賢集網10月(yuè)8日(rì)訊：摘要(yào)：納米材料特殊的(de)納米結構，使它具有(yǒu)了(le)很(hěn)多(duō)優異的(de)性能(néng)，擴大(dà)了(le)其應用¶(yòng)範圍。綜述了(le)納米材料在水(shuǐ)處理(lǐ)、果蔬保鮮、綠(lǜ)色建築、農(nóng)藥殘留及電(diàn)化(huà)學等領域的(de)廣泛應用(yòng)，對(d‌uì)應用(yòng)中的(de)問(wèn)題進行(xíng)了(le)分(fēn)析，并對(duì)納米材料廣闊的(de)β發展前景進行(xíng)了(le)展望。

1、前言

納米技(jì)術(shù)是(shì)21世紀的(de)三大(dà)發明(míng)之一(yī)，它是(shì)主要(yào)研究在0.1—100nm結構範圍內(nèi)，用(yòn>g)單個(gè)的(de)分(fēn)子(zǐ)、原子(zǐ)來(lái)制(zhì)備産物(wù)的(de)技(jì)術α(shù)[1-3]。納米材料是(shì)一(yī)類超細材料，具有(yǒu)表面效應、小(xiǎo)尺寸效應、宏觀量子(zǐ)隧道(dào)效應♠等一(yī)些(xiē)特殊性能(néng)。基于此，納米材料引起了(le)研究者們的(de)廣泛關注，而納米技(jì)術(shù↔)的(de)發展又(yòu)為(wèi)材料、化(huà)學、物(wù)理(lǐ)、仿生(shēng)學及₩生(shēng)物(wù)等學科(kē)提供了(le)新的(de)發展空(kōng)間(jiān)[4，5]。

2、納米材料的(de)結構特點與性質

2.1納米材料的(de)結構

納米材料是(shì)處于亞穩态的(de)物(wù)質，比表面積大(dà)，粒徑小(xiǎo)，表面原子(zǐ)比例高(₩gāo)，具有(yǒu)獨特的(de)電(diàn)子(zǐ)運動狀态和(hé)表面效應，表現(xiàn)出宏觀量子(zǐ)隧道(dào)效應和(hé)量↔子(zǐ)尺寸效應，這(zhè)些(xiē)結構上(shàng)的(de)特點使納米材料具有(yǒu)很(hěn)多(duō)優良的(de)特性[6]。

2.2納米材料的(de)性質

1）化(huà)學反應性質：納米材料的(de)粒徑為(wèi)納米級，性質非常活潑，有(yǒu)很(hěn)強的(de)化(huà)學反應活性。如(rú)在空(kōng)氣中δ納米級的(de)金(jīn)屬材料可(kě)以發生(shēng)氧化(huà)反應，劇(jù)烈的(de)伴随有(yǒu)發光(guāng×)燃燒;45 nm的(de)TiN晶粒在空(kōng)氣中受熱(rè)可(kě)燃燒得(de)TiO2晶粒。

2）催化(huà)性質：納米粒子(zǐ)比表面積大(dà)、表面原子(zǐ)配位不(bù)足等性質增加Ω了(le)表面的(de)活性中心，從(cóng)而使其具有(yǒu)催化(huà)活性。納米粒子(zǐ)催化(huà)劑沒有(yǒu★)孔隙，可(kě)直接加入反應體(tǐ)系，不(bù)必外(wài)加載體(tǐ)。另外(wài)，納米粒子(zǐ)×催化(huà)劑的(de)表面比較粗糙，可(kě)以擴大(dà)反應面積。

3）光(guāng)催化(huà)性質：納米材料可(kě)以吸收光(guāng)能(néng)，使其氧化(huà)還(hái)原能(néng)力增強，從(c≈óng)而有(yǒu)利于催化(huà)反應。粒徑越小(xiǎo)，光(guāng)催化(huà)性越強，反應速度越快(kuài)。

此外(wài)，納米材料還(hái)具有(yǒu)比熱(rè)大(dà)、塑性好(hǎo)、硬度高(gāo)、導電(diàn)率高(gāo)和(hé)磁化(huà)率高(±gāo)等優異的(de)特性。随著(zhe)研究的(de)進一(yī)步深入，相(xiàng)信還(hái)會(huì)有(yǒu)更多(duō)優異的(de₽)性能(néng)呈現(xiàn)出來(lái)[7]。

