鮑羽 袁靜靜

摘要：納米技術(shù)是一種具有重要理論價值和廣闊應(yīng)用前景的新技術(shù)，被譽為21世紀最有前途的技術(shù)之一。本文闡述了該技術(shù)的含義，在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用以及其潛在的突破。

【分類號】X50

1 納米技術(shù)

納米（nm）技術(shù)是指在0.1-100nm范圍內(nèi)，研究電子、原子和分子內(nèi)在規(guī)律和特征，并用于制造各種物質(zhì)的一門嶄新的綜合性科學技術(shù)。納米尺度的物質(zhì)顆粒接近原子大小，此時量子效應(yīng)開始影響到物質(zhì)的性能和結(jié)構(gòu)。由納米級結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的納米材料，在機械性能、磁、光、電、熱等方面與普通材料有很大不同，具有輻射、吸收、催化、吸附等新特性。人類通過在原子、分子和超分子水平上控制了納米結(jié)構(gòu)來發(fā)現(xiàn)納米材料的奇異特征，以及學會有效地利用這些特定功能產(chǎn)品，最終能夠仿照自然生態(tài)中非常復(fù)雜的過程，這也是納米科技的最終目的。

納米技術(shù)包含下列四個主要方面：

（1）納米材料：當物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1-100納米這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。這種既具不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料，即為納米材料。過去，人們只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界，只是以前沒有認識到這個尺度范圍的性能。第一個真正認識到它的性能并引用納米概念的是日本科學家，他們在20世紀70年代用蒸發(fā)法制備超微離子，并通過研究它的性能發(fā)現(xiàn)：一個導(dǎo)電、導(dǎo)熱的銅、銀導(dǎo)體做成納米尺度以后，它就失去原來的性質(zhì)，表現(xiàn)出既不導(dǎo)電、也不導(dǎo)熱。人們就正式把這類材料命名為納米材料。

（2）納米動力學：主要是微機械和微電機，或總稱為微型電動機械系統(tǒng)，用于有傳動機械的微型傳感器和執(zhí)行器、光纖通訊系統(tǒng)，特種電子設(shè)備、醫(yī)療和診斷儀器等，用的是一種類似于集成電器設(shè)計和制造的新工藝。特點是部件很小，刻蝕的深度往往要求數(shù)十至數(shù)百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動機，用于超快速離心機或陀螺儀等。雖然它們目前尚未真正進入納米尺度，但有很大的潛在科學價值和經(jīng)濟價值。

（3）納米生物學和納米藥物學：如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，dna的精細結(jié)構(gòu)等。新的藥物，即使是微米粒子的細粉，也大約有半數(shù)不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。

（4）納米電子學：包括基于量子效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光/電性質(zhì)、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術(shù)的趨勢要求器件和系統(tǒng)更小、更快、更冷。更小是指響應(yīng)速度要快。更冷是指單個器件的功耗要小。但是更小并非沒有限度。

納米技術(shù)是建設(shè)者的最后疆界，它的影響將是巨大的。

2 納米技術(shù)在環(huán)境鄰域的應(yīng)用

納米材料的比表面積大，表面活性中心多，是催化劑的必要條件。國際上已將納米材料作為新一代催化劑進行研究和開發(fā)。近年來的發(fā)展方向是納米復(fù)合化，例如，氟石結(jié)構(gòu)的納米Ce2-x和Cu組成納米復(fù)合材料，可用于汽車尾氣中SO2、CO的消除。已有生產(chǎn)廠家開發(fā)出可以用來代替汽車中的金屬構(gòu)件的納米粒子增強型復(fù)合材料，這種納米復(fù)合材料的廣泛使用可能使汽油的燃燒量每年減少15億升，二氧化碳的排放量每年至少減少50億千克。我國山東小鴨電器集團采用納米復(fù)合抗菌除味塑料制作洗衣機的外筒，具有耐高溫、耐摩擦、耐沖擊、韌性好和硬度高等特點，還有很好的光潔度和很強的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉積，隨時保持洗衣機內(nèi)部清潔，還可以防止細菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，開辟了健康洗衣機的新紀元。

