纳米技术范文

纳米技术篇1

美国华盛顿的“纳米新产品项目”机构的统计数据表明，目前全球使用纳米技术的产品有几百种(截止到2006年12月份已经有356种)，有些意外的是，至今几乎都没有关于纳米技术安全性的最终结论，与之相关的风险评估和行业标准似乎也没有出台。大众好像都以非常乐观的态度看待这项新技术，对它寄予厚望，期待一场新的产业革命，都有意无意地忽略了它身后潜在的阴暗一面。但与此同时，一些科学家却已经对纳米技术可能给环境和人类健康带来的风险产生了担忧。

纳米技术竟然有害?这不是危言耸听。纳米技术最大的优势很可能也是它最大的劣势，即纳米级别的尺寸。当纳米颗粒小到连实验室的滤器也无法赶上时，就会散入自然，随产品的使用、分解而释放或流入、渗入到大气、水体和土壤中，通过水和风等媒介在自然界扩散而产生污染和危害。研究表明，纳米材料可以通过土壤以极快的速度转移至水相中。一旦进入水体，由于食物链的原因，纳米颗粒物会对水体生态环境造成很大的影响。虽然纳米材料在环境中的存在形式及其沉积分解均鲜有报道，但抬头看看我们身边已经不再蔚蓝的天空，主要成因就是空气中存在大量的悬浮物粒子，它们其中有很大一部分是纳米级的，这些粒子不仅造成了城市上空“棕色云”的笼罩，灰霾天气增多，也使得人群的污染暴露大幅度上升。空气污染，或者说空气中的纳米悬浮颗粒可诱发一些易感人群出现肺部或心血管等疾病，造成死亡率增加。研究发现，在健康人群呼吸道中纳米颗粒物有较高的沉积率，而在患有哮喘和慢性阻塞性呼吸系统疾病的人群中沉积率更高。纳米颗粒物可以诱导明显的呼吸炎症反应，导致肺组织病理学改变，对心血管系统的效应包括血液凝集、系统炎症和呼吸功能丧失等。

因为纳米物质只比原子、分子大一点，所以能透过人体细胞膜进入细胞内部，甚至嵌入人体的DNA当中，直接影响我们身体的遗传信息传递。当纳米物质通过皮肤表面进入血液中，或通过呼吸进入气管和肺部，积累到一定程度，就可能会对我们造成一定的伤害。而这种伤害甚至超过了我们的想象：纳米颗粒可以透过“血一脑屏障”、胎盘屏障等，伤害到中枢神经系统以及胎儿。长期以来我们一直认为各种组织屏障牢不可摧，可以有效阻止有害物质以及超细粒子通过，但面对纳米颗粒，这些天然屏障却都变成了“马其诺防线”。

而且，经国内外多家研究单位研究证实，很多纳米材料的毒性并不是本来就有的，反而是在变成纳米级过程中，物理、化学等性质发生变化时形成的。如黄金呈块状时是惰性的，但其颗粒尺寸达纳米级时，黄色的金属会变成蓝色，并可能与DNA黏合在一起。这就是“纯粹”的纳米技术惹的祸。更加复杂的是，纳米粒子的粉末或液体具有一定范围内的许多不同尺寸，从几个纳米到几百个纳米。纳米粒子具有聚合的趋势，由少聚多，由小变大，聚合的纳米粒子拥有同单个纳米粒子不同的行为。这无疑增加了研究的难度。

纳米物质毒害作用的具体生物学机制还不是很清楚，它们进入生物体内可能引起噬菌细胞(吞咽并消灭外来物质的细胞)的“过载”，如同车辆超载，从而引发防御性的发烧和降低机体免疫力。它们也可能因为无法被降解或降解缓慢，而在某些器官里集聚。还有可能是它们同身体中一些生物过程发生反应，比如影响蛋白质发挥正常功能，进而影响细胞功能。由于纳米粒子具有极大的表面积，会立即吸附它们遇到的大分子，这本来是纳米物质的一大优势，但这种情况下进入细胞内的纳米粒子的破坏作用则更加强烈。近期英国著名的《自然》杂志报道：“最近一些检测纳米物质毒性的细胞培养物和动物研究显示，纳米物质的大小、表面、可溶性，可能还有形状，都是决定它是否对人体有害的因素之一。”

纳米技术篇2

本文介绍了纳米技术在化学纤维中的应用方式，并阐述了纳米技术在功能性纤维和其他特种纤维中的应用情况，以及纳米材料在应用中存在的问题及解决方法，最后展望了纳米技术的应用前景。

关键词：纳米技术；纳米材料；功能性纤维；特种纤维

近年来，纳米技术与纳米材料正引起人们的极大关注。纳米材料凭借其内部所特有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等四大效应，从而拥有完全不同于常规材料的奇特的力学性能、光学性能、热力性能、磁学性能、催化性能和生物活性等性能。这些都为纳米材料在纺织工业的应用奠定了基础。

可以说，纳米材料是21 世纪最有前途的材料，在功能性纺织品和高分子科学领域有着广阔的应用前景。[1]

1 纳米技术在化学纤维中的应用方式

纳米粒子的奇特性质为纳米技术的广泛应用奠定了基础，应用纳米技术开发功能性化学纤维主要有两个途径[2]。

1.1 纤维超细化

使纤维达到纳米级，以满足特殊用途领域的需要。

1.2 共混纺丝法

共混纺丝法是指在化纤聚合、熔融阶段或纺丝阶段加入功能性纳米材料粉体，以使生产出的化学纤维具有某些特殊的性能。此法是生产功能性化纤的主要方法。由于纳米粉体的表面效应，其化学活性高，经过分散处理后，容易与高分子材料相结合，较普通微粉体更容易共熔混纺；而且纳米粉体粒径小，能较好地满足纺丝设备对添加物粒径的要求，在化纤生产过程中能较好地避免对设备的磨损、堵塞及纤维可纺性差、易断丝等问题；对化纤的染色、后整理加工及服用性能等也不会造成很大的影响。该法的优点在于纳米粉体均匀地分散在纤维内部，因而耐久性好，其赋予织物的功能具有稳定性。目前化纤产品中复合型纤维的比例不断扩大，如果在不同的原液中添加不同的纳米粉体，可开发出具有多种功能的纺织品。例如在芯鞘型复合纤维的皮、芯层原液中各自加入不同的粉体材料，生产出的纤维可具有两种或两种以上功能。

