摘要：分析了空气过滤器目前存在的两大难题，即阻力和二次污染问题，介绍了驻极体静电合成纤维、光催化纳米氧化钛和纳米银的主要特性，报道了合成的纳米氧化钛、纳米银驻极体静电空气过滤器的试验结果，试验结果表明，62Pa的低阻力，99.99%的高效率，低廉的价格，使高效空气过滤器的应用范围大大扩展，为改善室内空气品质，防止疾病的传播提供了一种实用的产品。
关键词：高效空气过滤器纳米氧化钛纳米银驻极体
1.引言2003年春天那场席卷全球的SARS疫情给人们留下的不仅仅是教训和警示，更多的则是人类应该如何去防御疾病的侵袭，如何去预防，去医治这些危害人类健康生存的疾病。今天，“健康”的概念已经进入人类生活的方方面面，自然“健康”也成了暖通空调专业研究、开发、制造的重点，空气净化技术受到了人们特别的关注。
在诸多空气净化技术中，应用最广、最成熟、最无异议的可能就是空气过滤器。无论是国外，还是国内，空气过滤器已经发展到很高的水平，足以应付各种需要，在很多时候，空气过滤器成了唯一的最安全的、最有效的防御手段，这点从SARS疫情传播期间，以及其后出台的一系列文件、措施和标准中就能清楚地看到这一点。但是，目前在使用空气过滤器的过程中，困扰人们的是，如果要获得理想的高过滤效率，就不得不付出一定的代价去对付高阻力带来的一系列问题，能耗问题、噪声问题、风机选型问题等等。另一方面，高效率的空气过滤器拦截了空气中的，灰尘、细菌、病毒和微生物，可是沉积在过滤器上的微生物如果不及时加以处理，将产生严重的二次污染，因此不得不采取其他措施，由此又产生了一系列新问题。
本文研究的重点，就是企图从目前国内外已经进入市场的诸多空气净化技术中筛选出若干成熟的、有效的、价格便宜的技术组合成一种新型空气过滤材料，解决上述问题。
2.空气过滤器的阻力根据空气过滤器的两个国家标准[1，2]，我国空气过滤器分类可参见表1[3]。
表1给出了各种空气过滤器的初阻力，在实际应用中，必须考虑空气过滤器的终阻力，所谓终阻力，即“指在额定风量下由于过滤器积尘，而使其阻力上升并达到规定值。一般为初阻力的2倍。”[4]。表2给出了空气过滤器的终阻力建议值[5]。
表1我国空气过滤器分类
额定风量下的效率
（%）
额定风量下的初阻力
（Pa）
注
粗效
中效
高中效
亚高效
粒径≥5μm，80<η≥20
粒径≥1μm，70<η≥20
粒径≥1μm，99<η≥70
粒径≥1μm，99.9<η≥95
≤50
≤80
≤100
≤120
效率为大气尘计数效率
高效A
B
C
D
η≥99.9
η≥99.99
η≥99.999
粒径≥0.1μm，η≥99.999
≤190
≤220
≤250
≤280
A、B、C三类效率为钠焰法；D类为计数效率
此寻找既能保持高催化活性又能维持负载材料的物性，而且能均匀、牢固地使催化剂固定在负载材料表面的技术是十分困难的[10]。
纳米银材料存在的主要问题除了其抗菌不需要光催化外，其他与光触媒二氧化钛相同。
6光催化驻极体静电空气过滤器研制及试验结果为了解决上述问题，对国内和国外多种纳米氧化钛和纳米银材料进行了调查，从中各选择了3种产品，送交广东省微生物分析检测中心进行检测，根据GB15979-2002等标准、规范规定的测试方法[11-13]进行了抗菌性能测试。测试结果表明，虽然经过筛选，最后确定的6种材料的抗菌性能仍有一定的差异。对纳米氧化钛的太阳能利用率同时进行了测试，作为综合指标进行了筛选，发现国内开发的普通光型纳米氧化钛的抗菌效果已经接近光催化型纳米氧化钛。在上述测试的基础上，进行了负载技术研究。参考国内外研究成果，最后决定，对纳米银材料采用合成法，即按一定比例将聚丙烯纤维切片与纳米银粉体混合，然后进行熔喷和静电充电，生成纳米银驻极体静电过滤材料；对于纳米氧化钛则配制成快干溶液，这种溶液具有很好的附着力，采用高压喷雾法，可以均匀附着在驻极体静电过滤材料上。表3是3种合成材料的抗菌性能测试结果，分别是①纳米银驻极体静电过滤材料；②纳米氧化钛驻极体静电过滤材料；③纳米氧化钛、纳米银驻极体静电过滤材料。
表3抗菌材料分析检测结果（细菌含量单位cfu/cm2）材料编号
检测内容
大肠埃希氏菌
金黄色葡萄球菌
①
2.专利信息
3.2007～2008年世界黄金资源及市场状况分析稀有金属快报黎斌林，LiBinlin
4.Ca3Co4O9及其掺Zn体系的电子结构陈袁魁，陈川，张志伟，朱教群，ChenYuankui，ChenChuan，ZhangZhiwei，ZhuJiaoqun
5.退火制度对TA15挤压管材的组织与性能的影响代春，李长江，杨陇林，李农，尚秀丽，王巧莉，DaiChun，LiChangjiang，YangLonglin，LiNong，ShangXiuli，WangQiaoli
6.球状纳米硅氧化物的制备裴立宅，PeiLizhai
7.TC4钛合金与Nb-W-Mo-Zr铌合金的真空电子束焊接工艺研究夏明星，郑欣，李中奎，王东辉，白润，蔡小梅，XiaMingxing，ZhengXin，LiZhongkui，WangDonghui，BaiRun，CaiXiaomei
8.往复挤压对AgMg3合金组织及性能的影响王虹，马光，姜婷，郑晶，张廷杰，孙晓亮，WangHong，MaGuang，JiangTing，ZhengJing，ZhangTingjie，SunXiaoliang
9.钛合金VAR熔炼自耗电极破断原因分析马勇军，陈战乾，乔璐，MaYongjun，ChenZhanqian，QiaoLu
10.废硫酸回收用钽管的加工研究朱梅生，ZhuMeisheng
11.铍青铜棒锻造裂纹产生原因的分析李陈，朱宝辉，王培军，姜韬，任晓，LiChen，ZhuBaohui，WangPeijun，JiangTao，BenXiao
12.火焰原子吸收光谱法测定载银沸石中银杨平平，田新娟，王辉，李波，YangPingping，TianXinjuan，WangHui，LiBo
13.化学气相沉积法制备短直碳纳米管乔吉超
1.铝电解槽用硼化钛惰性阴极的研究进展张智敏，蒋明学，李勇，ZhangZhimin，JiangMingxue，LiYong
2.钴粉的制备、应用及我国的发展现状马光，孙晓亮，郑晶，刘啸锋，MaGuang，SunXiaoliang，ZhengJing，LiuXiaofeng
3.铂、钯市场分析及近期展望靳湘云，JinXiangyun
4.熔体保温时间对含铝Monel合金组织与性能的影响卢竹青，王富，范志康，LuZhuqing，WangFu，FanZhikang
5.Ni2+掺杂对LiFePO4正极材料电化学性能的影响夏继才，王殿龙，张若昕，伊廷锋，XiaJicai，WangDianlong，ZhangRuoxin，YiTingfeng
6.Ce(SO4)2对化学镀镍液及镀层性能的影响伊廷锋，朱彦荣，周理，，ShuJie，YiTingfeng，ZhuYanrong，ZhouLi，LiPeng，ShuJie
7.熔铸工艺对铂铑热电偶丝不均匀热电动势的影响陈兴汉，ChenXinghan
8.玻璃垫在钛合金型材挤压中的应用徐哲，段素杰，佟学文，杨陇林，李农，XuZhe，DuanShujie，TongXuewen，YangLonglin，LiNong
9.电解槽生产镨钕合金过程中碳含量的控制李建兵，万军，陈虎兵，米玺学，LiJianbing，WanJun，ChenHucing，MiXixue
10.钛-不锈钢扩散焊接界面研究韩明臣
11.热处理对Ni-58Fe台金镀膜机械性能的影响吴全兴
12.阳极氧化制备TiO2纳米管组成的多孔膜李广忠
13.中国有色金属工业协会钛锆铪分会2008年年会在北京召开陈岩
14.宝钛集团技术中心获部级企业技术中心认定王新权
1.钛合金超声探伤技术张英明，韩明臣，田园，郑翠萍，倪沛彤，ZhangYingming，HanMingchen，TianYuan，ZhengCuiping，NiPeitong
2.专利信息
3.磷酸铈的制备方法及性能研究概况卢盈，梅炳初，周卫兵，梅明军，LuYing，MeiBingchu，ZhouWeibing，MeiMingjun
4.稀有金属快报2008年上半年我国钛工业运行情况王向东，逯福生，贾翃，郝斌，马云风，WangXiangdong，LuFusheng，JiaHong，HaoBin，MaYunfeng
5.2007年钽铌工业发展评述何季麟，张晨阳，张红岳，HeJilin，ZhangChenyang，LiuWeiguo
6.Ti-6Al-4V合金表面TiO2纳米管阵列薄膜的制备与光电特性研究罗保民，杨海滨，刘世凯，LuoBaomin，YangHaibin，LiuShikai
7.热压烧结添加MoS2的Ti3SiC2复合陶瓷及性能梅方胜，梅炳初，MeiFangsheng，MeiBingchu
