对纳米技术和材料的认识.pdf

对纳米技术和材料的认识 孙成林 亿丰粉碎机械有限公司北京办事处 北京 100044 摘 要 纳米是一种尺度的度量单位 纳米材料被誉为21世纪最有前途的材料 介绍了纳米材料 的分类和制备方法 指出了纳米技术的现状和研究中存在的问题 以及近期的研究课题 认为纳米技术 的研究还在起步阶段 要防止把它爆炒成科学谎言 关键词 微颗粒 纳米 工程技术 近况 综述 中图分类号 TB383 文献标识码 C 文章编号 1009 1904 2005 01 0008 04 1 概述 纳米技术 这一名词现在到处可以见到 生活 中 纳米手机 纳米洗衣机 纳米涂料 纳米羊 绒衫 纳米领带 林林总总与几年以前相比 人们 并不陌生 但是 纳米 究竟是什么东两 仍给普通 老百姓一个不可知的世界 据权威人士谈 迄 今为止 只有抗玷污纺织品 新鲜食品外包装等采用 设施能定期用蒸汽吹扫或用稀酸清洗 上述几种管式反应器都是成熟可用的 由于目 前缺少可供比较的数据 故难于作出判断孰优孰劣 3 2 2 大粒破碎机 近年来除了已经习惯使用的链式和笼式破碎机 之外 又逐渐运用三辊式和锤辊式两种破碎机 1 三辊式破碎机 我国大型DAP NPK和TSP装置中已成功使用 这种破碎机 其主要结构是 自上而下错开排列三 个压辊 处于中间的 2辊可以移动 调节与其他两 辊的间隙 物料呈现S形经过两次碾压下落 当压 辊表面有黏结料需要清理时 可将间隙调节到零 依 靠两辊的挤压力将黏结料挤落 它的特点是 特别适合于容易黏结的物料 破碎 效率高 没有短路 不会出现未经破碎的超大粒物 料 运转平稳 噪声低 靠挤压方法清理压辊上的黏 结料 操作轻巧方便 机壳上结料少 清理和检修工 作量少 这种破碎机很令人满意 预计今后将会更多地 被采用 目前我国还未有生产 仍需从国外进口 有必要加快国产化的进程 2 锤辊式破碎机 它是新开发的一种产品 国内已开始生产但用 得不多 其主要结构是 上下错开排列两个旋转体 上面一个是高速旋转的轴上挂有许多链条 其末端 携带击锤 下面一个是慢速旋转的辊 两者相对旋 转 利用锤子的打击 物料相互撞击和物料向辊子 撞击等多种作用使物料破碎 此种破碎机的特点有 击锤打击力量大 打击面 积大物料不容易短路 破碎效率比链式破碎机高 击 锤上不容易黏结物料 辊子上的结料容易清理 机壳 上结料少 此种破碎机目前还缺少使用经验 需要继续关 注其发展动向 4 结束语 当前我国磷复肥工业发展所面临的新形势就 是 增加产量 调整产品结构 增加高浓度复合肥比 例 创建一批特大型基地 磷肥厂布局逐渐向磷矿产 地转移 一批中小型企业逐步做强做大 改造成为大 型企业 在这些新建和改扩建工程中及时掌握国内 外的技术进步动向 吸取它们的成功经验 选择先进 可靠并适合于国情和当地条件的技术并加以运用至 关重要 定能在高效 节能 环保和降低生产成本方 面发挥重要作用 将为企业创造更好的经济效益和 社会效益 作者简介 陈玉如 1931 男 广东兴宁人 高级工程师 前 南化集团设计院总工程师 从事磷肥与磷复肥工程建设近50年 收稿日期 2004 08 17 8 硫磷设计与粉体工程 S P 一维 指空间两维处于纳米尺度 如纳米丝 纳 米棒 纳米管等 二维 指三维空间中只有一维处 于纳米尺度 如超薄膜 多层膜 超晶格等 按照形态分 可以分为四类 纳米颗粒型材 料 指使用时直接使用纳米颗粒的形态 纳米固体 材料 指使用时尺寸小于15 nm的超微颗粒在高压 下压制成型 或再经一定热处理工序后生成的致密 固体材料 颗粒膜材料 是将颗粒嵌于薄膜中所生 成的复合薄膜 纳米磁性液体材料 是由超微细微 粒包覆一层长键的有机表面活性剂 高度弥散于一 定基液中而构成稳定的具有磁性的液体 对于其特性和研究历程等不再一一介绍了 目前 纳米材料的研究主要集中在两个方面 探索新的合成方法 发展新型纳米材料 系统研究 纳米材料的性能 微结构和谱学特征等 对照常规材 料探究纳米材料的特殊规律 建立描述和表征纳米 材料的新概念和新理论 关于纳米材料制备方法可分成物理法 化学法 综合法等三大类15小类 这些制备方法很多文献和 书籍都有描述 本文不再介绍 4 纳米技术的现状及应关注的问题 这个问题很大 国内各种信息资料很多 大家见 得也很多 值得注意的一点是 世界各国都投入了 大量的资金和人力 因为在纳米科技的研究上大家 都处在同一起跑线上 我国目前也加大了投入 也 要抢占这个制高点 我们从许多媒体看到 几乎每天都有纳米成果 出现 媒体的介绍似乎使人感觉到这种高新技术成 果在很短时间内就可完全得到 有关方面的专家总 结了上个世纪我国纳米研究的重大理论 4 成果 5 和在七大方面的应用 除此之外 国内许多报道微 米粉体技术的杂志也在转向报道纳米科技成果 还 有新问世的 纳米技术 中国材料科技与设备 杂 志 一时间我们似乎已生存在纳米世界之中 许多 人也赶来 纳米世界 要占一个位置 个中许多问题 业内人士各有所见 如果以实用为目标 从科学技 术转化为生产力的观点看 应该承认我们需要的是 实际成果 这好像几十年前的计算机研究 当人们 看到它被普遍使用时才会承认它在生活中实际存 在 纳米技术的研究现在有几个问题必须承认 1 纳米技术是多学科 综合性的科学研究 很多 产品的实现仍然需要10 20年 我国要实现大规 模 低成本的产业化生产还有许多工作要做 目前 研发的许多项目仅有1年到2年时间 实属启动阶 段 细心收集见诸媒体的这些信息可以看出 许多研 究又是重复工作 甲单位在做 乙单位也做 都说自 己有成果 绝大多数高等院校的纳米科研经费都不 超过100万元 这实在太少 6 2 纳米应用技术的研究不足 直接导致纳米科 技产业化率普遍降低 按照国内科研工作的程序 按 进行小试 中试 批量生产和规模生产来划分 