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浅谈纳米技术在化学工业中的应用

时间:2012-12-12栏目:化学化工论文

  浅谈纳米技术在化学工业中的应用
  
  作者/费海娟
  
  摘 要:纳米技术的发明和运用对化学工业的发展有着重要意义,本文简要介绍了纳米科技在材料、生物技术、能源、环境等工业领域的应用。
  
  关键词:纳米技术 材料 生物 能源 环境
  
  人类对自然界的认识长期以来一直沿着宏观宇宙的大尺度和基本粒子的微观尺度两个方向发展。从20世纪中期开始,人们逐渐发现,介于宏观和微观之间的尺度——介观尺度也具有重要意义,它是一个人类远未深入了解的尺度范围,纳米科技就是处于这一介观世界中“纳米尺度”上的科学技术。
  
  纳米科技是指在纳米尺度(1——100nm)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性和相互作用,以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。它使人类认识和改造物质世界的手段和能力延伸到原子和分子。纳米科技的最终目标是根据原子、分子及物质在纳米尺度上表现出来的新颖的物理、化学和生物学特性,制造出具有特定功能的产品。
  
  一、纳米材料的应用
  
  从材料的角度看,纳米技术是通过综合控制材料到纳米尺度,引起材料性能发生显著改变,从而用于制备特定功能的产品。纳米材料的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体相比有显著的不同。
  
  纳米材料大致可分为纳米粉体、纳米纤维、纳米薄膜、纳米块体等四类。
  
  纳米粉体材料可用于高密度磁记录材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学仪器抛光材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、各种药物制剂或药物载体等。纳米纤维可用于新型激光或发光二极管材料、高强度纤维(如碳纳米管)等。纳米薄膜可用于气体催化材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体的主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。
  
  二、纳米生物技术的应用
  
  纳米生物技术是纳米生物学的应用,即用先进的物理学、纳米科技手段研究生物学基本问题,特别是在单分子水平上研究生物大分子的结构、功能和相互作用;应用物理学定量的、大规模信息处理的思路和方法革新研究方法,开拓崭新的研究领域。如生物芯片、DNA计算机和生物信息学等等。纳米颗粒能用作医学诊断和治疗的工具,纳米生物技术的方法也用于发展具有多功能特性的新材料和新器件,如纳米生物传感器等。
  
  三、纳米与能源
  
  随着纳米技术的发展,高效率、低成本的太阳能发电将成为现实。
  
  太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生的光电子转移反应。除了发展环保的可充电电池外,超级电容器作为一种新型的储能器件,具有无可替代的优越性。它储存电荷的能力强,并具有充放电速度快、效率高、对环境无污染、循环寿命长、使用温度范围宽、安全性高等特点。(化学化工论文 www.fwsir.com)纳米材料应用于超级电容电极的研究,已经引起了越来越多的关注。以碳纳米管为例,它具有大的比表面积、导电性好、化学性能稳定,被认为是理想的超级电容电极材料。
  
  四、纳米技术在环境问题中的应用
  
  随着纳米材料和纳米技术的日益发展,纳米环保技术也迅速发展,不仅拓展了人类利用资源和保护环境的能力,而且为彻底改善环境和从源头上控制新的污染创造了条件。
  
  纳米材料因具有超大的比表面积及表面原子活性高等特点,对各种有毒有害气体具有很高的吸附效率,通过表面修饰及掺杂等工艺,还可以获得对某些微量物质的特别高的选择吸附功能,可广泛用于空气净化和尾气排放无害化、水净化与污水排放无害化、电磁及噪声污染的有效控制、节能与资源的有效利用等领域。
  
  利用纳米技术还可以制备非常好的催化剂,其催化效率极高。经它催化的石油中硫的含量小于0.01%,因而在燃煤中可加入纳米级助燃催化剂,以帮助煤充分燃烧,提高能源的利用率,防止有害气体的产生。纳米级催化剂用于汽车燃烧催化,有极强的氧化还原性能,使汽油燃烧时不再产生一氧化硫和氮氧化物,根本无需进行尾气净化处理。而各种纳米光催化氧化材料,可以利用光能降解有机物,抗菌除臭,在净化环境、保护健康方面起着越来越重要的作用。
  
  纳米技术将不断发生变化,将大大拓展和深化人们对客观世界的认识,使人们能够在原子、分子水平上制造材料及器件,导致信息、材料、能源、环境、医疗与卫生、生物与农业等领域的技术革命。当然,纳米技术也与其他技术一样,对环境和社会有正负两方面的影响。任何一个新的化合物和产品在批准应用之前都必须进行全面鉴定,在工业化前要经过长期应用研究。当前用以评价这类产品的通用程序和方法将面临许多挑战。
  
  (作者单位:南通广播电视大学)

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