導語：如何才能寫好一篇等離子納米技術，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關鍵詞：物理技術；農業；增產；優質

農藥化肥雖然能夠在最短時間內提高農作物的產量，但是長期使用會導致土地對農藥化肥的過分依賴，甚至導致土地本身的營養不斷下降。大量實踐證明，近年來自然環境被污染、農作物的品質指標在不斷下降，直接影響了人們生活品質，同時也阻礙了我國現代農業的可持續發展[1]。為此，筆者結合實際，提出盡可能地將更多的物理技術應用在農業生產過程中。

1電磁場效應在農業中的應用

1.1提高種子發芽率

利用電磁場處理農作物的種子能夠增強種子的呼吸度，增加種子的根系活力，提高種子的發芽率以及發芽效果。同時還能夠凈化環境，但是將電磁場效應應用在農業中，還需要考慮到不同類型種子其自身的品質、成熟程度等有著一定區別，種子中所蘊含的化學成分也會有所差異。因此在對種子進行電磁場效應時，一定要了解種子自身的導電率、電阻率、電容等一系列特征，明確在同一靜電場運動過程中，種子的運動軌跡會有所差異。結合上述參數對該品類種子的電磁場能夠去除破碎的種子，并且清除雜質，獲取更多高品質的種子，使得種子的純度得到提升。與此同時，利用磁化水澆灌農作物，也能夠增強礦物質在水中的溶解度效果，提高營養物質和水分的吸收速率，對于農作物在生長發育以及增產抗逆能力中都有著極為重要的促進作用[2]。實踐證明，對小麥進行電磁場處理，能夠增加小麥的產量，同時也能夠去除小麥種子中品質低劣的種子。利用電磁場對農作物或種子進行處理的過程中，在使用時利用磁場處理水，將種子放在磁場中進行磁化作用，由于微弱的磁場可以在最短時間內激發種子中各種不同酶的活力，進而提高種子的發芽效果，種子的幼苗也會不斷地茁壯成長，其整體根系會十分發達。磁化水不僅能夠增強小麥的處理效果，同時也能夠幫助種子進行有絲分裂，確保細胞體積增大，增強了作物在水肥吸收過程中的效果。在植物生長過程中，電磁場一直以來都是不可或缺的條件，更是整個植物生產過程中的最重要物理環境因素之一。如果直接把植物與接地用的細金屬網連接起來，會導致該金屬網直接屏蔽了大氣電場，植株就無法實現正常的生長和發育，但是如果在植物中添加適宜的電場，則可以促進植物生長和發育。一直以來在植物生長過程中，電磁場對其的作用都是毋庸置疑的，但是電磁場對于植株生長而言，其所帶來的作用需要進行進一步的分析，由于物理環境因素多樣且復雜不同，因此在利用電磁場增加植株的生長質量時，不僅要考慮到電磁場的作用效果，還需要考慮其他的綜合因素。

1.2減少病蟲害

很多研究人員都在利用電磁場本身的作用使得電場發生定向移動，可以將電場直接附著在作物表面或者是地面、墻壁等等，起到的作用就是在第一時間阻礙病蟲害的傳播，降低病蟲害對農作物帶來的負面影響[3]。無論是水肥的吸收或者是光合作用能力均會在此得到增強，能夠有效地提高種子抗病蟲害的處理能力，使得農作物在生長過程中更加健壯，進而實現農作物的增產和高產，而適當地利用磁化水浸泡小麥、水稻等一系列作物，能夠確保自身具有明顯的促進作用。

2聲波效應在農業中的應用

在農業發展過程中，聲波助長技術也是近幾年新興起來的一種全新的農業高新技術。該技術在科技發展中展現了其獨特的效果，聲波助長儀可根據不同植物本身所具有的聲學特性，提高植物自身的光合效率，提高植物的產量。

2.1促進植物健康成長

利用音箱發出對該種植物所產生的特定的聲波，這種聲波頻率能直接增加植物內活細胞電子流的運動速度，同時也可以通過聲波促進植物對各種不同營養元素的吸收、轉化以及輸入，也可以加快莖葉等營養器官的生化反應速度，促進植物健康成長發育。并且可以針對同一營養物質增加植物的吸收量，使得植物的果實或者是營養體在形成的過程中合成數量不斷增多，促進在植物體內出現大量的有機物質。例如蛋白質和糖的合成，使得植物本身的細胞一直以來都處在較高的氧化水平，而如果出現了毒素則具有極強的破壞作用，能夠確保植物自身的能量供給以及中間產物的產量。聲波的存在如同電磁場一樣，能夠發揮出極強的作用，并且增強植物在進行代謝時的代謝質量，提高植物的活性。事實上，聲波作為一種物理技術，應用在農業生產過程中時間較早。

2.2減少病蟲害

聲波助長儀的作用是讓植物在短時間內快速地生長，提高農作物的產量，增加各類不同的營養物質，增強植物本身的抗病能力，有效地去除植物中的敏感蟲害，實現提早開花、提早結果，延長植物的儲藏時間[4]。對某一些植物而言，還能形成隔離區，能夠確保出現植物病蟲害時，病蟲害得到有效的控制。這些植物聲波也可以讓一些本身相對敏感的害蟲在聽到植物聲波后產生厭惡感和恐懼感，不會出現在植物上繁殖的狀態，甚至有一些害蟲會主動離開，以此達到有效去除敏感害蟲的功效。根據植物本身的發生狀態，實現自發聲，這種自發聲具備極強特殊的聲波，利用聲波共振技術讓聲波儀模擬出與植物自發聲相同的聲波，提高植物自身的光合效率，提高植物的產量[5]。在農業生產過程中，聲波助長物理技術的實施能夠進一步完善當前的農業生產技術，提高農業生產科技水平，促進農業發展。

3納米能量效應在農業中的應用

近年來，我國的納米肥料研究呈現出蓬勃發展的趨勢，納米技術的出現也能夠有效地改變種子中存在的微小裂口和破損，納米包裝可以更快速地適應不同環境的發展需求、不同環境的狀態，在食品變質時第一時間提醒消費者。納米技術也可以改善包裝的滲透，能夠提高阻隔性，改善耐熱和抗損技術，阻止食物變質。在納米技術應用過程中，其應用在包裝技術上，對功能產品以及互動食品的發展帶來了積極的促進作用，利用納米包裝能夠促使這些食品為人體提供更加有效、更加科學的營養[6]。在分析農業技術中應用納米技術時，我們發現其具有以下優點。

3.1提高種子的出苗率

出苗率一直以來都是農產品提高產量和質量的重中之重，利用納米技術處理后的種子可以直接吸收自然界的光波，將光波直接轉化成為電磁波接入，使得種子體內的大分子團漸漸分離，成為小分子團。如果在空間沒有出現改變的情況下不斷增加這一條件，能夠使得分子團的運動速度更加劇烈，并且分子團與分子團相互碰撞時，其概率更大，活性也會隨之增加，能量也會不斷地增強，其對種子的破土能力而言，會帶來積極的影響。

3.2促進植物的新陳代謝

通過納米處理后，幼苗的長勢飛快，并且幼苗本身的根系發達，利用納米處理技術能夠對種子進行有效的調節，加快植物體內的新陳代謝，提高植物的抗逆性，促進植物的生長，根系活力得到顯著的提升。通過大量的實驗分析，發現植物的根系活力甚至可以達到82.3%。在農業上利用納米生物農藥也能夠使得植物的生長速度得到提升，而這一種農藥不溶于水的復雜體系屬于非均相體系，其物理化學和生物學也會在第一時間內出現改變。

3.3減少病蟲害

利用納米技術可以讓植物的細胞壁出現破壁的情況，脂溶性和水溶性的殺蟲物質也能夠釋放，直接作用于害蟲，提高了農藥在使用時的藥效。納米物質的表面效應十分明顯，這是由于粒度越小，表面就越大，減少農藥使用量[7]。隨著納米技術發展，促進農業系統環境的監控能力得到提升，確保農業實現精準生產，可以有效地挖掘植物中存在的潛在營養物質，進一步提高農產品的產量以及農產品的附加值，而使用納米農藥精準改變殺蟲劑，有效地減少農藥使用量，降低農藥的殘留，最終能夠實現綠色農業發展，提高農業發展的整體質量。同時，去除土壤中存在的有害物質，清潔水質，保護我國農業生態屬于生態健康狀態。

4等離子處理技術在農業中應用

等離子技術也是農業發展過程中常見的技術之一，而使用等離子技術能夠通過物理方法提高種子在使用時的活力，激發種子自身的潛能，實現提高種子發芽率，達到增產的效果。通過大量的實驗分析可知，將等離子技術應用在農業發展過程中，大豆平均增產12.2%，玉米平均增產11.3%，而水稻則能夠增產11.5%，這是一種以單項的技術就能夠提高農作物產量和品質的農業技術[8]。等離子技術為我國糧食安全、糧食品質保障帶來了極為正向的影響，而物體的存在狀態與物體的溫度有著直接密切的關系，溫度的變化能夠直接改變物體存在的狀態，而物體存在的狀態也會改變物質本身的特性。通過等離子技術能夠讓種子具有極強的抗逆性以及生命力，將使得農作物的產量得到提升，有效改善農作物品質，但是在使用等離子技術處理種子時需要考慮已經萌動的種子一定不可以利用等離子處理技術，等離子處理種子的目的和意義是打破原本種子的休眠狀態，使得種子自身的活力得到增強。已經萌動的種子不再是真正意義上的種子，其內部物質已經出現了改變，種子已經變成了一個生命體，正在進行生命發展，而在這一階段應用等離子體對其進行刺激，并不會對種子的生長、發芽帶來正面影響，反而會帶來負面影響，甚至會直接影響到種子的出苗。利用等離子處理技術不能處理有雜物的種子，這是由于等離子機在處理種子時，是根據種子的粒度處理，即能夠流暢地確定各種尺寸，機器結構在滿足最大力度通過的情況下間隙最小，只有保證種子在機器內部能夠實現多次有效的翻轉，并且獲得充分的照射，才能提高處理效果[9]。但是如果在處理種子過程中存在雜物則有可能會導致雜物直接進入到機器內，使得機器內部出現堵塞的狀況，等離子技術在處理種子過程中要保證種子的流通狀態順暢，按照正常的流動速度進行設計，才能夠獲取最佳狀況，如果流速處理不當，會影響到在后續處理時的處理效果[10]。等離子處理技術自身的科技含量高，實用性強，具有非常多的綜合優勢，能夠滿足我國農業發展需求，既能保護環境，也可以增加社會效益以及經濟效益。

5小結

篇2

關鍵詞：等離子體激元波導；對稱混合長程表面；激光傳輸介質；介質分析

計算機和微電子技術的發展對數據傳輸的速度也有著很大的要求，隨著技術的改善，光纖損耗技術的降低也讓光纖通信有了良好的發展空間，隨著通信技術和網絡信號的處理要求不斷提高，新一代的光電系統在生活中的應用范圍也越來越廣，集成光學在生活和研究領域的重要性也在不斷增加，逐漸成為研究領域的熱點之一。

