納米材料（又稱(chēng)超細微粒、超細粉未）是處在原子簇和宏觀(guān)物體交界過(guò)渡區域的一種典型系統，其結構既不同于體塊材料，也不同于單個(gè)的原子。其特殊的結構層次使它具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應等，擁有一系列新穎的物理和化學(xué)特性，在眾多領(lǐng)域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價(jià)值。

納米材料在結構、光電和化學(xué)性質(zhì)等方面的誘人特征，引起物理學(xué)家、材料學(xué)家和化學(xué)家的濃厚興趣。80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國對這種材料給予極大關(guān)注。它所具有的獨特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機遇。納米材料的應用前景十分廣闊。近年來(lái)，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應用，并顯示出它的獨特魅力。

1.在催化方面的應用

催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著(zhù)舉足輕重的作用，它可以控制反應時(shí)間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。

納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導體顆粒，可近似地看成是一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導體能隙的光照射半導體分散系時(shí)，半導體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子——空穴對。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進(jìn)行氧化和還原反應。

光催化反應涉及到許多反應類(lèi)型，如醇與烴的氧化，無(wú)機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對光穩定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優(yōu)化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應用帶來(lái)革命性的變革。

2.在涂料方面的應用

納米材料由于其表面和結構的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實(shí)現功能的飛躍，使得傳統涂層功能改性。涂層按其用途可分為結構涂層和功能涂層。結構涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統涂層沒(méi)有的功能。結構涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導電、絕緣、半導體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護能力，實(shí)現防紫外線(xiàn)照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛生用品上應用可起到殺菌保潔作用。在標牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達到儲存太陽(yáng)能、節約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規的氧化物高的導電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線(xiàn)輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍地增加。納米涂層具有良好的應用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復合材料的研究開(kāi)發(fā)與應用。

3.在其它精細化工方面的應用

精細化工是一個(gè)巨大的工業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品數量繁多，用途廣泛，并且影響到人類(lèi)生活的方方面面。納米材料的優(yōu)越性無(wú)疑也會(huì )給精細化工帶來(lái)福音，并顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、涂料等精細化工領(lǐng)域，納米材料都能發(fā)揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優(yōu)于用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且致密性和防水性也相應提高。

國外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機玻璃制造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經(jīng)過(guò)表面修飾處理的SiO2，可使有機玻璃抗紫外線(xiàn)輻射而達到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會(huì )提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優(yōu)良的紫外線(xiàn)屏蔽性能，而且質(zhì)地細膩，無(wú)毒無(wú)臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到涂料、塑料、人造纖維等行業(yè)。最近又開(kāi)發(fā)了用于食品包裝的TiO2及高檔汽車(chē)面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強烈吸收太陽(yáng)光中的紫外線(xiàn)，產(chǎn)生很強的光化學(xué)活性，可以用光催化降解工業(yè)廢水中的有機污染物，具有除凈度高，無(wú)二次污染，適用性廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)保水處理中有著(zhù)很好的應用前景。在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，除了利用納米材料作為催化劑來(lái)處理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的廢料外，還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學(xué)和生物制劑造成的污染，并能對這些制劑進(jìn)行過(guò)濾，從而消除污染。

4.在醫藥方面的應用

21世紀的健康科學(xué)，將以出入意料的速度向前發(fā)展，人們對藥物的需求越來(lái)越高�？刂扑幬镝尫�、減少副作用、提高藥效、發(fā)展藥物定向治療，已提到研究日程上來(lái)。納米粒子將使藥物在人體內的傳輸更為方便。用數層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體，可主動(dòng)搜索并攻擊癌細胞或修補損傷組織；使用納米技術(shù)的新型診斷儀器，只需檢測少量血液就能通過(guò)其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各種疾病，美國麻省理工學(xué)院已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，稱(chēng)之為“定向導彈”。該技術(shù)是在磁性納米微粒包覆蛋白質(zhì)表面攜帶藥物，注射到人體血管中，通過(guò)磁場(chǎng)導航輸送到病變部位，然后釋放藥物。納米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流動(dòng)，因此可以用來(lái)檢查和治療身體各部位的病變。對納米微粒的臨床醫療以及放射性治療等方面的應用也進(jìn)行了大量的研究工作。據《人民日報》報道，我國將納米技術(shù)應用于醫學(xué)領(lǐng)域獲得成功。南京�？萍瘓F利用納米銀技術(shù)研制生產(chǎn)出醫用敷料——長(cháng)效廣譜抗菌棉。這種抗菌棉的生產(chǎn)原理是通過(guò)納米技術(shù)將銀制成尺寸在納米級的超細小微粒，然后使之附著(zhù)在棉織物上。銀具有預防潰爛和加速傷口愈合的作用，通過(guò)納米技術(shù)處理后的銀表面急劇增大，表面結構發(fā)生變化，殺菌能力提高200倍左右，對臨床常見(jiàn)的外科感染細菌都有較好的抑制作用。

微粒和納粒作為給藥系統，其制備材料的基本性質(zhì)是無(wú)毒、穩定、有良好的生物性并且與藥物不發(fā)生化學(xué)反應。納米系統主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的藥物的給藥。

納米生物學(xué)用來(lái)研究在納米尺度上的生物過(guò)程，從而根據生物學(xué)原理發(fā)展分子應用工程。在金屬鐵的超細顆粒表面覆蓋一層厚為5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白質(zhì)特別是酶，從而控制生化反應。這在生化技術(shù)、酶工程中大有用處。使納米技術(shù)和生物學(xué)相結合，研究分子生物器件，利用納米傳感器，可以獲取細胞內的生物信息，從而了解機體狀態(tài)，深化人們對生理及病理的解釋。

5.結語(yǔ)

納米科學(xué)是一門(mén)將基礎科學(xué)和應用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，主要包括納米電子學(xué)、納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21世紀將是納米技術(shù)的時(shí)代，為此，國家科委、中科院將納米技術(shù)定位為“21世紀最重要、最前沿的科學(xué)”。納米材料的應用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用前景。納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對人類(lèi)社會(huì )產(chǎn)生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類(lèi)面臨的許多問(wèn)題，特別是能源、人類(lèi)健康和環(huán)境保護等重大問(wèn)題。21世紀初的主要任務(wù)是依據納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，設計出各種新型的材料和器件。通過(guò)納米材料科學(xué)技術(shù)對傳統產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結構的新型產(chǎn)品，目前已出現可喜的苗頭，具備了形成21世紀經(jīng)濟新增長(cháng)點(diǎn)的基礎。納米材料將成為材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)大放異彩的明星展現在新材料、能源、信息等各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)揮舉足輕重的作用。隨著(zhù)其制備和改性技術(shù)的不斷發(fā)展，納米材料在精細化工和醫藥生產(chǎn)等諸多領(lǐng)域會(huì )得到日益廣泛的應用。