纳米材料及其技术的应用
纳米材料
-Nano材料 -
作为跨学科的跨学科创新技术，纳米技术是使用纳米水平材料的特殊物理和化学性能来生产符合工业实践的产品，从而为人们的生活提供便利。如今，纳米技术已被广泛用于生物医学，环境保护和航空航天技术。在这里，我们将简要介绍纳米材料的特征和应用。
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什么是纳米材料
什么是纳米式的？
“ Nano”实际上是一个长度单元。 1纳米等于10-9米，相当于头发直径的大约一千分之一。
图1。纳米结构尺度示意图[1]
纳米物质是指由纳米级（1-100nm）的晶体或无定形超级颗粒作为基本结构单元组成的材料。由于纳米材料的正极和负电子的运动以及晶体结构的位置，通常会产生宏观材料的四个效应，即小型效应，量子效应，表面效应和边界效应。以不同的分类为基础，纳米材料将具有不同的分类方法。 [2]
表1。纳米材料的分类方法
实际上，在日常生活中，纳米材料非常普遍，但我们可能没有意识到它的特殊身份。例如，有许多蛋白质的纳米 - 生物体的骨骼和牙齿具有纳米结构。天然材料（例如贝壳，昆虫，珊瑚等）也由有序排列的纳米碳酸盐颗粒组成。因此性能。
图2。日常生活中含有纳米结构的材料[3]
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纳米材料的结构和性质
结构和功能
结构
纳米材料是次稳态状态的物质，比表面积大，粒径小，高表面原子比，并且具有独特的电子运动状态和表面效应。使纳米材料具有许多出色的特征。 [4]
*速度区域：指单元质量材料的总面积，两种类型：外部区域和内部表面积。通常，多孔材料的出现面积（例如活化的碳，破碎的石头，硅藻土等）相对较小，因此通常是指内部表面积而不是表面积，并且单元是一个平方米/克。吸附能力将比具有较大表面积和较大活性的多孔物质强。因此，表面积是评估催化剂，吸附剂和其他多孔物质行业的使用的重要指标之一。
自然
1。
化学反应性质：纳米材料的粒径为纳米水平，性质非常活跃，并且具有强大的化学反应活性。例如，纳米水平的金属材料可能发生在空气中，并且会伴随着严重的发光燃烧。 45nm的锡颗粒在空气中燃烧，可以得到TiO2晶粒。
2。
催化特性：纳米颗粒的性质大于尺度，表面原子环境不足，这增加了表面活性中心，因此具有催化活性。纳米颗粒催化剂没有孔，可以直接添加到反应系统中，而无需是外部装载机。另外，纳米颗粒催化剂的表面相对粗糙，进一步扩大了反应区域。
3 ..
光催化特性：纳米颗粒可以很好地吸收光能，从而增强其氧化和还原能力，这有助于催化反应。粒径越小，光学催化越强，并且响应速度越快。
此外，纳米材料还具有优质特征的特征，而不是热，良好的可塑性，高硬度，高电导率和高磁化速率。随着研究的进一步加深，我认为将提出更多出色的表现。
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纳米材料的应用
生活中的应用
生物医学中的抗菌剂
微生物感染是科学家今天试图克服的困难之一。抗生素的到来给人们带来了希望，但是戒断的耐药性限制了抗生素的使用。由于纳米材料的出色特征，一些研究人员将目光投向了纳米材料。近年来，已经应用了纳米材料的抗菌特性。与抗生素相比，抗菌纳米颗粒具有低毒性，克服耐药性和低成本的优势。公认的抗菌机制包括急剧边缘，氧化应激和细胞保留的切割作用。各种纳米材料，例如石墨烯，AG，AG2O，TiO2，ZnO，CuO等。已被用作抗菌剂。 [5]
一些学者指出，仿生磷酸钙矿石/壳糖原（OCP-GO/CS）托架有望成为骨组织工程的理想材料。它还可以有效抑制黄金吡喃和大肠杆菌的生长，并具有良好的生物相容性。 ZnO/GO-COOH复合材料也已被证实，它对变压器具有抗菌作用，并具有明显的骨形成。
Professor Le Huirong, chief researcher at the future laboratory of Tsinghua University, cooperated with Professor R. Handy, a well -known nanopoticist at the School of Biological College of British University in the United Kingdom to produce a TIO2 nano -porous structure on the surface钛合金和镶嵌的多个纳米颗粒。例如，通过溶液 - 凝胶方法植入抗逆转的纳米颗粒，例如抗微生物，例如Ag和ZnO，在植入早期，它改善了牙齿和骨科材料的抗微生物特性。 [6]
图3。钛合金表面纳米的外观。 （a）Tio2（b）Tio2-ZnO和链细菌在Tio2-Zno（D）Tio2-Zno表面存活体积的表面[6]
能源和环境保护现场分解并减少污染
目前，全球经济和工业的迅速发展，有机物造成的环境污染的毒性或难以降低，正成为世界上无法忽视的问题之一。研究表明，与半导体PN结相似的两个不同半导体纳米材料的PN编织可以大大提高可见光的吸收能力，并加快有机染料的开裂。
