纳米材料的应用

纳米材料的应用（共8篇）

纳米材料的应用 篇1

纳米材料的应用论文：

纳米材料在化工产业中的应用

摘要:纳米材料是处于原子簇与宏观物体交界过渡区的一种系统,具有独特的物理性质和化学性质。纳米材料的发展在物理、化学、生物、医药和材料等领域带来了新机遇,在化工产业也得到了一些应用。本文主要介绍了纳米材料的制备方法,然后对它在催化、过滤分离、涂料和精细化工四方面的应用进行了浅析。

关键词:纳米材料 化工产业

纳米材料又称为超细微粒、超细粉末。因为其具有既不同于块体材料,也不同于原子的结构,其晶粒的分界面处于既非长程有序、又非短程有序的高度无序状态,因此纳米材料具有表面效应、体积效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等一系列特殊的物理性质和化学性质[1]。80年代初纳米材料概念形成后,纳米材料引起了物理学家、化学学家和材料学家越来越多的兴趣与重视。由于其表现出独特的光、电、磁、热、力学、机械等性能,纳米技术已经快速的渗透到各个领域中去。近年来,纳米材料在化工产业中也得到了一定应用,并表现出了它应有的独特魅力。本文首先介绍了纳米材料的制备方法,然后在文章最后分析了其在催化、过滤分离、涂料与精细化工四方面的应用。

1纳米材料的制备

纳米材料的制备方法主要包括物理方法和化学方法。物理方法由于制备的颗粒档次不高,因此化工产业主要采用化学方法进行制备。化学方法主要包括化学共沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法、微乳液法、喷雾热解法、冲击波合成法等。下面对其中的一些制备方法进行一下简单介绍。

1.1化学共沉淀法

化学沉淀法是指在包含两种或两种以上金属离子的可溶性盐溶液中加入适当沉淀剂,将金属离子均匀沉淀或结晶出来,再经过滤、洗涤、干燥、煅烧和热分解等工艺而得到纳米材料的方法。

以ZnFe2O4的合成为例,其反应过程可用下式表示:

产生共沉淀 Fe(NO3)3+Zn(NO3)2+5NaOH=Fe(OH)3+Zn(OH)2+5NaNO3

煅烧时的故乡反应 2Fe(OH)3+Zn(OH)2=ZnFe2O4+4 H2O

1.2溶胶—凝胶法

溶胶—凝胶法是将金属醇盐或者无机盐经过水解而直接形成溶胶,或者经过解凝形成溶胶,然后使溶质聚合凝胶化,然后使凝胶干燥、煅烧以去除有机成分,最后合成纳米材料的方法。

1.3水热法

水热法是以水为溶剂,在较高温度和压力下(100℃、105Pa以上),在一个密闭压力容器内进行反应而制备纳米材料的方法,它制备的纳米材料具有粒径小、粒度均匀、不需要高温煅烧预处理和可实现多价离子掺杂等优点。

2纳米材料在化工产业中的应用

2.1纳米材料在催化方面的应用

催化剂在化工产业生产中可以有效控制反应时间、提高反应效率和速度。但传统的催化剂催化效率比较低,不仅造成原料浪费、难以提高经济效益,而且对环境也造成了很大程度的污染。

纳米材料由于表面活性中心多,其多孔的结构成为它作为催化剂的必要条件,它可以在很大程度上提高反应速度和效率,降低反应温度和条件,甚至使原先不能进行的反应也得以

实现。纳米材料作为催化剂在反应速度上比传统的催化剂提高了10到15倍。纳米材料作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,每一个半导体颗粒可以看成一个分散在溶液里的短路的微型电池。用一定能量的光照射半导体时,半导体吸光形成电子—空穴对。然后在外加电场的作用下,电子—空穴对分离,分别迁移到颗粒不同的表面位置,与溶液中相似的成分进行氧化与还原反应。半导体光催化剂一般可以有效降解水中的有机污染物。比如氧化钛不仅有着较高的光催化活性,而且耐酸碱腐蚀、对光稳定、无毒、成本低、易制备等特点。用纳米材料作为化学产业生产中的催化剂是未来催化科研不可忽视的课题。

2.2纳米材料在过滤分离方面的应用

纳米材料过滤分离技术主要应用在水和空气的纯化、药物和酶的提纯、油水分离等方面。虽然氧分子与氮分子大小差距仅0.02nm,但利用纳米材料进行纯氧的生产无需深冷工艺,可以直接从氧分子中去除氮[2]。除此之外,纳米多孔材料实现了除重金属等环境治理方面的应用,碳纳米管制成的分离膜实现了高速低压气体的分离。

2.3纳米材料在涂料方面的应用

由于纳米材料表面和结构的特殊性,具有强度高、耐磨耗、透明和导电等特点。在传统涂料中加入纳米材料,可以实现传统涂料功能的改性,比如在卫生用品上实现杀菌保洁作用、在标牌上可以实现储存太阳能的目的、在玻璃等建材产品上实现减少光的透射与热传递、在汽车装饰喷涂业上使汽车的金属闪光面漆涂层产生神秘的色彩效果。具有半导体性质的纳米氧化物材料由于在室温下具有比传统氧化物较高的导电性,从而起到良好的静电屏蔽作用。而纳米SiO2可以使涂料抗紫外线辐射、抗老化、提高光洁度和强度。

2.4纳米材料在精细化工方面的应用

精细化工是一个数量繁多、用途广泛的工业领域。纳米材料由于其优越的性能也注定在精细化工方面得到广泛的应用。比如在橡胶中加入纳米SiO2可以提高抗紫外辐射能力,加入纳米SiO2和Al2O3可以提高耐磨性、介电性与弹性。在塑料中加入纳米材料可以提高强度、韧性,从而提高塑料的致密性与防水性。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的纳米SiO2可以提高有机玻璃的抗紫外、抗老化的目的,而加入纳米Al2O3可以提高有机玻璃的高温冲击韧性,而且不会影响其透明性。

3结语

21世纪将是纳米技术的时代,是21世纪最前沿、最重要的科学。随着纳米材料制备、改性技术的不断创新,纳米材料在化工产业生产中得到了越来越广泛的应用。本文主要介绍了纳米材料化学沉淀法、溶胶—凝胶法、水热法等化学制备方法,并对纳米材料在催化、过滤分离、涂料、精细化工等化工产业方面的应用进行了浅析。纳米材料的应用前景无可限量,必将对人类社会产生深远的影响。

参考文献

[1] 杨辉,江仲华,葛曼珍,等.材料科学与工程,1990,8(4):29.[2] 刘太奇.纳米空气净化技术[M].北京:化学工业出版社,2004.