2 纳米技术在功能性纤维方面的应用

2.1 抗紫外线纤维

太阳光中能穿过大气层辐射到地面的紫外线占总能量的6%。紫外线具有灭菌消毒和促进体内维生素D 合成的作用，但同时也有加速人体皮肤老化及产生癌变的危险[3-5]。

2.1.1 抗紫外线纤维的紫外防护机理

紫外线属于电磁波，其波长范围在100nm～400nm 之间。研究表明，TiO2、ZnO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、云母、高岭土等在300nm～400nm 波段都具有吸收紫外线的特征。若将这些材料制成纳米级超细粉体，由于微粒尺寸与光波波长相当或更小，这种小尺寸效应会导致对光的吸收显著增强。

另外，这类超细粉体的比表面积大，表面能高，在与高分子材料共混时，很容易与后者结合，加之化纤纺丝设备对共混材料粒度的要求，决定了纳米粒子是制造功能性化纤的优选添加材料。

2.1.2 抗紫外线纤维的应用

此类化纤包括的品种面很广，从国内外研制和生产的品种来看，涉及涤纶、维纶、腈纶、尼龙和丙纶等；加工方法有尼龙、聚氨酯混纺、尼龙、醋酸纤维混纺等。主要用来制作运动衫、罩衫、制服、套裤、职业服、游泳衣和童装等。在我国大多数地区，人们夏季穿着服装单薄，这就需要利用纳米粒子的抗紫外线功能来开发各种化纤产品，以满足妇女、老人、儿童、野外工作者和高温岗位工人的需要。

2.2 抗菌除臭纤维

通常所说的抗菌包括抑制、杀灭、消除细菌分泌的毒素以及预防等功能。抗菌化纤的除臭功能表现在：保健方面：防止皮肤感染，消除病菌分泌的毒素和将汗液等转化为臭味物质的细菌；美学方面：除去令人不愉快的臭味[6-8]。

2.2.1 抗菌除臭纤维的抗菌除臭机理

纳米级TiO2、ZnO等光催化型杀菌剂，表现出超过传统抗菌剂仅能杀灭细菌本身的性能。其杀菌机理为：纳米级TiO2、ZnO等抗菌剂能在水分和空气存在的情况下，自行分解出自由移动的电子（e-），同时留下带正电的空穴（h+），逐步产生反应，生成的羟基自由基和超氧化物阴离子自由基非常活泼，有极强的化学活性，能与多种有机物发生反应（包括细菌内的有机物及其分泌的毒素），从而将细菌、残骸和毒素杀灭、消除。

纳米级TiO2、ZnO的除臭机理主要有以下两种：①吸附臭味。超细ZnO的比表面积大、孔容大，可以吸附多种含硫臭体。②氧化分解。TiO2、ZnO等物质在H2O、O2体系中可发生光催化反应，产生的超氧化物阴离子自由基能与多种臭体反应，从而更彻底地消除臭味。

2.2.2 抗菌除臭纤维的应用

日本在抗菌防臭功能纤维上开发较多。最近，日本石玻璃公司开发了一种含活性玻璃粒子的抗菌防臭功能纤维。这是一种含有银粒子的溶解性玻璃微粉，粒径在50nm 以下。这种纤维在毒性、稳定性、持久性和抑制细菌抗药性等方面的表现较为优良。在使用过程中，一旦接触到水分，纤维内部的溶解性玻璃粒子就会缓慢释放出银离子，它能在几小时到几年的时间内以特定的速度释放，阻碍细菌繁殖，显示出优良的抗菌性。日本帝人公司生产的由纳米TiO2、ZnO 作为消臭剂的除臭纤维能吸收臭气净化空气，可用于制造消臭敷料、绷带、尿布、睡衣、窗帘、厕所用纺织品以及环保用过滤织物等。

我国抗菌剂的研究相对滞后，但近年来发展较快。北京赛特瑞公司生产的银系抗菌剂，采用纳米层状银系无机抗菌材料制备的抗菌防霉织物，仅需添加0.5%～1%的无机抗菌剂，具有广谱抗菌功能，且抗菌效果显著、持久，对皮肤无刺激性。上海合成纤维研究所研制的一种新型抗菌纤维，是将纳米级TiO2、ZnO 等添加到天然或聚合物长丝中，纺制出各种永久性抗菌、防臭纤维，经试验证明，这种纤维对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等具有很强的杀菌能力，目前该技术仅仅完成了实验室研究工作，还不能达到工业化生产规模。许德生等人采用纳米级TiO2、ZnO 和粘胶纤维共混制成的纤维，既具有普通粘胶纤维特性，又能防菌、抗菌、防紫外线和抗电磁辐射。北京服装学院科研人员的研究表明，用纳米级ZnO 对棉织物进行处理后，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌和黑曲霉菌等均有显著抑制作用。另外，国家超细粉末工程中心利用纳米ZnO等粉体做核，在外包覆银以抗细菌，在外包覆CuO、ZnSiO3 以抗真菌，将这种抗菌粉体加1%到合成纤维中，就能制得抗菌性良好的功能性纤维。

2.3 远红外纤维

2.3.1 机理

人体释放的红外线大致在4μm～16μm的中红外波段，在战场上如果不对这一波段的红外线进行屏蔽，很容易被非常灵敏的中红外探测器所发现，尤其在夜间，人体安全将会受到威胁，因此很有必要研制对人体红外线具有屏蔽功能的衣服[9-10]。

远红外线反射功能纤维是一种具有远红外吸收及反射功能的化纤，通过吸收人体发射出的热量，并再向人体辐射一定波长范围的远红外线，可使人体皮下组织血流量增加，起到促进血液循环的作用；由于能反射人体辐射的红外线，也起到了屏蔽红外线，减少热量损失的作用，使此类纤维及织物的保温性能较常规织物有所提高。远红外超细添加剂是一种白色或浅白色粉体。这类抗红外线功能助剂是在远红外加热所使用的陶瓷粉体的基础上开发出来的，所以称之为“远红外陶瓷粉”。根据应用的化纤品种和性能要求的不同，通常包括纳米级ZnO、SiO、Al2O3 等，除了要求将它们的粒度用直接制备或二次粉碎的方法控制在100nm以下外，同时还要对其进行表面改性处理，以确保这类粉体的分散性、相容性和功能化纤的可纺性。

