粉体纳米技术将推动应用技术的发展


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粉体材料是新材料的重要组成部分,作为高新技术,世界各国已把它作为研究的重点,从粉体粒子的大小、制备的技术、特性、表面改性、表征到应用,逐步形成了超细颗粒材料和超细技术、超微粉体材料和超微细技术,特别是纳米材料和纳米技术已席卷全球。在中国,纳米材料已形成了热潮,从民用到工业,从食品到医药,都在迎接另一个工业革命的到来。为此,我国“九五”开始,就把超细、超微细和纳米技术与精细化工相结合,以改造传统的精细化工,向绿色高新精细化工的方向发展。

    纳米催化是绿色高新精细化工发展的根本

    使精细化工的反应做到“原子经济反应”是未来精细化工研究开发的方向。提高催化剂的活性,即提高其转化率、选择性和收率,使其接近或达到100%,是发展“绿色”精细化工的根本途径。采用纳米型催化剂,因其超微粒子粒径小、比表面积大,表面能高,其催化活性可大提高,从而可达到发展“绿色”高新精细化工的目的。如在环辛二烯的加氢反应中,使用气相沉积法制备的纳米金属镍加氢催化剂,其催化活性为骨架镍的2-7倍,选择性要比骨架镍高5-10倍。

    导体纳米TiO2光催化降解处理工业废水是“绿色”高新精细化工发展的方向

    这种高级氧化工艺和技术特别适合用于生化方法难以处理的体系。纳米TiO2的粒径小、比表面化积大、光催化效率高、反应活性高,这种超微粒子分散在介质中具有透明性,容易运用光学手段和方法来观察界间的电荷转移,同时也为光催化过程的能量传输提供了有利的条件,可有效地处理工业废水。

    超微粉涂层材料使传统涂层材料实现功能飞跃

    超微粉涂层材料的种类很多,包括金属及合金超微粉涂层材料、无机非金属材料与陶瓷超微粉涂层材料、塑料与高分子复合材料涂层等。由于添加了各种超微粉,可使传统的涂层实现功能飞跃,性能大大提高。同时由于采用传统的涂层技术,不需增加太大的成本,已使这些添加超微粉的复合体系涂层很快就在市场上展示出强劲的应用势头和实用价值。

    纳米磁性粉体使磁性记录材料向高密度发展

    信息用化学品是精细化工的重要门类,属高新技术范畴。磁性记录材料是信息用化学品中的重要门类,它随着磁性Fe3O4粉体材料的粒径变小而磁带的性能和档次不断提高。

    随着磁记录工业的迅猛发展,磁记录密度急剧增长,特别是纳米结构的巨磁电阻效应所制成的自旋阀型的高密度读出磁头的应用,使磁性记录材料的性能满足了这种要求。在颗粒型磁存储介质中,磁性颗粒的尺寸已从微米、亚微米向纳米尺度方向过渡,这种细微化的纳米技术已为高密度磁存储创造了条件。

    另外,磁性纳米粉体材料所制造的磁性液体,已广泛应用于旋转密封、扬声器、复印、医药等领域。

    电子用化学品是精细化工的重要门类,亦属高新技术。作为计算机“五官”的传感器的研究和应用已把小于100nm的纳米级电阻型金属氧化物和复合氧化物半导体气体敏感材料(气敏材料)推向了市场,这种有“嗅觉”功能的气敏传感器已在环境安全、环境卫生、工业过程的自动控制、促进农作物增产、石油和天然气的勘探等多方面得到了广泛的应用。

    超微粉体使普通陶瓷向精细、结构和功能陶瓷发展

    采用高纯超细Al2O3粉体已制得性能优异的高级耐火、耐磨、耐蚀的氧化铝结构陶瓷,以及电气绝缘性高的功能陶瓷,广泛应用于冶金、机械、化工及电子等工业领域,市场前景极为广阔。

    超微粉体材料作为助剂可生产出高性能和功能化塑料、橡胶和纤维

    人们将分散相尺寸至少有一个维度在纳米范围内的聚合复合材料称为聚合物基纳米复合材料,它包括有机/有机型、有机/无机混杂物型和有机/无机粒子型复合材料。由于纳米粒子粒径小、比表面积大、表面活性高,从而使基体聚合物的力学性能显著提高,如用纳米CaCO3改性聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE),不介使拉伸强度大大提高,还大大提高了其缺口和无缺口的抗冲强度,有明显的增韧作用;用纳米TiO2、Al2O3、ZnO等超微粉体改性塑料,使塑料具有良好的抗紫外能力而不易老化;用纳米Al2O3、SiO2、Sb2O3可制得具有阻燃效果优异并具有补强功能的高档阻燃塑料;纳米TiO2、ZnO和Ag等具有良好的杀菌作用,用它们改性塑料,制成抗菌内衬门把手、防霉菌封条、复合增强材料,使冰箱内食物贮存的环境得到极大改善,增强了冰箱的抑菌保鲜功能。

    超微粉休材料使防晒化妆品备受欢迎

    大气臭氧层的破坏程度每增加1%,紫外线辐射的强度就会增强2%,而人类患皮肤癌的可能性就增加3%,为此,以纳米级TiO2、ZnO、Fe2O3等粉体经过表面改性和复配制得的化妆品具有极好的抗紫外线功能,备受青睐。我国2000年化妆品行业有2500余家企业,年总产值达320亿元左右,其中抗紫外线类化妆品占整个化妆品品种数的40%,占总产值的54%,而抗紫外线防护剂产值12亿元,希望以纳米材料为主体的紫外线屏蔽剂应超过30%。因此,有较好的市场前景。

    超微粉体使造纸涂层材料能满足引进造纸装置的需要

    我国从改革开放以来,已从国外引进了数十条造纸和涂层纸生产线,需要配套的超微细碳酸钙数万吨。利用我国自行开发的纳米级CaCO3技术建设2万吨/年生产装置,投资约5000万元,年产值可达4000万元——1亿元/年,有较好的经济效益,并可提高涂层纸档次。

    纳米材料可提高润滑油脂减磨抗磨性能

    将纳米铜或铜合金粉末加入润滑油中,可使润滑油的润滑性能提高10倍以上,并能显著降低机器部件的磨损、提高烯油效率、改善动力性能、延长使用寿命。加入1%的超微聚四氟乙烯纳米粉,可使润滑油的摩擦系数下降16%以上,实验钢球的磨损量降低近30%。加入1%20-40nm的金刚石纳米粉到石蜡油中,可使磨擦系数降低50%,磨擦剂的磨损量也大幅度降低。因此,纳米材料可使润滑油脂减磨抗磨剂提高到一个新的水平,对汽车、机械、航空、国防等工业区的发展以及减少环境污染、节约能源都极具现实意义。

    超微粉体使医学和保健食品步入新阶段

    纳米CaCO3作为保健食品和药物成分,可提高人体对钙质的吸收和利用;纳米花粉由于破坏了花粉的细胞壁而提高了人体对花粉中有效成分的吸收和利用;含纳米羟基磷灰石的牙膏具有比氟更好的防龋齿功效;预计纳米材料在21世纪将会作为生物医用的核心材料,在细胞分离和细胞染色中发挥重要作用,将制成特殊药物或新型抗体对人体进行局部定向治疗;纳米机器人将成为典型的医疗纳米装置为人类医疗服务。
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