第一篇：纳米保鲜技术论文

纳米保鲜技术

摘要：概述了纳米保鲜技术和国内外几种新型的保鲜技术，以及纳米保鲜技术的优越性，重点介绍了纳米保鲜剂以及纳米包装材料在食品保鲜中的应用，并讨论了其前前景以及安全性。

随着科技的发展和人们生活水平的进步，人们对事物储存的要求也越来越高，相比于传统的腌渍，脱水等食物储存，人们越来越青睐于新鲜的食物，先比于传统的食物保存方法，保鲜食物更加健康口感也更加突出。而相比于几种常见的保鲜技术，纳米保鲜又有诸多的优点，受到了诸多的关注。(一)几种传统的保鲜技术：

1.干燥法：仅适用于粮食，对水果等不适用

2.化学试剂保鲜法：化工产品含有多种对人体健康有害的成份和物质。有害的毒素残留不但危害人体健康、污染环境，造成动植物群体的更大危害，而且成本高、操作不便。

3.食品添加剂保鲜法：大都采用高锰酸钾、山梨酸钾、倍酸脂、多菌灵、抗生素及甲醛等防腐剂。这类有害物质危害人体健康，主要损伤和抑制ＤＮＡ复制和代谢，有的直接损伤细胞，使人体诱发多种疾病。

4.电冰箱保鲜法：电冰箱仅仅具有制冷的作用，并不具备保鲜功能，无法抑制细菌和杀死病毒。同时电冰箱也会产生电磁辐射，影响人体健康，且储藏数量有限，风味不佳，高耗能源。

5.微冻技术，仅使用于海鲜类产品，且暂不成熟，不具备推广运用条件。

6.气调保鲜法：相比于以上几种保鲜方法有明显的优点，但是其一是设备投资大。、一般小型企业和个体私营户都难以实现，气调保鲜虽然优于冷藏，但是仍会是食物的口感品质下降，口感和色泽改变，风味和口感也大不如以前。且冷藏的管理复杂，费工费时并大量耗费电能，也不能很好解决食品运输过程中的保鲜问题，同时造成了成本高，加重了终端消费者的经济负担

我们需要新型的保鲜技术，随着纳米技术的发展，纳米在食物保鲜方面的作用也越来越受到重视，纳米保鲜剂正是时代发展的产物，中国果蔬产量居世界领先地位，年均生产水果一亿吨，蔬菜３.５亿吨。但是，由于受到保鲜技术和储备能力的制约，流通过程中果蔬年损失率高达25—30％。而美国的果蔬损失率仅为1.7—5%，相比之下，中国的果蔬损失指数比发达国家的美国高出23.65个百分点。也就是说，中国农民每年生产的水果和蔬菜就有近四分之一被白白地损失！

（二）纳米保鲜剂

保鲜剂广泛广泛适用于任何品种的瓜果、水果、蔬菜、花卉、肉类、禽蛋、海鲜、食用菌等食品的保鲜贮藏，且有效提高了果蔬品质。克服了时间短，容量小，有毒副作用，操作不便，成本高的弊端，国外很多国家都在使用，中国市场尚处于起步阶段，但前景广阔

1.纳米保鲜剂的优点：

A吸附性：ＰＳＬＴ材料具有很强的双重吸附性，巨大的比表面积不但可以吸附大量的农药残留、有害毒素、有害重金属，还可以分解乙烯气体和抑制细菌。

B溶出性：由于ＰＳＬＴ材料中的有益元素溶出率高，可以供给其保鲜产品所缺少的矿物质、微量元素、中量元素和稀土元素（果蔬产品在田间生长时靠土壤来供给能量，而在保鲜储存期间则有纳米保鲜剂提供养分有效延长其生命）。

C对各元素的双向调节作作用：使用ＰＳＬＴ产品可对常量和微量元素的含量进行双向调节。若缺少的元素或离子，加入ＰＳＬＴ材料能溶解补充；而已有的或过多的，因“同离子效应”使其不溶解或产生结晶沉淀以减少它的含量，使其被保鲜果蔬产品达到生物体需要的最佳营养平衡状态，健康自然存活。

D PH双向调节作用：用ＰＳＬＴ保鲜食品，其ＰＨ值呈弱碱性，而且钾、硅等元素的含量明显提高。因ＰＳＬＴ材料可将ＰＨ值４调至６以上，ＰＨ值１０调至７左右，即根据物体所需进行双向调节至接近中性或弱碱性。在弱碱性条件下，微生物难以生存，并造成有害病菌挤出性死亡；而羟基自由基特性可造成细菌脱水性死亡(而不同于传统的杀菌剂来毒杀病菌)，因此被保鲜的产品不会腐烂变质。

D无缘远红外线辐射：对于被纳米保鲜剂保鲜的产品其体内的水分在共振的条件下处于微循环状态呈生物活性，其水分不容易流失。植物和动物都属于生物。比如：猪圈里的猪是活的，其血液是流通的，猪的水分就不会流失猪也不会腐烂，而一块猪肉的水分就容易流失、风干或者腐烂。类同于，一个人的血液如果没有发生病变就不会导致人的死亡。因此，对所有含水分新鲜的产品都具有保鲜的作用，而且水分越大保鲜期越长。并可以使食品提升品质，改善口感，增加营养。

由于以上五个方面的特性，因此在采用纳米保鲜剂时需求的环境（室内）温度（常温）零下6度至零上35度即可保鲜，而不需要苛求低温冷藏，因为果蔬产品在大田里生长期间即遇到过低温也遭受过高温并未致其变质，当然大多数产品不能在零下储存，我们在采用纳米保鲜剂时为方便管理和规范体积用到的容器，本身可起到保温与隔热的作用。所以在采用纳米保鲜产品过程中不需考虑温、湿度，常温即可。

2纳米保鲜剂的特点:

1、保鲜范围广：对果蔬、根茎类、肉制品类、食品类、动物标本类、花卉、禽蛋、食用菌、饮料、奶茶等所有含水分的产品都有非常理想的保鲜效果。

2、成本低廉：ＰＳＬＴ纳米生物材料是无机成分(类似于永久性磁铁及吸铁石)，性能稳定，几乎不会衰变。数十年间可持续不断地发挥作用，因此可以反复使用。只有被弃置或散落丢失时，其功能才随之“消失”。所以保鲜成本非常的低廉，是其他任何保鲜措施无法取代的。

3、效果独特：贮存任何食品6－8小时后可达到有机活性标准。使变褐带味的生肉8小时后复鲜，煮米饭可使米饭增白，且一周不会发馊，能提高产品品质，是食品的天然改良剂和脱毒剂；

4、保鲜期限长：所有含水分的产品都可以用普斯利通保鲜剂进行保鲜，且其所保鲜的产品含水份越大保鲜期越长，也就是说保鲜期和果蔬产品所含的水分是成正比的。大致来说，具体的保鲜期还因我们所要保鲜的产品的品种、产地、贮藏时的成熟度、贮藏的时节和贮藏条件都有关系。如：西瓜的水分占85%所以其保期可达1年；瓜果、水果、蔬菜、嫩玉米、枣、薯类水分占到65%其保期在6个月以上；豆角、辣椒、茄子等保期在5个月以上；由于黄瓜的呼吸强度大保期仅为4个月；草莓、荔枝、樱桃、槟榔保期两个月；肉类、海鲜、花卉、食用菌、叶菜、野菜、面包食品等保鲜期为2个月以上。

