纳米材料的功能特性及其应用探讨

2015-02-24沈琳

橡塑技术与装备 2015年14期

沈琳

(燕山大学里仁学院，河北秦皇岛 066004）

0 引言

纳米材料是新世纪的最新科研成果，这一技术不仅具有着较快的发展速度，同时也得到了社会各个领域的广泛应用，并为高新技术产业以及传统产业的发展发挥着重要的推动作用。因此，重视对纳米材料所具有的功能特性及其应用做出分析和探讨，对于认识纳米材料和推动纳米材料价值的进一步开发都具有着重要意义。

1 纳米材料的功能特性

1.1 表面效应

纳米材料的表面原子和总原子数的比值会随着直径的变小而增大所引起的纳米性质的变化成为表面效应。根据研究表明，随着颗粒直径变小，比表面积将会显著的增加。

纳米材料是新世纪的新材料，人们对纳米材料的关注度越来越高，作为新世纪的新材料，纳米材料它自己独特的优势。例如粒子直径下降至1 nm时，表面原子所占的比例为25，粒子表面聚集了全部原子。纳米材料的这种特殊的功能特性使得纳米材料获得的关注度也越来越高。

1.2 体积效应

当微粒的尺寸降到一定数值以后，例如纳米等级纳米材料的体积特别特别小，这样就造成了纳米材料中所含的原子就特别的少。

因此，许多现象如果和界面有关的吸附、催化等物理现象，就不能通过普通的材料所有的无限原子个数通过，这样纳米材料的特殊功能特性就体现出来了，而这种特性就成为体积效应。而纳米材料的特殊功能特性中的体积效应就是纳米材料以后发展特别重要的一个原因所在。

1.3 量子尺寸效应

通俗来说，纳米材料的量子尺寸效应说的是，当纳米材料中的微粒尺寸下降到一定数值的时候，纳米材料的数量能力就会发生改变，会变成跟以前不一样的材料能级，就是我们通常所说的离散能级。

纳米材料特殊功能特性中的量子尺寸效应使得纳米材料表现出不同于其他材料的功能特性。例如人们应用越来越广泛的特异性催化效应和强氧化性和强还原性等等，这些都是纳米材料不同于其他普通材料所表现的特性所在。

1.4 宏观量子隧道效应

量子隧道效应建立在量子力学粒子具备波粒二象性的基础之上，主要用来解释粒子为什么能够对具有较高能量的势垒进行穿越，这是一种微观现象。近年来，在研究中发现，微颗粒的磁化强度和量子相干器的磁通量等宏观量也具有隧道效应，这种效应极为宏观量子隧道效应。从这一效应所具有的研究意义来看，主要能够在推动微电子学器件发展方面发挥出重要的推动作用。

由此可见，纳米材料具有着独特的化学性质与物理性质，而这些特性的特殊性也决定了纳米材料能够为新材料甚至新工艺的研发和制造提供一条新的思路。由于纳米材料研究具有着多领域交叉的特点，因此，不同的学科对纳米材料研究具有着不同的称谓，如材料学、晶体学与原子分子物理学分别称纳米材料为超微颗粒、微晶、团簇等，但是需要承认的是，无论是怎样的称呼，纳米材料都将在各个领域有所作为，尤其是能够在化工、医学、生物工程等领域中大放异彩。

2 纳米材料的应用探析

在纳米技术飞速发展的同时，纳米材料所具有的优越性也得到了社会各个领域的广泛关注，因此，当前包括化工、电子、医学、生物工程等领域都已经将纳米技术与纳米材料应用到本学科领域的研究中，而纳米技术和纳米材料也凭借自身独特的生物学性能和化学性能等为高科技领域的发展做出了不容忽视的贡献，并为传统行业重新带来了活力与生机。

2.1 纳米材料在工业行业中的应用

随着改革开放的深化，社会大众生活水平越来越高，工业发展水平也越来越快，而在人们生活需求提升对工业发展所提出的需求推动下，纳米材料在工业生活中的应用也越来越广泛。如许多工业行业尤其是化学工业行业，对催化剂的使用越来越广泛，催化剂不可以改变化学反应的平衡点，但是催化剂可以控制化学反应的时间，提高化学反应的反应效率和化学反应的反应速度等。正是这些优点使得纳米材料在工业行业，尤其是在化学工业行业的应用越来越广泛。纳米材料作为化学反应的催化剂，就可以看到其不同于普通材料的优点所在，例如表面积大、催化效率高等，这些都是纳米材料所特有的。

2.2 纳米材料在医学行业中的应用

与国际接轨以及中国医学突飞猛进的发展，使得纳米材料在医学领域中的应用越来越广泛，这让医学发展迈上一个新的台阶，同时也使得很多医学难题突破了瓶颈，因此，纳米技术在医学领域中的应用得到了广泛的认可。在医学领域对纳米材料的具体应用中，纳米材料的直径比很多普通材料的直径小，这让纳米能够可以进入人体修复人体的受损部位，也可以利用细胞分离、细胞染色体以及直接进入人体等多种途径进行研制开发的纳米材料。因此，当前纳米在医学领域中的应用越来越广泛，为人类的健康发展做出了不可磨灭的功能。

2.3 纳米材料在电子行业中的应用

随着科技的发展，电子产品的竞争也越来越激烈，这样就导致电子产品要去适应市场，赢得消费者的认可，而这要求电子产品必须要有自己独特的优势，从而凸显出自身的核心竞争力。纳米材料在电子行业的应用恰恰满足了很多厂家的需求。纳米电子学，就是纳米材料在电子行业中的应用。首先人们要明白什么是纳米材料的量子效应，这样才能更好地使纳米材料应用于电子行业中。