納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

摘 要：納米材料，是指一種擁有特殊功能的新材料，其三維尺寸中至少一維低于100nm，并且其性質(zhì)與其他塊體材料存在差異。納米材料的特殊結(jié)構(gòu)層次使得其擁有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)。就當(dāng)前納米材料的應(yīng)用領(lǐng)域來看，其在電子、能源、生物、航空等行業(yè)中都發(fā)揮著重大的作用?，F(xiàn)文章主要針對(duì)納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：納米材料；化學(xué)化工；應(yīng)用領(lǐng)域

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.019

自從納米材料出現(xiàn)后，其在結(jié)構(gòu)、光電、化學(xué)性質(zhì)等各個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛的應(yīng)用。其憑借著獨(dú)特的物理性質(zhì)與化學(xué)性能在物理、化學(xué)、生物等領(lǐng)域的研究帶來了的新的發(fā)展機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊，其在化學(xué)化工領(lǐng)域中有著十分重要的作用，并且能夠推動(dòng)化學(xué)化工領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展。

1 納米材料及其特性

納米材料是一種在三維空間中至少有一維處于納米尺度，或者由其作為基本結(jié)構(gòu)的材料，其大致相當(dāng)于10-100個(gè)原子緊密排列在一起的尺寸。納米材料的特性主要包括以下幾點(diǎn)：第一，表面效應(yīng)。納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)的比例值隨著粒徑變小而急劇增長(zhǎng)后所導(dǎo)致的性質(zhì)改變[1]。根據(jù)相關(guān)研究表示，伴隨著粒子直徑的縮短，避免原子個(gè)數(shù)的增長(zhǎng)速度迅猛，而表面原子由于周圍缺乏相鄰原子，呈現(xiàn)不飽和性狀態(tài)，強(qiáng)化了納米粒子的化學(xué)活性，從而使得納米材料能夠在吸附、催化等作用上明顯的優(yōu)勢(shì)。第二，小尺寸效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)即為納米粒子的粒徑小于或等于超導(dǎo)態(tài)的相干波長(zhǎng)時(shí)，其周期性的邊界條件將被損害，從而使得納米材料的化學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì)相對(duì)于其他材料來說有著明顯的區(qū)別。小尺寸效應(yīng)不單單顯著擴(kuò)展了納米材料的物理與化學(xué)特性范圍，并且大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。第三，宏觀量子隧道效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子能穿越宏觀系統(tǒng)的壁壘而出現(xiàn)變化的一種特征。這一效應(yīng)對(duì)納米材料的基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用都有著十分關(guān)鍵的作用。宏觀量子隧道效應(yīng)限制了磁盤對(duì)信息存儲(chǔ)量的限制，明確了現(xiàn)代微電子元件微型化的極限。第四，量子尺寸效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子尺寸持續(xù)減少到某一數(shù)值時(shí)，納米能級(jí)周邊的電子能級(jí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x能級(jí)粒[2]。這一效應(yīng)使得納米粒子擁有高水平的光學(xué)非線性、光催化性等特征。總的來說，納米材料與其他材料不同，擁有眾多與眾不同的特性，這使得其在力學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都擁有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，并給資源利用拓展了更大的空間。

2 納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 納米材料在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用

在治理空氣污染、水體污染過程中環(huán)保是最為基礎(chǔ)的要求。納米材料可以在空氣凈化、污水處理中起到重要的作用。在空氣凈化方面納米材料擁有十分廣闊的發(fā)展空間，不單單是由于其擁有細(xì)微的顆粒尺寸，同時(shí)伴隨著納米微粒表面形態(tài)與粒徑的大小有著密切的關(guān)系，粒徑減少其表面會(huì)變得更加粗糙，從而出現(xiàn)凹凸不平的原子臺(tái)階。納米材料與技術(shù)可以被用在汽車尾氣超標(biāo)報(bào)警器與凈化設(shè)備中，顯著降低有毒氣體的排放量。另外，納米材料還可以被用于石油提煉工業(yè)中的脫硫環(huán)節(jié)當(dāng)中[3]。在污水處理方面，要實(shí)現(xiàn)污水處理中將有害物質(zhì)、污染物質(zhì)、細(xì)菌病毒等物質(zhì)去除的目的，可以使用納米材料與技術(shù)來污水中的貴金屬提煉出來，開展循環(huán)利用。不論是水體中的有機(jī)、無機(jī)污染物均可以利用納米微粒光催化作用來將其制造成為礦化物。