5、安全健康：纳米生物脱毒保鲜剂能吸附有机物、重金属而用于环保处理毒水毒气；具有消炎止痛、吸毒排毒收敛功能而用于制药；能抑菌杀菌而用于美容保健；能溶出人体所需的微量元素又能吸附水中的氯气除去重金属和异味，可制作优质PSLT纳米生物矿泉水；用于浸种育苗，使秧苗健壮，作物繁茂，提高作物品质，增产明显；用于酿造，可提高酒品质除去酒中恶醉成分，使酒变得更香醇；能除去饲料中污染物，使动物健康发育，促进生长，提高禽类产蛋率、延长产蛋期；用它培养花木效果更佳，促进花木生长发育，使花朵更鲜艳等。

但PSLT纳米生物材料在某种意义上讲更适宜于人体，PSLT纳米生物矿泉水是人体“细胞洗涤剂”，能排除人体内积累的有害重金属，而使体内细胞起死回生。PSLT生物纳米中微量元素分布曲线与生物体水分中微量元素分布曲线相吻合，能使水分中微量元素达到平衡，对人体健康大有益处。

3纳米保鲜剂的现状：

虽然这方面的研究很多，但是成品少，效果也不是很尽如人意，市场上也有很多类似的假冒产品，其安全性也有待考证，但是这也新型的保鲜技术为人类未来的生活带来了无限的可能，国内外也有很多专家企业致力于这方面的研究，发展速度快一旦成熟将带来巨大的经济效益

对于不怕挤压的果蔬产品，比如西瓜、土豆、红薯等，利用普通民房果窖、防空洞、地下室就地成垛码放，按比例、间距夹放保鲜剂即可。

用于超市货架展台保鲜时，在展台上面按比例、间距摆放好保鲜剂后，在上面堆放果蔬、食品、等任何含水分的新鲜产品均可。

纳米保鲜剂可反复使用，且永不失效，在电冰箱或者其他箱子、盒子、柜子的六面内壁用双面胶粘贴保鲜剂后，不用电的纳米保鲜盒、保鲜箱、保鲜柜就诞生了，且效果理想、节能环保、健康安全，永久使用，不远的将来将走进千家万户。

（三）纳米包装材料

果蔬采摘后持续的生命活动主要表现为呼吸作用，其实质是在各种酶的参与下，经过一系列中间反应进行的一个缓慢的生物氧化与还原过程。其间组织中复杂的有机物分解成简单物质，最后生成二氧化碳和水，并释放出热量。理想的保鲜材料应当既要保持果蔬呼吸作用，维持其缓慢的生命活动，但又不会破坏其正常的新陈代谢。另外，果蔬的保鲜在很大的程度上依赖于水分的适度保持。储运期间的呼吸要消耗水分，此外，多种因素也会造成部分水分的蒸发。果蔬水分损失的内因是由它们的组份性质所决定，而一般外部因素则更起着主 导作用，环境温度、湿度、光照、等。新鲜果蔬最常使用气调包装技术，其保鲜机理主要是依赖包装膜材料高分子链热振动形成的间隙为气体分子透过的通道。这就要求通过气体渗透，保持包装内部的气体组分对果蔬保鲜的最佳比例。但在实际应用中效果不是很理想。因此研制更为理想的果蔬产 品保鲜包装材料显得非常迫切，具有重要的经济价值和社会意义

。研究结果表明，与普通包装材料相比，纳米包装材料在某些物理、化学、生装材料相比，纳米包装材料在某些物理、化学、生装材料相比，纳米包装材料在某些物理、化学、生

物学性能上有大幅度提高，如可塑性、稳定性、阻装材料相比，纳米包装材料在某些物理、化学、生装材料相比，纳米包装材料在某些物理、化学、生物学性能上有大幅度提高，如可塑性、稳定性、阻物学性能上有大幅度提高，同时在白色污染日益严重的今天，纳米包装技术显得尤为重要 1纳米二氧化钛在果蔬贮藏保鲜中的应用

纳米二氧化钛的光催化性一方面能够将果蔬贮藏中产生的乙烯氧化分解成二氧化碳和水；另

一方面细菌等微生物也是由有机物复合构成，纳米二氧化钛在光线照射下产生氧化l生很强的活性自由基使蛋白质变性，从而抑制微生物的生长甚至杀死微生物。与常用杀菌剂相比，纳米二氧化钛抗菌杀菌效果迅速，灭菌彻底圆。韩永生等指出，纳米TiO：具有抗菌杀毒、吸收紫外线、自洁功效及良好的阻隔性和力学性能等，可以保证包装保持自身洁净和防雾滴功台

纳米二氧化钛复合薄膜可以有效地减少代谢过程纳米TiO：复合薄膜可以有效地减少代谢过程中产生的二氧化碳和水以及乙烯等有害物质，抑制或杀灭微生物以减少果蔬出现变质与腐烂。并且避免因其他贮藏方法如化学保鲜剂所产生的环境污染，克服了目前保鲜技术的缺陷，因此二氧化钛保鲜技术有这广阔的前景应用

2.纳米硅氧化物在果蔬贮藏保鲜中的应用

纳米SiOx颗粒的适量加入有望形成牢固的纳米抗菌涂膜，同时利用硅氧键对二氧化钛和氧气吸附、溶解、扩散和释放作用，从而抑制果蔬呼吸强度，起到保鲜、保水的作用。纳米SiOx的加入可能改变水分子在膜中的渗透路径，增强复合膜的阻水性，提高保湿性。

加入纳米SiOx涂膜剂，水晶梨的失重率与腐烂率都显著小于其它涂膜液(P

纳米技术是21世纪科技发展的制高点，它的迅猛发展将促进几乎所有领域产生一场革命性的变化。目前，纳米技术在果蔬贮藏保鲜中的大部分研究尚处于试验阶段，而实际应用的例子相对较少。这主要是因为纳米技术的应用会使果蔬贮藏保鲜的成本加大；纳米包装材料大规 模生产的工艺要求高、程序复杂等诸多方面问题还需要进行深入细致的研究。

（三）纳米保鲜的安全性

近年来，围绕纳米产品的生物安全问题发达国家也积极地展开了研究。202_年4月，R F Service(202_)在Science首先发表文章讨论纳米材料与生物环境相互作用可能产生的生物安全问题，并介绍了Lam研究小组的研究结果。随后，各个领域的科学家们开始探讨纳米生 物安全问题，尤其是关于纳米颗粒对人体健康、生存环境以及社会安全等方面是否存在潜在负面影响的问题即纳米生物环境安全性

科技是吧双刃剑，在迅猛发展的纳米浪潮中，任何人都不能忽视它所带来的一些负面影响 但是，有关纳米材料的安全l生评价资料检索结果表明，世界范围内还没有一个研究机构对纳米 的负面影响做相关的研究，我们要利用科技，但同时也要保护好自己

