第一篇：納米技術在水處理方面的應用

納米技術在水處理方面的應用

[摘要]納米技術包括納米結構和納米材料。通過簡要闡述納米科技的理念，介紹了納米科技在水處理方面的應用，指出了在當今時代水資源缺乏的情況下，納米科技必將為水處理工藝的發展帶來巨大的影響。

[關鍵詞]納米材料；納米TiO2,納濾膜，水處理 [正文]

1、引言

納米技術是指在1—100尺度上研究和應用院子、分子現象，由此發展氣啦的多學科、基礎研究與應用研究緊密聯系的新的科學技術。它是現代物理和先進工程技術結合的產物。而當今世界面臨著人口、資源與環境三大問題，水資源是各種資源中不可替代的一種重要資源。水資源與環境密切相關，也與人口簡介有關，據預測，到2015年，全球將有2/3的人口生活在嚴重缺乏安全飲用水、工業用水或農業用水的地區。為了緩解這一狀況，早在上個世紀70年代，全球就開始了對水質凈化方法的研究，研究發現，納米技術在水處理方面有特別的應用。

2、幾種納米技術在水處理方面的研究情況。

一、納米TiO2氧化技術 納米TiO2氧化作用原理是，在紫外光照射下，納米TiO2表面會產生氧化能力極強的羥基自由基(·OH)，使水中的有機污染物氧化降解為無害的CO2和水。納米TiO2光催化氧化技術的優點是：降解速度快，一般只需幾十分鐘到幾小時即可取得良好的廢水處理效果；降解無選擇性，尤其適合于氯代有機物、多環芳烴等；氧化反應條件溫和，投資少，能耗低，用紫外光照射或暴露在陽光下即可發生光催化氧化反應：無二次污染，有機物徹底被氧化降解為CO2和H2O；應用范圍廣，幾乎所有的污水都可以采用。現有國內外的幾種試驗研究情況如下：

1．有機磷農藥廢水處理。有機磷農藥占我國農藥產量的80％以上，其生產過程中有大量的有毒廢水產生。據報道，采用納米TiO2·SiO2負載型復合光催化劑，利用其光催化活性及高效吸附性，能使有機磷農藥在其表面迅速富集，隨光照時間的延長，有機磷農藥的光解率逐漸升高，光照80min，試驗用敵百蟲已完全降解。

2．毛紡染廢水處理。把表面涂覆有納米TiO2膜的玻璃填料填充于玻璃反應器內，通過潛水泵使廢水在反應器內循環進行光催化氧化處理。由于納米TiO2具有巨大的比表面積，與廢水中的有機物接觸更為充分，可將它們最大限度地吸附在其表面，并迅速將有機物分解成CO2和H2O，處理效果優于生物處理和懸浮光催化氧化處理，cod去除率和脫色率均較高。

3．氯代有機物廢水處理。在模擬廢水處理的試驗中，以16mg／l3-氯一酚的水溶液為模擬廢水，分別采用納米TiO2光催化劑與臭氧聯合、單獨用光催化劑納米TiO2和單獨用納米琴價鐵三種方法對其進行處理。用內表面涂覆納米TiO2光催化劑的陶瓷圓管處理5．5mg／l苯酚和三氯乙烯水溶液的試驗表明，苯酚在1．5 h后完全分解，三氯乙烯也在2 h內完全分解。引自《苯酚的tioz薄膜光電催化降解及反應產物的分布》

4．含油廢水處理。含油廢水中所含的脂肪烴、多環芳烴、有機酸類、酚類等有機物很難降解，使用納米TiO2，利用其光催化降解功能，可以迅速地降解這些有機物。

上述研究情況表明，納米TiO2光催化氧化技術在徹底降解水中的有機污染物和可以利用太陽能等方面有著突出的優點，特別是當水中的有機污染物濃度很高或用其他方法難以處理時，具有更明顯的優勢，是其他傳統方法無`法比擬的。

