纳米技术的应用领域
关键词：纳米技术;应用领域
引言
纳米（nm）是长度单位，，相当于45个原子串起来的长度。纳米结构是指尺度在100nm以下的微小结构。纳米技术是指在0.1~100nm尺度范围内研究原子、分子的结构、特性及其原理，并按人们的需要和要求，在纳米尺度上直接操纵物质表面的分子、原子乃至电子来制造特定产品或进行纳米级加工工艺的一门技术[1]。
1纳米历史
1959年美国物理学家理查德·费曼提出通过控制物质微小规模的排序来获得具有奇异性能
的物质的设想[2]。20世纪60年代中期，人们开始真正有效地对分立的纳米粒子进行研究，70年代末,德雷克斯勒成立了NST(Nanoscale Science and Technology)研究组。1977年美国麻省理工学院的学者将理查德·费曼的设想定义为纳米技术(nanotechnology)，1981年德国萨尔兰大学的科学家格莱特(Gleiter)第一次提出了纳米材料的概念，1984年德国科学家格莱特制造出纳米材料。1990年7月在美国巴尔的摩召开第一届国际NST会议，这标志着这一全新的科学技术—一纳米科学技术的正式诞生。1994年l0月,第二届国际NST会议在德国举行,这标志着纳米技术已成为众多学科领域的焦点。
纳米技术以其新颖性、独特的思路和研究成果,在科学技术界和军事界引起巨大的反响,受到广泛的关注。科技发达国家都竞相将纳米技术列为面向21世纪战略性基础研究的优先项目并给予很大的投资。
我国于1994年l1月召开了第一届全国纳米科学与技术学术会议,l997年9月北京大学成立“北京大学纳米科学与技术中心”。此后,部分重点大学也相继成立纳米科学与技术中心,开展纳米技术的研究。国家自然科学基金委员会把纳米科技确定为优先资助项目,我国的“863计划”和“九五计划”都将其列入重点研究开发的课题[3]。
2.纳米技术的应用领域
近年来随着科技的发展，纳米技术已经成为世界经济中最为优先发展的主要领域之一。纳米材料由于自身产生的特殊效应，使其具有常规材料所不具备的性能。而纳米技术的发展不仅能够进一步揭示物质新的原理与现象，也使得其在各方面的潜在应用极为广泛，甚至极有可能导致一场新的工业革命。
2.1材料方面
2.1.1陶瓷材料
陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。传统的陶瓷材料是通过高温高压使各种颗粒融合在一起制成的，通过这种工艺制成的陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而应用受到了较大的限制。纳米材料粒径小，表面积大,扩散速度快,熔点低，相变温度低，添加纳米颗粒可使陶瓷的综合性能得到很大的改善。纳米陶瓷具有优良的室温和高温力学性能,抗弯强度、断裂韧性均有显著提高。因此在低温低压下就可作为原料制备质地紧密、性能优异的纳米陶瓷,通过这种工艺制成的陶瓷材料具有坚硬、耐磨、耐高温及耐腐蚀的性能。例如纳米陶瓷可变成韧性材料,在室温下可以弯曲,塑性变形达100%。再如,美国Argonne实验室Siegel等人用惰性气体蒸发,原位加压制备了纳米陶瓷,致密度达到95%。在同样的烧结温度下,纳米陶瓷的硬度比普通陶瓷高。而对应相同的硬度,纳米陶瓷的烧结温度比普通陶瓷低几百摄氏度[4]。
2.1.2碳纳米管
碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”,内部是空的,外部直径只有几到几十纳米;碳纳米管具有重量轻，强度高的特点。比重只有钢的1/6,强度却是钢的100倍。轻柔又非常结实的碳纳米管最适于制作防弹背心。碳纳米管的细尖极易发射电子,如果用于电子,可做成几厘米厚的壁挂式电子屏。
2.1.3纳米布
人们一直希望衣服能一尘不染,现在这种梦想已由中国科学家实现。2000年中科院化学所雷江教授等宣布,他们研制成功一种不粘油污、不沾水的新型纳米材料——超双疏性界面材料。使用这种材料的纺织品和建材,不染油污、不用洗涤。它的诞生可使石油工人的工作服不再油渍斑斑,也使研制水陆两用服成为可能。如果将其用于建筑物表面,还具有自清洁和防雾、防霜效果,可免除人工清洗。
2.1.4油气设备及管道材料
高强度的碳纳米管的发现，使石油业界日益关注纳米技术在油气设备及管道上的应用，其中以纳米复合材料的应用最受重视。
纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性剂为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀地分散于基体材料中，形成含有纳米尺寸材料的复合体系。用纳米复合材料制造的部件具有质量轻、抗腐防腐、防火耐用、强度大等特性。其具体应用领域有：
（1）取代海洋石油平台、高能效交通运输工具、钻井，特别是深水、超深水钻井工具原有的金属部件配件等。
（2）用作密封材料。有的纳米复合材料具有很强的界面作用和耐高温高压性能，可应对井下爆发性减压和密封失效。
（3）用于涂料或润滑剂。在机械表面形成纳米膜，可以提高其耐磨、抗腐蚀性。如在钻头上覆盖一层纳米结构的陶瓷材料可以大幅度提高其硬度、减少摩擦，从而延长使用寿命[5]。生活中最常见纳米技术
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