時間：2023-03-22 17:34:20
導語：在納米技術論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
隨著我國社會經濟發展的腳步逐漸加快，工業生產與各個領域的實際生產過程中所造成的大氣污染也越來越嚴重。據有關部門統計，近年來，我國空氣中的NOX、CO、SO2都處于嚴重超標的狀態，對我國社會發展造成了巨大的影響，嚴重危害著人們的身體健康，對我國環境也造成了巨大的危害。隨著納米技術與納米材料的不斷完善與創新，這一先進技術在我國各個領域的實際應用過程中為我國帶來了全新的發展前景與企業運營理念，幫助我國多個領域實現了生產技術與產品質量的革新，對我國起到了極大地經濟促進作用。針對我國日益嚴重的大氣污染問題，在環境污染治理的過程中，通過對納米技術與納米材料的有效利用，可以有效改善我國大氣污染的現狀，為我國環境治理提供全新的途徑。在納米技術與納米材料實際應用于大氣污染治理的過程中，可分為空氣凈化及噪聲、電磁輻射的控制。空氣凈化又分為脫硫催化劑凈化、汽車尾氣凈化及室內空氣凈化三個部分，其中脫硫催化劑是我國工業生產中的一種燃料催化劑，可以在燃料燃燒的過程中極大降低污染物的排放，是我國納米技術的衍生物。經有關部門檢測，在車輛、飛機等主機正常運作時，所產生的噪聲極易對人體造成干擾與危害，嚴重影響人們的生活質量與身體健康。同時，有關頻電磁場在實際運轉的過程中，與強烈輻射區域具有同等效果，都會對人體健康造成嚴重的影響。因此針對這些問題利用納米材料與納米技術進行治理的過程中，可以通過開發納米劑對機器設備進行充分，有效改善設備運轉時的噪聲污染，并且在TiO2的表面添加含有納米材料的靜電屏蔽裝置，有效降低設備運轉過程中的電磁輻射，為人們的工作與健康提供有效保障。
2納米技術及納米材料實際應用于水污染治理
水資源污染是我國社會發展過程中突出的環境污染問題，對我國經濟發展造成了嚴重的影響。針對我國傳統的水處理方法，采用納米技術與納米材料進行水污染治理可以有效改善我國水處理效率較低的情況，對我國納米技術的發展與環境污染的治理起到了促進作用。無機污染廢水是我國主要的水污染問題之一，這些污染物對人體具有極大的危害性，嚴重者會導致人體患上肝癌與局部腫瘤，屬于重點防治問題。針對水中的重金屬與無機離子，常規的治理方式往往無法保證污染處理的質量，對我國水污染治理造成一定的影響。在納米技術實際應用的過程中，可以通過光催化技術及氧化技術，將水中的金屬離子及無機離子進行有效的轉化與清除，實現無機污水治理的效用。全新的納米技術更可以將污水中的貴重金屬完全提煉出來，達到變廢為寶的作用，對我國環境污染與經濟發展起到一定的促進作用。有機廢水是我國污水治理過程中較為突出的問題，在應用納米材料及納米技術進行防治的過程中，可以利用納米TiO2光催化技術對有機廢水進行合理性的降解，使廢水中的高濃度有機物得到凈化，由于這一技術在實際應用過程中需要相應高頻光系統來維持運作，因此，在利用納米TiO2光催化技術進行有機污水處理的過程中，還可以使用大功率的苯燈電源，利用經濟適用的太陽輻射電源來為納米TiO2光催化技術提供高頻光能，以此保證有機廢水得到有效地降解與凈化，改善我國有機廢水污染問題。同時，還可以利用納米TiO2對農藥污染進行源頭處治理，利用納米TiO2的光催化活性對農藥廢水進行永久性降解，解決農藥廢水的污染問題。
3結束語
【關鍵詞】納米；納米技術；倫理問題； 技術轉型
1.倫理學與納米技術
納米(nanometer，nm)與分米、厘米一樣，是一個長度單位，1納米等于十億分之一米，也就是10-9米，相當于10個氫原子排列成一行的長度，或相當于一根頭發絲直徑的萬分之一。進入21世紀以來，納米技術非常廣泛地應用在醫藥、能源、材料和環境治理等多個方面，已迅速發展成為引領世界科學技術發展的前沿領域之一。納米技術的大肆傳播，已經引起了人們的狂熱的追求和盲目的樂觀 [1]。納米技術自身的特點和發展狀況要求我們從一種徹底不同的角度考慮納米技術的倫理問題，而這種更新穎的倫理方法或觀點應該更注重未來納米技術的發展[2]。
倫理，通常與禁止和限制相關，特別是當它涉及到技術的時候， 其約束是很多的。倫理學可以指導包括確定我們更好的生活的方式，以及告訴我們作為個人也好社會的一部分也好，應該如何爭取和實現我們理想，并且使我們無愧于一個活生生的人。因此，盡管納米技術的倫理問題涉及到禁止和限制，但這不是全部問題之所在，甚至還算不上最重要的部分。
2.與納米技術有關的社會和倫理問題的三個誤區
作為一個社會人，我們已經認識到，學會跟蹤一種新技術應用帶來影響的能力是很重要的，而且對這種技術的倫理方面影響的考慮也是越早越好[3]。然而就與納米技術相關的社會和倫理問題而言，還普遍存在三個誤區。
2.1認為討論倫理和社會問題還為時過早
認為討論倫理和社會問題還為時過早的前提主要來源于兩種主張。一是認為納米技術能力的描述、控制和建設過程，即實踐的納米科學與工程沒有什么社會和道德問題的特點。二是目前還很少有產品含有已經完成了納米粒子的設計，工藝或設備的制定了，更不用說大量生產和廣泛傳播了[4]。如果納米技術的實踐在社會和道德上是無害的或者納米技術本身基本上不存在，那么，社會和倫理方面的考慮必須無限延期下去。
2.2認為現在討論倫理問題意義不大
第二個誤區的前提認為技術創新是必然的--甚至呈現出指數增長--當然，在這一過程中也會伴隨著他的益處。所以，在這種情況下，強調與納米技術革命相關的社會和倫理問題是最沒有意義也最不利的，因為任何東西都可能延緩納米技術為社會做出貢獻的步伐。要想促進社會發展，就要推動技術發展，盡可能地無阻礙、無約束、無監管的去應用和傳播。還有，要健康發展就要教育人民了解納米技術，促進公眾接受它，促進產品的商業化并準備人員和機構以便我們調整、減輕和補救那些意想不到的健康和安全方面的影響。
2.3認為確保公眾接受才是關鍵所在
對于納米技術研究持續性發展的支持，以及將納米技術最終融入到消費產品和合理應用的問題上，公眾對于納米技術的接受程度將成為其中的決定性因素。有一個普遍的觀點，甚至存在于那些大力倡導社會和倫理研究的專家當中，這個觀點認為：通過向公眾顯示關于納米技術的社會性擔憂已經得到了解決，由此幫助納米技術獲得更多的公眾認可度并保證其能夠順利的與國民和國際經濟的發展相結合。
3.納米技術可能引發的社會和倫理問題