1 表面等離子體的理論基礎

在很久以前，人們就已經對金屬表面的等離子共振有著一定的了解和接觸，在這一現象尚未上升到理論高度的時候，人們在無意之中采用金屬的這個特性進行了一些簡單物品的制作，比如利用金屬納米結構的選擇性散射和透射的效應，把不同種類的金屬顆粒摻雜進彩色的玻璃當中，從而生產出各種各樣顏色的玻璃，用作不同的裝飾品，如在制備玻璃杯的時候，在制作玻璃的時候摻入微量的金粉和銀粉，這樣就能讓玻璃杯呈現出不同的顏色，如不透明的綠色和半透明的紅色，這就是等離子體在人類尚不能理論化這個現象時候的初級應用。

一般情況下，貴金屬才是表面離子體產生的重要介質，因為貴金屬當中可以實現電子躍遷，可以使能量衰減少，這樣在金屬尺寸縮小到幾十納米量級的時候，要使用麥克斯韋的電磁方程來進行理論上的建模與分析。

在日常的生活當中，金屬頻率的可見光波段會因為反射光比較多而阻礙同屬性的其他電磁波進入和穿過。在微波和遠紅外的波段中，波導的包層可以使用某些金屬作為代替，而且隨著頻率的不斷增大，電磁波對于金屬的穿透能力也在不斷增強，也會帶來更大的損耗，在這個狀態下，我們可以使用德魯特模型進行性質的描述。

表面等離子體的激元波導傳輸是外界在電磁場的作用下對電子自由振動的傳播以及入射光子的相互作用而產生的電磁波，電磁波沿著金屬和介質的分界面進行傳播。它的振幅在垂直于傳播方向上有著和傳播深度呈反比方向的關系。在兩個相異的均勻媒質分界面處，介電常數是正實數的媒質就是介質，而介電常數呈現復數狀態的就是金屬，在金屬和介質的分界面處，一定頻率的光波照射會引起金屬中自由電子的震蕩從而引起共振。

2 混合長程表面等離子體激元波導傳輸的分析

（一）混合長程表面等離子體波的特點

最近引用較多的混合長程表面結構就是三層結構，分別是IMI結構與MIM結構，這兩種結構當中間層比較厚的時候，兩個分界面的表面等離子體波互不干擾，而隨著中間層厚度的減少，兩個分界面上的表面等離子體波開始進行交疊，從而產生耦合的現象。我們對這種現象進行分析，發現場限制能力較強的結構會有較大的傳輸損耗，而傳播長度和場限制能力是互相制約的，在IMI結構中，電磁能量向兩邊集中，所以傳播長度交纏，傳播距離也會大大增大，所以這就是長程表面等離子體波。

混合長程表面等離子體波具有傳輸距離較長、平面集成較為便利的特點，所以隨著金屬厚度的減少，表面等離子體的傳輸常數的虛數部分會趨向于0.從而可以進行較長的傳輸。這種易于被光纖介質波導激發的方式以及得到了廣泛的應用，而且有著可以實現模場放大的可能性。

（二）混合長程表面等離子體激元波導的簡介

混合長程表面等離子體激元波導是長程表面等離子體波和高折射率下的對比效應的混合狀態，這種狀態下等離子體波到有額外的場限制能力，傳播長度也有著提升，對三維的集成光學電路的發展鋪平了道路，通過詳盡的計算，有著新型結構的初步實行方案。新型的結構注重傳播長度、模式寬度的統一。

在具體的制造過程中，對稱混合長程表面的等離子體波到是所有層和介質材料以及過程中化學蒸汽的疊加，所以有著一定的制造誤差，要注重理想尺寸的精確程度。而側向模場限制也是需要很多關注的，而且傳播的損耗會由于模場限制而有所降低，在這個過程中，橫向模場限制在沒有彎曲損耗計算的情況下可以基本確定最低彎曲半徑的實現，從而使模式寬度成為一個關鍵的參數。在耦合長度方面，水平放置的平行波導要大于垂直放置狀態，而包層波導的耦合長度要比非包層波導的耦合長度長，兩個相鄰波導的串擾減小也會導致耦合長度的增加。

3 結語

新型的對稱混合長程表面等離子體激元波導有著優點和缺點，要注重分析介質加載的表面等離子體，和長程表面等離子體的優點與缺點，對對稱混合長程表面等離子體波導結構進行一定的優化。

參考文獻：

[1]孫海麗. 對稱混合長程表面等離子體激元波導傳輸特性研究[D].蘭州大學，2014.

篇3

    一、21世紀物理學的幾個活躍領域

    蒸蒸日上的凝聚態物理學

    自從80年代中期發現了所謂高臨界溫度超導體以來,世界上對這種應用潛力很大的新材料的研究熱情和樂觀情緒此起彼伏,時斷時續。這種新材料能在液氮溫區下傳導電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導材料的研究仍是今后凝聚態物理學中活躍的領域之一。目前,許多國家的科學工作者仍在爭分奪秒,繼續進行競爭,向更高溫區,甚至室溫溫區超導材料的研究和應用努力?？梢灶A計,這個勢頭今后也不會減弱,此外,高臨界溫度的超導材料的機械性能、韌性強度和加工成材工藝也需進一步提高和解決。科學家們預測,21世紀初,這些技術問題可以得到解決并將有廣泛的應用前景,有可能會引起一場新的工業革命。超導電機、超導磁懸浮列車、超導船、超導計算機等將會面向市場,屆時,世界超導材料市場可望達到2000億美元。

    由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀70年代末,在短短不到30年的時間內,已逐步揭示出其微觀機制和物理圖像。目前已利用半導體超晶格材料研制成許多新器件,它可以在原子尺度上對半導體的組分摻雜進行人工“設計”,從而可以研究一般半導體中根本不存在的物理現象,并將固態電子器件的應用推向一個新階段。但目前對于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進一步的努力。一些科學家預測,下一代的電子器件可能會被微結構器件替代,從而可能會帶來一場電子工業的革命。微結構物理的研究還有許多新的物理現象有待于揭示。21世紀可能會碩果累累,它的前景不可低估。

    近年來,兩種與磁阻有關的引起人們強烈興趣的現象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現象。一般磁阻是物質的電阻率在磁場中會發生輕微的變化,而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數千倍的變化。超巨磁現象中令人吃驚的是,在很強的磁場中某些絕緣體會突變為導體,這種原因尚不清楚,就像高臨界溫度超導材料超導性的原因難以捉摸一樣。目前,巨磁和超巨磁實現應用的主要障礙是強磁場和低溫的要求,預計下世紀初在這方面會有很大的進展,并會有誘人的應用前景。

    可以預計,新材料的發展是21世紀凝聚態物理學研究重要的發展方向之一。新材料的發展趨勢是:復合化、功能特殊化、性能極限化和結構微觀化。如,成分密度和功能不均勻的梯度材料;可隨空間時間條件而變化的智能材料;變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為下世紀重要的新材料。材料專家預計,21世紀新材料品種可能突破100萬種。

    等離子體物理與核聚變

    海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫,氧化氘就是重水,每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來,那么它所產生的能量足以提供人類使用數百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來釋放能量,這個過程稱為熱核反應,也叫核聚變。

    核聚變反應的溫度大約需要幾億度,在這樣高的溫度上,氘氚混合燃料形成高溫等離子體態,所以等離子體物理是核聚變反應的理論基矗1986年美國普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績,他們在TFTR實驗裝置上進行的超起動放電達到20千電子伏,遠遠超過了“點火”要求。1991年11月在英國卡拉姆的JET實驗裝置上首次成功地進行了氘氚等離子體聚變試驗。在圓形圈內,2億度的溫度下,氘氚氣體相遇爆炸成功,產生了200千瓦的能量,雖然只維持了1.3秒,但這為人類探索新能源——核聚變能的實現邁進了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應距實際應用還有相當大的距離,技術上尚有許多難題需要解決,如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度?高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸,否則等離子體要降溫,容器也會被燒環,這就是如何約束問題。21世紀初有可能在該領域的研究工作中有所突破。

    納米技術向我們走來

    所謂納米技術就是在10[-9]米(即十億分之一米)水平上,研究應用原子和分子現象及其結構信息的技術。納米技術的發展使人們有可能在原子分子量級上對物質進行加工,制造出各種東西,使人類開始進入一個可以在納米尺度范圍,人為設計、加工和制造新材料、新器件的時代。粗略的分,納米技術可分為納米物理、納米化學、納米生物、納米電子、納米材料、納米機械和加工等幾方面。

    納米材料具有常規材料所不具備的反常特性,如它的硬度、強度,韌性和導電性等都非常高,被譽為“21世紀最有前途的材料”。美國一研究機構認為:任何經營材料的企業,如果現在還不采取措施研究納米材料的開發,今后勢必會處于競爭的劣勢。

    納米電子是納米技術與電子學的交叉形成的一門新技術。它是以研究納米級芯片、器件、超高密度信息存儲為主要內容的一門新技術。例如,目前超高密度信息存儲的最高存儲密度為10[12]畢特/平方厘米,其信息儲存量為常規光盤的10[6]倍。

    納米機械和加工,也稱為分子機器,它可以不用部件制造幾乎無任何縫隙的物體,它每秒能完成幾十億次操作,可以做人類想做的任何事情,可以制造出人類想得到的任何產品。目前采用分子機器加工已研制出世界上最小的(米粒大小)蒸汽機、微型汽車、微型發電機、微型馬達、微型機器人和微型手術刀。微型機器人可進入血管清理血管壁上的沉積脂肪,殺死癌細胞,修復損壞的組織和基因。微型手術刀只有一根頭發絲的百分之一大小,可以不用開胸破腹就能完成手術。21世紀的生物分子機器將會出現可放在人腦中的納米計算機,實現人機對話,并且有自身復制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實現物種再構。

    “無限大”和“無限斜系統物理學

    “無限大”和“無限斜系統物理學是當今物理學發展的一個非?；钴S的領域。天體物理和宇宙物理學就屬于“無限大”系統物理學的范疇,它從早期對太陽系的研究,逐步發展到銀河系,直到對整個宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀后半葉自然科學中四大成就之一是當之無愧的。利用該模型已經成功地解釋宇宙觀測的最新結果。如宇宙膨脹,宇宙年齡下限,宇宙物質的層次結構,宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結果?？梢哉f具有暴脹機制的熱大爆炸宇宙模型已為現代宇宙學奠定了一定的基矗但是到目前為止,關于宇宙的起源問題仍沒有得到解決,暴脹宇宙論也并非十全十美,事實上想一次就能得到一個十分完善的宇宙理論是很困難的,這還有待于進一步的努力和探索。

    “無限大”系統物理學還有兩個比較重要的問題是“類星體”和“暗物質”?！邦愋求w”是1961年發現的,一個類星體發出的光相當于幾千個星云,而每個星云相當于1萬億個太陽所發出的光,所以對類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末,科學家們發現一個編號為3C271的類星體,一天之內它的能量增加了一倍,到底是什么原因使它的能量增加如此迅速?有待于21世紀去解決?！鞍滴镔|”是一種具有引力,看不見,什么光也不發射的物質。宇宙中百分之九十以上的物質是所謂的“暗物質”,這種“暗物質”到底是什么?我們至今仍不清楚,也有待于下世紀去解決。