纳米材料的应用 篇2

2012年全球钯需求增长23%, 2013年全球钯的需求量在此基础上继续增加[1]。对钯需求量的增加主要是因其被广泛应用于汽车尾气处理、偶联反应、催化加氢、氧化反应等催化反应中。为了缓解钯稀缺的现状, 一方面, 人们希望用其它材料替代钯, 但是由于钯特殊的结构及性质, 使该计划尚停留在试验阶段;另一方面, 人们希望通过纳米技术来改变钯的尺寸、形状或空间结构, 从而提高其利用率、催化寿命与回收率。关于纳米钯的制备技术国内外已报道很多种方法, 且其中相当多的方法已经实现工业化。本文将以还原驱动力为线索总结前人的纳米钯制备方法及其应用。

1 制备方法

纳米颗粒的粒度小、表面积大、表面能高, 极易产生自发的凝并, 表现出强烈的团聚特性, 特别容易团聚生成粒径较大的二次颗粒。团聚的结果导致了纳米颗粒材料性能的劣化, 甚至可劣化为大尺寸颗粒的性能[2,3]。因此, 衡量一种制备方法的优劣主要须考虑产物的尺寸大小、尺寸分布及稳定性3个因素[4]。而此3因素与反应驱动力有着密切的关系:反应驱动力的不同, 会使反应条件有所变化, 从而导致反应产物特性的波动。较强的还原驱动力可以缩短反应时间, 提高产率, 但可能会对尺寸分布与稳定性有负面影响;温和的反应条件造成反应速率较慢, 然而产物的尺寸分布与稳定性相对优良。

纳米钯的制备方法可以分为物理方法与化学方法。物理方法主要包括蒸发冷凝法[5]、等离子体沉积法[6]、溅射法[7]及物理粉碎法[8]等。物理方法虽然能大批量地制备纳米钯, 但是制备过程复杂, 产物质量较差。化学方法根据还原驱动力一般可以分为金属化合物热分解法[9,10,11,12,13]、微波辐射法[14,15,16,17,18]、超声波辐射法[19,20,21,22,23,24,25,26,27,28]、化学还原法[29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44]及光还原法[45,46,47,48,49,50]等。本文将主要探讨化学方法。

1.1 金属化合物热分解法

金属化合物热分解法[9,10,11,12,13]为通过配合物与不同金属离子的配合作用, 得到复合前驱体, 而后经热分解的方法使配合物与金属分开而得到纳米颗粒。

Yukimichi[9]系统地采用该方法制备了贵金属纳米颗粒 (Au0、Ag0、Pt0、Ru0、Rh0及Pd0等) , 制备过程如图1所示, 其中Mn+为贵金属离子, M0为贵金属颗粒。首先, 甲基丙烯酸甲酯 (MMA) 单体与贵金属化合物混合溶解, 形成金属离子与MMA单体的溶液;然后以过氧化二苯甲酰 (BPO) 为引发剂聚合形成金属离子与聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 的固溶体;最后根据拟还原贵金属离子的种类选择合适的加热温度即得到贵金属纳米颗粒与PMMA的固溶胶。在高温加热过程中, Mn+/PMMA固溶体将发生颜色变化, 并伴随贵金属离子还原成原子以及原子聚集形成纳米颗粒。其制备的钯纳米簇的平均尺寸 (直径) 仅为1nm, 且由于PMMA的保护作用, 使得纳米簇尺寸均一且不易聚集。

Cyril[10]采用类似的方法, 以偶氮二异丁腈 (AIBN) 为引发剂, 于50℃本体聚合48h, 形成醋酸钯 (Pd (CH3COO) 2) /PMMA固溶体;120℃下高温处理1h形成Pd0/PMMA纳米复合材料 (固溶胶) 。通过控制PMMA的分子量及Pd2+的浓度, 所制得Pd0/PMMA复合材料具备优良的形态结构、机械强度及耐热性。但该方法涉及的制备过程复杂, 且Pd0/PMMA中容易残留MMA单体及AIBN引发剂。

此外, 在无聚合物保护剂的条件下, 亦可通过热分解Pd (CH3COO) 2溶液的方法制备纳米Pd0液溶胶[13]。但此方法所制备的Pd0纳米颗粒只能稳定存在于液溶胶体系中, 一旦脱离该体系则十分不稳定。该方法存在一定的局限性, 但对研究团簇科学与胶体理论有重大意义。

1.2 微波辐射法

传统的加热是由热源通过热辐射由表及里的传导式加热, 而微波加热为材料在电磁场中由于介质损耗而引起的体加热[14]。不同于传统加热, 微波辐射可以使溶剂受热均匀且加热无后效应, 从而使得纳米颗粒尺寸分布更均匀。

Tu等[15]以聚乙烯吡咯烷酮 (PVP) 作为稳定剂, 乙二醇作为还原剂, 经微波辐射金属水合离子成功合成了Pt0、Ir0、Pd0、Au0及Rh0等胶体纳米簇, 首次系统地利用微波辐射法成功制备了贵金属纳米颗粒。如表1所示, Pd0纳米簇的平均粒径仅为1.3nm, 而通过油浴加热的对照组中Pd0的尺寸为2.7nm。不管是粒径还是尺寸均一度方面, 微波辐射法均优势明显。

此外, Liu等[16,17,18]用微波辐射法在制备金属纳米颗粒方面取得了巨大的进展, 不仅成功合成了粒径很小的Pd0纳米颗粒, 而且对其形态进行了控制, 从而赋予其更多的特性。

相比于传统的加热, 微波辐射更加温和, 但仍属于高温还原的范畴, 这使本来就因表面能高而易聚集的纳米颗粒更加趋向团聚。微波辐射法虽然克服了传统加热法导致的受热不均匀带来的聚集, 但是过度的加热仍会影响尺寸分布, 因此控制好反应时间与温度很关键。

1.3 超声辐射法

超声化学利用超声空化作用能加速化学反应, 消除局部浓度不均匀。超声的作用来自于声空化。声空化是指液体中微小泡核的形成、振荡、生长、收缩至崩溃, 从而引发物理、化学变化。空化泡崩溃时, 极短的时间内在空化泡周围的极小空间内, 将产生瞬间的高温 (5000K) 与高压 (1.8×108Pa) 及超过1010 K/s的冷却速度, 并伴随强烈的冲击波和 (或) 时速达400km的射流及放电发光作用。超声过程中极高的能量可以促使新相的形成[19]。目前, 超声化学被用于制备金属纳米材料[19,20,21,22,23]、纳米氧化物[24]及硫化物[25]等。

关于超声化学的反应机理目前还不是很明确, 普遍认为由于空化作用使得水溶液或醇溶液 (特别是乙二醇溶液) 中产生还原剂 (如H·与OH·自由基) , 从而使金属盐溶液得到还原。在超声还原法制备纳米Pd0中, 大量报道都是用水[22,23,26,27]作为溶剂, 但是由于纳米Pd0为疏水基团, 在水溶液中会略有团聚, 而在乙二醇中, 很难得到稳定的Pd0纳米颗粒[28], 故超声还原法尚有待改进。但超声化学具有操作简单、反应时间短及反应产率高等优点, 甚至能引发某些传统条件下不能进行的反应, 因此对超声还原的进一步深入研究将极大地推动纳米技术的发展。

1.4 化学还原法

化学还原法制备金属纳米材料的起步较早且技术比较成熟, 在国内外都有大量的研究。还原剂一般包括硼氢化钠[29]、氢气[30,31]、胺[32]、柠檬酸钠[33]、醇类[34]及甲酸[35]等。这些还原方法也都被用于纳米Pd0的制备中。由于化学还原法反应速度快, 反应程度高但超细纳米Pd0本身十分不稳定, 因此在加入化学还原剂的同时必须加入合适的保护剂以防止其团聚[36]。主要的保护剂有聚合物[31,37]、表面活性剂[26,38]、陶瓷材料[39]及有机配体[40,41,42]等。聚合物主要依靠化学吸附起到保护作用, 表面活性剂依靠共价键, 而有机配体通过静电相互作用实现保护, 陶瓷材料则是借助其自身的模板作用达到保护的目的。最常见的保护剂为聚合物, 聚合物可从两方面对纳米颗粒进行保护[43,44]:一方面, 由于聚合物倾向于吸附于纳米颗粒表面, 使得链段能够包裹纳米颗粒从而降低其表面能, 当纳米颗粒生长到一定程度时, 聚合物链段就会产生向内的排斥力以阻碍其继续生长;另一方面, 当2个纳米颗粒相互靠近时, 聚合物链段就会在两者之间产生排斥力以阻止其团聚, 其原理如图2所示。

