纳米技术的发展

　　1前言纳米技术是一门高新技术，它对21世纪材料科学和微型器件技术的发展具有重要影响。纳米技术涉及的范围很广，纳米材料只是其中的一部分，但它却是纳米技术发展的基础。纳米技术的发展归因于纳米材料的特殊性质，人们利用这些性质将纳米技术应用到了塑料等诸多领域。

　　2纳米材料的特性2.1表面效应球形粒子的表橡胶注射成型机面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。因此随着粒子直径变小，比表面积将会显著增大，这说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。

　　纳米粒子的表面具有很高的活性，在空气中金属粒子会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。

　　2.2小尺寸效应随着粒子尺寸的量变，在一定条件下会引起粒子性质的质变。由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对纳米粒子而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。

　　2.2.1光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在纳米粒子状态都呈现为黑色。因此，金属纳米粒子对光的反射率很低，通常可低于l%，大约几微米的厚度就能完全消光。

　　2.2.2热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当粒子小于10nm量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064e，当粒子尺寸减小到10nm尺寸时，则降低27e，2nm尺寸时的熔点仅为327e左右；银的常规熔点为670e，而超微银粒子的熔点可低于100e.因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具高质量。日本川崎制铁公司采用0.11Lm的铜、镍纳米粒子制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。纳米粒子熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨粒子中附加0.1%0.5%重量比的超微镍粒子后，可使烧结温低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。

　　2.2.3磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性粒子，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性纳米粒子实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。利用超顺磁性，人们已将磁性纳米粒子制成用途广泛的磁性液体。

　　2.2.4力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬35倍。至于金属一陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。

　　2.3宏观量子隧道效应各种元素的原子具有特定的光谱线，如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释，由无数的原子构成固体时，单独原子的能级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续的，从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别，对介于原子、分子与大块固体之间的纳米粒子而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随粒子尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在纳米粒子时可以变成绝缘体，磁矩的大小和粒子中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对纳米粒子在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。

　　电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如微粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。

　　3纳米技术在塑料中的应用3.1纳米尼龙-6尼龙-6是工程塑料常用品种之一。其吸水率高，在较强外力和加热条件下，刚性和耐热性不佳，制品的稳定性和电性能较差，在许多领域的应用受到限制。中科院化学研究所天然蒙脱土作为无机分散相，发明了一步法制备纳米尼龙6，现已获得我国家发明专利。纳米尼龙-6与普通尼龙-6相比具有高强度、高模量、高耐热性、低吸湿性、尺寸稳定性好、阻隔性能好等特点，性能超过普通尼龙6，并且具有良好的加工性能。纳米尼龙6与普通玻璃纤维增强和矿物增强尼龙6相比，比重低、耐磨性好。纳米尼龙6还可制备玻璃纤维增强和普通矿物增强等改性纳米尼龙6，其性能更加优异。

　　3.2纳米聚对苯二甲酸乙二酯由于聚对苯二甲酸乙二酯（PET）目前在应用方面存在三大制约因素：（1）熔体强度差；（2）结晶速度较慢；（3）尺寸稳定性差，因而不能满足工业上快速注塑成型的需要。有鉴于此，世界上各大公司纷纷致力于开发快速结晶助剂，并在此基础上推出了各自的商品化PET工程塑料产品，较为主要的有美国GE公司、德国BASF公司、日本三菱公司等系列玻纤/矿物增强PET工程塑料。

　　这些产品都具有较高的结晶速率，但在加工过程中加入的成核剂价格昂贵，成为制约其大规模应用的一个瓶颈。目前中国科学院化学研究所开发出了聚对苯二甲酸乙二酯/蒙脱土纳米材料。另外，他们还开发了增强型阻燃纳米聚对苯二甲酸乙二酯。

　　3.3超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料超高分子量聚乙烯的耐磨、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、抗冲击性能为现有塑料中最好的，但由于其粘度极高，成型加工困难。目前中国科学院化学研究所研制成功的超高分子量聚乙烯/粘土纳米复合材料解决了超高分子量聚乙烯在加工中的难题，用普通挤出成型方法可连续生产管材和异型材。

　　孙永成等：纳米技术及其在塑料中的应用3.4聚乙烯纳米合金系列材料聚乙烯纳米合金系列材料具有优良的耐磨、耐腐蚀、高强度、无毒性能。用聚乙烯纳米合金系列材料生产的制品易于运输、安装、保养，并具有优良的抗震性能，性能价格比优于铁管、铝管、铝塑管，是理想的各种口径给水管、煤气管道、工业液体输送管道、河湖疏通排泥管道、粮食以及粉煤灰和矿沙输送管道的制备材料。

　　4结语由于纳米粒子的特殊性质赋予了其众多的用途，它在塑料中的应用只是其中的一部分，人们正在利用纳米粒子的性质进一步拓展其应用，相信纳米技术必将成为21世纪的重要技术应用在更多领域中。

　　聚醚中间体及成品其性质在常温下为粘稠状，高粘度管线进行伴热及保温的同时也要配有氮气吹扫管线，保证在停车时管路内无剩余物料。