    原子核物理和粒子物理學則屬于“無限斜系統物理學的范疇,它從早期對原子和原子核的研究,逐步發展到對粒子的研究。粒子主要包括強子(中子、質子、超子、л介子、K介子等)、輕子(電子、μ子、τ輕子等)和媒介子(光子、膠子等)。強子是對參與強相互作用粒子的總稱,其數量幾乎占粒子種類的絕大部分;輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的,它們不參與強相互作用;而媒介子是傳遞相互作用的。目前,人們已經知道參與強相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的,但是至今不能把單個“夸克”分離出來,也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨立不出來呢?還有一個不能解釋的問題是“非對稱性”,目前我們已有的定理都是對稱的,可是世界是非對稱的,這是一個有待于解決的矛盾。尋找獨立的夸克和電弱統一理論預言的、導致對稱性自發破缺的H粒子、解釋“對稱”與“非對性”的矛盾,是21世紀粒子物理學研究的前沿課題之一。

    從表面上看“無限大”系統物理學與“無限斜系統物理學似無必然的聯系。其實不然,宇宙和天體物理學家利用廣義相對論來描述引力和宇宙的“無限大”結構,即可觀察的宇宙范圍;而粒子物理學家則利用量子力學來處理一些“無限斜微觀區域的現象。其實宇宙系統與原子系統在某些方面有著驚人的相似性。預計21世紀“無限大”系統物理學將會與“無限斜系統物理學結合得更加緊密,即宏觀宇宙物理學和微觀粒子物理學整體聯系起來。熱大爆炸宇宙模型就是這種結合的典范,實際上該模型是在粒子物理學中弱電統一理論的基礎上建立起來的?？梢灶A計,這種結合對科技發展和應用都會產生巨大的影響。

    二、跨世紀科學技術的發展趨勢

    科學技術能否取得重大突破的關鍵取決于基礎科學的發展。所以,首先必須重視基礎科學的研究,不能忽視更不能簡單地以當時基礎科學成果是否有用來衡量其價值。相對論和量子力學建立時好像與其他學科和日常生活無關,直到20世紀中期相對論和量子力學在許多科學領域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視?？梢哉f,20世紀幾乎所有的重大科技突破,像原子能、半導體、激光、計算機等,都是因為有了相對論和量子力學才得以實現?？梢哉f,沒有基礎科學就沒有科學技術、社會和人類的發展。

    20世紀重大科技成果的成功經驗證明,不同學科間的互相交叉、配合和滲透是產生新的發明與發現,解釋新現象,取得科學突破的關鍵條件之一。例如,核物理與軍事技術的交叉產生了原子彈;半導體物理與計算技術的交叉產生了計算機?？梢灶A計,21世紀待人類掌握核聚變能的那一天,一定是核物理、等離子體物理、凝聚態物理和激光技術等學科的交叉和配合的結果。這也是21世紀科學技術的發展趨勢之一。

篇4

關鍵詞：納米金；生物醫學技術；應用現狀；

1前言

如今納米技術隨著時代的發展已經得到了很大的發展，成為了科學研究的熱點，納米金是指直徑0.8~250mm的締合金溶膠，它屬于納米金屬材料中研究最早的種類，納米金具有良好的納米表面效應、量子效應以及宏觀量子隧道效應，它具有很多良好的化學特性，比如抗氧性和生物相容性。

2納米金在病原體檢測技術中的應用現狀

近些年來生物醫學界對于流行病學的研究和對病原微生物的診斷已有了不小的進展，傳統的分離、培養及生化反應逐漸被時代所淘汰，運用納米金的免疫標記技術作為新的高通量的、操作簡單的檢測技術被廣泛應用于臨床病原體的檢測，這種檢測技術快速且準確，十分適合在臨床上使用。1939年，兩位科學家Kausche和Ruska做了一個小小的納米金實驗，他們將煙草花病毒吸附在金顆粒上，并在電子顯微鏡下觀察，發現金離子呈高電子密度，就此打下了納米金在免疫電鏡中的應用基礎。從1939年后生物醫學技術不斷發展，納米金標記技術也廣受世人關注，成為了現代社會四大免疫標記技術之一。作為一種特殊標記技術，納米金在免疫檢測領域受到了廣泛的應用，使用納米金粒子做探針，觀察抗原抗體的特異性反應，放大檢測信號，由此檢測抗原的靈敏性。納米金技術具有良好的檢測靈敏性，在早期還支持診斷并監控了急性傳染性病毒，根據這一特性，秦紅設計了快速檢測黃熱病病毒的技術，在納米金顆粒上標記上金SPA-復合物的標志，通過免疫反應實驗我們發現病毒抗體與納米金顆粒結合，并形成了人眼可見的紅線。這種檢測方法的優點有：不需要器材、簡單、迅速、廉價、高效，極大地推動了黃熱病病毒檢測技術的更新，在黃熱病的防控事業上有著深遠意義。利用納米金作為免疫標記物來檢測的除了黃熱病病毒，還有致病寄生蟲。我國的民族種類多樣，一些少數民族人民由于自身的文化特點，喜食生食或半生食物，這就形成了寄生蟲病的傳播，我國經濟大發展后，人民的生活水平得到了提高，但還是喜食半生動物肉或者內臟，造成了食源性寄生蟲病發病率的上升，嚴重影響人民身體健康。目前我國的臨床診斷寄生蟲病技術包括三方面：病原學檢查、免疫學檢查以及影像學檢查。運用納米金檢測技術，不僅縮短了取材時間、縮小了取材范圍，而且檢出率高、創傷性小，受到了患者的廣泛歡迎。

3納米金在核酸、蛋白質檢測中的應用現狀

納米金粒子具有特殊的表面等離子體共振現象，被應用在核酸構建和分析檢測蛋白質領域中，可以把生物識別反映轉換為光學或電學信號，因此人們將其與DNA、RNA和氨基酸相結合，在檢測核酸和蛋白質方面收效頗豐，并且這種檢測方法制備簡單，同時還具有很多優點，比如良好的抗氧化性和生物相容性，下面具體講一下納米金檢測技術在核酸和蛋白質檢測中的應用。首先是在核酸檢測中的應用。美國首先利用納米金連接寡核苷酸制成探針檢測核酸，將納米金做標記與靶核酸結合形成超分子結構，由此來檢測核酸。利用納米金技術檢測特定病原體和遺傳疾病首先要做的就是檢測核酸的特定序列，在芯片點陣上整齊排列納米金顆粒，利用TaqDNA連接酶識別單堿基突變，等待連接后，就可以經過一系列步驟得出單堿基突變結果，得到所需信息。在臨床應用中使用納米金技術的表現有高靈敏檢測谷胱甘肽和半胱氨酸的新型電化學生物傳感器，這種機器對于谷胱甘肽和半胱氨酸的檢出限值更低，在檢測及預防糖尿病、艾滋病等疾病方面具有很大的臨床優勢。其次是在蛋白質檢測中的應用。納米金與蛋白質的作用方式非常多樣，有物理吸附方式、化學共價結合方式以及非共價特異性吸附等等方式，在此背景下，我們可以利用納米金檢測并治療疾病和檢測環境污染。

4納米金在生物傳感器制備中的應用現狀

目前納米金在生物傳感器檢測中的應用受到了人們的普遍關注，如上文所說，納米金具有特殊的表面等離子體共振現象，這是制備生物傳感器的基礎。利用這種特性，科學家們做了許多實驗，比如拉曼光譜試驗，使用Uv-Vis光譜和拉曼光譜儀測試金納米顆粒的表征，得出結論是可以根據納米金顆粒的不同形貌制作不同濃度分子的探針，受外周環境介電特性和顆粒尺寸大小的影響，納米金顆粒會表現出不同的形貌特征，比如吸收光譜、發生藍移。納米金是屬于一種非常微小的貴金屬，作為貴金屬，它具有很好的導電性能，利用納米金進行免疫檢測時會大量聚集納米金，從而增強反應體系的電導，順利通過電導檢測免疫反應。利用納米金的高檢測靈敏性可以進行電化學免疫傳感器的制備。

5其他領域的應用現狀

目前納米技術的研究中，納米金在生物醫學技術中的應用研究是重要研究課題，除了上文中說到的病原體檢測、核酸以及蛋白質檢測還有生物傳感器制備中的應用，納米金技術同時也被廣泛應用于腫瘤的診斷與治療、藥物載體以及CT成像。納米金具有特殊的組成結構，它可以輕易被修飾并負載化合物，可以用于檢測并治療腫瘤，還可以被用于肺癌的檢測及治療，目前的大量數據都表明納米金技術在診斷并治療肺癌上有極大的優勢。

6結語

篇5

關鍵字：納米TiO2制備等離子體催化劑應用

引言

近年來,隨著全球環境污染的日益嚴重,光催化劑材料一直是材料學及催化科學研究的熱點.在光催化領域,TiO2因其具有成本低廉,高的化學穩定性,強氧化性等特點而成為使用最多的光催化劑,以TiO2為主的材料在光催化氧化有機污染物方面得到了廣泛的研究,目前,納米粉體的制備工藝已較為成熟并進入產業化批量生產階段。

以光催化劑為背景的TiO2的研究起源于1972年,日本Fujishima和Honda在Nature雜志上報道,發現在光輻射的TiO2半導體電極和金屬電極所組成的電池中,可持續發生水的氧化還原反應,產生H2,這表明通過半導體電極,可以把光能轉化為化學能,他們的研究引起了人們對半導體在光作用下能否治理污染的興趣,國內外許多學者競相開展這方面的研究。到1976年,在J.H.Cary報道了紫外光照射下的二氧化鈦可使難生物降解的有機化合物多氯聯苯脫氯后,鈉米二氧化鈦光催化劑在環境中的應用越來越引起人們的注意。至今,已發現有3000多種難降解的有機化合物可以在紫外光線的照射下通過二氧化鈦迅速降解,特別是當水中有機污染物的濃度很高或其他方法很難降解時,這種技術有著更明顯的優勢。正是由于在上述開拓性工作的基礎上,有關光催化劑，TiO2的研究工作有了進一步的發展,人們研究出比表面積大,催化性能更好的納米TiO2。本文將對納米TiO2光催化劑的研究現狀,即它的制備方法和改性,以及它的應用研究進展做簡要評述。

1納米TiO2及其納米管的制備

1.1納米TiO2的制備

傳統的TiO2的制備方法主要有化學氣相沉積法(CVD)、氣相氧化法、固相熱解法、醇鹽水解法、鈦鹽直接水解法等,對上述這些方法的報道均已有很多,

這里就目前對這些方法新的研究作一簡要概述。

1.1.1超臨界流體干燥法

液相法制粉中普遍存在的問題就是團聚問題,常用的一種方法就是是在原料液中加分散劑,它只能在水解沉淀階段防止團聚,但難于防止熱處理階段的團聚問題。用超臨界流體干燥法代替傳統的干燥方法,就可以避免這一問題超臨界流體法就是利用液體的超臨界特性,即在臨界點以上,氣液界面消失,孔內界面張力不復存在,所有溶劑在超臨界的狀態沒有表面張力或毛細管作用力的影響,因而不會發生因存在表面張力作用而使凝膠網絡結構塌陷和發生凝膠收縮團聚而使顆粒長大,從而可以制得粒徑小,表面積大的粒子。

