納米材料及其在紡織工業(yè)中的運用正式版

1、米材料在紡織中的應(yīng)用姓名：我班級：現(xiàn)紡0842班學(xué)號：200803111234納米材料及其在紡織工業(yè)中的應(yīng)用納米技術(shù)是20世紀(jì)80年代末期新崛起的一門高新技術(shù)，其在機械、電子、材料、光學(xué)、化工、醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域正在得到越來越廣泛的應(yīng)用。作為現(xiàn)代高新技術(shù)研究的熱點之一，納 米材料在紡織工業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景，如何利用納米材料的特殊性能，改善和提高紡織品 的功能和特性，開發(fā)新原料，發(fā)展新產(chǎn)品是目前紡織工業(yè)面臨的一種新的機遇和挑戰(zhàn)。這里 從介紹納米材料的特殊性能出發(fā)，討論納米材料在紡織工業(yè)中的應(yīng)用，為傳統(tǒng)的紡織業(yè)在應(yīng) 用高新技術(shù)方面開拓一些新的發(fā)展思路。1納米材料的特性納米是一種度量單位，1 nm為百

2、萬分之一毫米，即I毫微米，也就是十億分之一米，一 個原子約為0 1 nm。納米材料是一種全新的超微固體材料，它是由納米微粒構(gòu)成，其中納米 顆粒的尺寸為I100 nm。納米技術(shù)就是在100 nm以下的微小結(jié)構(gòu)上對物質(zhì)和材料進行研究 處理，即用單個原子、分子制造物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米微粒是由數(shù)目較少的原子和分子組成的原子群或分子群，其占很大比例的表面原于 是既無長程序又無短程序的非晶層：而在粒子內(nèi)部，存在結(jié)晶完好的周期性排布的原子，不 過其結(jié)構(gòu)與晶體樣品的完全長程序結(jié)構(gòu)不同。正是納米微粒的這種特殊結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致了納米微 粒奇異的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、量子隧道效應(yīng)，并由此產(chǎn)生許多納米材料 與

3、常規(guī)材料不同的物理、化學(xué)特性。1. 1表面與界面效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)口即納米微粒表面原子與總原子數(shù)比隨納米微粒尺寸的減小而大幅 度增加，粒子的表面能及表面張力也隨之增加，從而引起納米榻料性質(zhì)的變化。例如，粒徑 為5 nm的SiC比表面積高達300 /12/g；而納米氧化錫的表面積隨粒徑的變化更為顯著， 10 lltlfl時比表面積為90. 3 m2/g，5 nm時比表面積增加到181 m2/g，而當(dāng)粒徑小于2 nm 時，比表面積猛增到450 m2/g。這樣大的比表面積使處于表面的原子數(shù)大大增加.這些襲面原子所處的晶體場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同，存在著大量的表而缺陷和許多懸掛鍵，具有高度

4、的不飽和性質(zhì)，因而使這些原子極易與其他原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，具有很高的化 學(xué)反應(yīng)活性。另外，處于高度活化狀態(tài)的納米微粒的表面能也很高，比表面積和裘面能可使納米微粒 具有很強的化學(xué)反應(yīng)活性。例如，金屬納米微粒在空氣中會燃燒.一些氧化物納米微粒暴露 在大氣中會吸附氣體，并與氣體進行反應(yīng)等。此外，由于納米微粒表面原予的畸形也引起表 面電子自旋構(gòu)象和電子能潛的變化，所以納米材料具有新的光學(xué)及電學(xué)性能。例如，一些氧 化物、氮化物的納米微粒對紅外線有良好的吸收和發(fā)射作用，對紫外線有良好的屏蔽作用。1. 2小尺寸效應(yīng)當(dāng)超微粒子的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等物理 特征尺寸相當(dāng)或

5、更小時，周期性的邊界條件將被破壞，聲、光、電磁、熱力學(xué)等特性均會呈 現(xiàn)新的尺寸效應(yīng)。例如，光吸收顯著增加并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移；磁有序態(tài)向磁無 序態(tài)，超導(dǎo)相向正常相的轉(zhuǎn)變；聲子譜發(fā)生改變。納米微粒的這些小尺寸效應(yīng)為實用技術(shù)開 拓了新領(lǐng)域。例如，銀的熔點為900'C,而納米銀粉熔點可降低到100，C,此特性為粉末冶金 工業(yè)提供了新工藝。利用等離子共振頻率顆粒尺寸變化的性質(zhì)，可以通過改變顆粒尺寸來控 制吸收邊的位移，制造具有一定頻寬的微波吸收納米材料，用于電磁波屏蔽、隱形飛機等。1. 3量子尺寸效應(yīng)當(dāng)粒子尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級現(xiàn)象，其炸1 Ef

