探析纳米材料在化工行业中的应用

1、探析纳米材料在化工行业中的应用摘要:充满生机的二十一世纪 , 以知识经济为主旋律和推动力正引发 一场新的工业革命 , 节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场 工业革命的核心 , 纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重 要作用, 它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米 材料在化工领域中的几种应用。关键词:纳米材料 ;化工领域; 应用纳米材料 （ 又称超细微粒、超细粉末 ）是处在原子簇和宏观物体交界 过渡区域的一种典型系统 ,其结构既不同于体块材料 , 也不同于单个 的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸 效应等,拥有一系列新颖的物理和化学特性 , 在

2、众多领域特别是在光、 电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。纳米材料在结构、 光电和化学性质等方面的诱人特征 , 引起物理学家、 材料学家和化学家的浓厚兴趣。 80 年代初期纳米材料这一概念形成 以后, 世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和 化学性质 , 使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、 医药等学科的研究带来新的机遇。 纳米材料的应用前景十分广阔。 近 年来, 它在化工生产领域也得到了一定的应用 , 并显示出它的独特魅 力。一、纳米材料的特殊性质（ 一） 力学性质高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构 的材料强度与粒径成反比。纳米材料

3、的位错密度很低 , 位错滑移和增 殖符合Frank-Reed 模型, 其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要 大 , 增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大 , 所以纳迷材料中位错 滑移和增殖不会发生 , 这就是纳米晶强化效应。（ 二）磁学性质 （ 三） 电学性质由于晶界面上原子体积分数增大 , 纳米材料的电阻高于同类粗晶材 料, 甚至发生尺寸诱导金属绝缘体转变 （SIMIT） 。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、 超容 量、超微型低能耗的特点 , 有可能在不久的将来全面取代目前的常规 半导体器件。（ 四 ） 热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶

4、材料和非晶体材料的值, 这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作 用变弱的结果。 因此在储热材料、 纳米复合材料的机械耦合性能应用 方面有其广泛的应用前景。二、纳米材料在化工行业中的应用（ 一） 在催化方面的应用 催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用, 它可以控制反应时间、 提高反应效率和反应速度。 大多数传统的催化剂不仅催化效 率低,而且其制备是凭经验进行 ,不仅造成生产原料的巨大浪费 , 使经 济效益难以提高 ,而且对环境也造成污染。 纳米粒子表面活性中心多 , 为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂 , 可大大提高反应 效率,控制反应速度 , 甚至使原来不能

5、进行的反应也能进行。 纳米微粒 作催化剂比一般催化剂的反应速度提高 1015 倍。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂, 特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒 , 可近似地看成是一 个短路的微型电池 , 用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时 半导体纳米粒子吸收光产生电子空穴对。在电场作用下 , 电子与 空穴分离 ,分别迁移到粒子表面的不同位置 , 与溶液中相似的组分进 行氧化和还原反应。（ 二） 在涂料方面的应用纳米材料由于其表面和结构的特殊性 , 具有一般材料难以获得的优 异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热 点。纳米材料为表面涂层提供

6、了良好的机遇 , 使得材料的功能化具有 极大的可能。 借助于传统的涂层技术 , 添加纳米材料 , 可获得纳米复合 体系涂层 , 实现功能的飞跃 , 使得传统涂层功能改性。 涂层按其用途可 分为结构涂层和功能涂层。 结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和 改性; 功能涂层是赋予基体所不具备的性能 , 从而获得传统涂层没有 的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层 ,抗氧化、耐热、阻燃涂层 , 耐腐 蚀、装饰涂层等 ; 功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层 , 导电、绝缘、半导体特性的电学涂层 , 氧敏、湿敏、气敏的敏感特性 涂层等。在涂料中加入纳米材料 ,可进一步提高其防护能力 , 实现防紫 外线

7、照射、耐大气侵害和抗降解、变色等 , 在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层 ,可利用其光学特性 , 达到 储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜 的纳米材料 , 可以达到减少光的透射和热传递效果 , 产生隔热、阻燃等 效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料 , 所应用 的纳米微粒有氧化铁、 二氧化钛和氧化锌等。 这些具有半导体特性的 纳米氧化物粒子 ,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性 , 因而 能起到静电屏蔽作用 ,而且氧化物纳米微粒的颜色不同 , 这样还可以 通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色 , 克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一 颜

8、色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变, 还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米 TiO2 添加在汽车、轿车的金属闪 光面漆中 , 能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果 , 从而使传统汽车面 漆旧貌换新颜。纳米 SiO2 是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入 纳米 SiO2, 可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米 涂层具有良好的应用前景 , 将为涂层技术带来一场新的技术革命 , 也 将推动复合材料的研究开发与应用。（ 三）在精细化工方面的应用精细化工是一个巨大的工业领域 , 产品数量繁多 , 用途广泛 , 并且影 响到人类生活的方方面面。 纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带 来福音 , 并显示它的独特畦力