随着纳米Pd0制备方法的多样化, 单一的化学还原已逐步转化为多种还原方法的综合运用。通过控制还原剂体系的组成及反应条件 (包括pH值、温度及压力等) 使最终产物的粒径、尺寸分布及分散程度趋于人们所期望的水平。

1.5 光还原法

由于制备过程简便、产物的粒径可控、尺寸分布窄且不易团聚, 光还原法已经成为制备金属纳米材料的主流方法。特别是在制备Au0、Ag0纳米簇方面, 光还原法已经有了巨大的发展[45,46]。但是对于光还原法制备Pd0纳米材料的报道很少, 相比于其它方法, 光还原法并未体现出它在制备Au0、Ag0纳米簇时的优势。可能是由于Pd2+与负离子基团形成的共价键较强, 因此需要更强的还原性。光还原法的机理目前尚不十分明确, 可能是由于在光照的作用下于水中产生水合电子和羟基自由基[47,48]:

在有醇类 (RCH2OH) 存在的条件下, 羟基自由基与醇反应得到α碳自由基 (RC·HOH) , 抑或醇自身经光活化分解生成H原子 (自由基) 及α碳自由基。因此溶液中的金属离子就会被水合电子、H·自由基及α碳自由基还原为胶体型的金属。与高温、电磁波、超声波及还原剂相比, 光还原法的体系还原能力相对较弱, 故在合成纳米Pd0时, 可能需要一些额外的手段辅助还原[49,50], 这就使得制备过程有些复杂。因此, 用光还原法制备Pd0纳米材料尚有待进一步深入研究。

2 应用

2.1 催化剂

贵金属作为催化剂具有高活性、易回收、能循环使用及催化效率高等优点, 几乎所有贵金属都能应用于催化剂领域, 但其价格高昂。大颗粒的贵金属催化剂不仅利用效率低而且催化反应的中间体或产物易中毒, 导致催化活性降低[51]。纳米技术的兴起使贵金属在催化领域趋向工业化。表面与界面效应增加了颗粒的比表面积, 当颗粒由微米变为纳米尺寸时, 表面原子所占比例由微米尺度时的1%~2%急剧增长到超过50%, 同时表面能迅速增加, 使表面原子具有很高的活性[52]。如此极大地提高了催化效率, 减少了贵金属的使用量, 降低了成本, 同时也克服了大颗粒带来的负面影响。

作为贵金属的Pd0其催化性能更是出类拔萃。Pd0具有与Pt0相同的晶格结构、相似的原子半径及相当的晶格能量[53,54,55], 同时其价格相对Pt0也便宜很多。全球Pd开采量的一半以上被用于替代Pt作为催化剂用于汽车尾气处理。由于汽车尾气中的一氧化碳、氮氧化合物及碳氢化合物等[56]可引发酸雨、破坏臭氧层及造成烟雾, 如何处理这些废气对环境保护与人类健康都是一个难题。尾气排出前可以通过纳米Pd0的催化, 将这些有害的成分转化为二氧化碳、氮气及水蒸气等, 转化率高达90%[57], 因此高性能的纳米Pd0材料在尾气处理中的作用举足轻重。

此外, 2010年获得诺贝尔化学奖的科学家均是在Pd0催化交叉偶联反应方面做出突出贡献[58]。碳原子化学性质不活泼, 要使其发生化学反应十分困难, 以往的方法是提高碳原子活性, 但是过于活泼的碳原子会产生大量副产物并且使得反应难以控制。而贵金属钯作为催化剂则可以避免这些问题, 钯原子充当了桥梁的作用, 使得不同的碳原子更加容易发生结合。近年来这类反应也与纳米技术相结合, 所制备的纳米Pd0已经在Heck反应[59,60]、Suzuki反应[61,62]、Stille反应[63]等偶联反应, 催化加氢反应[64], 以及氧化反应[65]等的催化中取得了显著的效果。

Pd0与其它金属形成的纳米合金也得到了广泛的关注。相比于其它单一的Pd0催化, 其合金在催化性能方面有着明显的提高[66,67];这是由于合金纳米颗粒包含两种以上的元素, 每种元素既可单独选择性地作用又能协同作用进行催化, 从而导致催化活性的增强[68]。

然而, 纳米Pd0并非尺寸越小催化效率越高。例如在电氧化甲酸的反应中, 2~9nm的Pd0中尺寸为5nm的催化活性最高[69]。因此一味地追求尺寸反而不利于催化性能的提高。纳米Pd0在催化领域的发展趋势为适当的尺寸大小结合形貌及原子排列共同提高催化性能[70,71,72], 甚至今后的发展更注重于后者。

2.2 储氢材料

由于石油能源的日益枯竭及环境污染的日益严重, 人们不得不尝试开发环保型新能源。氢能源因其廉价、高效及无污染而被人们寄予厚望。但是氢的储存却成为一个阻碍其发展的巨大问题。储氢材料应当具有安全、体积小、氢含量高、能高效地氢化-脱氢及循环寿命高等特点, 固态储氢材料能将这些特点集于一身。在固态储氢材料中, 纳米金属或合金又成为其中的佼佼者, 其储存机理为:

作为一种本身十分优秀的吸收氢的金属[73], 加之纳米化后所具备的纳米效应, 纳米Pd0具有很强的捕获氢原子的能力并能与氢原子形成稳定的Pd-H键;同时, 氢原子在纳米Pd0中能稳定存在[74,75]。因此, 相比于普通的储氢材料, 纳米Pd0在储氢容量、循环寿命及氢化-脱氢速率方面具有更加优异的性能[76], 使其在众多储氢材料中脱颖而出。

此外, 还有很多关于Pd0与其他金属或化合物形成合金作为储氢材料的报道, 以Pd0/Pt0合金为例, Kobayashi[77]制备出的以Pd为核和Pt为壳的合金纳米颗粒, 通过核壳之间特有的结构达到吸氢功能, 使得氢原子能够稳定地储存在Pd的核和Pt的壳之间的区域, 如图3所示 (绿色代表H原子, 红色代表Pd原子, 蓝色代表Pt原子, 详见文献[77]) 。此外, Pd0/Ag0合金[78]、Pd0/Mn0合金[79]及Pd0/TiO2合金[80]等材料亦相继因其各自的特点而得到关注。

3 结语

浅谈纳米材料的应用 篇3

摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命科学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。

关键词：纳米材料 纳米技术 应用

0 引言

有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。世界各国相继投入巨资进行研究，美国从2000年启动了国家纳米计划，国际纳米结构材料会议自1992年以来每两年召开一次，与纳米技术有关的国际期刊也很多。

1 纳米材料的特殊性质

纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。

1.1 力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

1.2 磁学性质 当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm²，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高到1.71Gb/cm²。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。

1.3 电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

1.4 热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。

1.5 光学性质 纳米粒子的粒径远小于光波波长。与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。

1.6 生物医药材料应用 纳米粒子比红血细胞（6～9nm）小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。