8.导电陶瓷Ti3SiC2颗粒表面无敏化活化的化学镀铜赵清碧，许少凡，江沣，袁传勇，ZhaoQingbi，XuShaofan，JianFeng，YuanChuanyong
9.周期热流法测试金属及合金材料高导热系数可视化测试系统的研制王莹，周孑民，许欣，WangYing，ZhouJieming，XuXin
10.飞机用大型TC4钛合金锻件锻造工艺初探胡世刚，贾栓孝，何书林，HuShigang，JiaShuanxiao，HeShulin
11.AZ31镁合金在高温变形中的组织变化和机械性能吴全兴
12.阳极氧化含N的钛合金生成N掺杂的TiO2纳米管李广忠
13.第二届中国国际铜铝钛及有色金属压铸展览会在上海联合展出薛菊玲
1.块体Cr2AlC陶瓷材料的制备工艺研究林宁，朱教群，周卫兵，李圆圆，LinNing，ZhuJiaoqun，ZhouWeibing，LiYuanyuanHtTp://
2.多层片式陶瓷电容器电极浆料研究进展张丽丽，宣天鹏，ZhangLili，XuanTianpeng
3.专利信息
4.我国金属纤维及制品的应用研究状况许佩敏，张健，孙旭东，XuPeimin，ZhangJian，SunXudong
5.中国灯用稀土荧光粉行业的发展现状杨宇锋，唐元春，YangYufeng，TangYuanchun
6.2008年上半年我国钼产品进出口分析许洁瑜，程景峰，XuJieyu，ChengJingfeng
7.电沉积制备CIS太阳能电池吸收层材料稀有金属快报闫志巾，白利锋，YanZhijin，BaiLifeng
8.热处理对Fe80Zr5Nb4B11非晶合金的结构及磁性能影响于万秋，孙亚明，华中，魏茂彬，王志英，YuWanqiu，SunYaming，HuaZhong，WeiMaobin，WangZhiying
9.溶胶-凝胶法制备含氮TiO2光催化剂及其表征于艳辉，徐传友，YuYanhui，XuChuanyou
10.Al基上偏压磁控溅射Cu薄膜的工艺研究余凤斌，陈莹，曾海军，夏祥华，李建国，孙业雷，YuFengbin，ChenYing，ZengHaijun，XiaXianghua，LiJianguo，SunYelei
11.碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料的研究杨淑霞，梅炳初，周卫兵，王敬平，YangShuxia，MeiBingchu，ZhouWeibing，WangJingping
12.β钛合金的热机械加工韩明臣
13.用添加纳米碳的机械合金化先驱粉可以进一步提高MgB2的临界电流密度刘春芳
14.第13届全国钛及合金学术交流会在洛阳召开陈岩
15."亿览网2008年中国邬钼钒行业峰会"在杭州召开虞平
16."2008年中国国际钨钼钒业发展高层论坛"在洛阳举办陈淑芳
17.稀有金属国际市场行情高敬
1.快速成形技术在金属多孔材料制备中的应用研究现状贺卫卫，贾文鹏，刘海彦，汤慧萍，王永祥，HeWeiwei，JiaWenpeng，LiuHaiyan，TangHuiping，WangYongxiang
2.钛合金在高尔夫球杆上的应用现状郑建民，雷让岐，ZhengJianmin，LeiRangqi
3.2007年铂市场分析及2008年预测靳湘云，JinXiangyun
4.专利信息
5.稀有金属快报Ti4AlN3陶瓷的相形成机理研究梅明军，梅炳初，周卫兵，王敬平，MeiMingjun，MeiBingchu，ZhouWeibing，WangJingping
6.Cu元素对TiNiNb合金阻尼性能的影响李倩，赵永庆，罗媛媛，吴欢，侯智敏，LiQian，ZhaoYongqing，LuoYuanyuan，WuHuan，HouZhimin
7.Q235钢材表面等离子重熔制备Fe-Al金属间化合物高伟，李艳红，李镇江，GaoWei，LiYanhong，LiZhenjiang
8.热处理工艺对TB2钛合金组织和性能的影响卢轶，王俭，王红武，LuYi，WangJian，WangHongwu
9.轧制工艺对热轧钨板材组织和性能的影响刘宁平，淡新国，张永刚，郭让民，LiuNingping，DanXinguo，ZhangYonggang，GuoRangmin
10.难变形金属棒线材连轧机孔型设计计算界面的开发朱艳春，秦建平，李子良，田雅琴，ZhuYanchun，QinJianping，LiZiliang，TianYaqin
11.超导线圈用MgB2/Cu导线的临界电流密度与磁场的关系王庆阳
12.纳米晶分布对钛基金属玻璃机械性能的影响于兰兰
13.用热CVD法超微粒子涂覆装置制取SiC-Si3N4吴全兴
14.湿式喷砂在材料表面刻蚀的应用进展吴全兴
15.国家科技支撑计划项目"年产3万吨钛材及其制品产业化关键技术开发"启动会在西安召开
16.西部材料与西安航天科技工业公司联手打造"西部钛谷"李想
17.宝鸡市钛产业基地首批骨干企业被认定李想
18.大阪钛技术有限公司的钛产品及生产郭建军，何瑜
1.颗粒强化金属基复合材料的原位合成工艺艾桃桃
2.2007年白银市场分析及2008年展望何新宇，石和清
3.锻造工艺对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响王新南，朱知寿，童路，周宇，周晓虎，俞汉清
4.放电等离子合成Ti3AlC2-TiB2复合材料的相形成研究周卫兵，梅炳初，朱教群
5.专利信息
6.用乳酸溶液为电解质制备TiO2纳米管阵列欧阳可观，肖秀峰，刘榕芳
7.Ti-Al-Cr两相钛合金的组织与性能研究周伟，葛鹏，赵永庆
8.终轧加工率对钼及钼镧合金板材组织及性能的影响王娟丽，张明祥，贾东明，韩红卫，胡卫红，杨芙蓉
9.热处理温度对Bi2223/Ag-Au带材相组成及载流能力的影响郝清滨，李成山，郑会玲，熊晓梅，刘国庆，胡锐
10.高纯金属镝的制备刘宝忠
11.热处理条件对涡用新型镍基合金组织的影响稀有金属快报张小明
本书为第11届意大利传感器与微系统会议的论文集，其中精选了具有代表性的会议论文。这次会议展示了在传感器与微系统领域的理论模拟与实际应用的最新成果。传感器与微系统是一个新兴的交叉学科，其涉及到物理、化学、材料科学以及生命科学等领域。
本书共分为六部分，第一部分为化学传感器，主要介绍了：可调谐二极管激光光谱仪原位测量平流层微量气体；四苯基卟啉在高有序热解石墨上的组装：前所未有的吸附压缩驱动的双层模式组装；一种室温下的基于铂／氧化铱复合物的氧气传感器；聚合物涂层的长周期光栅作为高灵敏度化学传感器；用于低温下检测氢气的光纤传感器；溶剂对复合薄膜形貌和传感特性的影响；纳米钛对气体的传感性质；基于二元金属的碳水化合物传感装置；一种快速检测牛奶中M1黄曲霉素的便携式荧光计；利用光学传感器检测橄榄油的质量；质量标准体系在计划、设计和实现厚膜气体检测器中的应用；基于单壁碳纳米管的光纤传感器；合成且表征用于二氧化氮检测的纳米材料；铂金元素作为覆盖层的P型一氧化钛薄膜用于对氢气的检测；包含银纳米簇的氟化聚亚酰胺纳米复合薄膜用于对有机气体的光学检测等等。第二部分为物理传感器，主要介绍了荒芜环境中的固体定位风速计；一种具有溅射内核的二维平面磁通量阀门；一种用于探测RF电场的光学探针；通过拉曼散射来测量多孔硅结构的应力；对热传感器的一种十分有效的计算机模拟模型；对硅化铬应力传感器的认识。第三部分为生物传感器，主要介绍了基于不定型硅基器件检测DNA分子；抑制酪氨酸酶的有机相酶传感器；用于人瘤病毒检测的DNA压电生物传感器；用于检测硬质小麦安全型的用户友好的电化学手持设备；采用SPR成像技术来研究DNA―DNA生物分子的相互作用。第四部分为微米纳米技术，主要介绍了实验室芯片技术对基因进行分析；利用硅基玻璃芯片对化学物质进行快速光学检测；采用不同导电纳米颗粒来控制复合材料聚合物的传感性质；采用电化学刻蚀硅片的方法制备嵌入式微通道；采用超声束沉积方式制备具有气体传感的金属氧化物／有机物杂化材料；聚焦离子束刻蚀用于气体传感技术；一种模拟IPMC传感器的软件工具；对印迹二氧化钛纳米粒子的合成与表征；机车安全与舒适度测量；悬臂梁的强制型阻尼振动。第五部分为传感器阵列和多重传感系统，主要介绍了整合型微重力化学物质检测装置；采用杂化电子鼻原位检测硫质喷气孔火山口喷发的火山气体；对主要公路旁的漂浮粒子和氧化氮化合物的检测；多传感器布局在敌对环境中的机器人。第六部分为传感器网络和对传感器的数据分析，主要介绍了对于无线传感器网络的概览：对ZGIGBEE网络架构一瞥；动态场景下尘埃传感器网络：在城市环境中普遍应用性能的研究；一种配置了IEEE802.15.4的移动设备的便携式软件工具；一种神经光谱分类的光学传感器；对城市环境污染检测无线网络设备的设计；应用多传感器微型化系统对橄榄油进行评价。
本书几乎涵盖了传感器方面的所有方向，包括化学、物理、生物以及传感器构架等等。相信从事任何传感器研究方向的科研人员都会在本书中找到有参考价值的内容。
