纳米技术范文精选

1纳米技术在涂料中的应用分析

1.1纳米技术及纳米材料简介纳米材料通常是指粒径在1nm到100nm之间的材料，这种材料通常具备特殊的物理化学性质，而纳米材料加入其它物质中往往会改变其它物质的性质，这种纳米材料改变其它材料性质的技术称为纳米技术。纳米材料因其粒径过小而具有界面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应等，从而改变了材料的性能，并影响了其它物质的性能。从物理学角度解释是：纳米粒度过小，其表面就占有了很大的比例，当粒度小于10nm时，材料表面的原子占材料原子总数的三分之一以上，处于表面的原子与内部的原子所处的化学环境完全不同，就会表现出一些特殊的物理化学性质，叫做表面相。在大块材料中，由于处于表面的原子远小于体内原子，所以表面相很难表现，而纳米材料的表面相现象就十分明细，如：在催化过程中，粒度表面结构的变化、表面的吸附以及表面的扩散等。实践证明：当材料达到纳米尺度时，材料的表面相会影响到材料的性质。除此之外，纳米材料中的电子相关性很强、能级分裂和电子布局的改变，量子隧道和输运的不同以及材料中的激发态都会影响纳米材料的性能。

1.2纳米材料对涂料性能的影响分析目前在涂料生产领域使用的涂料有纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等半导体材料，这些材料具备一些其它材料不具备的性能，如光电催化特性、吸收特性、光电特性等，下面以纳米二氧化硅和纳米二氧化钛为例，研究纳米材料对涂料性能的改变。纳米材料对白色涂料的影响试验：将经过表面处理的纳米二氧化硅、纳米二氧化钛分别做成含纳米材料不同含量的白色涂料（0、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%），各制作出12块标准的人工老化试样板，然后各取其中6块含纳米二氧化硅或纳米二氧化钛不同的进行耐紫外老化试验，另外的6块作为对比样板，最后使用尼康分光光度计测其颜色变化情况。

试验的结果分析发现：在苯丙涂料中加入0.5%-2.0%的纳米二氧化硅或二氧化钛，涂膜的老化速度明显变慢，说明纳米二氧化硅或二氧化钛对紫外光有着很好的屏蔽作用；作为对比，含有乳化漆抗紫外防老化分散液涂料的老化速度与含有纳米材料的涂料类似，也说明了纳米二氧化硅和二氧化钛有着很好的吸收紫外线的作用。纳米涂料耐老化机理分析：耐老化性能是衡量涂料好坏的一种重要性能，紫外线是导致涂料老化的一种电磁波，波长200-400nm，紫外线的波长越短，能量越强，对涂料的损坏也越大。纳米二氧化钛能够引起紫外线的散射，从而实现屏蔽紫外线的作用，而粒径是影响其散射能力的主要因素，经过试样验证得知，二氧化钛在水中屏蔽紫外线的最佳粒径是77nm，即锐钛型纳米级二氧化钛，因此采用锐钛级二氧化钛是提高涂料耐紫外老化性能的最佳粒径。

1.3纳米材料在涂料中的应用纳米材料在涂料生产中应用非常广泛，按功能分通常分为结构涂层和功能涂层，结构涂层是通过提高基体的性质或改性，如超硬、抗氧化、耐热、耐腐蚀等，功能性涂层是指赋予基体所不具备的其它性能，如消光、导电、绝缘、光反射等，在涂料中加入纳米材料可以更好的提高涂层的防护能力，如防紫外线、抗降解、变色等。目前已经投入生产使用的涂料研究成果有很多，其中最为典型的是光催化涂料和特殊界面涂料。光催化涂料的工作原理是：某些纳米材料在光照条件下对有害物质的降解有着很好的催化作用，利用这种催化作用原理研制成纳米光催化涂料，如：利用特殊处理的纳米二氧化钛与纯丙树脂配制成的光催化涂料，这种涂料对氮氧化物、油脂、甲醛等有害物质有着很好的催化降解作用，其中对氮氧化物的降解效率超过了80%。

