第一篇：納米技術在光學領域的應用

納米技術在光學領域的應用

王蒙

（長春工程學院 理學院 吉林省長春市 郵編130026）

摘要:隨著科學技術的不斷發展，納米技術在日趨成熟。納米技術在許多領域都發揮著重要的作用，如應用納米科學技術可以引發光電子、微電子、環保等諸多領域的革命，推動社會經濟的騰飛；而納米電子學、納米光電子學和納米光子學將成為21世紀信息時代的關鍵技術。由于納米半導體光電子材料蘊藏著許多新的物理信息和可資利用的獨特功能而具有極其廣闊的發展前景。它是半導體光電子材料的一顆新星。它的出現，意味著半導體光電子材料向低維化方向發展。

關鍵詞:納米技術；光學；納米材料；光電材料；半導體。

引言

半導體光電子材料經過幾十年的發展，已經成為在國民經濟和軍事等領域得到廣泛應用、充滿生機的一類電子信息材料。在信息化時代加速了該材料的升級，使它更加異彩紛呈，引人矚目。

在20世紀90年代全球掀起的納米科技浪潮推動下，納米半導體光電子材料、納米磁性材料、納米陶瓷材料和納米生物材料等納米材料應運而生。納米材料是指尺寸為1～100nm的各種固體材料。納米半導體光電子材料是納米材料家族中的重要成員，它的崛起是光電子材料發展的一次新的飛躍，成為發展新特性、新效應、新原理和新器件的基礎。當半導體光電子材料的尺寸減小到納米量級時，其物理長度與電子自由程相當，載流子的輸運將呈現量子力學特性，宏觀固定的準連續能帶消失而表現出分裂的能級，因而傳統的理論和技術已不再實用。納米半導體光電子材料技術是一種多學科交叉的科學和技術，該領域充滿了巨大的創新機會和廣闊的發展前景。

1.關于納米的概述

1.1:納米的概念

納米是一種長度度量單位，1納米等于10億分之一米(1nm=10-3μm=10-9m）相當于頭發絲直徑的10萬分之一。1.2:納米技術

納米技術是指在原子分子層次上對物質精細的觀測識別與控制的研究與應用，它將對于21世紀的信息科學、生命科學、分子生物學、新材料科學和生態系統可持續發展科學提供一個新的技術基礎，這將引起一場產業革命，其深遠的意義堪與 世紀的工業革命相媲美，它包括的領域甚為寬廣。人們根據使用的目的不同而制造不同種類的材料，把納米材料與光學材料的制造有機地結合起來，制造一類新的功能納米光學材料是當今光學領域里科學工作者一項義不容辭的責任。

1.3:納米材料

-9 納米材料是指晶粒尺寸為納米級(10m)的超細材料。其尺寸介于分子、原子與塊狀材料之間, 通常泛指1~ 100nm范圍內的微小固體粉末。納米材料是一種既不同于晶態也不同于非晶態的第三類固體材料, 它是以組成納米材料的結構單元——晶粒、非晶粒、分離的超微粒子等的尺度大小來定義的。目前, 國際上將處于1~ 100nm尺度范圍內的超微顆粒及其致密聚集體, 以及由納米微晶所構成的材料, 統稱之為納米材料, 包括金屬、非金屬、有機、無機和生物等多種粉末材料。它們是由2~ 106個原子、分子或者離子構成的相對穩定的集 團, 其物理和化學性質隨著包含的粒子數目與種類而變化。納米材料的顆粒尺寸是肉眼和一般顯微鏡下看不到的微小粒子, 只能用高倍電子顯微鏡進行觀察。

1.4:納米材料的性能

實驗與理論表明, 納米材料具有既不同于原子、分子、亦不同于宏觀物體的特列性質, 例如: 所有的金屬被細分到納米微粒時, 將失去絢麗的光彩而成為對太陽光幾乎全吸收的黑體, 利用此特性可進行高效光熱轉換, 可作為微波、紅外隱形材料、優良的催化劑等。

無機非金屬材料的光學性質亦隨顆粒尺寸的減小而顯著變化。例如硅片是不發光的, 但納米多孔硅卻能發光。研究表明, 鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及海龜等動物能識別方向的奧秘在于它們的體內含有

納米磁性微粒, 依靠磁場而定向運動;金屬、玻璃與氧化物、半導體等納米顆粒構成復合材料時, 可以顯著地改變力學、電學以及光學等性質。物質到納米級以后, 具有常規粗晶粒材料不具備的奇異特性和反常特性, 展現出引人注目的應用前景。如銅到納米級就不導電;絕緣的二氧化硅、晶體等, 在20nm時開始導電;高分子材料加入納米材料制成的刀具, 比金剛石制品還堅硬等。由于納米材料特殊的結構特征, 使它具有傳統材料所不具有的物理和化學特性。

納米材料的主要特性表現在一下幾方面：①表面效應:納米材料的表面效應是指納米粒子的表面原子數與總原子數之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質上的變化：②尺寸效應:由于顆粒尺寸變小引起的宏觀物理性質的變化稱為尺寸效應：③體積效應:由于納米粒子體積極小, 所包含的原子數很少。因此, 許多現象如與界面狀態有關的吸附、催化、擴散、燒結等物理、化學性質將顯著與大顆粒傳統材料的特性不同, 就不能用通常有無限個原子的塊狀物質的性質加以說明, 這種特殊的現象通常稱之為體積效應;④量子效應:介于原子、分子與大塊固體之間的納米顆粒, 將大塊材料中連續的能帶分裂成分立的能級, 能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或磁能比平均的能級間距還小時, 就會呈現一系列與宏觀物體戳然不同的反常特性, 即量子效應。

除此之外，納米材料和常規材料在理化性質方面還有許多不同的地方，如納米材料有高強度、高韌性；高比熱和熱膨脹系數；異常電導率和擴散率等性質。2.納米材料在光學領域的應用

