【关键词】发光；功能化；纳米材料
纳米材料在实际应用中，其主要特点是比表面积大、化学反应活性强以及具有良好的尺寸效应，能够和生物体产生特殊的相互作用。在生物标记以及分析检测中则主要是作为生物探针应用，同时纳米技术、生物技术以及分析技术的良好结合，也进一步促进了功能性纳米材料的发展及应用。本文则从发光功能化角度，对纳米材料的发展及应用探讨。
1纳米材料在电化学和电化学发光生物传感中的应用
其中将CdTe量子点作为标志物的免疫传感器，能够同时测定人IgG抗原作为模型蛋白的荧光及电化学。首先借助于聚阳离子电解质PDDA能够在导电玻璃上将金胶纳米粒子在ITO芯片上被成功吸附，之后在金胶纳米离子上固定羊抗人IgG抗体，再实施封闭处理之后芯片则能够和检测出现抗原反应，并和量子点标记的鼠抗人IgG抗体反应。在以上反应结束后可以进行荧光及电化学方式检测。其中电致化学发光则是有效结合电化学和化学发光的检测方法，应用也比较广泛。量子点特点则为荧光特性独特以及生物相容性好，在其应用过程中将硫基乙酸作为稳定剂，则能够成功合成水溶性Cds纳米晶体。在对进行分析过程中，发现水溶液中会出现电致化学发光行为。采用自组装方式和纳米金放大技术相结合，在金电极上修饰Cds纳米晶，则能够构建新型ECL免疫传感器，主要是在低浓度脂蛋白检测中应用。这一材料在实际应用中具有良好的电化学发光以及生物相容性，能够进一步构建量子点电化学发光免疫传感器，主要应用在人免疫球蛋白灵敏性检测工作中。
2纳米材料在聚合物电致发光中的应用
聚合物电致发光在应用中主要优势为：主动发光，并且效率高、宽视角、能耗低、厚度小、操作简单等等，在照明及平板显示领域中具有良好的应用发展前景，目前已经在全世界科学界及工业界得到普遍关注。聚合物电致发光二极管的首次研究则是在1990年，英国机剑桥大学首次报道关于聚对苯乙烯的聚合物电致发光二极管，在采用溶液法将聚合物前驱体进行成膜之后，放置在2500C真空高温环境中进行处理，最终为均匀、致密的PPV薄膜，器件的阴阳极分别是Al和ITO，在＜14V电压环境下则能够实现外量子效率0.05%黄绿光发光。PPV则属于是难溶性共轭聚合物，在其处理过程中一定要选用前驱体方式进行旋涂成膜，在操作过程中工艺复杂，同时薄膜质量也比较差。在1991年美国加州大学则提出可通行的甲氧基异辛氧基对聚对苯乙烯进行取代，能够在ITO上旋涂MEH-PPV溶液成膜，从而实现发光层，即将金属Ca作为阴极则能够得到1%橘红色发光二极管，这一工艺在操作中简单，同时具有高发光率聚合物电致发光二极管。1992年则进一步采用柔性塑料基底则可弯曲聚合物电致发光二极管，从而呈现出聚合物电致发光二极管最为迷人一面。在近些年来，世界对聚合物电致发光材料及期间的研究一直都比较重视，并取得显著进步，但是就目前而言不管是聚合物电致发光器件稳定性还是效率上均还有进步空间，因此还需要进一步加大研究。
3纳米材料在化学发光免疫分析中的应用
化学发光免疫分析则是化学发光法和免疫分析法两者的结合产物，在纳米技术迅速发展进程中，纳米材料的无机有机自组装复合研究也发展迅速。其中在研究过程中将纳米材料作为新型免疫标记物，和高效液相色谱分析法、分子印迹法以及毛细管电泳分析法等一系列现代分离技术及分析方法相结合，则能够有效构建具有良好灵敏度及特异度的纳米材料化学发光免疫分析法，不但能够广泛应用在药物检测中，同时也能够应用在蛋白质、DNA以及疾病病原体等一系列检验中。同时在研究过程中纳米标记探针的出现，则进一步让人们在纳米尺度上分析及检测生命机体痕量物质，在生命活动机理以及疾病早期诊断预防中均具有重要应用价值。和纳米材料在鲁米诺体系化学发光免疫反应中的参与作用具有差异，其应用则可以将其分成：催化增敏型、标记溶出型、能量受体型以及负载平台型四种，不同类型均具有不同作用。
4结语
具有发光功能化的纳米材料的研究越来越全面深入，在此过程中我们能够发现在纳米材料及其技术发展进程中，不管是药物、医学，还是食品以及环境等领域，化学发光免疫分析法已经广泛应用在有机物和无机物微量及痕量分析工作中。在化学发光免疫分析法中，纳米材料的参与作用则是高效催化剂，不管是纳米生物探针还是量子点荧光剂等方面均具有广阔应用前景。同时在其发展进程中和一系列现代分析技术结合应用之后，则能够对化学发光分析方法的灵敏度、稳定性以及选择性显著提升，同时还能够进一步扩大其检测方法的应用范围。同时在采用以上一系列方法制成的化学发光分析仪，具有良好的自动化水平，同时操作简单，能够有效实现实时监测，特别是在环境监测、医学监测以及食品安全监测等方面具有良好的应用前景，也有助于进一步促进化学发光免疫分析法的研究及发展。以上本文关于发光功能性纳米材料的应用有简要分析，以能够为同行工作研究者提供一定的参考资料，
参考文献：
［1］龚亮.基于功能核酸和发光纳米材料的荧光探针的构建及应用研究［D］.长沙:湖南大学，2016.
［2］刘文佳，刘桂霞，王进贤，等.具有磁性-多色发光-热性能的MWCNTs负载NaGdF4∶Tb3+，Eu3+多功能复合纳米材料［J］.无机化学学报，2016，32（4）:567~574.