第二篇：纳米材料与技术论文

石墨烯在橡胶中的应用

摘要：石墨烯具有较强的力学性能和导电/导热性质，为发展多功能聚合物纳米材料提供了新的方向。本文简单介绍了石墨烯的制备及其功能化,并重点介绍了石墨烯/橡胶纳米复合材料的3种主要制备方法，同时分析了石墨烯/橡胶纳米复合材料的发展前景和存在问题.关键词：石墨烯 纳米复合材料 制备引言

橡胶在室温下具有独特的高弹性，其作为一种重要的战略性物资，泛应用于国民经济"高新技术和国防军工等领域。然而，未补强的橡胶存在强度低，模量低，耐磨差，抗疲劳差等缺陷。因此绝大数橡胶都需要补强，同时随着橡胶制品的多元化，在满足最基本的物理机械性能强度的同时，需要具有功能性的纳米填料/橡胶复合材料。石墨烯是一种有着优异性能的二维纳米填料，将石墨烯与聚合物复合是发挥其性能的重要途径，石墨烯/橡胶纳米复合材料对橡胶的力学机械性能、电学性能、导热性能和气体阻隔性能等都有很大提升，因此得到了广泛关注。石墨烯的制备及其衍生物的功能化 2.1 石墨烯的制备

本文重点介绍利用氧化石墨烯（GO）的还原来制备石墨烯，该方法制备的石墨烯不能完全消除含氧官能团，还存在结构缺陷和导电性差等缺点，但是相比于其他方法，其宏量和廉价制备的特点更为突出。2.2 氧化石墨烯的还原

目前，氧化石墨烯的还原一般分为热还原与化学还原两种方法。热还原是指 GO在高温下脱除表面的含氧基团并释放大量气体，从而还 原并剥离GO.化学还原法是指利用具有还原性的物质对GO进行脱氧还原。2.3 石墨烯的功能化

对于氧化石墨烯还原之后的石墨烯，可以用非共价键改性，通过工业用燃料，荧光增白剂，表面活性剂高效稳定石墨烯。

2.4 橡胶/石墨烯复合材料的结构，性能的检测

利用红外光谱仪测定复合物的红外光谱图;用X射线衍射仪（XRD)测定复合物的衍射谱图;用发射扫描电镜(SEM)分析复合物的形貌；用电子万能试验机测试式样力学性能。3 橡胶/石墨烯橡胶纳米复合物的制备方法

目前制备石墨烯/橡胶复合材料的制备方法主要有三种，即胶乳共混法，溶液共混法，机械混炼法。3.1 胶乳共混法 利用超声辐照胶乳和原位还原法(ULMR)制备石墨烯均匀分散的石墨烯/NB复合材料的方法，解决了石墨烯在橡胶基体中的分散和剥离问题，橡胶复合材料的力学性能大幅度提高[1].通过胶乳混合-静态热压和硫化方法制备了具有石墨烯导电网络的石墨烯/NR纳米复合材料[2].黄光速等通过胶乳法分别制备了石墨烯/NR和石墨烯/丁苯橡胶(SBR)复合材料，并研究了材料的硫化机理[3].Kim等[4]通过胶乳法制备了石墨烯/SBR复合材料，发现橡胶材料的热稳定性和导电性能得到了显著提升.Schopp等[5]通过胶乳法制备了常规和新型碳系填料(炭黑,碳纳米管,石墨烯)填充的SBR复合材料，发现不同填料类型、填充量、填料分散方法对复合材料性能的有影响，其中，石墨烯对SBR复合材料的力学性能、电性能以及气体阻隔性能的提高最为显著.3.2 溶液共混法

Lian等[6]通过溶液共混法制备了石墨烯/丁基橡胶(IR)复合材料,橡胶机械性能得到显著的提升.Sadasiviuni等[7]用马来酸酐接枝丁基橡胶(MA-g-HR)，通过溶液法制备得到了石墨烯/MA-g-HR纳米复合材料.Bai等[8]利用超声将氧化石墨烯分散到二甲基甲酰胺，将丁腈橡胶(NBR)溶于四氢呋喃，然后将氧化石墨烯分散液加到橡胶溶液中，再经超声、分散、干燥、双辊混炼和热压硫化得到了氧化石墨烯/NBR复合材料.3.3 机械混炼法

Mahmoud等[9]最早通过机械混炼法制备了石墨烯/NBR复合材料，并研究了石墨烯对材料的循环疲劳的影响.Al-solamy等[10]先利用双辊开炼机对复合橡胶进行机械混炼，然后将复合橡胶模压成面积为1cm2、高1cm的圆柱体，最后热压、硫化得到石墨烯/NBR复合材料,并研究了复合材料的导电性能，提出了导电橡胶纳米复合材料压阻效应的微观结构模型.Das等通过机械共混法分别制备了石墨烯、膨胀石墨(EG)、CNTs、EG/CNTs杂化填充SBR纳米复合材料，并对4种复合材料的电性能和力学性能做了对比.Dao等[11]通过铝三仲丁醇在DMF水溶液中处理石墨烯制备出氧化铝涂覆氧化石墨烯纳米片复合填料.3.4 其他方法。

Castro等[12]采用气相沉积法在聚苯胺/乙丙橡胶复合导电橡胶中趁机石墨烯的方法制备了新型有机电导材料；Cheng等[13]以金属镍泡沫为模版，通过CVD法制备了三维石墨烯泡沫，再将二甲基硅橡胶浇筑到石墨烯泡沫中制备石墨烯/合成橡胶复合材料；Zhan等[14]报道了将化学还原的石墨烯自组装到NR胶乳粒子表面，在不经过开练配合的情况下直接静态热压硫化，制备了具有石墨烯“隔离”网络结构的NR复合材料（NRLGES）；Wang等[15]在玻璃基板上通过层-层的静电组装制备了聚乙烯亚胺/羧基丁腈橡胶多层膜材料.4结论与展望

石墨烯具有优异的物理和电特性，作为橡胶纳米填料，具有非常高的增强效率和效果，同好似还可以赋予橡胶材料其他特性如导电性，导热性，改善其机械性能和气体阻隔性能等，对橡胶制品的高性能化和功能化具有特别的意义。

石墨烯/橡胶复合材料的制备方法的核心问题是在集体中均匀有效的分散与分布石墨烯填料。目前常用的复合方法有：胶乳共混、溶液共混和机械混炼，一般采用溶液共混和胶乳共混制备的复合材料中石墨烯分散均匀，因此复合材料具有更优异的性能。GO表面的含氧基团能有效增强与极性橡胶的界面作用；还原石墨烯比表面积大且存在“褶皱”结构，因此其与大多数非极性橡胶如NR，SBR等有较强的界面结合。通过石墨烯的表面修饰可以进一步提高街面作用和石墨烯分散，从而提高复合材料性能，总的来说，石墨烯可以有效的增加各种橡胶基材的导电性，导热性，机械强度和气体阻隔性。