2.3.2 远红外纤维应用

日本对远红外聚酯的研究最多。1996年已确立了远红外纤维制品的保温性试验方法和对人体的温热特性系列评价方法，对远红外线与生物关系已有了系统的研究。日本三菱人造丝公司将PTA、EG和纳米陶瓷粉混合先制成母粒，再与普通聚酯在283℃下共混纺丝，制成中空度21.3%、蓬松度153mL/g 的远红外短纤维；日本可乐丽公司将聚酯和含氧化陶瓷的增塑剂共混纺丝制得远红外纤维；日本尤尼吉卡公司推出一种太阳远红外涤纶，其物理机械性能与普通涤纶相似，具有明显的升温效应，据报道，该织物水洗后在相同条件下比普通涤纶快干30min。

2.4 阻燃纤维

2.4.1 阻燃纤维的阻燃机理

阻燃的目的在于降低热分解过程中可燃气体的生成，抑制气相燃烧过程的反应。阻燃纤维多数通过用添加型阻燃剂和反应型阻燃剂对原材料进行处理制得。纳米SbO3阻燃剂在燃烧初期首先熔融，熔点为655℃，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度。在高温状态下SbO3 被汽化，稀释空气中的氧浓度，从而起到阻燃作用。

2.4.2 阻燃纤维应用

国外用共混法制得的阻燃改性纤维有阻燃粘胶纤维，如美国的Durvil、奥地利的Lenzing、日本的Tuflan；也有阻燃丙纶纤维，如瑞士的Sandoflam 5071[11]。

3 纳米材料在其他特种纤维中的应用

3.1 智能隐身纤维

将纳米金属粒子、纳米氧化物（如纳米级Fe2O3、Ni2O3等）、纳米复合材料以共混法加入成纤聚合物熔体或纺丝溶液中，经熔融纺丝或湿法纺丝制成隐身材料。制成的高性能毫米波形隐身材料、可见光-红外线型材料和结构式隐身材料，可避开雷达、红外线探测器的侦测。另外，可采用对电、热比较敏感的纳米金属粒子与纤维原料共混，制成具备防止热成像设备侦测的功能纤维。目前美国正在研究采用热敏、光敏或电化学染料做迷彩服，以使迷彩服的颜色和图案随环境变化而改变，具备动态防侦视功能。美国研制的 “超黑粉”纳米隐身材料，对雷达波的吸收率大于99%。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸波涂层由粘合剂和纳米微粉填充材料组成。这种由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率，在50MHz～50GHz 内具有很好的吸波性能。目前世界军事发达国家正在研究覆盖厘米波、毫米波、红外和可见光等波段的纳米复合材料。

3.2 变色纤维

变色纤维是一种具有特殊组成结构的纤维，当受到光、热、水分或辐射等外界激化条件作用后，具有可逆自动改变颜色的性能。纤维在一定波长的光的照射下会发生颜色变化，而在另一种波长的光的作用下又会发生可逆变化回到原来的颜色，这种纤维称为光敏变色纤维。具有光敏变色的物质通常是一种具有异构体的有机物，这些化学物质因光的作用产生异构，并生成两种化合物。这些化合物的分子式没有发生变化，但对应的键合方式或电子状态产生了变化，可逆地出现吸收光谱不同的两种状态，即可逆地显色、褪色或变色。美国Clemson 大学和Georgia 理工学院等研究机构近年来正在探索光纤中掺入纳米变色染料或改变光纤表面的涂层材料，使纤维的颜色能够实现自动控制。日本松井色素化学工业公司制成的光致变色纤维在无阳光下不变色，在阳光或UV 照射下显深绿色[11]。

4 纳米材料应用中存在的问题及解决方法

纳米材料在化学纤维应用过程中存在的问题，主要是它的分散性差、易凝聚。为解决这一问题，需对纳米粒子的表面进行处理以降低其表面能。表面处理的方法有很多，根据表面处理剂与颗粒之间有无化学反应，可分为表面化学改性和表面吸附包覆改性。化学改性是指在纳米微粒的表面进行化学吸附或反应；而包覆改性主要利用一些表面活性剂、聚合物以及聚合物单体等吸附在颗粒表面，增强纳米微粒与基材的亲和性[12-13]。

参考文献：

[1]严东生，冯端.材料新星——纳米材料学[M].湖南：湖南科技出版社，1997：103-105.

[2]黄俊，李春.纳米材料在化纤生产中的应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2002，19（3）：27-28.

[3]周璐瑛.ZnO纳米材料抗紫外与抗菌织物的研究[J].棉纺织技术，2003，29（10）：588-590.

[4]罗纪华，马艺华，黄海珍.纳米苎麻抗紫外线织物功能性与湿热舒适性能的分析[J].广西纺织科技，2003，32（1）：6-8，21.

[5]李峥嵘，许海育.纳米材料及其在织物防紫外线中的应用[J].广西纺织科技，2003，32（1）：48-49，37.

[6]酒金婷，李春霞，王彩凤，等.纳米氧化锌在水中的分散行为及其应用[J].印染，2002，（1）：1-3.

[7]许德生.功能性粘胶纤维及其织物的研究[J].安微机电学院学报，2002，12（4）：24-26.

[8]王开利.纳米抗菌纤维的发展及产业化[J].新材料产业，2002，109（12）：65-66.

[9] 酒金婷，王锐，李立平，等.纳米材料及其在织物中的应用[J].纺织导报，2000，（1）：27-30.

[10]俞行，王靖.纳米材料及其在功能化纤和针织新产品中的应用[J].针织工业，2000，5：23-26.

[11]陶国平.纳米材料在功能性纺织品上的应用与展望[J].棉纺织技术，2001，29（10）：5-8.

[12]刘吉平，田军.纺织科学中的纳米技术[M].北京：中国纺织出版社，2002：105-108.

[13]罗敏.纳米技术在纺织中的应用[J].化工新型材料，2001，29（7）：29-30.