【关键词】纳米微球；氧化锌；银掺杂；气敏性；灵敏度
氧化锌（ZnO）是一种Ⅱ―Ⅵ族n型化合物半导体材料[1]，其禁带宽度为3.37eV。属于表面电阻控制型气敏材料，由于其价格便宜、制作简单、性能稳定等优点而备受研究人员关注。但纯ZnO作为气敏材料时，存在着选择性差、灵敏度偏低、工作温度较高等缺点。为了改善这些不利因素，人们除了利用各种合成方法对ZnO进行形貌控制[4]以外，更多的是通过掺杂金属氧化物、稀土氧化物或贵金属改性。于灵敏等人利用浸渍法制备出了Ag掺杂的ZnO纳米线，结果发现，其酒精灵敏度比纯ZnO纳米线提高很多；Neri等人制备的CeO2-Fe2O3材料降低了对甲醇气体的工作温度。Paraguay等人通过掺杂Al、Fe等元素提高了ZnO薄膜对乙醇气体的选择性。
1.实验部分
1.1试剂与仪器
六水硝酸锌、无水乙醇、柠檬酸三钠、葡萄糖、六亚甲基四胺，（实验中所用试剂均为分析纯，市售），硝酸银溶液（0.1mol・L-1）。
利用德国Bruker公司D8Advance型X射线衍射仪（XRD）进行晶体结构分析，测试条件为：Cu靶，λ=1.5406nm，管电压40kV，管电流40mA，扫描步长为0.02°，扫描速度为0.1（°）/s，扫描范围为20°～80°。采用日本JEOL公司的JSM-7500F型冷场发射扫描电镜（SEM）观察样品形貌，加速电压为5KV。利用河南汉威HW-30A气敏测试系统进行气敏性能测试。
1.2ZnO纳米微球的制备
将一定量的柠檬酸三钠、葡萄糖、六亚甲基四胺和硝酸锌加入烧杯中，再加入适量的去离子水，在常温下搅拌溶解，得到一定浓度的透明溶液A。将溶液A倒入烧瓶在水浴锅中于90℃加热60min，有白色沉淀产生。然后取出烧瓶，自然冷却后，离心，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，60℃干燥10h，得到白色前驱体粉末。最后在马弗炉中500℃灼烧2h，得到灰白色ZnO微球。
1.3ZnO掺杂Ag纳米微球的制备
将一定浓度的AgNO3溶液（Ag与Zn的摩尔比分别为1%、3%、5%）缓慢加入上述溶液A中并不断搅拌，，其它反应过程和条件同上。
1.4气敏元件的制备与测试
将制备的ZnO掺杂Ag纳米微球与适量乙二醇溶液混合调成浆料，并将浆料均匀地涂抹在带有Au电极和Pt引线的Al2O3陶瓷管外。干燥后600℃烧结1h，将镍铬合金的加热丝插入陶瓷管组成气敏元件，与测试电路连接。将气敏元件在320℃下于老化台上老化一周左右。采用静态配气法，在HW-30A气敏测试系统上测试。在还原性气氛中，定义元件的灵敏度S=Ra/Rg，Ra、Rg分别为元件在空气和被测试气体中的电阻值。元件的响应、恢复时间为元件电阻变化│Ra-Rg│的90%所需要的时间。
2.结果与讨论
2.1制备样品的表征
2.1.1XRD分析
将所制备的样品分别用XRD进行分析，其图谱如图1所示，通过图1与JCPDS标准图谱对照发现，图中纯ZnO在的衍射峰，与六方纤锌矿结构ZnO（PDFNo.36-1451）的衍射峰基本重合，无其它元素的衍射峰。在图1中掺杂1%、3%、5%Ag的ZnO纳米微球的XRD图谱中发现，除了ZnO的衍射峰外，还出现了强度很小的Ag的衍射峰，随着Ag掺杂比例的增加ZnO的衍射峰强度逐渐减弱，峰型变宽，而。由此表明Ag成功的掺杂到了ZnO纳米微球上。由谢乐公式D=κλ/（βcosθ）（其中κ=0.89，λ=0.1541nm，β为半峰宽，D为晶粒的平均粒径），计算出ZnO粉末的平均粒径为20.63nm，掺Ag1%、3%、5%的ZnO粉末的平均粒径分别为18.46、16.53、19.37nm。
2.1.2SEM分析
可以从图2中看出，纯ZnO与Ag/ZnO微球的SEM测试结果如图2所示。图2（a）为未掺杂的ZnO微球扫描电镜图，组成微球的纳米粒子堆积的比较紧密、结实，粒子之间空隙较小；图2（b）为Ag掺杂为3%的ZnO微球扫描电镜图，虽然球体和图2（a）相比，直径变化不大，但纳米粒子堆积相对分散，粒子之间的空隙明显变大。
2.2气敏性能测试
2.2.1工作温度对气敏性能的影响
将制备好的ZnO及掺杂Ag的ZnO气敏元件分别在工作温度为270℃、300℃、330℃、360℃、390℃、420℃、450℃时对甲醇、乙醇、丙酮、正丁醇等四种气体进行了气敏性能测试，其结果如图3-图6所示。
由图3可知，在被检测气体乙醇为200ppm时，纯氧化锌的灵敏度为26，最佳工作温度为390℃，有Ag的气敏元件灵敏度都有所提高，而且当工作温度降低变为360℃，掺杂3%Ag的气敏元件的灵敏度最高可达50.4。
如图4所示，丙酮为200ppm时，纯氧化锌的最高灵敏度为7.4，最佳工作温度为390℃，掺杂Ag的气敏元件灵敏度都有提高，当工作温度变为420℃时，掺杂3%Ag的气敏元件的灵敏度最高可达24。
图5所示，甲醇为200ppm时，纯ZnO的最高灵敏度为8，所有Ag掺杂的气敏元件灵敏度的改变都不太明显。
在图6中，正丁醇为200ppm时，纯氧化锌的最高灵敏度为18.6，而当Ag的掺杂量为3%时元件的气敏性大大提高，灵敏度接近107。由此可以看出，3%Ag掺杂的ZnO对正丁醇、乙醇具有较好的选择性。
2.2.2气体浓度对气敏性能的影响
为进一步检验所制备材料的气敏性能，我们又对3%Ag/ZnO气敏元件对正丁醇和乙醇的在不同浓度下的灵敏度进行了测定，其结果如表1、表2所示。由表1、表2可以看出，元件对乙醇、正丁醇两种气体的灵敏度都随着浓度的增加而增大。表1中，在360℃的最佳工作温度下，元件对乙醇20ppm的灵敏度为17.5，浓度为200ppm时，灵敏度为50.4，此时的响应和恢复时间分别为13s和16s。表2中，在390℃的最佳工作温度下，元件对20ppm的正丁醇灵敏度为26.7，浓度为200ppm时，灵敏度达到106.8，此时的响应和恢复时间分别为17s和25s。因此3%Ag/ZnO的纳米微球元件可用于检测微量乙醇，也可用于检测痕量正丁醇气体。
3.结论
采用化学共沉淀法制备的掺杂为3%的Ag/ZnO纳米微球，对乙醇、正丁醇具有较高的气敏性能，特别在390℃是对20ppm的正丁醇的灵敏度达到了26.7，在360℃时对200ppm的乙醇灵敏度达到50.4，并且具有较快的响应和恢复时间。因此，3%Ag/ZnO纳米微球气体是一种较为理想的气敏材料，有可能成为检测微量乙醇和痕量正丁醇气体传感器的实用材料。
参考文献：
[1]于灵敏，范新会等.ZnO纳米线气敏元件对单一气体浓度判定研究[J].功能材料，2011，42（1）：136-138
[2]康昌鹤，唐省吾等编著.气、湿敏感器件及其应用北京[M]：北京科学出版社，1988.138
[3]祝柏林，谢长生.ZnO气敏材料的研究进展[J].传感技术学报，2002，4：353
[4]BarattoC，SberveglieriG，OnischukA，etal.LowtemperatureselectiveNO2sensorsbynanostructuredfibresofZnO[J].SensorsandActuatorsB：Chemical，2004，100（1-2）：261
[5]YangZ，HuangY，ChenG，etal.EthanolgassensorbasedonAl-dopedZnOnanomaterialwithmanygasdiffusingchannels[J].SensActuatorsB.2009，140（2）：549-556.
作者简介：
王彦举（1988.07-），男，河南省濮阳市人，硕士研究生，从事纳米氧化锌气敏材料的制备研究。
关键词：纳米纤维；高效过滤与分离；过滤介质
中图分类号：TS174.8；TS176.5文献标志码：A
LatestDevelopmentofFiberMaterialsforHigh-efficiencyFiltrationandSeparation
Abstract：Inrecentyears，significantprogresshasachievedinusingnanofibermaterialsforhigh-efficiencyfiltrationandseparation.ThepaperintroducesthetechnicalfeaturesofsuchnanofibermaterialsandthelatestdevelopmentofrelatedR&Dandcommercialproduction.Italsoanalyzesindetailstheapplicationandmarketprospectsofhigh-performance，highenergyefficiencyfilteringmaterialsforliquidfiltrationandseparation（F/S）.
