发布时间 : 星期日 文章纳米科技的应用及其发展论文 - 图文更新完毕开始阅读795799ddc1c708a1284a4439
比例即可达到控制产物颗粒尺寸的目的, 可用于制备金属NCs、金属氧化物NCs 和复合氧化物NCs 等。该方法所采用实验装置简单、操作方便, 制备的纳米颗粒的粒径小、单分散性好, 具有很好的发展前景。郭林等
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采用微乳液法制得的纳米钴氧化物催化剂在催
化分解N2O 反应中表现出较高的活性。
⑷ 离子交换法
首先对沸石、SiO2 等载体表面进行处理, 使H + 、Na+ 等活性较强的阳离子附着在载体表面上； 然后将此载体放入含Pt( NH 3 ) 5 Cl2+ 等贵金属阳离子基团的溶液中, 通过置换反应使贵金属离子占据活性阳离子原来的位置, 在载体表面形成贵金属纳米微粒。蒋劼等
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利用该技术制备的Co/ H ZSM- 5 分子筛在参与醛氨缩合制备烷基吡啶反应中,
不仅比用浸渍法、机械混合法制备的分子筛表现出更好的固相性质和更高的产物收率,而且积碳量很低。
⑸ 水解法
首先在高温下将金属盐溶液水解, 生成水合氧化物或氢氧化物沉淀, 再将沉淀产物加热分解得到纳米颗粒。该方法可分为无机水解法、金属醇盐水解法和喷雾水解法等。其中金属醇盐水解法是最常用的一种制备NCs 的方法, 可以从水解溶液中直接分离得到粒径小、粒度分布窄的超微粉末。水解法具有制备工艺简单、化学组成可精确控制、粉体性能重复性好、收率高等优点, 缺点是成本较高。周幸福等
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采用恒电位电解技术
对阳极钛片进行表面活化处理, 然后电解Et4NBr 醇溶液, 再滴加乙醇澄清溶液,最后直接水解即可制得纳米TiO2 光催化剂。 2.5.4 纳米催化剂的应用
⑴ 光催化降解
NCs 可将水或空气中的有机污染物完全降解为二氧化碳、水和无机酸, 已广泛地应用于废水、废气处理, 并且在难降解的有毒有机物的矿化分解等方面，也比电催化、湿法催化氧化技术有着显著优势。文献
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中报道以Fe3O4 为载体, 在Fe3O4 与T iO2 之间
包裹SiO2 , 制备了磁性纳米复合催化剂, 既维持了光催化剂悬浮体系的光催化效率, 又可利用磁性处理技术回收光催化剂。纳米ZrO2 也是一种很好的光催化剂, 在紫外光照射下, 既能杀死微生物, 又能分解微生物赖以生存、繁衍的有机营养物, 从而达到杀/ 抗菌的目的。
⑵ 尾气处理
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COX 和NO 是汽车尾气排放物中的主要污染成分。负载型NCs Pt-C-Al2O3-CeO2 有效地解决了催化剂使用温度范围与汽车尾气温度范围不匹配的问题, 催化 CO 转化率可高达83%。Sarkar 等
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运用模拟实验证实, 在存在氧气条件下,Pd-Rh NCs 在CO 氧化过
程中表现出很高的活性, 而在无氧状态下, Pt-Rh NCs 活性更高；对于NO 还原反应, 无论氧气存在与否, Pt-Rh NCs 都表现出较高的催化活性。此外, Khoudiakov等
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的研究
结果表明, 沉积在过渡金属氧化物Fe2O3 上的纳米 Au 微粒对于室温下 CO 的氧化也具有很高的催化活性。
⑶ 在电池工业中的应用
在燃料电池的开发研究中, 催化剂是关键材料之一, 要求其必须具有比表面积大、稳定性和活性高、不易中毒等优点。以聚合物电解质燃料电池为例, 其发展一直受到一些因素的束缚, 如催化剂比表面积较小以及穿过Naf ion 膜的甲醇电催化反应缓慢等。通过增加碳基底上的 Pt 及其合金的比表面积，可以有效地提高催化剂表面的电化学反应速率。Prabhurum 等
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制备了以Vulcan XC- 72 碳为基底的纳米Pt 催化剂, 可用作燃料
电池的催化剂, 效果比较理想。纳米Ag 粉、Ni 粉的轻烧结体也可作为化学电池、燃料电池和光化学电池的电极, 可以有效地增大与液相或气体之间的接触面积, 增加电池效率, 有利于电池小型化。
2.6 纳米技术在光电领域的应用
纳米技术的发展，使微电子和光电子的结合更加紧密，在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面，使光电器件的性能大大提高。将纳米技术用于现有雷达信息处理上，可使其能力提高十倍至几百倍，甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察。但是要获取高分辨率图像，就必需先进的数字信息处理技术。科学家们发现，将光调制器和光探测器结合在一起的量子阱自电光效应器件，将为实现光学高速数学运算提供可能。
美国桑迪亚国家实验室的Paul等
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发现，纳米激光器的微小尺寸可以使光子被限制
