納米材料是膠體嗎
納米材料直徑一般是1-100nm,膠體是一種體系,納米材料只是一種分散質(zhì),沒有形成體系 ,所以不是膠體。
納米材料制備方法
?。?)惰性氣體下蒸發(fā)凝聚法。通常由具有清潔表面的、粒度為1-100nm的微粒經(jīng)高壓成形而成,納米陶瓷還需要燒結(jié)。國(guó)外用上述惰性氣體蒸發(fā)和真空原位加壓方法已研制成功多種納米固體材料,包括金屬和合金,陶瓷、離子晶體、非晶態(tài)和半導(dǎo)體等納米固體材料。我國(guó)也成功的利用此方法制成金屬、半導(dǎo)體、陶瓷等納米材料。
?。?)化學(xué)方法:1水熱法,包括水熱沉淀、合成、分解和結(jié)晶法,適宜制備納米氧化物;2水解法,包括溶膠-凝膠法、溶劑揮發(fā)分解法、乳膠法和蒸發(fā)分離法等。
?。?)綜合方法。結(jié)合物理氣相法和化學(xué)沉積法所形成的制備方法。其他一般還有球磨粉加工、噴射加工等方法。
納米材料在生活中的應(yīng)用
納米科技實(shí)際上涵蓋了一切在納米范圍的物理、化學(xué)的技術(shù)和工藝,說它包羅萬象也不算過分。用納米材料制作的器材重量更輕、硬度更強(qiáng)、壽命更長(zhǎng)、維修費(fèi)更低、設(shè)計(jì)更方便。利用納米材料還可以制作出特定性質(zhì)的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料。不過現(xiàn)在有很多都在炒作概念,很多都局限于實(shí)驗(yàn)室的理論階段,比較現(xiàn)實(shí)的是機(jī)械方面的潤(rùn)滑劑,化工方面的催化劑,還有醫(yī)學(xué)方面的定點(diǎn)超效藥劑。
1.建筑領(lǐng)域
在建筑領(lǐng)域中使用納米技術(shù)可以使結(jié)果相差很大。的確,一些納米技術(shù)的已經(jīng)在市場(chǎng)上得到了應(yīng)用。舉例來說,在環(huán)保項(xiàng)目上我們所看到的新材料和納米二氧化鈦粒子混合,應(yīng)用于窗戶自我清潔,建筑物和道路上。(在米蘭,有7000平方米道路應(yīng)用了這些能材料從而減少了減少60%的二氧化氮水平)。
還有一些納米物質(zhì)加在了新的施工材料中,從而提高機(jī)械強(qiáng)度,耐久性和絕緣性,同時(shí)相對(duì)于傳統(tǒng)的材料降低了重量。舉例來說,納米陶瓷被應(yīng)用于水泥中增加強(qiáng)度。傳感器系統(tǒng)將越來越多地用于施工中,包括監(jiān)察樓宇的環(huán)境和任何機(jī)械的強(qiáng)度。
2.陶瓷領(lǐng)域
納米材料在陶瓷上的應(yīng)用主要是耐高溫、防腐、耐刮花、耐磨等方面,納米陶瓷粉末涂料在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的隔熱保溫效果,不脫落、不燃燒,耐水、防潮,無毒、對(duì)環(huán)境沒有污染。測(cè)驗(yàn)證明,將幾厘米厚的納米陶瓷粉末涂料涂在熱力管道外,就能有效防止熱力向外擴(kuò)散;涂料涂在煉鋼廠等高溫爐內(nèi),能使?fàn)t外表溫度控制在50攝氏度以內(nèi),適用于冶金、化工工業(yè)電廠的熱力鍋爐及焦化煤氣等熱力設(shè)備和熱力管網(wǎng)等高溫設(shè)備的防腐、爐外降溫。
而用于腐蝕條件惡劣環(huán)境中的重防腐納米陶瓷涂料,則能有效防護(hù)航標(biāo)燈座、船舶、石油化工設(shè)施和各類貯罐、橋梁、橋墩、鐵路涵洞、鉆井設(shè)備、海上油田等設(shè)施以及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等生產(chǎn)設(shè)備的外表面,在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)防止強(qiáng)酸堿、鹽霧、凍融、霉菌等的浸漬。
