納米材料的功能特性及其應(yīng)用探討

沈琳

(燕山大學(xué)里仁學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

0 引言

納米材料是新世紀(jì)的最新科研成果，這一技術(shù)不僅具有著較快的發(fā)展速度，同時(shí)也得到了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，并為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮著重要的推動(dòng)作用。因此，重視對(duì)納米材料所具有的功能特性及其應(yīng)用做出分析和探討，對(duì)于認(rèn)識(shí)納米材料和推動(dòng)納米材料價(jià)值的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)都具有著重要意義。

1 納米材料的功能特性

1.1 表面效應(yīng)

納米材料的表面原子和總原子數(shù)的比值會(huì)隨著直徑的變小而增大所引起的納米性質(zhì)的變化成為表面效應(yīng)。根據(jù)研究表明，隨著顆粒直徑變小，比表面積將會(huì)顯著的增加。

納米材料是新世紀(jì)的新材料，人們對(duì)納米材料的關(guān)注度越來(lái)越高，作為新世紀(jì)的新材料，納米材料它自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如粒子直徑下降至1 nm時(shí)，表面原子所占的比例為25，粒子表面聚集了全部原子。納米材料的這種特殊的功能特性使得納米材料獲得的關(guān)注度也越來(lái)越高。

1.2 體積效應(yīng)

當(dāng)微粒的尺寸降到一定數(shù)值以后，例如納米等級(jí)納米材料的體積特別特別小，這樣就造成了納米材料中所含的原子就特別的少。

因此，許多現(xiàn)象如果和界面有關(guān)的吸附、催化等物理現(xiàn)象，就不能通過(guò)普通的材料所有的無(wú)限原子個(gè)數(shù)通過(guò)，這樣納米材料的特殊功能特性就體現(xiàn)出來(lái)了，而這種特性就成為體積效應(yīng)。而納米材料的特殊功能特性中的體積效應(yīng)就是納米材料以后發(fā)展特別重要的一個(gè)原因所在。

1.3 量子尺寸效應(yīng)

通俗來(lái)說(shuō)，納米材料的量子尺寸效應(yīng)說(shuō)的是，當(dāng)納米材料中的微粒尺寸下降到一定數(shù)值的時(shí)候，納米材料的數(shù)量能力就會(huì)發(fā)生改變，會(huì)變成跟以前不一樣的材料能級(jí)，就是我們通常所說(shuō)的離散能級(jí)。

納米材料特殊功能特性中的量子尺寸效應(yīng)使得納米材料表現(xiàn)出不同于其他材料的功能特性。例如人們應(yīng)用越來(lái)越廣泛的特異性催化效應(yīng)和強(qiáng)氧化性和強(qiáng)還原性等等，這些都是納米材料不同于其他普通材料所表現(xiàn)的特性所在。

1.4 宏觀量子隧道效應(yīng)

量子隧道效應(yīng)建立在量子力學(xué)粒子具備波粒二象性的基礎(chǔ)之上，主要用來(lái)解釋粒子為什么能夠?qū)哂休^高能量的勢(shì)壘進(jìn)行穿越， 這是一種微觀現(xiàn)象 。 近年來(lái)，在研究中發(fā)現(xiàn)，微顆粒的磁化強(qiáng)度和量子相干器的磁通量等宏觀量也具有隧道效應(yīng) ，這種效應(yīng)極為宏觀量子隧道效應(yīng)。從這一效應(yīng)所具有的研究意義來(lái)看，主要能夠在推動(dòng)微電子學(xué)器件發(fā)展方面發(fā)揮出重要的推動(dòng)作用。

由此可見(jiàn)，納米材料具有著獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)，而這些特性的特殊性也決定了納米材料能夠?yàn)樾虏牧仙踔列鹿に嚨难邪l(fā)和制造提供一條新的思路。由于納米材料研究具有著多領(lǐng)域交叉的特點(diǎn)，因此，不同的學(xué)科對(duì)納米材料研究具有著不同的稱(chēng)謂，如材料學(xué)、晶體學(xué)與原子分子物理學(xué)分別稱(chēng)納米材料為超微顆粒、微晶、團(tuán)簇等，但是需要承認(rèn)的是，無(wú)論是怎樣的稱(chēng)呼，納米材料都將在各個(gè)領(lǐng)域有所作為，尤其是能夠在化工、醫(yī)學(xué)、生物工程等領(lǐng)域中大放異彩。

