納米材料的科技發(fā)展和實際應(yīng)用

李寧 趙寶

摘要：隨著科技的飛速發(fā)展，人們對于物質(zhì)世界的認(rèn)識從宏觀層面上升到微觀層面。二十世紀(jì)八十年代，科學(xué)家發(fā)明出掃描隧道電子顯微鏡，使得人類能夠看見微觀原子世界。在此基礎(chǔ)之上，納米科學(xué)技術(shù)就慢慢發(fā)展起來，由于納米材料自身諸多的優(yōu)異性能，使其在軍事、科技等方面應(yīng)用潛力無限。本文從納米材料的科技發(fā)展歷程出發(fā)，簡述了什么是納米材料，并對納米材料的誕生和發(fā)展進(jìn)行分析，最后總結(jié)了納米材料的實際應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：納米材料；科技發(fā)展；納米材料應(yīng)用

一、納米材料的科技發(fā)展歷程

（一）納米材料的本質(zhì)和特點

1）納米材料的本質(zhì)。提起納米技術(shù)或者納米材料，人們往往覺得很深奧，離自己的生活很遙遠(yuǎn)，其實納米材料就在我們的身邊，比如自然界中的天然蛋白石、海底沉積物等。不過現(xiàn)在要介紹的納米材料主要指的是人工合成的納米材料。納米材料的關(guān)鍵點在于組成它的基本結(jié)構(gòu)單元粒子的尺寸只有0.1到100納米，其中一納米也就是十億分之一米。盡管這些納米粒子的尺寸很小，但是當(dāng)大量的納米粒子聚集在一起時就會形成特殊的結(jié)構(gòu)，讓宏觀的材料表現(xiàn)出很多優(yōu)異的性能，這就是我們常說的納米材料。

2）納米材料的特點。納米材料往往具有很高的表面能和表面張力，這就使得納米材料表面有很高的活性和吸附性，可以作為很多化學(xué)反應(yīng)的催化劑。另外，納米材料的尺寸和傳統(tǒng)的原子、分子材料相比，其比表面積顯著增加，往往具有較好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能以及特殊的電磁性能和光學(xué)性能。

（二）納米材料的誕生和科技發(fā)展歷程

1）納米材料的誕生。納米材料是在納米技術(shù)發(fā)明以后誕生的，追溯根源，上世紀(jì)九十年代初科學(xué)家們借助掃描隧道電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)了納米粒子的微觀形態(tài)，并提出了納米技術(shù)，隨后衍生出來的納米材料成為了科研界的研究前沿和熱點。

2）納米材料科技發(fā)展的歷程。上個世紀(jì)90年代初，美國最先從事納米材料的研究和運(yùn)用，隨后美國科學(xué)界首先將納米材料科學(xué)納入正式的學(xué)科，這也標(biāo)志著納米科技的研究步入正軌。隨后人們將關(guān)于納米材料的已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的物理化學(xué)特性運(yùn)用到復(fù)合納米材料的設(shè)計中，并成功運(yùn)用到軍事設(shè)備和航空航天領(lǐng)域。近15年來，納米材料在仿生領(lǐng)域和組裝體系的研究成為新的熱點，這將納米科技推向新的科研高潮。

二、納米材料的實際應(yīng)用

1）納米材料在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用。由于納米材料表面具有很高的表面能，在低溫的環(huán)境下就有很強(qiáng)的燒結(jié)能力，所以在冶金過程中是很好的燒結(jié)添加劑。在金屬加工過程中加入由納米材料合成的燒結(jié)添加劑，能夠很好降低金屬粉末的燒結(jié)溫度，使得整個的冶金工藝流程更簡便，得到的金屬產(chǎn)品具有較好的純度。另外，納米材料制備成的燒結(jié)添加劑相比傳統(tǒng)的燒結(jié)添加劑使用壽命更長且容易回收，所以具有更好的市場競爭力。