特殊界面涂料是指通过树脂与纳米材料的特殊复合后的涂料，会表现出一些特殊的物理化学性能，如疏水、疏油等，这些特殊性能是衡量涂料质量的重要指标之一，对提高涂料的耐污染性能至关重要，目前存在的有超双亲界面物性材料和超双疏性界面材料。研究证明，通过有效的光照改变纳米二氧化钛的表面，可以形成亲水性和亲油性两相共存的界面，称为二元协同纳米界面。这样处理后的具有超双亲性的二氧化钛表面，用作玻璃表面或建筑物表面，可以是建筑物表面和玻璃表面具有自动清洁和防止烟雾的效果。超双疏性界面物性材料则是利用特殊的外延生长纳米化学方法在特定表面构建纳米尺寸几何形状互补的界面结构，这种构造方法是自下而上，由原子到分子、分子到聚集体的方式构建的，最终形成的凹凸相间界面的低凹表面可以吸附气体分子稳定存在，而这种稳定存在在宏观上表现为界面表面有一层稳定的气体薄膜，从而使材料表现出对水和油的双疏性。采用这样的表面涂层修饰输油管道，可以达到石油和管壁的无接触运输，很好的保护输油管道的安全。纳米材料对涂料性能的影响还有很多，如可以提高涂料触变性、高附着力、储存稳定性等，还有研究人员发现，纳米材料与树脂结合时可以形成的大量共价键，当纳米材料的含量达到30%以上时，涂料膜会具有高强度、高弹性、高耐磨性等特性，但其研究成果还需要进一步验证。纳米技术还属于新型技术，其在涂料要的应用还需要进一步的研究和探索，随着纳米技术的改性特点被不断的开发，在不久的将来必然有更多的纳米技术与涂料结合的成果出现。

【论文关键词】：纳米科学纳米技术纳米管

【论文摘要】：讨论纳米科学和技术在新时期里发展所面对的困难和挑战。一系列新的方法将被讨论。我们还将讨论倘若这些困难能够被克服我们可能会有的收获。

纳米科学和技术所涉及的是具有尺寸在1-100纳米范围的结构的制备和表征。在这个领域的研究举世瞩目。无论是从基础研究（探索基于非经典效应的新物理现象）的观念出发，还是从应用（受因结构减少空间维度而带来的优点以及因应半导体器件特征尺寸持续减小而需要这两个方面的因素驱使）的角度来看，纳米结构都是令人极其感兴趣的。

1.纳米结构的制备

有两种制备纳米结构的基本方法：build-up和build-down。所谓build-up方法就是将已预制好的纳米部件（纳米团簇、纳米线以及纳米管）组装起来；而build-down方法就是将纳米结构直接地淀积在衬底上。前一种方法包含有三个基本步骤：1）纳米部件的制备；2）纳米部件的整理和筛选；3）纳米部件组装成器件（这可以包括不同的步骤如固定在衬底及电接触的淀积等等）；“Build-down”方法提供了杰出的材料纯度控制，而且它的制造机理与现代工业装置相匹配，换句话说，它是利用广泛已知的各种外延技术如分子束外延(MBE)、化学气相淀积（MOVCD）等来进行器件制造的传统方法。“Build-down”方法的缺点是较高的成本。

很清楚纳米科学的首次浪潮发生在过去的十年中。在这段时期，研究者已经证明了纳米结构的许多崭新的性质。学者们更进一步征明可以用“build-down”或者“build-up”方法来进行纳米结构制造。这些成果向我们展示，如果纳米结构能够大量且廉价地被制造出来，我们必将收获更多的成果。

1纳米技术概念

纳米科学技术指的是在一定的尺度空间内（通常是0．1nm～100nm），观测分子、原子、电子3者的运动轨迹，进而揭示其运动规律和特性的学科。纳米科学技术的研究目的，是人类希望通过掌握分子、原子、电子等微粒的特性，能按照自己的意志操纵他们，结合计算机、微电子、核分析和扫描隧道显微镜等现代科技，从而制造出新的产品并运用到多个领域，并派生出一系列的新学科新技术，如纳米机械学、纳米材料学、纳米电子学等等。

2纳米技术在焊接领域的应用

2．1在焊接材料中的应用

2．1．1在焊丝涂层中的应用。为了让焊丝暴露在空气环境下不至于生锈氧化，人们往往会对焊丝表面进行一些处理，如最常见的就是在焊丝表面镀上一层铜粉，用以保护焊丝和延长焊丝的使用寿命。但这样做的副作用却是使表面经常会出现点蚀现象。随着科技的发展，对原材料的强度提出了越来越高的要求，而焊缝中的Cu元素对焊缝强度无益，反而被指会削弱焊缝的性能和材料强度。因此，在现阶段实际应用中，高强度钢焊丝则不再镀铜，而这样就对焊丝材料的表面处理工艺提出了新的要求，需要运用一种新的材料去做焊丝涂层。而近来，国内著名学府天津大学，就运用了纳米技术和现代金属表面工程技术相结合的方法，采用特殊工艺对焊丝表面进行了处理，形成了一层非常薄的保护膜，从根本上解决了焊丝制造业传统镀铜防锈带来的问题，对焊丝保护起到了非常好的作用。