3、納米材料的(de)應用(yòng)

3.1水(shuǐ)處理(lǐ)

水(shuǐ)是(shì)生(shēng)命之源，随著(zhe)發展，在用(yòng)水(shuǐ)量&增加的(de)同時(shí)水(shuǐ)資源的(de)應用(yòng)範圍也(yě)越來(lái)越廣泛φ，導緻水(shuǐ)危機(jī)事(shì)件(jiàn)多(duō)發。因此，急需對(duì)污水(shuǐ)進行(xíng)處理(lǐ)，使其資源化(huà )，從(cóng)而提高(gāo)利用(yòng)效率。但(dàn)是(shì)目前，傳統的(de)處理(lǐ)技(jì)術(shù)滿足δ不(bù)了(le)發展的(de)需求。活性炭一(yī)方面對(duì)極性小(xiǎo)分(fēn)子(zǐ)的(de)吸附能(néng↑)力較弱，另一(yī)方面由于含有(yǒu)較多(duō)的(de)微(wēi)孔，不(bù)能(néng)吸附大(dà)的(de)有(yǒu)'機(jī)分(fēn)子(zǐ)。納米吸附劑由于比表面積大(dà)，活性質點和(hé)表面原子(zǐ)多(duō)，孔徑易控，♦表面性質優異，因此吸附性遠(yuǎn)高(gāo)于傳統吸附劑[8]。

碳納米管已作(zuò)為(wèi)吸附劑應用(yòng)于水(shuǐ)處理(lǐ)領域，并展示了(le)對(duì)有(yǒu)機(jī)物(wù)優良的✘(de)吸附效果。碳納米管比表面積大(dà)并且具有(yǒu)憎水(shuǐ)性，因此在水(shuǐ)相(xiàng)中可(kě)以形成疏松多(duō)孔的(de)→聚集體(tǐ)，加之它與小(xiǎo)分(fēn)子(zǐ)之間(jiān)具有(yǒu)疏水(shuǐ)作(zuò)用(yòng)、氫鍵作(zuò)用(yòn₽g)、π-π作(zuò)用(yòng)、靜(jìng)電(diàn)作(zuò)用(yòng)、共價作(zuò)用(yòng)等多(duō→)樣作(zuò)用(yòng)，因此它對(duì)各種尺寸的(de)有(yǒu)機(jī)分(fēn)子(zǐ)吸附能(néng)力都(dōu)很(hěn)強，使它們之↓間(jiān)可(kě)以充分(fēn)相(xiàng)互作(zuò)用(yòng)[9]。

3.2果蔬保鮮

果蔬口感好(hǎo)且營養豐富，但(dàn)是(shì)它易腐爛，且地(dì)域性和(hé)季節性明(míng)顯，導緻貯藏難、運輸損失大(dà)♣，因此果蔬保鮮就(jiù)成了(le)迫切需要(yào)解決的(de)問(wèn)題。目前已進行(xíng)了(le)很(hěn)多(duō)研究，效果明(míng)顯。果蔬保鮮通(tōng)常 有(yǒu)化(huà)學保鮮、物(wù)理(lǐ)保鮮及生(shēng)物(wù)保鮮三種方法，這(zhè)些(xiē)方法的(de)不(bù)足之處♣越來(lái)越凸顯。納米材料力學性能(néng)優異、阻隔性好(hǎo)，将其用(yòng)到(dào)果蔬保鮮中可(kě)以彌補常↕用(yòng)保鮮方法的(de)不(bù)足，加上(shàng)納米材料對(duì)人(rén)體(tǐ)無毒無害，因此是(shì)很(h₹ěn)有(yǒu)潛力的(de)新型保鮮劑。

