《納米粉體制備與表征》納米技術與納米材料

第1章納米技術與納米材料1.概述1.1納米科技1.2納米技術與納米材料的概念1.3納米材料的特性1.4一些典型的納米材料納米材料制備技術概述2.1制備方法分類2.2物理方法2.3化學方法納米材料和納米技術的應用3.1陶瓷增韌3.2磁性材料應用3.3催化領域的應用3.4光學方面的應用3.5在環(huán)境保護方面的作用3.6精細化工的應用4.總結1.1納米科技的誕生1959年，諾貝爾物理獎得主理查德·費曼預言:人類可以用小的機器制作更小的機器，最后將變成根據(jù)人類意愿，逐個地排列原子，制造“產(chǎn)品”---這是關于納米技術最早的夢想。七十年代，科學家開始從不同角度提出有關納米科技的構想由原子排成的“原子”字樣1974年，美國唐尼古奇最早使用”納米技術”一詞描述精密機械加工1982年，科學家發(fā)明研究納米的重要工具“掃描隧道顯微鏡”，使人類首次在大氣和常溫下看見原子，為揭示一個可見的原子、分子世界，對納米科技發(fā)展產(chǎn)生了積極促進作用

1990.7，第一屆國際納米科學技術會議在美國巴爾的摩舉辦，標志著納米科學技術的正式誕生1991年，碳納米管被發(fā)現(xiàn)，其質(zhì)量是同體積鋼的1/6，強度是鋼10倍而成為納米技術熱點諾貝爾化學獎得主斯莫利認為：納米碳管是未來最佳纖維的首選材料，將被廣泛用于超微導線、超微開關、納米級電子線路等1990年美國IBM公司在鎳表面用36個氙原子排出“IBM”中科院北京真空物理實驗室自如操縱原子成功畫出“中國”地圖1997年，美國科學家首次用單電子移動單電子，可望在20年后制成速度和存貯容量提高成千萬倍的量子計算機1999年，巴西和美國科學家在進行納米碳管實驗時發(fā)明了世界上最小的“秤”，能稱量十億分之一克物體，即一個病毒的重量此后，德國科學家研制出能稱量單個原子重量的秤，打破巴-美科學家創(chuàng)造的紀錄

2000年美能源部國家實驗室用激光微細加工技術制出智能手術刀，可掃描10萬個癌細胞/秒，并輸入計算機分析判斷細胞包含的蛋白質(zhì)信息2001年紐約斯隆-凱特林癌癥研究中心的沙因貝格爾博士報道了把放射性同位素錒225原子裝入一個圓形微藥丸中——一種消滅癌細胞的靶向藥物這些表明納米技術應用進展是十分迅速的2002年納米技術已進入市場，全年納米產(chǎn)品營業(yè)額達700億美元近年來，一些國家都制定相關計劃，投巨資搶占納米技術高地：日本設納米材料研究中心，把納米技術列入研發(fā)重點；德國專門建立納米技術研究網(wǎng)；美國將納米計劃視為下一次工業(yè)革命的核心，研究投資從2002年10億美元增到2008年的100億多美元掃描隧道顯微鏡掃描隧道顯微鏡是80年代初發(fā)展的新型顯微儀器，可達原子級的超高分辨率可觀察物質(zhì)表面結構，可得到極其細微的納米尺度（10-9m），是對物質(zhì)表面進行精細加工的重要工具目前用它已可隨心所欲操縱某些原子；使納米技術應運而生1980s，IBM公司蘇黎世實驗室G．Binnig

和H．Roher發(fā)明的掃描隧道顯微鏡。使人類能實時地觀測到原子在表面的排列狀態(tài)、以及與表面電子行為有關的物理化學性質(zhì)，對表面科學、材料科學、生命科學以及微電子技術的研究有著重大意義和重要應用價值兩位科學家與電子顯微鏡的創(chuàng)制者ERrska教授一起榮獲1986年諾貝爾物理獎

