時(shí)間：2023-07-16 08:24:09
序論：在您撰寫納米化學(xué)分析時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
關(guān)鍵詞：納米通道； ； 單分子檢測(cè)； DNA測(cè)序； 綜述
1引言
自20世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著光學(xué)、微機(jī)電加工（MEMS）、納米科技等的飛速進(jìn)展，已經(jīng)發(fā)展了一些可以使工作者在單分子水平上探索生命體系的新工具。它們主要包括原子力顯微鏡（AFM）、基于熒光的技術(shù)、光磁鑷等，這些技術(shù)已經(jīng)可以使人們探討生命體系的結(jié)構(gòu)與功能。結(jié)合傳統(tǒng)的分析技術(shù)（例如，X射線晶體學(xué)、NMR與凝膠電泳等），單分子技術(shù)已經(jīng)在探索神秘的生命體系及其過程中（例如，DNA的復(fù)制、ATP的合成、不同物質(zhì)穿越細(xì)胞等）展現(xiàn)了曙光[1]。
生物體內(nèi)存在各種各樣的及納米通道，它們是連接內(nèi)部與外部并進(jìn)行能量、物質(zhì)交換的途徑[2]?？茖W(xué)家們受細(xì)胞膜上離子通道的啟發(fā)制備了多種人工體系，例如蛋白與人工固態(tài)等， 不僅促進(jìn)了新型生物傳感器、納流控裝置、分子過濾設(shè)備、單分子檢測(cè)等方面的快速發(fā)展，而且極大地加快了第三代DNA測(cè)序研究的進(jìn)步[3]。目前主要是從這些裝置的形狀上區(qū)分和納米通道：被簡(jiǎn)單定義為直徑在1～100 nm之間，且直徑（d）≥其深度（l）的孔；如果孔的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其直徑，則稱這種結(jié)構(gòu)為納米通道。目前已構(gòu)建的納米尺度裝置包括生物（通道）（由各類蛋白質(zhì)分子鑲在磷脂膜上組成）、固態(tài)（通道）（包括各種硅基材料、SiNx、碳納米管、石墨烯、玻璃納米管等）及上述兩類相結(jié)合的雜化（通道）?；谶@些納米尺度裝置的，均將其簡(jiǎn)稱為（Nanopore analytical chemistry）或分析學(xué)（Nanopore analytics）或?qū)W（Nanoporetics）。基于的傳感技術(shù)可能是最年輕的單分子技術(shù)，該技術(shù)無(wú)需標(biāo)記、無(wú)需放大[4]。2簡(jiǎn)介
在的發(fā)展歷程中，有幾項(xiàng)工作是至關(guān)重要的。Coulter于20世紀(jì)40年代末提出了基于孔（Porebased）傳感的概念，并發(fā)明了庫(kù)爾特粒度儀（Coulter counter）[5]。庫(kù)爾特粒度儀的測(cè)量原理相對(duì)簡(jiǎn)單（見圖1a），將一個(gè)帶有小孔（_SymbolmA@_m～mm）的絕緣膜分開兩個(gè)電解質(zhì)槽，分別插入兩根電極后測(cè)量離子通過小孔時(shí)電導(dǎo)（電流）的變化。Coulter的發(fā)明不僅能夠測(cè)定小的粒子，更重要的是可以對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分篩和計(jì)數(shù)，是歷史上為數(shù)不多的、對(duì)于臨床診斷與檢測(cè)具有革命性意義的發(fā)明。
另外，1976年Neher和Sakamann采用微米玻璃管所發(fā)明的膜片鉗技術(shù)，測(cè)量膜電勢(shì)、研究膜蛋白及離子通道，對(duì)于研究進(jìn)程具有重要的意義，兩人于1991年獲得生理與醫(yī)學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)[6]。1977年Deblois和Bean采用徑跡蝕刻法使庫(kù)爾特粒度儀的孔徑縮小到亞微米，這樣可以檢測(cè)納米顆粒與病毒[7]。對(duì)于基于孔傳感概念的真正的第是1996年Kasianowicz等[8]采用從金黃色葡萄球菌分泌得到的崛苧兀ㄡHemolysin）鑲嵌于磷脂膜上，用于檢測(cè)單鏈DNA（ssDNA）（圖1b）。他們不僅將孔徑從m（mm）降到nm級(jí)，而且將分析對(duì)象從細(xì)胞擴(kuò)展到離子與生物分子。另外，還引入了一個(gè)與化學(xué)緊密相關(guān)的問題 ―― 納米尺度界面問題（所有分析物與或通道均有相互作用），突顯了化學(xué)的重要性。該工作不僅宣布了學(xué)（）的誕生，更重要的是它提供了快速、廉價(jià)DNA測(cè)序的可能性，使的研究得到了各國(guó)政府、各大公司及學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注與投入。2001年， 物理學(xué)家們也加入到的研究中，Golovchenko等[9]采用離子束在SiN薄膜上制備固態(tài)孔。其優(yōu)點(diǎn)顯而易見，主要是經(jīng)久耐用，易于集成化。近年來(lái)將生物與固態(tài)孔相結(jié)合，形成了雜化孔，有望結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)[10]；另外，還將玻璃納米管[11，12]，單層石墨烯用來(lái)制備[13]。的研究是典型的交叉學(xué)科研究，目前朝氣蓬勃、方興未艾[14，15]。圖2列出了一些目前研究中采用的。
區(qū)域和放大器電容噪聲大于40 kHz的區(qū)域。首先討論1f區(qū)域，當(dāng)無(wú)外加電壓時(shí)噪聲是平的，主要是由熱擾動(dòng)引起的；當(dāng)有外加電壓時(shí)噪聲與頻率的負(fù)二次方成正比。另外，1f的斜率值與離子穿越的流量有關(guān)。第二區(qū)域是高頻區(qū)域，隨著頻率的增加，噪音增高。在該區(qū)域，膜電容主導(dǎo)電流噪音平方譜，隨著測(cè)量頻率帶寬的增大，噪音增強(qiáng)。通常采用模擬或數(shù)字低通濾波器來(lái)減少高頻帶寬所引起的噪音，但同時(shí)，測(cè)量的時(shí)間分辨率將會(huì)受到較大影響，也會(huì)影響測(cè)量信號(hào)及掩蔽分子穿越的一些重要特性，特別是掩蔽DNA測(cè)序中的結(jié)構(gòu)信息及單堿基分辨率。近年來(lái)，大量的工作在于改進(jìn)分子穿越的信號(hào)質(zhì)量，例如，通過改進(jìn)支撐膜的物質(zhì)的介電性質(zhì)，優(yōu)化屏蔽效果可以減小膜電容；優(yōu)化的設(shè)計(jì)、選擇適當(dāng)?shù)闹С蛛娊赓|(zhì)和控制外加電壓等均可改進(jìn)測(cè)量信號(hào)。更加詳細(xì)的有關(guān)噪音的工作可參考近期的一些工作及綜述[16～19]。
關(guān)鍵詞：分析化學(xué)；綜合實(shí)驗(yàn)；納米材料；修飾電極；甲基對(duì)硫磷
中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2012）03-0055-02
一、引言
開設(shè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的，是通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，使學(xué)生能完成一項(xiàng)完整的研究工作，了解科學(xué)研究的基本過程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和操作技能，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力，該課程日益受到重視，各高校相繼開設(shè)綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。但在化學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中仍然存在許多問題，如綜合實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)條件的匹配性、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)生專業(yè)的匹配性、實(shí)驗(yàn)考核辦法的科學(xué)合理性、激勵(lì)機(jī)制的完善性等。