2.1:納米半導體材料與器件

硅納米結構的尺寸小到一定范圍時，將會出現量子限域效應、尺寸效應及表面效應等許多新的效應，從而使它呈現出諸多新穎性質，其中一個典型的例子就是由量子效應引起的硅納米結構的高效發光。最近的研究表明硅納米結構具有高效的可見發光，且發光波長可以通過對硅納米結構尺寸改變進行調節。最近，科學家已經利用硅納米結構所呈現的這些新穎性質和效應，開發出了高靈敏生物和化學傳感器、高效率太陽能電池及發光二極管等器件。因此，該類納米材料展現出廣闊的應用前景

2.2:半導體復合納米粒子

半導體符合納米粒子由于具有量子尺寸效應，表面效應和小尺寸效應而具有優異的光學性質（如非線性光學響應及室溫光致發光），光電催化特性和光電轉換特性。半導體納米粒子復合后的性質并不是單個納米粒子性質的簡單加和，而是具有更優異的性能，可用于光電太陽能轉換，廢物處理及功能陶瓷的制備等。研究半導體復合納米粒子，發展新型納米半導體復合材料是納米半導體領域研究的新熱點。2.2.1:半導體復合納米粒子的制備

半導體復合納米粒子的復合方式有核-殼結構、偶聯結構（3）、固溶體和量子點量子阱。核-殼結構的復合納米粒子制備時有一定的加料順序，即先生成核，再在核外生成另一種半導體粒子對其進行包覆。偶聯結構的復合粒子可分別制備然后混合或一次形成，這依賴于兩種半導體粒子的屬性、生成速率和溶度積的差別。固溶體的制備則必須在同一體系中同時完成。

2.3: 納米光電材料的良好特性

用于光電的半導體材料在尺度縮小到納米尺度時會表現出與大尺寸材料不同的光學點穴性質。這是因為當材料尺寸減小時會顯現出量子化的效果。由于半導體的載流子限制在一個小尺寸的勢阱中,在此條件下,導帶和價帶能帶過渡為分立的能級。因而有效帶隙增大,吸收光譜閾值向短波方向移動,這種效應就稱為尺寸量子效應。

量子尺寸效應除了會造成光學性質發生變化還會引起電學性質的明顯改變。這是因為隨著顆粒粒徑的減少,有效帶隙增大,光生電子具有更負的電位,相應地具有更強的還原性,而光生空穴因具有更正的電位而具有更強的氧化性。

表面效應是納米光電子材料的另一個重要特性。納米粒子表面原子所占的比例增大。當表面原子數增加到一定程度，粒子性能更多地由表面原子而不是由晶格上的原子決定。由于表面原子數的增多會導致許多缺陷，從而決定了它有更高的活性。

由此可以看出納米光電材料比普通光電材料有更高的光催化活性。3..納米光學材料的功能轉化

3.1:太陽能轉換為化學能

光解水產生氫氣（5，6）在CdS—ZnS體系中，不論是核-殼結構的CdS/ZnS還是ZnxCd1-xS固溶體，加入空穴俘獲劑，連續光解，氫的產率遠高于純CdS粒子單獨存在時的產率。入射波長λ>400nm時，連續光解10—12h，氫的產率隨ZnS含量的增大而提高，Zn:Cd=1:1時，產率最高。

3.2:太陽能轉換為電能

太陽能電池：太陽能電池的光電轉換效率是四個因子的乘積：

η=Kthr×Kst×Y×f×100%(a)Kthr表征了由于半導體中光吸收的量子特性所引起的能量損耗，Kthr與半導體的禁帶寬度有關。

(b)Kst表征能量儲存的效率，即利用在光激發過程中產生的電子-空穴對的能量(≈Eg)作有用功的效率。光電太陽能電池中Kst=eφ0,cph/Eg φ0,cph—開路光電勢

(c)Y是量子產率等于通過電池外電路傳輸的電子數與在光轉換器表面的入射光量子數之比。Y=iph/eJ,在再生式電池中，iph=isp.c—電池的短路光電流。實際上，量子產率表征了光生電荷分離的效率。(d)f是電流-電壓特性曲線的填充因子，由于Ohm電壓降以及通過電流時光化學電池的超電壓所引起的能量損耗，對于再生式電池，4.納米光電材料的在光學領域的一些其他應用 4.1: 一維納米材料

當一維半導體材料的直徑與其德布羅意波長相當時，它的導帶與夾帶進一步分裂，其能隙會隨著直徑減小而變大。這樣以來量子限制效應、非定域量子相干效應和非線性光學都會表現明顯。

定向耦合器(DC)是波分復用網絡中最常用的基本元件之一。Yamada等人首次報道了一種基于納米線波導的定向耦合器,兩個耦合波導的橫截面尺寸為0.3μm ×0.3μm ,間距僅為0.3μm。由于兩個波導之間很強的耦合作用,定向耦合器的耦合長度僅為10μm ,當耦合波導之間的間距減少時,波導長度還可以進一步縮短。由此可以制作出結構非常緊湊的3dB 耦合器。在此基礎之上, 他們還制作了一種基于納米線波導的Bragg反射型光上/ 下路復用器，它由兩個在側壁上刻有Bragg光柵的納米線波導和兩個基于納米線波導的3dB耦合器構成。下路波長帶寬不超過0.7nm ,下路波長時輸出端的消光比為8dB ,其下路波長可以通過改變光柵參數來進行調節。

將SOI 納米線引入到熱光開關中,有助于器件尺寸和功耗的減小。Chu等人首次報道了基于納米線波導的1×1、1×2 和1×4的Mach2Zehnder干涉型熱光開關。光開關中采用的納米線波導的橫截面尺寸為300 nm×300nm ,這些熱光開關器件所占的面積分別為140μm ×65μm、85μm×30μm 和190μm×75μm ,消光比超過30dB ,開關功耗低于90mW ,開關響應時間小于100μs。