用黏土和聚合物的納米粒子替代輪胎中的炭黑是一項生產(chǎn)環(huán)保型、耐磨損輪胎的新技術(shù)，利用納米材料對紫外線的吸收特性而制作的日光燈管不僅可以減少紫外線對人體的損害，而且可以提高燈管的使用壽命。把具有導(dǎo)電性能的納米顆粒，如炭黑、金屬粒子等加入到高聚物中，可以改善高聚物的導(dǎo)電性，節(jié)約能源。

3 納米技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域的潛在突破

3.1 有效利用資源

納米技術(shù)是從原子和分子開始制造材料和產(chǎn)品。這種從小到大的制造方式需要的材料較少，造成污染程度較低。納米復(fù)合陶瓷，因其優(yōu)異的耐高溫、高強度等性能，有望應(yīng)用于高溫發(fā)動機中，其燃燒熱效率可增加一倍，且燃燒完全，污染降低。由于納米技術(shù)導(dǎo)致產(chǎn)品微型化，使所需資源減少，不僅可達到"低消耗、高效益"，而且成本低廉?？梢灶A(yù)測，未來資源浪費，造價昂貴的大型機械設(shè)備將逐步淘汰，以實現(xiàn)資源消耗率的"零增長"。

3.2 用于對水和空氣的處理

消除水和空氣中最細微的污染物（分別為300nm和50nm），使空氣和飲用水更加清潔。新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力，是普通凈水劑的10-20倍，可將污水中的懸浮物和鐵銹、異味等污物除去。通過納米孔徑的過濾裝置，還能把水中的細菌、病毒去除。凈化和淡化海水的選擇性濾膜，不僅成本低，而且所需量不足目前的十分之一。

3.3 監(jiān)測大氣污染

大氣中含有的C、N、S等元素的氧化物可導(dǎo)致酸雨和溫室效應(yīng)，因此它們在大氣中的含量必須被實時監(jiān)測?，F(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)成本高，不便于移動作業(yè)，所需溫度高，而利用納米材料的高比表面積能對吸附氣體有快速反應(yīng)，吸附后能改變其物理性質(zhì)，且反應(yīng)可逆，具有能再生的特性。研制出可用于監(jiān)測大氣中的有害氣體，可在室溫下工作、造價低廉、體積小的監(jiān)測器。

3.4 提供有效儲氫方式

物理和化學方法儲氫，需要昂貴的設(shè)備。采用納米材料可避免大晶粒儲氫材料在反復(fù)吸收、釋放氫氣的循環(huán)過程中產(chǎn)生的氫脆現(xiàn)象，又可增加吸氫容量和吸氫速率，提供一種有效而清潔的儲氫方式，這種材料如果用來制造燃料電池汽車中的氫容器，可有效避免空氣污染。

4 結(jié)束語

納米技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊，經(jīng)濟效益十分巨大，美國權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，2010年納米技術(shù)市場估計達到14400億美元，納米技術(shù)未來的應(yīng)用將遠遠超過計算機工業(yè)。專家指出，紡織、建材、化工、石油、汽車、軍事裝備、通訊設(shè)備等領(lǐng)域，將免不了一場因納米而引發(fā)的"材料革命"現(xiàn)在我國以納米材料和納米技術(shù)注冊的公司有近100個，建立了10多條納米材料和納米技術(shù)的生產(chǎn)線。加入納米技術(shù)的新型油漆，不僅耐洗刷性提高了十幾倍，而且無毒無害無異味。納米技術(shù)正在改善著、提高著人們的生活質(zhì)量

盡管納米技術(shù)仍有許多問題有待于進一步探索和解決，但它在高科技領(lǐng)域和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中帶來的沖擊是不可否認的。它將成為新世紀信息時代的核心。隨著人們對納米材料研究的深入，納米材料必將出現(xiàn)更為廣闊的應(yīng)用前景，納米材料的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)應(yīng)用也將成為現(xiàn)實?？梢韵嘈牛{米技術(shù)作為一門新興科學，必將對環(huán)境保護產(chǎn)生出深遠的影響，利用納米技術(shù)解決污染問題將成為未來環(huán)境保護發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻：

[1]曹學軍等，神奇的納米技術(shù)，國外科技動態(tài)，2010，9（3）；33-36。

[2]周雙生，周根陶，化學世界，2011，38（8）；399。

作者簡介：鮑羽男（1966-），漢，湖北江陵，本科，副教授，畢業(yè)于湖北大學，主要研究方向：分析化學教學及應(yīng)用。