Keywords：nanofiber；high-efficiencyfiltrationandseparation（F/S）；filtermedia
用作过滤材料的纺粘非织造布的单丝直径通常在10μm左右，但DuPont（杜邦）公司开发的闪纺技术（flashspun）以及大量投入市场的熔喷非织造布产品的单丝直径可达1μm。进入21世纪后，捷克Elmarco公司完成了静电纺纳米纤维的工业化生产，其单丝细度可控制在50～150nm之间。期间杜邦公司投放市场的混合膜（HMT）过滤介质纤维网的单丝直径约为400nm。另外，美国Donaldson公司在纳米纤维的开发和应用上已有近40年的经验，该公司“Ultra-web”纳米纤维滤材的品质与性能在市场上享有良好的声誉。
近年来，纳米碳纤维及碳纳米管（CNF/CNT）实现了商业性生产，其良好的吸附性能已引起了过滤/分离行业的普遍重视，碳纳米纤维可以有效去除尺寸在0.1μm以下的颗粒物。
目前已有荷兰Ahlstron（奥斯龙）、日本东丽等近20家企业可提供用于环保领域的纳米纤维滤材。在饮用水及工业水净化等方面，纳米纤维材料展现出了十分好的前景。
纳米纤维将成为新一代滤材进入如下工业过滤领域：水处理（工业用水、市政用水以及污水处理）、工艺用水（油过滤、液体化学品加工及有色液态物料处理）、微电子工业（超纯水、化学品净化）、食品和饮料工业（乳制品、酒和啤酒制备过程）、生物制药（抗体、蛋白质和疫苗生产）以及生物医学（血液过滤、医疗用水）领域。本文仅论述纳米纤维材料在液态过滤/分离领域的使用，不涉及膜材料。
1过滤/分离用纳米纤维介质的技术特征
纳米纤维介质多以复合结构形式使用，先进的设计理念实现了最佳的精密过滤效果，因此也成为了新一代高效率过滤与分离介质材料。滤材通常由3个功能层构成，即：其一为介质功能层，该层承接初过滤功能，并具有很高的容垢能力，可防止过滤操作中可能出现的堵塞现象；其二为纳米纤维层，承担精细过滤角色，具备较高的过滤效率和较低的压力降；其三即支撑层，保护纳米纤维层，提供刚性支撑，赋予介质良好的挠性，保证介质的耐折叠性和耐用性。
1.1纳米纤维介质的技术特征
纳米材料独特的尺寸效应，为开发新一代纤维基过滤与分离介质提供了可能。一般来说，纳米材料的尺寸效应与其比表面积有关，高的比表面积可赋予纤维高反应性能和吸附性能。纳米纤维的孔隙率、孔隙尺寸、独特的物理机械特性以及通过改性可赋予介质新的化学和物理功能的特征，展现了其在使用性能和成本效率上的优势。
1.1.1纳米纤维介质的高过滤效率与低压力降
纳米纤维滤材具有很高的初始效率和运行效率，且压力降很低。以杜邦公司克重为10g/m2的HMT纳米纤维过滤介质试样为例，与同类型常规滤材进行比较。前者的过滤效率达99%，流量300～350mL/（min・cm2），容垢能力1.6g，初始压力降0.4psi；而后者的过滤效率仅为91%～92%，流量100mL/（min・cm2），容垢能力1.1g，初始压力降1.6～1.8psi。从中可以清晰地看出纳米纤维滤材性能上的优势。
1.1.2纳米纤维滤材使用中的脉冲清洗成本低
纳米纤维介质过滤系统的污垢颗粒物多集中在纳米纤维层的表面，易清洗，能耗低。而常规滤材操作中，污垢颗粒物同时进入基布层，清洗量大，能耗高。表1为筒式过滤器年运转期限中的能耗数据对比。
1.1.3纳米纤维滤材使用寿命长，成本效益明显
与传统过滤介质相比，纳米纤维滤材由于过滤效率和滤材表面负荷等特点，其使用寿命相对更长。Donaldson公司筒式过滤器的应用试验中，纳米纤维介质的使用寿命比常规滤材要高1倍，具体数据可参考表1，使用期限1年，对比滤材选用了纤维素纤维混合滤材。
1.1.4纳米纤维滤材结构的多样化
纳米纤维滤材结构的配置可以选用多种基布，可形成结构不同、使用性能各异的滤材。目前使用的基层材料主要包括合成短纤维梳理型非织造布、纺粘非织造布和熔喷非织造布。支撑层基布的改性处理可以赋予滤材新的功能，如抗静电性、耐热性和抗湿热性等。
非织造布被广泛用于过滤/分离操作中，可作为深度过滤介质的表面层。如熔喷非织造网材多使用PP、PET或PA为原料，在粗预过滤操作中，这些介质的孔尺寸控制在1～10μm之间，实际使用时其范围可宽达1～200μm，孔隙率达40%～95%，基重在0.5～300g/m2之间。
滤材用纺粘非织造布多系PET、PP或PA产品，主要充当复合结构过滤介质的支撑层，而与其匹配的纳米纤维网的单丝直径在50～1000nm之间，孔隙尺寸50～300μm。在微细预过滤操作中，纳米纤维网介质的使用性能与膜材料的表面过滤（孔隙
为优化滤材纤维网单丝细度的分布，研究人员在纺熔非织造布成形方面也有许多尝试。如图1所示，微细旦纤维与纳米纤维进行复合，复合结构的滤材可省略后序的粘合处理工序。
1.2过滤/分离用纳米纤维生产工艺的发展
纳米纤维的使用可以追溯到“二战”时期。截至目前，已实现规模化生产纳米纤维的主要有静电纺丝、熔喷非织造工艺和双组分纺丝工艺。近十几年间，纳米纤维技术呈多样化发展趋势，已商业化并投入使用的纳米纤维生产工艺不下10种，诸如强力纺、离心纺以及原纤化技术等都取得了实质性进展。其中美国H&V公司开发的新一代纳米纤维涂敷工艺即“Nanoweb”工艺已投放市场多年，在工业水处理中取得了非常好的市场口碑。
1.2.1静电纺纳米纤维的加工
传统静电纺丝工艺不适宜规模化生产的要求，Elmarco公司开发的“Nanospider”技术系无针静电纺丝工艺，在效率、成本、成形组件及纤网品质均一性方面具有一定的优势。使用中，其纺丝压力降为169Pa，波动变异6Pa，变异系数4%，在生产克重低至0.063g/m2的产品时，变异系数可控制在5%以内。
“Nanospider”对原料的适应性较强，可以加工高聚物、生物聚合物以及氧化铝、二氧化钛等无机材料。目前在过滤领域已投入试验和使用的纳米聚合物纤维品种较多，表3为开发中的纳米纤维过滤介质常用的聚合物及其溶剂类型。
静电纺丝设备可以依据产品特点，以模块化设计供给用户，目前市场上可提供的专用纳米纤维生产线有空气过滤介质生产线、吸音材料生产线以及锂离子电池隔膜生产线等。近来专为过滤材料配置的纳米纤维生产装置采用了熔法成形工艺，具有十分好的成本优势，受到用户青睐。
目前静电纺纳米纤维已广泛在过滤与分离操作中使用，主要包括水净化和重金属污水的处理、离子交换法工业污水处理、饮用水的处理以及油品和燃油过滤系统等。表4为静电纺纳米纤维的技术特征。
1.2.2熔喷工艺制纳米纤维
熔喷法纳米纤维技术已实现了规模化生产。美国Arthur公司纳米熔喷非织造布设备的挤压机使用压力为1500psi，单头幅宽300mm，纺丝头孔密度64孔/英寸，纳米纤网单丝直径400nm。
Hills（希尔斯）公司在亚微米-纳米熔喷非织造布技术开发方面取得了重大进展。在熔喷纳米纤维网的生产中，其螺杆挤压机通常配置4个加热区，并附水冷区，以降低聚合物加工过程中可能出现的降解现象。使用熔融指数（MFI）为1800的Exxon-6936聚丙烯（PP）树脂进行加工，新型纺丝组件的长径比达200，表5为熔喷纳米纤维纺丝组件的技术特征。
加工熔喷纳米纤维网时，当产品克重为2.5、5.0或10g/m2时，生产效率通常为0.0125～0.1g/（孔・min），加工速度14.85m/min；当产品克重为20g/m2时，生产效率为0.214g/（孔・min），加工速度为15.6m/min；当生产克重为0.22、0.33、0.50或1.5g/m2的产品时，生产效率为0.002～0.0055g/（孔・min），加工速度为14.5～33m/min。
目前，幅宽1600mm的熔喷法PA纳米非织造布生产中，纤维网单丝直径主要分布在300～1500nm范围内。如以年运转时间4000h、产品克重2.5g/m2、纳米纤维单丝直径在330nm左右计算，则其年生产能力可达26750kg，相当于40个静电纺丝成形单元的产能。
1.2.3混合膜-新型纳米纤维过滤介质
杜邦公司开发的HMT混合膜技术，作为过滤介质兼具非织造布和膜材料的结构特征，纤维网主体单丝直径为400nm，是采用全新的纺丝工艺生产的纳米纤维滤材。
当用作液态物料过滤时，HMT可以在135℃条件下使用，过滤效率为熔喷过滤介质的2～3倍。与传统滤材不同，HMT混合膜具有过滤效率高、纤网均匀等优点，孔尺寸在0.5～0.6μm之间，在过滤过程中显示出了非常好的耐用性。
HMT混合膜采用100%的PA66树脂，纤网克重1.0g/m2，单丝直径分布在100～1000nm之间。与常规过滤介质相比，其过滤效率（对直径为1μm的颗粒物）比常规滤材的92%高，达99%；初始压力降低于普通滤材的1.75psi，为0.4psi；容污能力高于普通滤材的1.1g，达1.6g；流量高于普通介质的98mL/（min・cm2），达340mL/（min・cm2）。
据悉，HMT混合膜已在膜系统的预过滤、燃油过滤、生物制药以及食品饮料等工业领域使用，常用混合膜的克重在16～32g/m2之间。
1.2.4吸附分离用纳米碳纤维与碳纳米管
CNF单丝直径一般在70～200nm之间，长度为50～100μm，目前已实现商业化生产。CNT的结构、尺度、制造工艺和成本与碳纤维不同。目前全球CNT的生产能力达4600t/a，可确认产量约为2300t/a。CNT具有高流量、高选择性、高热稳定性特点，具备在良好的低温下运转的条件，被视为新型吸附材料，尤其是在水处理和净化领域，市场潜力较大。CNT材料的高吸附能力，使其可有效地从污水和地表水中吸附分离重金属或放射性物质，但同时也面临着技术、成本、潜在的环境影响等问题。以CCVDPFR或CCVD-PBR碳纳米管的制作工艺观察，CNT的生产效率达595kg/h，加工成本在25～38美元/kg之间，而商业化制造成本高达80美元/kg，实现大规模工业化生产的成本应在1200美元/t左右（纯度>97%）。表6为碳纳米纤维与碳纳米管的技术特征。
