1、 课题名称： 纳米材料能够在生活中真正应用吗？学院：生物学院。专业班级：生物医学工程 2 班。学生姓名：刘罗祥。学生学号：201378020207.指导教师：李继山。完成日期：2013 年 12 月 22 日。纳米材料能够在生活中真正应用吗？摘要：近年来，纳米技术迅速发展，人们惊叹它在航空航天等高科技方面的巨大作用，可是对于它能否在生活中真正应用却心存疑虑。本文简要介绍纳米材料在生活中的重要应用，并展望了其在生活中的应用前景。关键词：纳米材料；生活中的应用。一、纳米技术及其发展。自从 1990 年 7 月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支开始，
2、纳米技术便一步一步进入人们的生活。纳米科技是研究由尺寸在 01100nm 之间的物质组成的体系运动规律和相互作用，以及实际应用中的技术问题的科学技术。从材料的结构层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。 纳米技术不是一门单一的新型学科或者技术，它广泛应用于各类学科中，对推动材料科学的进步起着至关重要的作用！二、 纳米材料在医学上的应用之纳米分子电动机。医学的发展与我们的健康息息相关，而纳米技术正是能促进医学发展的重要技术，它在医学上的应用必将给整个人类带来福祉！美国 IBM 公司瑞士苏黎士实验室与瑞士巴塞尔大学的研究人员发现 DNA能够被用来弯曲直径不及头发丝的五千分之一的硅原子构
3、成的“悬臂” 。他们装配的这种小“悬臂”一端固定另一端则可以上下弯曲，顶端则粘有单股 DNA链。DNA 自然形成双螺旋结构，双链被分开后，它们会力图重新组合。当研究人员将带有单股 DNA 链的“悬臂”置于含有与之对应的单股 DNA 链的溶液中，这两个链就会自动配对结合在一起，小“悬臂”在这种力的作用下开始弯曲。研究人员利用这种生物力学技术制造带有纳米级阀门的微型胶囊(纳米分子电动机)。通过控制这种驱动力来控制阀门的开合，可以将精确剂量的药物传送到身体的需要部位来达到治疗的目的。正是因为有了纳米技术，这种高精确度的送药工具才得以产生，它的产生意味着人们与药物的副作用越来越远了，相信在不久的将来，
4、这种分子电动机一定会走进各个医院，为人们的健康做出贡献，使我们的生活越来越好。三、合成储氢材料。储氢材料作为一种新型的功能材料它能够储氢并在需要的时候将氢释放出来 迄今为止研究人员已开发出了稀土系. Ti 、Fe 系. 阿系和 Mg 系等多个系列的储氢合金 机械化学法在制备金属纳米晶储氢材料方面有以下主要优点从原理上讲可以任意调配材料组成。合成许多难以用常规的熔炼或其他方法制备的新型纳米晶储氢合金材料 机械化学球磨过程能在氢气氛下完成直接获得储氢态合金材料能有效降低其后续吸放氢反应的活化能 工艺过程简单制备的储氢材料一般为超细粉末使用时不需再粉碎且在充放氢过程中的抗粉化能力好 因此关于机械合金
5、化纳米晶储氢材料的研究近几年来相当活跃。由于机械化学对 Mg 基储氢合金动力学性能的改善各国的许多研究人员继续致力于用机械化学法提高储氢合金特别是 Mg 基储氢合金的性能 其中一个重要的方面是关于将 Mg 基储氢合金用于 Ni MH 电池 如能获得成功 Ni MH 电池的水平将会大大提高 近几年来哈尔滨工业大学在机械化学合成纳米晶 Mg 基储氢材料方面也做了较多工作先后制备和研究了纳米晶 Mg2 Ni Cu Mg 氧化物 Mg 氯化物等系列的新型储氢材料9 取得了较大研究进展。 纳米技术是近十多年来逐步发展起来的一门前沿、综台性交叉的新学科它的迅猛发展将引发 2l 世纪的工业革命。因此，目前所