納米矽氧化(huà)物(wù)是(shì)白(bái)色、無味、無毒的(de)粉末狀無機(jī)納米材料，它能(néng)夠在貯藏過程中使果→蔬保持硬度。張洪等[10]對(duì)采摘後的(de)桃塗抹殼聚糖-納米SiOx的(de)複合膜，從(cóng)而抑制(zhì)了(le)相(xiàng)關酶（PPO、POD等）的(de)活性§，使桃子(zǐ)的(de)保鮮期得(de)到(dào)了(le)延長(cháng)。吳雪(xuě)瑩等[10]在臍橙上(shàng)塗抹殼聚糖與納米SiO2塗膜，使多(duō)聚σ半乳糖醛酸酶（PG）、果膠甲酯酶（PEP）和(hé)纖維素酶（cellulase）的(de)活性受到(dào)抑制(zhì)，≤原果膠的(de)降解速度受到(dào)抑制(zhì)，從(cóng)而提高(gāo)了(le)果實的(de)硬度，延長(c×háng)了(le)貯藏期。納米SiOx塗膜也(yě)可(kě)以延長(cháng)其它果蔬如(rú)聖女(nǚ)φ果、哈密瓜等的(de)保鮮期。

3.3綠(lǜ)色建築

綠(lǜ)色建築指在建築的(de)生(shēng)命周期內(nèi)，為(wèi)人(rén)們提供健康、高(gāo)效和(hé)舒适的(de)空(kōng)間(j"iān)的(de)同時(shí)，最大(dà)限度地(dì)節約各種資源，與自(zì)然和(hé)諧∞共生(shēng)。綠(lǜ)色建築技(jì)術(shù)注重高(gāo)效、低(dī)耗、環保、經濟、優化(huà)與集成，是(shì)₹人(rén)與自(zì)然、現(xiàn)在與未來(lái)之間(jiān)的(de)利益共享，是(shì)可(kě) 持續發展的(de)建設手段。綠(lǜ)色建築的(de)內(nèi)涵最終要(yào)借助建築材料體(tǐ)現(xiàn)出來(lái)。納米材料因優異的(de)物★(wù)理(lǐ)化(huà)學性質成為(wèi)綠(lǜ)色建築的(de)首選材料，社會(huì)、經濟效益顯著，應用(yòng)前景廣闊。

納米材料可(kě)以提高(gāo)混凝土(tǔ)的(de)強度、增加其耐久性，從(cóng)而改善建築物(wù)的(de)使用(yòng)壽₹命。其中的(de)納米SiO2、CaCO3礦粉主要(yào)與水(shuǐ)泥漿體(tǐ)中的(de)Ca（OH）2反應，可(kě)以改善混凝土(tǔ)的(de)韌性、強度、耐久性和(hé)®抗滲性能(néng)。納米金(jīn)屬氧化(huà)物(wù)如(rú)TiO2、Fe3O4等可(kě)以改善水(shuǐ)泥基的(de)力學性能(néng)和(hé)微(wēi)觀結構，還‌(hái)有(yǒu)電(diàn)磁屏蔽的(de)作(zuò)用(yòng)，增加混凝土(tǔ)的(de)智能(né ng)性。碳納米管及納米纖維加入大(dà)電(diàn)阻的(de)混凝土(tǔ)中，在增加混凝土(tǔ)強度和(hé)韌性的(de)同時( shí)能(néng)減少(shǎo)裂紋，還(hái)可(kě)以實現(xiàn)自(zì)監測與自(zì)診斷應力和(hé)損傷情況。Yu等[11]在水(shuǐ)泥中添加碳納米管，質量分(fē↔n)數(shù)分(fēn)别為(wèi)0.1%、0.5%，結果顯示材料的(de)電(diàn)容特性和(hé)電(diànα)阻特性增加明(míng)顯。

3.4農(nóng)藥殘留

目前，關于環境和(hé)食品方面農(nóng)殘污染的(de)報(bào)道(dào)非常之多(duō)，農(•nóng)藥殘留是(shì)人(rén)類健康的(de)一(yī)個(gè)重大(dà)隐患。為(wèi)改善這(€zhè)一(yī)種狀況，制(zhì)定了(le)嚴格的(de)農(nóng)殘限量标準，還(hái)不(bù)​斷開(kāi)發快(kuài)速、靈敏和(hé)準确的(de)農(nóng)殘快(kuài)速檢測技(jì)術(shù)。納米材料具有(yǒu)優Ω異的(de)物(wù)理(lǐ)、化(huà)學等特性，将其和(hé)其他(tā)技(jì)術(shù)結合應用(yòng)到(dào)農(nóng)藥殘留物(wù)方面，可(kě)優化(h¥uà)樣品的(de)前處理(lǐ)和(hé)檢測。

