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【纳米粒子】纳米粒子直径

admin2周前 (09-14)化工百科9

纳米粒子【纳米粒子】是指粒度为1—100nm的粒子(纳米粒子也称为超微粒子)。

属于胶体粒子大小的范畴。它们处于簇和宏物体之间的过度区域,【纳米粒子】位于微系统和宏系统之间,是由数量较少的原子或分子构成的集团,因此它们既不是典型的微系统也不是典型的宏系统。

预计纳米粒子应该具有新的物理化学特性。纳米粒子区别于宏观物体结构的特征是表面积占很大的比重,【纳米粒子】表面原子有既没有长工艺也没有短工艺的非晶层。可以认为纳米粒子表面的原子状态接近气体,粒子内部的原子有秩序地排列着。

即使如此,由于粒径小、表面曲率大,内部也会产生高Gilibs压力,【纳米粒子】导致内部结构的某种变形。纳米粒子的这种结构特征产生了以下四个效果。1.体积效应2.表面效应3.量子尺寸效应4.宏量子隧道效应纳米材料的各种特殊性质,【纳米粒子】使科学家们在各研究领域取得了性的突破,同时促进了纳米材料应用的广泛化。

1.催化剂方面的应用催化剂在许多化工领域起着重要的作用,可以控制反应时间,【纳米粒子】提高反应效率和反应速度。

许多传统催化剂不仅催化剂效率低,而且其制造是根据经验进行的,不仅会导致生产原料的巨大浪费,而且难以提高经济效益,也会对环境造成污染。纳米粒子的表面活性中心很多,作为催化剂提供必要的条件。

纳米粒子作为催化剂发挥作用,可以大幅度提高反应效率,控制反应速度,【纳米粒子】也可以进行本来不能进行的反应。以纳米微粒为催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。纳米微粒多用作催化剂的是半导体光催化剂,特别是在有机物制造方面更好。

分散在溶液中的各个半导体粒子可以看作近似短路的微电池,【纳米粒子】如果向半导体分散系照射能量比半导体能隙大的光,半导体纳米粒子吸收光,产生电子——空穴对。通过电场,电子和空穴分离,分别移动到粒子表面的不同位置,与溶液中的类似成分进行氧化还原反应。光催化反应有醇和烃的氧化、无机离子的氧化还原、有机物催化剂脱氢和加氢、【纳米粒子】氨基酸合成、固氮反应、水净化处理、氢气转换等多种反应类型,其中有些多相催化剂难以实现。

半导体多相光催化剂可以有效地分解水中的有机污染物。例如纳米TiO

2.具有高光催化活性,耐酸碱,对光稳定,无毒,便宜易得,是制造负载型光催化剂的最佳选择。

据报道,以硅胶为基质,得到了催化剂活性高的TiO/SiO2担载型光催化剂。

Ni或Cu-zn化合物的纳米粒子是对某种有机化合物的氢化反应极其良好的催化剂,【纳米粒子】代替了昂贵的铂或按钮催化剂。纳米铂黑催化剂可以把乙烯的氧化反应温度从600降低到室温。以纳米微粒为催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度的研究是未来催化剂科学中不可忽视的重要研究课题,很可能会给催化剂的工业应用带来革命性的变革。

从生物医学中的蛋白质、DNA、RNA到病毒,都在1-100nm的范围内应用【纳米粒子】,纳米结构也是生命现象中的基本结构。

细胞内的细胞器和其他结构单元是执行某种功能的“纳米机器”,细胞就像“纳米设备”,植物内的光合作用等就是“纳米设备”的典型例子。基因序列的自组装序列原子级结构精确,神经系统的消息传递和反馈等是纳米技术的完美典范。

生物合成和生物过程是启发制造新纳米结构的源泉,【纳米粒子】研究者模仿生物特性实现了技术上的纳米级控制和操作。纳米微粒的尺寸往往小于生物体内的细胞和红细胞,为医学研究提供了新的契机。

目前提供更好的应用程序的例子包括:

利用纳米SiO2微粒实现细胞分离的技术、纳米微粒、【纳米粒子】特别是纳米金(Au)粒子的细胞内部染色、表面内含磁性纳米微粒的新药物和抗体的局部取向治疗等。

研究开发中的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片(生物分子芯片)和基因芯片(即DNA芯片)等,【纳米粒子】都有集成、并行和快速检查的优点,成为纳米生物工程的前沿技术。