同時(shí)，化學(xué)綜合性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容涉及學(xué)科交叉、與相關(guān)科研課題結(jié)合、與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際問題相結(jié)合，因此，化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)及考核機(jī)制的開發(fā)是一項(xiàng)復(fù)雜的長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，需要廣大教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的不懈努力，在實(shí)驗(yàn)過程中要以學(xué)生為本，采取多種措施，不斷探索和實(shí)踐，共同推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，使綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在提高教學(xué)質(zhì)量和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)方面發(fā)揮應(yīng)有的作用。本綜合實(shí)驗(yàn)以納米功能材料修飾電極為基礎(chǔ)，以有機(jī)磷農(nóng)藥――甲基對(duì)硫磷的高靈敏檢測(cè)為研究目標(biāo)，集納米材料制備、表征，納米材料修飾電極的制備，電化學(xué)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化及實(shí)際樣品分析以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià)于一體，著重培養(yǎng)了學(xué)生文獻(xiàn)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、結(jié)果討論、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述及科研創(chuàng)新思維，為培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才提供可行性途徑。
二、綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。①了解納米氧化鋯的制備及表征方法；②掌握碳糊修飾電極的制備方法；③了解電分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理；④熟悉電化學(xué)工作站的使用。
2.實(shí)驗(yàn)原理。金屬納米氧化物，有小尺寸效應(yīng)、高比表面效應(yīng)、超導(dǎo)性、高化學(xué)活性等優(yōu)越性能，在電化學(xué)、光學(xué)材料、發(fā)光材料、磁性材料、電池材料及催化劑等高科技領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。在碳糊中摻雜適量納米材料，可以制得化學(xué)修飾碳糊電極。該類納米材料修飾碳糊電極，不僅繼承碳糊電極無(wú)毒、制作簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、電位窗口寬、殘余電流小的優(yōu)點(diǎn)，且在靈敏度上較碳糊電極有進(jìn)一步的提高。甲基對(duì)硫磷（O，O-二甲基-O-（4-硝基苯基）硫代磷酸酯）是一種高毒有機(jī)磷類農(nóng)藥，能抑制膽堿酯酶活性，造成神經(jīng)生理功能紊亂，因此食品及環(huán)境樣品中甲基對(duì)硫磷的檢測(cè)至關(guān)重要。甲基對(duì)硫磷的苯硝基官能團(tuán)具有電化學(xué)活性，在電極表面能發(fā)生如下反應(yīng)：
在磷酸鹽緩沖溶液中，甲基對(duì)硫磷在納米氧化鋯修飾碳糊電極上于-0.8~+0.4V（vs.SCE）范圍內(nèi)掃描，產(chǎn)生一個(gè)靈敏的不可逆氧化峰和一對(duì)準(zhǔn)可逆的氧化-還原峰，不可逆氧化峰峰電流與甲基對(duì)硫磷的濃度呈線性關(guān)系。該方法取樣量少、體系簡(jiǎn)單、靈敏度高，可用于樣品中對(duì)硫磷含量測(cè)定。
3.主要試劑和儀器。①試劑。氯化氧鋯（分析純），十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，分析純），NaOH（分析純），石墨粉（光譜純），石蠟油，KH2PO4，Na2HPO4，甲基對(duì)硫磷（分析純）。②儀器。水浴鍋，馬福爐，瑪瑙研缽，聚四氟乙烯電極管，飽和甘汞電極，鉑絲電極，磁力攪拌器，超聲波清洗器，分析天平，臺(tái)式離心機(jī)，電化學(xué)工作站，透射電子顯微鏡，x-射線衍射儀。
4.實(shí)驗(yàn)步驟。①納米氧化鋯的制備。稱取2.72 gCTAB和4.83gZrOCl2?8H2O，分別溶于一定量的蒸餾水中，在攪拌條件下將ZrOCl2?8H2O溶液加入到CTAB溶液中。30min后，劇烈攪拌條件下逐滴加入氫氧化鈉，保持?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆颍w系中反應(yīng)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比為CTAB∶ZrOCl2?8H2O∶NaOH∶H2O=0.5∶1∶24∶966。攪拌數(shù)分鐘，密封靜置于80。C水浴，加熱48小時(shí)。將所得白色絮狀沉淀過濾，并用蒸餾水洗滌，直至濾液中沒有氯離子（用AgNO3檢測(cè)）。將固體轉(zhuǎn)移至瓷坩堝中，在馬弗爐中500℃灼燒5小時(shí)，冷至室溫，于瑪瑙研缽中研磨即得納米氧化鋯粉體。②納米氧化鋯的表征。采用透射電子顯微鏡對(duì)獲得的納米氧化鋯分體進(jìn)行形貌表征；x-射線衍射儀進(jìn)行晶相結(jié)構(gòu)分型。③碳糊電極及修飾碳糊電極的制備。石墨粉與石蠟油以3∶1比例混合研磨成糊狀，壓入電極管中，稱量紙上拋光即制得裸碳糊電極。稱取質(zhì)量比為4∶1的石墨粉和納米氧化鋯粉末，研磨均勻，滴加與固體質(zhì)量為1∶3的石蠟油，研磨成糊狀。將糊狀物壓入電極管中，在稱量紙上拋光即制得修飾碳糊電極。④實(shí)驗(yàn)條件的選擇。①富集時(shí)間。移取10mL含1.0×10-6mol/L甲基對(duì)硫磷的磷酸鹽緩沖溶液至電解池中，通氮?dú)獬鹾髮⑷姌O系統(tǒng)浸沒在電解池中，攪拌條件下開路富集10s，30s，50s，70s，90s，120s，150s，180s，用微分脈沖伏安法，在-0.8~0.4V電位窗口條件下，測(cè)定不可逆氧化峰的峰電流，以氧化峰峰電流對(duì)富集時(shí)間作圖，選擇最佳富集時(shí)間。②pH值。配制pH值在4.0-9.0范圍內(nèi)的一系列的甲基對(duì)硫磷溶液，在所選定的富集時(shí)間下，測(cè)定不可逆氧化峰的峰電流，以氧化峰峰電流對(duì)pH值作圖，獲得最佳測(cè)定pH值；以氧化峰峰電位對(duì)pH作圖，獲得電極反應(yīng)過程中電子、質(zhì)子轉(zhuǎn)移信息。
5.甲基對(duì)硫磷測(cè)定。①標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作。配制濃度在1.0×10-7-1.0×10-5mol/L范圍內(nèi)的甲基對(duì)硫磷系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定各溶液的氧化峰峰電流。以氧化峰峰電流值為縱坐標(biāo)，甲基對(duì)硫磷溶液濃度為橫坐標(biāo)，用Origin軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，獲得線性方程及線性相關(guān)系數(shù)。②水樣測(cè)定。取一定量污水樣品，離心，取上清液，加入適量磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉作為支持電解質(zhì)，并向水樣中分三次加入甲基對(duì)硫磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，在最佳條件下測(cè)量其氧化峰峰電流，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法計(jì)算水樣中甲基對(duì)硫磷含量。