［3］刘名扬，李百舸，赵景红，等.纳米SnO2材料催化发光传感器的研制及其在测定汽油中MTBE的应用［J］.石油学报（石油加工），2012，28（1）:27~32.
晒是人体必需的微量元素，硒能清除体内过剩的活性氧自由基，起到抗氧化、调节免疫等作用。那么，人们应该怎样补硒，才安全、有效呢？
含硒酶：抗氧化保健康
氧化应激的概念最早源于人类对衰老的认识。氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内活性氧自由基产生过多，氧化程度超出氧化物清除程度，从而导致的组织损伤。人体几乎所有器官都容易受到氧化应激带来的伤害，症状表现多样，如疲倦、全身无力、肌肉和关节痛、消化不良、焦虑、抑郁、皮肤瘙痒、头痛，以及注意力难以集中和感染难以痊愈等。氧化应激水平升高，还可诱发心脏病、癌症、骨关节炎、风湿性关节炎、糖尿病以及阿尔兹海默症、帕金森病等疾病发生。
中外科学家经过多年研究发现，人体有一种重要的抗氧化、清除自由基酶一“含硒酶”。研究证实，含硒酶的抗氧化能力比维生素E强50—500倍。含硒酶能有效清除有害自由基，包括脂质过氧化物、过氧化氢等，而硒就是这个酶的活性中心。如果机体缺硒，含硒酶活性下降，大量自由基难以消除，会使细胞膜遭到破坏，导致细胞受损，诱发疾病。适当补硒，则可以迅速提高含硒酶的活性，增强身体抗氧化能力，清除体内自由基，从而有效防御自由基对细胞、组织和器官的损害。
纳米硒：更安全更有效
“硒”的特点是营养剂量和毒性之间范围比较窄，而硒的抗氧化、抗癌等有益作用往往依赖于超营养水平的硒，也就是说，治疗心脏病、糖尿病、白内障以及减轻癌症放化疗毒副作用等，一般都需要使用大剂量的硒。因此，各国科学家都在寻找活性高、毒性低的硒形式，以充分发挥硒在抗氧化，防治心脏病、糖尿病、癌症等疾病方面的作用。2000年，由上海四通纳米技术港研发的低毒性“纳米硒“问世，很好地解决了硒的安全问题，为广大民众带来了福音。
那么，什么是纳米硒7纳米硒是一种利用纳米技术制备而成的新型硒制品，不仅能够被人体吸收和利用．发挥有机硒（硒蛋白）、无机硒（亚硒酸钠）特有的功能，如抗肿瘤、抗氧化、免疫调节、抵御疾病等。最重要的是，它还具有有机硒、无机硒没有的低毒性，也就是说，它的安全性比较高。医学实验充分证明，纳米硒的安全剂量高于无机硒和有机硒。为此，我们建议大家在医生指导下合理补硒，以维护身体健康。
关键词：纳米技术；纳米材料；涂料
中图分类号：TB383文献标识码：A
1纳米技术及纳米材料
1.1纳米技术
纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
1.2纳米材料
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
2纳米材料在涂料领域中的应用
现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（Nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如TiO2、Fe2O2、ZnO等）、纳米金属粉末（如纳米Al、Co、Ti、Cr、Nd等）、无机盐类（CaCO3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。
2.1纳米TiO2在涂料中的应用
2.1.1随角异色效应
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米TiO2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米TiO2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯――TGIC粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌杀毒
纳米TiO2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子――空穴对，该电子――空穴对能与空气中的氧和H2O发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（O）氢氧自由基（OH），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]
纳米TiO2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米TiO2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米TiO2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。
2.2纳米SiO2在涂料中的应用
纳米SiO2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米SiO2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。
欲使纳米SiO2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米SiO2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。
2.3纳米ZnO在涂料中的应用
纳米ZnO等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米ZnO在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。ZnO也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的ZnO对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状ZnO紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米ZnO可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。
2.4纳米氧化铁在涂料中的应用
纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的TiO2（白色）、Cr2O3（绿色）、Fe2O3（褐色）、ZnO等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级Fe3O4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。
2.5纳米CaCO3在涂料中的应用
纳米CaCO3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米CaCO3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。
杜振霞[9]等研究表明:在纳米CaCO3改性的涂料中，如果CaCO3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。
2.6其它新型纳米涂料
纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如Al，Co，Ti，Cr，Nd，Mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50MHz-50GHz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的Fe3O4在1-1000MHz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米Fe3O4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。[10]
3纳米涂料研究中存在的技术问题
首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。
4纳米技术在涂料领域的应用展望
今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。
参考文献
[1]Gleiter.H，Onthestructureofgrainboundariesinmetals[J].MaterialsScienceandEngineering，1982，（52）:91-102.
[2]卞明哲.纳米材料在建筑涂料中的应用[J].江苏建材，2001，（4）:11-12.
[3]柯昌美，汪厚植.纳米复合涂料的制备[J].涂料工业，2003，33（3）:14.
[4]张浦，郑典模，梁志鸿.纳米TiO2应用于涂料的研究进展[J].江西化工，2002，（4）:20-22.
[5]郭刚，汪斌华，黄婉霞.纳米TiO2的紫外光学特性及在粉末涂料抗老化改性中的应用[J].四川大学学报，2004，36（5）:54-61.
[6]MaryeAnneFox，MariaT，Dulay.Heterogeneousphototocatalys[J].ChemRev，1993，（93）:341-357.
[7]P.Stamatakis.OptionalParticlesSizeofTitaniumDioxideandZincOxideforAttentionofUltravioletRadiation[J].JCT，1990，62（789）:95.
[8]左美祥，黄志杰，张玉敏.纳米在涂料中的分散及改性作用[J].应用基础，2001，（29）:1-3.