2.2 納米材料在涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用

由于納米材料的表面與結(jié)構(gòu)存在一定的特殊性，擁有其他材料無可比擬的優(yōu)勢(shì)，顯示出十分強(qiáng)大的活力。在化學(xué)化工領(lǐng)域中，表面涂層技術(shù)是關(guān)注的熱點(diǎn)之一。納米材料的出現(xiàn)給表面涂層技術(shù)的發(fā)展提供了基于。在使用傳統(tǒng)涂層技術(shù)上應(yīng)用納米材料可以得到納米復(fù)合體系涂層，使用該涂層可以達(dá)到質(zhì)的飛躍與進(jìn)步。在涂料中加入納米材料可以進(jìn)一步提升涂料的防護(hù)能力，從而達(dá)到防紫外線、防大氣侵害等作用。例如，在建筑材料玻璃、涂料中加入納米材料可以達(dá)到顯著減少光透射以及熱傳遞的效果，從而形成隔熱的效用。又例如，在汽車裝飾噴涂行業(yè)中納米TiO2添加入汽車漆面中，可以使得汽車漆面形成一種有魅力的色彩效果。

2.3 納米材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用

催化劑在眾多化工領(lǐng)域中都占據(jù)著十分重要的地位，其能夠控制反應(yīng)時(shí)間、提升反應(yīng)速度與效率，顯著提升經(jīng)濟(jì)效益，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。首先，光催化反應(yīng)。納米粒子作為光催化劑擁有粒徑細(xì)、催化效率高等優(yōu)勢(shì)，十分容易利用光學(xué)手段來對(duì)界面的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行等特點(diǎn)進(jìn)行研究。例如，利用納米TiO2應(yīng)用在高速公路照明裝置的玻璃罩面中，由于其擁有較高水平的光催化活性，能夠?qū)ζ浔砻娴挠臀圻M(jìn)行分解處理，從而保證其良好的透視性。又例如，在火箭發(fā)射所使用的固體燃料推進(jìn)器中，如添加大約為1wt%的超細(xì)鋁或鎳顆粒，可以使得其燃燒使用率增加100%。將表面為180m2/g的碳納米管直接應(yīng)用在NO的催化還原中，從而可以增加NO的轉(zhuǎn)化率。

3 結(jié)束語(yǔ)

納米技術(shù)的出現(xiàn)給人類的生活與生產(chǎn)帶來了重大的影響，其能夠從根源上改善解決人類面臨的眾多問題。尤其是能源、人類健康與環(huán)境保護(hù)等問題。納米技術(shù)探索的最終目的就是要實(shí)現(xiàn)納米材料的應(yīng)用化，用于改善人類的環(huán)境與生活狀態(tài)，相信在不久的以后納米材料將會(huì)在生產(chǎn)生活的更多領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用。納米材料的應(yīng)用將會(huì)成為新產(chǎn)品、新設(shè)計(jì)、新產(chǎn)品的支柱，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新的發(fā)展機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

[1]李延軍.淺談納米新材料在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].勞動(dòng)保障世界（理論版），2013（04）：61-62.

[2]劉華，翟江.納米材料在化工生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].濰坊教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007（03）：37-38+50 .

[3]蔣文，袁若.納米材料在電化學(xué)生物傳感器及生物電分析領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2011（11）：1200-1206.

作者簡(jiǎn)介：張曉蕾（1980-），女，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士研究生，講師，研究方向：化工工藝。