6.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析。①結(jié)合透射電子顯微鏡和x-射線衍射結(jié)果分析氧化鋯納米材料的形狀及晶面歸屬；②繪制富集時(shí)間影響曲線，獲取最佳富集時(shí)間；③繪制pH值影響曲線，獲取最佳測(cè)試pH值；④繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，獲取線性方程和線性相關(guān)系數(shù)。⑤分析水樣中甲基對(duì)硫磷濃度。
三、總結(jié)
本綜合實(shí)驗(yàn)涉及無(wú)機(jī)化學(xué)、材料化學(xué)、分析化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，應(yīng)用了多種現(xiàn)代分析儀器，不僅可以鍛煉學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)操作技能和分析問題、解決問題的能力，還有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，開闊了學(xué)生的知識(shí)視野，提升了學(xué)生的科研素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師要注意加強(qiáng)引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，掌握實(shí)驗(yàn)中涉及的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)儀器原理。
參考文獻(xiàn)：
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1試驗(yàn)方法
稱取一定量硝酸銀溶于去離子水中,配成硝酸銀溶液,另外稱取一定量乙二胺四乙酸與氫氧化鈉溶于去離子水中,配成乙二胺四乙酸的氫氧化鈉溶液,以某一恒定的轉(zhuǎn)速攪拌該溶液,均勻加入硝酸銀溶液,配成Ag-EDTA絡(luò)合溶液。稱取一定量連二亞硫酸鈉與少量氫氧化鈉溶于去離子水中,配成堿性連二亞硫酸鈉還原溶液,轉(zhuǎn)移至梨形分液漏斗中?？刂坪銣厮〈帕嚢杵鳒囟乳_關(guān),保持Ag-EDTA絡(luò)合溶液溫度恒定,并保持一定轉(zhuǎn)速攪拌該溶液,打開梨形分液漏斗閥門,控制還原劑溶液以一定的速度滴入Ag-EDTA絡(luò)合溶液中;還原劑溶液滴加完畢后,再攪拌反應(yīng)溶液5min,然后采用離心機(jī)離心、固液分離。銀粉用去離子水洗滌3次后在真空干燥箱中于45℃下干燥12h;干燥后得到的銀粉送X射線衍射、掃描電鏡分析。試驗(yàn)藥劑硝酸銀、連二亞硫酸鈉、乙二胺四乙酸、氫氧化鈉均為分析純。X射線衍射采用日本RIGAKU公司D/MAX-RB型X射線衍射儀;掃描電鏡分析采用日本日立公司S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。
2結(jié)果與討論
連二亞硫酸鈉與硝酸銀的反應(yīng)摩爾比為1∶2。為了提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率,試驗(yàn)采用連二亞硫酸鈉過量的形式,實(shí)際連二亞硫酸鈉用量為理論用量的1.5倍。初步試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在AgNO3濃度為0.01mol/L,連二亞硫酸鈉濃度為0.005mol/L,溫度為20℃,攪拌器轉(zhuǎn)速為300r/min,自然pH值條件下,向AgNO3溶液中以0.12mL/s的速度滴加連二亞硫酸鈉,制得銀粉平均粒徑在250nm左右,且粒徑分布不均勻。為了制備粒徑更小的銀粉,將AgNO3用EDTA溶液絡(luò)合,替代AgNO3溶液。經(jīng)過試驗(yàn)探索,在AgNO3與EDTA摩爾比為1∶1,Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.01mol/L,pH值為11左右,還原劑量為1.5倍理論用量,攪拌器轉(zhuǎn)速為400r/min,反應(yīng)溫度為20℃,還原劑滴加速度為0.12mL/s的條件下制得銀粉的粒徑為100nm左右,且其均勻性較好,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行條件試驗(yàn),考察絡(luò)合劑用量、Ag-EDTA濃度、pH值、還原劑濃度、反應(yīng)溫度、攪拌速度、還原劑溶液滴加速度對(duì)所制得銀粉粒徑的影響。
2.1絡(luò)合劑用量對(duì)銀粉粒徑的影響在AgNO3溶液濃度為0.01mol/L,pH=11,還原劑量為1.5倍理論用量,攪拌器轉(zhuǎn)速為400r/min,反應(yīng)溫度為20℃,還原劑滴加速度為0.12mL/s的條件下,絡(luò)合溶液用量對(duì)銀粉粒徑的影響見圖1(圖中,D50表示樣品累積粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑,也叫中值粒徑,常用來(lái)表示粉體的平均粒度;D90表示樣品累積粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到90%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑,余圖同)。隨著絡(luò)合劑EDTA用量增加,銀粉粒徑明顯減小,在EDTA與硝酸銀摩爾比為1.1∶1之后,銀粉粒徑隨EDTA加入量的增加而減小的趨勢(shì)減緩。Ag+與EDTA在溶液中形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的螯合物,降低了Ag+的反應(yīng)活性及Ag+的氧化還原電位,增大了還原反應(yīng)的難度,因此能夠得到粒徑較小的銀晶體顆粒。EDTA用量過量10%保證Ag+被完全螯合,繼續(xù)增加EDTA的量對(duì)銀粉粒徑的影響不大。
2.2Ag-EDTA濃度對(duì)銀粉粒徑的影響在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上,其它條件不變,保持EDTA過量10%,考察Ag-EDTA絡(luò)合體系濃度對(duì)銀粉粒徑的影響(見圖2),可以看出,隨著Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度的降低,銀粉粒徑逐漸減小,在銀離子濃度為0.005mol/L時(shí),銀粉粒徑達(dá)到最小,平均粒徑為60nm左右,并且粒度分布均勻。繼續(xù)降低Ag-EDTA濃度,銀粉粒徑略有上升。
2.3pH值對(duì)銀粉粒徑的影響保持Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.005mol/L,EDTA過量10%,其它條件不變,Ag-EDTA絡(luò)合溶液的pH值對(duì)銀粉粒徑的影響見圖3。隨著絡(luò)合溶液pH值升高,銀粉粒徑逐漸減小,當(dāng)pH值為11.5時(shí),銀粉粒度達(dá)到最小,隨后銀粉粒徑減小趨勢(shì)減緩,變化不大。pH值影響還原劑連二亞硫酸鈉的還原能力和絡(luò)合劑EDTA的絡(luò)合能力。絡(luò)合劑EDTA適宜的pH值范圍為10以上,pH過低,EDTA解離不完全,絡(luò)合能力降低;pH過高,則Ag+與OH-結(jié)合生成氫氧化銀,并迅速轉(zhuǎn)化為黑色的氧化銀析出溶液,還原反應(yīng)難以繼續(xù)進(jìn)行。
2.4還原劑濃度對(duì)銀粉粒徑的影響Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.005mol/L,EDTA過量10%,pH值為11.5的條件下,其它條件不變,還原劑濃度對(duì)銀粉粒徑的影響示于圖4。隨還原劑濃度的降低,銀粉粒徑逐漸減小,還原劑濃度為0.0075mol/L時(shí),銀粉粒徑達(dá)到最小;繼續(xù)降低還原劑濃度,銀粉粒徑變化不大。本試驗(yàn)采用向銀溶液中滴入還原劑溶液的方法,降低滴加的還原劑溶液的濃度,單位時(shí)間內(nèi)加入的還原劑量減少,反應(yīng)速度慢,銀晶核生成粒度小且經(jīng)攪拌很快分散到溶液中,有利于制備小顆粒銀粉。