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第三篇：保鲜技术

保鲜技术

1.使用远洋捕捞保鲜片冰制冰机

2.水产加工：科美斯片冰机在水产深加工有着更加广泛的应用，为了新鲜海产品的冷藏、运输、加工及陈列都是必不可少的，无论机械制冷如何发展，由于含盐的鳞片冰独特的特性，仍然没有理想的替代物可以取代它。鳞片冰可以使海产品新鲜，潮湿和恰当的温度，不必使用监控器，鳞片冰是很好的冷量储存体，它是具有很高的实用性和经济性的冷冻系统。而其它的冷冻系统只能提供寒冷的温度，并不能提供湿润的环境，而使海产品风干、脱水。而近乎0℃的鳞片冰可以提供一个完美的冷却环境，它不会损伤和冻坏鱼的表面，可使鱼保持在理想的湿润状态，避免脱水并给予长时间的新鲜，融化的冰水可以冲洗鱼的表面，将鱼排出的细菌和异味除去，达到理想保鲜效果。

总体

为防止人类过度捕捞对深海生物资源造成严重破坏，联合国粮食及农业组织发出呼吁，要求各国政府尽快制定严格的法律法规，规范渔业生产中的远洋深海捕捞政策。

粮食及农业组织指出，许多深海鱼类生长速度非常缓慢，达到性成熟期的时间较长，有些种类并不是每年都能够得到繁殖，因此大量捕捞对深海生态造成的影响很大，其危害性可能持续数代。该组织说，由于远洋深海捕捞存在一定的难度，同时浅海鱼类数量丰富，过去人们对深海捕捞的动力很小。然而，自上个世纪七十年代末开始，随着沿海地区捕捞机会的减少以及科学技术的进步，深海捕捞已经变得日益普遍。

统计资料表明，1950年至1977年间，远洋深海捕获量不足全球海产捕获量的1%，而1995至202_年间，这一比例平均已达到3%，其中202_年更是提升到4%。粮食及农业组织指出，尽管这些数字看上去还不算太大，但事实上，近年来远洋深海捕捞数量已经增长了近75%。

由于人类进行远洋深海捕捞的历史相对较短，大部分国家都缺乏专门针对深海捕捞的管理政策和计划，另外，对公海上进行的深海捕捞实施管理的难度很大，需要许多国家和地区间开展合作，共同参与。美国生态综合分析中心联合其他机构最近组织了一次调查。调查显示，地球上超过40%的海洋受到了人类活动的严重影响，仅有4%%仍然保持着原始状态，影响最为严重的区域包括北大西洋的大片水域、中国的南海和东海、加勒比海、地中海、红海、海湾地区、白令海及西太平洋上的多数水域。

联合国粮食及农业组织目前正在推动各国召开一系列会议，探讨如何制定国家和国际准则，规范各类深海捕捞活动，防止过度捕捞对海洋生态系统造成严重破坏，进而有效地保护海洋生物的多样性。

第四篇：纳米材料 论文

TiO2纳米制备及其改性和应用研究进展

于琳枫（12化学1班）

摘 要： 二氧化钛纳米管由于新奇的物理化学性质引起了广泛的关注，本文就近年来在制备方法﹑反应机理﹑二级结构及掺杂和应用方面予以综述，并讨论了今后可能的研究发展方向。

关键词: 二氧化钛, 纳米管, 制备, 反应机理, 二级结构

0 引言

TiO2俗称钛白粉，无毒、无味、无刺激性、热稳定性好，且原料来源广泛易得.它有三种晶型：板钛矿、锐钛矿和金红石型。TiO2最早用来做涂料。

自从1991年Iijima发现碳纳米管以来，已经用碳纳米管模板合成出各种不同的氧化物纳米管，如SiO2，V2O5，Al2O3，MoO3等，二氧化钛由于其化学惰性，良好的生物兼容性，较强的氧化能力，以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力，价格低廉，在能量转换﹑废水处理﹑环境净化﹑传感器﹑涂料﹑化妆品﹑催化剂﹑填充剂等诸多领域引起了人们极大的关注。研究结果表明：TiO2的晶粒大小，形状，相组成或表面修饰以及其它成分的掺杂对其性质﹑功能有显著的影响，纳米管的比表面积大，因而具有较高的吸附能力，有良好的选择性，可望具有新奇的光电磁性质，具有很好的应用前景。本文对二氧化钛纳米管的制备，形成机理的最新进展进行综述，并对今后的发展方向予以展望。TiO2纳米材料的制备

1.1 气相法

TiO2纳米材料的气相合成主要是在化学技术和物理技术上发展起来的。由于反应温度高。气相法具有成核速度快、产品结晶度高、纯度高、生成粒子团聚少、粒径易控制等优点。气相法可以合成各种形貌的TiO2薄膜或粉体：纳米棒、纳米管、纳米带等。最常使用的气相法是高温溅射沉积法(SPD).Ahonen等用钛醇盐做前驱体。采用SPD法合成了TiO2纳米粉体和薄膜。其他的气相制备技术 1

包括：直流电溅射法、高频无线电溅射法、分子束取向生长法和等离子体法等。

1.2 液相法

目前制备TiO2纳米材料应用最广泛的方法是各种前驱体的液相合成法。这种方法的优点是：原料来源广泛、成本较低、设备简单、便于大规模生产。但是产品粒子的均匀性差，在干燥和煅烧过程中易发生团聚.应用最普遍的液相制备方法包括液相沉积法和微乳液法等。

1.2.1 液相沉积法

液相沉积法是以无机钛盐作原料，通过直接沉积来制备功能TiO2粉体和薄膜的液相法。Deki等用(NH4)2TiF6和H3BO3的水溶液为起始溶液，制备了TiO2薄膜.Imai等用添加了尿素的TiF4和Ti(SO4)2的水溶液制备了不同形貌的TiO2纳米材料。液相沉积法具有以下优点：对仪器要求比较低,温度要求低(30～50℃),基片选择比较广等。

1.2.2 微乳液法

微乳液法制备纳米TiO2是近年来才发展起来的一种方法。微乳液是指热力学稳定分散的互不相溶的液体组成的宏观上均一而微观上不均匀的液体混合物。该法的制备原理是在表面活性剂作用下使两种互不相溶的溶剂形成一个均匀的乳液。利用这两种微乳液间的反应可得到无定型的TiO2，经煅烧、晶化得到TiO2纳米晶体。贺进明等以TiCl4为原料、在十六烷基三甲基溴化铵、正己醇、水组成的微乳液体系中，在较低温度下，制备了球形、花状、捆绑丝和星形的金红石型TiO2纳米颗粒。微乳液法得到的粒子纯度高、粒度小而且分布均匀，但稳定微乳液的制备较困难。因此，此法的关键在于制备稳定的微乳液。TiO2纳米材料的反应机理