纳米技术正全力推动着化学工业未来的发展。随着一些纳米技术的工业产品问世以及所显示出的诱人前景，现在“纳米技术”已经成为家喻户晓的名词。纳米技术能在＜100nm的水平上合成、处理和表征物质，这是一个涉及多门学科的广阔领域，它包含有：纳米材料(nanomaterials)、纳米生物技术(nanobiotechn010gy)、纳米电子学(nanoelechonics)和纳米系统(nanosystem)，如纳米电子机械系统NEMS和分子机械(m01ecularmachine)等。而纳米技术在化学工业中的应用，主要是新型催化剂、涂料、剂，过滤技术以及一些最终产品，诸如纳米多孔材料制品和树状聚合物制品已成为化学工业的创新点。
一、化学反应和催化方面应用
化学工业及其相关工业，特别是一些化学反应起着关键性作用的产业盛行用纳米技术来改进催化剂性能。纳米多孔材料中的沸石在原油炼制中的应用已有很长历史，纳米多孔结构新型催化剂的发展，为许多化学合成工艺的创新提供了机会，或者使化学反应能在较温和条件下进行，大幅度地降低工艺成本。例如用此类催化剂可以将甲烷有效地转化为液体燃料，作为柴油代用品，而现用的方法比较昂贵。
纳米粒子催化剂的优异性能取决于它的容积比表面率很高，同时，负载催化剂的基质对催化效率也有很大的影响，如果也由具有纳米结构材料组成，就可以进一步提高催化剂的效率。如将Si02纳米粒子作催化剂的基质，可以提高催化剂性能10倍。在某些情况下，用Si02纳米粒子作催化剂载体会因SiO2材料本身的脆性而受影响。为了解决此问题，可以将SiO2纳米粒子通过聚合而形成交联，将交联的纳米粒子用作催化剂载体。
在能源工业中，Shenhua集团公司、Hydrocarbon技术公司和美国能源部在中国进行煤液化项目建设，采用了纳米催化剂，取得了20亿美元效益。此工艺可以生产非常清洁的柴油，在中国许多地方它可与进口原油或柴油(以全球平均价格计)竞争。燃料电池也是纳米催化剂起重要作用的领域，当前工业样品应用的是铂催化剂，约2nm宽。
二、过滤和分离方面应用
在过滤工业中，纳米过滤(简称纳滤，nanofiltration)广泛应用于水和空气纯化以及其它工业过程中，包括药物和酶的提纯，油水分离和废料清除等。还可以从氮分子中去掉氧(氧与氮分子大小差别仅0.02nm)。应用此方法生产纯氧可不需要采用深冷工艺，因而可以降低成本。法国于2000年在GeneraledesEaMx建成世界上第一座用纳滤技术生产饮用水的装置，所用聚合物膜其孔径略＜lnm。与传统净化工艺相LL，虽然电能消耗较高，但带来一些其它的好处，如不需要用氯。
由于可以精确地控制孔径，所以具有可观的近期应用前景。美国PacificNorthwest国家试验室已经创制一类称之为SAMMS结构，为在介孔载体上自组装的单层结构，含有规整的1-50nm的圆柱形孔，孔上用自组装方法涂上活性基团单层，可用于不同领域。已经利用SAMMS成功地从水溶液和非水溶液中萃取出各种金属和有机化合物。
纳米多孔材料的吸收和吸附性能也提供了在环境治理方面应用的可能性，如去除重金属(如砷和汞等)。使用其他纳米材料的过滤技术也取得了长足进步。例如入rgomide纳米材料公司开发的用直径为2nm纤维制成的高产率系统，可以过滤病毒、砷和其它污染物。
一些聚合物—无机化合物复合材料也可用作气体过滤系统，而且效率也很高。如有一种用排列成行的碳纳米管(nanotLlLe)制成的膜，由于纳米管与气体分子间互不作用，可以高产率地分离出气体。此种材料可满足高流速低压气体的分离需要。此种膜可以从气流中去除CO2，或从CO中分离H2。这种技术可应用于新一电厂、煤液化工厂或气体液化厂。
由精密控制尺寸的纳米管组成的膜在分离生物化学品方面也具有很大潜力。
三、复合材料方面应用
在复合材料中使用纳米粒子可以提高材料强度，降低材料的重量，提高耐化学品、耐热和耐磨耗能力，而且还可赋于材料一些新的性能，诸如导电性，在光照和其他幅照下改变其反应性能等。
以粘土为基础的纳米复合材料在不久将来会有很大的市场。以碳纳米管为基础的新型结构复合材料的开发也为期不远，它的主要问题是成本较贵，要用好的填料(单壁纳米管)。大规模应用较大而不太完善的碳纳米纤维可望在2004年实现，此发展可能会给纳米粘土复合材料的应用形成冲击。
一些公司计划扩产纳米粘土也反映出其发展潜力。如Nanocor公司已转产纳米粘土，每年2万吨。许多主要聚合物公司也在开发纳米复合材料技术。RTP公司已将有机粘土／尼龙纳米复合材料制成薄膜和片材。Triton
System公司应用纳米二氧化硅与一种聚合物材料制成纳米复合材料，开发成一种涂装材料。其它HoneyWell，Ube工业和Unitika等公司已工业规模生产尼龙纳米复合材料用作包装HBP材料，Nanocor最近与三菱气体化学公司联合
制造并出售HBP包装材料。用于食品和饮料行业。Bayer打算用尼龙6纳米复合材料制造多层包装膜，此膜的氧穿透率减少l/2，透明度和韧性有提高。近期，人们关注的另一种纳米复合材料的填料物质，是一种较为复杂的分子多面齐聚物(polyl、cdral01ig(mericsilsc5quioXanes，POSS)。Hybrid塑料公司称其可以大量生产POSS，并与塑料生产厂商和用户进行合作。
四、涂料方面应用
在涂料行业CTJ。纳米粒子已经起着很大的作用，但是，类似于能生成抗刮痕和不粘表面的涂层的溶胶—凝胶单层(solgclmonlolaycr)还在研究。用树状聚合物可以弥补不足，并且可与纳米粒子技术结合应用。
以纳米粒子为基础的涂料具有各种优异的性能，比如：强度、耐磨耗、透明和导电。拜耳公司与Nanogntc公司合作开发导电和透明的涂层。纳米粉体是难以储运的，美国海洋部门采用微型凝聚(microscalengglomerate)方法，即在应用时用等离子(一种热的离子化气体)技术或热喷涂技术，使粉体被融熔，形成涂层。拜耳公司与HansaMetallWerke公司用纳米粒子进行抗水和抗灰尘涂料开发。据中国环氧树脂行业在线(epoxy-)记者了解，2002年BASF公司推出一种用纳米粒子和聚合物制备的喷涂涂料，在干燥时自组装成一种纳米结构的表面，呈现出类似荷叶的效应，即当水落到表面上，由于与表面的互粘性甚小，可以形成水珠而流去，并把灰尘带走。