1.1.2微波輔助法制備納米TiO2

微波作為一種新型的加熱方式,具有對反應體系加熱迅速,均勻,不存在溫度梯度等特性,將微波應用于改進的溶膠-凝膠法TiO2制備中,能得到比常規方法粒度更小,分布更窄的多孔性納米TiO2催化劑。ShiJian-zhen等研究應用微波法和銀的摻雜提高了TiO2降解甲基橙的效率。孫嘯虎等應用微波干燥制備納米的TiO2,對于濃度為20mg/L、pH為3的水楊酸水溶液,以主波長為253.7nm的紫外燈照射下,在40min內降解率達到97%,實驗表明用微波制得的納米TiO2光催化劑的降解活性明顯高于傳統烘箱干燥方式制備的TiO2光催化劑。

1.1.3等離子體法制備納米TiO2

該方法是利用等離子體產生的超高溫激發氣體發生反應,同時利用等離子體高溫區與周圍環境巨大的溫度梯度,通過急冷作用得到納米顆粒,產生等離子時沒有引入雜質,因此生成的納米離子純度高,顆粒呈球形,分散性好,光催化活性提高。Ghezzar等研究利用等離子體協助下制備的對AG25的降解,實驗表明TiO2在最佳濃度下,TiO2在通過等離子體處理15min后TiO2,染料在15min內完全被去除,COD的降解率為93%。鄧仕英等對制備的TiO2用氮等離子體輻照,經處理的TiO2的光催化活性比未處理的活性高得多。

1.2TiO2納米管的制備

目前制備的TiO2存在的重要問題是量子效率低,因此提高光催化劑的量子效率就成為研究的熱點。與TiO2粉末相比,TiO2納米管具有更大的比表面積和較高的吸附能力,將會大大改善TiO2的催化性能,可望進一步提高光催化量子效應。因此,TiO2納米管已經引起許多科研工作者的廣泛重視。XuHui等利用水熱解法金紅石型TiO2制成TiO2納米管,實驗通過比較TiO2粉末和TiO2納米管的光催化活性,結果表明TiO2具有更小的比表面和更好光催化活性。MacakJanM等研究表明銳鈦礦型TiO2納米管比一般的光催化劑表現出更好的有機染料的轉化。當前TiO2納米管的制備方法主要有膜板法、水熱法、電沉積法、冷卻烘干法等,與制備TiO2粉末一樣,TiO2納米管的制備也有一些改進。羅永松等發現化學沉積法制備的碳納米管長短不一,而且高度纏繞,限制了其應用,他們在實驗中進行氧化剪裁,使高度纏繞的碳管變成兩端開口的短管,再通過溶膠-凝膠的方法獲得TiO2/碳納米短管復和體,制得的復合體其光催化性能大大加強。楊迎春等將制備的TiO2納米管通過酸化處理,實驗表明處理過的TiO2納米管的催化活性比未處理的TiO2納米管活性高得多。

2光催化劑TiO2的改性

2.1貴金屬表面沉積

貴金屬對半導體催化劑的修飾是通過改變電子分布來實現的。在二氧化鈦表面沉積適量的貴金屬后,由于金屬的費米能級小于二氧化鈦的費米能級,即金屬內部和二氧化鈦相應的能級上,電子密度小于二氧化鈦導帶上的電子密度。因此,載流子重新分布,直到它們的費米能級相同。電子在金屬上的富集,相應減少了二氧化鈦表面電子密度,從而抑制了電子與空穴的復合。Sasaki等用激光脈沖法把Pt沉積在TiO2上,Pt/TiO2體系帶隙能降為2.3eV,使激發波長延伸

至可見光區。

2.2過渡金屬離子的摻雜

由于過渡金屬元素存在多化合價,在TiO2晶格中摻雜少量過渡金屬離子,即可在其表面引入缺陷,成為光生電子-空穴對的淺勢捕獲阱,延長電子與空穴的復合時間,從而降低光生電子空穴的復合幾率。陳俊水[21]等采用水熱法制備了Cu(Ⅱ)摻雜的納米TiO2,實驗表明Cu(Ⅱ)摻雜能提高納米TiO2的光催

化活性,加快光催化進程。

2.3非金屬元素的摻雜

半導體TiO2中摻雜非金屬同樣也影響光催化活性,通過完全是勢線性綴加平面波模型分別計算了C、N、F、P、S取代銳鈦礦二氧化鈦中晶格氧時的態密度后認為,和O2P軌道相比,非金屬元素具有能量相對較高的P軌道,用非金屬元素取代O提高光催化劑的價帶電位,從而降低半導體光催化劑的導帶位置,能使其禁帶寬度變窄。王永強等通過加熱法制備了S摻雜的S/TiO2,實驗發現S/TiO2在可見光下具有很好的光催化活性,是未改性TiO2的2.7倍。

2.4半導體復合

通過半導體的耦合可提高系統的電荷分離效果,擴展光譜響應的單位,從而提高催化劑的活性。近年來,對二元半導體復合進行了許多研究,如TiO2-CdS,TiO2-CdSe,TiO2-SnO2等。這些復合半導體幾乎都表現出高于單個半導體的光催化性質。以TiO2-CdS為例,CdS的帶隙能為2.5eV,當激發能不足以及發光催化劑的TiO2時,卻能激發CdS,由于TiO2導帶比CdS導帶電位高,得CdS上受激發的電子更容易遷移到TiO2的導帶上,激發產生的空穴仍留在CdS的價帶,這種電子從CdS向TiO2的遷移有利于電荷的分離;當用足夠的激發能量的光照射時,同時發生躍遷,由于能級差異,電子聚集在TiO2,而空穴聚在CdS上,光生電子和空穴得到分離。

3納米TiO2光催化的應用

3.1污水、廢氣的處理

利用納米TiO2的光催化性質對空氣、水中有毒有害物質進行降解,以達到優化環境的目的,是納米TiO2應用研究的一個熱點。污水主要指有機廢水,這些廢水中含有許多對人體有害的物質,如有機磷、酚類、芳烴和雜環化合物等,它們污染程度大,對人體健康危害嚴重。利用納米TiO2凈化處理烴類、酚類、雜環芳烴等,工藝簡單,效果良好。通過優化制備方法和控制晶粒的尺寸,還可以提高催化活性和選擇性。在納米TiO2粒子的表面,水分子和OH-捕獲光生空穴產生羥基自由基,這些自由基的氧化能力強,可以與有機物中的碳結合,破壞雙鍵、芳香鏈,使其裂解產生H2分子,終使有機物分子轉變為無毒的CO2和H2O。C.A.Bahamonde等人以摻Fe的TiO2為催化劑,對水中的苯酚進行降解,效果良好。TiO2可將室內有害氣體和大氣污染氣體吸附在表面上,并將其分解氧化起到凈化空氣、殺菌和除臭的作用。空氣中超標的CO、NOx與SO2是嚴重危害人類健康的有害氣體。利用TiO2光催化產生的活性氧,配合雨水作用可將空氣中的NOx與SO2形成HNO3和H2SO4,從而將NOx與SO2去除。W.C.Hung等人采用由溶膠-凝膠法制備得到的摻Fe的TiO2對空氣中的二氯甲烷進行光催化降解實驗,獲得了良好的效果。

3.2殺菌方面的應用

隨著生活水平的提高,人們對工作和生活環境的衛生日益重視。一般殺蟲劑能使細胞失去活性,但細菌被殺死后,可釋放出致熱和有毒的組分如內毒素,因此各種環保型的抗菌功能材料應運而生,并獲得了迅速發展。利用納米TiO2光催化產生的光生電子與光生空穴與催化劑表面吸附的H2O或OH形成具有強氧化性的性羥基或超氧離子,與細菌細胞或細菌內組分進行生化反應,徹底殺死細菌,同時還能降解由細菌釋放出的有毒復合物,防止內毒素引起二次污染。利用納米TiO2相繼制成了抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌自潔玻璃、抗菌不銹鋼和抗菌纖維等制品。另外,納米TiO2在中央空調的殺菌、殺菌涂料等方面,都能實現抗菌、抗霉和凈化空氣等功能。C.Hu等人通過對AgI/TiO2復合的光催化劑的殺菌性能進行了研究,在可見光照射下,該催化劑可高效殺死大腸桿菌和葡萄球菌,而且檢測表明,細菌完全分解為C的氧化物或小分子有機物。

3.3其他方面的應用

由于納米TiO2的特殊性質,除上述的幾個主要應用領域外,納米TiO2在其他方面的應用也一直是人們研究的熱點,除了有機物的光催化氧化,TiO2對無機化合物的光催化還原也是一個重要的研究方向。利用TiO2的光催化性質,可還原金屬離子使其變成單質。據文獻報道,貴金屬可由相應鹽溶液在TiO2的光催化下得到相應的金屬單質微粒,為貴金屬的回收提供了新的思路。近年來,國內外學者在太陽能轉換和儲存、光敏化、氣體傳感器、光催化化學合成等方面的應用也進行了大量的研究。

4.結語和展望

納米TiO2可見光光催化劑是材料科學領域研究的熱點之一,光催化技術在徹底降解水中有機污染物、利用太陽能節約能源、維持生態平衡、實現可持續發展等方面有著突出的優點,但此項技術還處于由實驗室向工業化發展階段,還有許多工作要做。

(1)盡管目前摻雜納米TiO2在紫外光區和可見光區的光催化性能已得到很好的試驗證明,人們也開發出多種摻雜工藝,但是對它的機理還存在爭議,尤其是對非金屬元素的摻雜存在較多爭議,而對共摻雜納米TiO2的光催化機理的研究報道甚少。只有對光催化反應機理進行深入的研究,才能更好地控制摻雜的元素種類、摻雜量等,從而針對不同的催化反應,設計并合成具有針對性的光催化劑。

篇6

【關鍵詞】重金屬；納米材料；傳感器；氣溶膠

在過去的一段較長時間內，我國的一些企業只顧著一味地追求經濟利益最大化，卻忽視了其發展過程中對環境造成的負面影響，形成了“以環境換發展”的發展模式。有許多細小的傷害是我們用肉眼無法發現的，如重金屬對我們身體的傷害，長年累月的積存，才能檢測出重金屬離子的存在，等到發現時時卻為時已晚。

談及目前科學研究的熱點，我們首先想到的就是納米材料，相對應的納米技術亦一直走在科技的前列。由于納米具有特殊結構，因此人們將其制備成納米管、納米傳感器、納米薄膜等應用與各種領域。所制備的納米材料的比表面積大、吸附性能強，因此被應用于環境保護事業，并為其做出了卓絕的貢獻。

1 重金屬污染現狀在國內的表現

自2005年開始，截止2015年，重金屬污染事件頻發，一次比一次嚴重。目前，我國受鉻、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬平方公頃，約占耕地總面積的五分之一。除了耕地受重金屬污染外，我國部分地區的地表水、食品等也不同程度地收到重金屬污染。近幾年，我國還相機發生了砷污染事件以及兒童血鉛超標等事件，這些事件成為了人們關注和討論重金屬污染的導火索。