2.1氧化钛纳米管形成的反应机理

目前，对二氧化钛纳米管的形成机理和组成尚存在分歧。一般认为，锐钛矿或者金红石相以及无定形二氧化钛在碱性条件下转换为纳米管都要经过单层的纳米片的卷曲，类似于多层碳纳米管形成的机理，即从1D到2D，再到 3D的组合过程。Sugimoto等研究证实了层状的质子化的二氧化钛纳米片的存在，Sun和Masaki各自报道了钛酸钾或者钛酸钠形成的纳米带。在碱性条件下，各种钛酸盐可以形成层状的结构，再通过折叠或卷曲形成纳米管，但折叠或卷曲的顺序

尚不确定。理论上钛纳米带折叠或卷曲形成纳米管时，可形成下列3种形状：（a）蛇形的，即单层纳米管的卷曲；（b）洋葱式的，即几个有弱相互作用的纳米片的卷曲；（c）同心式的，通过卷曲或者折叠成多层的纳米管。但实际上，（c）种形状在合成时很难出现。Yao和Ma通过TEM研究分别证实了(a)和(b)构型钛纳米管的存在。

梁建等则认为钛纳米管的生长机理符合3-2-1D的生长模型，在水热合成的过程中，在高压高温和强碱作用下，二氧化钛块体沿着(110)晶面被剥落成碎片，在片的两面有不饱和悬挂键，随着反应的进行，不饱和悬挂键增多，使薄片的表面活性增强，开始卷曲成管状，以减少体系的能量，这一点从反应中间产物中观察到大量的片状及卷曲态得的到证明。Dimitry V.Bavykin[19]等系统地研究了合成温度以及TiO2/NaOH mol 比对制备二氧化钛纳米管形貌的影响.认为 图3-b 符合氧化钛纳米管的形成机理，并给出了形成机理的原始驱动力的解释。Dimitry V.Bavykin等进行了氧化钛纳米管形成的热力学和动力学研究。该模型见图4 能够很好的解释实验中增加TiO2/NaOH的摩尔比，氧化钛纳米管的平均管径也增大。同时也可以解释反应温度增加有利于纳米管的平均管径增大。

2.2 纳米管的热稳定性及氧化钛纳米管的晶型

由于二氧化钛纳米管为无定形结构，在热力学上，属于介稳态。因此研究温度对其热稳定性的影响颇有必要。王保玉等以TiO2为原料制备成TiO2纳米管，通过不同温度焙烧得到不同的样品，用TEM,XRD,FT-IR,BET等手段详细的研究了温度对晶型，比表面积的影响。研究表明，在300 ℃和400 ℃焙烧存在着两次比表面积的突降，用化学法合成的纳米管在400 ℃时，比表面积降到很小，管的结构严重被破坏。用化学法合成的纳米管是无定形的，而模板法制备的纳米管为锐钛矿型的。这可能是因为化学法制备的纳米管为多层，层与层之间不能形成三维空间的点阵结构。而王芹等研究则发现钛纳米管经过400 ℃热处理后能保持其纳米管的形貌，600 ℃有纳米管间烧结的现象，800 ℃时管的形状完全被破坏。可见合成方法的不同，氧化钛纳米管的热稳定性也有很大的差异。

Graham Armstrong等用水热法合成的氧化钛纳米管晶型为TiO2-B，具有竹子状的二氧化钛，是以TiO6八面体为基础通过共用边和共顶点形成的多晶，不同于锐钛矿相，金红石相和板钛矿相，密度比上述三种晶型都稍低。但XRD的 3

结果表明，TiO2-B的结构中仍还有痕量的锐钛矿相。梁建等用水热法合成，控制温度130 ℃，晶化时间2~3天，成功制备了多层的锐钛矿和金红石混晶的TiO2纳米管。王保玉等研究发现，氧化钛纳米管为多层管，每个单层相当于 一个氧化钛分子的厚度，层与层之间不在以化学键存在，Ti在纳米管中的配位和八面体结构未达到饱和，拉曼光谱表明，TiO2纳米管以无定型的形态存在。Tomoko Kasuga等用10 M NaOH溶液水热条件下110 ℃处理20小时，得到具有针状结构的纳米管，晶型为锐钛矿型。可见纳米管的晶型，随着水热处理的温度和时间变化而有所不同。TiO2纳米材料的的二级结构

在水热处理的过程中，除了生成纳米管本身的一级结构外，还存在纳米管之间的聚集，因而产生了氧化钛纳米管的二级结构。Dimitry V.Bavykin等研究发现，纳米管的二级结构取决于前驱体二氧化钛的量和所用NaOH的体积，其比例越小，生成的氧化钛纳米管越倾向聚集成球状。这可能是由于在水热条件下生成纳米管的过程是一个比较缓慢的过程，影响因素较复杂造成的。TiO2纳米材料的改性

TiO2纳米材料的很多应用都是和其光学性质紧密相连的。但是，TiO2的带隙在一定程度上限制了TiO2纳米材料的效率。金红石型TiO2的带隙是3.0eV，锐钛矿型是3.2eV，只能吸收紫外光，而紫外光在太阳光中只占很小的一部分(<10%)。因而，改善TiO2纳米材料性能的一个目的就是将其光响应范围从紫外光区拓展到可见光区，从而增加光活性。目前经常采用的改性方法包括贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化和半导体复合等方法。

5.1 贵金属沉积

半导体表面贵金属(包括Pt、Au、Pd、Rh、Ni、Cu和Ag)沉积可以通过浸渍还原、表面溅射等方法使贵金属形成原子簇沉积附着在TiO2表面.由于贵金属的费米能级比TiO2的更低,光激发电子能够从导带转移到沉积在TiO2表面的贵金属颗粒上,而光生价带空穴仍然在TiO2上.这些行为大大降低了电子和空穴再结合的可能性,从而改善其光活性.Anpo和Takeuchi制备了Pt沉积TiO2用于光催化分解水制氢实验,发现产氢效率得到了明显提高.Sakthivel等研究了用Pt、Au和Pt沉积TiO2做光催化剂时对酸性绿16的光致氧化作用,发现与未沉积贵金属的TiO2相比,光催化效率得到了不同程度的提高.5.2 离子掺杂

TiO2半导体离子掺杂技术是用高温焙烧或辅助沉积等手段，通过反应将金属离子转入TiO2晶格结构之中。离子的掺杂可能在半导体晶格中引入缺陷位置和改变结晶度等。影响了电子和空穴的复合或改变了半导体的激发波长，从而改变TiO2的光活性。但是，只有一些特定的金属离子有利于提高光量子效率，其他金属离子的掺杂反而是有害的。Choi等系统地研究了21种金属离子掺杂对

TiO2光催化活性的影响，发现Fe、Mo、Ru、Os、Re、V和Rh离子掺杂可以把TiO2的光响应拓宽到可见光范围，其中Fe离子掺杂效果最好，而掺杂Co和Al会降低其光催化活性。Wu等定性分析了过渡金属(Cr、Mn、Fe、Co、Ni和Cu)离子掺杂对TiO2的光催化活性的影响。Xu等比较了不同稀有金属(La、Ce、Er、Pr、Gd、Nd和Sm)离子掺杂对TiO2光催化活性的影响。