科學家使用STM觀測物質(zhì)的納米結構STM具有高分辨率(橫向0.1nm，縱向優(yōu)于0.01nm)，能直接觀察物質(zhì)表面原子結構STM基本原理是基于量子隧道效應和掃描:①用一個極細針尖(頭部為單個原子)去接近樣品表面，當針尖和表面很近時(＜1nm)，針尖頭部原子和樣品表面原子的電子云發(fā)生重迭，若在針尖和樣品之間加上一個偏壓、電子便會通過針尖和樣品構成的勢壘而形成隧道電流②通過控制針尖與樣品表面間距恒定，使針尖沿表面進行精確三維移動，就可以把表面的信息(表面形貌和表面電子態(tài))記錄下來STM針尖硅表面納米算盤C60每10個一組，在銅表面形成世界上最小的算盤。納米皇冠STM發(fā)明及高分辨率觀察應用增多，可利用探針針尖與表面之間的各種相互作用，從而可分析高分辨率成像1986年賓尼戈等發(fā)明用激光檢測針尖與表面相互作用來進行表面成像的分析儀器。該儀器稱為原子力顯微鏡（AFM）STM＋AFM——構成了掃描探針顯微鏡（SPM）兩大主體技術目前除了隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）外，還有近場光學顯微鏡（SNOM）、側面力顯微鏡（IFM）、磁力顯微鏡（MFM）、極化力顯微鏡（SPFM）……等20多個品種由于它們都是用探針通過掃描系統(tǒng)來獲取圖像，因此這類顯微鏡統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡（SPM）1.2納米技術與納米材料的概念1.2.1納米技術納米科技是90年代初迅速發(fā)展的全新前沿科研領域。它是指在1--100nm尺度空內(nèi)，研究電子、原子、分子運動規(guī)律、特性的高新技術學科目標是人類直接自由操縱單個原子、分子，制造出特定功能產(chǎn)品STM的三維圖像又稱為超微顆粒材料，由納米粒子組成。指尺寸在1～100nm間的粒子，是原子簇和宏觀物體交界的過渡區(qū)域從微觀和宏觀觀點看，該系統(tǒng)既非典型微觀系統(tǒng)亦非典型宏觀系統(tǒng)，是一種典型介觀系統(tǒng)，它具有獨特效應當人們將宏觀物體細分成納米級后，它顯示出許多奇異的特性，其光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質(zhì)和大塊固體時相比將會有顯著的不同1.2.2納米材料1.2.3納米材料的特性1）表面效應2）小尺寸效應3）量子尺寸效應4）宏觀量子隧道效應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(shù)將會顯著地增加，假如原子間距為0.3nm，表面原子僅占一層，粗略地估算表面原子所占的百分數(shù)見下表超微顆粒表面原子百分數(shù)與顆粒直徑的關系

直徑（nm）1

5

10

100

原子總數(shù)30×104

103×103104×103

106

表面原子%100

40

20

2對直徑大于100nm的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸＜100nm時，其表面原子%激增長，甚至1克超微顆粒表面積總和可高達100米2，此時納米顆粒的表面效應不容忽略納米顆粒的表面與塊體的表面十分不同：若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒（直徑為2nm）進行攝像，發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，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，二十面體多孿晶）它不同于一般固體，又不同于液體，是準固體。在電鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了"沸騰"狀態(tài)，尺寸大于10納米后才看不到這種顆粒結構的不穩(wěn)定性，微顆粒具有穩(wěn)定的結構狀態(tài)

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(zhì)的質(zhì)變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應。對納米而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質(zhì)

（1）特殊的光學性質(zhì)

（2）特殊的熱學性質(zhì)

（3）特殊的磁學性質(zhì)

（4）特殊的力學性質(zhì)納米顆粒的小尺寸效應還表現(xiàn)在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等方面

具有完整空間點陣結構的實體為晶體；可把點陣中的空位、替位原子、間隙原子、相界、位錯和晶界看作是晶體材料中的缺陷若以“缺陷”為主體，是一種晶界占有相當大的體積比，（格蘭特教授經(jīng)4年努力，1984年研制得到）金屬粉末則表現(xiàn)為黑色實驗表明，任何金屬顆粒，當其尺寸在納米量級時大都呈現(xiàn)黑色（1）特殊的光學性質(zhì)當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色其他金屬在納米狀態(tài)大都呈黑色：尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的Pt（白金）變成鉑黑，Cr變成鉻黑金屬納米顆粒對光的反射率很低，可低于l％，約幾微米厚度就完全消光利用該特性可作高效的光熱、光電等轉(zhuǎn)換材料，可高效地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔?。還可應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等（2）特殊的熱學性質(zhì)納米化后金屬熔點顯著降低，尤為小于10nm時，如：Au熔點為1064oC，2nm時為327oC；Ag熔點為670oC，納米銀顆粒熔點可低于100℃納米Ag導電漿料可低溫燒結，元件基片不必用耐高溫陶瓷，可用塑料；用納米銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面大，省料而質(zhì)量高日-川崎公司用0.1-1μm銅、Ni納米顆粒的導電漿料取代Pd與Ag等貴金屬熔點下降對粉末冶金很有用：W粒中加0.1-0.5％納米Ni后，燒結溫度從3000℃降低到1250℃，可在較低的溫度下燒制成大功率半導體管基片（3）特殊的磁學性質(zhì)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂及水中趨磁菌等生物體中存在納米磁顆粒，使生物在地磁場導航下能辨別方向（回歸本領）；納米磁顆粒就是一個生物磁羅盤磁顆粒小到