二、納米膜分離技術

膜分離技術是近年來發展迅速，應用廣泛的高新技術。與傳統的分離技術相比，具有分

離效率高、無相變、無化學反應、體積小、能耗低和操作方便等優點。納濾作為膜分離技術中的一種，是介于超濾和反滲透之間的孔徑接近于1 nm 的新型壓力驅動膜技術。它既能截留透過超濾膜的小分子有機物和多價鹽離子，又能透析被反滲透所截留的無機鹽。造紙廢水

造紙廢水主要來之造紙過程中紙漿的大量沖洗，采用納濾膜替代傳統的吸收和電化學處理法能更有效地去除深色木質素和紙漿漂白過程中產生的氯化木質素。Nuortila-Jokinen等在實驗室，用平板納濾膜 NF45 處理經浮選和過濾預處理后的造紙廢水。Manttarri 等開發了造紙廠水循環系統，發現與超濾法處理過程比較，采用納濾技術處理后得到的水不但透明、無色、不含陰離子廢物，而且將透過水的COD、總硫和無機鹽含量的去除由超濾法的 50%-60%提高到 80 %以上。引自《納濾技術在水處理領域的應用》 垃圾滲濾液

垃圾滲濾液的處理一直是世界性難題。目前，主要采用為厭氧好氧等生物處理法，但中后期滲濾液中含有很高濃度的溶解有機質，其中 75％為可生化性差的腐植酸和富里酸(平均分子量 1000Da)，導致生化法出水難以達標排放。與生化法相比，膜分離技術受原水水質的變化影響小，在這種難降解廢水的處理中具有明顯的優勢。紡織印染廢水

紡織印染廠在對織物進行煮漂和染色后，需使用大量的清水對織物進行沖洗，產生的廢水中會含有大量的鹽、染料、表面活性劑、洗滌劑等各種污染物，導致印染廢水成為較難處理的工業廢水之一。不過隨著膜分離技術的發展，納濾膜技術已在紡織印染工業中得到了成功的運用。C.Tang 等使用納濾膜處理高無機鹽含量的紡織染色廢水，在操作壓力為 500 kPa 條件下，通量可以達到很高，而且染料的截留率超過 98%，因此，可以實現廢水的回收利用。引自《中國高新技術企業》

三、納米膜技術

納米膜技術是一種膜分離技術。膜孔徑處于納米級，適宜于分離分子量在200-1000，分子尺寸約為1的溶解組分的膜工藝被稱為納濾(nf)。nf膜分離需要的跨膜壓差一般為0．5-2．0 mpa，比用反滲透膜達到同樣的滲透能量所必需施加的壓差低0．5-3mpa。nf分離是一種綠色水處理技術，特點是：能截留分子量大于10o的有機物以及多價離子，允許小分子有機物和單價離子透過：可在高溫、酸、堿等苛刻條件下運行，耐污染：運行壓力低，膜通量高，裝置運行費用低；可以和其他污水處理過程相結合以進一步降低費用和提高處理效果。納米膜技術在水處理試驗研究成功應用于制糖、制漿造紙、電鍍、機械加工以及化工反應催化劑的回收等行業的廢水處理。

1． 日用化工廢水處理。用nf膜處理日用化工廢水的應用研究表明，nf膜耐酸堿，有優良的截留率，對重金屬有很好的去除率，不存在膜污染問題。

2． 殺蟲劑廢水處理。一般的水處理方法不能除去污染水中的低分子有機農藥。通過研究nf膜對不含酚殺蟲劑的截留性能，發現除了二氯化物以外，其他殺蟲劑的截留率均高于96．7％，所有殺蟲劑在nf膜上的吸附能力均受其疏水性的影響