2 納米材料的應(yīng)用探析

在納米技術(shù)飛速發(fā)展的同時(shí)，納米材料所具有的優(yōu)越性也得到了社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，因此，當(dāng)前包括化工、電子、醫(yī)學(xué)、生物工程等領(lǐng)域都已經(jīng)將納米技術(shù)與納米材料應(yīng)用到本學(xué)科領(lǐng)域的研究中，而納米技術(shù)和納米材料也憑借自身獨(dú)特的生物學(xué)性能和化學(xué)性能等為高科技領(lǐng)域的發(fā)展做出了不容忽視的貢獻(xiàn)，并為傳統(tǒng)行業(yè)重新帶來(lái)了活力與生機(jī)。

2.1 納米材料在工業(yè)行業(yè)中的應(yīng)用

隨著改革開(kāi)放的深化，社會(huì)大眾生活水平越來(lái)越高，工業(yè)發(fā)展水平也越來(lái)越快，而在人們生活需求提升對(duì)工業(yè)發(fā)展所提出的需求推動(dòng)下，納米材料在工業(yè)生活中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。如許多工業(yè)行業(yè)尤其是化學(xué)工業(yè)行業(yè)，對(duì)催化劑的使用越來(lái)越廣泛，催化劑不可以改變化學(xué)反應(yīng)的平衡點(diǎn)，但是催化劑可以控制化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間，提高化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)效率和化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度等。正是這些優(yōu)點(diǎn)使得納米材料在工業(yè)行業(yè)，尤其是在化學(xué)工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。納米材料作為化學(xué)反應(yīng)的催化劑，就可以看到其不同于普通材料的優(yōu)點(diǎn)所在，例如表面積大、催化效率高等，這些都是納米材料所特有的。

2.2 納米材料在醫(yī)學(xué)行業(yè)中的應(yīng)用

與國(guó)際接軌以及中國(guó)醫(yī)學(xué)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，使得納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這讓醫(yī)學(xué)發(fā)展邁上一個(gè)新的臺(tái)階，同時(shí)也使得很多醫(yī)學(xué)難題突破了瓶頸，因此，納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用得到了廣泛的認(rèn)可。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū){米材料的具體應(yīng)用中，納米材料的直徑比很多普通材料的直徑小，這讓納米能夠可以進(jìn)入人體修復(fù)人體的受損部位，也可以利用細(xì)胞分離、細(xì)胞染色體以及直接進(jìn)入人體等多種途徑進(jìn)行研制開(kāi)發(fā)的納米材料。因此，當(dāng)前納米在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為人類(lèi)的健康發(fā)展做出了不可磨滅的功能。

2.3 納米材料在電子行業(yè)中的應(yīng)用

隨著科技的發(fā)展，電子產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，這樣就導(dǎo)致電子產(chǎn)品要去適應(yīng)市場(chǎng)，贏得消費(fèi)者的認(rèn)可，而這要求電子產(chǎn)品必須要有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，從而凸顯出自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。納米材料在電子行業(yè)的應(yīng)用恰恰滿(mǎn)足了很多廠家的需求。納米電子學(xué)，就是納米材料在電子行業(yè)中的應(yīng)用。首先人們要明白什么是納米材料的量子效應(yīng)，這樣才能更好地使納米材料應(yīng)用于電子行業(yè)中。

2.4 納米材料在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而環(huán)境是重中之重，我們每個(gè)人的生活環(huán)境與我們自己的生活質(zhì)量密切相關(guān)，而納米材料則能夠發(fā)揮出優(yōu)化環(huán)境的功能。在紫外線(xiàn)作用下，納米能夠有效降解多種有機(jī)化合物，并能夠使許多不好處理的污染物質(zhì)礦化。因此，納米材料能夠在降解生活垃圾、降解水中的有害物質(zhì)等環(huán)保領(lǐng)域方面大有作為。

3 小結(jié)

納米材料是一種新功能材料，其研究和開(kāi)發(fā)都不成熟，面臨很多問(wèn)題。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于新技術(shù)的需求越來(lái)越高，對(duì)于產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。納米材料的出現(xiàn)滿(mǎn)足了人們的需求。如何充分利用納米材料，是現(xiàn)在工作中急需解決的問(wèn)題，所以我們必須充分認(rèn)識(shí)到納米材料的優(yōu)越性，才能更好地發(fā)揮它的真正價(jià)值。

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