20nm以下，其矯頑力增加1千倍，小于6nm，其矯頑力反而降低到0，呈超順磁性；利用納米磁顆粒的高矯頑力特性，可作成高貯存密度的磁記錄粉，用于磁帶、磁盤、及磁鑰匙等。利用超順磁性，將納米磁微顆粒制成用途廣泛的磁性液體（4）特殊的力學性質(zhì)納米陶瓷材料有良好韌性。因其大的界面，界面的原子排列相當混亂，原子在外力變形下容易遷移，表現(xiàn)出一定韌性及延展性CaF2納米材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂。人的牙齒的高強度，是由磷酸鈣等微/納米結構材料構成所致納米金屬晶粒比傳統(tǒng)金屬粗晶粒硬3～5倍。金屬一陶瓷復合納米材料可在更大范圍內(nèi)改變材料的力學性質(zhì)，可擴展其應用3）量子尺寸效應微粒尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由準連續(xù)能級變?yōu)榉至⒛芗?，吸收光譜闕值向短波方向移動，這種現(xiàn)象稱為量子尺寸效應4）宏觀量子隧道效應隧道效應是基本的量子現(xiàn)象之一，當微觀粒子總能量小于勢壘高度時，該粒子仍能穿越這一勢壘近來發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量及電荷也有隧道效應，其可穿越宏觀系統(tǒng)的勢阱而產(chǎn)生變化，稱為宏觀量子隧道效應各原子模型都可用能級概念解釋：由無數(shù)原子構成固體時，單獨原子的能級并合成能帶，因電子數(shù)目很多，能帶中能級的間距很小，可看作連續(xù)，能級概念成功地解釋了大塊金屬、半導體、絕緣體之間聯(lián)系與區(qū)別對納米顆粒，連續(xù)能帶分裂為分立能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現(xiàn)一系列與宏觀物體不同的反常特性，即為量子效應電子又具有粒子性和波動性，存在隧道效應。兩效應合稱宏觀的量子隧道效應量子效應、宏觀隧道效應是微電子、光電子器件的基礎，是電子器件微型化的極限，當微電子器件進一步微型化時必須考慮宏觀的量子隧道效應如，在制造半導體集成電路時，當電路尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作（經(jīng)典電路的極限尺寸大概在0.25微米）。目前研制的量子共振隧穿晶體管就是利用量子效應制成的新一代器件1.2.4一些典型的納米材料納米效應顏料

用于汽車的涂裝業(yè)中，因納米材料具有隨角度變化的特性，使汽車面漆大增光輝，深受配色專家喜愛

納米防護材料

某些納米材料透明性好和具有優(yōu)異的紫外線屏蔽作用。在產(chǎn)品和材料中添加少量(不超過2%)的納米材料，就會大大減弱紫外線對這些產(chǎn)品和材料的損傷作用，使之更加具有耐久性和透明性。被廣泛用于護膚產(chǎn)品、裝飾材料、外用面漆、木器保護、天然和人造纖維、農(nóng)用塑料薄膜等方面納米陶瓷涂層

納米材料可在低溫、低壓下生產(chǎn)質(zhì)地致密且性能優(yōu)異的陶瓷。納米陶瓷組分是一種極薄的透明涂料，噴涂在玻璃、塑料、金屬、漆器甚至大理石上，有防污、防塵、耐刮、耐磨、防火等功能。涂在塑料眼鏡片上，輕而耐磨，還不易破碎納米催化劑