粗略 统计大约只有5 的实验室成果能转化为生产实 践 造成这种现象的主要原因 有关专家认为首先 是成果本身不具备产业化条件 缺少领军人物 其次 是产学研联盟还有待形成 有专家认为我国纳米技术的发展还需要迈过几 个门槛 7 1 面临的是缺乏能带来经济效益的规模生产 9 2005年第1期 孙成林 1 对纳米技术和材料的认识 一些相当复杂的设备需要将亿万个原子进行精确地 放置 这些设备的构建工作 有可能耗费宇宙的整个 生命历程 美国麻省理工学院机械工程学专家乔 治 巴巴斯塔说 2 如何将纳米量级和宏观量级之间建立有效桥 梁 当将纳米量级的设备同尺寸较大导线连接时 技术上难以实现 这时你的纳米设备毫无用处 目前 还不清楚纳米科学家如何实现这个问题 美国麻 省理工学院材料科学工程学专家费朗西斯科 史泰 拉斯说 此外有专家认为 目前关于制造纳米量级小型 设备的很多假设都不大合理 3 人们害怕纳米技术进入应用时 会被带入 歧 途 众所周知 目前的转基因食品 超级种子 转基 因作物 等等 都给人们带来许多 搞不清楚 下不 了结论 的争议 因而也怕会产生这样的后果 特别是由于担心纳米技术会带来一些还不能确 定的后果 世界上有些环保组织呼吁停止纳米技术 的研究 直到人们充分认识它对社会环境乃至人类 健康的危害时再进行研究 也有人呼吁 8 应尽快 建立国家纳米毒理研究实验室 目前特别关注的是 纳米技术在药物中存在的未知风险 药物达到纳米 级的时候 可能的毒性有多少 至今还没开展安全 性方面的研究 例如植物类药物采用激光法粉碎 会把化学键打断 又生成其他物质 这种新生成的物 质是原本在药物中不存在的 是否对人体有害 需要 通过大量研究确定 美国科学家研究认为 碳纳米 材料可能损害脑组织 9 在技术上目前存在下述问题 1 对合成纳米颗粒的过程机理缺乏深入研究 对控制微粒的形状 分布 粒度 性能等技术的研究 还很不够 2 对纳米颗粒合成装置缺乏工程研究 能够进 行工业化生产的设备有待进一步研究和改进 以提 高微粒的生产率 产量 并降低成本 3 现有纳米材料的制备技术不成熟 对制备技 术中应具备的工艺条件研究还很不够 已取得的成 果仅停留在实验室和小规模生产阶段 对涉及大规 模生产的装备问题目前研究得很少 4 对纳米颗粒的收集 存放也是急需解决的问 题 5 纳米材料实用化技术的研究不够系统和深 入 对纳米材料的性能测试和表征手段急需改 进 5 纳米技术今后的发展 粉体单元操作的研究方向集中于与超细粉碎结 合最密切的粉碎 分级 纳米微粒技术等 近期的研 究课题见表1 根据 中国技术前瞻报告2003 提出未来10年 表1 超细粉碎技术近期的研究课题 技术分类近期研究课题技术展望 粉碎 1 机械力化学 2 软质物料的粉碎 3 资源再生利用过程的选择性粉碎 4 颗粒复合化 MA 5 粉体表面处理 改性 改质 1 粉碎产物的颗粒形状与结构控制 2 粉碎产物的粒度分布控制 3 完全亚微米产品的粉碎 4 粉碎过程功能复合化 5 纳米颗粒的后处理 分级 1 闭路粉碎分级系统的优化设计与操作 2 工业化规模的湿法超细精密分级 3 资源再生过程中的成分分离 4 筛网在分级机中的利用技术 5 超声波技术在筛分过程中的应用 1 依靠物理特性的分级技术 2 大处理量精密亚微米分级技术 3 高功能性粉体的制备 4 高效 高速的筛分技术 5 20微米以下的筛分技术 6 焚烧灰渣的综合利用技术 纳米微颗粒技术 1 不同材质微颗粒的研究 2 不同种类颗粒在不同领域中的应用 3 微颗粒的团聚与吸附状态的研究 4 颗粒纳米界面结构与作用以及其功能化的应用研究 5 借助于微颗粒与界面设计使材料的高性能化 6 制品的高可靠性与稳定性化及低成本化研究 1 纳米颗粒的实用化技术与普及 2 纳米颗粒集合状态的均质化 3 为颗粒及其运动行为作规律的计算机模拟分析与控制 4 微颗粒工程技术与相关知识的系统化 01 硫磷设计与粉体工程 S P compound phosphate fertilizer technological advance summary suggestion Knowledge on Nano2technology and Materials SUN Cheng2lin Beijing Office of Yifeng Crushing Machinery Co Ltd Beijing 100044 China Abstract Nanometer is a long measure and nano material is taken as the most promising material in the 21st century The classification and preparation methods for nano materials are introduced The existing problems in the current status and The research and the latest research subjects are pointed out It is considered that the nano2technology research is still at the starting stage and it should not be reduced to a scientific lie Key words micro particle nanometer engineering technology recent situation summary Application of DS 1 High Silicon Austenitic Stainless Steel Plate in