阴离子掺杂可以改善TiO2在可见光下的光催化活性、光化学活性和光电化学活性。在TiO2晶体中掺杂阴离子(N、F、C、S等)可以将光响应移动到可见光范围。不像金属阳离子，阴离子不大可能成为电子和空穴的再结合中心，因而能够更有效地加强光催化剂的催化活性。Asahi等测定了取代锐钛矿TiO2中O的C、N、F、P和S的掺杂比例。发现p态N和2p态O的混合能使价带边缘向上移动从而使得TiO2带隙变窄。尽管S掺杂同样能使TiO2带隙变窄，但是由于S离子半径太大很难进入TiO2晶格。研究表明C和P掺杂由于掺杂太深不利于光生电荷载体传递到催化剂表面，所以对光催化活性的影响不是很有效。Ihara等将硫酸钛和氨水的水解产物在400℃的干燥空气中煅烧，得到了可见光激发的N掺杂TiO2光催化剂。

5.3 染料敏化

有机染料被广泛地用作TiO2的光敏化剂来改善其光学性质。有机染料通常是具有低激发态的过渡金属化合物，像吡啶化合物、苯二甲蓝和金属卟啉等。Yang等用联吡啶、Carp等用苯二甲蓝染料作为感光剂敏化TiO2,发现这些染料可以改善光生电子空穴对的电荷分离，从而改善了催化剂的可见光吸收。

5.4 半导体复合

半导体复合是提高TiO2光效率的有效手段。通过半导体的复合可以提高系统的电荷分离效率，扩展其光谱响应范围.从本质上说，半导体复合可以看成是一种颗粒对另一种颗粒的修饰。Sukharev等将禁带宽度与TiO2相近的半导体ZnO与TiO2复合，因复合半导体的能带重叠使光谱响应得到发展。通过对ZnO/TiO2、TiO2/CdSe、TiO2/PbS、TiO2/WO3等体系的研究表明，复合半导体比单个半导体具有更高的光活性。GurunathanK等将CdS(带隙2.4eV)和SnO2(带隙3.5eV)复合在可见光下制氢得到了更高的产氢率。总结与展望

针对TiO2纳米材料的性质、合成、改性和应用，人们已经做了广泛的研究。随着TiO2纳米材料的合成和改性方面的突破，其性能得到不断地改善，新应用也不断的被发现。但从目前的研究成果看，可见光催化或分解水效率还普遍很低。因此如何通过对纳米TiO2的改性，有效地利用太阳光中的可见光部分，降低TiO2光生电子空穴对的复合机率，提高其量子效率是今后的研究重点。

参考文献

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第五篇：纳米论文

纳米复合材料论文

——纳米陶瓷复合材料

摘要：本论文主要介绍了纳米复合材料的的设计（包括结构设计和功能设计），讨论了纳米陶瓷复合材料的制备方法以及对所制备的金属基纳米复合材料的性能进行了分析，最后对纳米陶瓷纳米复合材料的发展进行了展望。关键词：纳米陶瓷材料

纳米复合材料

制备

性能

展望

致远化学班

F1324005 陈昊 5132409039

目 录

前 言 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 第1章纳米陶瓷材料概述 „„„„„„„„„„„„„„„„„2 第2章纳米陶瓷材料的生产工艺………………………………………4 第3章纳米陶瓷材料应用……………………………………………5 结束语…………………………………………………………………7 参考文献 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

前言

陶瓷材料在日常生活、工业生产及国防领域中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了很大限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服传统陶瓷的脆性，使其具有像金属一样的柔韧性和可加工性。与传统陶瓷相比。纳米陶瓷的原子在外力变形条件下自己容易迁移，因此表现出较好的韧性与一定的延展性，因而从根本上解决了陶瓷材料的脆性问题。英国著名材料科学家卡恩在Nature杂志上撰文道：“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。”

所谓纳米陶瓷，是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都限于100nm以下，是上世纪80年代中期发展起来的新型陶瓷材料。由于纳米陶瓷晶粒的细化，品界数量大幅度增加，可使材料的韧性和塑性大为提高并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响，从而呈现出与传统陶瓷不同的独特性能，成为当今材料科学研究的热点。

一、纳米陶瓷材料的性能

纳米陶瓷材料的结构与常规材料相比发生了很大变化，颗粒组元细小到纳米数量级，界面组元大幅度增加，可使材料的强度、韧性和超塑性等力学性能大为提高，并对材料的热学、光学、磁学、电学等性能产生重要的影响。1.力学性能

硬度和断裂韧度：对纳米晶TiO2进行研究，发现在室温压缩时，纳米颗粒已有很好的结合，高于500℃很快致密化，而晶粒大小只有稍许的增加，所得的硬度和断裂韧度值与单晶TiO2或粗颗粒压缩体的相应值比，性能相当或更好。纳米晶TiO2其硬度和断裂韧度随烧结温度的增加(即空隙度的降低)而增加，在800~900℃温度范围烧结，与经优化烧结的块状陶瓷相比，两者的硬度和断裂韧度值相符。低温烧结后，纳米晶TiO2就能获得好的力学性能。通常硬化处理材料变脆，造成断裂韧度的降低，而就纳米晶而言，硬化和韧化由空隙的消除来形成，这样就增加了材料的整体强度。纳米晶TiO2经800℃烧结后，维氏硬度H=630，断裂韧度Kic(Mpam1/2)为2.8，空隙度为10％；而1000℃烧结后，H=925，Kic=2.8，空隙度为5％。2.热学性能

(1)比热，纳米材料的界面结构中原子分布比较混乱，与常规材料相比，界面体积分数较大，因而纳米材料熵对比热的贡献比常规材料大得多。如对应粒径为80nmAl2O3的比热，比常规粗晶Al2O3高8％。

(2)热膨胀，纳米非晶氮化硅热膨胀系数比常规晶态Si3N4高1～26倍。其原因是纳米非晶氮化硅的结构与常规晶态Si3N4有很大差别，前者是由短程有序的非晶态小颗粒构成的，它们之间的界面占很大比例，界面原子的排列较之非晶颗粒内部更为混乱。在相同条件下，原子和键的非线性热振动比常规晶态显著得多，因此对热膨胀的贡献也必然很大。

(3)导热或超绝热，绝热材料目前在我国尚处于实验研究与工业实验的中间阶段。由于气孔尺寸小到纳米级，主要产生如下纳米效应：当轻质材料中的气孔尺寸小于50nm时，气孔中的空气分子就失去了自由流动的能力，因此相当于抽了真空，称为“零对流效应”。由于材料的体积密度较小，气孔尺寸很小，这时气孔壁的数目趋于“无穷多”。对于每一个气孔壁来说都具有遮热板的作用，因而产生近于“无穷多遮热板”的效应，从而使辐射传热下降到最小的极限。由于近于无穷多纳米孔的存在．热流在固体中传递时就只能沿着气孔壁传递，近于无穷多的气孔壁构成了近于“无穷多路径”效应，使固体热传导的能力下降到接近最低极限。

将硅酸钙复合纳米孔超级绝热材料用于钢结构防火可使防火时间从目前一般厚质防火涂料的2h左右延长到15h，给灭火赢得充足的时间。将该材料用于太阳能热水器，可使其集热效率提高一倍以上，而散热损失下降到现在的30％。3.光学性能