2.5攪拌速度對(duì)銀粉粒徑的影響Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.005mol/L,EDTA過量10%,pH值為11.5,還原劑濃度為0.0075mol/L,其它條件不變,攪拌速度對(duì)銀粉粒徑的影響見圖5。可以看出,加大攪拌速度可以明顯減小反應(yīng)制得的銀粉粒度,在攪拌速度為400r/min時(shí),銀粉粒徑最低,繼續(xù)加強(qiáng)磁力攪拌器的攪拌速度,銀粉粒度變化不大。
2.6反應(yīng)溫度對(duì)銀粉粒徑的影響Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.005mol/L,EDTA過量10%,pH值為11.5,還原劑濃度為0.0075mol/L,攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min,其它條件不變,反應(yīng)溫度對(duì)銀粉粒徑的影響示于圖6。隨著反應(yīng)溫度升高,銀粉粒徑有減小的趨勢(shì),在溫度50℃時(shí)達(dá)到最低,繼續(xù)升高反應(yīng)溫度銀粉粒徑減小的趨勢(shì)減緩。由阿累尼烏斯定律可知,提高反應(yīng)體系的溫度可以加快反應(yīng)進(jìn)行的速度,溫度每升高10℃,化學(xué)反應(yīng)速率增加2~3倍。提高反應(yīng)溫度,還原反應(yīng)加快,銀的成核反應(yīng)速率增加,在銀離子濃度及擴(kuò)散有限的條件下,銀晶核的生成占主導(dǎo)地位,獲得的銀粉粒徑減小。
2.7還原劑溶液滴加速度對(duì)銀粉粒徑的影響Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.005mol/L,EDTA過量10%,pH值為11.5,還原劑濃度為0.0075mol/L,攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min,反應(yīng)溫度為50℃,還原劑溶液的滴加速度對(duì)銀粉粒徑的影響見圖7。隨著還原劑溶液的滴加速度降低,制得銀粉粒徑逐漸減小,當(dāng)?shù)渭铀俣葹?.12mL/s時(shí),銀粉粒徑達(dá)到100nm以下。滴加速度為0.06mL/s時(shí)制得銀粉粒徑最小。當(dāng)?shù)渭铀俣瓤斓臅r(shí)候,短時(shí)間內(nèi)加入大量還原劑,反應(yīng)速度過快,銀晶核生成后在還原氣氛下迅速長(zhǎng)大,所生成的銀粉顆粒粒徑較大。降低滴加速度,反應(yīng)速度降低,銀晶核生成后消耗了還原劑,晶核來(lái)不及長(zhǎng)大就分散到整個(gè)溶液中,降低了晶核長(zhǎng)大的可能。以上條件試驗(yàn)表明,在Ag-EDTA絡(luò)合溶液濃度為0.005mol/L,EDTA過量10%,pH值為11.5,還原劑濃度為0.0075mol/L,攪拌轉(zhuǎn)速為400r/min,反應(yīng)溫度為50℃,還原劑滴加速度為0.06mL/s的條件下,制得銀粉的粒徑最小。圖8為所制得銀粉的場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)圖像,可以看出,銀顆粒整體分散性較好,且基本呈類球形;銀顆粒粒徑基本在40~80nm之間,平均粒徑約為58nm。為了考察制得銀粉的晶體結(jié)構(gòu),進(jìn)行了X射線衍射分析(見圖9),在2θ=35°~85°有5個(gè)衍射峰,經(jīng)過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照,它們分別為面心立方金屬銀的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)5個(gè)晶面的衍射峰,無(wú)其它雜質(zhì)峰,這表明所制備的樣品為面心立方結(jié)構(gòu)的單相納米銀粉。
關(guān)鍵詞：納米粒子；化學(xué)制備方法；應(yīng)用
大氣、各種微粒子粉塵、煙塵等各類塵埃物中都存在著大量的納米粒子，但是自然界中存在的納米粒子大多屬于有害污染物，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行直接利用。隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，通過人工制備的手段來(lái)利用各類有益的納米粒子已經(jīng)成為重要研究方向。由于納米粒子具有奇特的化學(xué)性能、熱學(xué)性能、磁學(xué)性能、電學(xué)性能以及力學(xué)性能等，目前被世界各國(guó)的科學(xué)人員所關(guān)注與高度重視。
一、納米粒子的化學(xué)制備方法及應(yīng)用
（一）氣相化學(xué)反應(yīng)法及應(yīng)用
利用氣相化學(xué)反應(yīng)法來(lái)制備超微粒子，其具有活性與化學(xué)反應(yīng)高、分散性好、粒徑小、純度高、粒子均勻等特點(diǎn)，適用于非金屬化合物、金屬化合物以及各類金屬納米粒子的制備。該方法包括氣固反應(yīng)法、氣相合成法、氣相分解法，其中對(duì)于氣相合成法而言，其主要是指在高溫條件下，借助多種物質(zhì)之間的氣相化學(xué)反應(yīng)，有效合成相應(yīng)的化合物；然后通過快速冷凝來(lái)制備出納米粒子，具有互換性與靈活性。利用激光誘導(dǎo)氣相法進(jìn)行納米粒子的合成時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)原料問題，C2H4、SiH4等會(huì)吸收激光光子，其反應(yīng)式為：2SiCI4（g）+C2H4（g）2SiC（s）+6H2（g），3SiH4（g）+4NH3（g）Si3H4（s）+12H2（g），其中得到的SiC（s）和Si3H4（s）都是納米粒子。值得注意的是，氣相合成法制備納米材料時(shí)，關(guān)鍵需要促進(jìn)沉積速度的提升，以傳統(tǒng)真空蒸發(fā)為依據(jù)，利用激光和超聲波等加熱手段進(jìn)行制備，這樣納米材料會(huì)具有很好的分散性與透明性，但是具有成本高與產(chǎn)量小的缺點(diǎn)。
另外，氣相分解法是對(duì)中間化合物進(jìn)行預(yù)處理，通過加熱、蒸發(fā)和分解等來(lái)獲得納米粒子；而氣相熱分解的原料多是采用金屬氯化物與有機(jī)硅等，如Si（OH）4、Fe（CO）5等。氣相分解法在制備納米薄膜材料方面的使用最多，如禿涎躉物、硼化物、碳化物和金屬氧化物等功能與結(jié)構(gòu)材料的制備，并且廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能利用、光學(xué)材料、表面裝飾、熱電材料和氣體傳感器等領(lǐng)域。
（二）濕化學(xué)法及應(yīng)用
1.水熱合成法
該方法多是在高氣壓或100～350℃的環(huán)境下，讓有機(jī)化合物或無(wú)機(jī)化合物與水進(jìn)行化合，然后控制物理過程與加速滲析反應(yīng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行過濾、干燥與洗滌等，從而得到超細(xì)與高純的微粒子。一般可在不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下采用水熱合成法：①密閉動(dòng)態(tài)：將加磁性轉(zhuǎn)子置于高壓釜內(nèi)，密閉后將其放在電磁攪拌器上，動(dòng)態(tài)環(huán)境下保溫會(huì)加快合成的速率；②密閉靜態(tài)：在高壓反應(yīng)釜內(nèi)放置沉淀物或金屬鹽溶液，密閉之后加恒溫，靜止情況下長(zhǎng)期保溫。當(dāng)前此方法在高壓高溫的水中溶解其他金屬或鋯鹽，會(huì)得到高質(zhì)量的磁性氧化鐵、氧化鋁、氧化鋯納密粒子。
2.水解沉淀法
利用水解來(lái)使化合物生產(chǎn)相應(yīng)的沉淀物，基本是利用水合物與氫氧化物，選用各類無(wú)機(jī)鹽作為水溶液的原料，以此來(lái)制備超微粒子。以無(wú)機(jī)鹽為依據(jù)來(lái)配制水合物，對(duì)其水解條件進(jìn)行控制，合成單分散性的立方體或球狀的納米粒子，如水解三價(jià)鐵鹽溶液，獲得a―Fe2O3納米粒子等。此外，金屬醇鹽與水進(jìn)行反應(yīng)，可以生產(chǎn)水合物、氫氧化物和氧化物的沉淀，因此可以多種醇鹽為基礎(chǔ)，利用干燥、沉淀和水解等手段來(lái)制備氧化物陶瓷納米粒子。