納米技術的發展存在著很大的風險和不確定性，在發展和使用新興的納米技術滿足人類和社會緊迫需要的同時，如何充分而合理地去預見和減輕不利的影響或未曾想到的結果，已成為各國政府和科學界關注和研究的一個重要問題[5]。從納米技術的應用及價值來看,具有極大潛力改變我們未來幾十年的生活方式,但正如波普爾所說的，"科學進步是一種悲喜交集的福音"。所以解決其引發諸多的社會和倫理問題勢在必行。
3.1有爭議的道德問題
有爭議的道德問題可能涉及到研究和工程實踐亦或產品使用。例如，納米技術涉及包括轉基因生物體、使用胚胎干細胞和嵌合體的研究、合成生物學、建設人工生物武器的發展、基因專利、和修改人的本性。當然，有爭議的道德問題往往不是獨有的納米技術，雖然在某些情況下，納米技術可能實現它們特別引人注目的或有爭議的開發工具。
3.2社會環境問題
社會環境問題產生于納米技術同社會體制以及納米技術出現的體制背景的相互作用。由于納米技術是一項普遍使用，可以獲得的技術，所以它出現的可能引發的社會環境問題也是廣泛的，例如，獲得技術的公平問題，信息安全和隱私保護問題，知識產權問題，法律和政策問題，各種利益之間的沖突問題等等。納米技術不是環境負擔和利益分布的原因，設計能力，控制和納米級的創建并非天生是不公正的。當考慮了納米技術的特點和實踐，環境正義似乎不是一個納米技術的問題。因此，不把社會環境問題理清楚，納米技術的可靠發展是不完整的。
3.3生命形式問題
生命形式問題出現于納米技術在社會標準，規范和結構，比如家庭結構，社會網絡和生活軌跡等方面。社會規范往往是基于事實，或特定的理解，比如我們彼此的關系和我們與自然環境的關系。納米技術的出現有可能改變這種狀況，如果納米技術，特別是納米醫學能接近它所預期的那樣的那樣，那么與人類繁榮有關的規范將會進一步得到修改。此外，同過去一樣，人類壽命延長和達到期望的健康等將對家庭規范和結構（例如，贍養責任），生活計劃或軌跡（例如，婚姻狀況），以及社會和政治機構產生重大影響。
3.4轉型問題
轉型問題產生于納米技術的潛力，尤其是結合其他新興技術，如生物技術、信息技術、計算機科學、認知科學和機器人技術等來改造人權狀況，而不是僅僅作為形式的生活問題，修改一些參數。這可能是通過以下方式實現的--顯著改變我們原來的生物種類，重建我們與自然環境之間的關系，創造自我意識和自主人工智能或發展強有力的替代環境。在這種情況下，新的道德狀況或將引進一些有關于我們的道德景觀需要重新配置或重新構思的方面。■
【參考文獻】
［1］G..Khushf.The Ethics of Nanotechnology:Vision and Values for a New Generation of Science and Engineering. [J]National Academies Press,2004,(2).
［2］J.P.Dupuy,S.Roeser and A.Grinbaum.Living with Uncertainty:Toward the Ongoing Normative Assessment of Nanotechnology. [J]Research in Philosophy and Technology.2004,(2).
［3］朱鳳清，張帆.納米技術應用引發的倫理問題及其規約機制[J].學術交流，2008,(1).
這是一個小型印刷廠車間,面積只有70平方米左右,不到兩節地鐵車廂那么大。車間有七名女性和一名男性工人,每天的工作是將一種白色涂料噴到有機玻璃板上。
不幸很快就降臨在這些工人的身上:七名女工相繼發病,其中兩名女工去世。
在2009年9月號的《歐洲呼吸雜志》(European Respiratory Journal)上,首都醫科大學附屬朝陽醫院(下稱朝陽醫院)醫生宋玉果及其同事發表研究論文稱,上述女工“所患的可能是‘一種與納米材料有關的疾病’”。
這大概是全球首宗關于納米顆粒可能致命的臨床毒理病例報告。論文的發表,在國際學術界引發了一場小型“地震”。無論那些與納米技術有關的學術會議,還是科學新聞網站和科學家博客,中國女工之死和納米安全都是激烈爭論的話題。
噴涂車間悲劇
從研究論文披露的情況看,七位女工的年齡在18歲至47歲之間,平均不到30歲,在車間工作的時間從5個月至13個月不等。患病之前,她們的身體健康狀況良好。
2007年1月至2008年4月期間,這幾位女工被送到朝陽醫院職業病與中毒科救治。這個科室專業水準較高,其醫生經常被派往中國各個地方,協助處理血鉛超標、重金屬污染等職業安全事件。
女工們的癥狀比較類似。所有病人的肺部都受到嚴重損害,并且有胸腔積液,臉上、手上和胳膊也都出現了嚴重的瘙癢皮疹。其中,有四位女工體內的器官組織還面臨缺血缺氧的危險。
無論對于患者,還是對于醫生,治療過程都令人煎熬。胸腔積液反復出現,常用的治療方法均告失效。
最終,一名19歲的病人在接受外科手術16天之后去世;另外一名29歲的病人在癥狀出現后的第21個月,死于呼吸衰竭。
負責診斷和治療這些女工的,是朝陽醫院職業病與中毒科副主任醫師宋玉果。根據醫院網站的介紹,他多年來從事塵肺、有毒化學物中毒的診治和臨床研究。
宋玉果及其同事開始追究女工們患病的原因,并將嫌疑對象鎖定為那個印刷廠車間的工作環境。
該車間所使用的原料是一種象牙白色的聚合物材料――聚丙烯酸酯混合物。聚丙烯酸酯作為一種黏合劑,廣泛運用于建筑、印刷和裝修材料中,被認為毒性很低。不過,為了讓材料更加結實和耐磨,制造商有時會加入硅、鋅氧化物、二氧化鈦等金屬納米顆粒。
1納米等于1米的十億分之一,大致相當于人頭發絲直徑的數萬分之一。通常,粒徑在100納米以下的材料,均被稱為納米材料。
七名女工和一名男工被分為兩組,每天工作8個至12個小時。工人們每天要將大約6000克聚丙烯酸酯混合物,用勺子涂到機器的底盤上;這些混合物隨即被高壓噴射裝置噴涂在聚苯乙烯材質的有機玻璃板上;然后,有機玻璃板在75攝氏度至100攝氏度的溫度下被加熱烘干。
車間只有一扇門,沒有窗戶。噴射裝置附帶有一個燃氣排氣口,對噴涂過程中產生的煙霧起到一定的排除作用。
女工們發病以后,來自中國疾病預防控制中心、北京疾病預防控制中心、當地疾病預防控制中心的流行病學專家,以及朝陽醫院的醫生,對這家印刷廠的工作環境進行了調查。
在噴射裝置燃氣排氣口的吸氣口中,專家們找到了累積的塵埃粒子。女工們發病前五個月,燃氣排氣口發生了故障。由于室外溫度很低,車間的門也經常被關閉。專家們推斷,在這期間,車間內的空氣流動非常緩慢甚至處于靜止。