2 重金屬污染源及對人類生活的危害

重金屬一般以及其微量的濃度存在于我們所生活的自然界中，但由于人們的過度開采、冶煉等活動日益增多，造成了重金屬進入大氣、水、土壤等環境介質中，富集在植物或動物體內，對人類健康造成嚴重威脅。重金屬來源廣泛，可以通過多種途徑進入環境介質，再通過和人體的皮膚接觸、呼吸等途徑進入我們的身體，還會富集在各種環境中的植物內，最終進入我們的身體，對我們的身體帶來了極大的傷害?，F如今，重金屬的來源主要分為三個方面：自然來源、農業污染源和工業污染源。

2.1 水中的重金屬

水體中的重金屬來源廣泛，有自然狀態下進入水體的，比如說巖石風化、降雨侵蝕等，會給水體帶來一定的重金屬，然而這一般不會對水體造成污染。從對人體健康的角度對水體中金屬元素進行分類：其一是人體健康必需的常量元素，如鈉、鉀、鈣、鎂和微量元素等；其二是對人體健康影響非常嚴重的金屬元素，如鉛、鎘、汞、砷等，它們對人體的健康甚至生命有著極其嚴重的危害。

2.2 固體污染物中的重金屬

重金屬進入土壤的途徑有很多，有大氣沉降、農業污水灌溉、化肥的使用、工業廢水廢渣和生活垃圾。重金屬污染會控制土壤微生物群落量的多少、降低土壤微生物量并，在植物系統中遷移，會對植物的產量和質量有一定的影響，使植物的生長受到破壞，嚴重時造成植物死亡。

2.3 氣體中的重金屬

大氣中重金屬污染情況復雜，包含多種來源和途徑，例如工廠制造產品、汽車的尾氣排放等。由于接觸面積大以及接觸范圍廣，因此重金屬大氣污染對環境生態系統的影響最大。例如，大氣中的鐵離子和錳離子催化氧化酸性氣體二氧化硫，使得大氣中的強酸性物質濃度增加。大氣中的重金屬污染可以造成植物葉片中重金屬的富集，但重金屬污染物超過一定閾值就會導致植物毒害或死亡。

3 重金屬樣品分析中的納米技術

離子交換作用是碳納米管吸附重金屬離子的先決條件，其表面的官能團或配合物也起到重要的作用。在修飾碳納米管時，可以引入大量羥基、羧基、羰基等官能團，使之與重金屬離子表面發生配位作用，提高吸附量，或者展開碳納米管兩端和管壁上的五元環及七元環結構缺陷，增大碳納米管的開口率和比表面積，提高分散性，吸附量隨之增加。有研究者用酸洗多壁碳納米管對鎳離子進行吸附。結果表明：當鎳離子的濃度為0.2mg/L時，經HNO3氧化過的碳納米管對鎳離子的吸附量可達75mg/g。這主要是由于經HNO3氧化過的碳納米管，不僅比表面積比原來增大了，而且表面引入了許多含氧官能團，從而其離子交換的能力增強。

很久以前人們就懂得了，固體、液體或固液混合物在高熱作用下會發發。經過科學家們的反復試驗，最終研制成了人工合成的發光化合物魯米諾的化學發光行為。隨著科技的發展，人們已經將這種化學發光法應用于光導納米纖維傳感器上，可以更容易地檢測到重金屬離子，并大大降低了檢測線。盧建忠、章竹君發展了一種全固態模式的消耗型錳離子化學發光傳感器，可以將一定量的化學發光試劑從固定化試劑上洗脫，應用于水樣中痕量錳離子的測定（表1）。

碳氣凝膠，是一種輕質、多孔、納米級非晶碳材料，由于其較大的比表面積大，優良的導電性以及較優異的機械性能，很適合作電極材料。大的比表面積導致了碳氣凝膠的孔隙量也很大，內部大部分存在的都是空氣，使其像一種“凝固了的煙”。有人有碳氣凝膠制備了一種電極，想要去除水溶液中的重金屬離子，結果證明，該裝置對氯、鉻、銨、鎘、鉛、錳、鈾等離子都有很好的去除效果。2007年，美國阿貢國家實驗室的Santanu Bag等人又合成了一種多孔硫氣凝膠。這種多孔凝膠物質的比表面為327m2/g且具有很寬的孔徑分布。由此可見，此凝膠物質非常適合作為重金屬離子的吸附劑。

4 結論

面對生活中日益嚴重的重金屬污染，我們必須要有所重視。隨著納米技術的發展，一定會出現更多更方便的方法，來迅速檢測出環境中的重金屬離子，并對其進行有效去除。

參考文獻：

[1]何連生，祝超偉，席北斗.重金屬污染調查與治理技術[M].中國環境科學出版社，2013.

[2]王學松.膜分離技術及其應用[M].科學出版社，1994.

篇7

    研究進展

    1991年,瑞士洛桑高等工業學校的Brian O Regan和Graetzel M 報道了一種以染料敏化TiO2納米晶膜作光陽極的新型高效太陽能電池,從而開創了太陽能電池的新世紀,世界上第一個納米太陽能電池誕生了。

    但是利用液態電解質作為空穴傳輸材料實踐中存在許多無法改進的缺陷,如由于密封工藝復雜,長期放置造成電解液泄露,電池中還存在密封劑與電解液的反應,電極有光腐蝕現象,且敏化染料易脫附等,研究者們以固態空穴傳輸材料取而代之制備出全固態納米太陽能電池,并取得可喜的成就。

    1996年,Masamitsu等人利用固態高分子電解質制備了全固態太陽能電池,利用特殊的制備方法獲得了高離子導電性的電解質,得到了連續的光電流,并得到0.49%的光電轉換效率。

    1998年Graetzel等人利用OMeTAD作空穴傳輸材料得到0.74%的光電轉換效率,而其單色光光電轉換效率達到了33%,引起了世人的矚目,使納米太陽能電池向全固態邁進了一大步。

    國際上的研究熱點之一是將單個液結TiO2納米太陽能電池串聯,以提高開路電壓。中科院等離子體物理研究所為主要承擔單位的研究項目在此領域取得重大突破性進展,2004年10月中旬建成了500瓦規模的小型示范電站,光電轉換效率達到5%。這項成果使我國大面積染料敏化納米薄膜太陽電池的研制水平處于國際領先地位,為進一步推動低成本太陽電池在我國的實用化打下了牢固基礎。

    專利

    國內外都公開了一些相關領域的專利,其中日本的專利數量最多。下面選取近幾年部分專利簡單介紹。

    北京大學2002年5月22日公開的CN1350334納米晶膜太陽能電池電極及其制備方法,涉及一種納米晶膜太陽能電池電極及其制備方法,以寬禁帶半導體納米晶膜為基底,在該基底表面吸附一層金屬離子,再在金屬離子吸附層上吸附光敏化劑。通過金屬離子的表面修飾,改善電極的光電轉換性能,提高太陽能電池的光電轉換效率。與單純TiO2相比,基于金屬離子修飾TiO2納米晶太陽能電池的光電轉化效率提高了5~14%,可作為電極廣泛應用于太陽能領域。

    東南大學2005年1月12日公開了CN1564326軟基固態染料敏化薄膜太陽能電池及制備方法。軟基固態染料敏化薄膜太陽能電池是一種成本低、制造工藝簡單、性能穩定、理論上壽命可以達到20年以上的軟基太陽能電池,該太陽能電池的結構為層狀結構,即:在透光導電聚酯片下設有TiO2納米晶膜,在TiO2納米晶膜下設有LnPc2敏化層,在LnPc2敏化層下設有固體電解質層,在固體電解質層下設有柔軟金屬膜背電極,在柔軟金屬膜背電極下設有高阻隔復合Al膜。

    復旦大學2005年7月27日公開的CN1645632一種固態染料敏化納米晶太陽能電池及其制備方法,具體為一種采用離子液體與無機納米粒子之間的氫鍵相互作用形成的染料敏化納米晶表面組裝上固態電解質作電解質材料的太陽能電池及其制備方法。該太陽能電池中,在吸附光敏化劑的寬禁帶半導體納米晶膜的表面組裝固態電解質來代替液體電解質,解決了液體電解質的封裝問題,而且在不明顯降低電池的光電轉化效率的前提下,能夠大幅度延長染料太陽能電池的使用壽命。其中的寬禁帶半導體納米晶膜為TiO2納米晶膜。

    中國科學院等離子體物理研究所就染料敏化納米薄膜太陽電池申請了多篇專利,其中2003年9月24日授權公告的3篇發明專利分別涉及到染料敏化納米薄膜太陽電池的電解質溶液、電極制備方法、密封方法等,CN1444290公開的染料敏化納米薄膜太陽電池用電解質溶液,以A、B或B、F或A、B、F為主體組分,通過復配或不復配其它四個組分中的一個或幾個組分組成電解質溶液,其中A組分—有機溶劑或混合有機溶劑;B組分—電化學可逆性好的I2/I-(即I3-/I-)氧化還原電對;C組分—光陽極的配合劑;D組分—碘化物中陽離子的配合劑;E組分—I2的配合劑;F組分—離子液體;G組分—紫外吸收劑。這種電解質溶液,具有較高的電導率、較低的粘度、良好的電化學可逆性、良好的低溫穩定性、較強的耐紫外線性能,能提高太陽電池效率,增加太陽電池壽命,本身性能穩定,對環境無污染等優點。

    中國科學院等離子體物理研究所2005年9月7日公開的CN2724205大面積內部并聯染料敏化納米薄膜太陽電池,包括有上、下兩面透明基板,透明基板上有透明導電膜,透明導電膜上有導電電極與催化劑層間隔排布,另一透明導電膜上導電電極與納米多孔半導體材料塊間隔排布,納米多孔半導體材料中浸漬有染料。將兩塊透明基板疊放在一起,周邊密封成腔體,腔體中有電解液。本實用新型制作電池內部并聯電極,獲得所需要的該太陽電池輸出電流。電池密封功能好,保證了電池運行的長期穩定性。本實用新型的技術和方法操作簡單易行,價格低廉,電池性能穩定。 

    日本SEIKO EPSON CORP于2001年4月27日公開了JP2001119052半導體和太陽能電池及其制備方法。傳統的濕型太陽能電池在氧化鈦電極中包含染料,對于吸收波長非常敏感,但是由于TiO2會分解這些有機染料,它的壽命達不到實用的要求。本專利將銳鈦礦型TiO2微粒燒結成多孔TiO2半導體,還包含雜質鉻或釩,解決了這個問題。

    日本KANEKO MASAHARU于2003年6月24日公開了染料敏化太陽能電池及TiO2薄膜和電極的制備方法,提供了一種制備多孔TiO2薄膜的噴涂分解方法,適用性和生產率都得到保障,利用這種薄膜作太陽電池的電極可以提高了太陽電池的能量轉換率。具體方法是將一種鈦混合物添加到TiO2溶膠溶液中,得到一種原材料溶液,或將非晶TiO2溶膠溶液和銳鈦礦TiO2溶膠水溶液混合得到另一種原材料溶液。間歇地將這兩種原料溶液噴涂到基底上,在高溫下熱分解鈦混合物,在基底上形成TiO2多孔薄膜。在透明電極和TiO2多孔薄膜之間用有機鈦混合物為原材料制備一層密實的TiO2緩沖膜。

