%～88%）。Wan等使用萬古霉素修飾的磁性納米粒子分離磷酸鹽緩沖液中添加的海洋型硫還原型細菌（如，脫硫腸狀菌屬），結合生物傳感器，檢測限達1.8×104CFU/mL。Choi等在磁性氧化鐵納米粒子表面修飾萬古霉素，并用其對臨床樣本中的細菌進行分離，實驗結果發現，革蘭氏陽性菌的捕獲效率為（84.84±1.70）%，而革蘭氏陰性菌的捕獲效率為（48.48±1.79）%。Chen等用表面修飾有慶大霉素的磁性納米粒子用于分離磷酸鹽緩沖液中添加的金黃色葡萄球菌，最低分離的細菌濃度為0.5×103CFU/mL。
2.4DNA互補序列
任何細菌都有其特異性的基因片段，該基因片段的互補寡核苷酸片段可以識別樣品中的該種細菌。將寡核苷酸片段修飾后的磁性納米材料用于選擇性的分離目標DNA或RNA，再結合PCR鑒定，不僅省去樣品的預處理，靈敏度也比普通PCR提高近10倍。Amagliani等用與李斯特菌素O基因序列（hlyA）互補的寡核苷酸鏈修飾磁性氧化鐵納米粒子分離牛奶樣品中的單增李斯特菌的DNA，結合PCR分析，檢測限達10CFU/mL。筆者在2010年制備了分別針對單增李斯特菌和沙門氏菌的寡核苷酸修飾的磁性氧化鐵納米粒子用于分離魚中單增李斯特菌和沙門氏菌的DNA，結果發現，單增李斯特菌和沙門氏菌的捕獲效率分別為（62.5±10.0）%和（70.6±7.0）%。結合多重PCR分析，檢測限達1CFU/g。XuHongxia等研究了不同食源性致病菌寡核苷酸修飾的磁性納米粒子在致病菌分離中的應用，實驗結果發現，該磁性納米粒子可以快速富集相應致病菌（如，大腸桿菌O157、沙門氏菌等）。筆者進一步研究了同時使用食源性致病菌多個基因的互補寡核苷酸修飾的磁性納米粒子分離相應致病菌，結合傳感器檢測，檢測限達6×102CFU/mL。
2.5螯合反應
脂多糖是革蘭氏陰性菌外膜的重要組分，其中類脂A有大量的磷酸基團，用金屬氧化物（氧化鈦、氧化鋯或氧化鋁）包被磁性納米粒子，通過金屬氧化物與磷酸基團間的螯合反應，可與待測樣品中革蘭氏陰性菌形成復合物，在外界磁場的作用下可將食源性致病菌從成分復雜的待測液中非選擇性分離出來，消除樣品基質的干擾。Chen等在磁性氧化鐵納米粒子的表面包被二氧化鈦，利用脂多糖和金屬氧化物的螯合作用捕獲尿樣中的大腸桿菌、志賀氏菌和假單胞菌，磁分離富集菌體后經胰蛋白酶水解，再次磁分離除去磁性納米粒子，最后用基質輔助激光解吸-電離質譜法鑒定蛋白序列，根據蛋白庫中的信息確定細菌的種類。該方法是一種快速（耗時15min）、特異性強（可區分兩株不同的大腸桿菌）、靈敏（檢測限達104個細胞/mL）的分離檢測方法。2010年，筆者使用表面修飾有二氧化鈦的磁性氧化鐵納米粒子分離細菌混合液中的目標致病菌，隨后分離到的致病菌在紫外燈照射下結合二氧化鈦的滅菌作用，15min內可以抑制99.9%以上的目標菌的生長。
3結語
納米材料在結構、光電和化學性質等方面的誘人特征，引起物理學家、材料學家和化學家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國對這種材料給予極大關注。它所具有的獨特的物理和化學性質，使人們意識到它的發展可能給物理、化學、材料、生物、醫藥等學科的研究帶來新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來，它在化工生產領域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。
1.在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。
光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。
2.在涂料方面的應用
納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術也是當今世界關注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學特性，達到儲存太陽能、節約能源的目的。在建材產品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，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性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米TiO2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術帶來一場新的技術革命，也將推動復合材料的研究開發與應用。
3.在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，并且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2，可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優良的紫外線屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業。最近又開發了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強烈吸收太陽光中的紫外線，產生很強的光化學活性，可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優點，在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境科學領域，除了利用納米材料作為催化劑來處理工業生產過程中排放的廢料外，還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染，并能對這些制劑進行過濾，從而消除污染。
