納米化工生產(chǎn)應(yīng)用范文
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一、納米材料在工程上的應(yīng)用
納米材料的小尺寸效應(yīng)使得通常在高溫下才能燒結(jié)的材料如SiC,BC等在納米尺度下在較低的溫度下即可燒結(jié),另一方面,納米材料作為燒結(jié)過(guò)程中的活性添加劑使用也可降低燒結(jié)溫度,縮短燒結(jié)時(shí)間。由于納米粒子的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng),使得納米復(fù)相材料的熔點(diǎn)和相轉(zhuǎn)變溫度下降,在較低的溫度下即可得到燒結(jié)性能良好的復(fù)相材料。由納米顆粒構(gòu)成的納米陶瓷在低溫下出現(xiàn)良好的延展性。納米TiO2陶瓷在室溫下具有良好的韌性,在180°C下經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。納米復(fù)合陶瓷具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能,在切削刀具、軸承、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)部件等方面具有廣泛的應(yīng)用,在許多超高溫、強(qiáng)腐蝕等許多苛刻的環(huán)境下起著其它材料無(wú)法取代的作用。隨著陶瓷多層結(jié)構(gòu)在微電子器件的包封、電容器、傳感器等方面的應(yīng)用,利用納米材料的優(yōu)異性能來(lái)制作高性能電子陶瓷材料也成為一大熱點(diǎn)。有人預(yù)計(jì)納米陶瓷很可能發(fā)展成為跨世紀(jì)新材料,使陶瓷材料的研究出現(xiàn)一個(gè)新的飛躍。納米顆粒添加到玻璃中,可以明顯改善玻璃的脆性。無(wú)機(jī)納米顆粒具有很好的流動(dòng)性,可以用來(lái)制備在某些特殊場(chǎng)合下使用的固體潤(rùn)滑劑。
二、納米材料在涂料方面的應(yīng)用
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性，具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強(qiáng)大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當(dāng)今世界關(guān)注的熱點(diǎn)。納米材料為表面涂層提供了良好的機(jī)遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復(fù)合體系涂層，實(shí)現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。涂層按其用途可分為結(jié)構(gòu)涂層和功能涂層。結(jié)構(gòu)涂層是指涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性；功能涂層是賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的功能。結(jié)構(gòu)涂層有超硬、耐磨涂層，抗氧化、耐熱、阻燃涂層，耐腐蝕、裝飾涂層等；功能涂層有消光、光反射、光選擇吸收的光學(xué)涂層，導(dǎo)電、絕緣、半導(dǎo)體特性的電學(xué)涂層，氧敏、濕敏、氣敏的敏感特性涂層等。在涂料中加入納米材料，可進(jìn)一步提高其防護(hù)能力，實(shí)現(xiàn)防紫外線(xiàn)照射、耐大氣侵害和抗降解、變色等，在衛(wèi)生用品上應(yīng)用可起到殺菌保潔作用。在標(biāo)牌上使用納米材料涂層，可利用其光學(xué)特性，達(dá)到儲(chǔ)存太陽(yáng)能、節(jié)約能源的目的。在建材產(chǎn)品如玻璃、涂料中加入適宜的納米材料，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱、阻燃等效果。
日本松下公司已研制出具有良好靜電屏蔽的納米涂料，所應(yīng)用的納米微粒有氧化鐵、二氧化鈦和氧化鋅等。這些具有半導(dǎo)體特性的納米氧化物粒子，在室溫下具有比常規(guī)的氧化物高的導(dǎo)電特性，因而能起到靜電屏蔽作用，而且氧化物納米微粒的顏色不同，這樣還可以通過(guò)復(fù)合控制靜電屏蔽涂料的顏色，克服炭黑靜電屏蔽涂料只有單一顏色的單調(diào)性。納米材料的顏色不僅隨粒徑而變，還具有隨角變色效應(yīng)。在汽車(chē)的裝飾噴涂業(yè)中，將納米TiO2添加在汽車(chē)、轎車(chē)的金屬閃光面漆中，能使涂層產(chǎn)生豐富而神秘的色彩效果，從而使傳統(tǒng)汽車(chē)面漆舊貌換新顏。納米SiO2是一種抗紫外線(xiàn)輻射材料。在涂料中加入納米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光潔度及強(qiáng)度成倍地增加。納米涂層具有良好的應(yīng)用前景，將為涂層技術(shù)帶來(lái)一場(chǎng)新的技術(shù)革命，也將推動(dòng)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
三、納米材料在催化方面的應(yīng)用
催化劑在許多化學(xué)化工領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應(yīng)時(shí)間、提高反應(yīng)效率和反應(yīng)速度。大多數(shù)傳統(tǒng)的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，不僅造成生產(chǎn)原料的巨大浪費(fèi)，使經(jīng)濟(jì)效益難以提高，而且對(duì)環(huán)境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒于作催化劑，可大大提高反應(yīng)效率，控制反應(yīng)速度，甚至使原來(lái)不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍。