2 纳米技术现状

目前在欧美日上已有多家厂商相继将纳米粉末和纳米元件产业化，我国也在国际环境影响下创立了一些影响不大的纳米材料开发公司。美国2001年通过了“国家纳米技术启动计划（National Technology Initiative）”，年度拨款已达到5亿美元以上。美国科技战略的重点已由过去的国家通信基础构想转向国家纳米技术计划。布什总统上台后，制定了新的发展纳米技术的战略规划目标：到2010年在全国培养80万名纳米技术人才，纳米技术创造的GDP要达到万亿美圆以上，并由此提供200万个就业岗位。2003年，在美国政府支持下，英特尔、惠普、IBM及康柏4家公司正式成立研究中心，在硅谷建立了世界上第一条纳米芯生产线。许多大学也相继建立了一系列纳米技术研究中心。在商业上，纳米技术已经被用于陶瓷、金属、聚合物的纳米粒子、纳米结构合金、着色剂与化妆品、电子元件等的制备。

目前美国在纳米合成、纳米装置精密加工、纳米生物技术、纳米基础理论等多方面处于世界领先地位。欧洲在涂层和新仪器应用方面处于世界领先地位。早在“尤里卡计划”中就将纳米技术研究纳入其中，现在又将纳米技术列入欧盟2002——2006科研框架计划。日本在纳米设备和强化纳米结构领域处于世界先进地位。日本政府把纳米技术列入国家科技发展战略4大重点领域，加大预算投入，制定了宏伟而严密的“纳米技术发展计划”。日本的各个大学、研究机构和企业界也纷纷以各种方式投入到纳米技术开发大潮中来。

中国在上世纪80年代，将纳米材料科学列入国家“863计划”、和国家自然基金项目，投资上亿元用于有关纳米材料和技术的研究项目。但我国的纳米技术水平与欧美等国的差距很大。目前我国有50多个大学20多家研究机构和300多所企业从事纳米研究，已经建立了10多条纳米技术生产线，以纳米技术注册的公司100多个，主要生产超细纳米粉末、生物化学纳米粉末等初级产品。

3 前景展望

题目 纳米材料在环境治理的应用 篇4

摘要 随着工业的不断发展，环境污染日益严重，传统废水、废气处理工艺、方法已不能满足需要。法律制定和新材料的研制刻不容缓。光催化反应的应用研究已在有机物降解、水质处理、环境保护等领域广泛展开, 利用日光进行光催化反应是光催化反应应用研究的重要课题。光催化技术为彻底解决水污染问题提供了新的手段。纳米二氧化钛是目前最受人们关注的光催化剂之一。本文介绍了纳米技术在废水处理、大气环境控制和固体废弃物处理中的应用进展情况,并对其应用前景作了展望。全球性的环境污染及生态破坏, 许多有毒有害的有机污染物被水体和土壤自净的速度很慢而净化不彻底, 并且在水体中存在时间长、范围广, 对人类潜在影响很大, 如许多有机物或其降解的中间产物具有致癌、致畸、致突变三致性, 这些有机污染物采用传统的生物处理工艺已难以去除.迫使人们对环境问题给以足够的关注, 并研究和开发出一系列用于环境污染物治理的新技术和新方法,光催化技术作为其中一种新兴的环境净化技术,其实用化的研究和开发已受到广泛的重视。[1] 关键词 环境保护 纳米技术 二氧化钛 现状 展望 大气污染 水污染 固体废弃物污染 正文 众所周知，在整个自然生态系统中，人类仅仅是其中一环。然而，随着经济和科技的发展，人类社会的不断地进步，人类在整个自然生态系统中的影响范围和程度越来越深远。在理性主义和人类中心等价值观和科技进步的双重影响下，人类活动在征服自然的过程中对资源的使用和对生态环境的破坏也达到空前的程度，引发了一系列环境问题。例如当今威胁人类的十大生态环境问题有：人口膨胀、能源危机、大气污染、臭氧层的破坏、生物资源急剧减少、全球变暖、森林减少、土地荒漠化与水土流失、水污染与水资源短缺、危险性废物越境转移。制定了相关法律法规我国大气污染防止法律法规有：1956年5月25日国务院公布的《关于防止厂矿企业中矽尘危害的决定》，70年代《工业“三废”排放试行标准》、《工业企业设计卫生标准》，80年代以来《大气环境质量标准》、《锅炉烟尘排放标准》、《汽油车怠速污染物排放标准》、《钢铁工业污染物排放标准》、《核电厂环境辐射防护规定》，《汽车排气污染监督管理办法1990》、87年颁布《大气污染防治法》、《大气污染防治法实施细则》。国务院和地方各级人民政府在大气污染防治中总的职责：⑴必须将大气环境保护工作纳入国民经济和社会发展计划。⑵必须合理规划工业布局。“预防为主”，从源头治理大气污染。⑶必须加强大气污染防治的科学研究。⑷必须采取防治大气污染的措施，保护和改善大气环境。如煤炭洗选加工、改进城市燃料结构、推广高标号无铅汽油等。⑸采取有利于大气污染防治及相关的综合利用活动的经济、技术政策和措施。⑹各级人民政府应当加强植树造林、城市绿化工作。水污染防止的法律规定：《生活饮用水卫生标准（试行）》、《渔业水质标准（试行）》、《农田灌溉水质标准（试行）》；

2、1984年《水污染防治法》（1996年修改）；

3、1989年《水污染防治法实施细则》（2000年修改），《污水综合排放标准》等。防治固体废物污染环境的法律规定：

1、72年《海洋倾废公约》；

2、85年《关于开展资源综合利用若干问题的暂行规定》 ；

3、89年《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》等；

4、91年《防治含多氯联苯电力装置及其废物污染环境的规定》；

5、92年《防治尾矿污染环境管理规定》 ；

6、92年《关于防治铬化合物生产建设中环境污染的若干规定》；

7、92年《城市市容和环境卫生管理条例》；

8、93年《城市生活垃圾管理办法》；

9、95年《固体废物污染环境防治法》；

10、96年《关于进一步开展资源综合利用的意见》。防止海洋污染损害的法律规定：1974年颁布《防止沿海水域污染暂行规定》 ；1982年颁布《海洋环境保护法》（1999年修改）；为实施该法，国务院先后颁布了；《防止船舶污染海域管理条例》；《海洋石油勘探开发环境保护管理条例》；《海洋倾废管理条例》；《防止拆船污染环境管理条例》；《防治陆源污染物污染损害海洋环境管理条例》；《防治海岸工程建设项目污染损害海洋环境管理条例》等，1982年以来，还发布了《海水水质标准》、《船舶污染物排放标准》、《海洋石油开发工业含油污水排放标准》、《渔业水质标准》、《景观娱乐用水水质标准》等海洋环境保护的国家标准，《海洋调查规范》、《海洋监测规范》等海洋环境保护规范。先后加入了《国际防止船舶污染公约》和《联合国海洋法公约》等国际海洋环境保护公约。环境噪声污染防止的法律规定：

1、《城市区域环境噪声标准》（1982）；

2、《中国人民解放军空军关于减轻飞机噪声的影响的通知》；

3、《民用机场管理规定》（86）；

4、《环境噪声污染防治条例》（89年）

5、《中华人民共和国环境噪声污染防治法》（96年）等。工业噪声污染防治的规定：⑴达标排放。⑵环境噪声排放申报登记制度。⑶偶发性强烈噪声排放的申请和公告制度。确需排放须事先向当地公安机关提出申请，批准后方可进行。当地公安机关应当向社会公告。

防治有毒化学品污染物的法律规定：1987年国务院颁布《化学危险物品安全管理条例》、1991年国家环保局、能源部发布《防止含多氯联苯电力装置及其废物污染环境的规定》。

7、1992年化工部，国家境保局发布了《关于防治铬化合物生产建设中环境污染的若干规定》。

8、1993年国务院经济贸易办公室、卫生部发布《关于停止生产和销售萘丸的通知》，9、1994年，国家环保局、海关总署、对外贸易经济部发布了《化学品首次进口及有毒化学品进出口环境管理规定》。

