纳米材料应用与展望

科学家预言，在21世纪纳米材料将是“最有前途的材料”，纳米技术甚至会超过计算机和基因学，成为“决定性技术”。纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，其对蠕变、超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强（受均匀腐蚀而不同于粗晶材料的晶界腐蚀）。因此，纳米材料表现出的力、热、声、光、电、磁性等，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统粗晶材料相比，纳米材料具有高的强度和硬度、高扩散性、高的塑性和韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热容、高的热膨胀系数、低热导率及强软磁性能，可应用于高的力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁性记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。

1.传感器方面的应用

由于纳米材料具有大的比表面积、高的表面活性及与气体相互作用强等因素，因此纳米微粒对周围环境如光、温度、气氛、湿度等十分敏感，可用作各种传感器，如温度、气体、光、湿度等的传感器。

2.催化方面的应用

纳米微粒由于尺寸小、表面原子数占较大的百分数、表面的键态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全等因素导致表面活性增加，使其具备了作为催化剂的基本条件。最近，关于纳米材料表面形态的研究指出，随着粒径的减小，其表面光滑程度变差，形成凹凸不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。近年来国际上对纳米微粒催化剂十分重视，称其为第四代催化剂。利用纳米微粒这种高的比表面积和活性特性，可以显著提高催化效率。

3.光学方面的应用

纳米微粒由于小尺寸效应使其具有常规大块材料不具备的光学特性，如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系。

4.医学上的应用(www.xing528.com)

随着纳米技术的发展，纳米材料在医学上的应用技术也开始崭露头角。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞及红细胞小得多，这就使研究人员可利用纳米微粒进行细胞分离、细胞染色及利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗。科研人员已经成功利用纳米SiO2粒子进行定位病变治疗，以减少副作用等。科学家们设想利用纳米技术制造出分子机器人，使其在血液中循环，对身体各部位进行检测、诊断，并实施特殊治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。

5.其他领域的应用

分子是保持物质化学性质不变的最小单位。生物分子是很好的信息处理材料，每一个生物分子本身就是一个微型处理器。分子在运动过程中可按预定方式进行状态变化，其原理类似于计算机的逻辑开关，利用该特性并结合纳米技术，可以设计量子计算机。

磁记录是信息存储与处理的重要手段，随着科学的发展，要求记录密度越来越高。在20世纪80年代日本就利用Fe、CO、Ni等金属超微粒制备了高密度磁带，其颗粒尺寸为20～30nm，矫顽力约为1.61×103A/m，适用于纵向式垂直记录，且可降低噪声，提高信噪比，由它制成的磁带、磁盘也已商品化。

此外，一些含Co、Ti的钡铁氧体颗粒作为磁记录介质也已趋于商品化，这种强磁颗粒可制成信用卡、票证、磁性钥匙等。磁性存储技术在现代技术中占有举足轻重的地位，由于磁信号的记录密度在很大程度上取决于磁头缝隙的宽度、磁头的飞行高度以及记录介质的厚度，因而为了进一步提高磁存储的密度和容量，就需要不断减小磁头的体积，同时还要减小磁记录介质的厚度。因此薄膜磁头材料与薄膜磁存储介质是磁性材料当前发展的主要方向之一。

超微颗粒对光具有强烈的吸收能力，因此通常是黑色的，可在电镜-核磁共振波谱仪和太阳能利用中作光照吸收材料，还可作为防红外线、防雷达的隐身材料。