這些工人都是工廠附近的農民,沒有任何職業安全衛生知識。她們所得到的惟一用來保護自己的工具,就是棉紗口罩。而且,她們工作時只是偶爾戴戴。
據工人們反映,在噴涂過程中,經常會有一些原料噴濺到他們的臉上和胳膊上。惟一的一名男性工人在工作三個多月后離開,并沒有顯示出任何癥狀。在其他車間工作的工人,其中包括女工們的親屬,也沒有出現類似癥狀。
研究論文沒有透露這家印刷廠的名稱及其所在地區。在朝陽醫院的辦公室,宋玉果也謝絕了《財經》記者的采訪。
女工之死謎團
在女工們的肺部和胸液中,均發現了直徑約30納米的顆粒。而這般尺寸和形態的顆粒,同樣存在于她們接觸的噴涂材料之中。
此外,女工們出現了罕見的非特異性間質性肺炎,以及奇特的肺部增生組織――異物肉芽腫等癥狀。這些癥狀與納米材料毒理的動物實驗結果相似。
宋玉果及其同事因此認為,很可能是納米顆粒導致這些女工發病甚至死亡。
但不少專家對這一結論持有保留態度。
9月1日至3日,在北京舉行的中國國際納米科技會議上,多位專家提及宋玉果及其同事的論文。
美國納米健康聯盟(Alliance for NanoHealth)主席、得克薩斯大學醫學中心教授毛羅法?拉利(Mauro Ferrari)告訴《財經》記者,這篇論文非常重要,但他不認同作者關于納米顆粒導致工人患病和死亡的分析。
法拉利說,要確定納米顆粒與疾病之間的關系,首先應該分析納米顆粒的組分,確認這些顆粒來自工作環境;即便病人肺部的納米顆粒來自工作環境,在沒有對照試驗的情況下,也很難證明這些納米顆粒一定是女工患病的罪魁禍首。
他還強調,這家印刷廠的工作環境惡劣而封閉,有毒化學品和氣體充斥其中,工人們又沒有好的保護措施。這些因素對于工人患病和死亡究竟有怎樣的作用,都值得推敲。
對于論文中的一個推論――納米顆粒進入工人身體的途徑是吸入和皮膚接觸,中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室主任趙宇亮表示,這并不總是正確的。他強調,通過吸入方式進人體內是可能的,但是納米顆粒穿過皮膚直接進入生物體內的證據還很少。
美國麻省大學洛厄爾分校健康與環境學院助理教授迪米特爾?貝羅(Dhimiter Bello)因故取消了行程,未能到北京參加此次學術會議。但他通過電郵對《財經》記者說,在工人肺部和工作環境中都發現納米顆粒,只能說明納米顆粒有可能是一個致病因素。實際上,從論文提供的信息來看,并不能排除其他的可能致病因素。例如,噴涂過程中用到的聚合物材料在高溫下的降解產物,也可能是主要或者惟一造成女工患病的原因。
在貝羅看來,這場悲劇或許不應歸咎于納米顆粒,而應怪罪車間內原始的、不人道的工作條件,“這是一次警醒,無論(悲劇)是否與納米顆粒相關,工作場所的暴露條件都應當被控制在安全范圍內。在這方面,中國還有很長的路要走。”
美國加州大學洛杉磯分校納米毒理研究中心主任安德烈?內奧教授(Andre Nel)也說,在這起事件中,工人們沒有得到應有的生產安全保障,政府部門應該負起監督的責任,以保證生產過程中不會產生對人體和環境有害的物質。
實際上,論文本身也承認了研究存在局限:由于缺乏環境監測數據,無法弄清印刷廠車間納米顆粒的濃度;納米顆粒的組成也不清楚。
此外,令宋玉果及其同事疑惑的是,究竟是特定的納米顆粒,還是所有納米顆粒都有可能致病?如果的確是納米顆粒導致那些女工患病,對其他在工作中也會接觸納米顆粒的工人來說,又意味著什么?
如今,關于女工之死的研究論文已經成為了納米技術研究者們的一個熱點話題。據《財經》記者了解,歐洲和美國還有科學家打算組成一個專家小組,到中國開展調研,并希望取到樣品回去研究。
誘人前景與安全隱患
不管納米顆粒是否被確認為幾位女工悲慘命運的元兇,納米技術的安全性問題都因此再度引發各界關注。
納米技術正在走進人們的生活。從一桶涂料、一瓶防曬霜到一件衣服,都有可能用到納米技術。
納米材料顆粒小、表面積巨大,會顯示出很多獨特的物理化學性質,從而在電子、光學、磁學、能源化工、生物醫學、環境保護等領域有巨大的應用前景。例如,很多納米材料都可用作涂料,替代那些強毒性的化學物質;用碳納米管等納米材料改良電池,可以推動電動汽車的發展,使電力更持久等。
紐約一家名為“盧克斯研究”的市場分析公司稱,2007年銷售的納米技術相關產品,價值約1470億美元。到2015年,這一數字可能突破3萬億美元。
納米技術在展現出誘人前景的同時,其安全性問題也進入了人們的視野。
隨著納米材料的大規模應用,研究人員和工人容易暴露在納米顆粒濃度較大的實驗室或生產車間之中。此外,普通公眾也可能暴露在納米顆粒之下:涂料、化妝品等產品中用到的納米材料,可能在產品損壞或分解時釋放。
這些納米顆粒物可能經過呼吸道吸入、胃腸道攝入、藥物注射等方式進入人體,并經過淋巴和血液循環,轉運到全身各個器官。
根據多項流行病學研究,空氣中的細顆粒物,尤其是納米級別的顆粒物,濃度的大量增加會導致死亡率的增加。倫敦大霧曾經導致居民大量死亡,就是一個被經常引用的案例。
那么,人造的納米材料進入人體后,是否會導致特殊的生物效應,并對人體健康構成危害呢?從理論上說,納米物質由于尺寸小,與常規物質相比更容易透過人體的各道屏障;由于表面積大,也可能有更多毒害人體的方式。
朝陽醫院的宋玉果在8月31日《健康報》發表文章說,相關的動物實驗研究發現,許多納米物質具有明顯的毒性,其中研究較多的為碳納米管、納米二氧化鈦等。一些納米物質還被認為可致動物肺臟、肝臟、腎臟和血液系統等損傷。
對于與納米物質相關的疾病,宋玉果稱之為“納米相關物質疾病”。當然,他也表示,公眾不必為納米物質相關疾病感到恐慌,不是所有納米顆粒物都有毒性。
動物毒理性實驗的結果,也不能簡單地推到人的身上。但由于科學界對納米安全性的研究剛剛開始,幾乎沒有任何相關人體毒理性資料――這也是宋玉果及其同事的論文引起國際科學界高度關注的一個原因。
中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室主任趙宇亮告訴《財經》記者,目前開展過安全性研究的納米材料只有十幾種,還非常有限。但他相信,隨著研究隊伍的壯大和研究投入的加大,將來必定可以從大量的數據積累中尋找到一些規律。
在國際上,納米安全性研究的熱潮大約始于2003年。《科學》和《自然》等著名學術雜志紛紛發表文章,探討納米材料與納米技術的安全問題:納米顆粒對人體健康、自然環境和社會安全等是否有潛在的負面影響。