3． 化纖、印染工業廢水處理。nf可以用于印染過程排水中染料及助劑的脫除和回用。處理染料聚合漿料時，由于大多數染料的分子量在幾百到幾千，nf膜可以讓一些無機鹽或小分子通過，而對較大的染料分子進行截取，粗染料漿液經nf系統后，染料可以富集，而無機鹽的濃度下降，脫鹽率大于98％，染料損失率小于o．1％，而且可以在高溫下運行。引自《光電催化降解染料廢水》

4． 生活污水處理。采用常用的生物降解和化學氧化相結合的方法處理生活污水時，增加一個nf系統，讓能被微生物降解的小分子(分子量小于100)通過，不能生物降解的有機大分子(分子量大于10o)被截留下來經化學氧化后再生物降解，這樣就可以充分發揮生物降解的作用，節省氧化劑或活性炭的用量，降低最終殘留物的含量。引自《納米TiO2與納濾膜在水處理中的應用》

5． 造紙廢水處理。采用nf膜技術替代傳統的化學處理法能更有效地除去深色木質紊。木漿漂白過程產生的氯化木質紊是帶負電的，容易被帶負電性的nf膜截留，并且對膜不會產生污染。另外，因為整個處理過程中對陽離子(nal的脫除率并沒有嚴格要求，采用反滲透技術就顯得沒有必要。采用超濾／納濾處理牛皮紙制造廢水有很好的效果。

四、納米光催化劑

納米光催化劑主要用于污水處理方面，主要成分是特殊工藝制備的納米二氧化鈦，粒徑均勻，分散性好，光催化效果強，在可見光或紫外光的作用下具有很強的氧化還原能力，化學性能穩定，能將甲醛、甲苯、二甲苯、氨、氡、TVOC等有害有機物、污染物、臭氣、細菌、病毒、微生物等有害有機物徹底分解成無害的CO2 和 H2O，并具有去除污染物、親水性、自潔性等特性，性能持久，不產生二次污染。納米光催化劑適合于各種空氣污染治理的光觸媒噴劑、納米抗菌涂料、污水處理(可將造紙廠、印染廠、酒精廠和化工廠等廢水中的大分子有機物進行降解，使之變成CO2、H2O。)、納米抗菌自潔纖維、防曬化妝品、抗紫外線產品、電子材料等產品，產品比表面積大！光催化效率高！分解有害氣體速度快！納米光催化劑在廢水處理的應用：強氧化還原能力，可以將污水中汞、鉻、鉛、以及氧化物等降解為無毒物質。綠色環保！添加0.1%的納米光催化劑的印染廢水中，COD的去除率可達86%。納米二氧化鈦對污水處理無殘留，殺菌面廣，效力強，無腐蝕，無刺激，無毒，不受有機污物，水質硬軟，pH、溫度等影響，而且是長效的。引自《光電催化降解染料廢水》

五、納米材料在重金屬水處理方面的應用

納米材料的基本構成決定了它超強的吸附能力。應用納米材料的水處理技術當屬納米宏觀應用研究范疇。因此納米技術可以用在水處理產業中，用于提高水的質量。國外有研究者將納米技術與資源、污染控制聯系在一起，認為納米技術可以在環境修復、低成本脫鹽等領域發揮作用。美國萊海大學的環境工程學教授張偉賢領導的研究小組已經合成出了一種直徑不到50納米的鐵微粒，這些微粒能以更快的速度使地下水恢復清潔；我國也有這方面的初步研究，吉林大學的韓煒教授及其研究小組也利用納米鋁粉制備出AlO（OH）納米纖維，并將AlO（OH）納米纖維與玻璃纖維、活性炭復合，去除含低濃度重金屬Cd2+離子的待凈化溶液效果很好，與傳統的水源凈化方法相比，該技術成本更低、效率更高。