例如，NIO是P型半导体材料，CD是N型半导体。 CD纳米颗粒附着在Nio晶体板的表面上，导致能量改变结构，以便在CDS表面产生更多的自由电子，同时在Nio表面产生更多的电子洞穴。将此材料放入装有粉末中的刚果红色染料污水的染料污水中。在可见光下，它可以大大提高有机污染物的分解效率。 [7]
图4。（a）Nio-CD复合粉末（b）吸收刚果红组织的能量带结构[7]
纳米尺度两维材料，例如氧，MOS2和WS2，可以增强表面光催化性能，最初用于太阳水解氢技术。斯坦福大学的H. dai团队[8]使用水热方法将MOS2纳米颗粒沉积在石墨烯芯片上，以在氢氢化过程中显示出优异的光催化性能。良好的电导率是相关的。台湾国立大学的JH团队[9]在P型SI膜上存放了一层MOS2膜，这提高了太阳能的吸收效率，并将能量转换密度转化为20 mA/cm2。此外，ZnO-TIO2复合涂层具有出色的光吸收和催化作用，并且在太阳能转化和氢化的领域也受到了广泛的关注。
航空航天领域的升级
随着纳米材料制备技术的发展和工业化的加速，国内外的许多学者对其在航空航天和能源领域的应用进行了大量研究。纳米碳复合材料可以在宏观尺度上保持纳米碳的出色性能，并全面发挥复合材料和纳米技术的协同作用。现场材料的发展注入了新的活力[10]。
美国佐治亚理工学院库马尔小组的研究表明，在冷冻胶旋转纺丝单碳纳米纳米/聚丙烯纳米材料碳化后产生的碳纤维产生的碳纤维比由聚丙烯制备的碳纤维高50％ 。由于聚丙烯纤维中纳米管的高度。将碳纳米管添加到复合材料中不仅可以提高材料的拉伸强度，还可以降低材料的热膨胀系数，并减少由于高温和低温而导致的高温和低温引起的变形，这非常适合卫星天线具有很高的精度。
Pen等。 [11]基于跨尺度和仿生的设计思想，提出并实现了石墨烯纳米涂层结构的概念。它与海绵并实现的复合材料获得了石墨烯纳米 - 拉伸了复合材料（4次）。现代（4次）和韧性（10次）同时改善。同时开元棋官方正版下载，提出了受“水中分散药物”技术的启发开元ky888棋牌官网版，提出了石墨烯多孔骨架复合技术，该技术解决了树脂基质中树脂基质中的难度下放的问题，并将该技术引入了碳纤维复合材料。材料，以便改善了碳纤维复合材料切割和压缩性能，该材料已在中国奖获得者火箭技术研究所的主页网站上进行了报道。
图5。纳米 - 海绵及其复合材料[11]
未来的前景
未来
前景
目前，在新材料领域，纳米材料是最独特，最具活力的，它有利于未来的经济和社会发展。 “这种物质我们看不到肉眼是每个领域的重大革命。” [12]使用纳米材料将为国家经济和工业布局以及传统工业改革提供高科技支持。这是一个难得的发展机会。人们认为，随着纳米技术的发展，中国的纳米材料行业将在不久的将来。逐渐成熟并为纳米技术的发展做出贡献。
参考：
[1]
图：石墨烯，计算机插图。学分：法新社
[2]
Yuan Lei，Zhang Jingyu，Liu Haiyan。纳米材料的合成和应用研究进度[J]。 Shandong Chemical，2020，49（20）：46-47。
[3]
图：Unplash。图片来源：穆斯塔法·巴沙里（Mustafa Bashari），尼诺·利弗拉尼（Nino Liverani），Qiu Nguyen，Susan Wilkinson。
[4]
Diao Runli的应用研究进度。 [J]。 Foshan Ceramics，2021,31（09）：5-7。
[5]
Huang Fang，Yan Mei，Wang Li等。在医疗领域的浅分析应用[J]。广州化学，2020,48（15）：18-20。
[6]
Gunputh UF开yun体育app入口登录，Le HR，Lawton K等。银纳米颗粒的抗菌特性，其原位生长，并锚定在钛纳米管上的钛纳米管上，抗钛金黄色葡萄球菌[J]。纳米毒理学，2020，14（1）：97-110。
[7]
Hu H，Deng C，Sun M等。层次多孔Nio空心体系结构的轻松模板合成具有高效率的刚果红色[J]。多孔材料杂志，2019，26（6）：1743-1753。
[8]
Li Y，Wang H，Xie L等。石墨烯上生长的MOS2NANOPERTICE：一种用于氢进化反应的晚期催化剂[J]。 《美国化学杂志》杂志，2011年，133（19）：7296-7299。
[9]
Tsai ML，Su Sh，Changjk等。单层MOS2HETEROJUNTINT太阳能电池[J]。 ACS Nano，2014，8（8）8317-8322。
[10]
他Xiaodong，Wang Rongguo，Peng Qingyu，红颜知己，Zhao Xu。航空航天的纳米碳复合材料的研究进展[J]。
[11]
Peng QY，李YB，He XD等。石墨烯纳米纤维气凝胶从碳纳米管海绵中解开[J]。高级材料，2014，26（20）：3241-3247。
[12]
张比安豪（Zhang bianhao），张杨（Zhang Yiyang），赵文（Zhao Wenzhi）等。分析纳米材料的当前状态[J]。信息记录的材料，2020,21（05）：10-11。
