纳米材料概述

　　【摘要】纳米技术作为一种新兴科学技术，广泛应用于化工、电子、航空、军事、医学、环保工程和生物工程等领域。本文用简单的语言阐述了纳米材料的含义及性质，以及关于纳米材料安全性的思考。

　　【关键词】纳米材料特性问题

　　在现代信息社会，每年都会出现很多新鲜词汇，而“纳米材料”一词已提了颇有几年。各种广告的宣传中，到处充斥着“纳米”二字，纳米材料显然已经成为商家的重要卖点之一。但是，对大多数人而言，“纳米材料”就是纳米材料，即字面释义，对其真正的概念含义很是模糊，鉴于此，本文用简单的语言对纳米材料、纳米技术进行介绍。

　　1何为纳米材料

　　纳米，是长度单位，用nm来表示。常用的长度单位是米，1nm=10-3μm=10-9m，可以看出纳米是很小的长度单位。举个例子，人的头发丝的直径一般都在7000―8000nm之间，人体红细胞的直径大约为3000-5000nm，而一般的病毒直径在几十到几百纳米之间。纳米材料，简单来说就是粒子尺寸很小在1-100nm之间的，和一般尺寸的材料性质不同的，具有自己特殊物理化学性质的材料。自1990年7月美国召开的第一届国际纳米科学技术学术会议后，纳米材料被正式作为材料科学的一个新分支。现在用的纳米材料大多是人工制备的，属于人工材料，而自然界中也早就存在纳米微粒和纳米固体，如人和动物的牙齿、陨石碎片等都是由纳米微粒构成的。

　　2纳米材料的特性

　　纳米材料又称为超微颗粒材料，颗粒尺度非常接近原子的大小，但又不是平常意义上的微观系统，即纳米材料既不属于微观系统又不属于宏观系统，而是一种介于两者之间的介观系统。由于其非常小的颗粒尺度，使纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，在性质上表现出非常奇异的特性，如在光学、热学、电学、磁学、力学及化学等方面都与传统材料有着显著的不同。被广泛应用于化工、电子、航空、军事、医学、环保工程和生物工程等领域。举例说明。

　　2.1光学特性

　　量变引起质变。颗粒尺寸也一样。当白金（铂）被粉碎成纳米级的尺寸时，就会失去其原有的光泽而呈黑色，颗粒越小，颜色越黑。因为绿色的树叶表明它吸收了其他颜色的光而反射了绿色的光波。黄色的颜料表明吸收了其他颜色波长的光而反射了黄色的光波。而纳米颗粒尺寸已经小于光波波长的尺寸，对光的反射率很低，甚至可以完全消光。利用此特性能达到隐身的效果，可用来制隐身衣、用于军事战略上使飞机隐形等。

　　2.2热学特性

　　正常尺寸的固体材料熔点是固定的，而细化后其熔点将显著降低，10nm以下尤为显著。如银的熔点为670℃，而纳米银颗粒的熔点低于100℃。将纳米银颗粒加入导电浆料中，可进行低温烧结，这样就不必用耐高温的材料基质，既可大大缩减成本，又能大大提高质量。

　　2.3磁学特性

　　生物学家研究发现，鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物之所以从来不会迷失方向，是因为这些生物体内存在着纳米磁性材料为它们准确无误的导航。就像，海龟在美国弗罗里达州产卵，但出生后的幼小海龟却要游到英国寻找食物，长大的海龟还要再回到弗罗里达州产卵。这个过程中海龟需要进行几万千米的长途跋涉，历时5～6年，却从不迷路，它们依靠的就是头部内的纳米磁性材料。可利用纳米颗粒的强矫顽力作成高存储密度的磁记录磁粉，应用于磁带、磁盘、磁卡等。

　　2.4力学特性

　　我们知道，陶瓷通常情况下是非常脆的，但纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有很大的表面积，裸露的表面原子排列很混乱，原子在外力的条件下很容易发生迁移，从而表现出良好的韧性和一定的延展性。经研究，人的牙齿也是因为由磷酸钙等纳米材料构成才具有很高的强度。

　　2.5化学特性

　　纳米粒子是一种极好的催化剂。这是因为粒子细化后，有很高的比表面积和表面能，同时氧化还原势（即催化反应的驱动力）增大，导致粒子的催化活性增高。所以纳米粒子可以作为一种高效、高选择性的催化剂，可用来代替其他昂贵的催化剂，也可以用来降低化学反应条件。比如纳米铂黑可以使乙烯的氧化温度从600℃降低到室温。

　　3纳米材料的利弊

　　由上可知，纳米材料具有很多奇异的性质，可以应用于生产生活的很多方面，它完全有能力彻底改变人们的生活，但是，要想使其广泛推广，还需要解决一些很具挑战性的问题。（1）技术问题。纳米材料的性质和纳米颗粒的尺寸、形状及其微结构有很大的关系，这就对纳米材料的合成提出严格的要求。虽然化学家对合成小分子已有很丰富的经验，但要严格控制纳米颗粒的尺寸范围、形貌结构及分散稳定性，还是需要化学家在合成工艺、反应条件的优化上做大量的工作。现在化学家已经在原有物理方法和化学方法的基础上，建立发展了一系列新的合成方法，如模板合成、超声合成、激光诱导合成、微波合成、电化学合成等。（2）成本问题。如要广泛推广，就需要在解决技术上的问题后，还要尽可能的降低成本。关乎批量生产的最关键因素就是成本问题。现在的纳米材料大多还处于实验室阶段，最根本的原因应该就是成本过高。（3）安全问题。事物都有两面性。纳米材料不仅带来了巨大的经济效益和科技创新，其安全性也逐渐被人们所关注。近两年，大家不再很兴奋的盲目追求纳米材料带来的优异性能，也开始考虑它可能有的安全隐患。比如，纳米颗粒和纳米材料已被越来越广泛的应用于医药、涂料、染料、食品、化妆品和治理环境污染等行业，其在发挥优异特性的同时是否对人、畜、自然环境存在潜在威胁？它的毒理是怎样的？

　　4结语

　　著名的诺贝尔奖获得者R.Feyneman在20世纪60年代就预言：如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。他所说的材料就是现在的纳米材料。现在，纳米材料已经成为人们讨论的一个热点，也已经被应用于越来越多的领域。人们不仅可以穿上防水防霉的隐身服，还能用除菌除臭的地磁砖，更可以用耐磨性、硬度都很好的纳米骨质材料来作为关节或附件，甚至可以用纳米壳来治疗让人谈虎色变的癌症。当然，科技是把双刃剑，目前，大家正在呼吁重点关注纳米材料的毒性研究领域以及绿色纳米材料的课题研究。