4.在醫藥方面的應用
21世紀的健康科學，將以出入意料的速度向前發展，人們對藥物的需求越來越高?？刂扑幬镝尫?、減少副作用、提高藥效、發展藥物定向治療，已提到研究日程上來。納米粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便。用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；使用納米技術的新型診斷儀器，只需檢測少量血液就能通過其中的蛋白質和DNA診斷出各種疾病，美國麻省理工學院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱之為“定向導彈”。該技術是在磁性納米微粒包覆蛋白質表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動，因此可以用來檢查和治療身體各部位的病變。對納米微粒的臨床醫療以及放射性治療等方面的應用也進行了大量的研究工作。據《人民日報》報道，我國將納米技術應用于醫學領域獲得成功。南京?？萍瘓F利用納米銀技術研制生產出醫用敷料——長效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產原理是通過納米技術將銀制成尺寸在納米級的超細小微粒，然后使之
附著在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過納米技術處理后的銀表面急劇增大，表面結構發生變化，殺菌能力提高200倍左右，對臨床常見的外科感染細菌都有較好的抑制作用。
微粒和納粒作為給藥系統，其制備材料的基本性質是無毒、穩定、有良好的生物性并且與藥物不發生化學反應。納米系統主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。
納米生物學用來研究在納米尺度上的生物過程，從而根據生物學原理發展分子應用工程。在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質特別是酶，從而控制生化反應。這在生化技術、酶工程中大有用處。使納米技術和生物學相結合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細胞內的生物信息，從而了解機體狀態，深化人們對生理及病理的解釋。
【關鍵詞】納米材料教學方法教學改革
【中圖分類號】TB383.1-4；G642【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089（2018）11-0241-01
前言
納米材料與納米技術是21世紀最令人矚目的前沿科技研究熱點之一，納米科技的蓬勃發展對眾多研究領域，乃至人類社會的生產生活產生了廣泛而深遠的影響，納米材料的應用和產業化已經成為世界許多國家相繼研究和開發的重點。《納米材料》是高等院校一門重要的新設課程，具有前瞻性、創新性、專業性和實踐性強的特點。《納米材料》及其相關的課程也是許多高等學校材料學化學專業的本科生或研究生的專業基礎課程，本課程的開展有助于讓學生了解納米材料與納米科技的發展方向，提高學生的創新性思維能力，引導學生開展納米科學前沿課題研究，培養潛在的科研人才，同時，對《納米材料》的教學也提出了較高的要求，因此需要認真思考和研究。
1.教學內容改革與優化
目前的教材多是圍繞著納米材料的基本概念和基本特性、表征方法、制備技術、納米材料在各個領域中的應用情況以及功能納米材料等內容編寫，而其中的內容很多都已過時，比如在碳納米材料這一部分內容時，十前年的主要內容是針對富勒烯和碳納米管的講解，而今天，該部分的內容可更多的偏向于目前研究較為熱門的層狀石墨烯材料。此外，材料表征方面的內容在本課程中占有相當大的篇幅，直接講解納米材料的表征特性使學生不能深入的理解，教學內容上有必要加入適當課時講解較常用的表征手段的原理和分析方法，如X-射線衍射，掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡，紅外，拉曼等的分析手段。
2.教學手段改革
納米材料涉及的課程范圍較寬，有些章節較為抽象，學生首次接觸常會遇到知識過于抽象不便于理解的問題，因此傳統的教學模式已不再適應當前培養高素質人才的需要，針對這樣的問題，應利用多媒體數字化資源如動畫來輔助教學，利用當前各種模擬軟件如3DSMAX或PHOTOSHOP將抽象的納米材料的制備及生長過程進行直觀展示模擬，激發學生的學習興趣。此外，先進的儀器設備是科學研究的重要基礎，本學院擁有高分辨透射電子顯微鏡、熱場發射掃描電子顯微鏡、X射線單晶衍射儀、電化學工作站等設備，需借助這些良好的教學科研基礎條件，引導學生參與科研活動，培養學生科研素養，為今后繼續深造和走向工作崗位打下基礎。