2．1．2在焊条药皮中添加纳米材料。在焊接工艺里，焊条药皮的制造是至关重要的一环，它担负着造渣、稳弧、脱氧、造气等多重使命，更要向焊缝过渡合金元素。为了保证焊条有良好的性能和精良的制作工艺，通常要在药皮中要加入共计十多种材料糅合而成各种组成物。现今在制作原料中加入纳米材料，而纳米材料本身有着较强的体积效应和表面效应，能使熔滴和焊条药皮的接触面积大大增大，并使相互的化学反应速度加快，在焊接冶金等反应过程中，有助于反应过渡有益合金元素，同时减少杂质。同时，在焊缝的制作过程中添加纳米材料元素过渡到焊缝，可以使得焊缝中的有益元素分布发生改变，通过对焊缝内部组织的调整，从而使其性能更加优异。

1各国纳米技术专利统计分析

研究各国纳米技术专利在中国的专利发展情况，本文所依据的数据检索自CPRS文摘数据库(CPRSABS)，纳米技术高速发展阶段(2000-2011年)期间的，时间限定在2013年1月31日以前公开的文件。由于2011和2012年的部分专利文献还没有入库，因此未采纳2012年的数据，其中2011年仅提供参考，通过综合分析，相信这些数据并不影响对趋势的预测。在CPRS文摘数据库中采用纳米技术领域涉及的关键词：纳米、富勒烯、量子点、量子线、准晶体、自组装、原子力显微镜、扫描显微镜、分子电子学、分子模拟、分子马达、分子传感器、分子仿真、分子器件、原子模拟进行检索，得到65817篇专利申请，下面以这些专利申请为样本，分析了纳米技术领域在我国的专利技术现状和发展趋势。

1.1年度数量统计

图1给出了纳米技术领域在我国的专利申请分布情况，从图中可以看出，中国申请人提出的申请数量最多，占86%，国外来说，美国申请的专利最多，排名第二的是日本，其次是韩国。我们应该对其他主要国家在中国申请的专利进行仔细解读，以便今后我们的产品走向国际化。图2和图3给出了在纳米技术高速发展的阶段我国、日本、美国和韩国年度申请量趋势分布情况，明显看出，从2002年开始我国一直保持较高的增长幅度，处于上升阶段；美国在2007年之前也保持增长趋势，之后两年出现负增长，从2010年开始增量又趋于明显；日本在2007-2010年申请量保持平稳趋势，可见，日本关于纳米技术领域的申请相对进入稳定期，而韩国在2006年之前处于增长趋势，后趋于平缓下行。

1.2领域分布统计(分类)对比各国研究热点

图4和图5给出了纳米技术相关专利IPC技术构成(小类)分析结果。结果显示，我国排名第一的是A61K(医用、牙科用或梳妆用的配制品)，该小类共申请专利4701件；排名第二的是B01J(化学或物理方法)小类4361件；其次是C08L(高分子化合物的组合物)小类3904件。然而，国外来说，美国、日本、韩国排名第一的都是H01L(半导体器件；其他类目未包含的电固体器件)。美国在H01L领域尤为突出，其他分类领域较为均衡；日本排名第二的C01B(非金属元素，其化合物)同排名第一的H01L数量相当；而韩国同样是在H01L领域比较突出，排名第二、三的分别是B82B(超微结构;超微结构的制造或处理)和C01B。

1纳米载药系统的特点

1.1增加药物的稳定性和释缓作用

中药由于来源以及加工过程的特殊性,在其生产和使用过程中存在着较西药更为复杂的稳定性问题,而纳米载药系统大部分以药物─载体的形式出现,因而可以大幅提高中药制剂的稳定性。纳米载药系统在提高药物的化学稳定性的同时还可以提高其生物稳定性。中药材中富含蛋白质、脂类和多糖类成分,中药汤剂又是天然的胶体复合体系,因此,中药的有效成分同样可以通过选择适当的辅料和制备工艺制成具有缓释作用的纳米载药系统,从而延缓药效成分在体内的释放、吸收和消除过程,达到维持稳定持久的血药浓度、减少给药次数的目的。McCarron等采用PLGA制备的聚合物纳米颗粒释放实验表明,在开始的突释完成后,有一缓慢释放的过程,这个过程长达24h以上。药物从纳米颗粒中释放的机制可能是通过表面解吸附、粒子小孔扩散、聚合物整体扩散、吸水溶胀和溶蚀等不同的机制。

1.2降低药物的毒副作用

中药虽然通常被认为具有较小的毒性,但其中也有像砒霜、雷公藤等既具有良好疗效又具有较强毒副作用的品种,如从喜树中提取的喜树碱对肝癌等肿瘤具有显著疗效,麻杏石甘汤中含有的苦杏仁苷具有止咳平喘等多种功效,然而,这些药物在发挥功效的同时,对其他非靶向部位有具有较强的毒副作用。纳米技术的应用可以使其增强靶向作用从而降低对非靶向部位的毒副作用。此外,对于经口给药的大分子物质,如蛋白质、多肽、多糖等,可以通过淋巴靶向作用提高其生物利用率。

2中药汤剂中的胶体与难溶性有效成分