4.2:納米硅薄膜

納米硅薄膜是由納米尺寸的硅微晶粒構成的一種納米固體材料,其晶粒所占的體積約為50 % ,另外50 %則為晶粒之間的大量界面原子所占據。納米硅薄膜由于獨特的結構而具有一系列獨特性質,如電導率高、光熱穩定性好、光吸收能力強、光學能隙寬化、光致發光等,而且還具有明顯的量子尺寸效應。近年來,已成功地研制了納米硅異質結二極管，并正展開納米硅薄膜（11）太陽電池的研制,展現了納米硅薄膜器件的廣闊前景。

紫外光電探測器方面,O.M.Nayfeh等人制作了納米Si薄膜紫外光電探測器。他們首先以電化學分解法在HF-H2O2混合液中制備了尺寸為1 nm的納米Si晶。然后開始器件的制作:在P 型襯底上生長500nm的氧化層;接著用氫氟酸緩沖液在氧化層上刻蝕出器件圖形;然后將硅片浸入納米硅晶的酒精懸濁液中,用一種類似于金屬電鍍的電化學電鍍方法,將納米Si 晶淀積到已刻蝕出的氧化層圖形中,淀積厚度約500 nm;最后,在納米Si 晶膜上淀積一層厚為4nm 的半透明Au 層,Au 層之上和襯底背面分別淀積厚300 nm 的凹，凸點,作為器件的引出電極。器件對可見光有很好的過濾特性,而對紫外光有較好的響應。5.納米材料在我們身邊光學領域中的例子——光學樹脂眼鏡

激光具有單色性、方向性、相干性及高亮度等特點，利用激光測距、目標指示或瞄準等在軍事及民用領域應用相當廣泛，但是受激光直射的眼睛和光電設備的傳感器等可能被致傷或破壞。目前市售的激光防護鏡多為無機玻璃片，安全性較差，有些公司采用納米新材料，以全新的理念及技術制作屏蔽激光的光學樹脂鏡片，此類產品目前產量不多。這些多功能防激光特種光學樹脂鏡片具有如下技術特點：

1）由于是把無機納米材料均勻復合于有機樹脂鏡片中，因此鏡片質輕、能抵御碎彈片沖擊，保護人眼不受傷害。

2）屬于介觀材料的納米粒子具有奇異的光學特性，能提高鏡片的增透能力使視覺清晰；并能多光源、多光區屏蔽激光射線。

近年來，由于地球南北極上空出現的臭氧層空洞越來越大，紫外線直射地面，給人的眼睛和皮膚造成傷害，尤其是在高原地區高強度紫外線照射使許多老年人的眼睛患上白內障等眼科疾病。因此這些公司推出了可完全吸收波長280-400nm的紫外線，同時在可見光區具有高透過度的納米復合光學樹脂鏡片。

太陽光（相當于T=6000K）的峰值波長約在480nm 左右，太陽輻射的大部分能量分布在可見區與紫外區。可見光最易透過人眼的屈光介質造成眼底損傷，紫外線則主要是損傷人眼的晶體，因此，夏日里利用太陽鏡保護人們的眼睛是必須的。現在市售的太陽鏡大部分是經染料染制而成，日久褪色，并且在可見光透率較低而影響人們的視線。這些公司推出的納米復合樹脂太陽鏡具有優異的穩定性、瑰麗的色彩、奇異的光學特性、超凡的陽光阻隔能力。既能屏蔽紫外線，又能屏蔽部分近紅外線，兼容太陽鏡，樹脂鏡、水晶鏡的特點，人們配戴這種眼鏡后，視覺清晰，有種雨過天晴，塵埃落地、心曠神怡的感覺。

隨著人們生活質量的提高，配戴變色鏡成為一種時尚，同時可以保護眼睛少受太陽光的傷害。本公司推出兩種含納米材料的光致變色樹脂鏡片：一種樹脂鏡片是在強烈陽光下變暗，陽光不足或回到室內立即恢復為原色的光致變色鏡片；另一種樹脂鏡片在強烈陽光下變暗，回到室內約10小時后恢復為無色的鏡片。綜上所述，納米材料與光學材料復合技術的研制成功，必將引起光學材料制造領域一場革命，它會賦予樹脂鏡片新的功能，造福人類。6.展望

雖然現在對納米技術的研究在不斷深入，但總的來說對納米技術的研究還不夠透徹，對納米技術的研究還有非常大的發展空間。現在人們在根據不同目的制造不同種類的材料，把納米材料同光學材料有機的結合起來，制造一類新的功能光學納米材料是當今光學領域科學工作者一項義不容辭的責任。我們也完全有理由相信會有越來越多的新型納米光學新材料不斷問世，不斷推動科學的進步及社會的發展。

納米技術不僅在光學領域，也將會在其他如醫藥，軍事等領域發揮其巨大作用，為全人類帶來更好的生活。

收稿日期：2012.12.11 作者簡介：王蒙 理學院應化1041班 1008411115

參考文獻：

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第二篇：納米技術在生物制藥領域的創新

納米技術在生物制藥領域的創新

摘要：納米技術即在1-100mm范圍中研究物質反應與結構，并進行納米結構檢測的新型技術，納米技術是一種新型交叉學科，納米技術為生物醫學診斷、生物分子結構的改造提供了新思路與新途徑，但是，就現階段來看，納米技術還處于初級發展階段，在臨床中應用的品種還不多，該種技術在生物制藥領域應用中最為關鍵的問題就是講解產物的毒性問題，本文主要分析納米技術的含義及其在生物制藥領域的應用與創新。

關鍵詞：納米技術生物制藥領域創新

Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.05.606

【中圖分類號】R9【文獻標識碼】B【文章編號】1671-8801（2014）05-0373-01

納米技術是一門新型交叉性學科，是一門與應用開發密切相關的高新技術，納米技術已經在生物制藥領域中得到了廣泛的使用，納米產業也是未來社會發展的支柱性產業，下面就針對納米技術在生物制藥領域中的應用進行深入的分析。