這之后,各國明顯增加了納米安全性方面的研究。美國的國家納米技術計劃(NNI)將總預算的11%投入納米健康與環境研究。歐盟每年支持三個左右與此相關的項目,每個項目的經費規模在300萬至500萬歐元之間,而歐盟各個國家還有自己國內支持的納米安全性項目。
中國在極力推進納米技術研究和產業化的同時,也開展了納米安全性的研究。其中,中國科學院在2001年就開始籌建納米生物效應與安全性實驗室。科技部在2006年啟動了為期五年的國家重點基礎研究發展計劃(即“973”計劃)項目“人造納米材料的生物安全性研究及解決方案探索”,經費2500萬元,首席科學家由趙宇亮擔任。
不過,趙宇亮告訴《財經》記者,與美國和歐盟相比,中國在納米安全性研究上的投入只是“一個零頭”。
政治決策與公共參與
中國科學家在納米安全性方面的研究工作,得到了國際同行的認可。其中,在每年召開的與納米毒理學相關的國際會議上,幾乎都會邀請中國科學家作大會報告。趙宇亮還與其他科學家共同主編了第一本納米毒理學英文專著。美國納米健康聯盟主席法拉利稱,中國科學家是納米毒理學研究領域的領導者之一。
不過,令趙宇亮感到尷尬的是,美國國家納米技術協調辦公室的官員曾經問他,包括美國、歐盟、英國、日本等很多國家的相關管理部門,都發表了對于納米技術安全性的調研報告、方針和策略,為什么中國沒有?對此,趙宇亮不知如何回答是好。
在美國和歐盟,納米技術及其安全性已經成為政治家們關心的話題之一。它們的環保部門、國家科學與技術委員會,以及其他政府研究機構,會通過白皮書等文件形式,發表政府層面對于納米安全性問題的見解。
其中,2001年,美國在國家科學技術委員會之下建立了國家納米技術協調辦公室,負責協調政府層面之間的納米研究計劃。而納米研究項目的成果,會通過這個辦公室反饋給其他政府機構,幫助科學研究去影響政府決策。
2009年3月,美國食品藥品監督管理局(FDA)還了一份有關納米技術的合作倡議。該局將與納米健康聯盟旗下的八個研究機構合作,以加快建立保障納米醫療產品安全可靠的有效體系。法拉利告訴《財經》記者,在實驗室研究結果與安全性評估的關聯,以及納米技術相關藥物的審批等方面,美國食品藥品監督管理局都做了很多工作。
相比之下,納米安全性在中國似乎局限于科學研究的階段,政府部門仍然保持沉默。
對于納米技術的研究和產業化,各國都在積極支持。其原因正如美國《環境健康展望》雜志所稱,科學界普遍認為,納米材料和納米技術對于社會是十分有益的,能夠提供更好的藥物、更強更輕的產品、對環境更友好的能源和環境技術。
與此同時,為了獲得公眾對于納米技術發展的支持,各國也需要在納米安全性方面進行更多的研究,同時鼓勵公眾參與。在中國納米國際科技會議的閉幕式上,法拉利也特地呼吁加大公眾在納米安全性研究上的參與程度。
實際上,關于納米技術發展的“風險預防”原則,在歐洲和美國等地正深入人心――人們希望在納米技術等新技術的風險出現之前,盡可能地提前進行防范和干預。而公眾及早參與到納米技術研究和政策的討論,是“風險預防”實踐的關鍵環節之一。
英國杜倫大學風險研究所負責人菲爾?麥克納頓(Phil Macnaghten)教授告訴《財經》記者,要想避免納米技術重蹈轉基因技術的覆轍,讓公眾從“上游”參與討論影響納米技術的研究和政策,或許是一個有效的辦法。如果等到技術發展之后再讓公眾在“下游”參與,可能為時已晚,“很難改變公眾業已形成的印象和認識”。
[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：
[1]橋本和仁等［J］. 現代化工. 1996(8):25～28.
[關鍵詞]石油工程 課程 教學 改革 探索
前言
中國文化最高深意之所在，在于“中國人所謂通天人合內外，亦可謂即是自然與人文之會合”[1]。中國儒家好言人道，即人文，緣于儒家經典《周易》之“觀乎人文，以化成天下”。現在我國所提倡的“以人為本”的科學發展觀，可謂與我國傳統學說是一脈相承的。教學必須以人為本，對于自然科學及工程技術領域的教學，在強調理論的同時，除了要與實踐相結合外，還要與人文會合。作者從事高校教學和科研工作二十多年，恰逢盛世，有幸參與學樣的教改研究及“大學生創新性實驗”。現以曾講授過的石油工程專業課《油田化學》、《鉆井液工藝原理》及其專業基礎課《膠體與表面化學》等課程為例，結合相關課程以及目前已完成的“大學生創新性實驗”以及教學改革項目，探索高校專業課及專業基礎課的教改思路。
一、專業及專業基礎課程
《油田化學》是石油工程的專業課程之一，是研究油田鉆井、完井、采油、注水、提高采收率及原油集輸等過程中的化學問題的科學。油田化學其實由鉆井化學、采油化學和集輸化學三部分組成，以無機化學、有機化學、物理化學、膠體化學、表面化學、高分子化學等基礎化學為理論基礎，通過各種類型的油田化學劑來解決油氣鉆進過程中遇到的復雜問題，改造油層及油水井，改善原油在管道中流動狀況，以及分離油氣水，提供高品質原油，減少油田采出水對環境的污染。雖然這三個部分是不同的體系和過程，十分復雜，并且有各自的發展方向，但是它們又是相互關聯的，絕大多數體系屬于或涉及到膠體分散體系（屬于納米技術的范疇）。
《大學》八條目，以格物致知為先。朱子《大學格物補傳》有，因其已知之理而益窮之。雖然石油工程本科生開設了《膠體與表面化學》等基礎課，但實際使用的教材中，膠體理論知識部分中所講述納米材料較少，內容較少，且與實際結合得不夠，講授時安排的學時也很少。其實自從進入21世紀以來，納米技術日新月異，已經影響到我們日常生活的方方面面。因此，我們追蹤了相關學科在納米技術方面的研究熱點及其發展方向，補充講稿，完善教案。盡量做到理論聯系實際，培養學生們的學習興趣，提高他們的學習積極性。
二、納米技術
納米是長度計量單位，1納米是1米的十億分之一，相當于10個氫原子一個挨一個排列起來的長度。納米材料涉及凝聚態物理、化學、材料和生物等領域，被公認為21世紀重點發展的新型材料之一。納米材料現已發展到人工組裝合成有納米結構的材料。
納米技術在油田化學中經常用于鉆井液完井液的暫堵劑以保護油氣層，在油田采出水處理中可以利用納米材料的光催化作用，將采油污水中的油和高分子進行光催化和光降解，使其達到回注地層及外排的水質要求。利用納米技術甚至可以從水和空氣中清除細微污染物，從而提供更清潔的環境和更高質量的水。
三、教改探索
（一）教學探索