    希臘LIANOS PANAGIOTIS于2004年11月4日公開了WO2004095481用納米結構有機無機材料制作的電化學太陽能電池,描述了一種固態光電化學太陽電池的結構,包括納米有機-無機材料的薄膜,可以將太陽能轉換為電能。電池的主要組成部分包括:(1)商用透明導電玻璃;(2)透明的TiO2薄膜,釕有機金屬混合物作為光敏劑;(3)由納米結構的有機-無機材料制備的固態凝膠電解液層;(4)作為陽極的商用導電玻璃,可以淀積一層鉑。

    應用前景

    納米TiO2太陽能電池有著可以與傳統固態光伏電池相媲美的高光電轉換率,加之價格低廉,使這種電池具有廣闊的前景和潛在的商業價值。雖然此類太陽能電池還存在一些問題,仍需進一步深入研究。但是,納米太陽能電池以其高效低價無污染的巨大優勢挑戰未來,我們相信,隨著科技發展,研究推進,這種太陽能電池應用前景廣闊無限。

    參考文獻:

    [1] A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films 

    Nature,l99l,353:737—74O

    [2] 環境納米技術,化學工業出版社,2003.5

    [3] 固態TiO2納米太陽電池研究進展.化學研究與應用 2003(2)31-36

    [4] Dye Sensitized TiO2 Photoelectrochemical Cell Constructed With Polymer Solid Electrolyte

    Solid State Ionics,1996,89:263—267.

    [5] Solid-state dye-sensitized mesoporous TiO2 solar cells with high photon-to-electron conversion efficiencies .Nature,1998,395:583—585

    [6] 中科院建成染料薄膜太陽電池500瓦示范電站

    people.com.cn/GB/keji/1056/2969232.html

篇8

[關鍵詞]納米技術、包裝、食品包裝、藥品包裝

中圖分類號：TB383.1；TB484 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）06-0047-02

20世紀90年代初興起的納米技術，被認為是21世紀科技發展的前沿領域。它主要研究0.1～100nm尺寸之間的物質組成體系以及其運動規律和相互作用，其中在實際應用中納米技術的實用性。它是一種結合科學前沿和高技術于一體的完整體系。納米技術的出現標志著人類改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，標志著人類科學技術已進入一個新的時代――納米科技時代。其科學價值和應用前景已逐漸被人們所認識，納米科學與技術被認為是21世紀3大科技之一。納米技術主要包括：納米物理學、納米化學、納米材料學、納米生物學、納米電子學、納米加工學和納米力學。在包裝行業迅速發展的當今社會，納米技術必然會引領包裝行業走向更好的未來。

1 納米材料

納米材料是納米科學技術最基本的組成部分。納米材料可定義為：把組成相或晶粒結構控制在100nm以下長度尺寸的材料。從廣義上說，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸長度范圍或由它們作為基本單元構成的材料。

1.1 納米材料的結構特征和性質

納米材料又稱為納米結構材料，主要由晶粒和晶界組成。納米晶體結構與常規物質不同，關于納米晶體結構特征主要有兩類看法：a.以Gleiter為代表的1類氣體0結構。它既不同于長程有序的晶體也不同于近程有序的非晶體，而是處于一種無序度更高的狀態；b.近程有序結構說。根據大量的實驗結果分析，納米材料的晶界處存在著短程有序的結構單元，原子保持一定的有序度，趨于低能態排列。按不同的分類原則，納米材料有不同的分類。按納米晶體結構形態劃分成4類：零維納米材料，如原子團、量子點等；一維納米材料，即在一維方向上晶粒尺寸為納米量級，如納米絲、量子線等；二維納米材料，即在二維方向上晶粒尺寸為納米量級，如納米厚度薄膜，碳納米管等；三維納米材料，即在三維方向上晶粒尺寸為納米量級，如通常所指的納米固體。把所有納米材料從結構上區分為兩類：第一類納米材料結構全部為晶粒和晶界組成，結構基元尺寸為納米量級；第二類是低密度具有大量納米尺寸空洞的無規網格結構，由納米晶粒和納米空洞（有時還有納米骨架結構和更小的亞穩原子團簇）組成。

1.2 納米材料優異的特性[1～2]

a.表面效應 表面效應是指納米晶粒表面原子數與總原子數之比，隨粒徑變小而表面急劇增大后所引起的性質上的變化 這種表面效應使其在催化、吸附、化學反應等方面具有普通材料無法比擬的優越性。

b.體積效應 當納米晶粒的尺寸與傳導電子的德布羅意波波長相當或更小時，其周期性的邊界條件將被破壞，使其物理性質、化學活性、電磁活性、光吸收和催化特性等與普通材料相比都將發生很大變化，這就是納米粒子的體積效應。

c.量子尺寸效應 指納米粒子尺寸下降到一定值時，納米能級附近的電子能級由連續能級變為分離能級的現象，這一效應可使納米粒子具有高的光學非線性、特異催化性和光學催化性等。

d.宏觀量子隧道效應 微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。近年來，人們發現一些宏觀量如微粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統的勢壘而發生變化，故稱為宏觀量子隧道效應MQT。早期曾被用來定性的解釋納米Ni晶粒在低溫下保持順磁性現象。這一效應與量子尺寸效應一起確定了微器件進一步微型化的極限，同時也限定了采用磁帶磁盤進行信息存儲的最短時間。

e.獨特的光學性質 又分為：線性光學性質。納米材料的紅外吸收研究是近年來比較活躍的領域，在納米SnO2、Fe2O3、Al2O3中均觀察到異常紅外振動吸收。目前，納米材料拉曼光譜的研究也日益引起關注。當Si晶粒尺寸減小到5nm或更小時，觀察到很強的可見光發射。進一步的研究發現，CdS、CuCl、TiO2、SnO2、Fe2O3等的晶粒尺寸減小到納米量級時，也觀察到發光現象。非線性光學效應。納米材料的非線性光學效應分為共振和非共振光學非線性效應，前者由波長低于共振吸收區的光照射樣品而導致，其來源于電子在不同電子能級的分布而引起電子結構的非線性，從而使納米材料的非線性響應顯著增大；后者由高于納米材料的光吸收邊的光照射樣品導致，目前主要采用ZSCAN和DFWM技術來探測納米材料的光學非線性。

f.巨磁電阻效應（GMR） 磁場導致物體電阻率改變的現象，稱為磁電阻效應（MR），對于一般的金屬其效應（2%～3%）?？珊雎?。巨磁電阻效應（GMR）是指在一定的磁場下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數值約高10余倍。最近，在一些磁性納米材料中觀測到比巨磁電阻效應大得多的效應稱為龐磁電阻效應（CMR）。

g.超塑性 指材料在特定條件下變形時不存在加工硬化現象，且可以承受很大程度的塑性變形而不斷裂，這種特性被稱為超塑性或超延展性。材料超塑變形的基本原理是高溫下的晶界滑移。除以上特性外，納米材料還具有高導電率和擴散率、高比熱和熱膨脹、高磁化率和矯頑力，在催化、光電化學、熔點、超導等方面也顯示出與宏觀晶體材料不同的特性。

2 納米技術在食品包裝應用研究的最新技術

2.1 納米抗菌性包裝材料

傳統的抗菌材料一般采用以銀、銅、鋅等金屬離子為抗菌活性成分的抗菌劑生產工藝，新的MOD系列納米高性能無機抗菌劑是將納米技術導入無菌復合包裝，是以MOD活性基因及無機納米銀化合物為主要抗菌成份，以各種無機材料為載體而制成的無機抗菌粉體。該抗菌材料采用高科技納米技術制備而成，抗菌機理為金屬離子作用和光催化作用，具有強力的長效抗菌功能，抗菌率可達99.9%，徹底解決了無機抗菌包裝材料在應用中變色的難題，是一種無毒的廣譜抗菌劑，可廣泛應用于生產液體奶、飲料無菌復合包裝產品?？咕破繁皇澜绺鲊J為是跨世紀的環保和健康產品，納米無機抗菌劑具有巨大的潛在市場[3]。新型抗菌材料尼龍66中摻加了一種特殊的納米粘土復合材料，經改性后，不但提高了強度、韌性等物理力學性能，還對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌具有明顯的殺傷效果，同時生產成本也可大幅度降低，應用于食品等高檔包裝薄膜的生產。日本開發了以銀沸石為母料的全新型無機抗菌劑，既起催化作用，同時有具有顯著的抗菌特性，其特點為抗菌效果持續時間長，不會氣化和遷移而對包裝物產生影響，加工穩定性高，不會污染環境。添加銀沸石母料（含量1%～ 3%）制得的薄膜或表面覆一層這種薄膜的容器，經2年試用表明：在無營養源的情況下，含1%銀沸石的薄膜在1～2天內完全殺死會引起食品中毒菌類，廣泛應用于熟食肉類、水產品和液體食品包裝[4]。

2.2 納米保鮮包裝材料

在保鮮包裝中，果蔬釋放出乙烯，當乙烯釋放到一定濃度后，果蔬會加速腐爛。因此，果蔬等新鮮食品的保鮮技術的思路，是加入乙烯吸收劑，減少加快果蔬后熟過程的乙烯氣體含量，控制包裝內部氣氛濃度。納米Ag粉具有乙烯氧化的催化作用，在保鮮包裝材料中加入納米銀粉，便可加速氧化果蔬食品釋放出的乙烯，減少包裝中乙烯含量，從而達到良好的保鮮效果，并延長貨架壽命。紫外線不僅能使肉類食品自動氧化而變色，而且還會破壞食品中的維生素和芳香化合物，從而降低食品的營養價值。利用納米材料的光學特性，納米TiO2粉體可以有效地屏蔽紫外線，用添加0.1%～0.5%的納米TiO2制成的透明塑料包裝材料包裝食品，既可防止紫外線對食品的破壞作用，還可以使食品保持新鮮。納米技術在食品包裝領域已得到較廣泛地應用，陳麗、李喜宏[5]等人成功研制出富士蘋果PVC/TiO2納米保鮮膜；李喜宏等[6]還進行了PE/Ag納米防霉保鮮膜研制；黃媛媛等通過實驗研制了一種新型綠茶納米包裝材料，與普通包裝材料相比，透氧量降低2.1%，透濕量降低28.0%，縱向拉伸強度提高24.0%；綠茶包裝240d后，新型納米材料包裝的綠茶中，維生素C、葉綠素、茶多酚、氨基酸保留量比采用普通包裝綠茶分別高7.7%、6.9%、10.0%、2.0%。