2）納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。由于人體的DNA分子的尺寸在2納米左右，屬于納米技術(shù)的范疇，可以用納米材料代替人體某些病變的器官進(jìn)行器官移植手術(shù)，治療以前很多疑難雜癥。此外，現(xiàn)在很多醫(yī)學(xué)專家已經(jīng)研究出了由納米材料作為載體的藥物，用來治療多種疾病。由于納米材料良好的滲透性，藥物活性成分負(fù)載在納米材料載體表面，經(jīng)過人體的血液循環(huán)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的達(dá)到病癥的患處，對于治療特定的疾病具有很好的效果，當(dāng)然這方面的應(yīng)用還在發(fā)展當(dāng)中，日后這方面的應(yīng)用技術(shù)也會越來越先進(jìn)。

3）納米材料在化工催化領(lǐng)域的應(yīng)用。現(xiàn)代化工企業(yè)市場競爭非常激烈，如果沒有更高的生產(chǎn)效率和更先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，就會處于優(yōu)勢地位。為了突破當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)的效率瓶頸，我們就需要從生產(chǎn)過程中化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)方向著手。那么，更高效工業(yè)催化劑的研發(fā)就迫在眉睫，而納米材料由于自身超強(qiáng)的負(fù)載性和多空性，注定了它是很好的催化劑活性成分和載體。目前常見的納米材料催化劑有：納米分子篩催化劑，過渡金屬納米材料催化劑，金屬氧化物納米催化劑等等，其中不少已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)之中，給我國的化工領(lǐng)域帶了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

4）納米材料在陶瓷領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米材料已經(jīng)被引入到陶瓷產(chǎn)品的生產(chǎn)之中來。因為納米材料自身多孔性加上缺陷尺寸，使得納米材料陶瓷具有一定的金屬優(yōu)異性能，比如：較好的耐熱性、很好的柔韌性、可觀的硬度。對比傳統(tǒng)的陶瓷，加入納米材料以后的陶瓷克服了前者不少的缺點，這樣就便于陶藝飾品的運(yùn)輸和儲存。

5）納米材料在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。納米技術(shù)最先開始就是服務(wù)于我國的軍事領(lǐng)域，由于納米材料具有高活性的表面能、比表面積較大、重量比重較小等諸多優(yōu)點，可以代替很多傳統(tǒng)的軍用材料而得到廣泛的應(yīng)用，比如“麻雀”衛(wèi)星、納米偵察和傳感器、槍械的內(nèi)部機(jī)械元件、軍用隱形飛機(jī)的外殼涂層材料、士兵的作戰(zhàn)服等等。通過合理地引入納米材料，可以使得軍事裝備的抗壓抗沖擊能力更強(qiáng)且整體重量很小，這很利于士兵野外行動，對于提高士兵作戰(zhàn)能力是大有裨益的。因此，納米材料在軍事領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用在我國的軍事支出中占著舉足輕重的地位，只有掌握了最先進(jìn)的納米技術(shù)，才能保證我國的軍事力量不斷加強(qiáng)。

6）納米材料在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。納米材料除了上述用途之外，在諸如傳感器、電化學(xué)、電磁學(xué)、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域都有著不少的運(yùn)用和發(fā)展。一方面，納米材料比較環(huán)保、比傳統(tǒng)材料更有市場競爭力；另一方面，納米材料很多時候能夠顯著地提高產(chǎn)品的性能和質(zhì)量，可以更大程度地滿足人們的生活需求。當(dāng)然，隨著科學(xué)家們不斷地研究，相信將來納米材料會應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域之中，讓我們的生活變的越來越美好。

三、結(jié)語

納米技術(shù)作為一門新興的科學(xué)技術(shù)，在最近30年里發(fā)展迅速，納米材料作為納米技術(shù)重要組成部分，是當(dāng)前材料領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。本文簡述了納米材料的誕生和科技發(fā)展歷程，最后總結(jié)了當(dāng)前納米材料在我國各個領(lǐng)域中的實際應(yīng)用情況和未來的發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]牛雅芳，任潔.納米科技的發(fā)展及其應(yīng)用綜述.全國“百千萬人才工程”納米材料技術(shù)及應(yīng)用高級研討班會議，2002.

作者簡介：李寧（1986），女，漢族，山東聊城人，碩士，就職于聊城大學(xué)東昌學(xué)院，助教，研究方向：凝聚態(tài)物理；趙寶（1986），男，漢族，山東聊城人，碩士，就職于聊城大學(xué)，講師，研究方向：凝聚態(tài)物理。