3.共沉淀法
該方法主要是在溶液中混合各種陰離子，當(dāng)特定的陽(yáng)離子加以沉淀時(shí)，溶液中的其他離子也會(huì)陳定，從而達(dá)到原子級(jí)的混合。溶液中的pH值主要包括草酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽和氫氧化物等，這些物質(zhì)構(gòu)成沉淀溶液時(shí)，其調(diào)節(jié)范圍相對(duì)靈活，金屬離子會(huì)隨pH值的升高而依次沉淀，形成混合沉淀物[3]。由于沉淀屬于分別發(fā)生，要想避免共沉淀方法出現(xiàn)分別沉淀的傾向，可以適當(dāng)使沉淀劑濃度加以提高，然后導(dǎo)入金屬溶液，攪拌溶液，確保溶液中金屬離子全都符合沉淀的條件，保證沉淀的均勻性。當(dāng)然沉淀物轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物化合物時(shí)，往往需要進(jìn)行加熱反應(yīng)，這樣無(wú)法有效控制其構(gòu)成的均勻性。
二、納米粒子的應(yīng)用領(lǐng)域
由于納米粒子具有的宏觀量子催化效應(yīng)與隧道效應(yīng)、量子效應(yīng)、界面與表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)，因此其在增強(qiáng)增韌性能、性能、儲(chǔ)氫性能、磁性能、光學(xué)性能和催化性能等方面具有特殊的功能，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通常納米粒子在生物醫(yī)學(xué)材料、增韌補(bǔ)強(qiáng)材料、隱身材料、光學(xué)材料、磁性材料、納米電子器件、催化劑。
（1）光學(xué)隱身材料方面：激光隱身、紅外隱身、微波隱身、光隱身等納米光學(xué)隱身材料。
（2）半導(dǎo)體方面：納米光敏材料、納米氣敏材料、納米濕敏材料、納米壓敏材料、納米溫敏材料等。
（3）生物材料方面：納米復(fù)合骨替代材料、納米復(fù)合牙齒替代材料等。
（4）磁性材料方面：納米磁制冷工質(zhì)材料、納米微晶稀土永磁材料、納米微晶軟磁材料、納米磁記錄材料、納米巨磁電阻材料等。
（5）增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料方面：納米焊接技術(shù)、納米顆粒助燒結(jié)材料、纖維增強(qiáng)材料、納米晶須、納米顆粒增強(qiáng)材料等。
三、結(jié)束語(yǔ)
納米材料和納米技術(shù)是當(dāng)前最具發(fā)展前景的材料，已經(jīng)成為材料領(lǐng)域的重要研究問題。通常納米粒子作為功能材料，可應(yīng)用于生物學(xué)、聲學(xué)和光學(xué)等，而其作為結(jié)構(gòu)材料，則可制備三維納米碳管、二維納米薄膜、一維鈉米晶須等。目前在社會(huì)快速發(fā)展的背景下，多是通過人工制備的手段來(lái)直接制備有益的各類納米歷史，而實(shí)際上人工制備所需的納米粒子十分困難。
參考文獻(xiàn)：
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一、納米粒子的制備方法
1、物理方法
真空冷凝法。等離子體在經(jīng)過真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化制取，最后驟冷。該方法具有下特點(diǎn)：晶體組織好，可控粒度大小，純度高，技術(shù)設(shè)備的水平較高。
機(jī)械磨球法。該方法是指納米粒子由一定控制條件下的純?cè)?，合金或?fù)合材料制成。主要特點(diǎn)為：操作簡(jiǎn)單，成本低，顆粒分布不均勻，純度偏低等。
物理粉碎法。通過機(jī)械粉碎、電火花爆炸等工藝來(lái)獲取納米粒子。其特點(diǎn)為：過程比較簡(jiǎn)單，成本低，顆粒分布的不均勻，同時(shí)純度也低。
2、化學(xué)法
氣相沉積法。通過金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)制成納米材料。純度高，粒度分布窄。
水熱合成法。在高溫高壓情況下，從蒸汽等流體或水溶液中制取，再經(jīng)過分離、熱處理來(lái)得到納米粒子。具有分散性好、純度高、粒度易控制等優(yōu)勢(shì)。
沉淀法。在鹽溶液中加入沉淀劑，反應(yīng)后再將沉淀進(jìn)行熱處理，從而得到納米材料。簡(jiǎn)單易行，顆粒半徑大，純度低是其表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)，比較適合制備氧化物。
溶膠凝膠法。經(jīng)過溶液、溶膠、凝膠，金屬化合物會(huì)固化，由低溫?zé)崽幚砗蠹纯珊铣杉{米粒子。表現(xiàn)的明顯特點(diǎn)為：反應(yīng)物種多，易控制過程，顆粒均勻，適合制備氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物。
二、化學(xué)反應(yīng)和催化劑方面的應(yīng)用
對(duì)于化學(xué)工業(yè)及其相關(guān)工業(yè)，尤其是化學(xué)反應(yīng)對(duì)其起著關(guān)鍵性作用的產(chǎn)業(yè)，它們?cè)诟倪M(jìn)催化劑性能方面經(jīng)常會(huì)采用納米技術(shù)。因納米粒子表面活性中心較多，粒徑變小，表面積增大，所以會(huì)增強(qiáng)吸附性能和催化能力，為它作催化劑提供了條件。用納米粒子催化劑可大大提高反應(yīng)效率，同時(shí)有效控制反應(yīng)速度，使原本不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。此外，納米粒子催化劑的優(yōu)異性能還取決于它的容積高于表面率，負(fù)載催化劑的基質(zhì)也影響著催化效率。由納米粒子合成的催化劑要比普通催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍，如將Si02納米粒子作催化劑的基質(zhì)，可以提高催化劑性能10倍。一般在能源工業(yè)中，采用了納米催化劑，不僅能生產(chǎn)非常清潔的柴油，還能大幅的降低工藝成本，獲得經(jīng)濟(jì)效益。
三、過濾和分離方面的應(yīng)用
在化學(xué)工業(yè)中，納米過濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水、空氣的純化以及其它工業(yè)過程中，主要包括：藥物和酶的提純，油水分離和廢料清除等。由于納米多孔材料具有很強(qiáng)的吸附性能，所以在治理污染方面也得到了應(yīng)用。而在膜生物方面，也有較強(qiáng)的過濾分離功能。在過濾工業(yè)中，使用膜生物反應(yīng)器，它具備出水水質(zhì)良好、管理方便、結(jié)構(gòu)裝置簡(jiǎn)單、水力停留時(shí)間和泥齡完全分離、消耗能量底、剩余污泥量少等特征。但是，對(duì)于膜生物污染來(lái)說，該反應(yīng)器難以得到推廣，所以還要積極探究新的方法：向一體式膜生物反應(yīng)器中投加納米材料從而改變料液性質(zhì)，這樣就可以達(dá)到提高膜生物反應(yīng)器對(duì)污染物的去除效率及預(yù)防膜污染的目的，同時(shí)對(duì)電鏡分析中空纖維膜的表觀結(jié)構(gòu)的實(shí)際變化情況進(jìn)行掃描，用紅外光譜來(lái)分析活性污泥性質(zhì)的變化，也能從根本上起動(dòng)改善污泥的活性的作用。
四、其他精細(xì)化工方面的應(yīng)用
納米材料在精細(xì)化工中可以充分發(fā)揮出自身的優(yōu)越性。例如：納米材料在涂料、橡膠、塑料等精細(xì)化工范疇內(nèi)都起到了重要作用。