1納米技術的含義

納米技術即在1-100mm范圍中研究物質反應與結構，并進行納米結構檢測的新型技術，納米技術為生物制藥與生命科學的研究提供了高效的研究方式，當物質粒度達到納米級別之后，其化學性質與物理性質會發生變化，這就是“納米效應”。“納米效應”包括量子尺寸效應、小尺寸效應、界面效應與表面效應等內容，納米技術有著十分廣泛的影響面，能夠向不同的領域中滲透，并帶動能源產業、信息技術以及生物技術等學科的發展。納米生物技術即用于研究生命現象的納米技術，其研究內容包括納米尺度的生物分子功能、結構與動態生物過程，不僅在生物醫學中有廣泛的應用范圍，也能夠應用在其他的社會需求中。納米生物技術屬于國際生物學科的前言技術，為人們改造與研究生物分子功能和結構提供了新的思維方式與手段，也能夠為人們提供新的疾病診斷方式與治療方法。

2納米技術在生物制藥領域中的應用分析

關于納米藥物載體的研究進展。

納米藥物載體即使用納米顆粒作為載體，將藥物置于納米顆粒或者吸附于其表面，并結合特異性配體通過細胞表面特異性受體以及靶向分析受體結合，促進靶向治療的方式。納米藥物載體有著特殊的性質，可以將不同藥物在相應的時間運動到患者身體的特定部位之中。此外，納米藥物載體也能夠調節好藥物的靶向給藥、釋放速度、透皮吸收、靶向給藥，有效降低用藥不良反應。

2.1磁性納米載體。磁性納米載體是一種現代醫藥與納米技術結合的產物，有著靶向性、生物相容性、小尺寸效應與功能集團的特點，能夠有效優化藥物使用效果，減低藥物不良反應，在疾病診斷工作中也有著良好的使用成效。

2.2納米粒藥物載體。納米粒藥物載體屬于納米級別的亞微粒藥物載體輸送系統，該種技術可以將藥物封存于納米粒之中，可以有效提升生物膜通透性、調節釋藥速度，也可以有效提升藥物利用度。

2.3納米乳藥物載體。納米乳劑微乳，是一種由水、油、助表面活性劑、表面活性劑組成的膠體分散系統，其粒徑為1到100nm，大小分布均勻，液體為球形，呈半透明或者透明狀，有著良好的各向同性與熱力穩定性。從質點大小進行分析，納米乳藥物載體有著乳狀液與膠團特性；從結構進行分析，納米乳包括油包水型、水包油型與雙連續型幾種類型。納米乳有著良好的生物利用度、穩定性，可以有效提高難溶性藥物溶。納米乳可以自動形成，但是需要大量的表面活性劑，因此，在該種技術中，需要采取科學有效的措施降低其毒性與表面活性劑用量。在納米乳處方中助表面活性劑、表面活性劑以及油的用量確定之后，就可以使用三角相圖法來分析最佳組成比，在確定后，就可以能夠選擇適宜的制備工藝。

2.4高分子藥物載體。高分子藥物載體是一種利用高分子藥物聚合物作為載體制作而成的藥劑，高分子藥物載體能夠控制藥物釋放速度，該種藥物載體聚合體被講解之后，藥物與載體會進入靶細胞，在進入靶細胞之后，表層載體就會出現降解的情況，此時，芯部藥物的療效就會充分的發揮出來，避免藥物釋放在其他的組織之中。這就能夠有效提升藥物的治療效果，并減少藥物對機體產生的毒副作用。

3納米中藥的研究進展

納米中藥即使用納米技術制造的粒徑不足100nm的中藥原藥、中藥有效部位與中藥有效成分的復方制劑，納米中藥是中藥納米化的產物，將納米技術應用在中藥制造中能夠有效提升中藥生產的標準化與現代化程序，也能夠有效提升中藥的生物利用率與藥物活性，還可能降低藥物的毒副作用。

納米技術能夠有效提升藥劑的生物溶解度，將其應用在外用散劑中可以有效提升藥物的分散性，助于藥物的附著與涂布，此外，納米技術能夠豐富中藥炮制技術，優化中藥的使用效果，因此，納米技術對傳統中藥制造產業帶來了巨大的機遇與挑戰，傳統中藥業要想實現發展，就需要將中醫藥理與納米技術進行有機結合，充分的考慮到中藥成分的復雜性以及中藥處方的多樣性，在生產過程中，也應該限制要納米重要的范圍與制備成本。

4結束語

總而言之，納米技術是一種新型交叉學科，納米技術為生物醫學診斷、生物分子結構的改造提供了新思路與新途徑，但是，就現階段來看，納米技術還處于初級發展階段，在臨床中應用的品種還不多，該種技術在生物制藥領域應用中最為關鍵的問題就是講解產物的毒性問題，相信在研究的不斷深入之下，納米技術必將在生物制藥領域中發揮出更加廣闊的前景。

參考文獻

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第三篇：納米技術及其應用作業

納米技術及其應用的結課作業

學院：理工學院班級：機械L126班姓名：韓東學號：12L0551192

一、簡述納米技術的兩種特性（表面效應與小尺寸效應），并且舉例子（至少500字）

1、表面效應：

球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積/體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分數將會顯著地增加。對直徑大于 0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小于 0.1微米時，其表面原子百分數激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100平方米，這時的表面效應將不容忽略。

超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金屬超微顆粒（直徑為 2*10^-3微米）進行電視攝像，實時觀察發現這些顆粒沒有固定的形態，隨著時間的變化會自動形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多李晶等），它既不同于一般固體，又不同于液體，是一種準固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了“沸騰”狀態，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結構的不穩定性，這時微顆粒具有穩定的結構狀態。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。