3.教學模式改革
在教學實踐中，采取“分組教學”模式，即學生以10-15人為一小組，在既定大課題方向內，由學生自主查閱文獻資料，選定具體研究題目，設計實驗方案，并與導師探討方案的可行性。學生在教師的指導下獨立完成一種納米材料的合成制備，對性能測試的結果進行分析，并完整獨立撰寫實驗報告。這種方式將加強學生從理論上學習和理解并能拓展到實際的應用中。這種綜合性、多樣化的教學模式不僅能加強學生對理論課程的理解的重視，并能極大的調動學生的積極性和創造性，鍛煉學生的獨立思考能力、動手能力、創新能力、分析解決問題的能力及團隊精神。
4.考核方式的改革
納米材料課程的專業性和前瞻性都很強，常規的考核方式達不到反應學生學習能力和掌握程度的效果，相反地，概念性的知識點較多，一味的要求學生通過記憶背誦的方式來達到考試要求，一方面增加了學生的學習負擔，另一方面學生也難以深刻理解所學知識點。卷面考試雖有必要，此外應加入撰寫論文的考核方式。該種方式能夠督促大三學生對上學期所學的文獻檢索課程的掌握利用，還能在查閱文獻完成論文的同時，豐富與納米材料課程相關的前沿知識，增強了學生論文寫作的思路和方法，對大四的畢業論文的規范寫作提前得到了鍛煉，為今后的科研工作打下基礎。
結語
納米材料涉及范圍廣，發展日新月異，通過開展教學與實踐及科研相結合的教學模式，提高學生們的學習興趣，培養學生的獨立思考能力、創新能力及團隊精神。在以后的教學實踐中將進一步加強改革創新，為學生的全面發展和綜合素質的提高不懈努力。
參考文獻：
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目前，國際醫學行業面臨新的決策，那就是用納米尺度發展制藥業。納米生物醫學就是從動植物中提取必要的物質，然后在納米尺度組合，最大限度發揮藥效，這恰恰是我國中醫的想法，隨著健康科學的發展，人們對藥物的要求越來越高。控制藥物釋放減少副作用，提高藥效，發展藥物定向治療，必須憑借納米技術。納米粒子可使藥物在人體內方便傳輸。用數層納米粒子包裹的智能藥物進入人體，可主動搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織，尤其是以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱為"定向導彈"。該技術是在磁性納米微粒包覆蛋白質表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過磁場導航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由的滾動，因此可以用檢查和治療身體各部位的病變。利用納米系統檢查和給藥，避免身體健康部位受損，可以大大減小藥物的毒副作用，因而深受人們的歡迎。
2在涂料方面的應用；
納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優異性能。借助于傳統的涂層技術，再給涂料中添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性從而獲得傳統涂層沒有的功能，如；有超硬、耐磨，抗氧化、耐熱、阻燃、耐腐蝕、變色等。在涂料中加入納米材料，可進一步提高其防護能力，實現防紫外線照射，耐大氣侵害和抗降解等，在衛生用品上應用可起到殺菌保結作用。
在建材產品如玻璃中加入適宜的納米材料，可達到減少光的透射和熱估遞效果，產生隔熱，阻燃等效果。由于氧化物納米微粒的顏色不同，這樣可以通過復合控制涂料的顏色，克服碳黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅限粒徑而變，而具有隨角度變色的效應。在汽車的裝飾噴涂業中，將納米Tio2添加在汽車、轎車的金屬閃光面漆中，能使涂層產生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車面色彩多樣化。
3在化工方面的應用；
化工業影響到人類生活的方方面面，如果在化工業中采用納米技術，將更顯示出獨特畦力。在橡膠塑料等化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米Sio2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3和SiO2,加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。最近又開發了食品包裝的TiO2.納米TiO2能夠強烈吸收太陽光中的紫外線，產生很強的光化學活性，可以用光催化降解工業廢水中的有利污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優點，在環保水處理中有著很好的應用前景。4其他生活方面的應用：
