纳米材料是胶体吗_纳米材料在生活中的应用     DATE: 2020-10-17 11:56

  纳米材料直径一般是1-100nm,胶体是一种体系,纳米材料只是一种分散质,没有形成体系 ,所以不是胶体。

  (1)惰性气体下蒸发凝聚法。通常由具有清洁表面的、粒度为1-100nm的微粒经高压成形而成,纳米陶瓷还需要烧结。国外用上述惰性气体蒸发和真空原位加压方法已研制成功多种纳米固体材料,包括金属和合金,陶瓷、离子晶体、非晶态和半导体等纳米固体材料。我国也成功的利用此方法制成金属、半导体、陶瓷等纳米材料。

  (2)化学方法:1水热法,包括水热沉淀、合成、分解和结晶法,适宜制备纳米氧化物;2水解法,包括溶胶-凝胶法、溶剂挥发分解法、乳胶法和蒸发分离法等。

  (3)综合方法。结合物理气相法和化学沉积法所形成的制备方法。其他一般还有球磨粉加工、喷射加工等方法。

  纳米科技实际上涵盖了一切在纳米范围的物理、化学的技术和工艺,说它包罗万象也不算过分。用纳米材料制作的器材重量更轻、硬度更强、寿命更长、维修费更低、设计更方便。利用纳米材料还可以制作出特定性质的材料或自然界不存在的材料,制作出生物材料和仿生材料。不过现在有很多都在炒作概念,很多都局限于实验室的理论阶段,比较现实的是机械方面的润滑剂,化工方面的催化剂,还有医学方面的定点超效药剂。

  在建筑领域中使用纳米技术可以使结果相差很大。的确,一些纳米技术的已经在市场上得到了应用。举例来说,在环保项目上我们所看到的新材料和纳米二氧化钛粒子混合,应用于窗户自我清洁,建筑物和道路上。(在米兰,有7000平方米道路应用了这些能材料从而减少了减少60%的二氧化氮水平)。

  还有一些纳米物质加在了新的施工材料中,从而提高机械强度,耐久性和绝缘性,同时相对于传统的材料降低了重量。举例来说,纳米陶瓷被应用于水泥中增加强度。传感器系统将越来越多地用于施工中,包括监察楼宇的环境和任何机械的强度。

  纳米材料在陶瓷上的应用主要是耐高温、防腐、耐刮花、耐磨等方面,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、对环境没有污染。测验证明,将几厘米厚的纳米陶瓷粉末涂料涂在热力管道外,就能有效防止热力向外扩散;涂料涂在炼钢厂等高温炉内,能使炉外表温度控制在50摄氏度以内,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。

  而用于腐蚀条件恶劣环境中的重防腐纳米陶瓷涂料,则能有效防护航标灯座、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。

  特别是在太阳能光伏领域有着极好的效果,一组数据显示,如按照2020年全球装机量预计将达到500GW左右计算,每年因灰尘降低发电量而造成的经济损失将高达50亿美元。随着电站装机量的不断增长,这一损失会愈发严重2030年全球装机总量约1400GW时,灰尘造成的经济损失预计将高达130亿美元。而纳米涂料被应用于光伏太阳能电池板表面后有效的防止灰尘的累积,表面细微的粉尘在雨水冲刷时即被带走,达到自洁防污的效果,可以持续保持电池板表面的干净整洁,发电效率得以保障。

  再比如纳米燃油添加剂,燃油中纳米粒子在燃烧过程中对燃烧起到催化助燃功能,其燃烧后的粒子具有抑制设备磨损、改善润滑和自修复的功能,纳米燃油添加剂使热力学稳定地分散到润滑油中,改变了摩擦的性质,变滑动为滚动,杜绝了冷启动磨损,减少了摩擦损耗,达到车辆健康养护和节省燃油的目的。

  金属材料表面处理由过去的电镀等工艺发展为更为简单的纳米涂料涂覆工艺,使金属表面处理工艺更简单,纳米涂料在不锈钢材料表面的应用可以实现防指纹、疏水疏油及防污的作用,在其它合金材料表面涂覆纳米涂料,可以使金属材料表面具备抗腐蚀、防锈防潮、耐高温等特性。

