納米材料的功能特性及其應用探討

沈琳

(燕山大學里仁學院，河北 秦皇島 066004）

0 引言

納米材料是新世紀的最新科研成果，這一技術不僅具有著較快的發展速度，同時也得到了社會各個領域的廣泛應用，并為高新技術產業以及傳統產業的發展發揮著重要的推動作用。因此，重視對納米材料所具有的功能特性及其應用做出分析和探討，對于認識納米材料和推動納米材料價值的進一步開發都具有著重要意義。

1 納米材料的功能特性

1.1 表面效應

納米材料的表面原子和總原子數的比值會隨著直徑的變小而增大所引起的納米性質的變化成為表面效應。根據研究表明，隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著的增加。

納米材料是新世紀的新材料，人們對納米材料的關注度越來越高，作為新世紀的新材料，納米材料它自己獨特的優勢。例如粒子直徑下降至1 nm時，表面原子所占的比例為25，粒子表面聚集了全部原子。納米材料的這種特殊的功能特性使得納米材料獲得的關注度也越來越高。

1.2 體積效應

當微粒的尺寸降到一定數值以后，例如納米等級納米材料的體積特別特別小，這樣就造成了納米材料中所含的原子就特別的少。

因此，許多現象如果和界面有關的吸附、催化等物理現象，就不能通過普通的材料所有的無限原子個數通過，這樣納米材料的特殊功能特性就體現出來了，而這種特性就成為體積效應。而納米材料的特殊功能特性中的體積效應就是納米材料以后發展特別重要的一個原因所在。

1.3 量子尺寸效應

通俗來說，納米材料的量子尺寸效應說的是，當納米材料中的微粒尺寸下降到一定數值的時候，納米材料的數量能力就會發生改變，會變成跟以前不一樣的材料能級，就是我們通常所說的離散能級。

納米材料特殊功能特性中的量子尺寸效應使得納米材料表現出不同于其他材料的功能特性。例如人們應用越來越廣泛的特異性催化效應和強氧化性和強還原性等等，這些都是納米材料不同于其他普通材料所表現的特性所在。

1.4 宏觀量子隧道效應

量子隧道效應建立在量子力學粒子具備波粒二象性的基礎之上，主要用來解釋粒子為什么能夠對具有較高能量的勢壘進行穿越， 這是一種微觀現象 。 近年來，在研究中發現，微顆粒的磁化強度和量子相干器的磁通量等宏觀量也具有隧道效應 ，這種效應極為宏觀量子隧道效應。從這一效應所具有的研究意義來看，主要能夠在推動微電子學器件發展方面發揮出重要的推動作用。

由此可見，納米材料具有著獨特的化學性質與物理性質，而這些特性的特殊性也決定了納米材料能夠為新材料甚至新工藝的研發和制造提供一條新的思路。由于納米材料研究具有著多領域交叉的特點，因此，不同的學科對納米材料研究具有著不同的稱謂，如材料學、晶體學與原子分子物理學分別稱納米材料為超微顆粒、微晶、團簇等，但是需要承認的是，無論是怎樣的稱呼，納米材料都將在各個領域有所作為，尤其是能夠在化工、醫學、生物工程等領域中大放異彩。

2 納米材料的應用探析

在納米技術飛速發展的同時，納米材料所具有的優越性也得到了社會各個領域的廣泛關注，因此，當前包括化工、電子、醫學、生物工程等領域都已經將納米技術與納米材料應用到本學科領域的研究中，而納米技術和納米材料也憑借自身獨特的生物學性能和化學性能等為高科技領域的發展做出了不容忽視的貢獻，并為傳統行業重新帶來了活力與生機。

2.1 納米材料在工業行業中的應用

隨著改革開放的深化，社會大眾生活水平越來越高，工業發展水平也越來越快，而在人們生活需求提升對工業發展所提出的需求推動下，納米材料在工業生活中的應用也越來越廣泛。如許多工業行業尤其是化學工業行業，對催化劑的使用越來越廣泛，催化劑不可以改變化學反應的平衡點，但是催化劑可以控制化學反應的時間，提高化學反應的反應效率和化學反應的反應速度等。正是這些優點使得納米材料在工業行業，尤其是在化學工業行業的應用越來越廣泛。納米材料作為化學反應的催化劑，就可以看到其不同于普通材料的優點所在，例如表面積大、催化效率高等，這些都是納米材料所特有的。

2.2 納米材料在醫學行業中的應用

與國際接軌以及中國醫學突飛猛進的發展，使得納米材料在醫學領域中的應用越來越廣泛，這讓醫學發展邁上一個新的臺階，同時也使得很多醫學難題突破了瓶頸，因此，納米技術在醫學領域中的應用得到了廣泛的認可。在醫學領域對納米材料的具體應用中，納米材料的直徑比很多普通材料的直徑小，這讓納米能夠可以進入人體修復人體的受損部位，也可以利用細胞分離、細胞染色體以及直接進入人體等多種途徑進行研制開發的納米材料。因此，當前納米在醫學領域中的應用越來越廣泛，為人類的健康發展做出了不可磨滅的功能。

2.3 納米材料在電子行業中的應用

隨著科技的發展，電子產品的競爭也越來越激烈，這樣就導致電子產品要去適應市場，贏得消費者的認可，而這要求電子產品必須要有自己獨特的優勢，從而凸顯出自身的核心競爭力。納米材料在電子行業的應用恰恰滿足了很多廠家的需求。納米電子學，就是納米材料在電子行業中的應用。首先人們要明白什么是納米材料的量子效應，這樣才能更好地使納米材料應用于電子行業中。

2.4 納米材料在環境保護領域中的應用

人們對生活質量的要求越來越高，而環境是重中之重，我們每個人的生活環境與我們自己的生活質量密切相關，而納米材料則能夠發揮出優化環境的功能。在紫外線作用下，納米能夠有效降解多種有機化合物，并能夠使許多不好處理的污染物質礦化。因此，納米材料能夠在降解生活垃圾、降解水中的有害物質等環保領域方面大有作為。

3 小結

納米材料是一種新功能材料，其研究和開發都不成熟，面臨很多問題。隨著社會的發展，人們對于新技術的需求越來越高，對于產品的要求也越來越高。納米材料的出現滿足了人們的需求。如何充分利用納米材料，是現在工作中急需解決的問題，所以我們必須充分認識到納米材料的優越性，才能更好地發揮它的真正價值。

[1]徐銳華，古國榜，吳志峰，等. 納米催化講解有機磷農藥的研究與土壤環境. 2001，10(3)：173～175.

[2]方佑齡，趙文寬，張國華，等. 用浸涂法制備漂浮負載TiO2薄膜光催化講解辛烷.

[3]周文富，黃河寧. TiO2/SiO2漂浮固定床多孔材料光催化氧化活性研究[J]. 工業催化，2001，9(1)：40～44.