材料的光学性能与其内部的微观结构，特别是电子态、缺陷态和能级态结构有关。纳米材料在结构上与常规材料有很大差别，突出表现在小尺寸颗粒和庞大体积分数的界面，界面原子排列和键的组态的无规则性较大，使纳米材料的光学性能出现一些与常规材料不同的新现象。

(1)红外吸收：对纳米材料红外吸收的研究表明，红外吸收谱中出现蓝移和宽化。纳米相Al2O3，红外吸收谱在400～1000cm-1波数范围内有一个宽广的吸收带，与A12O3单晶相比，红外吸收峰有明显的宽化，其中对应单晶的637cm-1和442cm-1的吸收峰，在纳米相中蓝移到639.7cm-1和442.5cm-1。(2)荧光现象：用紫外光激发掺Cr和Fe的纳米相A12O3时，在可见光范围观察到新的荧光现象。

(3)光致发光：退火温度低于673K时，纳米非晶氮化硅块体在紫外光到可见光范围的发光现象与常规非晶氮化硅不同，出现6个分立的发光带，而常规非晶氮化硅在紫外光到可见光很宽的波长范围的发光呈现一个很宽的发光带。4.电磁学性能

纳米材料与常规材料在结构上，特别是在磁结构上有很大差别，因此在磁性方面会有其独特的性能。除磁结构和磁化特点不同外，纳米晶材料颗粒组元小到纳米级，具有高的矫顽力，低的居里温度，颗粒尺寸小于某一临界值时，具有超顺磁性等。同时，纳米材料的界面组元与粗晶材料有很大差别，使界面组元本身磁性具有独特性能。例如界面的磁各向异性小于晶内，居里温度低于常规材料等。

由于纳米材料中存在庞大体积分数的界面，使平移周期在一定范围内遭到严重破坏，颗粒愈小，电子平均自由程愈短，偏离理想周期场愈严重。因此，纳米材料的电学性能(如电导、介电性、压电性等)与常规材料存在明显的差别。

(1)电阻和电导，晶界原子排列愈混乱，晶界厚度愈大，对电子散射能力就愈强。界面这种高能垒是使电阻升高的主要原因。当晶粒尺寸小于电子平均自由程时，晶界组元对电子的散射起主导作用，这时电阻与温度的关系以及电阻温度系数的变化都明显偏离粗晶情况，甚至出现反常现象。纳米非晶氮化硅(粒径大约15nm)的电导比常规非晶氮化硅高。

(2)介电特性。纳米材料在结构上与常规材料存在很大差别，其特点主要表现在介电常数和介电损耗对颗粒尺寸有很强的依赖关系，电场频率对介电行为有极强的影响。纳米材料的介电常数随电场频率的降低而升高，并显示出比常规粗晶材料高的介电性。纳米材料随着电场频率的下降，介质的多种极化都能跟上外加电场的变化，介电常数增大。(3)压电效应，经研究表明，未经退火和烧结的纳米非晶氮化硅块体具有强的压电效应，而常规非晶氮化硅不具有压电效应。

二、纳米陶瓷材料制备工艺与方法 蒸发凝聚法(PVD法)蒸发凝聚法是制备纳米粉体的一种早期的物理方法，蒸发法所得产品颗粒粒度一般在5～100纳米之间。蒸发法是将金属或化合物颗粒的原料加热、蒸发，使之成为原子或分子，再使许多原子或分子凝聚，生成极微细的纳米粉体。目前已发展出多种蒸发凝聚技术手段制备纳米陶瓷粉体，这些方法大体上可分为：真空蒸发法、气体蒸发法等。而按原料加热蒸发技术手段不同，又可将蒸发法分为：太阳炉加热蒸发法、电子束加热蒸发法、等离子体加热蒸发法及激光束加热蒸法等。

蒸发冷凝法也是一种蒸发凝聚法，在真空蒸发室内充人低压惰性气体，加热金属或化合物蒸发源，蒸气将凝聚成纳米尺寸的团簇，并在液氮冷却棒上聚集得到纳米粉体。蒸发冷凝法的优点是可在体系中加置原位压实装置直接得到纳米陶瓷材料。

蒸发凝聚法的缺点是装备庞大，设备投资昂贵，且不能制备高熔点的氧化物和碳化物粉体，所得粉体一般粒径分布范围较宽。2化学气相反应法(CVD法)化学气相沉积(Chemical Vapor DePosition CVD)法是在高热卞反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压而使其自动凝聚形成大量的晶核。这些晶核在加热区不断长大、聚集成颗粒，且随着气流进人低温区使颗粒生长、聚集和晶化过程停止，最终在收集室内收集得到纳米陶瓷粉体。CVD法可通过选择适当的反应物浓度、流速、温度和组成配比等工艺条件，实现对粉体组成、形貌、尺寸、晶相等控制。3激光诱导化学气相法(LICVD法)激光诱导化学气相沉积(Laser Indueed Chemical Vapor DePosition LICVD)法是利用反应气体分子对特定波长激光束的吸收而产生热解或化学反应，经成核生长形成超细粉末。UCVD法通常采用高能CO2激光器。4等离子体气相合成法（PCVD法）等离子化学气相沉积伊（Plasma Chemical Vapor Deposition PCVD)法是纳米陶瓷粉体制备的常用方法之一，它具有反应温度高、升温和冷却速率快等特点。等离子体是物质存在的第四种状态，由电离的导电气体组成，其中包括:电子、正离子、负离子、激发态的原子和分子、基态原子和分子及光子。采用等离子气相化学法制备陶瓷纳米粉体材料具有许多优点:a、等离子体中具有较高的电离度，可以得到多种活性组分，有利于各类反应的进行；b、等离子体反应空间大，可以使相应物质化学反应完全；c、与激光诱导气相沉积法相比，等离子气相化学法更容易工业化。5溶胶-凝胶（SOL-GEL）法

溶胶-凝胶法是指在水溶液中加入有机配体与金属离子形成配合物，通过控制pH值、反应温度等条件让其水解、聚合，经溶胶)凝胶途径形成一种空间骨架结构，然后脱水焙烧得到目的产物的一种方法。此法在制备复合氧化物纳米陶瓷材料时具有很大的优越性。

三、纳米陶瓷材料的应用领域

1、硬性防护和软性保护材料

普通陶瓷在用作防护材料时，由于其韧性差，受到弹丸撞击后容易在撞击区出现显微破坏、跨晶、界面破坏、裂纹扩展等一系列破坏过程，从而降低了陶瓷材料的抗弹性能。纳米陶瓷具有高韧性的性能，提高了陶瓷材料的抗冲击性能，可有效提高主战坦克复合装甲的抗弹能力，增强速射武器陶瓷衬管的抗腐蚀性和抗冲击性；由防弹陶瓷外层和碳纳米管复合材料作衬底，可制成坚硬如钢的防弹背心。在未来的战争中，若能把纳米陶瓷用于车辆装甲防护，会具有更好的抗弹、抗爆震、抗击穿能力，提供更为有力的保护。纳米Y2O3和ZrO2在较低温度烧结的陶瓷具有很高的韧性和强度，被用于轴承和刀具等耐磨器件。