作者將自己平時積累的學習及科研經驗，應用到不同層次的教學中。在本科教學中，先側重基礎知識講解，然后再講授膠體的各種性質。在給碩士生講授《現代鉆井液技術》以及給博士生講授《高等膠體化學》時，作者也將納米技術等先進技術引入進來。針對學生們將來的工作，要求學生了解各油田的情況，使每一位學生能更快更好地了解未來的工作。
在本科生教學過程，針對納米材料的特性引入學生感興趣的話題，從而提高學生們的學習興趣。例如，金紅石型納米二氧化鈦可用作涂料，涂層粗糙度小，表面光滑細膩；而銳鈦礦型納米二氧化鈦可以防紫外線，可用在遮陽傘的防紫輻射。女生們比較感興趣的話題是引入納米材料的化妝品，有同學提到互聯網上的天價納米金護膚品的廣告。作者在講解到《膠體化學》中溶膠的光學性質時，以多媒體的形式向學生進行展示金溶膠的顏色。金溶膠粒子逐漸減小時所對應的顏色從紅色到藍色，其實可以呈現出不同的顏色；而金屬銀在50～60納米時，也可以呈現黃色。學生們看了PPT后一目了然，除了不會再受不實廣告宣傳影響外，對本課程的學習更加投入了。此后提問的學生多了，學習的積極性得到普遍提高，學生們的期末考試成績普遍好于往屆。對碩士生及博士生的要求則要求更高一些，除了要求他們對日常生活中所涉及的納米技術有所了解外，還要求他們能夠結合專業知識，研制出可用于石油工程專業領域的納米材料。
在針對來自現場的學生進行培訓時，作者則是與學生多互動，既了解了各油田的研究現狀，又針對一些具體問題提供參考意見。例如，在講解部分黏土礦物對采油工程的影響時，特別提到在深部地層的油層有時會存在綠泥石，而綠泥石中可能有一定含量的鐵元素，在進行強化采油時，不適宜采用酸化作業來提高原油采收率。一些培訓的同學曾在某油田承擔過兩項酸化作業，但在施工后卻發現油井產量非但沒有上升，反而下降了。經學習后發現，就是由于未進行黏土礦物的組成分析。
（二）創新探索
在“大學生創新性實驗”中，作者與本科生一起完成了“鉆井液用超細顆粒的研制”。在近一年的研究過程中，本著“學不厭，教不倦”的精神，不以師自居，鼓勵學生多動手進行實際操作的同時檢索文獻。用孔子的五步學習法啟發學生：博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之[2]。與研究生們一起研制出了多種鉆井液用超細顆粒，并獲得黑龍江省石油學會優秀論文三等獎。在學校的教改項目中，作者還與其他師生一起共同學習和共同實踐，圓滿完成了工作任務。
四、結論
錢穆先生曾說：教與學平等，共一業。師與弟子亦平等，共一生命。教者學者在其全人生中交融為一，始得謂之是教育[1]。作者一直認同錢穆先生的“能于教者中得一學者，則成為一不尋常之師。終其身惟有一大事業斯曰學”。孔子也說過：后生可畏，焉知來者之不如今。我等雖是教者，但應以學生為本，同時也以學習為終生職業。
[參考文獻]
[1]錢穆.現代中國學術論衡.第二版.北京：三聯書店.2005年.p38-60.
并非所有納米物質都有害
納米對于絕大多數人來說，是個新鮮的名詞，提出“納米疾病”似乎并無不妥。但納米畢竟只是一個長度單位，如果依此類推我們提出“厘米疾病”、“毫米疾病”，則顯得有幾分怪異。
納米技術產品是近年研究開發的熱點，雖然各國都在加大對納米技術的研究，但迄今為止，人們對納米材料在環境中的作用及其對人的影響知之甚少。隨著納米技術和納米材料的快速發展，人們接觸納米材料的機會日益增多，納米材料的生物學效應受到人們越來越多的關注。
研究證實，納米顆粒可以在呼吸道及肺泡中沉積，顆粒越小沉積越多。單壁碳納米管粒徑小，質量輕，容易在肺部沉積，引起以肉芽腫為特征的肺部損傷。在體內和體外試驗中，納米二氧化鈦對肺部的損傷程度均大于微米尺度的二氧化鈦顆粒。多項研究表明，大鼠暴露于納米二氧化鈦顆粒后。隨著時間的延長，肺巨噬細胞清除能力下降，二氧化鈦顆粒在肺內滯留增多，并逐漸向間質組織和周圍淋巴結侵襲，導致肺泡上皮損傷、增生等炎癥反應。
目前，研制開發的納米材料種類繁多，并不是所有物質在納米狀態都會呈現出毒副作用，甚至在納米狀態還會呈現毒性減少的趨勢。以石英為代表的結晶型二氧化硅已被證實對人體有很大危害，而有研究表明納米二氧化硅致肺纖維化等慢性毒性效應則可能比標準二氧化硅輕。
對動物有危害≠對人類有危害
迄今為止，納米材料導致的生物學損害作用依然停留在動物實驗階段，還沒有導致人體危害的確切證據。像以往對許多化學品的毒理學研究一樣，對動物有危害，并不等同于對人類有危害。這主要是因為：
1、納米只是計量單位，是否產生生物學損害，要看具體是什么化學物質。
2、目前對于納米材料導致的生物學損害的研究，對所采用劑量報道較少。任何化學品的有害、無害只是相對概念。劑量效應關系是普遍存在的。納米材料是否產生生物學損害，要看接觸者的實際暴露劑量。
3、目前的研究已經證實，不同動物種屬對納米材料的生物學反應存在一定差異。
認定納米材料致病尚缺乏依據
作為曾經醫治過河北7名“怪病”女工并到作業現場進行過實際調研的醫務人員。筆者認為，認定上述患者暴露于納米顆粒環境中缺乏依據，因此認定是納米材料導致了損害同樣缺乏依據。這主要是因為：
1、迄今為止，導致上述患者患病的物質依然沒有得到確認。我院曾經組織多學科，邀請國內諸多專家，多次為上述患者進行會診，也對患者使用的原材料進行過分析。沒有確認患者所使用原材料為納米物質。
2、國內外從事印刷PS版噴涂作業的企業眾多，尚未發現有類似情況發生。上述患者所使用的噴涂劑，是用人單位貪圖廉價所采購的沒有生產廠家標識、沒有產品名稱標識、沒有成分標識的“三無”產品。廉價購得“納米材料”可能性不大。
3、從事印刷PS版噴涂作業的企業，使用的主要物質成分為聚丙烯酸酯。國內有學者用聚丙烯酸酯為實驗動物染毒，沒有復制出胸腔積液和肺損傷的實驗動物；而使用從生產現場獲取的原材料，已經成功復制出胸腔積液和肺損傷的實驗動物。因此。不能認定病因為聚丙烯酸酯納米材料。
論文摘要：介紹了納米磁性材料的用途,闡述了納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結構材料三大類納米磁性材料的研究和應用現狀。
1引言