六、納米技術在水處理的應用前景

上世紀九十年代中期以來，納米技術發展很快，尤其在水處理中的應用研究，前景十分廣闊。

1．納米技術對印染廢水、農藥廢水的處理。納米tio2顆粒用于對廢水和空氣中的有機污染物、重金屬等有害特質進行催化氧化和還原，起到凈化水體和空氣的作用。傳統上對印染廢水、農藥廢水的處理難度大，效益不明顯。以納米tio2對印染廢水、農藥廢水的處理具有特別重要的意義。

2．納米tio2光催化作用。納米tio2光催化材料本身具有良好的化學穩定性、光催化氧化和還原能力，可制成透明薄膜并且可摻雜材料多等優點，這種材料越來越受人青睞。tio2光催化研究發展方向將主要表現在：tio2材料性能進一步探討；摻雜和光催化效率的研究：tio2光催化劑薄膜的探索；探尋新的光催化分解對象——有機生物體。

3．納米技術的發展和應用將會給環境污染治理技術的發展開創新的領域。納米科技是一門新興的學科，其在水處理中的應用才剛開始，但已初顯端倪。可以預見，隨著研究工作的不斷深入和實用化水平的提高，納米水處理技術將在21世紀得到發展，并對解決全球性的水荒和水體污染問題起到十分重要的作用。引自《中國高新技術企業》

3、結語

隨著國家“節能減排”發展策略的不斷深入，以及人們環保意識的加強，廢水資源再生利用已經成為包括我國在內的世界各國實現水資源可持續發展的重要戰略之一。納米科技是一門新興的學科，其在水處理中的應用才剛開始，但已初顯端倪。可以預見，隨著研究

工作的不斷深入和實用化水平的提高，納米水處理技術 將在21世紀得到發展，并對解決全球性的水荒和水體污染問題起到十分重要的作用。參考文獻：

1、中國高新技術企業 作者: 蘆明霞 牟世娟

2、姚清照，劉正寶．光電催化降解染料廢水．工業水處理1999(6)：15-16

3、樊彩海，孫彥平．苯酚的tioz薄膜光電催化降解及反應產物的分布．太原理工大學學報．2000，31(5)：20-23

4、納濾技術在水處理領域的應用

曹曉兵，王曉

5、納米TiO2與納濾膜在水處理中的應用 作者：熊蓉春 雷曉東

第二篇：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。

第三篇：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）

第四篇：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）

第五篇：納米技術在化妝品中的應用

摘要:采用納米技術對化妝品進行處理,可使活性物質功效得到充分的發揮,從而大大提高化妝品的性能。然而就納米技術安全性而言，仍處于爭議之中。因而，生產穩定、高效、安全的納米化妝品將會是化妝品行業新的機遇和挑戰。文章從正反兩方面介紹了納米技術在化妝品中的應用現狀，多學科合作是解決問題的關鍵。

關鍵詞：化妝品 納米技術 優點 安全性

引言

在日常生活中,一般把胭脂、口紅、潤膚霜、乳液等統稱為化妝品。化妝品種類繁多,如按產品用途來劃分,可分成清潔、護膚、營養、藥物、美容、美發等六大類。化妝品可用于清潔、保養皮膚;對問題性皮膚起治療作用;遮蓋皮膚瑕疵,調和膚色;修飾面部的五官及輪廓。

化妝品的這些作用取決于化妝品中的活性物質,而這些活性全部必須通過皮膚來吸收。采用傳統工藝生產的化妝品,活性物質的功效往往難以充分發揮。納米技術是上世紀末發展起來的一門高新技術,采用納米技術對化妝品進行處理,可使活性物質功效得到充分的發揮,從而大大提高化妝品的性能。正因為如此,納米技術迅速在化妝品工業中得到了廣泛的應用。

一、納米化妝品及其優點

當物質被分解成納米微粒（1nm相當于一根頭發直徑的8萬分之一）時，這些納米微粒通常會展現出全新的活躍特性。近年來!隨著科學技術的迅猛發展，化妝品的生產工藝也得到了長足的進步采用納米技術對化妝品進行處理，可使活性物質功效得到充分的發揮，從而大大提高化妝品的性能。