比表面積大、表面活性中心多，納米鉑黑、銀、氧化鋁和氧化鐵等用于高分子聚合物氧化、還原及合成反應的催化劑，可提高反應效率。用納米鎳粉為火箭固體燃料反應催化劑，燃燒效率提高100倍，用硅載體鎳催化劑對丙醛的氧化反應，鎳粒徑在5nm下，反應選擇性發(fā)生急劇變化，反應得到有效控制，生成酒精轉(zhuǎn)化率劇增納米磁性材料

納米磁性粒子屬單磁疇區(qū)結構粒子，其磁化過程完全由旋轉(zhuǎn)磁化進行，可作永久性磁性材料磁性納米粒具有單磁疇結構及矯頑力很高的特征，做磁記錄材料可提高信噪比，改善圖象質(zhì)量當磁性材料粒徑小于臨界半徑時，粒子就變得有超順磁性，磁相互作用弱。利用這種超強磁性可作磁流體，磁流體具有液體的流動性和磁體的磁性，有著廣闊應用前景

納米顆粒還可應用于:吸波隱身材料、防輻射材料、單晶硅和精密光學器件拋光材料、微芯片導熱基與布線材料、微電子封裝材料、光電子材料、電池電極材料、太陽能電池材料、敏感元件、高韌性陶瓷材料、人體修復材料和抗癌制劑等納米膜材料納米薄膜是指尺寸在納米量級的晶粒（或顆粒）構成的薄膜以及每層厚度在納米量級的單層或多層膜納米磁性液體材料

磁性液體是由超細微粒包覆一層長鏈的有機表面活性劑，高度彌散于一定基液中，構成穩(wěn)定的具有磁性的液體?？稍谕獯艌鲎饔孟抡w地運動，具有特殊的磁控特性納米傳感材料

納米粒子具有高比表面積、高活性、特殊的物理性質(zhì)及超微小性等特征，是適合用作傳感器材料的最有前途的材料。外界環(huán)境的改變會迅速引起納料粒子表面或界面離子價態(tài)和電子運輸?shù)淖兓?，利用其電阻的顯著變化可做成傳感器，其特點是響應速度快、靈敏度高、選擇性優(yōu)良納米光電材料與光學材料

納米材料其特殊的電子結構與光學性能可作為非線性光學材料、特異吸光材料、軍事航空中用的吸波隱身材料，以及包括太陽能電池在內(nèi)的儲能及能量轉(zhuǎn)換材料等，具有很高的應用價值

增強材料

納米結構合金具有很高的延展性等，在航空航天工業(yè)與汽車工業(yè)中是一類很有應用前景的材料；納米硅作為水泥的添加劑可大大提高其強度；納米纖維作硫化橡膠的添加劑可增強橡膠并提高其回彈性；納米管在作纖維增強材料方面也有潛在的應用前景

納米濾膜

采用納米材料發(fā)展出可分離僅在分子結構上有微小差別的多組分混合物，即實現(xiàn)高分離操作的納米濾膜。納米濾膜還可用作火箭燃料推進劑、H2分離膜、顏料穩(wěn)定劑及智能涂料、復合磁性材料等超雙親性界面物性材料——超親水性及超親油性表面

光照射可引起TiO2表面在納米區(qū)域形成親水性及親油性兩相共存的二元協(xié)同納米界面結構在宏觀的TiO2表面將表現(xiàn)出奇妙的超雙親性。利用這種原理的材料，可修飾玻璃表面及建筑材料表面,有自清潔及防霧等效果在其他基材上使用超雙親性修飾劑。如，在纖維及衣物上使用修飾劑，使它們具有超雙親性，洗滌衣物僅用清水沖洗，不用洗潔劑；用到人造血管和人造器官方面可改善同活體組織的兼容性，實現(xiàn)長時間使用壽命

超雙疏性界面物性材料

利用由原子到分子、由分子到聚集體的外延生長方法，可在特定表面上建造納米尺寸同幾何形狀互補的(如凸與凹相間)界面結構。由于在納米尺寸低凹的表面可使吸附氣體分子穩(wěn)定存存，在宏觀表面上相當于有一層穩(wěn)定的氣體薄膜，使油或水無法與材料的表面直接接觸，使材料表面呈超常的雙疏性可使水滴或油滴與界面的接觸角趨于最大值，若在輸油管的管道內(nèi)壁采用帶有防靜電功能的材料建造這種表面修飾涂層，可實施石油與管壁的無接觸運輸，對于輸油管道的安全運行有重要價值2.納米材料制備技術概述