10、联合国环境署87年《关于化学品国际贸易资料交流的伦敦准则》(93年参加)。

11、2003年4月1日环保总局《新化学物质环境管理办法》；10月15日实施。防止放射性污染的法律规定：74年《放射防护规定》，86年《民用核设施安全监督管理条例》，84年《核电站基本建设环境保护管理办法》，87年《城市放射性废物管理办法》，89年《放射性药品管理办法》和《放射性同位素与射线装置放射防护条例》，90年《放射环境管理办法》等。《中华人民共和国放射性污染防治法》于2003年6月28日通过，自2003年10月1日起施行。

农药污染防止的法律规定：55年《关于严防农药中毒的联合通知》，82年《农药安全使用规定》和《农药登记规定》《农药登记规定实施细则》，84年《农药安全使用标准》和《农药合理使用准则》等，96年，农业部、国家环境保护局，国家工商行政管理局等五个部门联合发出通知，严禁在蔬菜生产中使用高毒，高残留农药，防止有毒有害蔬菜进入市场，以确保人民食菜安全。97年《农药管理条例》，1999年4月27日农业部农药管理条例实施办法，2002年6月18日 农业部《农药限制使用管理规定》。

现在环境问题已经威胁到人类的生存和发展，因此，环境保护也应该成为全世界人必须共同关注的话题。为了人类社会的持续进步和人类后代的生存，人类必须要坚持可持续发展，而为了实现可持续发展我们可以利用充分开发清洁能源，节能减排，利用绿色材料，崇尚低碳生活等方法。其中，随着纳米材料的悄然崛起，纳米技术在环境保护方面的应用也越来越多，人类利用资源和保护环境的能力也得到拓展。为彻底改善环境和控制新的污染源产生, 纳米材料为其提供了技术支持。

关于环境材料 有关环境材料目前国际上还没有统一的说法，归纳起来可分为以下十类：节约能源、节约资源、可重复使用、可循环再生、结构可靠性材料、化学稳定性、生物安全性、有毒有害替代、舒适性、环境材料的合成与加工工艺等几个方面。下面简单对环境工程材料的几个方面作介绍：

1、环境净化材料，环境净化材料包括水污染控制材料，大气污染控制材料等其他的环境控制材料。（1）、水污染控制材料

常用的废水处理方法可分为以下3类：①分离处理，即通过各种外力的作用使污染物从废水中分离出来，通常在分离过程中并不改变污染物的化学性质；②转化处理，即通过化学或生化的作用，改变污染物的化学性质，使其转化为无害物或可分离的物质，再经分离处理予以除去；③稀释处理，即将废水进行稀释混合，降低污染物的浓度，减少危害。针对不同的水处理方法，开发了不同用途的环境工程材料。目前，用于废水分离工艺的主要包括用于过滤、吸附的滤料、吸附剂、膜分离材料等；用于废水生化处理的主要有用于固定微生物的金属或陶瓷载体；用于废水化学处理的主要有高效率并且不产生二次污染的各种催化剂，如二氧化钛光催化剂等。

利用吸附剂的物理吸附、离子交换、络合等特点，能够去除水中的各种金属离子，主要用于处理含重金属元素的废水。此外，物理吸附还能够吸附水中的颗粒物以及部分有机污染物。吸附剂的开发主要考虑其吸附效率、选择性、成本等性能。天然沸石由于来源广泛、处理效果好、不产生二次污染等优点，目前已逐渐替代传统的活性炭吸附剂成为主要的水处理吸附剂。利用天然沸石作为基体，在分子尺度范围内可控地破坏孔洞结构，进行造孔，制得了一种新型介孔复合吸附材料。

近年来有很多关于改性多聚糖吸附剂的研究，由淀粉、糊精、壳素等天然生物质中提取多聚糖，制备交联多聚糖吸附剂的研究。沉淀分离方法也是水处理中经常使用的分离工艺。治理水污染的沉淀分离工艺过程用材料，包括用于絮凝沉淀的絮凝剂和化学沉淀的沉淀剂2种。高铁酸盐絮凝剂是水处理中已广泛使用的絮凝剂，能够有效降解有机物，去除悬浮颗粒及凝胶，其瓶颈在于产率比较低，前处理工艺对其治理效果有一定的影响。因此，研究主要集中在改善制备工艺、提高产率以及产物的稳定性、寻找替代次氯酸盐以及氯化物的氧化剂等方面。

市政生活污水通常采用生化处理工艺。固定化微生物技术是使用化学或物理的方法将游离细胞定位于材料的限定空间中，并使其保持生物活性且可反复利用的生物技术。这种水处理方法具有生物浓度易控制、耐毒害能力强、菌种流失少、产物易分离、运行设备小型化等特点，但是固定化材料性能的不足限制了其应用。利用粘土矿为主要原料，添加适当的膨胀剂并用纳米材料进行改性，控制适当的烧制工艺，研制出了一种新型的水处理填料———纳米改性陶粒，在达到相同处理效率的条件下，水力负荷提高了14.3%，出水水质好，运行稳定（2）、大气污染控制材料

目前，治理大气污染通常使用吸附法、吸收法和催化转化法。相应的大气污染控制材料包括吸附剂、吸收剂和催化剂，主要应用于工厂、住宅区锅炉等固定源与机动车等活动源排放的气体污染物的净化。稀土汽车尾气净化催化剂是近年来发展起来的一类重要的环境工程材料，它能够在一定条件下催化大气中的有害气体成分，如NOx、CO、CH等转化为N2和CO2。汽车尾气的净化催化剂通常采用铂、钯、铑等贵金属作为主要的活性组分。近年来，为了节约贵金属资源，开始研究利用过渡金属、稀土元素部分替代或全部替代贵金属，进行汽车尾气净化处理，取得了很好的效果。

目前，这方面的研究热点主要集中在减少贵金属用量、提高催化效率以及催化剂稳定性等方面。作为稀土催化剂载体的多孔蜂窝陶瓷近年来也成为研究的热点。

二氧化钛光催化剂的研究近年来成为材料科学研究的热点之一，由于其化学性能稳定、无毒、价廉以及光催化活性高而引起了广泛的重视。利用Sol-Gel、磁控溅射2种方法分别制备了锐钛矿相的纳米TiO2粉末和固定化的薄膜，研究了微观结构对光催化性能的影响及催化机理。在此基础上提出了利用离子注入和纳米镶嵌改变材料的能带结构，从而达到提高TiO2光催化活性的目的。近年来，TiO2光催化剂的多种类型的产品陆续出现，如自清洁玻璃、卫生洁具等。根据研究，超声波对二氧化钛光触媒可起到催化作用，从而促使二氧化钛激发液体成分发生变化，释放出杀菌成分。将大肠杆菌加入纳米二氧化钛水溶液，经超声波作用75 min，杀灭率可达到100%。

室内环境污染也是大气污染的一种，污染源主要是外界大气、房基或家居中的化工涂料、染料等。近年来利用TiO2光催化剂【13】将空气中的有机物分解为CO2、H2O和相应无机酸，日益成为国内外研究的热点。载人航天器座舱内的空气净化主要采用生物空气过滤器BAF（Biological Air Filter）【14】。最初，这种过滤器主要采用的基质是土壤，后来用一些质量更轻、孔隙度和比表面积更大的天然有机物质如堆肥、树皮、泥炭等。这种生物空气过滤器比起物理/化学的方法，如化学清洗、吸附和催化转化等的费用要廉价得多，但是只适用于低浓度污染物的室内空气净化。