纳米技术篇3

【分类号】X50

1 纳米技术

纳米（nm）技术是指在0.1-100nm范围内，研究电子、原子和分子内在规律和特征，并用于制造各种物质的一门崭新的综合性科学技术。纳米尺度的物质颗粒接近原子大小，此时量子效应开始影响到物质的性能和结构。由纳米级结构单元构成的纳米材料，在机械性能、磁、光、电、热等方面与普通材料有很大不同，具有辐射、吸收、催化、吸附等新特性。人类通过在原子、分子和超分子水平上控制了纳米结构来发现纳米材料的奇异特征，以及学会有效地利用这些特定功能产品，最终能够仿照自然生态中非常复杂的过程，这也是纳米科技的最终目的。

纳米技术包含下列四个主要方面：

（1）纳米材料：当物质到纳米尺度以后，大约是在1-100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

（2）纳米动力学：主要是微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统，用于有传动机械的微型传感器和执行器、光纤通讯系统，特种电子设备、医疗和诊断仪器等，用的是一种类似于集成电器设计和制造的新工艺。特点是部件很小，刻蚀的深度往往要求数十至数百微米，而宽度误差很小。这种工艺还可用于制作三相电动机，用于超快速离心机或陀螺仪等。虽然它们目前尚未真正进入纳米尺度，但有很大的潜在科学价值和经济价值。

（3）纳米生物学和纳米药物学：如在云母表面用纳米微粒度的胶体金固定dna的粒子，在二氧化硅表面的叉指形电极做生物分子间互作用的试验，磷脂和脂肪酸双层平面生物膜，dna的精细结构等。新的药物，即使是微米粒子的细粉，也大约有半数不溶于水；但如粒子为纳米尺度（即超微粒子），则可溶于水。

（4）纳米电子学：包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光/电性质、纳米电子材料的表征，以及原子操纵和原子组装等。当前电子技术的趋势要求器件和系统更小、更快、更冷。更小是指响应速度要快。更冷是指单个器件的功耗要小。但是更小并非没有限度。

纳米技术是建设者的最后疆界，它的影响将是巨大的。

2 纳米技术在环境邻域的应用

纳米材料的比表面积大，表面活性中心多，是催化剂的必要条件。国际上已将纳米材料作为新一代催化剂进行研究和开发。近年来的发展方向是纳米复合化，例如，氟石结构的纳米Ce2-x和Cu组成纳米复合材料，可用于汽车尾气中SO2、CO的消除。已有生产厂家开发出可以用来代替汽车中的金属构件的纳米粒子增强型复合材料，这种纳米复合材料的广泛使用可能使汽油的燃烧量每年减少15亿升，二氧化碳的排放量每年至少减少50亿千克。我国山东小鸭电器集团采用纳米复合抗菌除味塑料制作洗衣机的外筒，具有耐高温、耐摩擦、耐冲击、韧性好和硬度高等特点，还有很好的光洁度和很强的除垢能力，不但可以防止污垢在筒壁沉积，随时保持洗衣机内部清洁，还可以防止细菌滋生，解除了衣物交叉感染的可能，开辟了健康洗衣机的新纪元。

用黏土和聚合物的纳米粒子替代轮胎中的炭黑是一项生产环保型、耐磨损轮胎的新技术，利用纳米材料对紫外线的吸收特性而制作的日光灯管不仅可以减少紫外线对人体的损害，而且可以提高灯管的使用寿命。把具有导电性能的纳米颗粒，如炭黑、金属粒子等加入到高聚物中，可以改善高聚物的导电性，节约能源。

3 纳米技术在环境领域的潜在突破

3.1 有效利用资源

纳米技术是从原子和分子开始制造材料和产品。这种从小到大的制造方式需要的材料较少，造成污染程度较低。纳米复合陶瓷，因其优异的耐高温、高强度等性能，有望应用于高温发动机中，其燃烧热效率可增加一倍，且燃烧完全，污染降低。由于纳米技术导致产品微型化，使所需资源减少，不仅可达到"低消耗、高效益"，而且成本低廉。可以预测，未来资源浪费，造价昂贵的大型机械设备将逐步淘汰，以实现资源消耗率的"零增长"。

3.2 用于对水和空气的处理

消除水和空气中最细微的污染物（分别为300nm和50nm），使空气和饮用水更加清洁。新型的纳米级净水剂具有很强的吸附能力，是普通净水剂的10-20倍，可将污水中的悬浮物和铁锈、异味等污物除去。通过纳米孔径的过滤装置，还能把水中的细菌、病毒去除。净化和淡化海水的选择性滤膜，不仅成本低，而且所需量不足目前的十分之一。

3.3 监测大气污染

大气中含有的C、N、S等元素的氧化物可导致酸雨和温室效应，因此它们在大气中的含量必须被实时监测。现有监测技术成本高，不便于移动作业，所需温度高，而利用纳米材料的高比表面积能对吸附气体有快速反应，吸附后能改变其物理性质，且反应可逆，具有能再生的特性。研制出可用于监测大气中的有害气体，可在室温下工作、造价低廉、体积小的监测器。

3.4 提供有效储氢方式

物理和化学方法储氢，需要昂贵的设备。采用纳米材料可避免大晶粒储氢材料在反复吸收、释放氢气的循环过程中产生的氢脆现象，又可增加吸氢容量和吸氢速率，提供一种有效而清洁的储氢方式，这种材料如果用来制造燃料电池汽车中的氢容器，可有效避免空气污染。

4 结束语

纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，美国权威机构预测，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。专家指出，纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域，将免不了一场因纳米而引发的"材料革命"现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100个，建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线。加入纳米技术的新型油漆，不仅耐洗刷性提高了十几倍，而且无毒无害无异味。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量

尽管纳米技术仍有许多问题有待于进一步探索和解决，但它在高科技领域和传统产业中带来的冲击是不可否认的。它将成为新世纪信息时代的核心。随着人们对纳米材料研究的深入，纳米材料必将出现更为广阔的应用前景，纳米材料的大规模工业生产和商业应用也将成为现实。可以相信，纳米技术作为一门新兴科学，必将对环境保护产生出深远的影响，利用纳米技术解决污染问题将成为未来环境保护发展的必然趋势。