納米技術正在悄悄地滲透到老百姓衣、食、住、行各個領域。化纖布料制成的衣服雖然艷麗，但因摩擦容易產生靜電，因而在生產時加入少量金屬納米微粒，就可以擺脫煩人的靜電現象。不久前，關于保溫被、保溫衣的電視宣傳，提到應用了納米技術。納米材料可使衣物防靜電、變色、貯光，具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣機等一些電器時間長了容易產生細菌，而采用了納米材料，新設計的冰箱、洗衣機既可以抗菌，又可以除味殺菌。紫外線對人體的害處極大，有的納米微粒卻可以吸收紫外線對人體有害的部分，市場上的許多化妝品正是因為加入了納米微粒而具備了防紫外線的功能。傳統的涂料耐洗刷性差，時間不長墻壁就會變的班駁陸離，納米技術應用之后，涂料的技術指標大大提高，外墻涂料的耐洗刷性提高很多，以前的電視、音響等家電外表一般都是黑色的，被稱為黑色家電，這是因為家電外表材料中必須加入碳黑進行靜電屏蔽。如今可以通過控制納米微粒的種類，進而可控制涂料的顏色，使黑色家電變成彩色家電。
總之，在未來生活中，納米技術將帶給我們無限的舒心與時尚，使人類的生存的條件更加優越。
參考文獻
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論文關鍵詞：納米尺寸；性能
關鍵詞: 納米材料化學雙語探索與實踐
2001年8月,教育部印發了《關于加強高等學校本科教學工作提高教學質量的若干意見》,明確提出了關于加強“雙語教學”的要求;2004年8月,教育部又頒布了《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》,明確地將雙語授課課程比例列入高校工作水平的考核指標。開展雙語課教學,可以培養并激發學生對英語的學習興趣和應用能力,改變學生學習外語而不能應用外語的弊端[1],是加快復合型國際化人才培養的重要舉措。
鑒于此,我校在本科生教學中開展了多門專業課程的雙語教學實踐,“納米材料化學”選修課是貫徹教育部相關文件精神的積極嘗試。
1.教學前的準備
(1)雙語教材的選擇問題
納米材料的研究是目前材料科學最活躍的學術領域之一,其研究成果日新月異。為了拓寬學生專業知識面和培養學生科研思維,教材內容應有足夠的知識寬廣性和學術新穎性,因此我們選擇了Nanomaterials Chemistry:Recent Development and New DirectionsI[2](Wiley,2007)。這是一本全英文教材,它取材于近年來在各類國際知名期刊發表的科研論文,涵蓋了納米材料化學領域最新最前沿的研究成果?？紤]到學生的專業英語基礎較為薄弱,為了幫助他們克服畏懼情緒、樹立學習英文教材的信心,根據英文原版教材的章節內容,我們推薦了一些中文參考書,如《納米材料化學》(汪信,化學工業出版社,2006)、《表面活性劑與納米技術》(李玲,化學工業出版社,2004)、《納米材料的制備與應用技術》(李群,化學工業出版社,2008)和《納米材料理化特性與應用》(倪星元,化學工業出版社,2006)等。
(2)教學內容的安排
鑒于“納米材料化學”定位為選修課,課時量少,不可能在該領域各個分支上進行深入探討,教學內容必須有所取舍、有所側重。在教學過程中,我們重點介紹了該書前四章,內容包括納米材料科學概述、各種類型的納米材料的通用化學制備方法、納米材料的物理化學特性和納米材料的廣泛應用領域等;而對該書的后續章節進行了適當的處理,將Peptide Nanomaterials和Dendrimers And Their Use As Nanoscale Sensors兩章揉合到納米材料制備、組裝甚至表面改性中,將Surface Plasmon Resonances in Nanostructured Materials一章中重點內容穿納米材料獨特的光學特性一節中,而將Applications Of Nanostructured Hybrid Materials For Supercapacitors歸并到了納米材料的電子學應用領域一節中,剩下的章節專業性較強、難度較大,可以作為學有余力的學生的課外科技讀物。
(3)備課指導思想
我們立足于英文原版教材,輔以中文參考書,按照中文教材的風格和我們慣用的思維方式對雙語課教學內容進行了二次梳理和組織。“納米材料化學”雙語課的課程性質是材料類的專業選修課而不是英語輔導課,具有其本身的專業性和知識的系統性[3],我們不能僅僅考慮術語的英文表達和語法結構,而應著重考慮教學內容的組織、學科知識和研究方法的傳授,以及學生專業知識體系的拓展。
總之,雙語教學的目的就是培養學生善于利用英語作為獲取納米材料化學專業知識的工具。
2.課程的教學實施
(1)開課時間的選擇
從專業知識的角度來講,材料科學導論、有機化學、材料物理性能和材料測試技術等學科知識是研究納米材料化學的基礎,從而上述課程是納米材料化學的先修課程。另外,為了保證教學效果,學生必須具備一定的英語詞匯量和英文聽說能力。我們選擇在大四上學期開設這門選修課。此時學生經過前三年的專業基礎課學習,基本構建起了專業知識體系,積累了足夠的英語詞匯,也達到了一定的英語綜合水平,這時候開展雙語教學容易收到良好的效果。
(2)教學手段的運用