Inframat公司用纳米涂料作为船壳防污涂料。以防止海藻、贝类附着生长。此种涂料很坚硬。但并不发脆。该公司的纳米氧化铅-氧化饮基陶瓷涂料已获得美海军部门400万美元订货，主要用于涂装潜水艇的潜望镜。应用纳米粒子技术可以制造氧化铝纳米粒子，用于地砖的抗划痕涂层。Nanogate公司为西班牙地砖制造商提供纳米粒子涂料，使之容易清洗，并还为眼镜工业提供抗划痕涂料。
用纳米粒子强化的涂料还可能在生物医用方面应用。例如铜的纳米粒子可以降低细胞在表面上生长，从而解决移植上的一个主要问题。
五、添加剂和树状聚台物的作用
在复合材料领域中，纳米粘土和POSS已经取得进展。在不远的将来，碳纳米管可能产生较大影响。但是，各种不同形状的树状分子结构以及它能易于功能化的性能，可以创制特殊结构的复合材料，使之具有各种性能。早在上世纪90年代中期，BertMeijer教授就阐明了树状聚合物的结构，它是一群小分子，或是小分子的容器。一个“树状聚合物箱”(I)endrimerbox)，如同有一个硬壳建于软性树状聚合物周围。如果一个小分子，如染料分子进入树状聚合物中，即可被封装在空穴中。通过对其末端基因的化学改性，全部或部分烷基化，树状聚合物就可以形成与线型聚合物可化学兼容的物质，以改进混合性能。在此情况下，树状聚合物的作用在于创建了分子微观环境，或是在塑料原料中形成“纳米观口袋”(nanoscopicpocket)来聚集染料分子。作为一种形态的、结构的或是界面改性剂，树状聚合物还可提高材料韧性，而对其加工性没有影响。在材料共混和复合中，它们还起着材料组分间的兼容剂和粘接剂的作用，因此可用于工程塑料添加剂。树状多支链聚合物已经被用作环氧树脂的增韧剂，加入重量比5％的树状聚合物可显著提高材料的坚韧性。通过可控相分离工艺，可以使树状聚合物良好地分散在树脂中，树状聚合物和树脂作用可以使接枝在树状结构上的环氧基团的化学键得到加强。杜邦公司制造和应用多支链结构物质作为聚合物共混中的添加剂，可以改善聚合物的加工性能。DSM公司已经将多支链的聚丙烯亚胺(PPl)聚合物工业化，主要用于廉价塑料和橡胶制造中作为添加剂，降低粘度。在涂料、油墨和粘合剂生产中也可应用。美国宇航局向DowCorning公司和MatcrialsElectrochemical
Research公司进行项目投资，开发等离子沉积树状聚合物涂料和树状聚合体富勒烯纳米复合材料，以用作微型和亚微型表面。
六、树状聚台物及去污作用
树状聚合物特别适用于去污，它起着清道夫的作用，可以去掉金属离子，清洁环境。改变一种介质的酸度可以使树状聚合物释放出金属离子。而且树状聚合物可以通过超过滤进行回收和冉用。树状包覆催化剂可用此同样方法从反应产物中进行分离。回收再用。密西很大学的生物纳米技术中心计划开发树状聚合物加强超滤方法，作为新的水处理上艺．从水中去掉金属离子。树状聚合物可以在其分子小间或是在它们的经改性的终端基团上捕捉小分子。
使其能适用于吸收或吸附生物和化学污染物。美国军事部门对它的应用前景作了好的评价。
七、纳米保护(nano-protection)方面应用
树状聚合物在护肤膏中作为一种反应型的组分是很有效的。此应用可以扩展到保护衣服。固定的树状聚合物层可以抗洗和耐环境气候条件变化。有一种称之为“类似树状聚合物”(Amphilicdondrimcr)，它一半是树状聚合物，另一半具有末端结构，用以在保护膜中固定活性树状聚合物。
近年来，“一些部门在研究用纳米粒子来监测和防止化学武器袭击。Nanospherc公司不久前推出一个系统，可以用来监测生物武器，如炭疽菌。该系统采用美国西北大学开发的金纳米粒子传感器。Altair纳米技术公司和西密西根大学联合开发用二氧化钛钠米粒子为基础材料的传感器，可用来监测生物和化学武器。NanosPhere材料公司开发氧化镁纳米粒子用于口罩的过滤层，因为它能杀大细菌(包括炭疽杆菌)。深圳新华元具纳米材料公司和Nucrgst公司生产银纳米粒子用于抗菌服。NanoBio公司推出一种抗菌液，可以破坏细菌孢子、病毒粒子和霉菌，它的作用是让表面张力发生爆炸性释放，而这种产品对人体组织不起伤害，现在主要用户是美国军事部门。
八、燃料电池方面应用
随着对便携式电子产品电能需求不断增加。要求降低供电元器件的重量和尺寸，由此而开辟广纳米粒子的新市场。
AP材料公司与Millennium电池公司合作执行美国军方一份合问。开发纳米级二硼化钛用于高级电池组和其它储能系统。Altar公司最近宣布该公司高级固体氧化物燃料电池系列示范试验获得成功，包括联结器、电解质、阴极和阳极等都是由微米和纳米级材料构成。而且，还开发了纳米锂基电池电极材料，其充电和发电率都比当前所用锂离子电池材料快l倍。
有一些公司计划工业生产甲醇基燃料电池，在2004年前后应用于便携式电子设备。在这类电池中，所用催化剂是处在淤浆状态的铂纳米粒子。针对电池应用，Brookhaven国家试验室已制成锂-锡纳米晶体合金，用作高性能电极。用氢化锂与氧化锡反应，前者需过量使反应完全。生产的锂—锡合金中含有剩余氧化铿。重复用氢处理最后生成粒径为20～30nm纳米复合材料，形成稳定金属氢化物的其它元素也可用此法制造纳米复合材料，未来的应用不仅在电池领域，还可以用在催化方面。
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
1.在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
2.在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