2纳米纤维在过滤与分离作业中的应用
2.1水处理与净化
纳米纤维的开发和使用，为快速开发新一代水系统提供了机遇，也为建设高效率、模块化、多功能的高端可用水和废水处理系统、经济利用非常规水资源、扩大水供给提供了崭新的开发空间。
2.1.1瓶基PET制备纳米纤维滤材在水处理中的应用
经过清理，粉碎的PET瓶片料备以配制纺丝液。选择六氟异丙醇（HFIP）为溶剂，质量分数为5%～10%。同时添加质量分数为5%的三正丁胺（TBAC）用以改善和优化成形条件。采用静电纺丝方法成形，电压17.5kV，收集距离7"。
纳米纤维网单丝直径在（105.5±49）～（1039.5±326）nm范围内，孔尺寸为（244±110）～（1427±730）nm。表7为瓶基PET纳米纤维介质的过滤效率。
试验结果显示，利用瓶级PET切片做原料的纳米纤维滤材更适宜用作微滤操作中的预过滤。研究人员还发现表面改性可以有效改善回收PET滤材的过滤性能。
2.1.2聚氨酯（PU）纳米纤维在废水处理中的应用
含菌污水的净化是世界性课题，目前使用的化学杀菌方法，即氯气或紫外（UV）杀菌方式存在着诸多弊端，杀菌过程会次生新的危害，且存在着高成本的困扰。
PU纳米纤维与微细旦PP或聚酯纤维网片作为支撑层的过滤介质，可以有效地对含菌污水进行净化处理。PU纳米纤维过滤介质系复合结构，其中PU纳米纤维网的克重为0.3、0.5、1.9或3.8g/m2。纳米纤维制备使用Nanospider设备，纺丝液配置选用DMF溶剂，PU浓度控制在13.5%，其纤网的单丝直径在80～250nm之间，孔尺寸控制在50～430nm之间。
PU纳米纤维过滤介质的过滤效率试验数据显示，使用克重为3.8g/m2的纳米纤维滤材，细菌的去除和净化效果均优于常规使用的微滤膜。
2.1.3苯乙烯纳米纤维离子交换剂在快速水处理上的应用
捷克国家科学院与Elmarco公司合作开发了苯乙烯纳米纤维基离子交换剂，用于快速水处理过程。苯乙烯纳米纤维基离子交换剂的制备主要包括两个部分：①苯乙烯纳米纤维制备，即采用回收再利用的苯乙烯树脂为原料，以芳香族溶剂和极性惰性溶剂混合体配置纺丝液，在Nanospider静电纺丝装置上成功得到单丝直径为90～350nm的纤维网。整个苯乙烯纳米纤维成形过程具有环境友好特征；②在苯乙烯纳米纤维的改性处理中，经过磺酸化完成交联的苯乙烯纳米纤维，单丝直径将从350nm增长到500nm，重量增加150%。
试验结果显示，在不计离子交换树脂床层高度因素下，苯乙烯纳米纤维基离子交换剂在深度水净化处理中的吸附能力明显提升。从吸附半衰期观察，纳米纤维离子交换剂较之于传统颗粒离子交换树脂明显加快。试验数据表明，纳米纤维离子交换剂的交换能力和速度要远高于传统颗粒状的离子交换树脂。图2为纳米纤维离子交换剂的动力学特征。目前在苯乙烯纳米纤维基离子交换剂的研究中，功能基团RSO4的离子交换能力达到5.2meq/g（干态）。
2.1.4纳米碳纤维与碳纳米管在水处理中的应用
与其它微孔结构的吸附剂不同，CNT高长径比和高比表面积特征，使其对大分子、生物分子和微生物具有十分高的去除能力，可以有效地从水中屏蔽掉细菌、天然微生物（NOM）和革兰氏细菌的毒性。表8为用作饮用水净化的CNT的类型及其结构特征。
高浓度含铬地表水具有极高的毒性和致癌性，给公共安全和人类生存造成了直接威胁。含铬工业污水的浓度通常为0.2～0.5mg/L，主要源于污水处理厂、机械设备加工工业以及农用加工企业等。这类废水的吸附剂常采用活性炭外包覆碳纳米管。吸附分离处理过程为间歇方式分批次处理。吸附条件为：pH值为2，反应时间60～240min，吸附设备所配置搅拌翼的搅拌速率为100～200r/min，吸附效率即每克吸附剂对铬的吸附量达9.0mg/g。
大量的研究实践表明，CNT对重金属如铜、铅、镉、锌等离子有很强的吸附能力。CNT的功能性基团是靠静电引力和化学粘合力吸附金属离子的，表面氧化处理可以强化CNT的吸附能力。
2.2航天器使用的纳米纤维水净化与水循环系统
宇宙飞船上的水被视为无价，需要回收再利用。通常在低地球轨道运行的航天器上使用的水，成本约为8.3万美元/加仑。宇航员的汗水及尿液亦并入水回收系统，通过纳米纤维介质施以净化处理，以去除不纯物，包括霉菌、病毒、有机碎片、寄生物以及溶解性金属如铁和铅成分等。
美国奥斯龙公司立足于Argonide公司（印度）的铝纳米纤维技术，完成了商品名为“Disruptor”的纳米铝纤维介质材料的商业化生产。期间该项技术得到了美国国家航空航天局（NASA）的支持，目的是开发适应航天器工作条件的水循环和净化系统。
Disruptor技术采用湿法成形工艺，铝纳米纤维的单丝直径仅为2nm，长度250～300nm，比表面积在350～500m2/g之间。过滤介质的结构为氧化铝纳米纤维复合在直径9.65mm的玻璃纤维上，介质的孔尺寸为2μm。由于铝纳米纤维过滤介质的巨大表面积和盐基电荷原因，单层结构的Disruptor介质对直径为0.025μm的颗粒物的去除率可达98%，两层结构滤材的去除效率则高达99.98%，3层复合结构滤材的污垢去除率可控制在99.9999%左右。航天器中饮用水净化及循环系统使用的Disruptor过滤介质由3层组分构成，包括：芯层，为铝纳米纤维层或反应层，由直径2nm的铝纳米纤维、颗粒状活性炭及抗霉菌剂组成；2个表面层或支撑层，采用PET纺粘非织造布制成。
目前厚度为0.8mm、基础克重为200g/m2的Disruptor过滤介质具有十分好的离子交换功能、吸附能力以及有效去除病毒的功能。该饮用水净化技术也已大量进入民用市场，产品的部分技术经济指标如表9所示。
2.3纳米纤维滤材在食品及饮料工业上的使用
意大利Bea公司开发了商品名为“Vinotrak”的滤材。这是一种将PP纳米纤维与单丝直径为0.5～0.8μm的硼硅酸微细纤维织物作为支撑底布的复合滤材，目前其已在食品及饮料工业上得到应用。作为一种复合介质，Vinotrak滤材的上下表层为支撑层，中心芯层和外层均为PP纤维网垫，系一热熔结构产品。该滤材具有去除微生物功能，容垢能力高，易清理，可消毒处理，介质无毒，已取得FDA的相关认证。
H&V公司开发的新一代纳米纤维滤材NanoWeb也已广泛用于食品加工和饮料工业，其纳米纤维涂层滤材与传统静电纺丝介质的性能对比如表10所示。
与传统静电纺纳米纤维介质相比，新型纳米纤维涂层介质生产弹性高，产品耐用性更优，成本也更具竞争优势。Nanoweb介质采用的纤网单丝直径在300～500nm之间，网的厚度为15～30μm。通常支持层基布使用纤维素纤维湿法非织造布、合成纤维梳理型非织造布、玻璃纤维以及纺熔非织造布，滤材介质的厚度约100～200μm。纳米纤维涂层介质质地柔软，可折叠性好，不存在滤材复合结构的剥离或脱落缺陷。滤材生产过程不使用溶剂，因而不存在溶剂浸出问题，具备食品饮料加工和生物医学等领域的应用条件。
2.4纳米纤维介质在油品过滤上的使用
保持燃油系统的、冷却和洁净状态是汽车或轻型卡车引擎正常运转的基本要求。一款性能优良的过滤介质可以有效提高乘用车燃油系统的效率，改善引擎磨损状况，增加汽车运行里程，延长使用寿命。上世纪50年代以来，汽车引擎喷油嘴的使用压力从2万psi提高到4万psi。压力增加的条件下，即使最小的污垢颗粒物对喷嘴的磨损亦是致命的。因此，提供高性能的过滤介质，保持燃油循环系统的清洁有明显的技术经济意义。表11为采用纳米纤维介质和纤维素滤材的燃油过滤系统的经济效能对比。
商品名为“Nanonet”纳米纤维用作汽车燃油系统的过滤介质也取得了明显的经济效益。其高速公路行车里程实验结果表明，采用它后汽车的行车时间可从3万h（229万英里）提高到7.1万h。
新型纳米纤维介质多系复合结构滤材，目前可提供的主要有两种产品系列：一为4层复合过滤介质，由支撑层、熔喷非织造布层、纳米纤维网和熔喷非织造布构成，如图4所示；另一品种采用5层复合形式，包括顶部支撑层、流量层、功效层、纳米纤维网及纺粘非织造网支撑强化层。
Nanonet过滤介质已广泛用于轿车和轻型卡车（图5）。在针对其过滤性能进行的试验，即对直径4μm污垢粒子的阻隔测试中，纳米纤维过滤介质的过滤效率可达99.9%，而传统滤材为98.7%。
国内东华大学的研究人员在高性能乘用车引擎油过滤介质的研究中，使用PVA原料，采用静电纺丝方法制得纳米纤维网材，单丝直径控制在760～997nm之间。选择聚酯非织造布、玻纤非织造布和棉浆滤纸为基布。
2.5纳米纤维介质在医学及生物制药领域的使用
生物制药产业是高度依赖过滤与分离技术的行业。2016―2022年间，全球生物医药过滤介质市场的年增长率达10.2%。生物制药视产品不同配置相应的加工工艺以达到严格的品质要求，通常涉及净化操作、病毒去除和无菌过滤等过程。
美国Zeus公司开发的商品名称为“Filtriq”的过滤介质，使用PTFE膜与纳米纤维材料复合，滤材具有三维结构，可用于高纯度制药工业的液体物料的过滤操作。介质独特的结构赋予其轻薄以及良好的耐热性和耐化学性，可在260℃条件下使用，并显示出高流量。