納米材料體系具有各異的形態和絢爛的色彩,而多媒體教學平臺能以圖片、視頻甚至是音頻來靈活直觀地展示這個令人嘆為觀止的神秘世界。雙語課多媒體課件制作的難點在于如何掌握好課件中英文語言的比例。實踐發現,若采用全英文課件,學生因專業英語詞匯基礎較為薄弱,很難正確理解授課內容,容易產生畏懼心理。若始終采用中英文對照課件,課件將顯得累贅臃腫,而且中英文的交替出現易使學生疲于在中英文句子中尋找對應詞語的翻譯,專業課演變成了翻譯課,這樣也就偏離了教學初衷。基于上述原因,在內容較為簡單的教學初始階段,我們采取中英文對照課件,以便學生盡快掌握基本的專業詞匯。隨著教學的進一步深入,我們逐步減少課件中的中文語言比例,僅在出現新的專業術語時附加中文注釋。不過,多媒體教學不能完全取代傳統的板書,比如納米材料化學中涉及很多有機化學專業術語,由于幻燈片容量的限制,在多媒體課件上只能以甲乙丙丁、某醇某酸等命名法來展示,而通過板書可詳細寫出該物質的分子結構式,能更直觀地向學生展示了該物質的組成方式,有益于學生理解反應過程、了解納米材料制備原理。在課堂上現場回答學生提出的問題時,或在講解分析學生的作業情況時,我們也需要采用板書的教學方式,以便更好地跟學生溝通。在教學過程中將板書與多媒體教學相結合,二者相得益彰。
(3)課件內容的組織
考慮到授課對象是大四學生,有些學生畢業后要參加工作,而有些學生則要繼續深造,那么授課內容就應二者兼顧。在授課過程中,一方面我們介紹納米材料化學在國內外產業中的應用,將學生的視野從傳統的陶瓷、水泥、玻璃產業拓展到新興的納米材料產業,讓學生對即將從事的工作領域有更全面的認識,另一方面我們也介紹納米材料化學領域的發展趨勢和新興方向,以及國內外知名研究團隊及其特色,培養學生在海量的科技文獻中迅速捕捉到前沿科研動態的能力,為他們在報考研究生時選擇科研方向提供一些有價值的參考信息。
(4)教學語言的使用
如果采用全英語講授,學生會因專業英語能力較薄弱而一味關注英文表達,從而忽略課程本身要傳達的專業知識,使得教學變成單純的專業英語課程;但如果僅在多媒體課件上使用英語,而全采用中文教學,則基本沒有英語氛圍,難以培養學生用英文思考專業知識的能力,失去雙語課教學的意義?？梢?我們應該在課堂上把握好使用中英文的尺度。在課程剛開始,學生對專業術語還很陌生時,我們應以中文授課為主,有意識地向學生灌輸專業詞匯的構詞方法,比如納米材料中涉及的一些化學專業詞匯,甲、乙、丙、丁等數字的詞前綴表達方法,醇、醛、酮、胺、烷烴等詞后綴的表達方式。由于專業詞匯的詞根重復頻率較高,通過構詞法的學習,學生能在較短時間內掌握基本的專業詞匯,具備初步的專業文獻的英文閱讀理解能力。到了教學中后期,學生已經積累了一定量的專業英語詞匯后,我們逐漸加大英文授課比例,用英語表述專業知識、解析專業詞匯,只在重點和難點的教學時輔以中文解釋,授課時應控制語速,做到有張有弛,給學生留有思考的時間[4]。
高校雙語課的教學方法還處在探索當中,為了提高納米材料化學雙語課的教學質量,我們講求師生互動,多與學生溝通,了解學生的學習需求和對教學的評價,根據反饋及時調整教學方法和教學內容。講臺不應是教師一個人的秀場,教學需要學生的積極參與,一些教學環節可通過以學生為主的研討方式進行,促使學生積極、主動地利用搜索引擎和科技論文數據庫查閱英文文獻,引導學生掌握納米材料化學研究和應用的新動態,為他們進入納米領域工作和深造打下良好的基礎。
納米材料化學雙語課更深層次的目的是營造雙語氣氛,提高學生的專業外語水平,增強學生的跨文化理解力,促使學生用外語思考并解決納米科學領域問題的能力,增強學生的科研素養,為納米材料化學研究培養新生力量和后備軍。
參考文獻:
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[論文摘要]科技的發展，使我們對物質的結構研究的越來越透徹。納米技術便由此產生了，主要對納米材料和納米涂料的應用加以闡述。
一、納米的發展歷史
納米（nm）是長度單位，1納米是10-9米（十億分之一米），對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級；對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德。費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。
二、納米技術在防腐中的應用
納米涂料必須滿足兩個條件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因為納米相的存在而使涂料的性能有明顯提高或具有新功能。納米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用納米粒子粒徑對流變性的影響，如納米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流掛；第二、耐候性的改善。利用納米粒子對紫外線的吸收性，如利用納米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墻涂料、汽車面漆等；第三、力學性能的改善。利用納米粒子與樹脂之間強大的界面結合力，可提高涂層的強度、硬度、耐磨性、耐刮傷性等。納米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隱身涂料、靜電屏蔽涂料、隔熱涂料、大氣凈化涂料、電絕緣涂料、磁性涂料等。
納米技術的應用為涂料工業的發展開辟了一條新途徑，目前用于涂料的納米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于納米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之間極易團聚，納米粒子的這種特性決定了納米涂料不可能象顏料、添料與基料通過簡單的混配得到。同時納米粒子種類很多，性能各異，不是每一種納米粒子和每一粒徑范圍的納米粒子制得的涂料都能達到所期望的性能和功能，需要經過大量的實驗研究工作，才有可能得到真正的納米涂料。