例子：高效催化劑

2小尺寸效應：

隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產生如下一系列新奇的性質。

例子：電腦的cpu

二、納米技術在現實生活中的應用（至少500字）

1、超雙疏納米防污劑

超雙疏納米防污劑 型號：VK-F01 超雙疏納米防污劑 “二元協同納米界面技術”理論是引入仿生學原理。研究荷葉“出淤泥而不染”“滴水成珠、拒水防污”的表面微觀結構，對紡織面料的纖維表面在納米尺度進行界面修飾、聚合和改性，使其表現出超常的納米界面物性，并形成納米 結構特有的四大效應。棉、毛、麻、絲、化纖等各種材質的紡織面料經過納米防水防油防污劑界面技術處理，可賦于防水透氣、拒污易洗新功能。如同荷葉效果，同時仍保持原面料的質地、手感、風格和牢度。精紡毛織面料經過納米防水防油防污劑界面技術處理，可解決頭疼的縮率； 處理后的棉、毛、蛋絲產品抗皺性能大幅提高，機可洗的實現解除您的洗衣愁。超雙疏技術的納米防水防油防污劑面料同時具有防油、防水、防塵、柔軟、透氣、環保、快干等功能； 納米防水防油防污劑具有防水、防油、防污、抗菌、增強纖維的功能。經其整理后的織物可保持原有的手感、透氣性、色澤、穿著舒適性等特點，并具有一般烴類及有機硅類、整理劑所不具備的防油性。此外，含還具有用量小、功效高、耐久性強且符合環保要求的優點，因此得到了迅速的普及和推廣。納米界面超雙疏技術處理以后，由于其超雙疏特性，使織物更具快干功能。面料具有環保無污染、無毒的特性。防水最高達到6級以上，防油最高達到6級（國家毛紡檢測中心）。使用方法： 1.施涂前應使被涂面清潔、干燥。應清除灰塵，并用水沖洗干凈，干燥備用。如為玻璃、瓷磚、金屬表面，應用玻璃清洗劑或洗滌劑水溶液清洗干凈。塑料表面可用洗滌劑清洗，必要時用有機溶劑（如醇類、酮類 等）清洗。2.建議使用高性能霧化良好之高品質噴頭，噴涂距離30~40cm為宜，這樣可噴涂均勻，并節省涂料，耗量約為50-100m2/L以上。3.一般噴涂一遍即可，如要提高效能可噴兩遍，但間隔時間應在50min以上。4.噴涂后晾干即可。在150-180℃熱處理30-50秒大大有利于提高涂層強度和效果。小型物品可用熱吹風機。雖然本品無毒，但還是建議施工時穿戴好防護用品

2、在生物工程上的應用

雖然分子計算機目前只是處于理想階段，但科學家已經考慮應用幾種生物分子制造計算機的組件，其中細菌視紫紅質最具前景。該生物材料具有特異的熱、光、化學物理特性和很好的穩定性，并且，其奇特的光學循環特性可用于儲存信息，從而起到代替當今計算機信息處理和信息存儲的作用，它將使單位體積物質的儲存和信息處理能力提高上百萬倍。在光電領域的應用納米技術的發展，使微電子和光電子的結合更加緊密，在光電信息傳輸、存貯、處理、運算和顯示等方面，使光電器件的性能大大提高。將納米技術用于現有雷達信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納米孔徑雷達放到衛星上進行高精度的對地偵察。最近，麻省理工學院的研究人員把被激發的鋇原子一個一個地送入激光器中，每個原子發射一個有用的光子，其效率之高，令人驚訝。在化工領域的應用將納米TiO2粉體按一定比例加入到化妝品中，則可以有效地遮蔽紫外線。將金屬納米粒子摻雜到化纖制品或紙張中，可以大大降低靜電作用。利用納米微粒構成的海綿體狀的輕燒結體，可用于氣體同位素、混合稀有氣體及有機化合物等的分離和濃縮。納米微粒還可用作導電涂料，用作印刷油墨，制作固體潤滑劑等。研究人員還發現，可以利用納米碳管其獨特的孔狀結構，大的比表面（每克納米碳管的表面積高達幾百平方米）、較高的機械強度做成納米反應器，該反應器能夠使化學反應局限于一個很小的范圍內進行。

三、談談你對納米技術或者納米材料的認識（至少300字）

從尺寸大小來說，通常產生物理化學性質顯著變化的細小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000納米，1納米=10埃），即100納米以下。因此，顆粒尺寸在1～100納米的微粒稱為超微粒材料，也是一種納米材料。

納米級結構材料簡稱為納米材料，是指其結構單元的尺寸介于1納米～100納米范圍之間。由于它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發生很大變化。并且，其尺度已接近光的波長，加上其具有大表面的特殊效應，因此其所表現的特性，例如熔點、磁性、光學、導熱、導電特性等等，往往不同于該物質在整體狀態時所表現的性質。

納米技術的廣義范圍可包括納米材料技術及納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等方面。其中納米材料技術著重于納米功能性材料的生產（超微粉、鍍膜、納米改性材料等），性能檢測技術（化學組成、微結構、表面形態、物、化、電、磁、熱及光學等性能）。納米加工技術包含精密加工技術（能量束加工等）及掃描探針技術。

第四篇：納米技術及其應用論文

納米技術及其在機械工業中的應用

摘要：主要介紹了納米技術的內涵、主要內容及納米技術在微機械和包裝、食品

或總稱為微型電動機械系統（MEMS），用于有傳動機械的微型傳感器和執行器、光纖通訊系統，特種電子設備、醫療和診斷儀器等。MEMS使用的是一種類似于集成電器設計和制造的新工藝。特點是部件很小，蝕的深度往往要求數十至數百微米，而寬度誤差很小。這種工藝還可用于制作三相電動機，用于超快速離心機或陀螺儀等。在研究方面還要相應地檢測準原子尺度的微變形和微摩擦等。雖然它們目前尚未真正進入納米尺度，但有很大的潛在科學價值和經濟價值。