6、有发达国家的政府和企业都在对纳米技术的研发进行大量的投入，试图抢占这 21 世纪科技战略制高点，从而在世界竞争中保持优势。最近，我国政府也明确提出了将新材料和纳米技术的进展作为“十五”规划中科技进步和创新的重要任务这为我国 2l世纪初纳米技术的快速发展奠定了重要基础。相信在 21 世纪，纳米产品将广泛应用于各个领域。它给人类生产生活方式和生活质量的全面提高所带来的影响将可能超过计算机给人类带来的影响。由此可见，纳米技术在未来能源发展方面也起着举足轻重的作用!众所周知，能源发展对人类的发展至关重要，没有能源，人们的生产生活根本无法进行，更不用说发展。而对于目前不可再生能源日益减少的现状，纳米技术
7、就显得更加不可小视了。而氢能源作为一种清洁能源，如果有了纳米储氢材料的支持，其应用于我们生活中的可能性便大大增加，对我们整个生产生活必将产生积极而深远的影响！四、纳米技术在包装材料上的应用。包装材料是我们生活中必不可少的重要材料之一，随着纳米技术的发展，包装材料也将发生众多可喜的变化，这无疑是纳米技术在我们生活中应用的又一体现，随着纳米技术的发展，我们的生活将更加方便，快捷！下面我想以纳米材料在纸箱中的应用说明其对我们生活产生的巨大影响！纳米技术在包装领域的应用，将使瓦楞纸箱的产品产生质的飞跃。纸箱及其相关的生产环节通过纳米材料的加入，将改变传统的纸箱工艺质量效果，纸箱的质量和功能得到了较大的
8、提升，这是传统生产方式所无法实现的，功能好、质量高的纳米技术生产的纸箱也将深受市场的欢迎。1.采用纳米技术提高瓦楞辊的性能瓦楞辊是瓦楞纸板的成型模具，是单面机上最昂贵的重要部件，其楞齿高低决定着瓦楞纸板的成型厚度。所以，瓦楞辊要达到高耐磨、不易变形的使用效果，才能确保所生产的瓦楞纸板符合成型质量的要求。过去瓦楞辊表面磨损后，采用传统的修复方式是对表面采用普通硬铬工艺处理，其耐磨性能不够理想。现在有一种碳化硅-铬纳米陶瓷镀层的瓦楞辊，其加工工艺是：瓦楞辊基材的工作表面上具有 0.080.10mm 厚的碳化硅-铬纳米陶瓷镀层，碳化硅-铬纳米陶瓷镀层由三层构成，第一层是与瓦楞辊基材牢固结合的离子扩散
9、层，第二层为与第一层结合的底层，最外层为与底层结合的碳化硅-铬纳米陶瓷镀层。这一工艺的特点是：该型瓦楞辊比原来镀硬铬瓦楞辊的耐磨性高 3 倍左右，可较好地提高瓦楞辊的寿命，减少停机大修的时间，使生产成本大大降低。2.采用纳米技术提高瓦楞纸的质量瓦楞纸的质量对瓦楞纸箱的强度影响特别大，若瓦楞纸质量不好，制作出来的瓦楞纸箱质量也不会好。若在瓦楞纸生产过程中加入纳米材料，经过这样特殊工艺处理制成的瓦楞纸，与普通工艺生产的瓦楞纸相比，它具有强度高，脱水性能好，不掉粉、不掉毛等优点。由于纳米粒子的颗粒极小，因此制成的瓦楞纸面上的凹、凸点相对减少。细腻光滑的纸面，粘合剂用量相对也就低，经过单面机成型的瓦楞
10、质量也好。其主要工艺是：采用纳米碳酸钙材料和性能优越的助剂，经过特殊设备的加工，就制成了纳米技术的新型造纸添加剂。将这种添加剂直接加入到浓度接近 1%的浆料中均匀混合后，再经造纸机集束管式流浆箱，均匀喷到瓦楞纸成型网上，使瓦楞纸上含有纳米碳酸钙的成分。由于纳米碳酸钙含有阳性，与具有阴性的纤维紧密结合，在助剂的辅助作用下，大约 80%的纳米碳酸钙就滞留在瓦楞纸中，再经过高真空脱水、压榨处理、高温烘干工艺处理后，就形成水分约为 8%的纳米瓦楞纸。采用纳米碳酸钙材料制成的瓦楞纸，其强度大大提高，就可以制成较薄型的瓦楞纸。如采用 80g/左右的低定量的纳米瓦楞纸制作纸箱，其强度可以与采用普通 150g
11、/左右瓦楞纸制作的纸箱质量不相上下。可以说，纳米瓦楞纸是提高瓦楞纸箱质量的重要生产途径。3.采用纳米油墨提高纸箱的印刷质量纸箱的面纸印刷离不开油墨，采用传统工艺生产的油墨在使用中难免存在这样或那样的弊病，直接或间接影响纸箱的生产效率和质量。如普通油墨在生产工艺中一般需要添加表面活性剂来降低连接料的表面张力，使得各分子之间增加亲和力。而纳米微粒本身就有较好的表面润湿性，它们吸附在油墨中颜料颗粒的表面，使得油墨的亲油和润湿性显著提高，可较好地提高油墨的印刷适性。所谓纳米微粒是指金属类及其氧化物粒子、非金属类粒子，包括有机粒子或无机粒子。纳米微粒成分和特性的不同，制成的油墨特性也就有一定的差异。纳米