光催化反應(yīng)涉及到許多反應(yīng)類(lèi)型，如醇與烴的氧化，無(wú)機(jī)離子氧化還原，有機(jī)物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應(yīng)，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實(shí)現(xiàn)的。半導(dǎo)體多相光催化劑能有效地降解水中的有機(jī)污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸堿，對(duì)光穩(wěn)定，無(wú)毒，便宜易得，是制備負(fù)載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報(bào)道，選用硅膠為基質(zhì)，制得了催化活性較高的TiO／SiO2負(fù)載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應(yīng)溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應(yīng)效率、優(yōu)化反應(yīng)路徑、提高反應(yīng)速度方面的研究，是未來(lái)催化科學(xué)不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業(yè)上的應(yīng)用帶來(lái)革命性的變革。
四、納米陶瓷材料增韌改性
陶瓷材料作為材料的三大支柱之一,在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。但是,由于傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆,韌性、強(qiáng)度較差,因而使其應(yīng)用受到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應(yīng)用,納米陶瓷隨之產(chǎn)生,希望以此來(lái)克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金屬一樣的柔韌性和可加工性。英國(guó)著名材料專(zhuān)家Cahn指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰(zhàn)略途徑。所謂納米陶瓷,是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級(jí)尺度的陶瓷材料,也就是說(shuō)晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級(jí)的水平上。要制備納米陶瓷,這就需要解決:粉體尺寸、形貌和分布的控制,團(tuán)聚體的控制和分散,塊體形態(tài)、缺陷、粗糙度以及成分的控制。Gleiter指出,如果多晶陶瓷是由大小為幾個(gè)納米的晶粒組成,則能夠在低溫下變?yōu)檠有缘?能夠發(fā)生100%的塑性形變。并且發(fā)現(xiàn),納米TiO2陶瓷材料在室溫下具有優(yōu)良的韌性,在180℃經(jīng)受彎曲而不產(chǎn)生裂紋。
許多專(zhuān)家認(rèn)為,如能解決單相納米陶瓷的燒結(jié)過(guò)程中抑制晶粒長(zhǎng)大的技術(shù)問(wèn)題,從而控制陶瓷晶粒尺寸在50nm以下的納米陶瓷,則它將具有的高硬度、高韌性、低溫超塑性、易加工等傳統(tǒng)陶瓷無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)。上海硅酸鹽研究所研究發(fā)現(xiàn),納米3Y-TZP陶瓷(100nm左右)在經(jīng)室溫循環(huán)拉伸試驗(yàn)后,其樣品的斷口區(qū)域發(fā)生了局部超塑性形變,形變量高達(dá)380%,并從斷口側(cè)面觀察到了大量通常出現(xiàn)在金屬斷口的滑移線(xiàn)。Tatsuki等人對(duì)制得的Al2O3-SiC納米復(fù)相陶瓷進(jìn)行拉伸蠕變實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)伴隨晶界的滑移,Al2O3晶界處的納米SiC粒子發(fā)生旋轉(zhuǎn)并嵌入Al2O3晶粒之中,從而增強(qiáng)了晶界滑動(dòng)的阻力,也即提高了Al2O3-SiC納米復(fù)相陶瓷的蠕變能力。
論文關(guān)鍵詞：納米技術(shù)化工生產(chǎn)催化應(yīng)用
論文摘要：本文從納米材料在催化方面、涂料方面、其它精細(xì)化工方面和醫(yī)藥方面的應(yīng)用等幾個(gè)方面探討了其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。
有人曾經(jīng)預(yù)測(cè)在21世紀(jì)納米技術(shù)將成為超過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和基因技術(shù)的“決定性技術(shù)”，由此納米材料將成為最有前途的材料。它所具有的獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，使人們意識(shí)到它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來(lái)新的機(jī)遇。納米材料的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來(lái)，它在化工生產(chǎn)領(lǐng)域也得到了一定的應(yīng)用，并顯示出它的獨(dú)特魅力。