納米粒子在涂料行業(yè)起著很大的作用，以納米粒子為基礎(chǔ)的涂料具有耐磨耗、強(qiáng)度、透明及導(dǎo)電的作用。而將表面涂層技術(shù)與納米技術(shù)結(jié)合在一起也成為了本世紀(jì)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，極大地改善了涂層材料結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)。結(jié)構(gòu)涂層指的是涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性，主演有以下幾個(gè)特點(diǎn)：耐磨、超硬涂層，抗氧化、阻燃、耐熱涂層，裝飾、耐腐蝕涂層等。功能涂層：指賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒有的一些功能。具有幾方面特點(diǎn)：光反射、消光、光選擇吸收等光學(xué)涂層。半導(dǎo)體、絕緣、導(dǎo)電功能的電學(xué)涂層。在涂層材料中應(yīng)用納米材料，可以提高其防護(hù)能力，耐侵害、防紫外線照射，對(duì)生活中的衛(wèi)生用品起到殺菌保潔作用。
如果在橡膠中將納米SiO2加入進(jìn)去，會(huì)提高橡膠的紅外反射和抗紫外輻射能力。而在普通橡膠中投入納米Al2O3和SiO2，則會(huì)有效提高橡膠的介電特性、耐磨性和彈性。此外，在塑料中添加適量的納米材料，能夠提高塑料的韌性和強(qiáng)度，也能提高防水性和致密性。
此外，納米材料在有機(jī)玻璃制造、纖維改性方面也都有很好的利用。加入納米SiO2，能夠使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射，減少熱傳遞效果，從而達(dá)到抗老化的目的。添加納米Al2O3，還有利于玻璃的高溫沖擊韌性的提高。
五、在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
從當(dāng)代健康科學(xué)發(fā)展來(lái)看，對(duì)提高藥效、控制藥物釋放、減少副作用、發(fā)展藥物定向治療等方面都提出了高要求。智能藥物隨納米粒子進(jìn)入人體后主動(dòng)搜索、攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；納米技術(shù)應(yīng)用于新型診斷儀器，只需檢測(cè)少量血液，便可以輕松地診斷出各種疾病。
研究人員已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，即“定向?qū)棥薄Ｔ摷夹g(shù)是蛋白質(zhì)表面被磁性納米微粒包覆而攜帶藥物，注射到血液中，通過磁場(chǎng)制導(dǎo)，運(yùn)送至病變部位釋放藥物。給藥系統(tǒng)為納粒和微粒，而其合成材料具有穩(wěn)定、無(wú)毒、與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特性。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、易被生物酶降解的藥物、生物半衰期短的給藥。
關(guān)鍵詞：納米材料；化學(xué)化工領(lǐng)域；應(yīng)用
基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)上，納米材料是一種新型材料，具有獨(dú)特的性質(zhì)，在特殊結(jié)構(gòu)層次的影響下，表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)是其主要的特點(diǎn)。在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)，納米材料具有良好的應(yīng)用價(jià)值，以下進(jìn)行具體分析。
1納米材料及其特性
納米材料是一種新型材料，三維空間中至少有一維處于納米尺度，或者以納米尺度作為基本結(jié)構(gòu)，該材料的尺寸結(jié)構(gòu)特殊，相當(dāng)于10-100個(gè)原子緊密排列在一起。納米科技將成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流，它不僅是信息技術(shù)、生物技術(shù)等新興領(lǐng)域發(fā)展的推動(dòng)力，而且因其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、生物特性為涂料等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成，其晶粒中原子的長(zhǎng)程有序排列和無(wú)序界面成分的組成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子達(dá)15%～50%，且原子排列互不相同，界面周圍的晶格原子結(jié)構(gòu)互不相關(guān)，使得納米材料成為介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。納米材料主要有四方面特性，分別是表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀兩字隧道效應(yīng)，以下分別進(jìn)行具體分析：
一是表面效應(yīng)，納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)的比例值隨著粒徑變小而急劇增長(zhǎng)后所導(dǎo)致的性質(zhì)改變。根據(jù)相關(guān)研究表示，伴隨著粒子直徑的縮短，避免原子個(gè)數(shù)的增長(zhǎng)速度迅猛，而表面原子由于周圍缺乏相鄰原子，呈現(xiàn)不飽和性狀態(tài)，強(qiáng)化了納米粒子的化學(xué)活性，從而使得納米材料能夠在吸附、催化等作用上明顯的優(yōu)勢(shì)。
二是小尺寸效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)即為納米粒子的粒徑小于或等于超導(dǎo)態(tài)的相干波長(zhǎng)時(shí)，其周期性的邊界條件將被損害，從而使得納米材料的化學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì)相對(duì)于其他材料來(lái)說有著明顯的區(qū)別。小尺寸效應(yīng)不單單顯著擴(kuò)展了納米材料的物理與化學(xué)特性范圍，并且大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
三是宏觀量子隧道效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子能穿越宏觀系統(tǒng)的壁壘而出現(xiàn)變化的一種特征。這一效應(yīng)對(duì)納米材料的基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用都有著十分關(guān)鍵的作用。宏觀量子隧道效應(yīng)限制了磁盤對(duì)信息存儲(chǔ)量的限制，明確了現(xiàn)代微電子元件微型化的極限。
四是量子尺寸效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子尺寸持續(xù)減少到某一數(shù)值時(shí)，納米能級(jí)周邊的電子能級(jí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x能級(jí)粒。這一效應(yīng)使得納米粒子擁有高水平的光學(xué)非線性、光催化性等特征。
總的來(lái)說，納米材料與其他材料不同，擁有眾多與眾不同的特性，這使得其在力學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都擁有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，并給資源利用拓展了更大的空間。
2納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用
2.1在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用
納米材料以其自身基本特性在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要的作用，為空氣污染與水體污染治理等提供了可靠的技術(shù)支持，改善了空氣與水體質(zhì)量，滿足可持續(xù)發(fā)展理念下環(huán)境保護(hù)的基本要求。