此外，该公司开发了Bioweb系列滤材，即采用静电纺工艺制得的PTFE纳米纤维，纤网单丝直径分布在微米-纳米范围。滤材具有优良的耐化学性，可用作医用和工业生物制品的特种过滤操作。
相比膜材料，纳米纤维易于实现规模化生产，价格低廉，是改善肾衰竭病人临床治疗状况的重要方法。日本国家材料科学研究所（NIMS）的研究人员将纳米纤维网用于血液净化系统，可以替代传统的透析装置。该血液净化介质取材于与血液相容性优良的聚合物，即聚乙烯-乙烯醇（EVOH）与沸石的混合体。纳米纤维制备采用静电纺丝方法。图6为使用沸石-聚合物纳米纤维介质材料的可穿戴医疗器械，为肾功能衰竭病人带来福音。
我国的相关研究人员使用静电纺丝方法制得聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）纳米纤维网，与熔喷非织造布材料复合后制得了过滤介质，用作血液过滤。天津工业大学的研究团队以聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为原料，采用静电纺丝方法制得了纤维网，然后选用熔喷和纺粘非织造布为基布形成了复合结构的过滤介质。该项研究利用单针头静电纺丝实验台，纺丝液浓度12%，溶剂使用三氯甲烷/异丙醇（组分比70/30），添加0.1%～1.0%的氯化铝，纤维网单丝直径分布在1585～2125nm之间。PBS复合结构介质可用于血液过滤，过滤效率达99.99%。
3结语
纳米纤维过滤与分离介质材料是我国技术纺织品行业转型升级要涉及的重要领域之一。其高比表面积/容积比、微细的直径、极小的孔隙尺寸以及表面改性的可利用潜力，被业界认为是新一代微滤介质材料的最佳选择之一。近年来纳米纤维介质与已商业化使用的膜材料相比显示出了全新的技术特点，也表明其在海水淡化、油过滤、地表水处理等方面尚有巨大的开发潜力。
近年来，国内纳米纤维研究工作虽取得了长足的进步，但在纳米纤维的商业化生产、相关产品的应用研究方面尚显不足。现阶段，可以先行引进纳米纤维生产设备，改善纳米纤维批量生产的技术水平，但其研究、生产及市场拓展，更需要涵盖全产业链，包括实验室研究以及新技术、新工艺快速进入商业化生产的系统性开发和研究。而产业链的建设和优化是技术队伍素质不断提升和研究成果不断积蓄的过程，需要扎实的投入和时间。
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[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米sio2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米tio2、sio2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是sio2、tio2、caco3、zno、fe2o3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的halox、sherwin－williams、mineralpigments、德国的hrubach、法国的sncz、英国的britishpetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
[1]桥本和仁等［j］.现代化工.1996(8):25～28.
【关键词】涂料；新型；节能；发展趋势
前言：
2000年以后随着中国房地产市场的高速发展，涂料行业也取得了较大的发展，2009年涂料产量为755万吨，2010年产量为966万吨，到了2011年更是以1079.51万吨居世界领先地位，其中建筑涂料依托房地产有显著的增加，总量超过400万吨[1]。2012年天津市政府一方面对商品房限购限贷，另一方面增加保障房建设，使天津市建筑涂料行业产量与去年基本持平，但是受限于房地产市场发展速度放缓，涂料行业的利润空间继续下降。此外，由于我国的涂料行业大多数都是靠小资本创业，受限于技术力量和资金配置等方面，涂料研发多是复制与学习，很少原创，更谈不上发明。低水平的重复建设也导致了企业生存压力的空前增大。部分企业凭借自主研发，开辟了发展的新路径。
新型涂料的发展趋势
（1）高耐久性外墙涂料
外墙贴瓷砖曾较普遍，因年久剥落造成的高空抛物伤害事件时有发生；玻璃幕墙在我国建筑中也曾风靡一时，但近年来国际上就玻璃幕墙带来的光污染进行控制，北京、上海等城市也制定了相应的法规，规定玻璃幕墙在高层建筑上应用面积不能超过55%。综合比较，高耐久性外墙涂料装饰技术具有绝对优势。高耐久性的外墙涂料较多是氟碳、有机硅、纳米材料及它们的复合涂料。用涂料涂覆的装饰板现已成为高层建筑外装饰的主要材料，逐步取代瓷砖和玻璃幕墙；用其涂覆的彩色钢板可作为工业厂房屋顶、墙体及内装饰。原来涂覆彩色铝型材只有银色、古铜色两种，现在采用氟碳涂料或有机硅涂料的金属护墙板，因具有色彩多样化、寿命长、保养费用低廉等特点成为理想的替代品种[2]。北京国际机场、上海浦东机场、东方明珠电视塔等标志性建筑大量使用氟碳涂料涂覆的装饰板，进一步推动了整个市场的发展。但其技术关键问题是发展氟烯烃和烷烯基醚共聚产品，开发性能达到溶剂型氟碳涂料的水性氟碳涂料，有机硅树脂结构改变和丙烯酸树脂杂化。
（2）外墙外保温涂料
我国每年完成的建筑工程总量约为20亿m2，约占全世界建筑总量的50%。截至2009年，我国已建成的建筑面积总量约430亿m2，其中，节能建筑总面积约有28.5亿m2，仅占城镇既有建筑总量的16.1%，今后建筑节能任务十分艰巨。2008年我国住房和城乡建设部制定了“建筑节能2009～2011年规划”，新建的建筑物要执行节能50%，四个直辖市建筑节能要达到65%。建筑节能空间大，市场大，压力也大。
隔热保温涂料是目前建筑节能方面研发的新热点，主要包含以下几个品种：阻隔性隔热保温涂料、辐射隔热涂料和反射性隔热涂料，其中反射性隔热涂料受到关注。薄涂层反射隔热在建筑外保温饰面层中的应用在国内外发展较快，截至2008年，国内从事反射隔热涂料研发、生产与应用的单位已达50多家，在机理研究、品种开发和工程应用等都有明显进展。近年来，国内已开发出纳米反射隔热涂料，纳米氧化锡或纳米掺锑二氧化锡作为反射隔热涂料的主要材料，具有明显的优势，对全波段太阳热反射比可达86%，对可见光波段反射比可达91%以上。建筑反射隔热涂料不但用量显著增大，应用范围也得到大大扩展。过去在夏热冬冷地区很少使用这种涂料，现在在这类地区也得到较多的应用[3]。
当作为一种节能型涂料使用时，首先要考虑建筑反射隔热涂料本身对基层变化的适应性，即对涂膜的延伸率提出要求。因而，现在使用的是涂膜具有一定“弹性”的反射隔热涂料，这明显有别于当初只是采用普通聚丙烯酸乳液为成膜物质的情况。
旧建筑物保温节能改造，传统作法是先挂保温板，然后再涂装涂料，成本高。如单纯采用涂料涂装达到节能的标准，既降低成本，又减轻墙体自重。北京一家纳米应用科技公司开发了一套隔热保温涂料，在山西省运城市试用，15栋旧楼保温节能改造，经权威部门检测，达到国家有关标准，传热系数比进口的美国同类样品要低。12年10月15日山西省节能办、建设厅在运城市召开验收与推广会，准备大面积推广。
（3）发展环境友好型品种
挥发性有机化合物的含量（VOC）是涂料环评的一个主要指标，主要来自助溶剂、成膜助剂、游离单体等，按3%～5%计，2010年全国351.8万吨水性建筑涂料排放VOC超10万吨，有降低的空间。干粉涂料是20世纪60年展起来的新型涂料，可节约能源和资源，减少环境污染，其以粉末状存在，便于运输，贮存方便，无需防腐剂，且形成的涂膜耐久性好。它彻底解决了VOC的问题，有研究表明在干粉涂料中检测不出VOC[4]。目前国内还没有干粉乳胶能用作内外墙涂料且能达到优等品级的报道。保定一家涂料公司开发了干粉乳胶涂料，经过国家建材检测中心检测，VOC未检出，涂装过程中无异味；耐洗刷50000次未见底（优等品标准5000次）；耐人工老化1300小时（优等品标准600小时）。性能优异而价格比现有内外墙涂料要低。该公司实际上所用的干粉乳胶是通用型的苯丙乳胶干粉，添加了两种助剂：一种是有类似保护胶作用的再分散剂，使干粉乳胶加水易分散，分散后在48h内稳定，便于施工。另一助剂是以纳米二氧化硅为主的复合纳米促进剂，涂料成膜过程中，除按乳液成膜机理进行外，乳胶粒子还与添加的纳米促进剂粒子进行交联，所以涂膜致密性好，获得优良性能。产品可以直接涂覆在新水泥面或旧漆面上，附着力很好。产品在天津、北京、石家庄、保定等地进行施工，反映很好，可不用底漆，附着力好，特别适合旧楼涂装。12年9月11日通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定（相当于原部级鉴定）。
结束语
近两年随着国家政策的调控，房地产热的降温使涂料总产量在一定程度上受些影响，不少涂料企业受制于劳动力成本上升、原材料成本上涨的不利影响，导致利润急剧下降，甚至亏损，但是涂料行业还是一个新兴产业，也是一个朝阳产业，随着城乡一体化进程的加快，相信涂料行业还会有更大的发展空间。同时希望涂料企业能够加大研发力度，扩充资金实力，注意品牌传播力度和营销创新和重视知识产权实施战略和标准制修订工作，以提升自身企业的竞争力[5]。
参考文献
[1]林宣义，2010年我国建筑涂料情况和2011年发展趋势，现代涂料与涂装，2011，14（8）：17-24.