6、關(guān)系為：3 N式中£為能級間距；E為費米能級；N為總電子數(shù)。宏觀物體包含無限個原子（即所含電子數(shù),NT °O），于是0,即大粒子或宏觀物體的能級間距幾乎為零；而納米微粒包含的原子數(shù) 有限，N值很小，導(dǎo)致有一定的值，即能級間距發(fā)生分裂。塊狀金屬的電子能譜為準(zhǔn)連續(xù)能 帶，而當(dāng)能級間距大于熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量或超導(dǎo)的凝聚態(tài)能時，必須 考慮量子效應(yīng)，這就導(dǎo)致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性的顯著不同， 稱為量子尺寸效應(yīng)。1. 4物理特性納米材料的物理效應(yīng)包括磁學(xué)、光學(xué)特性。納米材料的直徑小，材料以離子鍵及共價鍵為主要結(jié)合力。與晶體相比，對光的吸收能

7、力增強，表現(xiàn)出寬頻帶、強吸收、反射率低的特點。例如，盡管各種塊狀金屬有不同顏色， 但當(dāng)其細化到納米級的顆粒時所有金屬都有呈現(xiàn)出黑色；有些物體還會出現(xiàn)新的發(fā)光現(xiàn)象， 如硅本身屬不發(fā)光的物體，但納米硅具有發(fā)光現(xiàn)象。由于納米材料直徑小，原子、分子更加裸露，磁性排更加隨機，更加無規(guī)則，因此，納 米材料具有超順磁性。l . 5化學(xué)特性納米材料的化學(xué)效應(yīng)包括吸附及催化等特性。納米材料有著較大的比表面積.使得其對其他物質(zhì)具有更強的吸附特性。納米材料可以用作高教催化劑。由于納米微粒尺寸小，表面所占的體積百分?jǐn)?shù)大，表面 的鍵態(tài)、電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同，表面原子配價不全等導(dǎo)致表面的活性位置增加，這就使它 具備了作為

8、催化劑的基本條件。納米材料作為催化劑的作用主要有 3個方面：(1) 改變反應(yīng)速度，提高反應(yīng)效率；(2) 決定反應(yīng)路徑，有優(yōu)良的選擇性，如只進行氫化、脫氫反應(yīng)，不發(fā)生氫化分解和脫水 反應(yīng)；(3) 降低反應(yīng)溫度。例如，以粒徑小于 0. 3 nm的Ni和Cu mon合金的超細微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機物氫化的效率是傳統(tǒng)鎳催化劑的10倍；超細PL粉、WC粉是高效的氫化催化劑；超細的Feb、Ni與Fe02，混合輕燒結(jié)體可以替代貴金屬作為汽車尾氣凈 化劑；超細Aug粉可以作為乙炔氧化的催化劑。2納米材料的制備納米材料的制備方式有多種，根據(jù)制備過程中是否有明顯的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可分為物理 制備方法和

9、化學(xué)制備方法。其中物理制備方法有機械研磨法、干式?jīng)_擊法、共混法、高溫蒸 發(fā)法；化學(xué)制備法有溶膠一凝膠法、沉淀法、溶劑蒸發(fā)法。3納米材料在紡織領(lǐng)域中的應(yīng)用正是由于納米微粒這些奇特的性質(zhì)，為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。例如，納米微粒有特殊 的抗紫外線、吸收可見光和紅外線、抗老化、高的強度和韌性、良好的導(dǎo)電和靜電屏蔽效應(yīng)， 強的抗菌消臭功能以及吸附能力等等。因此，通過把具有這些特殊功能的納米微粒與紡織原 料進行復(fù)合，可以制造紡織新原料、納米漿料以及改善織物功能。3. 1抗紫外、耐日曬和抗老化纖維所謂抗紫外纖維，即是指對紫外線有較強的吸收和反射性能的纖維，其制備和加工原理 通常是對纖維添加能屏蔽紫外線物質(zhì)，