参考文献：

[1]曹学军等，神奇的纳米技术，国外科技动态，2010，9（3）；33-36。

[2]周双生，周根陶，化学世界，2011，38（8）；399。

纳米技术篇4

扫描探针显微镜,其探针可以沿样品表面逐点扫描,针尖能随样品的高低起伏作上下运动,用光学方法测量针尖的运动,就可以得到分子的图像。目前已经用于人体多种正常组织和细胞的超微形态学观察,而且可以在纳米水平上揭示肿瘤细胞的形态特点。通过寻找特异性的异常结构改变,以解决肿瘤诊断的难题。另一种新型的纳米影像学诊断工具———光学相干层析术(OCT)已研制成功,OCT的分辨率可达纳米级,较CT和核磁共振的精密度高出上千倍。它不会像X线、CT、磁共振那样杀死活细胞。通过应用纳米技术,在DNA检测时,可免去传统的PCR扩增步骤,快速、准确。美国NASAAmesCen-terforNanotechnology与中南大学卫生部纳米生物技术重点实验室合作,将碳纳米管用于基因芯片,可以在单位面积上连接更多的更高,样本需要量低于1000个NDA分子(传统DNA检测的样本需要量超过106个DNA分子);需要的样品量更少,可以免去传统的PCR扩增步骤;结果可靠,重复性好;操作简单,易实现检测自动化。其基本原理是:连接在碳纳米管上的DNA探针通过杂交捕获特异性的靶DNA或RNA,靶DNA或RNA中的尿嘧啶将电荷转到碳纳米管电极,电荷的转移通过金属离子媒介的氧化作用变成信号并放大。国外在80年代末开始着手研究超顺磁性氧化铁超微颗粒的研究,90年代把这种造影剂应用于临床。

其技术要点是:制备出高顺磁性氧化铁纳米颗粒,在其表面耦连肝癌组织靶向性物质(如肝肿瘤特异性单克隆抗体、肝肿瘤细胞表面特异性受体的配体)制成特异性的MRI造影剂。我国科学家也成功开发了应用超顺磁氧化铁脂质体纳米粒进行肝癌诊断的技术,可以发现直径3mm以下的肝肿瘤,还能发现更小的肝转移癌病灶。目前不加造影剂的磁共振检查能发现直径1.0cm的肝癌病灶,因此该成果大大提高了肝癌早期诊断的敏感性。国家863资助课题“纳米复合包裹生物微系统制备、超声造影和控制释药”,研制了纳米包膜微米微泡超声造影剂与包裹药物和气体的微球,造影后对比效果明显增强,有利于疾病的早期诊断和鉴别诊断。目前利用磁性纳米分离癌细胞在动物实验上已获得成功。其方法是:在直径为50nm的Fe3O4纳米粒表面包覆聚苯乙烯,将特异抗体连接其上,此抗体全只与骨髓中的癌细胞结合。因此,利用磁性分离技术装置很容易将癌细胞从骨髓中分离出来,分离率达99.9%以上,其意义重大。肿瘤切除术后加放疗,为目前肿瘤治疗的一种方案,但放疗的同时也会使正常细胞受到伤害,尤其是杀伤骨髓细胞,从而产生造血功能障碍,因此在放疗前将骨髓抽出,并分离出肿瘤细胞,将极大的提高放疗的疗效。

二、在治疗技术方面的应用

纳米生物材料可以作为基因治疗药物携带材料或靶向材料。通过纳米材料的筛选、纳米粒径的控制及靶向物质的加载,可大大提高药物载体的靶向性,降低药物的毒副作用。用于研究的模型药物包括阿霉素(ADM)、米托蒽醌和单克隆抗体以及近年来迅速发展的反义药物。我们可将药物包埋在纳米粒内部,也可吸附或偶联在其表面,通过血管内注射纳米粒后,纳米粒主要被网状内皮系统吞噬,肝脏中有数目众多的网状内皮细胞,且位置固定,因此药物能在肝内聚集,然后逐步放入血液循环,使肝脏药物浓度增加,对其他脏器不良反应减少,对肝脏有被动靶向作用;当纳米粒足够小(100~150mm)便可逃过kupffer细胞的吞噬,可将其表面覆以特殊包被后,靠其连接的特异性抗体等物质定位于其他靶向器官发挥作用。

肿瘤基因治疗是近年来基因治疗和肿瘤治疗领域内研究的热点,肿瘤基因治疗的方法主要有:①肿瘤抑制基因疗法;②肿瘤免疫基因疗法;③“自杀”基因疗法;④耐药基因疗法;⑤其他基因疗法。尽管基因治疗在基础研究取得很多成绩,然而临床试验研究的结果尚不令人满意。造成这种现象的原因是多方面的。这些问题主要有:①肿瘤基因治疗缺乏靶向性;②基因转移载体的效率、安全性及容量等问题;③绝大多数治疗方案目的基因只有一个。传统的DNA传递系统分为病毒载体介导系统和非病毒载体介导系统。病毒性载体在体内、体外均有高效表达,但是病毒性载体具有抗原性,体内应用诱导免疫反应和炎症反应;而且病毒性载体有可能将外源性病毒基因插入人的基因组中,引起严重的毒副作用。非病毒性载体一般不会造成基因的永久表达、无抗原性、体内应用安全;组成明确,易大量制备,但传递效率低。研制具有高效转染、安全低毒和器官甚至肿瘤细胞特异性的基因载体已成为制约基因治疗药物发展的瓶颈。纳米技术的出现为解决基因转移载体提供了新的思路。采用纳米载体转运核苷酸有很多优越性:①有助于核苷酸高效率转染细胞;②能够靶向定位输送核苷酸;③能有效保护核苷酸,防止体内生物酶的降解;④无机纳米粒本身具有杀伤癌细胞的作用,且对正常细胞无损害。纳米生物材料亦可应用于制造各类组织的支架(如血管、气管、输尿管、韧带与肌腱),组织工程用支架材料,内固定件,骨组织缺损修复材料。卫生部纳米生物技术重点实验室与美国合作开发的具有自塑能力的可吸收注射型纳米骨浆,已在美国、中国等多个国家开展临床实验,疗效显著,该纳米骨浆具有高度生物相容性且无致热源性。

卫生部纳米生物技术重点实验室还与美国匹滋堡大学组织工程中心合作,已开始出骨组织工程纳米生物活性材料,该材料由氨基酸及其他无毒的生物活性物质构成(如:葡萄糖、甘油、胶原蛋白、聚二醇等),采用国际上称为“绿色化学”技术进行合成。并且材料中含有骨生长因子可促进新骨的生成及骨组织功能的恢复,从而缩短骨修复周期,增强再造骨的功能,提高再造骨的质量,而且可以修复大面积的骨缺损。同时在成骨过程中,纳米材料亦可作为填充物质和骨生长因子的载体起着桥梁的作用。伴随着新骨的生长,生物材料逐步降解,待新骨形成时,纳米材料将被组织安全吸收。该材料的下一步开发计划是使材料携带骨生长因子基因,纳米材料既作为填充物质,又是基因转染的载体。纳米机器人是几百个原子、分子组成的颗粒,尺寸只有几十个纳米,表面活性很大,可进入血管中。科学家设想将这些机器人放在血液、尿液和细胞介质中工作,例如可以专门清除血管壁上的沉积物、疏通脑血管中的血栓。