3.在其它精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。
4.在医药方面的应用
21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。
微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。
纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。
一、纳米氧化锌的制备
氧化锌的制备方法分为三类：即直接法（亦称美国法）、间接法（亦称法国法）和湿化学法。目前许多市售氧化锌多为直接法或间接法产品，粒度为微米级，比表面积较小，这些性质大大制约了它们的应用领域及其在制品中的性能。我公司采用湿化学法（NPP-法）制备纳米级超细活性氧化锌，可用各种含锌物料为原料，采用酸浸浸出锌，经过多次净化除去原料中的杂质，然后沉淀获得碱式碳酸锌，最后焙解获得纳米氧化锌。与以往的制备纳米级超细氧化锌工艺技术相比，该新工艺具有以下技术方面的创新之处：
1.平衡条件下反应动力学原理与强化的传热技术结合，迅速完成碱式碳酸锌的焙解。
2.通过工艺参数的调整，可以制备不同纯度、粒度及颜色的各种型号的纳米氧化锌产品。
3.本工艺可以利用多种含锌物料为原料，将其转化为高附加值产品。
4.典型绿色化工工艺，属于环境友好过程。
二、纳米氧化锌的性能表征
纳米级氧化锌的突出特点在于产品粒子为纳米级，同时具有纳米材料和传统氧化锌的双重特性。与传统氧化锌产品相比，其比表面积大、化学活性高，产品细度、化学纯度和粒子形状可以根据需要进行调整，并且具有光化学效应和较好的遮蔽紫外线性能，其紫外线遮蔽率高达98%；同时，它还具有抗菌抑菌、祛味防酶等一系列独特性能。
清华大学测试中心用透射电镜对产品进行了分析，纳米氧化锌粒子为球形，粒径分布均匀，平均粒径20~30纳米，所有粒子的粒径均在50纳米以下。经ST-A表面和孔径测定仪测试，纳米氧化锌粉体的BET比表面积在35m2/g以上。此外，通过调整制备工艺参数，还可以生产出棒状纳米氧化锌。本产品经院微生物所检测鉴定，结果表明，在丰富细菌培养基中，加入0.5%~1%的纳米氧化锌，可有效抑制大肠杆菌的生长，抑菌率达99.9%以上。
三、纳米氧化锌的表面改性
由于纳米氧化锌具有比表面积大和比表面能大等特点，自身易团聚；另一方面，纳米氧化锌表面极性较强，在有机介质中不易均匀分散，这就极大地限制了其纳米效应的发挥。因此对纳米氧化锌粉体进行分散和表面改性成为纳米材料在基体中应用前必要的处理手段。
所谓纳米分散是指采用各种原理、方法和手段在特定的液体介质（如水）中，将干燥纳米粒子构成的各种形态的团聚体还原成一次粒子并使其稳定、均匀分布于介质中的技术。纳米粉体的表面改性则是在纳米分散技术基础上的扩展和延伸，即根据应用场合的需要，在已分散的纳米粒子表面包覆一层适当物质的薄膜或使纳米粒子分散在某种可溶性固相载体中。经过表面改性的纳米干粉体，其吸附、润湿、分散等一系列表面性质都会发生变化，一般可以自动或极易分散在特定的介质中，因此使用非常方便。一般来讲，纳米粒子的改性方法有三种：1.在粒子表面均匀包覆一层其他物质的膜，从而使粒子表面性质发生变化；2.利用电荷转移络合体（如硅烷、钛酸酯等偶联剂以及硬脂酸、有机硅等）作表面改性剂对纳米粒子表面进行化学吸附或化学反应；3.利用电晕放电、紫外线、等离子、放射线等高能量手段对纳米粒子表面进行改性。
根据不同应用领域的要求，选择适当的表面改性剂或表面改性工艺，对纳米氧化锌进行表面改性，改善其表面性能，增加纳米颗粒与基体之间的相容性，从而应用于各种领域，提高产品的性能技术指标。
四、纳米氧化锌的应用
本公司从纳米氧化锌的制备伊始，就十分重视其应用技术开发的研究。通过公司内部科研人员的潜心研究，以及与相关科研单位的技术合作，在纳米氧化锌的应用技术方面取得了一系列重要成果。目前产品的主要应用领域有：
1.橡胶轮胎在橡胶行业中，特别是透明橡胶制品生产中，纳米氧化锌是极好的硫化活性剂。由于纳米氧化锌可与橡胶分子实现分子水平上的结合，因而能提高胶料性能，改善成品特性。以子午线轮胎和其他橡胶制品为例，使用纳米氧化锌可显著提高产品的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标，并且其用量可节省35-50%，大大降低了产品成本；在加工工艺上，能延长胶料焦烧时间，对加工工艺极为有利。纳米氧化锌用于橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品中，可以大大延长制品的使用寿命，并可改善它们的外观及色泽，其用于透明或有色橡胶制品中，有着碳黑等传统活性剂不可替代的作用。纳米氧化锌用于气密封胶、密封垫等制品中，对于改善产品的耐磨性和密封效果也有着良好的作用。目前我公司的纳米氧化锌已在国内多家大型轮胎和橡胶制品得到良好应用。
2.油漆涂料随着人们对涂料的色泽、涂膜性能、环保等各方面要求的提高，纳米材料在涂料行业中的应用受到越来越广泛的重视。目前应用于涂料中的纳米材料品种有纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米碳酸钙等，其中纳米二氧化钛和纳米二氧化硅由于其昂贵的价格而限制了它们的应用范围和数量，纳米碳酸钙性能又比较单一，在提高涂料的防霉和抗紫外老化性能方面作用较小，因而纳米氧化锌以其优异的性价比在涂料的应用中占据了更大的优势。纳米氧化锌具有一般氧化锌无法比拟的新性能和新用途，能使涂层具有屏蔽紫外线、吸收红外线及杀菌防霉作用，因此它可广泛应用于建筑内外墙乳液涂料及其他涂料中，同时它的增稠作用还有助于提高颜料分散的稳定性。我公司通过与相关科研单位联合开发，将纳米氧化锌成功应用于水性涂料中，制作成纳米氧化锌改性涂料，经测试表明，此改性涂料的耐沾污性、耐人工老化性、耐水耐碱性、耐洗刷性、硬度及附着力等传统机械力学性能得到较大的改善。此外，纳米氧化锌改性涂料的抗菌防霉性能也在进一步研究之中。