磁性材料一直是國民經濟、國防工業的重要支柱與基礎，廣泛地應用于電信、自動控制、通訊、家用電器等領域，在微機、大型計算機中的應用具有重要地位。信息化發展的總趨勢是向小、輕、薄以及多功能方向進展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向發展。納米磁性材料是指材料尺寸限度在納米級，通常在1～100nm的準零維超細微粉，一維超薄膜或二維超細纖維（絲）或由它們組成的固態或液態磁性材料。當傳統固體材料經過科技手段被細化到納米級時，其表面和量子隧道等效應引發的結構和能態的變化，產生了許多獨特的光、電、磁、力學等物理化學特能，有著極高的活性，潛在極大的原能能量，這就是“量變到質變”。納米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效應、超順磁性、宏觀量子隧道效應、磁有序顆粒的小尺寸效應、特異的表觀磁性等。
2納米磁性材料的研究概況
納米磁性材料根據其結構特征可以分為納米顆粒型、納米微晶型和磁微電子結構材料三大類。
2.1納米顆粒型
磁存儲介質材料：近年來隨著信息量飛速增加，要求記錄介質材料高性能化，特別是記錄高密度化。高記錄密度的記錄介質材料與超微粒有密切的關系。若以超微粒作記錄單元，可使記錄密度大大提高。納米磁性微粒由于尺寸小，具有單磁疇結構，矯頑力很高的特性，用它制作磁記錄材料可以提高信噪比，改善圖像質量。
納米磁記錄介質：如合金磁粉的尺寸在80nm，鋇鐵氧體磁粉的尺寸在40nm，今后進一步提高密度向“量子磁盤”化發展，利用磁納米線的存儲特性，記錄密度達400Gbit/in2，相當于每平方英寸可存儲20萬部紅樓夢小說。
磁性液體：它是由超順磁性的納米微粒包覆了表面活性劑，然后彌漫在基液中而構成。利用磁性液體可以被磁場控制的特性，用環狀永磁體在旋轉軸密封部件產生一環狀的磁場分布，從而可將磁性液體約束在磁場之中而形成磁性液體的“O”形環，且沒有磨損，可以做到長壽命的動態密封。這也是磁性液體較早、較廣泛的應用之一。此外，在電子計算機中為防止塵埃進入硬盤中損壞磁頭與磁盤，在轉軸處也已普遍采用磁性液體的防塵密封。磁性液體還有其他許多用途，如儀器儀表中的阻尼器、無聲快速的磁印刷、磁性液體發電機、醫療中的造影劑等等。
納米磁性藥物：磁性治療技術在國內外的研究領域在拓寬，如治療癌癥，用納米的金屬性磁粉液體注射進人體病變的部位，并用磁體固定在病灶的細胞附近，再用微波輻射金屬加熱法升到一定的溫度，能有效地殺死癌細胞。另外，還可以用磁粉包裹藥物，用磁體固定在病灶附近，這樣能加強藥物治療作用。
電波吸收（隱身）材料：納米粒子對紅外和電磁波有吸收隱身作用。由于納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規材料要強得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規粗粉大3-4個數量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發現被探測目標，起到了隱身作用。
2.2納米微晶型
納米微晶稀土永磁材料：稀土釹鐵硼磁體的發展突飛猛進，磁體磁性能也在不斷提高，目前燒結釹鐵硼磁體的磁能積達到50MGOe，接近理論值64MGOe，并已進入規模生產。為進一步改善磁性能，目前已經用速凝薄片合金的生產工藝，一般的快淬磁粉晶粒尺寸為20-50nm，如作為粘結釹鐵硼永磁原材料的快淬磁粉。為克服釹鐵硼磁體低的居里溫度，易氧化和比鐵氧體高的成本價格等缺點，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如釤鐵氮、釹鐵氮等化合物。另一方面，開發研制復合稀土永磁材料，將軟磁相與永磁相在納米尺寸內進行復合，就可獲得高飽和磁化強度和高矯頑力的新型永磁材料。轉
納米微晶稀土軟磁材料：在1988年，首先發現在鐵基非晶的基體中加入少量的銅和稀土，經適當溫度晶化退火后，獲得一種性能優異的具有超細晶粒（直徑約10nm）軟磁合金，后被稱為納米晶軟磁合金。納米晶磁性材料可開發成各種各樣的磁性器，應用于電力電子技術領域，用作電流互感器、開關電源變壓器、濾波器、漏電保護器、互感器及傳感器等，可取得令人滿意的經濟效益。
2.3磁微電子結構材料
巨磁電阻材料：將納米晶的金屬軟磁顆粒彌散鑲嵌在高電阻非磁性材料中，構成兩相組織的納米顆粒薄膜，這種薄膜最大特點是電阻率高，稱為巨磁電阻效應材料，在100MHz以上的超高頻段顯示出優良的軟磁特性。由于巨磁電阻效應大，可便器件小型化、廉價，可作成各種傳感器件，例如，測量位移、角度，數控機床、汽車測速，旋轉編碼器，微弱磁場探測器（SQUIDS）等
磁性薄膜變壓器：個人電腦和手機的小型化，必須采用高頻開關電源，并且工作頻率越來越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高頻開關電源進一步向輕薄小方向發展，立體的三維結構鐵芯已經不能滿足要求，只有向低維的平面結構發展，才能使高度更薄、長度更短、體積更小。對于10～25W小功率開關電源，將采用印刷鐵芯和磁性薄膜鐵芯。幾個微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三維立體結構，而是二維平面結構，其物理特性也與原來的立體結構不同，可以獲得前所未有的高性能和綜合性能。
磁光存儲器：當前只讀和一次刻錄式的光盤已經廣泛應用，但是可重復寫、擦的光盤還沒有產業化生產。最具有發展前途的是磁性材料介質的磁光存儲器，其可以像磁盤一樣反復多次地重復記錄。目前大量使用的軟磁盤，由于材料介質和記錄磁頭的局限性，其存儲密度已經達到極限；另外其已經不能滿足信息技術的發展要求，無法在一張盤上存儲更多的圖象和數據。采用磁光盤存儲，就能在一張盤上記錄數千兆字節到數十千兆字節的容量，并且能反復地擦寫使用。
3展望
納米技術是本世紀前20年的主導技術,納米材料是納米技術的核心,是21世紀最有前途的材料,也是納米技術的應用基礎之一。納米科技的發展給傳統磁性產業帶來了跨越式發展的重大機遇和挑戰,納米級磁性材料的開發和研究是磁性材料發展的一個必然方向,但同時也應重視用納米技術改造傳統產業和對現有材料進行納米改性方面的研究,以全面提高企業的技術水平和競爭能力,在世界民族之林樹立中華民族的大旗。
參考文獻
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［2］許改霞，王平，李蓉等.納米傳感技術及其在生物醫學中的應用［J］.國外醫學生物工程分冊，2002，25（2）：49-54.