就納米材料在空氣凈化方面的作用來(lái)看，其具有細(xì)微的顆粒尺寸，并且納米微粒表面形態(tài)特殊，粒徑大小各不相同，對(duì)著粒徑的減少納米微粒表面粗糙狀態(tài)加劇，最終形成凹凸不平的原子臺(tái)階，從而對(duì)空氣污染進(jìn)行科學(xué)化治理，提高空氣凈化效果。納米材料與技術(shù)在汽車尾氣超標(biāo)報(bào)警器與凈化設(shè)備中也具有良好的應(yīng)用效果，能夠有效提高設(shè)備性能，從而切實(shí)減少汽車排放尾氣中所含的有毒物質(zhì)，降低空氣污染指數(shù)，從而為社會(huì)群體的工作與生活提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。除此之外，納米材料與技術(shù)在石油提煉工業(yè)中也具有良好的應(yīng)用價(jià)值，能夠優(yōu)化脫硫環(huán)節(jié)，從而提高石油煉化工業(yè)的生產(chǎn)效率。
就納米材料在污水治理方面的作用來(lái)看，其能夠有效提取污水中的貴金屬，去除污水中的有害物質(zhì)、污染物質(zhì)和細(xì)菌等，從而改善水質(zhì)，并能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用，對(duì)于社會(huì)生態(tài)的穩(wěn)定平衡發(fā)展具有重要意義。水體中的污染物均可以基于納米材料與技術(shù)來(lái)進(jìn)行治理，在有機(jī)污染物與無(wú)機(jī)污染物上并沒有明顯差異，尤其是納米為例光催化作用，能夠?qū)⑺w中的污染物制造為礦化物，從而促進(jìn)改善水質(zhì)，去除有害污染物的目標(biāo)得以順利實(shí)現(xiàn)。
2.2在涂料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用
納米材料及技術(shù)在涂料領(lǐng)域內(nèi)也發(fā)揮著重要的作用，由于納米材料存在一定表面效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)層次特殊，與其他材料相比納米材料的性質(zhì)比較特殊，并具有一定優(yōu)勢(shì)與活力。納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在表面涂層方面，并且受到社會(huì)群體的高度灌注。納米材料及其技術(shù)的合理應(yīng)用，推進(jìn)了涂料領(lǐng)域內(nèi)表面涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，為化學(xué)化工領(lǐng)域各項(xiàng)活動(dòng)的規(guī)范進(jìn)行提供可靠的技術(shù)支持。基于傳統(tǒng)涂層技術(shù)的基礎(chǔ)上，納米復(fù)合體系涂層得以實(shí)現(xiàn)，并促進(jìn)了表面涂層技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步。由于納米材料具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和一些奇異的光、電、磁等性能，將其用于涂料中后，除了可以改性傳統(tǒng)涂料外，更為重要的是可以制備各種功能涂料，如具有抗輻射、耐老化、抗菌殺菌、隱身等特殊功能的涂料。
基于納米材料與技術(shù)的納米復(fù)合體系涂層的出現(xiàn)和應(yīng)用，改善了涂料的防護(hù)能力，并使得涂料具備防紫外線等作用，使得涂料的使用價(jià)值得到明顯改善。在汽車裝飾噴涂行業(yè)中對(duì)納米材料與技術(shù)加以合理應(yīng)用，能夠海山汽車漆面的色彩效果；將納米材料應(yīng)用于建筑材料涂料中，能夠改善熱傳遞效果，并減少透光性，從而優(yōu)化涂料性能，滿足實(shí)際使用需求。
2.3納米材料材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用
催化劑在眾多化工領(lǐng)域中都占據(jù)著十分重要的地位，其能夠控制反應(yīng)時(shí)間、提升反應(yīng)速度與效率，顯著提升經(jīng)濟(jì)效益，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。首先，光催化反應(yīng)。納米粒子作為光催化劑擁有粒徑細(xì)、催化效率高等優(yōu)勢(shì)，十分容易利用光學(xué)手段來(lái)對(duì)界面的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行等特點(diǎn)進(jìn)行研究。例如，利用納米Ti02應(yīng)用在高速公路照明裝置的玻璃罩面中，由于其擁有較高水平的光催化活性，能夠?qū)ζ浔砻娴挠臀圻M(jìn)行分解處理，從而保證其良好的透視性。又例如，在火箭發(fā)射所使用的固體燃料推進(jìn)器中，如添加大約為1wt%的超細(xì)鋁或鎳顆粒，可以使得其燃燒使用率增加100%。將表面為180m2/g的碳納米管直接應(yīng)用在NO的催化還原中，從而可以增加NO的轉(zhuǎn)化率。
【關(guān)鍵詞】納米材料；化學(xué)化工領(lǐng)域；應(yīng)用
納米材料是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)上所形成的一種新型材料，性質(zhì)獨(dú)特，基于特殊結(jié)構(gòu)層次的影響下，納米材料具有一定的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等。納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)具有良好的應(yīng)用價(jià)值，以下開展具體分析。
1 納米材料及其特性
納米材料是一種新型材料，三維空間中至少有一維處于納米尺度，或者以納米尺度作為基本結(jié)構(gòu)，該材料的尺寸結(jié)構(gòu)特殊，相當(dāng)于10-100個(gè)原子緊密排列在一起。納米科技將成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流，它不僅是信息技術(shù)、生物技術(shù)等新興領(lǐng)域發(fā)展的推動(dòng)力，而且因其具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、生物特性為涂料等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的機(jī)遇。
納米材料主要由納米晶粒和晶粒界面兩部分組成，其晶粒中原子的長(zhǎng)程有序排列和無(wú)序界面成分的組成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子達(dá)15%～50%，且原子排列互不相同，界面周圍的晶格原子結(jié)構(gòu)互不相關(guān)，使得納米材料成為介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間的一種新的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。納米材料主要有四方面特性，分別是表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)以及宏觀兩字隧道效應(yīng)，以下分別進(jìn)行具體分析：
一是表面效應(yīng)，納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)的比例值隨著粒徑變小而急劇增長(zhǎng)后所導(dǎo)致的性質(zhì)改變。根據(jù)相關(guān)研究表示，伴隨著粒子直徑的縮短，避免原子個(gè)數(shù)的增長(zhǎng)速度迅猛，而表面原子由于周圍缺乏相鄰原子，呈現(xiàn)不飽和性狀態(tài)，強(qiáng)化了納米粒子的化學(xué)活性，從而使得納米材料能夠在吸附、催化等作用上明顯的優(yōu)勢(shì)。
二是小尺寸效應(yīng)。小尺寸效應(yīng)即為納米粒子的粒徑小于或等于超導(dǎo)態(tài)的相干波長(zhǎng)時(shí)，其周期性的邊界條件將被損害，從而使得納米材料的化學(xué)性質(zhì)、催化性質(zhì)相對(duì)于其他材料來(lái)說有著明顯的區(qū)別。小尺寸效應(yīng)不單單顯著擴(kuò)展了納米材料的物理與化學(xué)特性范圍，并且大大拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域。