3.化纤纺织品纳米材料于化纤纺织品中有两种途径：一种是把纳米微粒直接添加在化学纤维的初始反应液中，采用常规的聚合反应合成功能纤维，使纳米微粒均匀分布于纤维内部；另一种方法就是把纳米微粒作为一种后整理剂配制到织物的后整理液中，通过浸轧使纳米微粒吸附在纤维的表面，或者用一定的粘合剂将纳米微粒涂覆到织物表面形成一种功能性的涂层，改善织物的服用性能。吉林化纤集团将我公司表面改性后的纳米氧化锌配制到粘胶纤维的喷丝液中，合成了含有纳米氧化锌微粒的粘胶纤维，该纤维经纺纱、织造得到添加纳米氧化锌的抗紫外织物，与未添加纳米氧化锌的普通织物进行对比，抗紫外织物的UPF值（紫外线遮挡系数）为对照织物的两倍。我公司产品能够显著提高粘胶纤维、合成纤维制品的抗紫外和抗菌功能，用于抗紫外织物、抗菌织物、遮阳伞等产品的生产。我公司开发的抗紫外用纳米胶体，已由杭州天堂伞业集团有限公司在遮阳伞上试用，计量院测试表明，UPF值（紫外线遮挡系数）为50，其性能指标已经达到澳大利亚标准，超过欧盟标准。
4.防晒化妆品由于地球臭氧层遭到破坏，导致紫外线对地球生物圈辐射量的不断增加，过多的紫外线照射对人类健康造成的危害正在日益加重。为了抵御过量紫外线照射对人体皮肤的伤害，人们开发了多种防晒剂来保护皮肤。由于大多数有机防晒剂活性较高，对皮肤产生刺激性，在紫外线照射后易分解，防晒效果不长久，因而人们又开发了无机防晒剂，如纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。研究发现，纳米氧化锌对紫外线的防护功能比传统的纳米二氧化钛要强，对紫外线UV-A和UV-B均具有良好的防护效果，因此纳米氧化锌在化妆品领域的应用迅速。我公司应用一种特殊表面处理技术生产的纳米级氧化锌防晒剂，它能非常有效地吸收太阳紫外线，尤其能保护人体免受UV-A和UV-B的侵害。大多数的传统防晒剂能对UV-B起作用，但并不能有效抵挡波长更长的UV-A紫外线，而UV-A越来越被认为与皮肤过早衰老以及皮肤癌有关。我公司氧化锌平均粒径小于50纳米，它能最有效地抵抗UV-A和UV-B，是广谱的抗紫外剂，无毒无害，是名副其实的新一代物理防晒剂。
5.其它领域随着人们对纳米氧化锌性能认识的深化，纳米氧化锌的应用领域在不断扩大。例如，将纳米氧化锌用于陶瓷行业，可以大大降低陶瓷制品的烧结温度，烧成品光亮如镜，减少了生产工序，降低了能耗，并赋予了陶瓷制品抗菌除臭和分解有机物的自洁作用，极大地提高了产品质量；纳米氧化锌由于尺寸小，比表面积大，表面的键态与颗粒内部的不同，加大了反应接触面，提高了催化效率，是化工生产制备脱硫剂和化学催化剂的首选材料；纳米氧化锌也是一种很好的光催化剂，在紫外线照射下，能自行分解出自由移动的负，留下带正电的空穴，激活空气中的氧变为活性氧，与多种有机物发生化学反应，杀死病菌和病毒。此外，纳米氧化锌在传感器、电容器、荧光材料、吸波材料、导电材料等诸多领域也展示出越来越广阔的应用前景。
载药纳米微粒的靶向性及控释作用
所谓纳米药物指的是纳米级别的用来防治或者辅助治疗的药物，纳米药物具有轻松通过体内生理屏障的显著优点，纳米级别药物与传统的宏观药物在其分布、吸收以及代谢和排泄等角度与传统的宏观药物截然不同。
1纳米级别的药物能够跨越体内各种屏障
如果我们选择合适的纳米材料来制备纳米药物，可以有效的穿透生物膜的并透过血脑屏障，可以将药物直接输送到大脑内部对疾病进行治疗。采用纳米技术制备的药物载体和抗体能够大幅度提高穿透人造膜和天然膜的能力，并蓄积在小肠，使药物的生物利用率显著改善。
2纳米药物的控释作用
所谓纳米药物的控释作用指的是载有药物的纳米微粒在其控释的过程中能够显现出特有的规律性，囊壁的溶解及酶和微生物的作用，均可使囊心物质向外扩散。鉴于上面所述，我们可以根据控释的目的选择合适的囊材使载药纳米微粒在局部滞留并达到有效浓度，这样做不仅仅大幅度提高了用药的疗效，还不会给全身带来不良毒性。对于需要长期进行治疗和监控的疾病，起作用和功效是十分显著的。因此，纳米控释给兽药系统带来了极大的方便。
3纳米药物的靶向性
目前，抗球虫药物以及抗菌药物在畜牧业的养殖中被普遍使用，泛滥和不合理使用的现象也尤为明显，从而直接导致目前很多禽畜的主流病原体大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌等等早已经对大多数的抗菌药物产生了耐受性，甚至有些病菌已经产生了多重的耐受性，这些问题都是可以通过纳米载药技术来进行有效解决的。一方面，我们可以先将兽药进行纳米处理，可以显著提高其溶解率、靶向作用同时得到控制其释放的效果。这样可以大幅度提高药物的治疗效果，减少对药物的使用剂量，能够在不换药的前提下就解决了药物残留问题；另一方面，采用纳米技术，可以研制出具有广谱、高效、无毒、无副作用的新型兽药，从根本上解决目前因大量使用兽药而带来的种种不良后果。
纳米技术在家畜遗传育种中的应用
人们对于健康家畜的定义，无外乎生长快、瘦肉率、耗料低、胴体品质好等要求，但是传统的育种方法需要少则几年，多则几十年的育种时间。如果我们在分子水平上进行相关的改变，即对DNA链上的碱基序列做相应改变，就可以大大缩短育种时间，而且可以获得我们需要新品种。DNA上的核苷酸序列是纳米级的，所以要用到纳米技术。例如我国科学家已经用STM以及AFM等纳米技术，对DNA分子进行分离，并写出了“DNA”三个字母，标志着人类在纳米技术对生物分子操作方面取得了巨大成就。通过这一事实我们可以发现，人类可以通过纳米技术，对分子级别的事物进行操作，以探寻生命的奥秘，定向地对遗传物质进行改造，以获得所需性状的生物体。这在生物育种上是有极大的作用的，可以很好的对动物的品种进行改良，同时，通过分子探针，还可以在遗传物质上对生物的病情进行探测，以从根本上解决问题。所以，在遗传育种上，纳米技术的应用是至关重要的。
纳米技术与畜禽产品质量