2.3 納米高阻隔性材料及其在高阻隔性PET塑料啤酒瓶中的應用

食品包裝阻隔性主要是指氧氣、二氧化碳等的氣體阻隔性，水蒸氣阻隔性等。目前市場上較普遍的玻璃啤酒瓶存在質重、運輸破損與易爆裂，制造污染等不利因素，國外上世紀90年代就已經著手研制用于啤酒灌裝的PET瓶。啤酒對包裝材料要求的一個重要指標是對氣體的阻隔性，首先要保證在6個月的貨架期內CO2的損失率小于10%，同時氧氣的透過量不超過110-6。氧氣尤為敏感，極微量的氧氣就可以使啤酒產生異味從而影響口感，甚至是塑料瓶體材料自身溶解的氧的滲出都會影響啤酒的品質，塑料作為啤酒包裝材料首先必須解決的就是氣體的阻隔性問題。PET瓶因透明，化學性質穩定，阻隔性相對好，質輕價廉，回收方便等優點廣泛用于軟飲料和含氣飲料的包裝，但作為啤酒瓶，PET的氣體阻隔性仍不夠高，普通PET裝啤酒一般只有1個月左右的保質期，不能滿足市場需求。如何改進PET材料組分使之適用于啤酒包裝是該領域的一個重要課題，提高聚酯瓶氣體阻隔性是實現啤酒包裝塑料化首要解決的技術問題。法國Sidel公司開發的無定形納米碳涂覆技術（ACTIS）是使等離子乙炔在PET瓶內壁凝聚淀積，形成一層高度氫化的非晶態碳均勻的納米固體膜，厚度為20～150nm。采用ACTIS工藝處理的PET瓶，較普通PET瓶的隔氧化性能效果提高30倍，對CO2的阻透性提高7倍多，防乙醛的滲入性提高了6倍[7]。此外，中科院化學所工程塑料國家重點實驗室的研究人員使用PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）聚合插層復合技術，將有機蒙脫石與PET單體一起加和到聚合釜中，成功地制備了PET納米塑料（NPET），這種納米塑料的阻隔性較普通的PET有了很大改善，實驗表明：把啤酒裝在NPET瓶里保存了4～5個月后，結果發現啤酒的口味與新鮮啤酒沒有明顯區別[8]。

3 納米技術在藥品包裝應用研究的最新技術

3.1 高阻隔性包裝

高阻隔性包裝是指對氧氣、水蒸氣、二氧化碳等有高阻隔性的包裝，高阻隔包裝常采用多層復合膜。藥用泡罩包裝材料包括藥用鋁箔、塑料硬片（最常用的材料是藥用聚氯乙烯PVC硬片）、熱封涂料等。但因為藥品對濕氣、氧氣等敏感和人們對藥用包裝要求的提高及藥品儲存期的延長，現在正在采用新技術將塑料硬片復合一層高阻隔性材料，如PVDC等，以提高對濕氣等氣體的阻隔性能，最具有代表的結構為PVC/PVDC，PVDC作為高阻隔層材料，其最大的特點就是對氣體水蒸汽優異的阻隔性，很好的保持藥品原味。

添加納米級材料的無機粒子可以極大地改進基礎樹脂的物性，在高阻隔包裝材料中發揮神奇的作用[9]。如德國Bayer公司推出的尼龍納米復合材料，把化學改性的硅酸鹽粘土分散在PA6薄膜中，這些細小顆粒不影響薄膜透明度，但建立了迷宮式的氣體通路，減慢氣體通過薄膜的進程。日本納米材料公司將納米復合材料涂在各種薄膜基體上，據稱阻隔性與鍍鋁膜相同。既具有無機材料的高阻隔性又有塑料透明性的涂氧化硅膜是塑料阻隔技術發展的代表，這種薄膜光澤、透明性好，阻隔性優于一般共擠出薄膜和PVDC涂布膜。氧化硅的深層厚度僅為0.05～0.06 m，不會影響透明度，氧氣、水蒸氣的透過率極低，而且與塑料膜粘合極牢，抗彎折性極佳，耐消毒，因而在美國、日本等發達國家已生產和使用。

3.2 納米抗菌性包裝材料

納米抗菌性包裝材料在藥品包裝領域的應用前景有具有抗菌功能的納米紙、納米復合抗菌素薄膜等。主要是將一些納米級的無機抗菌劑加入到造紙漿料或者薄膜中，制成抗菌性能極強的納米紙[10]、納米薄膜。

由于許多有機抗菌劑存在著耐熱性差、易揮發、易分解產生有害物質、安全性能不好等問題，所以無機抗菌劑的開發成為人們的研究重點。人們利用超微細技術可以產生納米級的無機抗菌劑，無機抗菌劑主要包括銀、銅、鋅、硫、砷及其離子元素。光催化抗菌劑有納米級氧化鈦、氧化硅、氧化鋅等，它們能將細菌和殘骸一起殺滅和消除，所以比傳統的抗菌劑僅能殺死細菌本身的性能更加優越。MOD系列的納米高性能無機抗菌劑還解決了無機抗菌劑在應用中 變色的世界性難題。

4 展望

納米技術是未來包裝技術的希望。它可以使用更少的材料，同時具有更好的性能，并且使包裝成為智能化系統的一部分。納米技術制造的包裝材料有更好的強度、剛性、生物降解性、化學穩定性、熱力穩定性、隔熱防火特性和防紫外線特性等。這必將使得食品和藥品包裝領域的新材料新技術大量出現。從而使這些與我們生活密切相關的商品質量得到更好的保障。

參考文獻

[1] 張榮.包裝機中薄膜熱封過程的仿真研究[D].哈爾濱：哈爾濱商業大學，2002.

[2] 程衛國.等.MATLAB5.3應用指南[M].北京：郵電出版社，2000.

[3] 陳希榮.納米無機抗菌劑的添加法及在液態奶包裝上應用[N].中國包裝報，2005-07-16

[4] 黃媛媛.王林，胡秋輝. 納米包裝在食品保鮮中的應用及其安全評價[J].食品科學，2005：16（8）：442-444

[5] 陳麗，李喜宏，胡云峰，等.富士蘋果PVC/TiO2納米保鮮膜的研究[J].食品科學，2001，22（7）：74-76

[6] 李喜宏，陳麗，關文強.PE/Ag納米防霉保鮮膜研制[J].食品科學，2002，23（2）：129-132

[7] 徐錦龍.聚酯啤酒瓶技術現狀及發展趨勢[J].合成技術及應用，2001，15（2）：22-24.

[8] 欣溪.食品工業中的納米科技[J].中外食品，2002，（7）：44

篇9

關鍵詞：防凍液無機鹽有機酸

一、添加無機鹽型汽車防凍液

（一）添加硅酸鹽、磷酸鹽、硼砂型防凍液

應用最早的配方類型是硅酸鹽，硅酸鹽在防凍冷卻液中是一種具有多種功效的緩蝕劑，硅酸鹽緩蝕劑能夠較好地抑制鋁金屬表面的發生腐蝕現象，對鋼鐵等許多金屬均有很好的保護作用，不但具有緩沖作用效果好，而且價格極其便宜，十分適合長期廣泛應用于腐蝕防護的各個領域，該配方曾經得到廣泛發展。但該配方隨著添加劑的不同隨時間的變化使硅酸鹽的穩定性越來越差，會析出部分膠狀沉淀，極易降低其緩蝕性能，而導致該配方在使用過程中使其傳熱效能降低而導致發動機本身因溫度過高而損毀，因此，一起加入了硅酸鹽體系相應的穩定劑。

經過長期調查研究結果顯示，硅酸鹽膠體沉淀形成以及硅酸鹽與水中的鈣鎂等離子反應生成沉淀是導致硅酸鹽穩定性降低的主要原因。硅酸鹽膠體沉淀的生成路徑是很繁復的而且十分不易掌控。對于后者可以通過使用純度較高的去離子水和添加必要的試劑對水中的鈣鎂離子濃度進行調節。但是穩定劑的加入也僅僅是延緩了沉淀和膠體的形成時間，并未能從根本上解決凝膠形成的實際問題。由我們可以看出，即使是非常好的硅酸鹽汽車防凍液穩定效果也只能夠維持 1a 的范圍內，如果應用到市場汽車防凍液中，行駛一定的時間范圍內依然會由于生成膠體沉淀而毀壞汽車內部的部件，部分專利添加了硅酸鹽系列的穩定劑，通過調整添加時間不同、改變比例和速度大小，將汽車防凍液整體的儲存系統穩定性大幅度提高，但仍未徹底改變在實際運行過程中汽車防凍液有關穩定性方面的問題。

（二）添加f酸鹽的汽車防凍液

繼鉻酸鹽系列之后又開發出了鉬酸鹽，鉬酸鈉是最為常用的鉬酸鹽。這是一種非常好的非氧化型多金屬緩蝕劑，對所有的金屬冷卻系統均能起到很好的保護作用，在使用時為了使金屬表面形成一層保護膜需在緩蝕劑中加入相應的氧化劑。由于其防護性能異常優異，鉬酸鹽配方體系也成為取代常規硅酸鹽配方體系的換代產品，近幾年添加有機酸的鉬酸鹽配方逐漸發展起來。雖然鉬酸鹽屬于低毒性物質有利于健康，但由于受其昂貴的價格影響，使其在推廣使用過程中受到了很大的阻礙。

二、有機酸型汽車防凍液

（一）有機酸成分的優點和研究進展

近年來在高級防凍冷卻液中使用較多的是有機酸配方，有機酸緩蝕劑的消耗就比常規的緩蝕劑緩慢許多，主要是利用有機酸活性吸附的物理性質來體現它的緩蝕作用，當冷卻系統發生腐蝕或局部環境呈現酸性時，有機酸從其相應的鹽溶液中解離出來，吸附在發生腐蝕的地方，通過產生隔離從而抑制腐蝕進一步發生，當阻止腐蝕繼續發生以后，局部的酸堿性得到恢復以后，有機酸又會回到原來的溶液里，這就是有機酸消耗特別慢的真正原因。

因為有機酸型汽車防凍液對環境的保護功能非常顯著，對汽車防凍液的研發進程非常有利，使用以后能夠利用微生物的降解作用保護并綠化環境，在國際上有機酸型汽車防凍液的應用得到了顯著的發展。據報道我國近年來也出現了許多有關有機酸型防凍冷卻液的研究，但僅處于生產過程中并未得到廣泛應用，主要是受其昂貴價格的影響未被廣大用戶接受。有機酸型的研究技術具有長期防護的性能，并且對環境有良好的保護作用，目前由于人們對這種技術的認知度低而使其在推廣過程中受到一定的阻礙，相信在不久的將來隨著汽車工業的不斷發展，有機酸型防凍液技術在防凍液領域會得到廣泛的應用。

（二）添加無機鹽的有機酸型配方

為了研發出性能更加優異的防凍液配方，利用有機酸與無機鹽型配方的特點不同將二者結合起來，研發出了新的配方技術。目前，在我國汽車防凍液市場上許多企業公司在配方中添加了一定量的鉬酸鹽、磷酸鹽等無機鹽和胺類。據調查某品牌汽車防凍液添加成分為：有機一元羧酸 0.40% ～2.00%，有機二元羧酸 3.50% ～ 4.50%，有機非酸緩蝕劑 0.30% ～ 0.50%，鉬酸鹽 0.20% ～ 0.40%，鋁用特效緩蝕劑 0.02% ～0.05%