沸石和活性炭纤维良好的吸附性能也可以应用于处理废气和净化空气。例如，沸石对于大气中的碳氢化合物、硫氧、氮氧、一氧化碳、硫化氢等具有良好的吸附、净化功能，可用于汽车尾气净化剂。在二氧化硫烟气净化方面，开发出了离子交换树脂吸附型净化材料以及利用稀土氧化物材料作为催化剂的干法脱硫。离子交换树脂是以丙烯、苯乙烯为原料，经交联悬浮共聚，制成多孔柱状树脂，再经碳化处理而得到的。稀土氧化物CeO2是非常有应用前景的新型吸收剂，能够在很宽的范围内与SO2反应，而且在适当的条件下可再生，可以使吸收剂产生的废气转化为硫。作为潜在的吸收剂CeO2可以同时脱去烟气中的二氧化硫和氮氧化物，其脱氮和脱硫效率都大于90%，目前此类研究正处于实验室阶段。

2、环境修复材料，环境修复指对已破坏的环境进行生态化治理，恢复被破坏的生态环境。常见的环境修复材料有防止土壤沙漠化的固沙植被材料、二氧化碳固化材料以及臭氧层修复材料等。（1）、固沙制备材料

大力防治土地沙漠化和荒漠化是实现社会和国民经济可持续发展的一个重要问题。研制、开发新型固沙植被材料，保持水土、减缓沙漠化是生态环境材料工作者义不容辞的责任。目前的固沙植被材料主要有两大类：一类是高吸水性树脂，另一类是高分子乳液。目前，这些材料主要用于沙漠与荒漠化地区交通干线沿线的护路以及荒坡固定等。技术已经成型的固沙剂具有固结速度快、强度高、无毒害、易于操作等优点，但通常成本较高。(2)其他环境修复材料

全球气候变暖、温室效应加强，是各国政府目前密切关注的环境问题之一。如采取积极的措施，将CO2转化为其他有用的材料，是控制CO2排放、治理气候变暖的一个重要途径。日本研制的用于保护臭氧层的转化氟利昂的新型催化剂，以及用CO2作原料来生产甲醇的技术是2个典型的例子。前者可大大降低臭氧层的破坏程度，使人们免遭紫外线照射之苦，而后者则可有效地降低CO2所产生的温室效应。它们都可改善人类居住的环境，同时还可带来巨大的经济效益。

随着全球性生态环境的恶化，环境修复材料在未来将遇到更大的机遇与挑战。温室效应、臭氧层空洞、POPs污染等重大环境问题，无一不是依靠材料科学与技术的进步才能够解决的。开发新型材料是今后发展的主要思路，如从各式各样的废弃物中提取有用成分制备可降解的固沙材料，既降低了成本，又可有效地解决废弃物的处理问题。总之，环境工程材料必将对人类社会进步起到巨大的推动作用。

四、环境材料的发展趋势

就目前状况而言，城市建筑不断增多，人们汽车拥有量不断加大，环境材料的发展已成必然，合金材料将向着耐热材料、超低温结构材料、轻质耐久性材料方向发展；开展更多的绿色化工产业，实现“原子经济性”采用3R方法，减量化，再生利用和再循环利用等，并将构建绿色制造数据库形成完整的绿色生态加工体系。

一、纳米技术及其特性 纳米技术是指1~100nm尺度范围内的科学技术，研究尺度界于原子、分子与宏观物体之间的规律和特征，当物质被“粉碎”到纳米级细小并制成“纳米材料”，纳米材料通常以其表面原子数占总原子数比例大，还有显示量子尺寸效应这两个重要特点而影响其各种物理和化学性能, 使纳米颗粒具有独特的性质。不仅光、电、热、磁性发生变化，而且具有辐射、吸收、催化等许多新特性。因而在许多方面有着广阔的应用前景。由于纳米材料具有的特殊性能使得它在水处理和大气处理中有着广泛的应用。

光催化氧化法处理、净化受污染体的方法是一种高级氧化技术, 对许多有毒有害的有机污染物的处理均显示出其独特的优势, 如氧化降解水体中不饱和有机化合物、芳烃、卤化烃、芳香类化合物、杂环化合物、染料、表面活性剂有机氮磷农药等.光催化能将难降解有机污染物氧化、分解, 直至H2O、CO2和无机盐等, 使有机物部分或完全矿物质化(矿化), 从而达到污染物无害化处理的要求.目前,用于光催化降解环境中污染物的催化剂多为N型半导型材料, 如T iO2、ZnO、CdS、WO3、SnO、Fe2O3 等, 其中TiO2 因其活性高、稳定性好, 对人体无害而成为最受重视的一种光催化剂。实验表明, T iO2 至少可以经历12 次的反复使用而保持光分解效率基本不变, 连续580 分钟光照下保持其活性, 因而将其投入实际应用有着广阔的发展前景。

二、TiO2 光催化净化机理及优势

显著优势:(1)以太阳光为最终要求的辐射能源，把太阳能转化为化学能加以利用。太阳光，是取之不尽、用之不竭的，因此大大降低了处理成本，是一种节能技术。

(2)光激发空穴产生的·OH 是强氧化自由基，可在较短时间内成功分解水中难降解有机物在内的大多数有机物，它还能分解水中微量有机物，因此是一种普遍实用的高效处理技术。(3)半导体光催化技术具有稳定性高、耐腐蚀、无毒的特点，并且在处理过程中不产生二次污染，从物质循环的角度看，有机污染物能被彻底无机化，因此是一种洁净的处理技术。(4)对环境要求低，对pH 值、温度等没有特殊要求。

(5)处理负荷没有限制，即：可以处理高浓度废水，也可以处理轻微污染水源水。在水污染物治理中的应用 案例：2006长江淡水豚中外联合考察队经历了39天长江航行后遗憾宣布，来回近3400公里考察未发现一头白鳍豚，这个结果证明白鳍豚种群状况极度濒危，可能成为世界上第一个被人类消灭鲸类动物。白鳍豚是仅生存中国长江中下游珍稀水生哺乳动物，属国家一级保护动物，被列为世界最濒危12种动物之一。白鳍豚5岁～6岁性成熟，1年怀胎，一年哺乳，一胎一仔，习惯以小家庭形式生活。这一消息让人感到恐惧，如果再不好好地治理长江，好好地治理水污染，会有更多的物种灭绝。

长江生态恶化，是沿江经济布局不合理恶果。据统计，全国两万多家化工企业，分布长江沿岸就有9000多家，占全国45%。三峡库区大中型工矿企业3000多家，化工厂有2000多座。这些化工企业污染严重，为发生重大污染事件埋下严重隐患，一旦发生污染事故，后果不堪设想。

随着人口的增加和工农业生产的增长，人类的用水量大大增加，排污量也空前猛增，水污染非常严重，加剧了水资源危机的程度。当前，全球80多个国家的15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态，所以保护水资源,节约用水势在必行。污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等，污水治理就是将这些物质从水中去除。由于传统的水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理一直得不到很好解决。而纳米技术在水污染治理方面也有突出表现。污水中的贵金属是对人体极其有害的物质，它们从污水中流失，也是资源的浪费。新的一种纳米技术可以将污水中的贵金属完全提炼出来，变害为宝。一种新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂三氯化铝的10~20倍。所以，纳米技术在污水处理的很多领域都起到重要作用。(1)有机废水的降解处理