10、進行混合和處理，以提高纖維對紫外線的吸收和反射 能力。這里的能屏蔽紫外線的物質(zhì)指的是兩類、即：起反射紫外線作用的物質(zhì)、習(xí)慣上稱為 紫外線屏蔽劑；而對紫外線有強烈選擇吸收，并能進行能量轉(zhuǎn)換而減少它的透過量的物質(zhì)， 習(xí)慣上稱為紫外線吸收劑。紫外線屏蔽劑通常選用一些金屬氧化物的粉體，國內(nèi)外紫外線吸 收劑品種較多，常用的有水楊酸酯類化合物，金屬離子螯合物，二苯甲酮類以及苯并三唑類 等。利用納米微粒優(yōu)異的光吸收特性，將少量納米Ti02加入合成纖維中。由于它能屏蔽大量紫外線，用它做成的服裝和用品具有阻隔紫外線功效，對防治皮膚病及由紫外線吸收造成的 皮膚病等也有輔助療效。3. 2抗菌纖維某些金屬粒子（如納米

11、銀粒子、納米銅粒子）具有一定的殺菌性能，其與化纖復(fù)合紡絲， 制造出抗茵的纖維比一般的抗菌織物具有更強的抗菌效果和更多的耐洗次數(shù)。例如國家超細 粉末工程中心研制的超細抗菌粉體，它可賦予樹脂制品以抗菌能力，對各種細菌、真菌和霉 菌起到抑制作用。這種抗菌粉體的核可以是硫酸鋇、氧化鋅的納米顆粒，外包覆銀以抗菌， 外包氧化銅、硅酸鋅以抗真菌。在臺成纖維中加 1 %這種粉體就能得到具有良好可紡性的抗 菌纖維。3. 3遠紅外纖維將某些納米級陶瓷粉體（如氧化鋯單晶體、遠紅外負(fù)氧離子陶瓷粉體）分散到熔融紡絲溶 液中，再紡成纖維。這種纖維能有效吸收外界能量，并輻射與人體生物波波譜相同的遠紅外 線。這種遠紅外輻射波

12、不僅極易被人體吸收，而且還具有很強的滲透力，能深入皮下，使皮 膚深部組織發(fā)熱而產(chǎn)生共振效應(yīng)，有活化生物細胞、促進血液循環(huán)、加強新陳代謝、增強 組織再生等保健作用。3. 4高強耐磨的新材料納米材料本身就具有超強、高硬、高韌的特性，將其與化學(xué)纖維融為一體后，化學(xué)纖維 將具有高強、高硬、高韌性。例如，納米碳管用作復(fù)合添加劑，在航空航天的紡織材料、汽 車輪胎簾子線等工程紡織材料方面有很大的發(fā)展前途。3. 5隱身紡織材料某些納米材料（如納米碳管等）具有良好的吸波性能，將其加人紡織纖維利用納米材料對 光波的寬頻帶、強吸收、反射率低的特點，可使纖維不反射光.用于制作特殊用途的吸渡防 反射織物（如軍事隱形織物

13、）等。3. 6抗靜電纖維在化纖紡絲過程中加人金屬納米材料或碳納米材料，可使紡出的長絲本身具有抗靜電、 防微波的特性。如納米碳管是一種非常優(yōu)異的導(dǎo)電體，經(jīng)測定其導(dǎo)電性優(yōu)于銅，將其作為功 能添加劑，使之穩(wěn)定地分散于化纖紡絲液中，在不同的摩爾濃度下可以制成具有良好導(dǎo)電性 能或抗靜電的纖維和織物。3. 7抗電磁波纖維在合成纖維中加入納米 Si02可以制得高介電絕緣纖維。近年來，隨著通訊、家用電器業(yè) 的不斷發(fā)展，手機、電視機、電腦、微波爐等的使用越來越普遍，電磁場存在于所有的電設(shè) 備和電線周圍，電磁波對人體的心臟、神經(jīng)、孕婦、胎兒的影響已有明確的結(jié)論。據(jù)報道， 美國、日本、韓國等已有抗電磁波的服裝上市，