  一些传感器系统被应用于建筑中,类似于在环境一节中讨论的,但这传感被更多的应用于测试建筑物的结构构强度,磨损等,从而让人们知道在建筑物中存在的安全隐患。当传感器连接到采暖/空调系统选用最佳设定,基于传感器搜集到的数据能为建筑物提供环境监测甚至温度控制。

  纳米技术也可以帮助提供一个系统范围内查看“建筑物的感觉“的详细信息。所有传感器和监测数据传达到中央节点处理后付诸实施。

  比如纳米空气净化设备,纳米光催化空气净化器,具有光催化杀菌、紫外线杀菌、除尘系统杀菌等三重杀菌功能,它采用纳米光催化的机理和大比表面积、高吸附性能的载体来负载纳米二氧化钛制备光催化网,可以发挥高效物理吸附和光催化分解的协同效应,实现对甲醛、苯等有机污染物的持久分解和对病菌的及时杀灭,并且把有机污染物分解成二氧化碳和水,消除了物理吸附饱和及二次污染的缺陷。

  在污水处理中纳米材料也有着广泛应用,纳米水处理材料以聚丙烯为主要原料,通过加入聚乙烯醇、羟丙基甲基纤维素、聚碳酸丁二酸亚丙酯、纳米羟基磷灰石、环氧聚丙烷、聚甲基氢硅氧烷、褐煤蜡酸乙二酯、癸醛、聚乙烯吡咯烷酮、硼硅酸和香芹酚,制得的高效纳米水处理材料具有良好的力学强度和大的比表面积,且具有良好的除去重金属的作用。

  水污染是造成世界范围内死亡和疾病的元凶,因此,为全世界人提供安全的饮用水是当今科学技术面临的重大挑战。中国的研究人员使用多种技术合成的混合型纳米颗粒发明了一种高效且可循环再生的水过滤器,它能将污水净化到安全饮用标准。将混合型纳米粒子分散进纤维素水凝胶中便可以形成这一有效的净水系统。混合型多功能纳米粒子的设计策略在环境科学的其他领域也有广阔的应用前景。

  使用吸附材料净水是一种思路简单、成本低廉且能量利用率高的方法。理想的吸附材料要求具有高度选择性、多重目标性、快速吸附性。虽然吸附方法便捷,但大多数典型的净化吸附材料仅有一些理想特性并不能达到完美。这是因为有些特性它们天生就是矛盾的,比如说,对于污染物的强大结合力和好的循环利用性,吸收高度选择性和多重目标性。而混合型多功能纳米粒子集理想特性于一身,巧妙地将几个不同系列的的污染物吸收整合进了一种多功能的粒子中。

  目前有很多电器公司已相继推出了新颖的纳米家电。所谓纳米家电,就是采用纳米技术生产出来的家用电器。

  在纳米世界里,物质发生了质的飞跃。如导电性能良好的铜在纳米级就不导电了,而绝缘的二氧化硅在纳米级就开始导电了;二氧化硅陶瓷在通常情况下是很脆的,但当二氧化硅陶瓷颗粒缩小到纳米级时,脆性的陶瓷竟然具有了韧性。

  当把物质细化到纳米级,制造出来的纳米材料性质特殊,用途极大。将纳米材料加入飞机中,可以吸收雷达波,于是隐性飞机问世了。用纳米材料制成的刀具,比钻石刀具还硬。将电脑芯片和光盘,加工成纳米级,其运算速度和记录密度高于常态的各个数量级。

  目前纳米技术在家电领域还主要用于抗菌、抑菌等“健康”方面。如目前市面上销售的纳米冰柜,即是在人手易接触及细菌易侵入的部位,使用了经纳米化处理的材料,这种材料可有效抑制细菌的生长,从而提高冰柜的抗菌能力。

  纳米洗衣机,就是洗衣机的外桶采用了纳米材料,这样使洗衣机不仅能防高温,耐磨擦,而且有很强的防垢能力。

  还有比如TIS-NM纳米防水涂层,作用于电子产品电路板上,可以有效的起到防潮防水耐盐雾腐蚀的作用,使有一些工作于潮湿环境的电子产品电路板既能有效的散热,还有阻止水气对电子元器件的损害。

  可以预见,随着纳米技术被更多的家电企业所采用,纳米家电将成为未来市场的流行产品。同时,我国重大基础研究纳米材料科学家专家组首席专家张立德研究员明确指出:“纳米科技要像信息技术一样产生广泛而深刻的影响,那将是二三十年以后的事情。”