（3）納米生物學和納米藥物學，如在云母表面用納米微粒度的膠體金固定DNA的粒子，在二氧化硅表面的叉指形電極做生物分子間相互作用的試驗，磷脂和脂肪酸雙層平面生物膜，DNA的精細結構等。有了納米技術，還可用自組裝方法在細胞內放入零件或組件使構成新的材料。新的藥物，即使是微米粒子的細粉，也大約有半數不溶于水；但如粒子為納米尺度（即超微粒子），則可溶于水。

（4）納米電子學包括基于量子效應的納米電子器件、納米結構的光／電性質、納米電子材料的表征，以及原子操縱和原子組裝等。當前電子技術的趨勢要求器件和系統更小、更快、更冷。“更快”是指響應速度要快。“更冷”是指單個器件的功耗要小。但是“更小”并非沒有限度。

3．納米技術在機械工業中的應用

3．1納米技術在微機械領域中的應用

隨著納米技術應用途徑的不斷拓寬，微機械的開發在全世界方興未艾。例如，進入人體的醫療機械和管道自動檢測裝置所需的微型齒輪、電機、傳感器和控制電路等。制造這些具有特定功能的納米產品，其技術路線可分為兩種：一是通過微加工和固態技術，不斷將產品微型化；二是以原子、分子為基本單元，根據人們的意愿進行設計和組裝，從而構筑成具有特定功能的產品。3．1．1采用微加工技術制造納米機械

（1）微細加工。日本發那科公司開發的能進行車、銑、磨和電火花加工的多功能微型精密加工車床（FANUCROBO nano Ui 型），可實現5軸控制，數控系統最小設定單位是1nm（10－3μm）。該機床設有編碼器半閉環控制，還有激光全息式直線移動的全閉環控制。編碼器與電機直聯，具有每周6 400萬個脈沖的分辨率，每個脈沖相當于坐標軸移動0．2 nm，編碼器反饋單位為1／3 nm，故跟蹤誤差在±1／3 nm以內。直線分辨率為1 nm，跟蹤誤差在±3 nm以內。CNC裝置采用FANUC－16i，實現AInano輪廓控制。并用FANUCSERVOMOTORαi伺服電機裝上高分辨率檢測裝置及αi系列伺服放大器，實現了微細加工。

（2）微型機器人。在工業制造領域，微型機器人可以適應精密微細操作，尤其在電子元器件的制造方面。美國邁特公司的研究人員最近設計出一種用于組裝納米制造系統的微型機器人，這種機器人的長度約為5mm。研究人員稱，假設能利用納米制造技術使這種機器人的體積不斷縮小，其最終的體積不會超過灰塵的微粒。日本三菱公司也開發了一種微型工業機器人，該機器人采用了5節閉式連桿機構，以實現手臂的輕量化與高剛性，其動作速度及精度完全可以趕上專用機器人。往復上下方向25 mm，水平方向100 mm的拾取動作，所需時間縮短到0．28 s。另外，通過采用閉式連桿機構與高剛性減速機，實現了比以往機器人高10％的位置重復精度（±5 nm），可適用于精密微細操作。我國在微型機器人的研制方面也取得了可喜的成績。據媒體報道，由哈爾濱工業大學研制的機器人，其操作精度達到了納米級，可以應用于分子生物學基因操作，能夠對細胞和染色體進行“手術”，并能在微電子、精密加工等精度要求較高的領域一顯身手。（3）微型電機。美國俄亥俄州克利夫西

卡塞大學已建立了一所納米級微型電機實驗室，專門研究納米技術及其超微機電系統。美國加利福尼亞大學伯克利分校研制的微型電動機，小到只能在顯微鏡下才能看得見。德國汽車零件制造商博士公司正在研制納米技術傳感器，這種傳感器將為人們提供關于汽車上每個零部件在三維空間中運動的精確信息。當微型傳感器探測到速度驟減時，就會自動釋放安全氣囊。3．1．2采用自組裝技術制造納米機械

（1）生物器件。以分子自組裝為基礎制造的生物分子器件是一種完全拋棄以硅半導體為基礎的電子器件。將一種蛋白質選作生物芯片，利用蛋白質可制成各種生物分子器件，如開關器件、邏輯電路、存儲器、傳感器以及蛋白質集成電路等。美國密歇根韋思大學醫學院生物分子信息小組，利用細菌視紫紅質（簡稱BR蛋白質）和發光染料分子研制具有電子功能的蛋白質分子集成膜，這是一種可使分子周圍的勢場得到控制的新型邏輯元件。美國錫拉丘茲大學也利用BR蛋白質研制模擬人腦聯想能力的中心網絡和聯想式存儲裝置。

（2）納米分子電動機。美國IBM公司瑞士蘇黎士實驗室與瑞士巴塞爾大學的研究人員發現DNA能夠被用來彎曲直徑不及頭發絲的五十分之一的硅原子構成的“懸臂”。上下彎曲，頂端則粘有單股DNA鏈。DNA自然形成雙螺旋結構，雙鏈被分開后，它們會力圖重新組合。當研究人員將帶有單股DNA鏈的“懸臂”置于含有與之對應的單股DNA鏈的溶液中，這兩個鏈就會自動配對結合在一起，小“懸臂”在這種力的作用下開始彎曲。研究人員利用這種生物力學技術制造帶有納米級閥門的微型膠囊（納米分子電動機）。通過控制這種驅動力來控制閥門的開合，可以將精確劑量的藥物傳送到身體的需要部位來達到治療的目的。3．2納米技術在包裝機械領域中的應用

采用納米材科技術對包裝機關鍵零部件（如軸承、齒輪、彈簧等）進行金屬表面納米粉涂層處理，可以提高設備的耐磨性、硬度和壽命。碳納米管還具有較高的機械強度和較高的熱導率。由于具有非常大的長度—直徑比，可以制造出任何復雜形狀的零件，是復合材料理想的增強纖維。目前，用價格低廉的納米塑料制成的齒輪、陶瓷軸承、納米陶瓷蚊輥、電雕輥等印刷包裝機械零件已 走進企業，開始代替金屬材料。現代膠印機上應用著很多傳感器．如控制飛達紙堆的自動升降、氣泵供氣時間檢測、合壓時間檢測、空張檢測、墨量控制等。納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強度及較強的韌性可用于制造刀具、包裝和食品機械的密封環、軸承等以提高其耐磨性和耐蝕性，也可用于制作輸送機械和沸騰干燥床關健部件的表面涂層。3．3納米技術在食品機械領域中的應用