14、國內(nèi)采用納米材料制備抗電磁波纖維的研究 也在進行中。3. 8其他功能纖堆納米級或超微細材料的不同特性在各具特色的功能纖維中得到應(yīng)用。利用碳化鎢等高比 重材料開發(fā)超懸垂纖維，如13本東麗公司的“ XY E”、旭化成公司的“July”和東洋紡公 司的“ Pyramidal”等；利用Ti02的折光性開發(fā)不透明纖維，日本尤尼吉卡公司采用皮芯復(fù)合 紡絲方法，皮層和芯層含有不同禽量的 Ti02，制得具有良好不透明性的聚酯纖維；利用鋁酸 鍶、鋁酸鈣的蓄光性開發(fā)熒光纖維，日本根本特殊化學(xué)公司開發(fā)了以鋁酸鍶、鋁酸鈣為主要 成分的蓄光材料，其余輝時間可達10 h以上；某些金屬復(fù)鹽，過渡金屬化合物由于隨溫度變 化而

15、發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變或配位體幾何體型改變或結(jié)晶水“得水”而發(fā)生顏色改變，可利用其可逆 熱致變色的特征開發(fā)變色纖維；三菱人造絲公司利用在聚酯中添加膠體狀的碳酸鈣制得中空 纖維，經(jīng)堿減量處理，在纖維上形成微孔，纖維具有良好的吸濕性能。4結(jié)束語納米材料科學(xué)是原子物理、凝聚態(tài)物理、膠體化學(xué)、固體化學(xué)、配位化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動 力學(xué)和表面、界面科學(xué)等多種學(xué)科交叉匯臺而出現(xiàn)的新學(xué)科生長點。納米材料中涉及許多未 知過程和新奇現(xiàn)象，很難用傳統(tǒng)物理化學(xué)理論進行解釋。從某種意義上來說，納米材料研究 的進展將把物理、化學(xué)領(lǐng)域的許多學(xué)科推向一個新層次。近年來通過向臺成纖維聚合物中添 加某些超微或納米級無機材料粉末，經(jīng)過紡絲獲得具

16、有某種特殊功能的纖維，已成為頗為流 行的功能纖維制造方法，如遠紅外纖維、抗紫外纖維、磁性纖維、超懸垂纖維、熒光纖維、 變色纖維、抗靜電纖維、導(dǎo)電纖維和高吸濕纖維等。隨著制備納米材料的合成技術(shù)不斷取得 進展和基礎(chǔ)理論的日趨完善，納米材料會有更快的發(fā)展，應(yīng)用面將遍及紡織工業(yè)多個領(lǐng)域。參考文獻1張立德，牟季美納米材料和納米結(jié)構(gòu) 遼寧：遼寧科技出版社.2001 5172小漢英一趣敝粒應(yīng)用拉術(shù)動向 R本的科學(xué)與拄術(shù)，1985. “)32 373楊毅，李風(fēng)生超細粒子復(fù)古技術(shù)進展材料導(dǎo)報，200 L，15(3) : 35 一”4是纓菊關(guān)于納米技術(shù)在紡織上應(yīng)用的探討紡織科學(xué)研究，1999，10(2) : 54

17、 56人生最大的幸福，莫過于連一分鐘都無法休息零碎的時間實在可以成就大事業(yè)珍惜時間可以使生命變的更有價值時間象奔騰澎湃的急湍，它一去無返，毫不流連一個人越知道時間的價值，就越感到失時的痛苦得到時間，就是得到一切 用經(jīng)濟學(xué)的眼光來看，時間就是一種財富時間一點一滴凋謝，猶如蠟燭漫漫燃盡我總是感覺到時間的巨輪在我背后奔馳，日益迫近夜晚給老人帶來平靜，給年輕人帶來希望不浪費時間，每時每刻都做些有用的事，戒掉一切不必要的行為時間乃是萬物中最寶貴的東西，但如果浪費了，那就是最大的浪費我的產(chǎn)業(yè)多么美，多么廣，多么寬，時間是我的財產(chǎn)，我的田地是時間時間就是性命，無端的空耗別人的時間，知識是取之不盡，用之不竭的。只有最大限度地挖掘它，才能體會到學(xué)習(xí)的樂趣。新想法常常瞬息即逝，必須集中精力，牢記在心，及時捕獲。每天早晨睜開眼睛，