目前,納米技術在化妝品領域中的應用主要在于乳化技術、活性 物質傳輸技術、防曬劑等方面,并已開發出各種相 關產品,得到許多消費者的認同。

乳化技術是制備膏霜和乳液類化妝品的關鍵技術,傳統工藝乳化得到的化妝品膏體內部結構為膠團狀或膠束狀,其直徑為微米數量級,對皮膚的滲透能力較弱。皮膚一般只能通過表皮吸收和毛囊腺吸收這兩條途徑,皮膚最外層為疏水性角質層,因而水溶性物質和大分子量的物質通過這兩條途徑的吸收相當不易。因此,傳統工藝生產的化妝品膏體不易被表皮細胞吸收。將納米技術應用到化妝品制造業中,可以對傳統工藝乳化得到的化妝品的缺陷進行很好的改進。采用納米技術制備化妝品時,將化妝品中最具功效的成分進行特殊處理,得到的化妝品膏體微粒尺寸可以達到納米數量級。這種納米級膏體對皮膚的滲透性大大增加,皮膚選擇吸收功能物質的利用率隨之大大提高。歐萊雅公司的納米乳化技術將非常細小的粒子乳化,液體形成時可以包囊更多水分,可用于多種噴霧類產品,細微的薄霧中將包含大量潮濕水分。此外,納米乳液與普通乳液相比,由于粒徑小而對皮膚滲透性更強,可使活性物質直接而均勻地作用于角質層,如與抗衰老、美白等活性劑復配使用,效果更好。納米乳液不含或少含表面活性劑,十分適用于敏感皮膚。韓國AMOREPACIFIC公司從吸取大地能源的根莖植物那兒獲得肌膚活力物,通過肌膚細胞1/1000的納米技術將它快速吸收到肌膚深層,充分兼顧女性的肌膚、生活習慣和個人性格。此外,還有一種由汽巴公司開發的超微載體系統Nanotope,它對皮膚具有高覆蓋率和強滲透性。比普通脂質體更耐表面活性劑,并具有良好的pH值和離子強度的適應性。是一種穩定且粒徑分布均勻的納膠體。這種Nanotope的平均直徑僅為25nm,低于普通的脂質體。目前生產的兩種包覆了D-泛醇和維生素E的Nanotope可廣泛應用在抗衰老及保濕型護膚液、潤膚霜、爽膚水、精華素、特殊眼部護理液、眼霜以及防曬及曬后產品等之中。

納米化妝品的優勢在于以下幾點: 1.提高營養及藥物利用率,長循環納米技術是藥物體結合研究熱點。研究藥物及化妝品在體內的吸收、分布及作用強度,發現表面電荷、粒徑大小及表面親水親脂性,是影響藥物及化妝品成分的吸收和療效的主要因素。某些活性物質不能解決其存活時間及皮膚吸收問題,難以廣泛應用或功效不理想。但使用納米微粒技術,其主要作用是獲得大量納米級結構材料,將物質分子超微破碎、乳化、均質、分散成小分子。用該技術處理化妝品用的抗衰老劑SOD、氨基酸等物質,可為皮膚全部吸收。以其技術加工中草藥,可達到常規草藥難以取得的功效。以納米破壁的花粉,可為皮膚全部吸收,且保健功效大為提高。

