纳米材料在化工中的应用及二维纳米材料的结构优势和应用前景

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1、纳米材料在化工中的应用及二维纳米材料的结构优势和应用前景1、约束材料概述及其在化工中的应用　　纳米材料的结构由表面(界面)结构组元构成，粒径介于原子团簇与常规粉体之间，一般不超过100nm，与电子的德布罗意波长相当。粒径越小的纳米材料，其界面组元的比值越高，低动量电子散射量越大。纳米材料的界面组元中含有相当量的不饱和配位键、端键及悬键。由于不同的纳米材料各具独特效应，如界面效应、小尺寸效应＼量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，进而导致在声、光、电、磁、热、化学作用及力场下，呈现各自不同的特异性能，从而作为吸波材料(隐型材料)、高性能磁记录材料、磁性液体、复

2、合材料、超导材料、新型高效催化剂、发光材料、特种涂料及新型医用材料等逐步应用于国民经济诸多领域。　　纳米材料在化工中的应用主要住以下几方面：　　催化作用方面：纳米粒子由于粒径小，比表面大，故表面活性中心数量多，其催化活性和选择性会加大，产物收率会增高。加用粒径为300nm的Ni作环辛二烯加氢生成环辛烯反应的催化剂，选择性为210，而用传统的Ni催化剂时，选择性仅为24。　　高分子材料改性：利用纳米粒子的特性对高分子材料进行改性，可以得到具有特殊性能的高分子材料或使高分子材料的性能更加优异，同时也拓宽了高分子材料改性理论。　　A．在橡胶改性中的应用：炭黑纳米

3、粒子加入到橡胶中后可显着提高橡胶的强度、耐磨性、抗老化性，这一技术早已在橡胶工业中运用。　　纳米技术在制造彩色橡胶中也发挥了独特的作用，以往的橡胶制品一般为黑色(纳米级的炭黑较易得到)。若要制造彩色橡胶可选用白色纳米级的粒子(加白炭黑)作补强剂和使用纳米粒子级着色剂，此时橡胶制品的性能优异。　　B．在塑料改性中的应用：　　(1)对塑料的增韧作用：添加纳米粒子到塑料中后对增加塑料韧性有较大的作用。用纳米级SiC／Si3N4粒子经钦酸醋处理后填充LDPE，当添加量为5%冲击强度最大，制品冲击强度为55．7kJ／m2，是纯LDPE的2倍多；拉伸到625%仍未断裂

4、，为纯LDPE的5倍。用纳米级CaC03改性HDPE，当CaC03含量为25％时，冲击强度达到最大值，最大冲击强度为纯HDPE的1．7倍，断裂伸长率CaC03含量为16%时最大，约为660％，超过纯的HDPE值。　　(2)塑料功能化：塑料在家用电器及日用品中的应用非常广泛，在塑料中添加具有抗菌性的纳米粒子，可使塑料具有抗菌性且抗菌保持持久。应用此技术现已生产出了抗菌冰箱，实际上就是在制造冰箱塑件时使用的塑料原料中添加了某种纳米粒子，利用该纳米粒子的抗菌特性使塑料具有抗菌杀菌的功能。国内某公司采用该项技术率先开发出无菌塑料餐具、无菌塑料扑克等产品受到市场的欢

5、迎。将纳米Zno或纳米金属粒子添加到塑料中可以得到具有抗静电性的塑料；选用适当的纳米粒子添加到塑料中还可能得到吸波材料，应用于“隐型材料”的生产。　　(3)通用塑料的工程化：通用塑料具有产量大、应用广、价格低等特点，但其性能不如工程塑料；而工程塑料虽性能优越，但价格较高。在通用塑料中通过加入纳米粒子能使其达到工程塑料的性能。如用纳米技术对通用聚丙烯进行改性，其性能达到了尼龙6的性能指标，而成本却降低l／3。　　C．在化学纤维中的应用：近年来出现了各种新型的功能化学纤维，不少情况是应用了纳米技术，如日本帝人公司将纳米Zn0和纳米Si02，混入化学纤维，得到的

6、化学纤维具有除臭及静化空气的功能，这种化学纤维被广泛用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、睡衣等；日本仓螺公司将纳米ZnO加入到聚酯纤维中，制得了防紫外线纤维，该纤维除了具有防紫外线功能外，还具有抗菌、消毒、除臭的功能。与对塑料的改性相似，将金属纳米粒子添加到化学纤维中可以起到抗静电的作用，将银的纳米粒子添加到化学纤维中还有除臭灭菌的作用。?　　D．纳米改性涂料：在各类涂料中添加纳米材料，加纳米Ti02，可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，广泛应用于医院和家庭内墙涂饰；可以制造出防紫外线涂料，应用于需要紫外线屏蔽的场所，例如涂在阳伞的布料

7、上，制成防紫外线纤维；可以制造出吸波隐身涂料，用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业领域及其它需要电磁波屏蔽场所的涂复。在涂料中添加纳米Si02，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍提高，涂料的质量和档次大大升级。据称，纳米改性外墙涂料的耐洗刷性可由原来的1000多次提高到1万多次，老化时间延长2倍多。纳米Zn0添加到汽车金属闪光面漆中可制造出一种汽车专用变色漆。　　目前，纳米材料正在从基础研究阶段向工业化方向发展。已有一些聚合物纳米复合材料实现商品化。德国科学技术部对纳米材料和未来技术市场的潜力进行了分析和预测，估计到2000年后纳米材料结构器件市场容量约为

8、6375亿美元，纳米粉体、纳米复合陶瓷及其他复合材料市场容量约为5