3.能源領(lǐng)域
特別是在太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域有著極好的效果,一組數(shù)據(jù)顯示,如按照2020年全球裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)到500GW左右計(jì)算,每年因灰塵降低發(fā)電量而造成的經(jīng)濟(jì)損失將高達(dá)50億美元。隨著電站裝機(jī)量的不斷增長(zhǎng),這一損失會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重——2030年全球裝機(jī)總量約1400GW時(shí),灰塵造成的經(jīng)濟(jì)損失預(yù)計(jì)將高達(dá)130億美元。而納米涂料被應(yīng)用于光伏太陽(yáng)能電池板表面后有效的防止灰塵的累積,表面細(xì)微的粉塵在雨水沖刷時(shí)即被帶走,達(dá)到自潔防污的效果,可以持續(xù)保持電池板表面的干凈整潔,發(fā)電效率得以保障。
再比如納米燃油添加劑,燃油中納米粒子在燃燒過程中對(duì)燃燒起到催化助燃功能,其燃燒后的粒子具有抑制設(shè)備磨損、改善潤(rùn)滑和自修復(fù)的功能,納米燃油添加劑使熱力學(xué)穩(wěn)定地分散到潤(rùn)滑油中,改變了摩擦的性質(zhì),變滑動(dòng)為滾動(dòng),杜絕了冷啟動(dòng)磨損,減少了摩擦損耗,達(dá)到車輛健康養(yǎng)護(hù)和節(jié)省燃油的目的。
4.金屬材料領(lǐng)域
金屬材料表面處理由過去的電鍍等工藝發(fā)展為更為簡(jiǎn)單的納米涂料涂覆工藝,使金屬表面處理工藝更簡(jiǎn)單,納米涂料在不銹鋼材料表面的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)防指紋、疏水疏油及防污的作用,在其它合金材料表面涂覆納米涂料,可以使金屬材料表面具備抗腐蝕、防銹防潮、耐高溫等特性。
5.傳感器系統(tǒng)
一些傳感器系統(tǒng)被應(yīng)用于建筑中,類似于在環(huán)境一節(jié)中討論的,但這傳感被更多的應(yīng)用于測(cè)試建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度,磨損等,從而讓人們知道在建筑物中存在的安全隱患。當(dāng)傳感器連接到采暖/空調(diào)系統(tǒng)選用最佳設(shè)定,基于傳感器搜集到的數(shù)據(jù)能為建筑物提供環(huán)境監(jiān)測(cè)甚至溫度控制。
納米技術(shù)也可以幫助提供一個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)查看“建筑物的感覺“的詳細(xì)信息。所有傳感器和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳達(dá)到中央節(jié)點(diǎn)處理后付諸實(shí)施。
6.環(huán)保領(lǐng)域
比如納米空氣凈化設(shè)備,納米光催化空氣凈化器,具有光催化殺菌、紫外線殺菌、除塵系統(tǒng)殺菌等三重殺菌功能,它采用納米光催化的機(jī)理和大比表面積、高吸附性能的載體來負(fù)載納米二氧化鈦制備光催化網(wǎng),可以發(fā)揮高效物理吸附和光催化分解的協(xié)同效應(yīng),實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛、苯等有機(jī)污染物的持久分解和對(duì)病菌的及時(shí)殺滅,并且把有機(jī)污染物分解成二氧化碳和水,消除了物理吸附飽和及二次污染的缺陷。