納米涂料雖然無毒，但由于改性技術原因，性能并不理想，加上價格太貴，難以推廣；而三聚磷酸鋁也因價格原因未能大量應用。國外公司如美國的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德國的Hrubach、法國的SNCZ、英國的BritishPetroleum、日本的帝國化工公司均推出了一系列無毒納米防銹顏料，性能不錯，甚至已可與鉻酸鹽相以前我國防銹顏料的開發整體水平落后于西方發達國家，仍然以紅丹、鉻酸鹽、鐵系顏料、磷酸鋅等傳統防銹顏料為主。紅丹因其污染嚴重，對人體的傷害很大，目前已被許多國家相繼淘汰和禁止使用；磷酸鋅防銹顏料雖比。我國防銹涂料業也蓬勃發展，也可以生產納米漆。
我國自主生產的產品目前已通過國家涂料質量監督檢測中心、鐵道部產品質量監督檢驗中心車輛檢驗站、機械科學院武漢材料保護研究所等國內多家權威機構的分析和檢測，同時還經過加拿大國家涂料信息中心等國外權威機構的技術分析，結果表明其具有目前國內外同類產品無可比擬的防銹性能和環保優勢，是防銹涂料領域劃時代產品，復合鐵鈦粉及其防銹漆通過國家權威機構的鑒定后已在多個工業領域得到應用。
三、納米材料在涂料中應用展前景預測 轉貼于
據估算，全球納米技術的年產值已達到500億美元。目前，發達國家政府和大的企業紛紛啟動了發展納米技術和納米計劃的研究計劃。美國將納米技術視為下一次工業革命的核心，2001年年初把納米技術列為國家戰略目標，在納米科技基礎研究方面的投資，從1997年的1億多美元增加到2001年近5億美元，準備像微電子技術那樣在這一領域獨占領先地位。日本也設立了納米材料中心，把納米技術列入新五年科技基本計劃的研究開發重點，將以納米技術為代表的新材料技術與生命科學、信息通信、環境保護等并列為四大重點發展領域。德國也把納米材料列入21世紀科研的戰略領域，全國有19家機構專門建立了納米技術研究網。在人類進入21世紀之際，納米科學技術的發展，對社會的發展和生存環境改善及人體健康的保障都將做出更大的貢獻。從某種意義上說，21世紀將是一個納米世紀。
由于表面納米技術運用面廣、產業化周期短、附加值高，所形成的高新技術和高技術產品、以及對傳統產業和產品的改造升級，產業化市場前景極好。
在納米功能和結構材料方面，將充分利用納米材料的異常光學特性、電學特性、磁學特性、力學特性、敏感特性、催化與化學特性等開發高技術新產品，以及對傳統材料改性；將重點突破各類納米功能和結構材料的產業化關鍵技術、檢測技術和表征技術。多功能的納米復合材料、高性能的納米硬質合金等為化工、建材、輕工、冶金等行業的跨越式發展提供了廣泛的機遇。各類納米材料的產業化可能形成一批大型企業或企業集團，將對國民經濟產生重要影響；納米技術的應用逐漸滲透到涉及國計民生的各個領域，將產生新的經濟增長點。
納米技術在涂料行業的應用和發展，促使涂料更新換代，為涂料成為真正的綠色環保產品開創了突破性的新紀元。
納米涂料已被認定為北京奧運村建筑工程的專用產品，展示出該涂料在建筑領域里的應用價值。它利用獨特的光催化技術對空氣中有毒氣體有強烈的分解，消除作用。對甲醛、氨氣等有害氣體有吸收和消除的功能，使室內空氣更加清新。經測試，對各種霉菌的殺抑率達99％以上，有長期的防霉防藻效果。納米改性內墻涂料，實際上是高級的衛生型涂料，適合于家庭、醫院、賓館和學校的涂裝。納米改性外墻涂料，利用納米材料二元協同的荷葉雙疏機理，較低的表面張力，具有高強的附著力，漆膜硬度高且有韌性，優良的自潔功能，強勁的抗粉塵和抗臟物的粘附能力，疏水性極佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外線能力極強。使用壽命達15年以上。顆粒徑細小，能深入墻體，與墻面的硅酸鹽類物質配位反應，使其牢牢結合成一體，附著力強，不起皮，不剝落，抗老化。其納米抗凍性功能涂料，除具備納米型涂料各種優良性之外，可在10℃到25℃之內正常施工。突破了建筑涂料要求墻體濕度在10％以下的規定，使建筑行業施工縮短了工期，提高了功效，又創造出高質量。
四、結語
由于目前應用納米材料對涂料進行改性尚處在初級階段，技術、工藝還不太成熟，需要探索和改進。但涂料的各種性能得到某些改進的試驗結果足以證明，納米改性涂料的市場前景是非常好的。
參考文獻：
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【關鍵詞】納米SiO2；耐久性；強度
0.引言
混凝土是現代建筑結構的主要材料，它具有承重大，易成型，原材料廣泛、等優點。但混凝土的自重大、抗拉強度低、脆性大等缺陷限制了其在一些方面的應用。納米材料是指顆粒尺寸在納米量級（1nm～100nm） 的超細材料，其尺寸大于原子簇而小于通常材料的微粉， 處在原子簇和宏觀物體交界的過度區域。納米材料由于其尺寸小且具有特殊的結構特征，從而具有以下效應：尺寸效應、量子隧道效應、表面效應和界面效應。納米礦粉主要包括納米SiO2，納米CaCO3和納米硅粉。普通硅酸鹽水泥顆粒粒徑，水泥內分布著10-100nm的凝膠孔，在水泥中摻入納米礦粉可以有效填充這些空隙，對于提高混凝土的抗滲性和韌性起了很大作用。