納米材料的制備科學在納米材料研究中占據(jù)著極為關鍵的地位，一般制備方法根據(jù)是“由粗而細”還是“由細而粗”可分為粉碎法和構筑法；根據(jù)制備過程有無化學反應，分為物理法和化學法；一般人們又根據(jù)反應主要在氣體、液體或固體中進行，將其分為氣相法、液相法和固相法在自然界中廣泛存在著天然形成的納米材料，如蛋白石、隕石碎片、動物的牙齒、海洋沉積物等就是由納米微粒構成的。人工制備納米材料也已有1000年的歷史，中國古代利用蠟燭燃燒之煙霧制成碳黑作為墨的原料和著色的染料，是最早的人工納米材料；中國古代寶劍、銅鏡表面的防銹層經(jīng)檢驗已證實為納米SnO2顆粒構成的薄膜越王勾踐寶劍人們自覺地將納米微粒作為研究對象，用人工方法有意識地獲得納米粒子是在20世紀60年代。

1963年，Ryozi

Uyeda等人用氣體蒸發(fā)（或“冷凝”）法獲得了較干凈的超微粒，并對單個金屬微粒的形貌和晶體結構進行了電鏡和電子衍射研究。1984年，Gleiter等人用同樣的方法制備出了納米相材料TiO22.2物理方法1）真空冷凝法(物理氣相沉積）

用真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體，然后驟冷。其特點純度高、結晶組織好、粒度可控，但技術設備要求高2）物理粉碎法

通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻3）機械球磨法

采用球磨方法，控制適當?shù)臈l件得到純元素、合金或復合材料的納米粒子。其特點操作簡單、成本低，但產(chǎn)品純度低，顆粒分布不均勻2.3化學方法1）化學沉淀法

共沉淀法均勻沉淀法多元醇沉淀法沉淀轉(zhuǎn)化法2）化學還原法水溶液還原法多元醇還原法氣相還原法碳熱還原法

3）溶膠－凝膠法4）水熱法5）溶劑熱合成法6）微乳液法7）模板合成法8）電解法9）化學氣相沉積

10）高溫燃燒合成

…3.納米材料和納米技術的應用由于納米微粒的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等使得它們在磁、光、電、敏感性等方面呈現(xiàn)常規(guī)材料不具備的特性。因此納米微粒在磁性材料、電子材料、光學材料、高致密度材料的燒結、催化、傳感、陶瓷增韌等方面有廣闊的應用前景3.1陶瓷增韌陶瓷材料在通常情況下呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料具有韌性。因為納米材料具有較大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下容易遷移，因此表現(xiàn)出韌性與延展性納米陶瓷3.2磁性材料方面的應用

3.2.１巨磁電阻材料3.2.2磁性液體和磁記錄材料3.3催化領域中的應用催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗進行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費，使經(jīng)濟效益難以提高，而且對環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍3.3.1金屬納米粒子的催化作用貴金屬納米粒子作為催化劑已成功地應用到高分子高聚物的氫化反應上，例如納米粒子銠在氫化反應中顯示了極高的活性和良好的選擇性。烯烴雙鍵上往往連有尺寸較大的基團，致使雙鍵很難打開，若加上粒徑為1nm的銠微粒，可使打開雙鍵變得容易，使氫化反應順利進行3.3.2半導體納米粒子的光催化半導體的光催化效應發(fā)現(xiàn)以來，一直引起人們的重視，原因在于這種效應在環(huán)保、水質(zhì)處理、有機物降解、失效農(nóng)藥降解等方面有重要的應用半導體的光催化效應：在光照下，價帶電子躍遷到導帶，價帶的空穴把周圍環(huán)境中的羥基電子奪過來，羥基變成自由基，作為強氧化劑將物質(zhì)氧化，而變化為酯,醇,醛,酸,CO2,完成對有機物的降解