TiO2 光催化反应能有效地将染料废水、农药废水、表面活性剂、氯代物、氟里昂、含油废水等废水中的有机物降解为H2O、CO2、PO43-、SO42-、NO3-、卤素离子等无机小分子, 达到完全无机化的目的。大量研究表明纳米TiO2等作为光催化剂，在阳光下催化氧化水中的有机污染物，使其迅速降解。至今为止己知纳米TiO2能处理80余种有毒污染物，它可以将水中的各种有机物很快完全催化氧化成水和CO等无害物质。例如纳米Ru／TiO2作催化剂，对酸性或碱性牛皮纸漂白废水进行光催化降解，废水中的有机总碳的去除率可达到99．6％，并使废水完全脱色。经光催化空气氧化处理后的工厂废水对弧菌的毒性的实验表明，用该方法处理后的工厂漂白废水完全可以进一步生物降解。此外，用纳米TiO2催化降解技术来处理毛织染整废水，具有省资、高校、节能的优势，最终能使有机物完全矿化，不存在二次污染等问题，显示出良好的应用前景(2)无机废水的处理

许多无机物在TiO2 表面也具有光化学活性。利用T iO2 催化剂的强氧化还原能力, 可以将污水中汞、铬、铅以及氧化物等降解为无毒物质。Ser pone 等报道了用T iO2 光催化法从Au(CN)-4 中还原Au, 同时氧化CN-为NH3 和CO2的过程, 该法用于电镀工业废水的处理, 不仅能还原镀液中的贵金属, 而且还能消除镀液中氰化物对环境的污染, 是一种有实用价值的处理方法。

二、纳米材料在大气污染治理方面的应用

大气污染一直都是各国政府需要解决的难题，空气中超标的一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物是影响人类健康的有害气体。在我国，“大气污染导致每年有30到70万人因烟尘污染提前死亡，2500万儿童患慢性咽炎，400万到700万农村妇女儿童受害。”

纳米TiO2作为一种极强的光催化剂,使得利用太阳光这种最清洁的能源来分解环境中的污染性物质成为了可能.因此,在涂料中加入纳米TiO2、ZnO、CaCO3、SiO2及碳黑等作为颜填料或助剂,除了可以显著提高涂膜的机械强度、防腐性能、耐光性和耐候性外,还可利用纳米半导体的强光催化活性降解空气中的污染物.研究表明,纳米TiO2对NOx、甲醛、甲苯等污染物的降解效果几乎可达到100%.其对大气中的NOx的净化机理如图1所示[4]

酸雨是大气污染的一种重大表现。世界目前已有三大酸雨区，给人类环境带来了多方面的不良影响，如土壤酸化与贫瘠化，作物减产，余下减少或灭绝等。而纳米材料和纳米技术的应用为解决这些气体的污染问题提供了新的方法。二）固体废物处理

现在，人类生活垃圾的排放量也大得惊人，而，纳米技术及纳米材料可以应用于城市固体垃圾处理。它的作用主要有两个方面：一是可以将橡胶制品、塑料制品、废印刷电路板等制成超微粉末，除去其中的异物，成为再生原料回收；二是利用纳米TiO2催化技术可以使城市垃圾J决速降解，其速度可达到大颗粒TiO2的10倍以上，从而缓解大量城市垃圾给城市环境带来的压力。

结语 随着纳米科技和纳米材料的研究深入，特别是纳米科技与环境保护和环境治理的进一步有机结合，许多环保难题将会得到解决。现在有很多纳米技术的成功研究都没有用到世纪中，我相信，在不久的将来，这些技术都会出现在我们的日常生活中，诸如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题都将会得到解决。我们将充分享受纳米技术给人类带来的洁净环境。有理由相信，纳米科技作为一门新兴科学，必将对环境保护产生深远的影响，利用纳米科技解决环境污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。总之，纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点，正如钱学森院士所预言的那样：“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点，会是一次技术革命，从而将是21世纪的又一次产业革命。”

被喻为21世纪前沿科学的纳米技术将成为人类解决环境污染难题的有效手段。纳米技术在环境污染控制中的应用,可以大大提高难去除杂质的去除率,使复杂的处理过程简单化,处理成本下降。可以预见,利用纳米技术的环保工艺和技术将成为未来环境保护技术发展的趋势。

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纳米材料在水处理中的应用 篇5

纳米材料在水处理中的应用

从纳米光催化氧化技术、纳米膜过滤技术和纳米吸附材料等三方面分别介绍了纳米技术在水处理方面的研究和应用情况.

作 者：黄健平鲍姜伶 作者单位：华北水利水电学院,河南郑州,450011刊 名：电力环境保护英文刊名：ELECTRIC POWER ENVIRONMENTAL PROTECTION年，卷(期)：24(3)分类号：X703.1关键词：纳米材料 纳米光催化氧化 纳滤 纳米吸附 水处理

纳米材料的应用 篇6

纳米材料（又称超细微粒、超细粉未）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。

1.在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。

纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。

光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。

2.在涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。

3.在其它精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

4.在医药方面的应用

21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。

纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。

5.结语

浅谈纳米材料的特性及应用 篇7

随着科学研究的进一步发展, 人们发现当物质达到纳米尺度以后, 大约在1~100纳米这个范围空间。物质的性能就会发生突变, 出现特殊性能。这种既不同于原来组成的原子、分子, 也不同于宏观物质的特殊性能的物质构成的材料, 即为纳米材料。

过去, 人们只注意原子、分子, 或者宇宙空间, 常常忽略他们的中间领域, 而这个领域实际上大量存在于自然界, 只是以前没有认识到这个尺度的范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家。他们发现:一个导电, 导热的铜、银导体做成纳米尺度以后, 它就失去原来的性质, 表现出既不导电, 也不导热。材料在尺寸上达到纳米尺度, 大约是在1~100纳米这个范围空间, 就会产生特殊的表面效应, 体积效应, 量子尺寸效应, 量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能。拥有一系列的新颖的物理和化学特性, 这些特性在光、电、磁、催化等方面具有非常重大应用价值。

近年来, 已在医药、生物、环境保护和化工等方面得到了应用, 并显示出它的独特魅力。

1 医学方面的应用:

目前, 国际医学行业面临新的决策, 那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医学就是从动植物中提取必要的物质, 然后在纳米尺度组合, 最大限度发挥药效, 这恰恰是我国中医的想法, 随着健康科学的发展, 人们对药物的要求越来越高。控制药物释放减少副作用, 提高药效, 发展药物定向治疗, 必须凭借纳米技术。纳米粒子可使药物在人体内方便传输。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体, 可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织, 尤其是以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物, 称为"定向导弹"。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物, 注射到人体血管中, 通过磁场导航输送到病变部位, 然后释放药物。纳米粒子的尺寸小, 可以在血管中自由的滚动, 因此可以用检查和治疗身体各部位的病变。利用纳米系统检查和给药, 避免身体健康部位受损, 可以大大减小药物的毒副作用, 因而深受人们的欢迎。

2 在涂料方面的应用;

纳米材料由于其表面和结构的特殊性, 具有一般材料难以获得的优异性能。借助于传统的涂层技术, 再给涂料中添加纳米材料, 可获得纳米复合体系涂层, 实现功能的飞跃, 使得传统涂层功能改性从而获得传统涂层没有的功能, 优越。

如;有超硬、耐磨, 抗氧化、耐热、阻燃、耐腐蚀、变色等。在涂料中加入纳米材料, 可进一步提高其防护能力, 实现防紫外线照射, 耐大气侵害和抗降解等, 在卫生用品上应用可起到杀菌保结作用。在建材产品如玻璃中加入适宜的纳米材料, 可达到减少光的透射和热估递效果, 产生隔热, 阻燃等效果。由于氧化物纳米微粒的颜色不同, 这样可以通过复合控制涂料的颜色, 克服碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅限粒径而变, 而具有随角度变色的效应。在汽车的装饰喷涂业中, 将纳米Tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中, 能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果, 从而使传统汽车面色彩多样化。