納米四氧化(huà)三鐵(tiě)（Fe3 O4）顯示超順磁性，可(kě)以吸附富集小(xiǎo)♦分(fēn)子(zǐ)農(nóng)藥，将其從(cóng)基質中分(fēn)離(lí)出來(lái)。馮钰锜等[12]通(tōn g)過熱(rè)溶法制(zhì)得(de)納米四氧化(huà)三鐵(tiě)，從(cóng)植物(wù)油中用(yòng)液微(wēi)萃取-磁分(fēn)離(lí)法提取極性有(yǒu)機(jī<)磷，15 min就(jiù)完成了(le)整個(gè)前處理(lǐ)過程，解吸附150μL有(yǒu)機(jī)溶劑制(zhì£)備得(de)到(dào)樣品。Li等[12]首先合成（化(huà)學共沉澱法）納米四氧化(huà)三鐵(tiě)，粒徑為(wèi)10～20£ nm，然後對(duì)蔬菜中101種農(nóng)藥進行(xíng)萃取，并與不(bù)加磁性納米粒的(de)結果做(zuò)對(duì$)比，研究結果證明(míng)了(le)磁納米粒具有(yǒu)優良的(de)吸附純化(huà)性能(néng)。

3.5電(diàn)化(huà)學

碳納米材料由于比表面積大(dà)、機(jī)械性能(néng)和(hé)導電(diàn)性能(néng)良好(hǎo)，在電(diàn)化(huà)學領域獲得(‍de)了(le)研究者們的(de)青睐，在理(lǐ)論和(hé)實踐方面取得(de)了(le)很(hěn)大(dà)的(de)進展。

燃料電(diàn)池是(shì)通(tōng)過電(diàn)極反應将化(huà)學能(néng)轉換成電(diàn)能(néng)的(de)裝置，由陰、陽兩極和(h₹é)電(diàn)解質構成。燃料電(diàn)池能(néng)量轉換效率高(gāo)而且環保，所以在通(tōng)信、分(fēn)立電(diàn)源及交通(tōng)等諸多φ(duō)領域獲得(de)了(le)廣泛的(de)應用(yòng)。碳納米材料可(kě)以提高(gāo)燃料電(diàn)池的(de)穩定性和(hé)能(né♣ng)量密度，降低(dī)成本。Kakati等[13]在CNTs表面分(fēn)散多(duō)孔的(de<)SnO2，水(shuǐ)熱(rè)條件(jiàn)下(xià)，使得(de)催化(huà)劑CNTs/SnO2大(dà)大(dà)增加對(duì)∏Pt/Ru納米粒子(zǐ)的(de)吸附，使燃料電(diàn)池的(de)催化(huà)性能(néng)得(de)到(dào)提高(gāo)。Sebastian等[1¶3]将導電(diàn)性好(hǎo)且多(duō)孔的(de)碳納米纖維添加到(dào)燃料電(diàn)池中，結果顯示了(le)良好(hǎo)的(de)催化(huà)性能(néng)。

雖然在電(diàn)化(huà)學領域碳納米材料取得(de)了(le)一(yī)定的(de)進展，但( dàn)目前僅限于實驗室階段，還(hái)沒有(yǒu)實現(xiàn)大(dà)規模的(de)實際應用(yòng)，因為(wèi)還(hái)有(yǒu)¶一(yī)些(xiē)問(wèn)題有(yǒu)待于解決，如(rú)碳納米材料易團聚，生(shēng)物(wù)分(f ēn)子(zǐ)不(bù)穩定，過程繁瑣，電(diàn)極穩定性差，實驗結果不(bù)能(néng)重現(xià♦n)等。

4、結語

納米材料是(shì)一(yī)種非常重要(yào)的(de)新型材料，應用(yòng)前景良好(hǎo)，在多(duō)個(gè)領域引起了(le)廣泛的(de)關注。随著(zhe)研究的¥(de)日(rì)益深入，相(xiàng)信還(hái)會(huì)有(yǒu)更多(duō)方面的(de)發展和(hé)應用(yòng')展現(xiàn)出來(lái)。