納米SiC、Si3N4在較寬的波長范圍內對紅外線有較強的吸收作用，可用作紅外吸波和透波材料，做成功能性薄膜或纖維。納米Si3N4非晶塊具有從黃光到近紅外光的選擇性吸收，也可用于特殊窗口材料，以納米SiO2做成的光纖對600 nm以上波長光的傳輸損耗小于10 dB／km，以納米SiO2和納米TiO2制成的微米級厚的多層干涉膜，透光性好而反射紅外線能力強，與傳統的鹵素燈相比，可節省15％的電能。經研究證明，將30～40 nm的TiO2分散到樹脂中制成薄膜，成為對400 nm波長以下的光有強烈吸收能力的紫外線吸收材料，可作為食品殺菌袋和保鮮袋最佳原料。納米SiO2光催化降解有機物水處理技術無二次污染，除凈度高，其優點是：①具有很大的比表面積，可將有機物最大限度地吸附在其表面；②具有更強的紫外線吸收能力，因而具有更強的光催化降解能力，可快速將吸附在其表面的有機物分解掉。這為污水處理量較大的食品企業提供了有力的技術支持。介孔固體和介孔復合體是近年來納米材料科學領域較引人注目的研究對象，由于這種材料較高的孔隙率（孔洞尺寸為2～50 nm）和較高的比表面，因而在吸附、過濾和催化等方面有良好的應用前景。對純凈水、軟飲料等膜過濾和殺菌設備又提供了一個廣闊的發展空間。橡膠和塑料是包裝和食品機械應用較多的原材料。但通常的橡膠是靠加入炭黑來提高其強度、耐磨性和抗老化性，制品為黑色，不適宜用在食品機械上。納米材料的問世使這一問題迎刃而解。新的納米改性橡膠各項指標均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用壽命長達30年以上，且色彩艷麗，保色效果優異。普通塑料產量大、應用廣、價格低，但性能遜于工程塑料，而工程塑料雖性能優越，但價格高，限制了它在包裝和食品機械上的大范圍應用。用納米材料對普通塑料聚丙烯進行改性，達到工程塑料尼龍－6的性能指標，且工藝性能好、成本低，可大量采用。

4．納米技術在機械行業中的發展前景

（1）機械及汽車工業的滑配原件如：軸承、滑軌上應用納米陶瓷鍍膜能產生超底的磨擦界面，大大減低磨損并能提高負載。（2）塑膠流道的低粘應用：例如T型模、拉絲模、套筒和熱膠道，可有效減少積料碳化的產生幾率。（3）射出成型時發生的粘模、包封短射、鏡面霧化及拖痕均具有革命性的改善，尤其是在滑塊及頂針上所展現的干式潤滑，更是任何金屬所無法表現的優異性。（4）IC封裝膠、橡膠及發泡塑料由于具有極高的粘著性，因此必須借助大量脫模劑來幫助脫模，納米陶瓷的荷葉效應可減少脫模劑的使用及模具清理時間。

（5）納米陶瓷的低摩擦、低沾粘特性使塑膠在模具內的流動大幅提升，特別是高精度模具例如薄光板、塑膠鏡片、汽車聚光燈罩等模具應用后對產品的不良率上均有明顯的改善。

5．結語

綜上所述，納米技術是近十多年來逐步發展起來的一門前沿性與綜合性交叉的新學科，是現代科學和現代技術相結合的產物，它的迅猛發展將引發21世紀新的工業革命。美國商業通訊公司研究報告稱，未五年，用于橡膠產品和油墨生產的碳黑填充料將繼續高居納米材料需求榜首。今后幾年，全球納米材料的需求將以2．7％年增長速度增長，到2010年將達到1 030萬t，所以納米包裝具有較大的市場發展潛力。過去，我國機械包裝工業的一些先進設備、先進技術，大多是依靠進口。納米技術的出現，將對我國機械包裝行業的技術創新帶來新的發展機遇。相信在不遠的將來，納米技術將廣泛應用于機械工業的各個領域，它給機械業帶來的變化將是巨大的。參考文獻

1向春禮．納米科技及其發展前景［J］．新材料產業，2001（4）2王新林．金屬功能材料的幾個最新發展動向［J］．新材料產業，2001（4）3唐蘇亞．納米技術在微機械領域中的應用［J］．微電機，2002 4萬乃建．21世紀數控技術新面貌［J］．機械制造，2001（20）

第五篇：納米技術在機械工程中的應用淺談

納米技術在機械工程中的應用淺談

陳勇 新疆生產建設兵團第五建筑安裝工程公司 832000

摘要：作為一項重大的科技突破,納米枝術的研發已經應用到了社會的各個領域之中,在機械工程中,應用納米技術已經成為了核心,其外在的表現存在于各個方面，本文從實際出發來對納米技術應用于機械工程進行了展現，同時也就得出了應用了納米技術的機械工程相對于傳統的機械工程來說的改變。下面，筆者就對納米技術在機械工程中的應用進行探討。

關 鍵 詞：納米技術；納米材料；機械工程

前言：納米和技術就是借用單一的分子、原子制造物質的一種科學技術，納米科學技術將很多現代的先進科學技術作為基礎，并加以改進和升華，成為了現代科學和現代技術組合后的重要產物之一，其中，現代科學主要包括分子物理學、介觀物理、量子力學和混沌物理，現代技術主要包括核分析技術、掃描隧道顯微鏡技術、微電子技術以及計算機技術，納米技術是一系列的全新科學革命。納米技術應用廣泛，其中在機械工程中的作用是不可估量的，各國家都開始對這方面的研究，納米技術在機械工程方面的應用有以下幾方面:

