从“点石成金”到现代点金术(二)

涂铭旌，唐 英，王召东

(1.重庆文理学院新材料研究中心，重庆 永川 402160;2.重庆市高校微纳米材料工程与技术重点实验室，重庆 永川 402160;3.四川大学材料科学与工程学院，四川 成都 610064)

1 纳米技术和纳米材料

纳米技术(Nanotechnology)，也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1～100 nm范围内材料的性质和应用的一种技术.纳米技术是以纳米材料为基础的.纳米材料通常被定义为颗粒或尺寸至少在一维尺度上小于100 nm且具有优于一般材料的电学、磁学、光学、化学或力学性能的一类材料体系.纳米技术是一门通过组建和利用纳米材料来实现特有功能和智能作用的高科技先进技术.纳米材料学科是一门在原子级设计和组建新型材料的学科.纳米材料在晶粒尺寸、表面与体内原子数比和晶粒形状等方面与一般材料都有所不同，这些材料的奇异性能是由其本身原子尺度上的结构、特殊的界面和表面结构等众多因素所共同决定的［1］.纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的众多领域.纳米科学与技术主要包括:纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等.正是基于其所具有的独特性能和可能的广泛应用，纳米技术被誉为继蒸汽机和晶体管出现后的第三次产业革命.

2 以纳米技术为出发点的点“技”成金

纳米材料作为一种新兴的材料，具有一些独特的功能和性质.如果把纳米技术应用于一些传统产业，可能大大提升其产业的规模和效益，从而收到点石成金的奇效.作者所在的四川大学稀土及纳米材料研究所开展了相应的实践工作(图1).工作涉及到不同的物质，从常见的绿石岩、石英石到稀土材料.以绿豆岩原矿为例(图2)，从中可以提取金属钾、金属镁以及二氧化硅等.其中的SiO2经过进一步处理可以得到活性SiO2.经过机械粉碎等方法可以获得颗粒大小不同的微米SiO2和纳米分子筛等.颗粒大小在2～60 nm范围内的介孔可以经过一系列的处理而最终获得纳米SiO2，其应用价值也有了根本性的改变.这充分体现了纳米技术可以对传统产业进行提升.

图2 用精细化工技术点“绿豆岩”为金

稀土是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth).稀土元素在石油、化工、冶金、纺织、陶瓷、玻璃、永磁材料等领域都得到了广泛的应用.随着科技的进步和应用技术的不断突破，稀土氧化物的价值将越来越大.一些稀土元素因为其独特的光、电、磁特性而在新材料领域有广泛的应用.近年来，随着纳米技术的发展，纳米晶稀土永磁材料［2-4］成为一种新型的永磁体，具有高剩磁、高磁能积和相对高的矫顽力以及低的稀土含量和较好的化学稳定性，是一种有广泛应用前景的廉价稀土永磁材料.纳米晶稀土永磁与传统永磁不同，随着晶粒尺寸的减小，比表面积增大，晶间交换耦合作用显著增强，在传统永磁中可以合理忽略的晶间交换耦合作用，在纳米晶稀土永磁中则显得十分重要.纳米晶稀土永磁材料就是以轻稀土为原材料，运用纳米新材料技术而获得的.具体的流程如图3所示.首先从轻稀土中提取稀土氧化物Nd2O3，然后从其氧化物中得到纯的金属钕，通过一系列的化学工艺熔体快淬法或者机械合金化法制备出NdFeB磁粉，然后可以通过烧结、粘结、热压等方法制成纳米晶稀土永磁体.以500 t的产量进行计算，500 t NdFeB磁粉的产值在5 000～8 000万元，而相应的粘结纳米晶稀土永磁体的产值可达到1.5～2亿元，其产值增加了3倍，由此足以看到该项技术所带来的巨大经济效益.作者已经和一些企业合作开发出相应的最终产品，主要合作企业包括成都银河磁体股份公司和绵阳思创科技公司;而且已经形成了具有一定生产规模的纳米晶稀土永磁材料产品链及产业链.总之，作者所做的工作中还有其它众多的通过纳米技术而点石成金的例子，不在此一一列举.

图3 运用新材料技术点“稀土”成金

3 结语

纳米科学作为一门新兴的学科，它的蓬勃发展为人类提供了一些前所未有的历史机遇.纳米材料作为一种性质独特的功能性材料而备受关注，它的合成要求达到结构、形状和表面状态等多个方面可控.只有达到结构可控才能实现其性能可控.性能的功能化和智能化是纳米材料的两个基本特点;而要达到上述要求，其发展还有很长的路要走.纳米技术对人类文明提出挑战但也给予了机遇.纳米技术要求从纳米尺度去设计和创造世界.这么高的要求迫使人们开发新的材料，探索新的器件，创造史无前例的科学.随着纳米技术的发展和日益完善成熟，越来越多的新技术可以用来作为点石成金的武器，为社会创造更多的财富，更好地为人类健康和生活服务.

作者在“从点石成金到现代点金术(一)”和“从点石成金到现代点金术(二)”两文中，分别通过不同的实例阐释了其中的思想和精髓.只要把握了其中的精髓，任何有价值的普通物质都可以经过技术或者思想创新而转化为具有更高附加值的市场化的商品或者产品，为社会带来可观的经济效益.

［1］王中林.纳米科学和纳米技术——挑战和机遇［J］.中国科学基金，2001(5)：272-275.

［2］王尔德，石刚，郭斌，等.稀土永磁材料研究新进展［J］.粉末冶金技术，2005(1)：55-61.

［3］沈保根，张宏伟，张文勇，等.纳米晶稀土永磁材料的制备和磁性［J］.中国稀土学报，2004(1)：28-33.

［4］李丽娅，易健宏，彭元东，等.纳米晶稀土永磁材料的制备技术研究进展［J］.粉末冶金工业，2005(5)：35-40.