1.納米混凝土力學性能的研究
研究表明SiO2（NS）的火山灰活性遠高于硅粉的火山灰活性，摻入NS的漿體存在流動性變小和凝結時間縮短的現象，同時NS的摻入能顯著提高混凝土的早期強度。NS摻入到硅酸鹽水泥中，其火山灰反應吸收了大量的Ca（OH）2進而促進了水泥水化，提高了水化開始時的放熱速率，并改善了水泥漿體的微觀結構，使水泥更加均勻密實[1]。納米CaCO3摻入到水泥材料中后起到了物理填充效應、水化效應和晶核效應，降低了水泥石內表面積，加快熟料早期水化速度，增加水泥石密實度，降低孔隙率，進而提高水泥石的抗壓強度。
黃政宇等[2]將未摻納米材料混凝土、摻納米SiO2混凝土和摻納米CaCO3混凝土三組試件做了對比試驗，實驗表明摻入納米SiO2的混凝土的抗壓強度提高4%，摻入納米CaCO3的混凝土養護28d抗壓強度比未摻假NC的混凝土提高了16.7%。同時他們得出摻加NS和NC的最佳量分別為0.5%和3%。試驗還得出摻入納米材料的混凝土流動性會降低。
郭保林、王寶民[3]對納米混凝土的性能進行了系統的試驗研究，他們認為摻入NS能提高混凝土早期強度，尤以7天時最顯著，此時摻入5%的NS比摻入3%的效果明顯，后期的強度也與NS摻入量有關，摻入5%的NS在60天時的強度小于基準混凝土強度，并得到摻加3%的NS對混凝土后期強度增加明顯。
唐小萍、魏秀瑛等[4]也做了類似的研究，試驗所用納米材料是SiO2和Al2O3，以三種不同的納米摻加量作為對比，結果表明摻入該納米混合材料后可提高混凝土3d、7d、28d抗壓強度20%、15%、10%。
2.納米混凝土抗滲性能的研究
納米SiO2可以提高混凝土抗裂、抗滲、抗凍等性能。研究表明： 納米SiO2可以改善混凝土的微觀結構和綜合性能，能夠封堵混凝土內部孔隙，增強其抗裂性，提高混凝土抗滲、抗凍、抗化學侵蝕、抗沖磨等性能，從而提高水工混凝土的耐久性。
黃功學、謝曉鵬[5]將混凝土試件養護至28d，對試件一次加壓24h，用壓力機劈開試件，測量滲水高度。混凝土抗滲性能隨著納米SiO2摻量的增加而提高；納米SiO2摻量為1%、3%、5%時混凝土的滲水高度比普通混凝土分別降低了19%、44%、61%。他們認為納米SiO2使混凝土中滲水通道堵塞或減少，混凝土的密實程度得到提高，降低了溶出蝕的危害。
杜應吉等[6]也做了相關實驗，他們將納米基混凝性劑摻入混凝土中，在電子顯微鏡下觀察發現混凝土內的大孔和微孔數量均大幅下降，使混凝土的的密實度提高，從而提高混凝土（砂漿）的抗滲性。數據顯示摻入納米基混凝性劑的試件比相同配比的普通混凝土試件的抗滲性提高了30%。
李晗等[7]試驗方法是將標準試件放入氯化Nacl中浸泡24h，取出試件烘干，循環10次。然后鉆取不同深度的混凝土試樣測定氯離子含量。2.5mm 深度NS 摻量0.5%，1.0%和2.0%氯離子含量分別為不摻NS 時的92.7%， 92.3%和91.9%，蘭成明等[9]也做了抗氯離子的滲透試驗，得到了基本相同的數據。
3.納米混凝土抗凍性能的研究
在嚴寒地區凍融循環是影響混凝土耐久性的因素之一，在實際應用中最關心的是混凝土的力學性能，因為強度損失直接關系到建筑物的使用性能及安全。因此研究混凝土的抗凍性能有著非常重要的現實意義。
杜應吉等[8]對于納米混凝土的抗凍性做了以下實驗：采用M7.5的試件，用慢凍法進行實驗，凍融15次后由電子顯微鏡圖片對比發現摻入納米材料后極大改善了混凝土內部結構，封堵了孔徑小于150nm的微孔。使得混凝土的密實度大大增強，從而避免了由于孔隙水結冰膨脹而產生裂縫導致的混凝土結構破壞。
仲曉琳、李順凱[9]研究納米材料對混凝土的抗凍性能試驗采用空白樣與摻量0.75%納米材料的試樣對比，在-10℃條件下做25次凍融循環。測試結果顯示摻0.75%納米材料的混凝土，經25次凍融循環后混凝土的強度損失率為3.2%，而空白樣強度損失率為8.6%?？梢姡瑩饺?.75%的納米材料可以明顯地改善混凝土的抗凍性能。
黃功學、謝曉鵬[5]也針對納米混凝土抗凍性做了實驗研究。數據結果顯示，混凝土動彈性模量損失隨著納米SiO2摻量的增加而減小； 當凍融循環150 次時，納米SiO2摻量為0、1%、3%、5% 時混凝土的動彈性模量損失為27.3%、14.9%、7.0%、3.3%。
4.納米混凝土研究趨勢
上述已表明， 納米礦粉（納米SiO2、納米CaCO3等）的摻入對混凝土的強度及耐久性等性能有明顯的改善作用，但目前納米礦粉的價格很高， 這就限制了它們在混凝土中的實際應用，需要進一步在納米混凝土的制備技術方面研究探索以降低其成本。再有就是納米材料在水泥中難以達到均勻分散，摻入后易結團，在一定程度上限制了混凝土強度的提高，因此，如何改善納米粒子的分散性，使其在混凝土中均勻的分散以更大的提高混凝土的強度是需要更進一步研究的問題。
【參考文獻】
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[5]黃功學，謝曉鵬.納米Si02對水工混凝土耐久性影響試驗研究[J].人民黃河，2011（7）.
[6]杜應吉，韓蘇建，姚汝方，李元婷.應用納米微粉提高混凝土抗滲抗凍性能的試驗研究[J].功能材料，2004（7）.
[7]李晗，高丹盈，趙軍.纖維納米混凝土力學性能和抗氯離子滲透性能的研究[J].華北水利水電學院學報，2012（12）.