三、展望

纳米技术篇5

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。

2．1．3在焊剂制造中的应用。由于用烧结焊剂在烧结过程温度要求不高，且会使合金元素损耗较少，最重要的是烧结焊剂的成分简单比较容易控制，因此，和传统的熔炼焊剂相比，前者正代替后者成为焊接时的必备工具。但烧结焊剂的使用仍要耗费很多的能源，因为其烧结温度一般在400℃～1000℃之间，并且，焊剂中重要的组成部分，如碳酸锂达到了一定高温的条件下，会产生化学分解，使该焊剂性能减弱乃至失灵。与此不同，纳米材料各组成物，得益于纳米材料充足的活性，在烧结过程中用时更短，能耗更低，在低温情况下也可以烧结而不至于产生材料分解现象。

2．2在焊接结构中的应用

2．2．1改善接头组织不均匀性。不同焊接接头的性能差异，主要是由于热影响区、焊缝之间的微粒组织不均匀性引起的，解决方法通常是表面纳米化处理，这样就可以使内部组织均匀，使接头表面晶粒大小基本一致。通过高能喷丸纳米化技术的处理，表层原始组织的内部结构发生了改变，有截然不同的3个区域形成了等轴状纳米晶的形状，且微粒之间尺寸均匀。

2．2．2提高焊接接头的抗磨损性能，延长工件使用寿命。在焊接接头的表面，经纳米化处理的比不经纳米化处理的对比件材料硬度更大，晶粒更小。因此，经纳米化处理的工件更为耐磨，实际使用寿命更长。

2．2．3提高焊接接头疲劳寿命。运用纳米化处理，如超声速微粒轰击等表面机械加工处理，可以转化接头工件表层的残余拉伸应力，使之变为残余压应力，这样相比起未经该方法加工的工件裂纹发生率会减少，焊接接头的疲劳寿命得到延长。

2．2．4改善接头抗应力腐蚀性能。接头工件本身所具有的残余拉应力，会使接头更容易被腐蚀。但若经过米化处理，即会使晶粒比以前更细小，加之所产生的压应力协同作用，将会使接头抗腐蚀能力更强。但必须看到，当压应力超过一定限度，比如超过接头材料本身的屈服强度，就会产生不良后果，如发生塑性变形，进而在表层一些硬度较高的地方产生裂痕，这样就会使材料的抗腐蚀应力反而降低，应该特别注意。

2．3难焊材料中的应用原子的短程扩散途径和纳米结构也有关系，在纳米材料中我们会看见有很多界面，因此，保证了该种材料扩散时能保持较高的速度。相比于普通材料，纳米材料熔点低，明显更容易熔化，正因为这一点，一些在高温形成的稳定或介稳相可以存在于低温环境，也可以降低高熔点材料烧结温度。

2．4其他方面的应用纳米技术和材料在很多方面和领域都应用广泛，如纳米材料应用在元器件的制造上，能提高芯片的集成程度，使电子元件更小更便携；纳米材料应用在焊接设备，能使设备体积更小，容量更大；相比起其他材料，采用纳米材料加工而成的传感器，比普通传感器更加灵敏，精度更高更精密，能准确控制焊接参数，使焊接产品质量更好；尤其是采用纳米材料加工的导电嘴比普通导电嘴更耐磨，更耐腐蚀，被广泛应用在高强度焊丝的大电流焊接等众多工序和领域。

3结束语

作为21世纪的科技“三大支柱”之一，纳米材料和技术将越来越重视，在未来发挥出越来越大的作用，这已经成为人们的共识。但纳米材料和技术在焊接领域中的研究刚刚起步，有一些令人惊喜的发现，同时也有很多问题需要探究。随着科技的发展和进步，焊接技术人员将会更多地投入焊接纳米材料相关领域的研究，现在面临的问题将会逐步被解决，并开拓出新的产品和研究方向，使焊接技术水平大大提高，实现质的飞跃。

纳米技术篇6

2、家电：用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。

3、电子计算机和电子工业：可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。

4、环境保护：环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

5、纺织工业：在合成纤维树脂中添加纳米SiO2、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。

6、机械工业：采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。

纳米技术篇7

材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支http://柱。80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。新材料的出现以及材料科学技术的重大突破，都会引起科学技术的重大变革，都会加速社会发展的进程。纳米科技是上世纪末才逐步发展起来的新兴科学领域，它的迅猛发展将在21世纪促使几乎所有工业领域产生一场革命性的变化。纳米材料是未来社会发展极为重要的物质基础，许多科技新领域的突破都迫切需要纳米材料和纳米科技支撑，传统产业的技术提升也急需纳米材料和技术的支持。

1 纳米及纳米材料

纳米是物理上的长度单位，用nm表示。1m等于10亿nm。l纳米相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。长度单位主要有；光年、千米、米、分米、厘米、毫米、丝米、忽米、微米、纳米、埃。所以纳米是长度单位中非常小的单位。用肉眼是看不到这么小的长度，所以必须利用显微镜才能观察到。纳米是一个长度单位，本身并没有物理内涵。当物质颗粒大小达，到纳米尺度以后，大约是在lnm~100nm这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既不同于原来的原子、分子，也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。第一个真正认识判定它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，像铁钴合金，把它做成大约20nm~30nm大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1 000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

2 纳米材料的种类

纳米材料分为纳米颗粒和纳米固体，纳米颗粒（颗粒的尺寸，一般指直径不超过10nm最大不超过100nm）也称超微粒。纳米固体也称为纳米结构材料，由纳米颗粒凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维等统称为纳米固体。