常用光催化納米粒子:TiO2(銳鈦礦相)、Fe2O3、CdS、ZnS、PbS、PbSe、ZnFe2O4等做成空心小球，浮在含有有機物的廢水表面上，利太陽光可進行有機物降解。如處理海上石油泄露造成的污染，還可加到陶瓷釉料中，有保潔殺菌功能。銳鈦礦納米TiO2粒子表面用Cu+、Ag+離子修飾，殺菌效果更好。在電冰箱、空調(diào)、醫(yī)療器械、醫(yī)院裝修等有著廣泛應用。如鉑化的TiO2納米粒子，通過光催化易使甲醛分解成水和CO23.3.3納米金屬、半導體粒子的熱催化金屬納米粒子十分活潑，可以作為助燃劑在燃料中使用。也可以摻雜到高能密度的材料，如炸藥，增加爆炸效率；也可以作為引爆劑進行使用。為了提高熱燃燒效率，將金屬納米粒子和半導體納米粒子摻雜到燃料中，以提高燃燒的效率，因此這類材料可在火箭助推器和煤中作助燃劑。目前，納米Ag和Ni粉已被用在火箭燃料作助燃劑

3.4納米材料在光學方面的應用納米微粒由于小尺寸效應使它具有常規(guī)大塊材料不具備的光學特性，如光學非線性、光吸收、光反射、光傳輸過程中的能量損耗等都與納米微粒的尺寸有很強的依賴關系利用納米微粒的特殊光學特性制成的各種光學材料將在日常生活和高技術領域得到廣泛的應用3.4.1紅外反射材料高壓鈉燈、各種用于拍照、攝影的碘弧燈都要求強照明，但是電能的69％轉(zhuǎn)化為紅外線，表明有相當多的電能轉(zhuǎn)化為熱能，僅有一少部分轉(zhuǎn)化為光能。燈管發(fā)熱也影響燈具的壽命。提高發(fā)光效率，增加照明度是關鍵問題，納米微粒的誕生為解決這個問題提供了一個新的途徑1980年以來，人們用納米SiO2和納米TiO2微粒制成了多層干涉膜，總厚度為微米級，襯在有燈絲的燈泡罩的內(nèi)壁，結果不但透光率好，而且有很強的紅外線反射能力。這種燈泡亮度與傳統(tǒng)的鹵素燈比，可節(jié)省約15％的電3.4.2優(yōu)異的光吸收材料納米的量子尺寸效應使它對波長的光吸收帶有藍移現(xiàn)象和寬化現(xiàn)象納米微粒紫外吸收材料是將納米微粒分散到樹脂中制成膜，膜對紫外有吸收能力依賴于納米粒子的尺寸和樹脂中納米粒子的摻加量和組分對紫外吸收好的材料：30～40nm的TiO2納米粒子樹脂膜；Fe2O3納米微粒的聚酯樹脂膜。前者對400nm波長以下的紫外光有極強的吸收能力，后者對600nm以下的光有良好的吸收能力，可作半導體器件的紫外線過濾器3.3.3隱身材料由于納米微粒尺寸遠小于紅外及雷達波波長，因此納米微粒材料對這種波的透過率比常規(guī)材料要強得多，這就大大減少波的反射率，使得紅外探測器和雷達接收到的反射信號變得很微弱，從而達到隱身的作用；另一方面，納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大3～4個數(shù)量級，對紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多，這就使得紅外探測器及雷達得到的反射信號強度大大降低，因此很難發(fā)現(xiàn)被探測目標，起到了隱身作用美國F117隱形轟炸機機美國B2隱形轟炸機3.5在環(huán)境保護方面的作用

隨著納米技術的崛起，納米環(huán)保也會迅速來臨，拓展人類利用資源和保護環(huán)境的能力，為徹底改善環(huán)境和從源頭上控制新的污染源產(chǎn)生創(chuàng)造了條件3.5.1在治理有害氣體方面納米技術可以制成非常好的催化劑，其催化效率極高。經(jīng)它催化的石油中硫的含量小于0.01％。因而，在燃煤中可加入納米級助燒催化劑，以幫助煤充分燃燒，提高能源的利用率，防治有害氣體的產(chǎn)生。納米級催化劑用于汽車尾氣催化，有極強的氧化還原性能，使汽油燃燒時不再產(chǎn)生一氧化碳和氮氧化物3.5.2在污水處理方面污水中通常含有有毒有害物質(zhì)、懸浮物、泥沙、鐵銹、異味污染物、細菌病毒等。污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低、成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米技術的發(fā)展和應用很可能徹底解決這一難題。一種新型的納米級凈水劑具有很強的吸附能力。它的吸附能力和絮凝能力是普通凈水劑三氯化鋁的10~20倍3.5.3納米TiO2與環(huán)境保護（1）降解空氣中的有害有機物對室內(nèi)主要的氣體污染物甲醛、甲笨等的研究結果表明，光催化劑可以降解這些物質(zhì)，其中納米TiO2的降解效率最好，將近達到100％。其降解機理是在光照條件下將這些有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機酸。納米TiO2的光催化劑也可用于石油、化工等產(chǎn)業(yè)的工業(yè)廢氣處理，改善廠區(qū)周圍空氣質(zhì)量