納米科技和納米材料是20世紀80年代剛剛誕生并正在崛起的高新技術,它是研究包括從亞微米、納米到團簇尺寸(從幾個原子到幾百個原子以上尺寸)之間的物質組成體系的運動相互作用以及可能的實際應用中的科學技術問題,研究內容還涉及現代科技的廣闊領域。世界各國都對納米技術給予了極大關注,美國、日本、德國等發達國家,都將納米技術和納米材料作為研究開發的熱點課題,并得到政府的資金支持。隨著科技發展進步,人類對納米科技的研究日益廣泛深入,納米技術也已開始得到了較大范圍的應用,并越來越深入地影響和改變著人們的生產、生活及思想,而對經濟、政治及社會的影響則更多地體現在各國間對納米科技及其應用的激烈競爭上。具有特異功能的各種納米材料越來越多,由納米材料制備的功能性產品也不斷地被開發出來,開始形成一個新型的納米功能性產品的產業領域。在眾多的納米材料中,一些高性能的納米陶瓷粉體材料,也就是廣義上的無機非金屬納米材料的開發應用最為廣泛和活躍,并已在多種產業和實際產品中得到應用,出現了高性能多功能性納米產品,從而使得許多傳統產業正在發生一場新的技術革命。隨著納米技術和納米材料進入更多的傳統產業和傳統產品中,納米科技將會給整個社會帶來更大的經濟和社會效益,并對人類社會的發展和進步產生深遠地影響。
納米是一個長度單位,1納米等于十億分之一米,20納米相當于1根頭發絲的三千分之一。20世紀90年代起,各國科學家紛紛投入一場“納米大戰”,在0.10―100納米尺度的空間內,研究電子、原子和分子運動規律和特性。
中國科學界不甘人后,1993年中國科學院北京真空物理實驗室操縱原子成功寫出“中國”二字,標志著中國開始在國際納米科技領域占有一席之地,并居于國際科技前沿。研究材料學的專家學者也不甘人后,紛紛把眼光瞄準了“納米”這一新技術領域,使得納米科技和納米技術取得了迅速地發展。隨著納米材料和納米技術進入更多的傳統產業和傳統產品中,納米科技將會給整個社會帶來更大的經濟和社會效益,對人類社會進步產生深遠的影響,同時發展納米科技是轉變經濟發展方式,實現可持續發展的關鍵。戰略性新興產業是新型科技和新型產業的深度融合,代表著科技創新的方向,也代表產業發展的方向,使戰略性新興產業盡早成為國民經濟的先導產業和支柱產業,要大力推動自主創新、提高原始創新能力和關鍵核心技術創新能力,著力突破制約經濟社會發展的關鍵技術問題。加快推進自主創新,緊緊抓住新一輪世界科技革命帶來的戰略機遇,更加注重自主創新能力,加快科技成果向現實生產力轉化,加快科技體制改革,加快建設宏大的創新型科技人才隊伍,謀求經濟增長與發展主動權,形成長期競爭優勢,為加快經濟發展方式轉變提供強有力的科技支撐。
太原高科公司及企業技術中心簡介
太原高科耐火材料有限公司于1989年由高樹森董事長基于創新耐火材料,服務產業經濟的夢想而發起創立。在成立之初,這只是一家簡易的小型耐火材料廠,經過幾年的艱苦奮斗,企業取得了初步的發展。1992年經山西省高新技術委員會認定、國家太原高新技術開發區管委會批準,成立了太原高科耐火材料有限公司(簡稱太原高科)。公司建立了耐火材料生產廠和專門的耐火材料技術研究中心,并被山西省科技廳確立為山西省耐火材料工程技術中心,成為耐火材料行業唯一的國家級高新技術企業。并承擔山西省高端重點行業用耐火材料的技術研究與開發工作。先后研究開發出多種耐火材料高新技術產品,及時將研究成果轉化為生產力,大大促進了企業的發展,同時為技術研究和自主創新提供了雄厚的資金支持,形成了生產與科研相互促進的良好局面。公司與國內多所高等院校、科研機構在產品開發、技術交流等領域建立長期的合作關系,使公司在新產品技術性能、使用性能、技術儲備等方面不斷創新,形成了產學研聯盟,具備研究、開發、生產高技術特種耐火材料能力,形成了自主研發、自主創新和自我實現產業化的良性循環。經過20年的發展,在實現了公司的管理升級和穩步、持續、快速發展的同時,確立了以“以科研為依托,市場為導向”的科技興企的發展戰略。
目前,太原高科已通過ISO9001-2000國際質量體系認證和ISO14001:2004環境管理體系認證,被山西省科委確定為“山西省科技先導型企業”、太原市科技局授予“太原市科技創新示范單位”、太原高新區授予“十佳技術創新項目企業”及“質量管理先進企業”、山西省認定為企業技術中心。最近,中國耐火材料行業協會授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技術研究中心“行業納米材料產業化示范基地”的稱號。
實踐證明,堅持科學發展觀,堅持走自主研發和自主創新的道路是太原高科發展的根本。通過多年的努力,太原高科公司已走出了自主研發、自主創新、自主生產科研成果的路子,由“中國制造”變為“中國創造”,而且實際效益十分突出,在這次金融危機的沖擊下,該企業也受到一定程度的影響,但在高董事長的帶領下克服重重困難,企業產值利潤仍得到了較大增長,并且由于納米科技、納米材料開發成功和應用,企業潛在產值利潤發展空間十分廣闊。這同時也從一個側面說明,我國科技體制改革中建立以企業為主體、產學研結合的技術創新體系,并將其作為全面推進國家創新體系建設的突破口,只有以企業為主體才能堅持技術創新的市場導向,有效整合產學研的力量,確實增強國家競爭力,以企業為主體的創新機制,對科研成果迅速轉化為生產力具有重要的推動作用。
納米耐火材料研究成果概述
耐火材料是鋼鐵、有色金屬、建材、石化、能源、環保、電子、國防等基礎工業領域重要的基礎材料,是高溫工業熱工設備不可缺少的重要支撐材料,與鋼鐵等高溫工業的技術發展相互依存互為促進。為了開發21世紀新一代耐火材料,迫切需要運用尖端的納米技術和納米材料開發后續的納米耐火材料。隨著科學技術進步的日益加快和對納米技術廣泛深入的研究,作為高新技術,納米技術得到了迅速發展和廣泛應用,并且越來越深入地影響和改變著人們的生產、生活及思想,而對經濟、政治及社會的影響則更多地體現在各國間對納米技術及應用的激烈競爭上。耐火材料作為高溫工業,特別是鋼鐵工業服務的基礎材料,它一直伴隨著高溫技術和材料科學的進步而發展。如何應用尖端的納米技術和納米材料來改變耐火材料的組織結構,特別是微觀顯微結構,全面提高耐火材料的各項性能指標,更好地滿足鋼鐵等高溫工業發展及使用需求,一直是廣大耐火材料工作者所關注的熱點問題。因此,高科公司和技術中心研究人員在高樹森董事長的帶領下,對納米技術、納米材料及其在耐火材料領域中應用開展了長期的、多方面的探索與嘗試,并且在此工作基礎上還進行了專題研究和自主創新工作;結果表明,采用納米技術制備的納米陶瓷粉體材料所具有的功能特性,在納米耐火材料領域中應用都能夠充分地顯示出來且得以確認;采用納米技術和納米材料制成的納米耐火材料產品,在鋼鐵工業新技術(如煉鋼二次精煉)中使用,也顯示出令人振奮的使用結果。
近年來,我們對納米技術和納米材料進行了深入研究和自主創新,自2008年至今,在將近兩年的時間里,共申報了六項納米耐火材料發明專利項目,涉及耐火材料的主要品種,前五項發明專利均已公布,并經有關部門嚴格篩選后評定,被列為年度國家重點發明專利項目,并納入國家發明專利實施轉化項目中,還被國家知識產權局出版社編入發明人年鑒中;前兩項發明專利獲第九屆香港國際發明博覽會金獎,又獲第十二屆中國北京國際科技產業博覽會第三屆中國自主創新杰出貢獻獎。2010年這些納米發明專利在第十三屆中國北京國際科技產業博覽會上又獲“中國自主創新杰出貢獻獎”,并在“中國高新企業發展國際論壇”上做了《關于發展納米科技和納米耐火材料自主創新及其產業化》的重要報告。六項納米發明專利項目分別是:
納米耐火材料發明專利之一
納米復合氧化物陶瓷結合鋁―尖晶石耐火澆注料及其制備方法(公布號:101397212A)
納米耐火材料發明專利之二
納米Al2O3薄膜包裹的碳―鋁尖晶石耐火澆注料及其制備方法(公布號:101417884A)
納米耐火材料發明專利之三
納米Al2O3、MgO復合陶瓷結合尖晶石―鎂質耐火澆注料及其制備方法(公布號:101544505A)
納米耐火材料發明專利之四
納米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳―尖晶石鎂質耐火澆注料及其制備方法(公布號:101555153A)
納米耐火材料發明專利之五
納米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C質耐火澆注料及其制備方法(公布號:2101767999A)
納米耐火材料發明專利之六