3 纳米材料的制备方法

纳米材料的制备方法很多，一般有物理的、化学的、机械的方法等等。最常见的方法是在惰性气体环境中采用凝聚技术制备纳米材料。制作过程就是将金属原材料置于一个电加热的蒸发皿中，然后将蒸发皿放在充满惰性气体的密闭容器内加热蒸发。在蒸发皿的上部放置一个冷凝系统使得受热蒸发的金属原子（或原子簇）在冷凝器外壁沉积下来，蒸发、冷凝过程结束后，抽出惰性气体，在真空状态下，取下冷凝器上的金属微细颗粒。压制成块，便得到这种金属的纳米固体材料。纳米材料制备技术迫切需要解决的问题是如何提高制备的速度和率，降低成本，尽快使纳米材料的科学技术转化为生产力。

4 纳米材料的奇异特性

在纳米量级内，物质颗粒的尺度已经很接近原子的大小。材料的纯度越来越高，缺陷却越来越少。因而，纳米结构材料与普通结构材料相比，在力学、磁学、光学、声学、电学、热学等方面都有很大差异。第一，强度和硬度都有很大提高。例如，由纳米的铁晶体颗粒压制而成的铁纳米结构材料与普通钢铁材料相比，强度提高12倍，硬度提高超过100倍；第二，熔点降低。例如金的熔点为1 064℃，加工成10nm左右的粉末的熔点降到940℃，加工至2nm左右时，熔点降到327℃；第三，表面活性增强，具有很强的催化作用。因纳米材料是由众多尺度很小的纳米颗粒所制成。表面积显著增大，表面能也相应增加，同时随着颗粒尺度的藏小，颗粒表面的原子数占颗粒的总原子数的比例迅速增大。因此，纳米颗粒的表面活性大大增强，因而使材料具有很强的催化作用，例如：在火箭燃料中添加少量的镍纳米颗粒。可以成倍提高燃料的燃烧效率；第四，纳米颗粒对光有极强的吸收能力。例如，金属纳米颗粒对光的反射率很低，一般低于

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1%，所有的金属在纳米颗粒状态下都呈现为黑色。纳米颗粒尺寸越小，材料颜色越黑。第五，材料的磁学性能和电学性能与常规材料却有很大差别。很多在常规下导电的物质，当制成纳米材料时就不导电了，而不导电的物质在制成纳米材料后却能够导电。

5 纳米材料的神奇妙用

第一，纳米陶瓷发动机。一般材料制成的发动机所能承受的温度比较低，燃料因此不能充分燃烧，不仅效率低，造成能源的浪http://费，而且会污染环境。陶瓷材料所能经受的温度比金属高得多，因此纳米陶瓷发动机具有耐高温、效率高、燃料能充分燃烧、减少大气污染等优点；

第二，纳米传感器。可用纳米材料制成光传感器、可燃气体泄漏报警器、湿度传感器等等；

第三，可制成纳米微机械零件与微电子器件，从而使未来的计算机、卫星、电视、机器人等的体积变得越来越小；

第四，纳米催化剂。铜的纳米颗粒是冶金和石油化工中的优良催化剂，在制造高分子聚合物化学工业的反应中，铜的纳米颗粒催化剂有极高的活性和选择性；

第五，纳米光学材料。纳米材料具有普通光学材料不具备的光学特征。因而在现代的光学通讯中有着许多重要的应用。用纳米材料制成的光纤材料可能降低传输光信号的损耗；

第六，纳米机械—细菌大小的机器人。用纳米技术可以制成比细菌还小的机器人。这种机器人中的发动机，依靠人体细胞中一种叫做磷酸腺苷的物质分子所驱动，这种物质能够给细胞提供能量。可以用这种机器人来治疗心脑疾病；

纳米技术篇8

近年来， 纳米技术与纳米材料的发展日新月异， 其成果已经延伸到诸多军用和民用领域。在航空界，纳米技术和纳米材料更是找到了用武之地。微纳米飞行器、纳米增韧陶瓷/增韧玻璃、纳米增强复合材料、纳米飞机涂层…，这些纳米高新技术在飞机上的应用层出不穷。尤其值得注意的是，纳米材料在飞机表面蒙皮中的应用，很多方面已经取得重大突破。可以讲，纳米技术，已经为现代飞机披挂上了高科技的“衣裳”。

神奇的纳米“隐身衣”

隐身技术是为了减少飞机的雷达、红外线、光电、目视等观测特征而在设计中采用的专门技术，其目的是为了飞机在突防时不被敌方探测器发现，从而增强攻击的突然性，提高飞机的生存力和作战效能。作为一种方便、经济、极强适应性的飞机隐身途径，隐身技术已经在航空航天、军事装备上得到广泛应用。目前，最具挑战性的隐身技术是吸波涂料的开发与应用。吸波涂料按其功能又可分为雷达吸波涂料、红外吸波涂料、可见光吸波涂料、激光吸波涂料、声纳吸波涂料和多功能吸波涂料。由于雷达侦察是目前世界上用得最多、最有效的侦察手段之一，因此雷达吸波涂层自然也就成为一种重要的飞机隐身手段。

雷达吸波涂料对雷达发射的电磁波具有高吸收和低反射的特性。由于纳米材料的结构尺寸在纳米量级、物质的量子效应和表面效应等对材料性能有重要影响，因此在微波场的辐射下，原子、电子运动加剧，促使磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收性能。正是由于以上原因，和普通的吸波涂料相比，纳米吸波涂料具有更佳的雷达波高吸收和低反射特性。

现代战机的隐身表面涂料大都由纳米材料与有机涂料复合而成，它通过精细控制无机纳米粒子使其均匀分散在高聚物基体中，性能变得更加优异。当今，美国在飞机雷达吸波涂料隐身技术基础理论和实际应用研究方面居世界前列。以其第一代隐身战斗机F-117为例，该飞机机身表面包覆了红外与微波隐身材料，这种隐身材料中含有多种超微粒子，特别是纳米粒子，其对不同波段的电磁波表现出强烈的吸收能力，可有效逃避雷达不同波段的监视，这使得其在前些年的海湾战争和伊拉克战争中表现大放异彩。

坚韧的纳米“甲胄”

由于具有更高的比强度和比刚度，现代飞机中，复合材料得使用比例越来越多。实验表明，在复合材料的树脂中增加一定量的纳米材料，其强度有望显著提高。以美国波音公司最新研制的波音787飞机为例，其复合材料使用量已经达到了全机重量的50%以上，其中，包括大量的纳米复合材料。