“棄暗投明”的新技術
宋延林笑著說，走上“納米材料綠色制版技術”的研發之路，始自一次“意外”。
那是1995年，正在攻讀博士學位的宋延林，琢磨著自己關于信息存儲材料的研究工作。他不想重復別人的材料體系，于是有了一個大膽的想法：既然當時國際上主流的信息存儲材料是無機材料，那么自己就挑戰一下有機材料。
這在當時并不被人看好，但他與合作伙伴最終成功地將信息存儲點的尺寸從 十幾個納米縮小至1.3個納米。相關論文很快被國際權威學術期刊接受發表，研究成果亦被兩院院士評選為1997年“中國十大科技進展”之一?！斑@給了我一個很大的啟發，不是國外沒有做過的事情就不能做。以前中國人總覺得引領科技進步的一定是西方國家，我們只能一味追趕，似乎最好的成績也只能是縮小與國際先進水平的差距。但事實不應該是這樣?！?/p>
從那天開始，宋延林就打定主意，要做與別人不一樣的東西。多年以后，靈感聚焦于“印刷技術”。
從成像原理來看，印刷技術的發展可以劃分為兩大階段：首先是“物理成像階段”， 基于物理凹凸結構成像，譬如雕版印刷、木活字印刷、鉛字印刷。接下來是“化學成像階段”，基于化學感光成像，主要有兩種技術，一種是激光照排技術，上世紀80年代由王選院士主持研發的漢字激光照排技術，目前仍是中國印刷業的主流技術；另一種是國際上流行的計算機直接制版（CTP）技術。
但無論是激光照排技術還是CTP技術，都是感光成像的過程。激光照排的過程與膠卷曝光類似：先將計算機處理的信息通過激光掃描到感光膠片上，再通過曝光、顯影、定影得到一張底片，底片在涂有感光層的PS版上重復曝光、顯影、沖洗的過程，得到最終印版。
“事實上，高質量的信息傳輸，應盡可能減少信息轉換的環節。有沒有一種辦法，可以直接打印出印版，省略化學顯影過程呢？”
宋延林首先考慮的是確定印版的材料要求。對于印刷而言，印版的圖文區需要“沾油墨”，空白區則“不沾油墨”。高質量的印刷，要求兩個區域必須形成足夠大的反差，否則很容易“糊版”。宋延林根據信息存儲中提高信噪比的要求和納米材料控制表面性質的研究基礎，在印版表面形成特殊的納米結構，確保圖文區和空白區有足夠的反差，且界面清晰。
不過事情遠沒有大功告成，“耐印力”成為緊跟著必須面對的挑戰。“如果要讓這項技術走向市場，必須確保它可以滿足常規生產要求。目前主流印刷版材的耐印力，比如印刷普通報紙，需要在10萬份以上。最終我們通過納米材料的復合增強，使新版材的耐印力達到同一水準?！?/p>
所謂“復合增強”，打個通俗的比方，和增強柏油馬路耐磨性類似：只鋪瀝青的路面極易損壞，在瀝青中摻入石子，就大大提高了耐磨性?！半m然聽起來簡單，但實際操作時，還要保證極其細微的納米顆粒不團聚，特別是在南方、北方零上40℃至零下40℃的溫差下，不沉淀，不堵頭，打印出的墨滴大小要與版材表面張力、納米孔的孔徑形成定量可控的關系，實現所有這些，背后是一系列復雜細致的研究工作?！?/p>
除此之外，由于納米材料綠色制版技術在國際上并無先例可循，因此亦沒有成熟的配套設備。為此，技術團隊還要開發針對報業、商業和票據類的設備及相應軟件。
當一切都從理論化為現實，一種全新的印刷制版技術橫空出世。宋延林一口氣描述它的操作原理：“用計算機處理好全部圖文信息，直接將印版打印出來，圖文區是親油的，空白區是親水的，兩者反差足夠大，足夠耐磨。”
新技術的優勢顯而易見。首先，傳統的化學成像過程，印版與膠片的生產、運輸和使用過程都要嚴格避光，非常麻煩。而納米材料制版技術，則是基于“非感光”的全新原理，宋延林打趣說，有領導說這是個“棄暗投明”的新技術。
其次，依賴化學成像形成的印刷產業鏈，有兩大無法根除的污染。
一是制版的污染。感光成像的化學沖洗過程，是將感光材料全面覆蓋在版基上，然后根據實際圖文情況，將“圖文區”保留，“空白區”侵蝕掉。如此一來，80%以上的感光材料都被浪費，同時造成每年百萬噸量級的廢液排放。
二是版基的污染。目前主流印刷制版技術的鋁版基制備，實際是一個電解氧化的過程，電解液里的濃酸，會腐蝕消耗鋁材，再加之曝光過程中的損耗，大量的鋁材變成污染物被浪費，并造成嚴重的金屬離子污染。而廢酸用石灰中和后，又會形成大量廢渣。
“納米材料印刷制版技術是用計算機直接打印制版，沒有化學腐蝕過程，既不會形成廢液、廢渣污染，也不會損失鋁材。被消耗的僅僅是打印的墨水，成本優勢明顯，有可觀的利潤空間，且可以通過鼠標簡便操作?！彼窝恿终f，這是令他自豪的一點。
他永遠都記得，有一期《時代周刊》的封面觸目驚心：一只巨大的iphone手機，連接著一座冒著黑煙的工廠，用醒目的字體探討這只“神器”為什么會選擇“made in china”（中國制造），結論有二：一靠“廉價人力”，二靠“超級污染”。“中國留給世界的印象，一定要改一改了！事實證明，我們可以拿出領先、環保的綠色解決方案。”
再見，試驗室！