三是宏觀量子隧道效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子能穿越宏觀系統(tǒng)的壁壘而出現(xiàn)變化的一種特征。這一效應(yīng)對(duì)納米材料的基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用都有著十分關(guān)鍵的作用。宏觀量子隧道效應(yīng)限制了磁盤對(duì)信息存儲(chǔ)量的限制，明確了現(xiàn)代微電子元件微型化的極限。
四是量子尺寸效應(yīng)。該效應(yīng)主要是指納米粒子尺寸持續(xù)減少到某一數(shù)值時(shí)，納米能級(jí)周邊的電子能級(jí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榉蛛x能級(jí)粒。這一效應(yīng)使得納米粒子擁有高水平的光學(xué)非線性、光催化性等特征。
總的來(lái)說，納米材料與其他材料不同，擁有眾多與眾不同的特性，這使得其在力學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都擁有十分重要的應(yīng)用價(jià)值，并給資源利用拓展了更大的空間。
2 納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用
2.1在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用
納米材料以其自身基本特性在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著重要的作用，為空氣污染與水體污染治理等提供了可靠的技術(shù)支持，改善了空氣與水體質(zhì)量，滿足可持續(xù)發(fā)展理念下環(huán)境保護(hù)的基本要求。
就納米材料在空氣凈化方面的作用來(lái)看，其具有細(xì)微的顆粒尺寸，并且納米微粒表面形態(tài)特殊，粒徑大小各不相同，對(duì)著粒徑的減少納米微粒表面粗糙狀態(tài)加劇，最終形成凹凸不平的原子臺(tái)階，從而對(duì)空氣污染進(jìn)行科學(xué)化治理，提高空氣凈化效果。納米材料與技術(shù)在汽車尾氣超標(biāo)報(bào)警器與凈化設(shè)備中也具有良好的應(yīng)用效果，能夠有效提高設(shè)備性能，從而切實(shí)減少汽車排放尾氣中所含的有毒物質(zhì)，降低空氣污染指數(shù)，從而為社會(huì)群體的工作與生活提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。除此之外，納米材料與技術(shù)在石油提煉工業(yè)中也具有良好的應(yīng)用價(jià)值，能夠優(yōu)化脫硫環(huán)節(jié)，從而提高石油煉化工業(yè)的生產(chǎn)效率。
就納米材料在污水治理方面的作用來(lái)看，其能夠有效提取污水中的貴金屬，去除污水中的有害物質(zhì)、污染物質(zhì)和細(xì)菌等，從而改善水質(zhì)，并能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用，對(duì)于社會(huì)生態(tài)的穩(wěn)定平衡發(fā)展具有重要意義。水體中的污染物均可以基于納米材料與技術(shù)來(lái)進(jìn)行治理，在有機(jī)污染物與無(wú)機(jī)污染物上并沒有明顯差異，尤其是納米為例光催化作用，能夠?qū)⑺w中的污染物制造為礦化物，從而促進(jìn)改善水質(zhì)，去除有害污染物的目標(biāo)得以順利實(shí)現(xiàn)。
2.2在涂料領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用
納米材料及技術(shù)在涂料領(lǐng)域內(nèi)也發(fā)揮著重要的作用，由于納米材料存在一定表面效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)層次特殊，與其他材料相比納米材料的性質(zhì)比較特殊，并具有一定優(yōu)勢(shì)與活力。納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在表面涂層方面，并且受到社會(huì)群體的高度灌注。納米材料及其技術(shù)的合理應(yīng)用，推進(jìn)了涂料領(lǐng)域內(nèi)表面涂層技術(shù)的不斷發(fā)展，為化學(xué)化工領(lǐng)域各項(xiàng)活動(dòng)的規(guī)范進(jìn)行提供可靠的技術(shù)支持?；趥鹘y(tǒng)涂層技術(shù)的基礎(chǔ)上，納米復(fù)合體系涂層得以實(shí)現(xiàn)，并促進(jìn)了表面涂層技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步。由于納米材料具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和一些奇異的光、電、磁等性能，將其用于涂料中后，除了可以改性傳統(tǒng)涂料外，更為重要的是可以制備各種功能涂料，如具有抗輻射、耐老化、抗菌殺菌、隱身等特殊功能的涂料。
基于納米材料與技術(shù)的納米復(fù)合體系涂層的出現(xiàn)和應(yīng)用，改善了涂料的防護(hù)能力，并使得涂料具備防紫外線等作用，使得涂料的使用價(jià)值得到明顯改善。在汽車裝飾噴涂行業(yè)中對(duì)納米材料與技術(shù)加以合理應(yīng)用，能夠海山汽車漆面的色彩效果；將納米材料應(yīng)用于建筑材料涂料中，能夠改善熱傳遞效果，并減少透光性，從而優(yōu)化涂料性能，滿足實(shí)際使用需求。
2.3納米材料材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用
催化劑在眾多化工領(lǐng)域中都占據(jù)著十分重要的地位，其能夠控制反應(yīng)時(shí)間、提升反應(yīng)速度與效率，顯著提升經(jīng)濟(jì)效益，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。首先，光催化反應(yīng)。納米粒子作為光催化劑擁有粒徑細(xì)、催化效率高等優(yōu)勢(shì)，十分容易利用光學(xué)手段來(lái)對(duì)界面的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行等特點(diǎn)進(jìn)行研究。例如，利用納米TiO2應(yīng)用在高速公路照明裝置的玻璃罩面中，由于其擁有較高水平的光催化活性，能夠?qū)ζ浔砻娴挠臀圻M(jìn)行分解處理，從而保證其良好的透視性。又例如，在火箭發(fā)射所使用的固體燃料推進(jìn)器中，如添加大約為1wt%的超細(xì)鋁或鎳顆粒，可以使得其燃燒使用率增加100%。將表面為180m2/g的碳納米管直接應(yīng)用在NO的催化還原中，從而可以增加NO的轉(zhuǎn)化率。
3 結(jié)束語(yǔ)
總而言之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米技術(shù)得以形成，并在能源、環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著重要的作用，納米技術(shù)在化工領(lǐng)域中的合理應(yīng)用，一定程度上改善了社會(huì)群體的生活狀態(tài)，為新產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供可靠的技術(shù)支持，對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有重要意義。在未來(lái)發(fā)展中，納米技術(shù)也具有廣闊的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張曉蕾 納米材料在化學(xué)化工領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J]. 《山東工業(yè)技術(shù)》，2016（16）：21-21