F-35属于目前美国最为先进的第5代战机，由洛克希德·马丁公司制造。据悉，现在F-35战机在其机体的许多非承力结构上已经开始使用纳米复合材料，如翼尖整流罩等。和传统的飞机碳纤维增强复合材料有所不同，F-35使用的是一种纳米碳管增强的热固性环氧树脂的复合材料。这种纳米碳管增强复材被普遍认为是业已发现的强度最高的材料之一，其强度是碳纤维增强复材的数倍，而重量却比后者轻25%-30%。洛克希德·马丁公司的相关负责人表示，这种碳纳米管增强复合材料事实上也有望在飞机的承力结构中使用，如飞机的机身和机翼蒙皮等，目前之所以仅用作非承力构件，主要是出于材料认证考虑，而非技术本身。

最近，美国科学家还研究出一种用碳纳米管“装订”航空材料的技术。该技术可以在略微增加成本的情况下使飞机蒙皮强度提高到原来的10倍。目前，碳复合材料已经广泛用于航空和航天工业。在这类复材中，碳纤维层之间是用聚合物“粘胶”接合的。这类聚合物可能发生撕裂，进而导致碳复合材料解体。为了解决这一问题，美国麻省理工学院科学家在研究过程中使碳纳米管与碳纤维层垂直排列，然后对碳纤维层之间的聚合物进行加热，液化后的聚合物会将碳纳米管吸收进去，从而起到“装订”碳纤维层的作用。碳纳米管直径只有几十纳米，是碳纤维直径的千分之一，所以不会破坏碳纤维，而是填充纤维之间的空隙，使材料变得更坚固。据介绍，用于“装订”的碳纳米管重量只占复合材料总重的1%，复合材料的成本仅增加百分之几，但强度却会大大增加。

最后，需要说明的是，除了强度高以外，上述用碳纳米管强化过的航空复合材料通常还具有更佳的导电性，这意味着该材料制造的飞机蒙皮可以更好地抵抗雷电的袭击和损坏。

省油又环保的“纳米装”

近来，欧盟颁布了“对所有入境的航空公司征收航空碳排放税”的法案。这一法案一颁布，便立刻招来许多航空公司的抵制。尽管如此，该法案环保减排的理念仍然得到了一些航空公司的积极回应。

据英国《每日邮报》报道，为进一步削减燃料开支，降低成本，近日欧洲易捷航空公司宣布将在其部分飞机上对一种新型纳米涂层进行实验，以确定这种涂层在降低油耗方面的作用。据该公司的技术人员介绍，这种纳米涂层既轻又薄，可在最大程度上减少飞机自重的增加。该涂层的自身重量几乎可以忽略不计，因为一架中型客机喷涂这种涂料后，机身增加的重量仅为100来克，而其厚度比人类头发的平均直径还要薄100倍。

研究人员称，这种超微薄膜技术将使机身更符合空气动力学的要求，更光滑表面能大幅降低飞机飞行时机身与空气的摩擦阻力，从而起到减少燃油费用的目的，并为航空公司提供了更大的机票折扣空间。其作用就如同用涂料将凹凸不平的水泥墙壁涂平一样，这种涂层能将机身上用显微镜才能观察到的细微凹陷和突起“抹平”。经过这种技术处理的机身表面将比先前更光滑，气动性能更好，从而起到降低油耗的目的。

事实上，上述易捷航空公司飞机涂装过程的原理和年轻女性化妆类似。首先要对机身表面进行一次彻底的清洗，以清除位于机身表面甚至肉眼不可见的凹陷中的污垢，然后向机身施加正电荷，这样带有负电荷的超薄纳米涂层就能与机身紧密结合在一起，像粉底一样使整个机身表面光洁、平整、毫无瑕疵。此外，由于涂层中含有强度高、耐久性强的丙烯酸元素，同时这种涂层也具有较好的强度，于是，就在机身表面形成了一道保护屏障，防止污垢和杂物渗入。研究人员声称，这种新涂层能有效将每次飞行的燃油消耗减少1%-2%，因而每年将至少为航空公司减少2 000万英镑的运营成本。

目前，易捷航空公司已有8架飞机涂装这种涂层，并以12个月为试验期，通过与其他未喷涂该涂层的飞机进行对比来验证这种技术的效果。如果该技术节能效果获得确认，易捷航空公司就会将这种涂层应用到其所有的飞机上。

防晒防腐的纳米“护肤霜”

夏天，一些年轻女性会经常在肌肤上涂抹防晒霜，以达到抗紫外、防晒、抗皮肤老化的目的。最近，类似的“护肤”技术也被移植到了飞机上。

众所周知，由于日晒、雨淋等环境因素，大量使用涂料涂装的飞机蒙皮涂层会在几年时间内出现粉化、脱落的现象，进而导致飞机蒙皮局部腐蚀、受损，这不仅使飞机安全性下降，同时也增加了维护保养的时间和费用，大大降低了使用效率。

为了解决这一问题，近来，中科院沈阳金属所的科学家们开展了一项纳米复合涂层新技术。他们首先针对三亚、拉萨、沈阳等地的典型环境，深入研究了纳米粉体材料对涂层耐蚀性和耐老化性的作用机理，进而掌握了沿海高温、高湿、强日照环境下飞机防护的纳米复合涂层技术。目前，此项技术已成功用于多种大型运输机。实践表明，经过2年多的使用，所有使用该纳米防腐涂层的飞机表面均情况良好，未发现腐蚀或老化失效的现象，其防腐抗老化性能明显优于早先机体涂层的防护效果。

不沾水防结冰的纳米“袍”

飞机机翼前缘、风挡、发动机进气道口、空速管、操纵面等部位的结冰是一个不容忽视的问题。轻则影响飞机的性能，重则甚至会带来机毁人亡的事故。为此，大多飞机都安装有专门的防冰除冰设备。

最近，美国哈佛大学的研究人员开发出了一种纳米涂层，在低温下能使滴溅在其表面的水滴来不及结冰就滑落。该技术有望实现永不结冰的飞机机翼和机身。与目前在除冰融雪中所采用的化学及加热方法相比，该技术效率更高也更为环保。

那么，这种飞机表面涂层为什么会不沾水，不结冰呢？其实，其中的奥秘和荷叶表面不沾水十分相似。研究表明，荷叶的表面由无数个微米量级的凸起构成，而每个凸起的表面又布满了直径为数百纳米的毛刺。正是这种特殊的表面微纳结构，使得荷叶的表面不沾水，即具备了良好的疏水特性。