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淺談納米技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用
淺談納米技術(shù)在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用作者/費(fèi)海娟
摘 要：納米技術(shù)的發(fā)明和運(yùn)用對(duì)化學(xué)工業(yè)的發(fā)展有著重要意義，本文簡(jiǎn)要介紹了納米科技在材料、生物技術(shù)、能源、環(huán)境等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：納米技術(shù) 材料 生物 能源 環(huán)境
人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)長(zhǎng)期以來(lái)一直沿著宏觀宇宙的大尺度和基本粒子的微觀尺度兩個(gè)方向發(fā)展。從20世紀(jì)中期開始，人們逐漸發(fā)現(xiàn)，介于宏觀和微觀之間的尺度——介觀尺度也具有重要意義，它是一個(gè)人類遠(yuǎn)未深入了解的尺度范圍，納米科技就是處于這一介觀世界中“納米尺度”上的科學(xué)技術(shù)。
納米科技是指在納米尺度（1——100nm）上研究物質(zhì)（包括原子、分子的操縱）的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學(xué)科交叉的科學(xué)和技術(shù)。它使人類認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的手段和能力延伸到原子和分子。納米科技的最終目標(biāo)是根據(jù)原子、分子及物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來(lái)的新穎的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性，制造出具有特定功能的產(chǎn)品。
一、納米材料的應(yīng)用
從材料的角度看，納米技術(shù)是通過(guò)綜合控制材料到納米尺度，引起材料性能發(fā)生顯著改變，從而用于制備特定功能的產(chǎn)品。納米材料的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的性質(zhì)和大塊固體相比有顯著的不同。
納米材料大致可分為納米粉體、納米纖維、納米薄膜、納米塊體等四類。
納米粉體材料可用于高密度磁記錄材料、防輻射材料、單晶硅和精密光學(xué)儀器拋光材料、先進(jìn)的電池電極材料、太陽(yáng)能電池材料、高效催化劑、各種藥物制劑或藥物載體等。納米纖維可用于新型激光或發(fā)光二極管材料、高強(qiáng)度纖維（如碳納米管）等。納米薄膜可用于氣體催化材料、光敏材料、平面顯示器材料、超導(dǎo)材料等。納米塊體的主要用途為超高強(qiáng)度材料、智能金屬材料等。
二、納米生物技術(shù)的應(yīng)用
納米生物技術(shù)是納米生物學(xué)的應(yīng)用，即用先進(jìn)的物理學(xué)、納米科技手段研究生物學(xué)基本問(wèn)題，特別是在單分子水平上研究生物大分子的結(jié)構(gòu)、功能和相互作用；應(yīng)用物理學(xué)定量的、大規(guī)模信息處理的思路和方法革新研究方法，開拓嶄新的研究領(lǐng)域。如生物芯片、DNA計(jì)算機(jī)和生物信息學(xué)等等。納米顆粒能用作醫(yī)學(xué)診斷和治療的工具，納米生物技術(shù)的方法也用于發(fā)展具有多功能特性的新材料和新器件，如納米生物傳感器等。
三、納米與能源
隨著納米技術(shù)的發(fā)展，高效率、低成本的太陽(yáng)能發(fā)電將成為現(xiàn)實(shí)。
太陽(yáng)能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用光電材料吸收光能后發(fā)生的光電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。除了發(fā)展環(huán)保的可充電電池外，超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能器件，具有無(wú)可替代的優(yōu)越性。它儲(chǔ)存電荷的能力強(qiáng)，并具有充放電速度快、效率高、對(duì)環(huán)境無(wú)污染、循環(huán)壽命長(zhǎng)、使用溫度范圍寬、安全性高等特點(diǎn)。(化學(xué)化工論文 www.ycxgx.cn)納米材料應(yīng)用于超級(jí)電容電極的研究，已經(jīng)引起了越來(lái)越多的關(guān)注。以碳納米管為例，它具有大的比表面積、導(dǎo)電性好、化學(xué)性能穩(wěn)定，被認(rèn)為是理想的超級(jí)電容電極材料。
四、納米技術(shù)在環(huán)境問(wèn)題中的應(yīng)用
隨著納米材料和納米技術(shù)的日益發(fā)展，納米環(huán)保技術(shù)也迅速發(fā)展，不僅拓展了人類利用資源和保護(hù)環(huán)境的能力，而且為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染創(chuàng)造了條件。
納米材料因具有超大的比表面積及表面原子活性高等特點(diǎn)，對(duì)各種有毒有害氣體具有很高的吸附效率，通過(guò)表面修飾及摻雜等工藝，還可以獲得對(duì)某些微量物質(zhì)的特別高的選擇吸附功能，可廣泛用于空氣凈化和尾氣排放無(wú)害化、水凈化與污水排放無(wú)害化、電磁及噪聲污染的有效控制、節(jié)能與資源的有效利用等領(lǐng)域。
利用納米技術(shù)還可以制備非常好的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01%，因而在燃煤中可加入納米級(jí)助燃催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防止有害氣體的產(chǎn)生。納米級(jí)催化劑用于汽車燃燒催化，有極強(qiáng)的氧化還原性能，使汽油燃燒時(shí)不再產(chǎn)生一氧化硫和氮氧化物，根本無(wú)需進(jìn)行尾氣凈化處理。而各種納米光催化氧化材料，可以利用光能降解有機(jī)物，抗菌除臭，在凈化環(huán)境、保護(hù)健康方面起著越來(lái)越重要的作用。
納米技術(shù)將不斷發(fā)生變化，將大大拓展和深化人們對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)，使人們能夠在原子、分子水平上制造材料及器件，導(dǎo)致信息、材料、能源、環(huán)境、醫(yī)療與衛(wèi)生、生物與農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的技術(shù)革命。當(dāng)然，納米技術(shù)也與其他技術(shù)一樣，對(duì)環(huán)境和社會(huì)有正負(fù)兩方面的影響。任何一個(gè)新的化合物和產(chǎn)品在批準(zhǔn)應(yīng)用之前都必須進(jìn)行全面鑒定，在工業(yè)化前要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期應(yīng)用研究。當(dāng)前用以評(píng)價(jià)這類產(chǎn)品的通用程序和方法將面臨許多挑戰(zhàn)。
（作者單位：南通廣播電視大學(xué)）
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