在少数几个状态上，而低音廊效应则使光子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，而能量阈则很低。纳米激光器实际上是一根弯曲成极薄面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器的大小和形状能够有效控制它发射出的光子的量子行为，从而影响激光器的工作。研究还发现，
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纳米激光器工作时只需约100微安的电流。最近科学家们把光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，此结构的光子状态数少于10个，接近了无能量运行所要求的条件，但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子，其效率之高，令人惊讶。
除了能提高效率以外，无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。由于只需要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关，适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅速发展，这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。
3 纳米技术的研究现状和发展趋势
3.1纳米技术的国际研究现状
1999年7月8日《自然》（400卷）发布题为《美国政府计划加大投资支持纳米技术的兴起》重要消息。在这篇文章里，报道了美国政府在3年内对纳米技术研究经费投入加倍，从2.5亿美元增加到5亿美元。克林顿总统于1999年2月向国会提交支持纳米技术研究的议案请国会批准。为了加速美国纳米材料和技术的研究，白宫采取了临时紧急措施，把原1.97亿美元的资助强度提高到2.5亿美元。《美国商业周刊》8月19日报道，美国政府决定把纳米技术研究列入21世纪前10年前十一个关键领域之一。还提到，掌握21世纪可能取得重要突破的3个领域中就包括了纳米技术领域（其它两个为生命科学和生物技术，从外星球获得能源）
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。美国白宫之所以在20世纪即将结束的关键时刻
突然对纳米材料和技术如此重视，其原因有两个方面：一是德科学技术部1996年对2010年纳米技术的市场做了预测，估计能达到14400亿美元，美国试图在这样一个诱人的市场中占有相当大的份额。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位
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。
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3.2 我国纳米科技的发展现状
2000年12月14日，朱镕基等国务院领导人和国家科技领导小组成员在中南海听取了白春礼院士作的“纳米科技及其发展前景”的讲座。白春礼院士在讲座中就纳米科技的意义与发展过程、纳米科技研究领域、纳米科技的前景，以及我国纳米科技的发展状况和对策、建议等问题做了具体介绍。朱镕基总理在讲座后表示，中国政府将积极支持纳米科技的发展，并尽快制定纳米技术近期和中长期发展计划。中国政府已经在不断加大纳米技术研究的资金投人，例如，已将纳米技术研究列入国家的“攀登计划”、“863计划”和“火炬计划”。同时，我国科学技术部、教育部、中国科学院以及国家自然科学基金都已将纳米技术基础研究纳入为重点研究和发展方向之一。科技部的国家重点基础研究“973 计划”中“纳米材料与纳米结构”重大基础研究项目已经启动，科技部将为此项目投入数千万元人民币研究经费。我国纳米材科学科著名专家张立德研究员被任命为该“973 项目”的首席科学家。据科技部有关官员介绍，在“十五”期间，国家资助高技术发展计划用于现代生物技术领域的研究经费是以往15年经费总和的4～5倍，总额将超过 50 亿元人民币。纳米生物学技术是现代生物技术研究的重点内容
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，国家
科技部在“十五”期间对现代生物技术研究的巨大投入，必将促进我国纳米生物学技术研究和产业化的进程。中国科学院也已经将“纳米科学技术”纳入该院正在实施的“中科院知识创新工程”，3 年内将投入研究经费 2500 万元人民币。从 2001 年国家自然科学基金申请指南中也可以发现，国家自然科学基金也加大了纳米技术重大研究的立项，特别是在纳米材料学的立项，以支持全国研究机构和高校的纳米技术创新研究。为了加速我国纳米技术的基础研究水平，近几年来，我国重点高等学校如清华大学、北京大学、南京大学、复旦大学、上海交通大学等先后成立了纳米技术研究中心或研究院，并已经取得了一系列在国际上有一定影响的创新性成果。
3.3 纳米技术的发展趋势
纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术，带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究，在千年交替的关键时刻，迎接新的挑战，抓紧纳米材料和纳米结构的立项，迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。
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