納米SiO2、CaO復合陶瓷結合硅質耐火澆注料及其制備方法(申請號:201010165554.9)
納米耐火材料系列發明專利的公布,是納米技術和納米材料在耐火材料領域中成功應用的重要標志,也是納米技術和納米材料在傳統產業中自主研發、自主創新的重要發展方向,對鋼鐵等高溫工業的發展和高新技術的應用,作出了重要貢獻。同時,發展納米科技是轉變經濟發展方式,實現可持續發展的關鍵。具有戰略性的納米新興產業是新興科技、新興產業的深度融合,代表著科技創新的方向,也代表產業發展的方向。使納米戰略性新興產業盡早成為國民經濟的先導產業和支柱產業,要大力推動自主創新,著力突破制約經濟社會發展的關鍵技術問題。加快推進自主創新,緊緊抓住新一輪世界科技革命帶來的戰略機遇,更加注重創新,加快自主創新能力,加快科技成果向現實生產力轉化,加強科技體制改革,加快建設宏大的創新型科技人才隊伍,謀求經濟增長與發展主動權,形成長期競爭優勢,為加快經濟發展方式轉變提供強有力的科技支撐。太原高科納米耐火材料的研究及其發明專利成果,大大推動了我國納米技術、納米材料的進步與發展,為耐火材料的發展開辟了一片新天地,也為開發更長壽、更節能、無污染功能化的新型綠色耐火材料帶來了發展空間。為了進一步深入發展納米技術在耐火材料領域中的應用研究,使納米技術在耐火材料領域中得到更廣泛的應用,太原高科將研究開發更多更實用的納米耐火材料發明專利成果,以滿足鋼鐵等高溫工業發展需求,也為鋼鐵等高溫工業技術的實施與發展提供了最佳服務。
發展“綠色耐材” 節能減排
耐火材料是高溫工業的重要基礎材料。在全球大力發展低碳經濟形勢下,實現高溫工業的“綠色化”與耐火材料工業自身的“綠色化”不無關系。綠色耐火材料戰略是關系到我國當前和今后耐火材料行業可持續發展的重要發展戰略。我國在耐火材料總產量和品種數量上是當之無愧的世界第一。但就“綠色度”而言,差距卻甚大,表現在諸如:煉鋼耐火材料的平均比消耗高出國際先進水平1倍以上,高性能、長壽命產品比例少,質量穩定性欠佳,技術附加值不高,能耗高,存在環保和公害問題,某些原料資源短缺等。
我們研究開發的新型納米耐火澆注料及其整體澆注技術,大幅度提高澆注的整體爐襯的使用壽命,節省資源,且節能環保,生產成本相對較低,經濟適應性強,無粉塵,無排放有害氣體,特別是無納米粉體的污染,是真正的綠色耐火材料,適應循環經濟發展要求,具有顯著的經濟效益和社會效益,已達到國際先進水平。該系列項目的大力推廣也將為我國豐富的耐火礦產資源在現代耐火材料應用中提供廣闊的發展前景,將資源變為產品,推動市場效益,可帶動資源產業的更快發展。
建立納米耐材產業化示范基地
我國鋼鐵產量巨大,2009年鋼產量達5.7億噸,位居世界首位,約占世界總產鋼量的47%以上,鋼鐵生產的高速增長是伴隨著流程優化與結構調整來實現的,其重要的就是對加快推進生態文明建設是從清潔生產總體高度上,加快科技創新與進步,繼續將納米技術納入到耐火材料尖端技術之中,進行深入的研究開發和自主創新,并實施產業化,對鋼鐵等高溫工業發展、高新技術的采用與實施、節能減排、提高質量、創新品種都將發揮非常重要的作用。
納米科技和納米材料是21世紀最有發展前景的高新技術,它對國家經濟發展、經濟轉型、傳統經濟改造、自主創新等均具有重要意義。然而,納米科技和納米材料只有在生產實際應用中才能體現出自身的重大價值。國外多個國家都對納米產品的產業化給予特別關注,并且作為納米科技發展水平的重要標志。納米材料制備技術由實驗室轉移到工廠生產勢在必行,在納米技術產業化過程中存在多方面制約納米發展的瓶頸問題。為了解決納米耐火材料產業化中出現的各種瓶頸問題,我們開展長期的專項研究并取得了較好的效果,這就為納米耐火材料產業化鋪平了道路,為加快推進產業結構調整,完善現代產業體系,加快推進傳統產業技術改造,加快發展納米戰略新興產業,全面提升產業技術水平和國際競爭力,都具有重大意義。
為此,建立納米耐火材料產業化示范基地,對當前和今后耐火材料工業和鋼鐵等高溫工業的發展是非常有意義的,而且也是十分緊迫和刻不容緩的。此外,國際間納米技術和納米材料的競爭更多體現在工業生產的納米產品上,太原高科對納米科技和納米耐火材料的研究開發和自主創新作了長期的艱苦努力,并取得多項發明專利成果,并且對納米科技和納米耐火材料繼續開展深入研究和產業化基地建設將會取得更多、更大進展,為我國納米科技發展作出貢獻。產業化示范基地建立后,太原高科將運用多項高新技術,謀求與尖端的納米技術整合,加速納米耐火材料的理論與實際應用研究,為耐火材料行業的納米化發展創造條件和奠定基礎,完成開發成果后,可積極推進開發和創新成果的產業化,及時服務于鋼鐵等高溫工業生產中,使納米技術及早地顯現出經濟效益和社會效益,為科技發展和進步作貢獻,努力把21世紀納米尖端耐火材料的開發與生產做好、做成功;為國家高溫工業的發展繼續作研發與服務;加快傳統工業的改造,促進我國經濟的平穩、快速發展。■
論文摘要:充滿生機的二十一世紀，以知識經濟為主旋律和推動力正引發一場新的工業革命，節省資源、合理利用能源、凈化生存環境是這場工業革命的核心，納米技術在生產方式和工作方式的變革中正發揮重要作用，它對化工行業產生的影響是無法估量的。這里主要介紹納米材料在化工領域中的幾種應用。
納米材料（又稱超細微粒、超細粉末）是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統，其結構既不同于體塊材料，也不同于單個的原子。其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等，擁有一系列新穎的物理和化學特性，在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。
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。
一、納米材料的特殊性質
（一）力學性質
高韌、高硬、高強是結構材料開發應用的經典主題。具有納米結構的材料強度與粒徑成反比。納米材料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。
（二）磁學性質
當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超過1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需要，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。
（三）電學性質
由于晶界面上原子體積分數增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變（SIMIT）。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有可能在不久的將來全面取代目前的常規半導體器件。
（四）熱學性質
納米材料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是由于界面原子排列較為混亂、原子密度低、界面原子耦合作用變弱的結果。因此在儲熱材料、納米復合材料的機械耦合性能應用方面有其廣泛的應用前景。
二、納米材料在化工行業中的應用
（一）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。
（二）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。
（三）在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。
納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，主要包括納米電子學、納米材料學和納米生物學等。21世紀將是納米技術的時代，為此，國家科委、中科院將納米技術定位為“21世紀最重要、最前沿的科學”。納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景。納米科學技術的誕生，將對人類社會產生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源、人類健康和環境保護等重大問題。
參考文獻
[1]張立德，牟季美，納米材料和納米結構，科學出版社，2001.
[2]嚴東生，馮端，材料新星?納米材料科學，湖南科學技術出版社，1998年.