药效的提高和用药量的减少，是添加纳米材料的药物的巨大作用，这样可以解决药物残留的问题.浙大饲料研究所研究出的一种纳米微粒，采用天然的硅酸盐材料，可以吸附黄曲霉素、重金属以及农药等有害物质，降低畜禽产品中有害物质的含量，大大提高了产品的安全性。
关键词:纳米技术;新型建材;应用;前景
1纳米涂料的应用
通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差，耐老化、耐洗刷性差，光洁度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的解决这一问题，纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性，能够弥盖墙体细小裂缝，具有对微裂缝的自修复作用。(2)具有很好的防水性，抗异物粘附、沾污性能，抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔和，手感柔和，漆膜平整，改善建筑的外观等。
虽然国内外对纳米涂料的研究还处在初步阶段，但是已在工程上得到了较广泛的应用，如北京纳美公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷，效果良好。在首体改造工程中，使用纳米涂料1700吨，涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。
2纳米水泥的应用
普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小，同时其自身也存在一些固有的缺陷，使其在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏。为了解决这一问题就必须加速对具有特殊性能混凝土的研发，而纳米混凝土就能有效的解决这样问题，纳米混凝土，与普通混凝土相比，纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显著提高，同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能，因而可用于一些特殊的建筑设施中(如国防设施)。通常在普通混凝土中加入纳米矿粉(纳米级SiO2、纳米级CaCO3)或者纳米金属粉末已达到纳米混凝土的性能，而且通过改变纳米材料的掺量还能配置出防水砂浆等。目前开发研制的纳米水泥材料包括纳米防水复合水泥，纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。
纳米防水水泥是通过在水泥中添加XPM水泥外加剂的纳米材料而制成的，该纳米外加剂掺入水泥后，可以加快水泥诱导期和加速期的水化反应，改善水泥凝固的三维结构，同时提高水泥石的密实度，增强了防水性能。
纳米敏感水泥是在水泥中加入对周围环境变化十分敏感的纳米材料，从而达到改善水泥制品温敏、湿敏、气敏、力敏等性能。根据添加的敏感材料的不同可将纳米敏感水泥用于化工厂的建设、高速路面的铺设等。
纳米环保复合水泥是利用纳米材料的光催化功能，从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及表面自清洁等功能。通常是选用TiO2作为纳米添加剂。
纳米隐身复合材料是通过使用具有吸收电磁波功能的纳米材料(纳米金属粉居多)，在电磁波照射时，纳米材料的表面效应使得原子与电子运动加剧，促使电子能转化为热能，加强对电磁波的吸收，从何使材料能够在很宽的频带范围内避开雷达、红外光的侦查，这一材料常用于军事国防建筑等。
3纳米玻璃的应用
普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物，形成难以清洗的有机污垢，同时，水在玻璃上易形成水雾，影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层TiO2纳米薄膜形成的纳米玻璃，则能有效的解决上述缺陷，同时TiO2光催化剂在阳光作用下，可以分解甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。
4纳米技术在陶瓷材料中的应用
陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了广泛的应用(如铺贴墙面的瓷砖)，但是陶瓷易发生脆性破坏，因而在使用过程中也受到了一定的限制。使用纳米材料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能，能够吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度，同时具有良好的抗烧蚀性，火箭喷气口的耐高温材料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温材料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新材料在更大的范围内改变材料的力学性质，具有非常广阔的应用前景。
5纳米技术在防护材料中的应用
通常是在胶料中加入炭黑等以提高材料的防水性能，但这种材料的耐腐蚀性以及耐侯性较差，易老化，研制具有高强、耐腐蚀、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在积极研究的问题，纳米防水材料能够很好满足上述要求，北京建筑科学研究院就成功的研制了具有较好耐老化性能的纳米防水卷材，该类防水卷材具有很好的强度、韧性、抗老化性以及光稳定性、热稳定性等。纳米防水卷材具有叫广泛的应用前景，如建筑顶面、地下室、卫生间、水利堤坝以及防潜工程等。
6纳米保温材料