另一方面起着软性保护的纳米涂料也在防护领域起着重要的作用，目前纳米陶瓷用于腐蚀条件恶劣环境中的防腐纳米陶瓷涂料，能有效保护航标灯座、船舶、石油化工设施和各类贮罐、桥梁、桥墩、铁路涵洞、钻井设备、海上油田等设施以及强酸、强碱等生产设备的外表面，在较长时间内防止强酸碱、盐雾、冻融、霉菌等的浸渍。

另外以纳米陶瓷粉体为基体，利用其致密速度快、烧结温度低和良好的界面延展性，在烧结过程中控制颗粒尺寸在200—500nm的的最佳范围，可以获得具有良好超塑性的纳米陶瓷材料。如纳米陶瓷电极板灯就是基于这样的基础，灯的电极使用了纳米级的陶瓷粉烧接，起到了保护灯管的作用。

2、耐高温材料

纳米陶瓷粉末涂料在高温环境下具有优异的隔热保温效果，不脱落、不燃烧，耐水、防潮，无毒、对环境无污染，对提高航空发动机的涡轮前温度，进而提高发动机的推重比和降低燃料消耗具有重要作用，适用于冶金、化工工业、电厂的热力锅炉及焦化煤气等热力设备和热力管网等高温设备的防腐、炉外降温，并有望成为舰艇、军用涡轮发动机高温部件的理想材料，以提高发动机效率，可靠性与工作寿命。在汽车工业也有着广阔前景，如用纳米陶瓷作为气缸内衬材料，因耐高温可提高燃料燃烧温度，使燃料的热效率提高；涂覆于汽车玻璃表面可起到防污和防雾、隔热作用。

3、生物材料、临床应用材料

随着纳米材料研究的深入，纳米生物陶瓷材料的优势将逐步显现，其强度、韧性、硬度以及生物相容性都有显著提高。例如当羟基磷灰石粉末中添加10％~70％的ZrO2粉末时，材料经1300~1350℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加。纳米SiCn增强羟基磷灰石复合材料比纯羟

基磷灰石陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。从表1可看出纳米陶瓷材料的力学性能。

Erbe等用纳米技术制备出纳米磷酸钙，它不仅可以作为骨髓细胞的细胞骨架，还可以加速细胞的形成。生物功能陶瓷能够模仿人体某些特殊生理行为，可以用来构成牙齿和骨骼等某些人体部位，甚至可望部分或整体地修复或替换人体的某种组织器官。传统的陶瓷材料晶粒，气孔较大，因此其脆性及弹性模量也较大，给人工牙齿的质量带来影响。Hlateng等正在研究一种纳米陶瓷材料，该材料不仅强度、柔韧、可塑性好。而且弹性模量接近天然骨，极大地改善了材料的力学相容性和生物相容性，为临床制作人工关节、人工牙齿及牙种植体开辟了新途径。利用纳米微粒可在体内方便传输的特点，科学家开发出放射疗法用的羟基磷灰石复合陶瓷微粒。把可放射β射线的化学元素掺入纳米微粒内，制成β射线源材料，把它植入人体肿瘤附近，就可直接照射癌细胞又不损伤周围正常组织。目前，一种生物陶瓷材料硅酸铝钇(YAS)就可以满足这些要求。初步临床表明，采用这种材料治疗可以大大延长病人的寿命。

4、以陶瓷粉末为吸收剂的吸收材料

传统的汽车尾气净化催化材料是在陶瓷载体表面涂一层Al2O3粉体材料作为分散层，再在分散层表面涂一层催化剂材料作为活性层。将分散层和活性层的材料制备技术开发成纳米表面材料技术，可明显改善汽车尾气催化剂的性能，提高了汽车尾气净化器的寿命。

5、压电材料

压电陶瓷广泛用于电子技术、激光技术、通汛、生物、医学、导航、自动控制、精密加工、传感技术、计量检测、超声和水声、引燃引爆等军用、商用及民用领域。纳米陶瓷晶体结构上没有对称中心，具有压电效应。通过精选材料组成体系和添加物改性，可以获得高能和低温烧结兼备的压电纳米陶瓷材料。通过控制纳米晶粒的生长可获得量子限域效应，以及性能奇异的铁电体，以提高压电热解材料机电转换和热释性能。即卡金说的压电材料就具有这样的变化特征。研究发现当它们的厚度介于20~23nm时，其压电效率提高了100％。近年迅速发展的各类压电变压器、压电驱动器、大功率超声焊接技术、压电式振动给料器、超声CVD新工艺和核电站相配套的大功率超声工程都是纳米陶瓷在压电方面的应用。

6、信息材料

电子陶瓷的应用范围日趋广泛，包括基板、传感器。这些之所以广泛地采用电子陶瓷来制作。原因在于随着追求降低半导体元件的工作电压和增加多层陶瓷电容单位体积效率，多层陶瓷电容器内层厚度降低，总层数增加。当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个数量级，晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的倍数增加。纳米功能陶瓷除了可降低产品的成本，满足电子元件小型化的需要外，还可减少连接的距离，将会提高对环境的稳定性，减少噪音并降低产品对噪音的敏感性瑚，大大提高产品的质量。

7、清洁材料

“纳米易洁陶瓷”系采用特殊的涂覆技术。将纳米液态聚合硅均布于陶瓷表面，经高温处理后得到具有纳米量级膜层的陶瓷。聚合硅成膜后能大大降低陶瓷的表面张力，使液体在陶瓷表面呈半球状，不易挂沾，易于清洁。纳米陶瓷具有明显的易洁特性，在使用中便于清洗节水，也会减少因使用化学清洁剂而造成的环境污染。同时纳米陶瓷材料还具有一定的抗菌性。所以其在墙地砖及卫生洁具的应用有着十分广阔的前景和重要的环保意义。

结束语

纳米陶瓷作为一种新型的高性能陶瓷,将越来越受到世界各国科学家的关注。纳米陶瓷材料的发展是现代物理和先进技术结合的产物, 是近年来发展起来的一门全新的科学技术,它将成为新世纪最重要的高新技术之一。纳米陶瓷的研究与发展,必将引起陶瓷工业的发展与变革,引起陶瓷学理论上的发展乃至新的理论体系的建立,以适应纳米尺度的研究需要,从而使纳米陶瓷材料具有更佳的性能,使其在工程领域乃至日常生活中得到更广泛的应用。未来纳米陶瓷发展的方向主要有以下几个方面：（1）纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开发；开发高效率、低成本的制备技术；（2）纳米粉体形成纳米陶瓷的反应机理研究；（3）智能化敏感陶瓷元件计算机用光纤陶瓷材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器；（4）研究纳米粉体对环境的污染机理，做好应用过程中的环境保护；（5）加速纳米粉体的工业化生产和应用进程。在21世纪，纳米陶瓷粉体将飞速发展，在各领域的应用将全面展开，并将产生一批新技术、新产品；在电子、通信等高技术领域的广泛应用，将成为经济发展的新的增长点。

参考文献

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