（2）降解有機磷農(nóng)藥有機磷農(nóng)藥是70年代發(fā)展起來的農(nóng)藥品種，占我國農(nóng)藥產(chǎn)量的80％，它的生產(chǎn)和使用會造成大量有毒廢水。這一環(huán)保難題，使用納米TiO2來催化降解可能得到解決（3）處理毛紡染整廢水用納米TiO2催化降解技術來處理毛紡染整廢水，具有省資、高效、節(jié)能，可使有機物完全礦化、不存在二次污染等特點，顯示出良好的應用前景（4）解決石油污染問題在石油開采運輸和使用過程中，有相當數(shù)量的石油類物質(zhì)廢棄在地面、江湖和海洋水面，用納米TiO2可以降解石油，解決海洋面石油污染問題（5）處理城市生活垃圾用納米TiO2可以加速城市生活垃圾的降解，其速度是大顆粒TiO2的10倍以上（6）高效的殺菌劑常用的殺菌劑Ag、Cu等能使細胞失去活性，但細菌被殺死后，可釋放出致熱和有毒的組分如內(nèi)毒素。內(nèi)毒素是致命物質(zhì)，可引起傷寒、霍亂等疾病利用納米TiO2的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細菌，同時降解由細菌釋放出的有毒復合物。在醫(yī)院的病房、手術室及生活空間細菌密集場所安放納米TiO2光催化劑還具有除臭作用（7）自潔作用納米TiO2由于其表面具有超親水性和超親油性，因此其表面具有自清潔效應，即其表面具有防污、防霧、易洗、易干等特點。我國新近研制成功一種具備自動清潔功能，可以自動消除異味、殺菌消毒的“納米自潔凈玻璃”“納米自潔凈玻璃”是應用高科技納米技術在平板玻璃的兩面鍍制一層納米薄膜，薄膜在紫外線的作用下可分解沉積在玻璃上的污物，氧化室內(nèi)有害氣體，殺滅空氣中的各種細菌和病毒

獸藥

用納米技術后，藥效能夠大幅度提高，可降低使用劑量，可在不換藥下解決藥物殘留問題。由于納米技術的出現(xiàn)，已禁用的抗生素可回來效勞；獸藥中有交叉耐藥性矛盾。畜禽使用了醫(yī)藥產(chǎn)品后，產(chǎn)生耐藥性和殘留，導致人體對藥物的敏感性降低，問題可望通過納米技術來改變；醫(yī)藥上已經(jīng)在應用納米材料，如可使消毒劑藥物藥效提高近200倍。在美軍猶他州的基地，美國科學家?guī)砹艘恍┲挥蟹肿幽敲创?納米炸彈"，是專門用來消滅人體中的"敵人"，包括一些致命的生物。只要在水中加入適量"炸彈"，就可以殺死導致流行性感冒和皰疹的臭蟲。在展示過程中，這些微粒的成功率達到100％把納米材料添加到傳統(tǒng)畜牧業(yè)產(chǎn)品中，可改進或獲得一系列的功能，這種改進并不見得昂貴，但卻使產(chǎn)品更具市場競爭力。利用納米技術將制造出各種各樣具有“特異功能”的新材料，將會引起畜牧行業(yè)的重大變革被稱之為21世紀前沿科學的納米技術將對環(huán)境保護產(chǎn)生深遠的影響，有著廣泛的應用前景，甚至會改變?nèi)藗兊膫鹘y(tǒng)環(huán)保觀念，利用納米技術解決污染問題將成為未來環(huán)境保護發(fā)展的趨勢之一3.5.4航天和航空納米器件在航空航天領域的應用，不僅是增加有效載荷，更重要的是使耗能指標呈指數(shù)倍的降低。這方面的研究內(nèi)容還包括：研制低能耗、抗輻