在污水處理中納米材料也有著廣泛應(yīng)用,納米水處理材料以聚丙烯為主要原料,通過加入聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、聚碳酸丁二酸亞丙酯、納米羥基磷灰石、環(huán)氧聚丙烷、聚甲基氫硅氧烷、褐煤蠟酸乙二酯、癸醛、聚乙烯吡咯烷酮、硼硅酸和香芹酚,制得的高效納米水處理材料具有良好的力學(xué)強(qiáng)度和大的比表面積,且具有良好的除去重金屬的作用。
水污染是造成世界范圍內(nèi)死亡和疾病的元兇,因此,為全世界人提供安全的飲用水是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)面臨的重大挑戰(zhàn)。中國(guó)的研究人員使用多種技術(shù)合成的混合型納米顆粒發(fā)明了一種高效且可循環(huán)再生的水過濾器,它能將污水凈化到安全飲用標(biāo)準(zhǔn)。將混合型納米粒子分散進(jìn)纖維素水凝膠中便可以形成這一有效的凈水系統(tǒng)。混合型多功能納米粒子的設(shè)計(jì)策略在環(huán)境科學(xué)的其他領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景。
使用吸附材料凈水是一種思路簡(jiǎn)單、成本低廉且能量利用率高的方法。理想的吸附材料要求具有高度選擇性、多重目標(biāo)性、快速吸附性。雖然吸附方法便捷,但大多數(shù)典型的凈化吸附材料僅有一些理想特性并不能達(dá)到完美。這是因?yàn)橛行┨匦运鼈兲焐褪敲艿模热缯f,對(duì)于污染物的強(qiáng)大結(jié)合力和好的循環(huán)利用性,吸收高度選擇性和多重目標(biāo)性。而混合型多功能納米粒子集理想特性于一身,巧妙地將幾個(gè)不同系列的的污染物吸收整合進(jìn)了一種多功能的粒子中。
7.電子電器領(lǐng)域
目前有很多電器公司已相繼推出了新穎的納米家電。所謂納米家電,就是采用納米技術(shù)生產(chǎn)出來的家用電器。
在納米世界里,物質(zhì)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。如導(dǎo)電性能良好的銅在納米級(jí)就不導(dǎo)電了,而絕緣的二氧化硅在納米級(jí)就開始導(dǎo)電了;二氧化硅陶瓷在通常情況下是很脆的,但當(dāng)二氧化硅陶瓷顆粒縮小到納米級(jí)時(shí),脆性的陶瓷竟然具有了韌性。
當(dāng)把物質(zhì)細(xì)化到納米級(jí),制造出來的納米材料性質(zhì)特殊,用途極大。將納米材料加入飛機(jī)中,可以吸收雷達(dá)波,于是隱性飛機(jī)問世了。用納米材料制成的刀具,比鉆石刀具還硬。將電腦芯片和光盤,加工成納米級(jí),其運(yùn)算速度和記錄密度高于常態(tài)的各個(gè)數(shù)量級(jí)。
目前納米技術(shù)在家電領(lǐng)域還主要用于抗菌、抑菌等“健康”方面。如目前市面上銷售的納米冰柜,即是在人手易接觸及細(xì)菌易侵入的部位,使用了經(jīng)納米化處理的材料,這種材料可有效抑制細(xì)菌的生長(zhǎng),從而提高冰柜的抗菌能力。
納米洗衣機(jī),就是洗衣機(jī)的外桶采用了納米材料,這樣使洗衣機(jī)不僅能防高溫,耐磨擦,而且有很強(qiáng)的防垢能力。
還有比如TIS-NM納米防水涂層,作用于電子產(chǎn)品電路板上,可以有效的起到防潮防水耐鹽霧腐蝕的作用,使有一些工作于潮濕環(huán)境的電子產(chǎn)品電路板既能有效的散熱,還有阻止水氣對(duì)電子元器件的損害。
可以預(yù)見,隨著納米技術(shù)被更多的家電企業(yè)所采用,納米家電將成為未來市場(chǎng)的流行產(chǎn)品。同時(shí),我國(guó)重大基礎(chǔ)研究納米材料科學(xué)家專家組首席專家張立德研究員明確指出:“納米科技要像信息技術(shù)一樣產(chǎn)生廣泛而深刻的影響,那將是二三十年以后的事情?!?/p>
評(píng)論