納米材料的技術發(fā)展及應用研究

王廷懿

摘要：納米材料具備小尺寸效應，在電學、熱力學以及催化等多個方面有獨特的性能，被稱作21世紀最具發(fā)展前景的材料?；诖?，本文將納米材料作為研究對象，對其技術發(fā)展及應用進行分析。首先介紹了納米技術的發(fā)展概況，然后闡述了納米材料的性能，最后介紹了納米材料的具體應用，以期為相關研究提供理論參考。

關鍵詞：納米材料；納米技術；界面效應

引言：

納米技術最早出現(xiàn)于1974年，納米材料則于80年代出現(xiàn)，納米材料的定義為粒徑在1-100納米之間具有特殊物理化學性能的材料。在經(jīng)過數(shù)十年的研究分析，我國也研發(fā)了先進的納米材料，促進了我國納米材料的發(fā)展，目前常用的納米材料制備方法分為物理和化學兩種，不同制造方法生產(chǎn)的納米材料有不同的應用范圍與應用方式。對納米材料的分析可以提升我國材料行業(yè)的研發(fā)水平，縮短我國與國際領先水平的差距。

一、納米材料的技術發(fā)展概況

相比于我國，國外對納米材料技術就開展了研究。在二十世紀90年代，納米材料及相關技術在世界范圍內(nèi)引起了巨大的轟動。美國、英國、德國、日本等發(fā)達國家及地區(qū)紛紛開始了大規(guī)模的納米材料及技術研究，發(fā)展至今已經(jīng)進入了工業(yè)化實施的階段。我國展開納米材料及技術的研究起步相對較晚，在二十世紀80年代，我國政府才將納米材料及技術的研發(fā)列入國家“重點攻關項目”以及“攀登計劃”中，并在90年代中期達到了高潮。目前，我國納米材料的研發(fā)已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化，并在多個領域中得到了應用。

二、納米材料的性能分析

第一，幾何結(jié)構效應。在納米材料的結(jié)構中，由于主體層板之間的相互作用較弱，所以施加外力時十分容易被打破。由于這樣的性質(zhì)，使其在涂料領域有著較為優(yōu)異的觸變性能。

第二，結(jié)構記憶效應。該性能是納米材料具有的較為獨特的一種性能，這意味著納米材料在經(jīng)過特定的途徑進行結(jié)構的改變后，在特定的條件下能夠恢復至原有的結(jié)構，具有著可逆性。

第三，界面效應。利用有機分子對納米材料進行插層處理后，有機分子鏈會對主體層板產(chǎn)生纏繞作用[1]。這種纏繞作用的實質(zhì)就是無機層狀材料的有機化。其中，有機化的程度受到插層的數(shù)量及種類影響。所以，選擇不同的插層材料，就能夠?qū)缑嫘M行控制。

三、納米材料的具體應用

（一）納米電子學、光電子學以及磁學

現(xiàn)階段，在納米電子學、光電子學以及磁學的發(fā)展中，已經(jīng)能夠?qū)⒐杓呻娐分形㈦娮悠骷木€寬縮小至70nm左右。目前國際上電子器件的線寬最窄能夠達到130nm[2]。若將硅集成電路中的微電子器件的線寬做的更小，則會使電子通過絕緣層，引起電路的短路。

在現(xiàn)階段的研究中，優(yōu)化納米電子電路的措施有兩種：第一，在利用光刻法進行集成電路的制作中，通過雙光子光束技術的量子糾纏態(tài)，能夠?qū)⒓呻娐分形㈦娮悠骷木€寬在極限值的基礎上縮小至25nm；第二，新材料的研制。利用新材料對原有材料硅進行取代，可以使用納米碳管、蛋白質(zhì)二極管、分子電線等進行。

另外，在部分民用領域以及宇航領域中，利用鐵基納米材料所制備的傳感器、超順磁性納米微粒的磁性液體等得到了廣泛的應用。

（二）納米醫(yī)學以及生物學

在生命現(xiàn)象中，納米結(jié)構是一種基本的成分，例如，DNA、RNA、蛋白質(zhì)、病毒等，尺寸都在1-100nm之間。在細胞中，細胞器以及其他結(jié)構可以看做是具有特定功能的納米機械，而在神經(jīng)系統(tǒng)中，信息的反饋與傳遞都是納米技術的體現(xiàn)?？梢哉f，生物過程和生物合成對于新型納米結(jié)構的制作提供了靈感，目前，相關研究人員對于模仿生物特性實現(xiàn)納米級技術控制方面的研究較為重視。

現(xiàn)階段，正在大力研發(fā)的生物芯片包括生物分子芯片（蛋白質(zhì)芯片）、DNA芯片（基因芯片）、細胞芯片等等，都是納米生物工程領域的研究熱門，相關研究成果將直接應用于人類遺傳診斷、藥物開發(fā)以及臨床診斷等。

（三）納米材料的技術在國防科技上的應用

納米材料及其技術對于國防科技領域也有著較為重要的影響。具體來說，將納米電子器件用于虛擬訓練系統(tǒng)中，能夠加強與戰(zhàn)場之間的實時聯(lián)系；將納米探測系統(tǒng)應用于化學、生物以及核武器的探測，能夠提升對常規(guī)武器的打擊以及防護的能力；利用納米衛(wèi)星，能夠使發(fā)射的效應運載火箭依照不同的軌道裕興，對地球的各個區(qū)域進行無死角的監(jiān)視，使得戰(zhàn)場更加透明。

納米材料在隱身技術上的使用是國防軍事領域關注的重點，目前，我國研制的準四代戰(zhàn)斗機殲20，殲20總體上采用了隱身設計，正面RCS值（即雷達反射截面積，飛機對雷達波的有效反射面積）大于F22（美國研制的五代機）。

（四）納米材料的技術在其他領域的應用

相比與其他的物質(zhì)顆粒，納米顆粒的比表面積更大、表面反應的活性較高、催化效率以及吸附能力相對較好，所以在我國化工催化方面得到了廣泛的應用。例如，銀、鉑黑、氧化鐵、氧化鋁等納米粉材作為氧化劑，能夠在高分子聚合氧化、還原以及合成反應中有著更高的反應效率。

在航天領域，通過在火箭固體燃料的燃燒反應中添加納米鎳粉作為催化劑，能夠?qū)⒃械娜紵侍岣?00倍?？梢哉f，納米材料及其技術在多個行業(yè)中都有著較為廣泛的應用。

總結(jié)：

綜上所述，納米材料具有良好的應用前景，需要通過合理應用進行推廣。通過本文的分析可知，納米材料具備多功能特征，其獨有的幾何結(jié)構效應、結(jié)構記憶效應以及界面效應等性能，拓展了納米材料的應用范圍。在納米電子學、光電子學、磁學、納米醫(yī)學、生物學、國防科技以及其他領域中，納米材料技術的應用十分廣泛，有助于我國各個行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，促進了我國的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李申，彭超，蔣志平，楊艷娟，高遠，李國旺.納米技術及納米材料的研究應用和發(fā)展趨勢[J].河南建材，2016（01）：127-130.

[2]樊東黎.納米技術和納米材料的發(fā)展和應用[J].金屬熱處理，2011，36（02）：125-132.