[2]肖军，我国建筑涂料发展浅析，科技住宅，2011，（09）：53-56.
[3]刘静，建筑涂料新技术在建筑节能中的应用，上海涂料，2013，53（2）：38-41.
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ViltexFPGAS销售额突破一亿美元
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单片集成DVD/CD用双波长LD
特色与创新两翼齐飞——对发展VFD之我见
模拟集成电路市场走向
通信半导体业商机无限
二氧化碳激光器在纸制品加工中的应用
快速发展的稀土永磁材料
关键词：纳米技术；食品科学；应用
一、纳米技术
自从上个世纪90年代出现纳米技术后，在纳米技术领域的新概念、新名词、新材料不断涌现，使得人们对纳米技术的理解不够透彻，对其研究也处于初级阶段。其实，纳米技术是一门基础研究与应用研究多学科交叉的科学，不管是在原子、分子或者是在超分子角度上对其分析，纳米技术都堪称是一项新的、空前的技术创新，对今后物理学的发展起着重要作用。纳米技术的目标主要是根据纳米结构所具有的特性和功能，结合人们的需求，对材料进行加工，并制造具有特定功能的产品，给人们带来全新的技术革命。此外，在设计过程中在原子、分子的水平上运用纳米技术进行材料设计，进而制造出具有全新性质和各种功能的材料，从而满足人们日益增长的生活需求。
二、纳米食品的概述
所谓纳米食品，指的是在食品加工、生产或包装过程中采用了纳米技术手段的食品。但是，纳米食品不仅仅是采用纳米技术将食品的尺寸加工至纳米级别，也涉及到通过纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。从而使经过纳米技术加工的食品在营养、吸收等方面会很大的提高，在这方面应用最广泛主要有维生素制剂、钙、硒等矿物质制剂、豆奶与纳米添加营养素的钙奶茶等。但是，由于人们对纳米技术研究的局限性决定了纳米食品也存在一些问题，从而使得纳米食品的安全日益受到人们的关注。因为，在纳米食品生产过程中主要采用球磨法使食品的尺寸变小而达到纳米级别，从而不可避免地产生粉料污染，同时，纳米技术给食品所带来的危害与不利影响等，目前我们还无法预测，难以判断纳米材料是否对人体有害。目前，我国乃至国际上的纳米食品行业还没有形成一个统一的、有效的标准，无法对纳米食品进行安全性评价，也不利于食品健康的管理与监控。此外，据研究部分纳米食品存在一些有害成分，采用球磨法对食品进行加工，所制备得到的纳米粉末更容易进入细胞甚至细胞核内，进而对人体所产生的危害也没有研究清楚。
三、纳米技术在食品科学中的应用分析
1.微乳化技术和纳米胶囊制备技术
所谓的微乳液，就是通过将两种互不相溶的液体形成的吉布斯自由能最小、状体均匀并且稳定，各向同性、粒径大小为l～100纳米、外观透明或半透明的分散体系，而制备该微乳液的技术也称为微乳化技术。自从上个世纪末以来，人们加大对微乳理论和应用的研究，并将微乳化技术已应用于纳米颗粒、微胶囊和纳米胶囊的制备。采用纳米技术，将微胶囊制备成具有粒径大小在10～1000纳米尺寸的新型材料。由于纳米胶囊颗粒微小，形成胶体溶液，易于分散和悬浮在水中，并形成清澈透明的液体，从而使所载的药物或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，进而有利于提高疗效的目的，增加药品生产效率。
在食品包装行业，纳米技术的应用最为普遍，并且该技术能给人们带来极大的利益。因为，在包装材料过程中，只需加入一定的纳米微粒就能够有效地增加包装材料的抗菌性能与密封效果，从而更好地为食品包装提高质量安全保障。同时，在冰箱制造行业也能看到纳米技术的应用情况，通过纳米技术能够有效地生产出一些抗菌性的冰箱，从而满足人们日常生活需求。此外，由于纳米材料的尺寸微小（纳米级别），并体现出特殊的功能，在食品包装过程中加入一定的纳米微粒有利于改变对现有包装材料的性能，从而进一步保证食品的安全。甚至已有不少人研究纳米技术在玻璃和陶瓷容器等领域的应用，通过加入纳米颗粒，可以有效地增加了脆性材料的韧性与强度，还可以有效地吸收紫外线防止塑料包装由于时间过长而出现老化、变质等现象，进而增加食品包装的使用寿命，促进食品包装行业的发展。
2.纳米技术在超细微粒和纳米粒子制备中的应用
在当今的高新技术研究领域中，超细微粒尤其是纳米粒子已经成为人们研究的热门方向，并是当今急需加大研究投入的领域。经过超细化处理后的物质，粒子之间的接触面积增大，比表面积也大大增加，界面能显著提高，表面能会发生巨大变化，从而显现出独特的物理与化学性能。通常情况下，制备超细粒子的方法为超细碾磨法，例如市场上比较普遍的具有强抗氧化性的超细绿茶粉与具有强结合水能力的超细面粉等。研究表明，粒子越小越有助于人体的吸收消化，约1000纳米的超细绿茶粉呈现出较好的营养消化和吸收率，其营养价值大大超出普通的绿茶粉。又近年来迅速发展起来的新技术――超临界流体制备超细微粒技术，也属于纳米技术制备超细粒子的范畴，该技术可以较准确地控制结晶过程，对粒子尺寸进行精确的控制，从而生产出的超细微粒粒径小且粒度分布均匀，该技术在医疗药物制造行业较为普遍，具有诱人的应用前景。
3.纳米技术在食品检测中的应用
随着计算机技术的飞速发展，使得纳米传感器技术也得到了惊人的发展，并已在食品安全监测中得到广泛的应用。所谓纳米生物传感器技术，采用选择性结合靶分子的生物探针，对食品进行安全监测的技术。因为，纳米材料本身就是非常敏感，对于不均匀的生物与化学物质反应灵敏，将纳米技术与生物学、计算机技术、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件，并提高食品安全监测效率。例如与生物芯片等技术结合，可以使分子检测更加简便、高效的纳米生物传感器。近年来，人们通过纳米生物传感器技术可以实现对食品安全、临床诊断与治疗的快速、有效、灵敏地检测。例如，在传统的检测领域，尤其是监测微量细菌时需要扩增或富集样本中的目标菌，从而无形中增加监测步骤，同时过程繁琐而费时费力，然而，利用纳米技术与表面等离子体共振、石英晶体微天平等研制而成的纳米生物传感器，不仅能够大大减少检测所需的时间，还可以提高检测的灵敏度，进而提高监测效率与精确度。
四、结语
综上所述，由于纳米材料发展比较晚，各方面的研究还不够完善，纳米技术也存在一些不足和缺陷。但是，这并不影响纳米技术在食品工业中的应用，随着人们对纳米技术研究的不断深入，我相信在不久的将来纳米技术将会引发一场新的食品科学的革命，为食品行业带来巨大的经济效益与发展空间，也会使人们的饮食结构和生活方式发生巨大的变化，引领人们走进一个全新的食品行业，进而提在很大程度上提高人们的生活水平。
参考文献：
关键词：纳米技术；纳米材料；新型混凝土
中图分类号：G642.3文献标识码：B文章编号：1002-7661（2013）32-002-01
一、纳米技术概述
随着社会经济发展的加速，建筑物如雨后春笋般矗立在祖国的大地上。而混凝土作为土木工程最基本的材料之一，其需求量越来越大，质量和功能的要求越来越高，所以传统的混凝土已经远不能满足如今的需要，使用新技术改良传统混凝土的性能成为建筑业首要的研究方向。
纳米技术是上个世纪八十年代兴起的新型技术，是指在纳米量级范围内，通过操纵原子、分子、原子团或分子团使其重新排列组合成新物质的技术，其产物纳米材料也是纳米技术发展的基础。纳米材料通常指的是颗粒尺寸在纳米量级也就是（1nm～100nm）之间超细材料，具有独特的光学、电学、热力学和磁能学的性能。所以纳米技术广泛的运用于建筑、军事、医药、半导体、通讯等领域，并起到了很重要的作用，是重要的组成部分之一。
二、混凝土概述
混凝土是如今用途最广、用量最大的建筑材料之一，在1830年问世以后，持续使用了170多年。而且混凝土拥有耐火性强、使用方便、制作简易、抗压性好等优点，所以一直被人们沿用下来。不过混凝土的成分组成表明了其韧性和抗拉能力的不足，要想解决这样的问题必须去改变混凝土的组成成分。
三、纳米材料在新型混凝土材料中的应用
上面说到要想解决旧的混凝土材料的缺点，必须改变其组成成分。所以经过收集，现在新型混凝土材料有如下几类：
1、纳米复合水泥混凝土结构材料
经测量普通水泥颗粒粒径大约在7微米～200微米之间，我们要向其中加入一种水化硅酸钙凝胶的原料，其尺寸经过精密测量在纳米级范围。然后在这种胶凝材料中引入纳米矿粉（主要包括纳米SiO2、纳米CaCO3和纳米硅粉等），能够使其大大地提高水泥混凝土硬化浆体的性能和凝固后的耐久性，不过这种新型混凝土仍有不足，就是其成本相对比较高，制约了其广泛应用。需要继续探究其更广阔的发展前景。
2、纳米材料在光催化混凝土中的应用
实验表明TiO2具有净化空气的性质，所以锐钛型纳米TiO2具有洁净空气、灭菌、除臭、自洁等特殊功能，可以用于制备光催化混凝土，使其对污染空气进行净化。不过要注意光催化混凝土和催化剂的寿命问题，使其更长久。
