未来纳米材料的发展方向

未来纳米材料的发展方向
纳米科学与技术
（1）研究方向：研究物质在纳米尺度上表现出的物理、化学和生物特性，单分子的特性和相互作用，为以原子、分子为起点，设计和构筑新的纳米结构、材料和器件，提供科学基础和理论准备。加强对纳米结构新的测试和表征方法的研究和探索，加深对纳米科技理论和方法的理解。
（2）应用方向，纳米技术的发展有5个主要方向：
　　以纳米材料（颗粒、C60、碳纳米管）为代表的方向；以从微电子向纳电子转化为代表的方向；以微光、机、电集成系统向纳光、机、电集成系统为代表的方向（MEMS――NEMS）；以纳米生物学、系统为代表的方向；以纳米物理化学性质、制备、表征等为代表的方向。
（3）纳米技术在纺织领域的应用：
　　目前，纳米技术在纺织方面的应用主要表现在纳米复合纤维及纳米技术在纺织后整理等方面。
　　①纳米复合纤维：化学纤维中加入纳米级添加剂，可以制造出新一代功能性更强的、不同用途的优良复合化学纤维。这种方法的技术难度比直接制造纳米纤维的难度要低，是近期内纳米技术在纺织领域中应用的主导方向。结合当前的实际情况，应考虑发展以下几类纤维：
　　●抗紫外纤维
　　纳米TiO2和纳米ZnO等陶瓷粉，由于小尺寸效应，对光的吸收性很强。以它们为无机紫外线屏蔽剂制成的抗紫外线型纤维或织物，不仅可全面抵御UV-A、UV-B对人体皮肤的伤害，而且还能反射可见光和红外线，具有遮热功能，以此类纤维制成的织物，便于印染整理，手感柔软，透气凉爽，服用性好。目前从国内外研制生产的品种来看，涉及到涤纶、维纶、腈纶、锦纶、丙纶和粘胶纤维等。
　　●抗菌、抑菌和除臭纤维
　　纳米级TiO2和ZnO等光催化无机抗菌剂可应用于超细纤维等特殊场合，是前景广阔的新型抗菌材料。它们可作为添加剂加到涤纶、丙纶、锦纶、腈纶、粘胶等化纤中，赋予各类纤维及其织物抗菌、抑菌、除臭功能，从而起到保健和美学作用，所制成的纤维不仅具有疏水导湿性、快干性、抗污性、密度小和手感柔软等特点，且抗菌性能持久。
　　●导电纤维
　　将二氧化锡和氧化锌等白色纳米粉体与纤维高聚物混合纺丝或通过吸附法及浸渍化学反应使其覆盖于纤维表面上，制成白色导电纤维，可用来制作防护服、工作服和装饰性导电材料。
　　●远红外纤维
　　此类纤维可以吸收太阳光和人体辐射的远红外线，也可以发射出波长和功率与其温度相适应的远红外线，因而使织物具有更好的保暖效果；它还能吸引人体自身向外散发的热量，并再向人体反射易吸收的远红外线。同时，由于特殊的物理效能人体生理发生变化，还能达到保健和抑菌的作用。远红外纤维除了具有反射功能外，还****************有抗可见光、近红外线和抗紫外线的功能，可用来制作夏日服装、野外工作服、遮阳伞及装饰用布等，孕育着十分广阔的市场。
　　●空气负离子纤维
　　奇冰石纳米复合粉是将多种天然矿石进行深度加工，并添加纳米TiO2等纳米粉体制成的性能奇特的超细粉体。添加了奇冰石的丙纶、涤纶纤维，可以产生空气负离子，发射远红外电磁波，还可以释放人体需要的微量元素，因此可制作保健服、内衣、室内装饰布、窗帘、家用纺织品、汽车装饰布等。它还可以为人体随时补充所需要的微量元素，实现了医药工程和纺织工程的完美结合，易被广大消费者接受，具有较大的市场潜力。
　　●高强高模量纤维
　　纳米碳管的强度极高，弹性模量也很高，甚至可以弯曲后再弹回，可用于制备高强高弹性纤维。另外，粘土与聚合物的复合能够大大提高材料的强度和模量，北京服装学院利用纳米粘土的这种功能，与聚酰胺插层聚合开发尼龙纳米功能纤维，使纤维的强度和模量有很大的提高，尤其是模量，可以提高2倍，但纤维的纺丝性能没有明显的改变。
　　除了上述功能纤维以外，采用纳米粉体对纤维进行改性，还可以开发多种功能纤维，如变色纤维、耐热纤维、芳香纤维、磁性纤维、储能纤维、发光纤维、阻燃纤维、吸水吸湿纤维、防水拒油纤维等。
　　②纳米技术在织物后整理中的应用
　　●直接涂层法获得功能性涂层
　　先将纳米微粒直接加入到织物整理剂中，使其均匀分散，然后使织物通过包含纳米微粒的整理液，在粘合剂作用下直接涂覆在织物表面，形成功能性涂层。
　　●接枝技术法获得功能性涂层
　　对于某些涂层牢度不够、功能性不持久的情况，可采用接枝技术。具体可采用两条技术路线：一是将对纳米材料有很强的配位能力的有机化合物接枝到棉纤维上，制成简单的有机分子模板，再将纳米团簇组装到纤维上；二是在制备纳米微粒时，用可接枝到纤维上的化合物作为捕获剂，使纳米微粒通过捕获剂进行表面修饰形成"团簇"，再把"团簇"接枝到纤维上。
　　（4）纳米改性涂料
　　实验研究表明，在各类涂料中添加纳米材料，如纳米TiO2，可以制造出杀菌、防污、除臭、自洁的抗菌防污涂料，广泛应用于医院和家庭内墙涂饰；防紫外线涂料，用于生产防紫外线阳伞；吸波隐身涂料，用于隐形飞机、隐形军舰等国防工业领域及其他需要电磁波屏蔽场所的涂敷。在涂料中添加纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍提高，涂料的质量和档次大大升级。纳米二氧化钛超亲水性和超亲油性的开发应用将为涂层材料带来革命，使表面具有自清洁功效，防污、防雾、易洗、易干。纳米材料改性外墙涂料的耐洗刷性可由原来的1000多次提高到1万多次，老化时间延长2倍多，利用纳米材料的光学性能改性后的颜料色彩艳丽、保持持久且极易分散。
　　（5）纳米稀土
　　纳米稀土是目前国内纳米材料发展的热点之一。目前正在重点开发纺织纤维用纳米稀土材料、PDP\\LED用稀土发光材料、稀土荧光粉和高性能稀土合金。
　　纳米稀土的主要应用方向为汽车尾气催化剂（如纳米CeO2）、纺织纤维添加剂、高性能稀土发光材料、陶瓷及涂层等。
　　（6）纳米陶瓷
　　氧化钇锆是一种应用广泛的陶瓷材料，用纳米氧化钇和氧化锆能在较低温度下烧结成氧化锆陶瓷，具有很高的强度和韧性，可用作刀具和耐磨零件，也可制成陶瓷发动机部件。此外，稀土氧化物等纳米材料可以掺入普通陶瓷粉，喷涂在陶瓷基体上形成无机陶瓷腊（膜），代替聚四氟乙烯有机膜，做成耐热、无铅、不粘的日用陶瓷炊具。