直接应用于临床诊断、药物研发、人遗传诊断。植入人体后,人们可以随时随地接受医疗,而且可以通过动态检查发现疾病的前兆信息,实现早期的诊断和预防。

纳米生物材料也可分为两种,一种是适合生物体内的纳米材料,如各种纳米传感器,【纳米粒子】用于疾病的早期诊断、监测和治疗。

各种纳米机器系统可以迅速识别病区的位置,并且可以将药物注入病区不损伤正常组织,或者去除心脑血管的血栓、脂肪堆积物,进而吞下病毒杀死癌细胞。

另一种是利用生物分子活性开发的纳米材料,可以用于其他纳米技术和微制造,而不是生物。

3.在其他精细化工中的应用精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量多,用途广,并且影响人类生活的方方面面。

纳米材料的优势一定会给精细化学带来福音,显示出独特的田埂力。在橡胶、塑料、涂料等精细化学领域,纳米材料发挥着重要的作用。

例如,在橡胶中加入纳米SiO

2.可以提高橡胶的紫外线放射和红外防反射能力。

纳米Al2O

3、SiO

2.添加到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性明显优于以白炭黑为填充剂的橡胶。

在塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,相应地也提高了致密性和防水性。

在海外使用纳米SiO

2.作为添加剂添加到密封剂和粘合剂中,大大提高密封性和粘接性。

纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造中也有很好的应用。

在有机玻璃中加入表面修饰处理过的SiO

2.可以防止紫外线照射有机玻璃以达到防止老化的目的

加入A12O

3.不仅不影响玻璃的透明度,还提高玻璃的高温冲击韧性。

一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优异的紫外线屏蔽性能,而且纤细无毒无臭,通过添加到化妆品中可以提高化妆品的性能。超细TiO2的应用还扩展到涂料、塑料、人工纤维等行业。

最近,开发了食品包装用的TiO2和高级汽车用面漆用的珍珠白。

纳米TiO

2.强烈吸收太阳光中的紫外线,可以产生较强的光化学活性,可以用光催化分解工业废水中的有机污染物,具有净化度高、无二次污染、适用性广等优点,在环保水处理中有很好的应用前景。

在环境科学领域,除了以纳米材料为催化剂处理工业生产过程中排出的废弃物外,还出现了功能独特的纳米膜。这种膜可以检测化学和生物制剂造成的污染,过滤这些制剂除去污染。

4.纳米技术在国防科学技术中的应用对国防军事领域有革命性的影响。

示例:

纳米电子器件用于虚拟训练系统与战场上的实时联系

化学生物核武器的纳米检测系统

新的纳米材料可以提高常规武器的打击和防护能力

用纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务

纳米卫星由小型火箭发射千百枚,在不同的轨道上构成卫星网,监视到地球上的各个角落,使战场更加透明。

纳米材料在隐身技术中的应用特别引人注目。

在雷达隐身技术中,超高频(SHF,GHz)级电磁波吸收材料的制造很重要。纳米材料被开发为下一代的隐藏材料。由于纳米材料的界面构成要素所占的比例大,所以纳米粒子表面的原子比例高,不饱和键和悬挂键多。

大量悬挂键的存在使界面极化,扩大吸收频带。高比表面积会引起多重散射。纳米材料的量子尺寸效应分裂了电子的能级,分裂的能级间距离在微波的能级范围内,为纳米材料创造了新的吸收通道。

纳米材料中的原子、电子在微波场的照射下运动加剧,电磁能转化提高热能的效率,提高电磁波的吸收性能。

美国开发的“超黑粉”纳米吸收材料对雷达波的吸收率达到99%,法国最近开发的CoNi纳米粒子是以绝缘层为目标的纳米复合材料,在2-7GHz的范围内,其m________几乎大于6。最近,国外致力于能够复盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料的研究,提出了各个吸收粒子的匹配设计机制,能够充分发挥每单位质量的损失层的作用。

纳米材料既具备良好的电波吸收功能,又普遍兼具薄、轻、宽、强等特点。

在纳米材料中包括硼化物、碳化物、铁氧体、纳米纤维和碳纳米管的隐身材料中的应用起到很大的作用

5、除其他领域外,纳米材料还广泛应用于海水净化、航空航天、环境能源、微电子等其他领域,纳米材料正在这些领域发挥光和热。


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标签: 纳米粒子
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