The Sulfuric Acid Industry QIU De2liang LIU Huan2an ZHAO Cheng2yong Lvshun Bincheng Chemical Equipment Parts Factory Dalian 116049 China Abstract The DS 1 high silicon austenitic stainless steel plate is developed for high temperature concentrated sulfuric acid according to the product needs in the sulfuric acid industry When the alloying component design and manufacturing technique are successful such material is put to industrial application and is used in the drying tower and absorption tower in the sulfuric acid production plant as inner lining and packing support in lieu of ceramic laying and is used to make acid distributors Years of utilization practice shows that DS 1 and DS 2 high silicon austenitic stainless steel not only has excellent resistance to corrosion by hot concentrated sulfuric acid but also has satisfactory cold and hot forming pro2 cessing property and welding property Key words sulfuric acid production dry absorption tower high silicon austenitic stainless steel property application Inspection Methods for Shell and Tube Graphite Heat Exchanger ZHOU Shao2biao Phosphoric Acid Factory of Yunnan Honglin Chemical Co Ltd Kaiyuan 661600 China Abstract The shell and tube graphite heat exchanger is a critical equipment in the concentration operation of wet phos2 phoric acid plant Due to the influence of variousfactors in the production the graphite tubes are prone to damage and the leakage detection is difficult so there are high requirements for the quality of tube replacement The practical experiences for leakage detection leakage stoppage and tube replacement are summarized and the three leakage detection methods three leakage stoppage methods and two tube replacement methods are introduced in detail for your reference Key words shell and tube heat exchanger graphite graphite tube leakage detection leakage stoppage tube re2 placement method Application of Fully Automatic Vertical Filter Press in Commercial Phosphoric Acid Production ZHAO Hui2tian 1 CHEN Y u2ru 2 1 Qinhuangdao Huaying Phosphoric Acid Co Ltd Qinhuangdao 066003 China 2 Nanjing Chemical Industrial Group Design Institute Nanjing 210048 China Abstract The commercial phosphoric acid requires that the solid content shall be less than 1 and the phosphoric acid produced with the wet process can not fully meet such requirement Introduction is made on the use of modified LAR2 OXfilter press to filter the slurry which is a mixture