12、金属微粒可以将各种波长的光线全部吸收，而其自身呈现黑色，但是对光有散射作用。所以，添加金属纳米粒子的油墨就具有更高的纯度和密度，这是加入一般材料所不能达到的工艺效果。利用高新技术将树脂、颜料、填料等制成纳米级材料，还可达到减少颜料用量而油墨遮盖力不下降的效果。若是加在UV 油墨中，还可加快其固化速度，有效避免墨膜出现收缩起皱弊病。此外，半导体纳米粒子表面经化学修饰后，粒子周围的介质可强烈影响其光学性能，将其加入黄色和青色油墨中就制成纳米油墨，可增加黄墨和青墨的纯度，使印品色彩更加鲜艳，层次更丰富，图像细微的层次明显增强，并可提高印迹的耐晒、防变色性能。由于纳米油墨中的各种原料成分都是由纳米微粒
13、构成的，它们的分子组织越小其均匀度、流动性就越好，对印版的摩擦系数也越小，这样有利于防止或减少印刷过程中出现的糊版、脏版、掉版等质量故障现象，从而较好地提高纸箱产品的印刷质量。4.采用纳米陶瓷网纹辊提高纸箱质量网纹辊是柔性版印刷的关键部件，它的性能如何直接影响产品的印刷质量。柔印机器传统的金属网纹辊材质一般是低碳钢或铜，采用电子雕刻成 45棱锥体结构的着墨孔，然后进行镀铬处理。这种辊由于镀层薄容易磨损，尤其是采用刮刀式输墨装置，更容易出现磨损而使网穴容积变小，影响产品的印刷质量。而激光雕刻纳米陶瓷网纹辊，是采用纳米陶瓷材料加工制作而成，使其强度、韧性、耐磨性等得到显著的提高，所以，激光雕刻的陶
14、瓷网纹辊已经广泛应用于柔版印刷机上，性能不好的金属网纹辊将逐步为性能优异的陶瓷网纹辊所取代。采用等离子热喷涂工艺加工的网纹辊，是在其基材表面喷涂出高质量、高硬度的陶瓷涂层，其孔隙率一般低于 1%，对 1200 线以上的网纹辊，其孔隙率则必须低于 0.5%，且要保证涂层结构必须均匀，其硬度、密度要高，才能较好地提高网纹辊的使用寿命。纳米的特性能满足大幅度提高陶瓷硬度、韧性和耐磨性等的要求，这就为制作精良的网纹辊提供可靠的技术保证，也为提高纸箱的印刷质量打下坚实的基础。5.采用纳米粘合剂提高纸箱的粘合质量粘合剂是决定纸箱产品和其它包装容器粘合质量的重要材料，它的性能如何直接或间接影响纸箱和其它包装
15、容器的强度。若采用纳米二氧化钛材料作为添加剂加入粘合剂或密封胶中，制成具有纳米性质的粘合剂，就可大大提高粘合剂的性能。它的作用原理是：在纳米二氧化钛的表面包覆一层有机材料，使之具有亲水性，将其添加到粘合剂中即可形成密度高的网络结构，可提高粘接效果。由于粘合剂颗粒成分极小，使粘合剂形成高密度的粘结状态，这是普通粘合剂所难以达到的。目前纸箱行业纳米粘合剂的应用，还很少闻及。所以，拓展纳米粘合剂在包装生产领域的应用，将是提高纸箱和其它包装产品物理性能的发展方向，这也是值得有关科研和相关材料生产厂家重视的研究和开发项目。6. 采用纳米印版提高纸箱产品质量印版是纸箱印刷的基本生产要素，平版印刷工艺是预印
16、纸箱常用的生产工艺形式，其大体工艺是：经过感光、显影等工艺处理后的印版表面，形成了分界相对比较明确的亲水和亲油基层，使得印刷时版面空白膜层亲水斥油，而图文膜层具有亲油斥水的特性。但是，由于印刷过程中机器精度、衬垫特性、压力、纸粉和油墨颗粒等对印版产生不可避免的摩擦、磨损作用。使得印版亲水和亲油膜层性能发生变化，印刷脏版、糊版、掉版等故障也就随之而来，这也是日常影响印刷生产效率和质量的常见问题。如果利用纳米技术对印版表面膜层进行深加工处理，将大大提高印版的耐磨性能。如通过工艺技术处理后的印版表面产生的亲水性和亲油性纳米膜层，不仅具有高的耐磨损特性，而且具有超亲水性和超亲油性的界面，使纸箱印刷的分