這一技術為中草藥及營養素在化妝品中的應用提供了廣闊的前景,并可使添加的活性物質保持鮮活和穩定。2.提高抑菌抗菌作用,納米微粒在抗菌滅菌材料上應用廣泛,可干擾細菌蛋白質的合成,從而有效抑制細菌繁殖。根據大部分細菌的細胞膜帶有負電荷的特性,將陽離子正電荷接到其表面,利用電荷正負相吸作用,使細菌窒息、死亡,達到殺菌目的。這為化妝品質量的控制提供了新的思路。納米級材料自身有抑菌作用,研制出的細胞體調理霜,對皮膚有很好的免疫調節、抗茵消炎及防敏脫敏功效。3.增強防曬劑功能,在防曬劑中,二氧化鈦和氧化鋅是很好的紫外線反射劑,但其亮白特性限制使用功能。使用納米技術可將原料粒度減小到毫微米數量級,這樣即從技術上解決了因其顏色特性難以用作化妝品原料成分的難題。現今,國外采用物理蒸汽合成法生產納米二氧化鈦這種防曬原料,而納米原料用在化妝品中,最大的優點是其屬于無機惰性原料,應用非常安全。此外,傳統配方中使用防曬劑原料,涂抹在皮膚上會產生白色殘留物,而使用納米防曬原料殘留物是無色的,阻隔紫外線功能也很強。

然而就納米技術安全性而言，仍處于爭議之中。因而，生產穩定、高效、安全的納米化妝品將會是化妝品行業新的機遇和挑戰。

二、納米技術的缺點

2.1納米微粒進入肺部造成的影響.杜邦公司(DuPon)t和約翰遜航天控制中心(NASA汀hononsSPaecCenter)的研究人員發現:就碳納米管對老鼠肺的影響來說,比石英灰塵更有毒.NASA研究人員羅伯特·亨特博士(Dr.RobertHunet)r說:“消息是清楚的,人們應該采取措施.碳納米管可能非常有毒”.吸人單層碳納米管能導致實驗動物肺部產生肉芽瘤,而肉芽瘤是肺結核病的典型特征.2.2納米微粒自肺部移向腦部造成的影響。

美國南方衛理公會大學(乳uthemMeth記istUnivesrityinDallas)研究人員在美國化學學會的一個學術會議s[,“J上介紹說,他們在研究中將9條年幼的黑妒魚放人容量10L的魚缸內,讓其接觸水溶性C一60(巴克球).研究中黑妒所接觸的C一60濃度為0.巧PPm.48h后對這些魚腦組織樣本的分析發現,它們腦部所受損傷比處于不含C-60的清水中的黑妒要嚴重17倍.損傷主要表現為脂質的過氧化反應,它能導致脂質分解,削弱細胞膜正常功能.研究中還發現,接觸〔卜-60巴克球會改變黑妒肝臟部位一些基因的表達.2004年1月,岡特博士(Dr.Gunet)r的研究報告也指出〔`2〕,納米微粒很容易從鼻腔向大腦移動.。2.3納米微粒自肺部進入血液中造成的影響。

雷姆(Ne)等人]曾讓自愿受試者暴露吸人微量99mTc的得納米碳球(99mTehcnetium),而后立刻測量受試者血液中的放射性,結果發現沉積在肺部的納米碳球的確有微量會進入血液中.而雷姆另一份研究倉鼠(h~t。)產生血栓的關聯,結果發現倉鼠吸人聚苯乙烯粒的確可能導致血栓形成。2.4由皮膚吸收造成的影響。

使用納米化妝品、納米防曬乳液及納米藥物時,納米微粒可能透過皮膚吸收而進人人體.歐盟所屬化妝品與非食品科學委員會(以犯NFP)在對納米防曬乳液所使用之Tiq作的說明是:要求工業界在使用納米級的Tiq時要從事額外的試驗以便規范它的安全問題

三、結語

納米技術應用于化妝品的研究是一個大課題。單靠某一學科的力量是很難勝任的。多學科研究將是解決這一問題的重要手段和途徑。總之，納米科技的重大突破一定會到來。隨著納米科技的不斷發展，納米技術對于化妝品領域一定會起到越來越重要的作用，我們共同期待一個全新的美容時代的來臨。

化妝品化學論文

題 目 納米技術在化妝品中的應用 專 業 高分子材料與工程 班 級 學生姓名 學 號 日 期