3、纳米金属粉末在屏蔽混凝土中的应用
经发现纳米金属粉末有两项功能，第一是纳米金属粉末的硬度较高，而且在晶粒粒径减小的条件下，硬度不断提高，同时韧性更好；第二是纳米金属粉末可以吸收电磁波，可以起到很好的信号屏蔽作用，可以广泛运用去军用设施的建设。
4、纳米氧化物在多功能混凝土中的应用
氧化物的种类一般包括金属氧化物和非金属氧化物，其中以金属氧化物占据大部分。纳米金属氧化物具有一般纳米材料都具有的性质，而且其吸收电磁波的能力要强于纳米金属粉末。最重要的一点，纳米金属氧化物对环境变化非常敏感，周围环境的改变会引起氧化物表面电荷的变化，达到传递信号的目的。所以除了利用纳米金属氧化物材料屏蔽电磁外，利用其良好的传感作用还可以可以制备具有自动报警功能的水泥混凝土。用于检测建筑物结构情况，还有道路上的车重和车速等。
5、聚合物/无机纳米材料在功能混凝土中的应用
与传统材料相比，聚合物/无机纳米材料具有很多优点，具有很好的增强性、增韧性、耐热性、热稳定性和导电性等。由于这些优异的性能，使这种材料的应用研究成为复合材料中的大热门，关于这种材料的理论辩论也很多，如果将其应用与混凝土当中，不仅改良了旧混凝土的缺点，还能达到其他功用。
四、发展前景
在建筑行业飞速发展的今天，混凝土成为非常有前景的项目之一，因为混凝土使用广泛，数量庞大。在工程施工中，对混凝土的应用要求越来越高。而且目前，新型混凝土在市场的应用和推广越来越广泛。越来越多的建筑商建立了专门的研究部门，开始自主研发新型混凝土或与之相关的仪器设备。随着科学的发展，新型混凝土性能的不断提高，越来越体现出新型混凝土的优越性，所以，使得混凝土在工程中的应用越来越重要。
随着经济发展越来越快，科技成为第一生产力的同时，城市建设进程的不断加快，这直接带动了我国新型混凝土产业的发展和应用，然后新型混凝土产业不断进步的同时也带动了生产力的发展。在市场竞争中，新型混凝土的质量和性能也能保证工程的顺利进行，节省了资源。所以我们要更加努力的去探究，将纳米材料更好的应用在新型混凝土材料中。
参考文献：
[1]王山峰.张文辉.土建混凝土施工技术问题浅析[J].科技创新与应用.2012.（17）.
【关键词】机械制造技术特点发展方向
我国正处于经济发展的关键时期，制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上先进制造技术的世界潮流，将其放在战略优先地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
一、我国机械制造技术发展的现状分析
机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科，是以提高质量、效益、竞争力为目标，包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。
20世纪70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。20世纪80年代以后，随着市场全球化的进一步发展，市场竞争变得越来越激烈。
20世纪90年代初，随着cims技术的大力推广应用，包括有cims实验工程中心和7个开放实验室的研究环境已建成。在全国范围内，部署了cims的若干研究项目，诸如cims软件工程与标准化、开放式系统结构与发展战略，cims总体与集成技术、产品设计自动化、工艺设计自动化、柔性制造技术、管理与决策信息系统、质量保证技术、网络与数据库技术以及系统理论和方法等均取得了丰硕成果，获得不同程度的进展。但因大部分大型机械制造企业和绝大部分中小型机械制造企业主要限于cad和管理信息系统，底层基础自动化还十分薄弱，数控机床由于编程复杂，还没有真正发挥作用。因此，与工业发达国家相比，我国的制造业仍然存在一个阶段性的整体上的差距。
目前，我国已加入wto，机械制造业面临着巨大的挑战与新的机遇。因此，我国机械制造业不能单纯的沿着20世纪凸轮及其机构为基础采用专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产线——刚性自动化发展。而是要全面拓展，面向五化发展，即全球化、网络化、虚拟化、自动化、绿色化。
二、机械制造技术的特点
做好基础自动化的工作仍是我国制造企业一项十分紧迫而艰巨的任务。但加工中心无论是数量还是利用率都很低。可编程控制器的使用并不普及，工业机器人的应用还很有限。因此，我们要立足于我国的实际情况，在看到国际上制造业发展趋势的同时扎扎实实地做好基础工作。
1.机械制造技术是一个系统工程
先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。
2.机械制造技术是一个综合性技术
先进制造技术应用的目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。因此，它并不限于制造过程本身，它涉及产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。以便提高制造业的综合经济效益和社会效益。
3.机械制造技术是市场竞争要素的统一体
市场竞争的核心是如何提高生产率。随着市场全球化的进一步发展，20世纪80年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。
4.机械制造技术是一个世界性技术
20世纪80年代以来，随着全球市场的形成，发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本，使得市场竞争变得越来越激烈，为适应这种激烈的市场竞争，一个国家的先进制造技术应具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。同时，机械制造技术是面向21世纪的技术，应与现代高新技术相结合，应是有明确范畴的新的技术领域。
三、我国机械制造技术的发展方向
先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。
20世纪80年代，随着扫描显微镜的发明和使用，人类认识世界和改造世界的能力进入纳米尺度，纳米技术是指实现纳米级精度，是一种在纳米尺度上研究原子和分子结构，物质特性及相互作用与运动，并运用这种技术为人类服务的高新技术，纳米技术对制造业产生了很大的影响，其应用范围将非常广泛，包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米装配技术和纳米测量技术等。
超精密加工的加工精度在2000年已达到纳米级，在21世纪初开发的分子束生长技术、离子注入技术和材料合成、扫描隧道工程（ste）可使加工精度达到0.0003～0.0001μm，现在精密工程正向其终极目标——原子级精度的加工逼近，也就是说，可以做到移动原子级别的加工。
现代机械制造技术的发展主要表现在两个方向上：一是精密工程技术，以超精密加工的前沿部分、微细加工、纳米技术为代表，将进入微型机械电子技术和微型机器人的时代；二是机械制造的高度自动化，以cims和敏捷制造等的进一步发展为代表。
1.精密成形技术成形制造技术包括铸造、焊接、塑性加工等。精密成形技术包括：精密铸造（湿膜精密成形铸造、刚型精密成形铸造、高精度造芯）、精密锻压（冷湿精密成形、精密冲裁）、精密热塑性成形、精密焊接与切割等。
2.无切削液加工无切削液加工的主要应用领域是机械加工行业，无切削液加工简化了工艺、减少了成本并消除了冷却液带来的一系列问题，如废液排放和回收等等。
3.快速成形技术快速原型零件制造技术（rpm），其设计突破了传统加工技术所采用的材料去除的原则，而采用添加、累积的原理。其代表性技术有分层实体制造（lom），熔化沉积制造（fdm）等等。
由于以上工艺和技术不仅减少了原材料和能源的耗用量或缩短了开发周期、减少了成本，而且有些工艺的改进对环境起到保护作用，因此被称为绿色制造工艺。绿色制造是人类社会可持续发展在制造业中的体现。这一切除了工艺革新外，还必须依靠信息技术，通过计算机的模拟、仿真，才能实现。
四、结论
现代制造技术是现代技术和工业创新的集成，是国家制造业的水平的主要标志，也是国家工业的基础和支柱。随着社会的发展，人们对产品的要求也发生了很大变化，要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求，就必须采用先进的机械制造技术。因此，我们应抓住机遇，了解我国机械制造技术的发展现状，把握现代机械制造技术的发展趋势，使我国现代制造业与世界发达国家站在同一起跑线上。
参考文献：
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