一、納米材料運用

合肥大學研制成功了納米新型陶瓷刀具，這標志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細化品粒。因為對于品粒的細化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時，這種納米技術的應用也大大優化了其力學性能，納米材料加入到傳統的金屬陶瓷中對其力學性能來說是個很大的提供，刀具的壽命也提高到 2 倍以上。

二、微型納米軸承

當前形勢下，納米技術不僅僅是一門單一的新型技術或者學科，他被廣泛應用到各類學科之中，其中機械工程進行納米技術的應用，已經對機械工程學科技術的變革產生了不可估量的重要作用。納米技術在機械方面乃至微觀機械技術的應用，成為了我們這個世紀的研究核心，在機械工程方面，納米技術主要應用于微型軸承上面，傳統的軸承，體積較大，摩擦力僅僅能靠潤滑來進行，但仍不可避免納米軸承主要包括以下兩個特點：

1、微型：，微型納米軸承的僅僅為一根頭發直徑的萬分之一，其應用到機電系統微型的軸承是只有 1nm，為微型機械的千分之一大小。

2、摩擦力極小。如果軸承體積很小，那么，套在一起，管子之間摩擦力就會將微型軸承的弱點暴露出來，其產生的摩擦力很大的時候，會導致微型軸承無法使用。通常納米軸承與這種微型機械軸承相比較，摩擦力僅僅是其最小值千分之一。

三、納米技術馬達

新一代的納米技術馬達是油美國一家公司生產，這種微型馬達的體積只有一般電磁馬達體積的二十分之一，它的長度比火柴桿還要短很多，但是竟然能夠負荷4千克的重量，它的壽命可以達到100多萬次。這種馬達主要通過運用納米技術制造智能材料來取代傳統的銅線圈以及磁鐵，所以它比傳統馬達重量更輕、噪音更低，可以說是世界上最輕便、最靜音的馬達，同時成本也比傳統馬達更加低。當前這種微信馬達在機械中運用的并不多，主要用于汽車電動車窗。

四、納米磁性液體在旋轉軸中應用

通常情況下，靜態密封都是采用金屬、塑料或者橡膠等材料制作而成。在旋轉條件加，動態密封一直沒有對其問題進行解決，動態密封不能在高真空、高速的條件下進行動態的密封。此外磁性液體也對新型潤滑劑的制造起了促進作用，由此可見，在機械工程中應用納米技術對機械工程的不斷發展有著深刻的影響。

1、磁性液體的尺寸效應：納米技術領域中，其最顯著的效果是將軸承的傳統尺寸單位縮小，將毫米轉化為納米，將納米技術應用到機械工程中，可降低機械體積，促使微型機械的形成和產生。這種產生是指可以進行成批制作的微傳感器、微能源、微驅動、集合微結構、信號等等處置裝置為一體的微型機電系統，此系統大部分將納米技術成果進行了運用，是整個納米技術的重要組成部分。

2、磁性液體在選擇軸重應用材料的多元化：納米技術使原材料更加微小的形態，其功能更加強大，不僅僅能對傳統材料進行改良，同樣能夠使新材料源源不斷的產生。磁性液體密封技術便是證明，利用磁性液體可以被磁場控制的特性，將納米單位的液體置于磁場之內，從而達到密封的效果。同時在材料運用中可將微量的元素融入到基礎材料中，達到更好的效果。納米復合氧化鋯是成功應用在工業上的納米材料，這種材料提高了材料的耐高溫性能和導氧及儲氧功能，因此廣泛運用于汽車發動機系統中。

3、納米材料摩擦性能：納米技術最顯著的特性就是其擦性能，在機械中，各種軸承等都存在著摩擦，但是納米材料的出現，使得各類機械結構尺寸便小，同時對于過小的零件，摩擦力便顯的尤為重要，摩擦力如果相對較大，則零件便會造成磨損。但是納米技術也同樣克服了這一問題，現已出現納米材料幾乎無摩擦的狀態。美國科學家研制的這種微型納米軸承可在運動是無磨損和撕裂，達到了理想的效果。

4、納米技術節能效果：納米技術實現了“小材大用”，帶來的又一優勢便是節能和環保。在納米技術的應用中，產生了很多新型材料，它們減少了很多不必要的消耗，使得傳統的機械工程中需要的大量材料迅速降低，對于原材料的節約起到了驚人的效果。德國不萊梅應用物理所已研制成功并且申請了一項專利，即用納米 Ag代替微米 Ag 制成導電膠，可節省 Ag 粉 50%，用這種導電膠焊接金屬和陶瓷，涂層不需太厚，而且涂層表面平整，效果理想。納米材料在機械工程中改變甚至顛覆了傳統模式的運轉，顯示了其強大的科技含量，但是在其運用中，我們仍有很多方面亟待解決：如何準確表征納米材料的各種精細結構；怎樣從結構上分析、解釋納米材料的新特性；能否利用某種標準來預測微區尺寸減少到多大時，材料表現出特殊的性能等等。對于這些問題，我們仍需深入研究，以便納米技術更好地服務于機械工程領域。

五、納米技術發展前景 汽車工業以及機械潤滑配件的應用；塑膠流道低粘的應用；射出成型時發生粘膜、包封短射、鏡面霧化；橡膠IC封裝膠和發泡塑料；納米陶瓷的低沾粘、低摩擦特性在塑膠膜具等等各個方面的應用都極其的廣泛。

結語：以上簡單闡述了納米技術在微型納米軸承、納米技術馬達及納米磁性液體餓的那個三個方面在機械工程中的應用進行了探討，說明了納米技術的重要性及發展前景。參考文獻：

[1]佟鵬，高建強，王兵樹，曹文亮.納米技術的研究與應用.能源研究與信息，2012，（3）

[2]苑國良.納米技術及其在機械中的應用.機械制造，2015，（9）