篇10

關鍵詞：抗菌陶瓷；復合材料；研究；展望

1 前言

隨著人們生活水平的提高，抗菌防病毒已經成為了人們生活中關注的一個熱點。從90年代初，我國的一些研究所和大學也開始了抗菌劑和抗菌陶瓷的研究。在各中抗菌制品中，抗菌陶瓷由于與人們生活息息相關，這些年得到人們的廣泛重視和研究。日本最大的兩家陶瓷生產商TOTO和INAX公司，以及美國知名品牌美標等生產的衛生陶瓷大部分都是抗菌陶瓷，而且產品暢銷全球。在國內，只有一小部分廠家生產抗菌陶瓷，其抗菌率在90%左右，僅僅或偶爾能達到國家標準。盡管這對抗菌陶瓷的研究取得了長足的進展，但是真正應用于工業化生產，而且抗菌率達99%以上，長效穩定的抗菌陶瓷并不多。本文簡單闡述了國內抗菌陶瓷的研究現狀和發展的趨勢，旨在推動抗菌陶瓷的制備技術和發展，通過對新型抗菌復合材料的介紹，讓抗菌陶瓷能近一步普及和走進人們的生活中。

2 抗菌陶瓷

抗菌陶瓷是指在陶瓷制品（陶瓷墻地磚、衛生陶瓷、日用陶瓷等）的釉中或釉面上加入無機抗菌劑，或采用表面浸泡、噴涂、滾印等方式加入無機抗菌劑，從而使陶瓷制品表面的細菌數目控制在一定范圍之內?？咕沾傻目咕Чc其采用的抗菌劑有直接的關系。

2.1 抗菌劑及抗菌原理

應用于抗菌陶瓷的無機抗菌劑主要有兩類：一類是含金屬離子的抗菌劑。多種金屬離子都具有抗菌作用，其抗菌作用大小順序為：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pd>Co>Zn>Fe。但Hg、Cd、Cr、Pd等金屬離子殘留于人體中會嚴重有害身體健康；Ni、Co、Cu等離子對物體有染色作用。實際上，用金屬抗菌劑是使用銀系抗菌劑。其抗菌機理是：銀離子通過與蛋白質的硫基（―SH）反應，破壞細菌細胞合成酶的活性，使細胞失去分裂繁殖能力而死亡；金屬銀離子與細菌結合，破壞細菌正常代謝，導致微生物死亡或抑制其繁殖。另一類是TiO2被光催化（或叫光觸媒）抗菌劑。其中用機理為：TiO2被光照后產生電子空穴對，并與其表面吸附的OH-和O2-作用生成羥基自由基和超氧化物陰離子自由基O2-。這兩種自由基均非?；钴S，當遇到細菌時直接攻擊細菌的細胞，抽取有機物的H原子或攻擊其不飽和鍵，導致細胞蛋白質變異和脂類分解，以此殺滅細菌并使其分解，起到殺菌、防霉、除臭的作用。

2.2 不同種類抗菌劑的比較

銀系抗菌劑和光催化抗菌劑都具有抗菌作用，但由于抗菌作用機理不同，其材料的性能和使用條件有較大的區別。不同種類抗菌劑的性能比較如表1所示。

2.3 抗菌陶瓷的制備工藝

（1） 銀系抗菌劑陶瓷的制備

傳統的銀系抗菌陶瓷是將含銀的無機抗菌劑直接加入到釉料中進行燒制。

該方法的最大特點是制備工藝簡單，只需要對傳統的陶瓷生產工藝作很少的調整，因此便于大規模生產。其缺點是貴金屬多（釉面中Ag2O 含量為0.09wt%），成本高且容易改變制品外觀質量，而且在燒成溫度較高時，由于銀離子的損失，抗菌效果會急劇下降。

離子擴散法是新提出的一種利用銀系抗菌劑制備抗菌陶瓷的方法。其原理是當釉面與熔融的銀鹽混合物在一定溫度下接觸時，由于離子的擴散作用，熔鹽中的銀離子逐漸擴散到釉面之中。根據釉的組成選擇適當的銀鹽成份、擴散溫度和擴散時間可得到所需的銀離子分布。具體工藝為：將AgNO3和NaNO3按一定的摩爾比范圍混合，在約300 ℃下混合鹽熔化為液體，把上釉燒制好的陶瓷器皿放在液體中，在360～370 ℃擴散4～24 h，取出器件并清洗，陶瓷器皿即具有優良的抗菌功能。離子擴散法最大的優點是避免了高溫燒成抗菌陶瓷中銀離子的損失問題，制成的陶瓷制品的釉層顏色和光潔度均能保持原狀。

（2） TiO2薄膜抗菌陶瓷的制備

以普通釉面陶瓷作為基體，采用溶膠-凝膠方法和浸漬提拉技術制備TiO2抗菌薄膜陶瓷是今年來研究較多的一種方法。這種方法的主要過程如下：以鈦酸丁脂為主要原料，正丁醇或異丙醇為溶劑，采用溶膠-凝膠法制得透明溶液，即前驅體；以普通陶瓷為基體，經過預處理后，直接浸入前驅體中，浸漬一定時間后，以一定的速度提拉，制得溶膠膜；然后經過老化、干燥，形成凝膠薄膜；再經過高溫熱處理、退火等工藝，最后形成TiO2薄膜。此法的特點是能避免TiO2在高溫下由銳鈦型轉變成金紅石型，從而失去光催化活性，并且可以控制薄膜的厚度。但是這種方法生產工藝難度大，規?；a有困難，而且成本較高。

（3） 新型銀系復合抗菌陶瓷的制備

新型銀系復合抗菌陶瓷是將含新型銀系復合抗菌劑直接加入到釉料中進行燒制。該方法的最大特點是制備工藝簡單，不需要對陶瓷生產工藝作調整，便可大規模生產。成本低，不會改變制品外觀質量，耐高溫，抗菌效果好，一般在99%以上。

3 影響銀系抗菌陶瓷抗菌效果的因素

3.1 載體對殺菌效果的影響

銀系抗菌劑中的銀離子載體對抗菌效果有很大影響，尤其是載體物質的粒徑大小。粒徑大，表面積小，載銀量小，銀離子只是簡單地吸附在顆粒表面，容易損失。隨著納米技術的發展，采用特殊的化學手段和陰離子置換法，將Ag+置換進納米載體的微孔中，制成納米載銀抗菌劑。納米載體巨大的表面積為抗菌劑和細菌的充分接觸創造了良好的條件，提高了殺菌的效率，所以，納米級抗菌陶瓷的殺菌效果更好。

3.2 陰離子和燒成溫度對殺菌效果的影響

銀離子的引入直接影響殺菌效果。在相同釉燒溫度下，加入量越大，殺菌效果越強，但加入量過大，釉燒溫度就會降低，釉的質量下降，且成本提高；而加入量太少又達不到殺菌的效果，一般以2%～5%較為合適。燒成溫度不僅影響陶瓷產品的質量及性能，而且影響其殺菌效果。隨著燒成溫度的升高，銀離子的損失逐漸增大，殺菌效果明顯下降，一般釉燒溫度在1100～1200 ℃之間，產品的質量比較好。對以磷酸鋯為載體的抗菌粉體，較理想的溫度范圍是1080～1500 ℃。實驗證明：添加一定量的氟化物有助于提高銀離子的耐燒溫度。添加一定量氟化物后提高了燒成溫度，抗菌效果幾乎無變化。也有研究發現，在無抗菌劑中引入稀土元素可以激活銀系抗菌劑，從而更有效地強化材料的抗菌效能。

4 影響TiO2光催化型抗菌陶瓷抗菌效果的因素

4.1 光源對TiO2光催化效果的影響

光源的強度和波長對TiO2光催化效果有一定的影響。根據一些研究報道，在相同波長照射相同時間的情況下，紫外線光強度大的殺菌效果比光強度小的殺菌效果好。且由于太陽光是一種混合光，半導體對太陽光的利用率較低，太陽光的殺菌效果不如紫外光的殺菌效果好。此外，不同波長的紫外線殺菌效果也不一樣。波長短，光子能量大，當細菌受到該波段的輻射后，其白和核糖核酸（DNA）強烈吸收輻射能，引起DNA鏈斷裂，核酸和蛋白的交連被破壞，導致細菌死亡。因此，波長小的效果要好些。

4.2 燒成溫度對TiO2光催化效果的影響

不同燒成溫度與光催化活性的變化情況是：光催化活性開始隨灼燒溫度的升高而增強，到500 ℃時顯著增加；在600 ℃時達到最大值，然后降低；到800 ℃時顯著降低。在500～700 ℃之間是最理想的灼燒溫度，因為當溫度較低時，凝膠中包含的有機物未被充分灼燒掉，TiO2也主要以光催化活性較低的無定型為主，隨溫度的升高有機物被充分灼燒掉，且TiO2也主要轉變為光催化較高的銳鈦型，使光催化活性大為提高。當溫度進一步升高時，TiO2再次發生晶型轉化，由光催化活性較高的銳鈦礦型向光催化活性較低的金紅石型變化。當溫度進一步升高時，釉開始熔化使TiO2被包裹、凹陷，并與釉發生反應使活性失去。表面再次變得光滑均一，但呈微黃色，說明TiO2與基體釉層反應生成新的物質，而使光催化活性失去。

5 新型銀系復合抗菌陶瓷的效果

新型銀系復合抗菌陶瓷是將銀和二氧化鈦通過復合技術，將不同納米級銀和二氧化鈦進行復合。該新型復合材料經多家知名陶瓷企業的工廠試驗和檢驗機構檢驗后認為：新型的復合抗菌陶瓷工藝簡單，不需要對陶瓷生產工藝作調整，成本低，不會改變制品外觀質量，耐高溫，抗菌效果好。

6 抗菌陶瓷的展望

（1） 隨著人們生活水平的提高，抗菌防病毒已經成為了人們生活中關注的一個熱點?？咕沾梢呀浿鸩降玫饺藗兊恼J同和使用，特別這幾年，H7N1等各種病毒不斷對人們造成傷害，越來越多的人希望家居中的生活用品都具有殺菌功能。

（2） 傳統的銀系抗菌劑和光催化抗菌劑由于在生產工藝、成本等過程中仍有不足，而且殺菌效果受環境等條件的影響大，傳統的銀系抗菌劑和光催化抗菌劑已經滿足不了現在的陶瓷工業生產和人們對殺菌陶瓷的需要。

（3） 新型銀系復合抗菌陶瓷具有生產工藝簡單、成本低、不會改變制品外觀質量、耐高溫、抗菌效果好等優點，因此能滿足現在陶瓷生產的需要和人們對抗菌陶瓷的需要。

7 結語

抗菌陶瓷是一種功能陶瓷，但隨著納米技術和化學復合材料的發展，使得陶瓷的抗菌材料既能保持原有陶瓷花樣外觀的效果，又能增加陶瓷產品的抗菌消毒功能。隨著人們生活水平和對生活要求的提高，抗菌陶瓷作為一種功能陶瓷將進入每個家庭中，其應用領域將日益擴大，市場前景十分廣闊。

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