17、辨率、清晰度、清洁度得到较大幅度的提高。此外，感光树脂版则是纸箱柔印工艺的常用版材，该版材通过曝光、冲洗等工艺处理后，形成了空白和图文版面凹凸分界明确的印版，其表面具有光滑、柔软、亲油性好的特性，而较适合于瓦楞纸箱印刷。但是，因该印版柔软而存在容易变形的弊病，当印刷粗糙的纸板还存在容易磨损印版的缺陷。但是，若采用经过纳米技术处理制成的树脂版，将大大改善印版的物理性能，这样，既提高印版的光滑度，也使印版柔软而不出现拉伸变形和龟裂等，并且具有超乎寻常的耐温、耐磨和韧性强等显著优点，促使印版使用寿命的提高，对纸箱生产和质量具有较好的改善作用。通过以上几点，我们了解到纳米技术在纸箱各项性能改进上的重要
18、作用，其实纳米技术对于包装材料的影响远不止这些，因为有了纳米技术，我们的包装材料将会得到进一步完善，这将极大地方便我们的生产、生活，让我们的生活更加美好！五、纳米技术在生活中应用的前景展望。 经过几十年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪 4 大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生；用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用；分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑
19、器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。纳米技术目前从整体上看虽然仍然处于实验研究和小规模生产阶段，但从历史的角度看：上世纪 70 年代重视微米 科技的国家如今都已成为发达国家。当今重视发展纳米技术的国家很可能在 21 世纪成为先进国家。纳米技术对我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇。必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在 21 世纪实现经济腾飞奠定坚实的基础。整个人类社会将因纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。而随着纳米技术的发展和商业化，人们生活的各个方面小到衣食住行，大到探索宇宙的奥秘，都会有一个飞跃式的发展！如上文提到的纳米材料在医学、能源
20、、包装材料上的应用必将更加广泛，纳米技术对我们的生活必将产生更加深远的影响！结束语纳米材料在我们生活中的广泛应用必定会成为一种趋势，纳米材料在我们生活中必将得到真正广泛的应用！它的应用定能使我们的生活更加便利、舒适、和谐！相信通过我们的不懈努力，纳米技术在生活中的更广泛应用指日可待，到那时每个人都能享受到纳米技术带来的福音！参 考 文 献1) 苑国良 纳米技术在机械中的应用 期刊论文- 机械制造 2005（43） 2) 闫超 纳米技术在机械工程中的应用浅谈 期刊论文-价值工程 2010（29）3) 敖小宝，游誉林 纳米技术在微型机械中的应用 期刊论文-机械制造及自动化 2005（34） 4)
21、王祥 纳米技术在制导、导航和控制领域应用的前景分析 期刊论文-国际5) 李振波，李疆，刘北英 基于单片机的数字微加速度计静态测试平台设计 期刊论文-传感器与微系统 2009（2） 6) 陈建农，方永耕 水轮机及辅助设备运行及维修 河海大学出版社 19917) 张兰娣，温秀梅 纳米加工技术及其应用 期刊论文-河北建筑工程学院学报 2003（21） 8) 吴拓 开发机械制造的新领域 期刊论文- 西江大学学报 2000（2）9) 袁哲俊，谢大刚 纳米技术的最新发展 期刊论文-2000（5） 10) 蔡敢为，王文龙，刘平，朱从云 为机械动力学研究 期刊论文-湘潭矿业11) 杨元华，陈时锦，程凯 微结构光学元件的应用与制造 期刊论文-纳米技术与精密工程 2005（3） 。12） 纳米技术在纸箱生产和包装工艺上的应用康启来。