3 在化工方面的应用;

化工业影响到人类生活的方方面面, 如果在化工业中采用纳米技术, 将更显示出独特畦力。在橡胶塑料等化工领域, 纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Sio2, 可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3和Si O2, 加入到普通橡胶中, 可以提高橡胶的耐磨性和介电特性, 而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料, 可以提高塑料的强度和韧性, 而且致密性和防水性也相应提高。最近又开发了食品包装的Ti O2.纳米Ti O2能够强烈吸收太阳光中的紫外线, 产生很强的光化学活性, 可以用光催化降解工业废水中的有利污染物, 具有除净度高, 无二次污染, 适用性广泛等优点, 在环保水处理中有着很好的应用前景。

4 其他生活方面的应用:

纳米技术正在悄悄地渗透到老百姓衣、食、住、行各个领域。化纤布料制成的衣服虽然艳丽, 但因摩擦容易产生静电, 因而在生产时加入少量金属纳米微粒, 就可以摆脱烦人的静电现象。不久前, 关于保温被、保温衣的电视宣传, 提到应用了纳米技术。纳米材料可使衣物防静电、变色、贮光, 具有很好的保暖效果。冰箱、洗衣机等一些电器时间长了容易产生细菌, 而采用了纳米材料, 新设计的冰箱、洗衣机既可以抗菌, 又可以除味杀菌。紫外线对人体的害处极大, 有的纳米微粒却可以吸收紫外线对人体有害的部分, 市场上的许多化妆品正是因为加入了纳米微粒而具备了防紫外线的功能。传统的涂料耐洗刷性差, 时间不长墙壁就会变的班驳陆离, 纳米技术应用之后, 涂料的技术指标大大提高, 外墙涂料的耐洗刷性提高很多, 以前的电视、音响等家电外表一般都是黑色的, 被称为黑色家电, 这是因为家电外表材料中必须加入碳黑进行静电屏蔽。如今可以通过控制纳米微粒的种类, 进而可控制涂料的颜色, 使黑色家电变成彩色家电。

总之, 在未来生活中, 纳米技术将带给我们无限的舒心与时尚, 使人类的生存的条件更加

参考文献

[1]赵清荣:雷达与对抗[J], 2001, (3) :20-23。

[2]秦嵘等。宇航材料工艺[J], 1997, (4) :17-20。

[3]张立德, 牟秀美, 纳米材料学[M], 沈阳;辽宁科学技术出版社1994。

纳米材料的应用 篇8

【关键词】中学理科教师 纳米教育 碳纳米材料 生物传感器

随着纳米技术的不断发展，纳米材料在各个领域的不断应用，纳米与我们生活的联系越来越紧密。在我国，“纳米”一词早已走进了中学课本，学生对这部分知识很感兴趣。然而，纳米科学是一个新的领域，大多数中学理科教师大学毕业年代较早，以前读书时学到的纳米材料与技术的知识相对较少，导致学生询问时出现窘境的情况时有发生。

我国《国家纳米科技发展纲要（2001-2010）》明确指出，要加强纳米科技人才培养，重视培养高质量人才，要从学校教育抓起。在一次面向深圳市三区六校高三理科生的调查中，针对“高中阶段，你上过几次有关纳米材料与纳米技术的理论课”这一问题，共发放问卷220份，收回有效问卷206份，回收率93.6%。调查结果如图1所示，只有近四分之一的同学上课次数在10次以上，几乎一半的同学上课次数不足5次。由此可见，中学教师向学生介绍纳米材料的次数是非常少的，远远不能满足社会发展对纳米教育的需求。因此，中学理科教师必须紧跟时代步伐，更新与纳米材料相关的知识，并将其融入到自己的教学实践中，激发学生的兴趣并培养他们的科学素养，使我们的教学始终保持旺盛的活力和足够的吸引力，在中学阶段就为高素质创新型人才的培养打下坚实的基础。

一、纳米印象

纳米是一个长度单位，1 nm=10-9 m。1nm大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的十万分之一。纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义的纳米材料是指纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸范围为1～100nm。在自然界中，我们能找到纳米尺寸的例子。人类工程学家发现，一个DNA分子的宽度约2.5纳米，长度最长可达1米，最小的病毒分子长度约25纳米；典型的蛋白质分子长约10纳米。我们的手指甲一秒钟大约长长一纳米。每年市场上新出现的纳米产品的数量以接近指数的速度在增长，有研究指出，2005年在美国市场上只有54种纳米产品，而到了2011年，就有1317种纳米产品可供消费者选择。纳米科技正以前所未有的速度快速进入人们的日常生活之中。

二、新型碳纳米材料

近三十年来，新型碳纳米材料已成为国际科学发展的前沿领域之一。在碳的几种同素异形体（金刚石、石墨、无定型碳、富勒烯和石墨烯）中，人们关注最多的是足球烯、碳纳米管和石墨烯。这三种碳的同素异形体因其在力学、电学等方面的优异性能而被人们寄予厚望。

1.足球烯

英国波谱学家克罗托、美国的科尔教授和研究原子簇化学的斯莫利教授在1985年发现了C60。C60是富勒烯的典型代表，是具有32个面的球状结构，由12个五边形和20个六边形组成，五边形互不连接，而是与五个六边形相接，每个六边形又与3个六边形和3个五边形间隔相接，碳原子位于顶角上。60个碳原子分布在60个全等顶点处，形成一个中空的笼子，外观酷似英式足球，所以又称足球烯。

2.碳纳米管

1991年日本的一个研究小组用理论计算的方法，预测了无限拉伸的管状结构物质的电子结构。同年，日本NFC公司电镜专家饭岛澄男博士发现了管状结构的碳原子簇，称为碳纳米管。从此，碳纳米管正式走向科研和应用的舞台，并因其奇特的性质吸引了大批的基础研究工作者进行研究。

3.石墨烯

石墨烯结构非常稳定，它是目前世界上最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯因为很薄，所以几乎是完全透明的。石墨烯特殊的电子结构、特异的电子性能和极好的电子运输能力，使其在高灵敏度检测领域具有独特的优势。

三、新型碳纳米材料在电化学生物传感器方面的应用

生物传感器（Biosensor），是近30年发展起来的一项新型的分析测量技术，对被分析物质具有特定的识别作用，并且能够将被分析物质的浓度转化为信号进行检测的装置。它是由具有分子识别能力的生物活性物质（如：酶、微生物、动植物组织切片、抗原或抗体、DNA等）与物理或化学换能器相结合而构成，是生物医学与电子学、工程学相互渗透结合的一种新型信息技术。

碳纳米材料由于其高的比表面积、较好的生物相容性和高表面反应活性，导致其吸附能力增强、表面活性位点增加、催化效率提高。足球烯、碳纳米管和石墨烯等被越来越多的科技工作者用来制作电化学生物传感器。碳纳米管的发现，在很大程度上丰富了碳材料的研究内容，引发了跨世纪的材料革命。

四、总结与展望

新型碳纳米材料是纳米材料的重要组成部分，蕴含着理论上的勃勃生机及实践上的无限潜力。通过对这部分内容的学习，希望对广大中学理科教师的职业发展起到一定的推动作用。提高公民的纳米科技素养，培养合格的纳米科技工作者，向全体公民普及纳米科普知识，使科技元素与我们的日常生活紧密融合，已成为广大教师义不容辞的责任。