随着我国推行节能减排的方针，工程界也越来越注重建筑的保温节能性能，我国目前使用的比较多的仍是聚氨酯、石棉等传统隔热保温材料，这些材料在使用过程中容易产生一些对人体有害的物质，如石棉与纤维制品含有致癌物质，聚氨酯泡沫燃烧后释放有毒气体，而通过使用纳米材料开发研制的保温材料则能避免这些弊端，如以无机硅酸盐为基料，经高温高压纳米功能材料改性而成的保温材料不仅具有很好的保温效果，同时对人体也无损害，是一种绿色环保保温材料。
7纳米技术在其粘合剂以及密封材料和润滑剂方面的应用
对于一些在深海中作业的结构以及其他特殊环境下工作的构件，它们对结构的密封性的要求非常高，已超过了普通粘合剂和密封剂所能满足的范围。国外通过在普通粘合剂和密封胶中添加纳米SiO2等添加剂，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能都大大提高。其工作机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有永久性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构的胶体流动，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。大型建材机械等主机工作时的噪声达到上百分贝，用纳米材料制成的润滑剂，既能在物体表面形成半永久性的固态膜，产生根好的润滑作用，大大降低噪声，又能延长装备使用寿命，具有非常好的应用前景。
8结语
纳米技术作为一门新兴的学科，被誉为二十一世纪最具有发展前景的技术，是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在建筑材料方面的应用前景非常广阔，纳米技术不仅会推动建材新产品的开发，还将为改善人们的生活环境，提高生活质量做出不可估量的贡献。纳米功能材料已成为国内外研究的热点，目前研究开发工作正处于刚刚起步阶段，还有很多问题还未很好的解决，需要将进一步加速对纳米材料的研究以及推广应用。纳米材料将成为21世纪新型建筑材料的发展新方向，相信在不久的将来，我们将跨入一个全新的材料时代—纳米材料时代。
参考文献
[1]张立德.纳米材料[M].北京:化工出版社，2002.
[2]宋小杰.纳米材料和纳米技术在新型建筑材料中的应用[J].安徽化工，2008，(8):14-17.
[3]杨毅，姜炜，刘宏英，李凤生.纳米复合技术在新型建材中的应用[J].中国粉体技术，2006，(1):43-48.
【关键词】功能性纳米材料电化学免疫传感器
【Abstract】Theimmunesensorisbasedontheclosecooperationwiththeselectiveimmuneresponseandissuitableforthesignalconversiontechnology，tomonitorantigen-antibodyresponseofbiologicalsensors，graduallygetrapiddevelopmentandextensiveapplicationinmanyfields.Inrecentyearstheelectrochemicalimmunosensormainresearchdirection，ingeneralistoimprovethesensitivity，accuracy，selectivity，responsetime，andthisarticlewillusethesingle-walledcarbonnanotubesaselectrode，usingitsgoodconductivity，highsurfacearearatio，throughthemodificationofcarbonnanotubeswallandpipeendandbiologicalmolecularbonding，andkeeptheactivityofbiologicalmolecules，theelectrochemicalimmunosensorextremelysymbolicsignificance.Thispapercombinesthespecificrelevanttheoriesandanalysis，theapplicationoffunctionalnanomaterialsinelectrochemicalimmunosensorforresearch.
【Keywords】Functional；Nanomaterials；Electrochemical；Immunosensor
免疫传感器的一般工作原理为固定在换能器上的抗体（抗原）对样品介质中的抗原（抗体）进行选择性免疫识别，并且产生随分析物浓度的变化而变化的分析信号。在抗体的不同区域和抗原决定簇之间的高选择性反应主要包括疏水力、静电作用力、凡德瓦尔力和氢键作用力。近年来纳米材料在电化学免疫传感器上的应用也发展得相当迅速。由于纳米材料具有表面积大、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高和吸附能力强等优异性质，将纳米微粒应用于电化学免疫传感器中，可以提高传感器测量的灵敏度、准确性、减少采血量和检测时间[1]。作为免疫分析技术的一个重要分支，免疫传感器除了具有传统免疫分析方法所共有的性能特点外，还具有高选择性、高灵敏度、可逆性和剂利用的高效率等优点。另外，免疫传感器大都制备简单，便于实现自动化、数字化和微型化，因此可以避免传统免疫分析方法所附带的一系列问题，故在临床分析、环境分析和生物监测过程中显示了强大的应用潜力[2]。因为免疫传感器常用来测量源于分析物和固定的抗体/抗原之间的反应而产生的信号，所以将抗体（抗原）固定在原始换能器表面的固定化过程在免疫传感器制备中有着重要的作用。大量的固定法已用于各种免疫传感器，如静电吸附、包覆法、交联法、共价键结合法等。
1电化学免疫传感器的工作原理
由于电化学免疫传感器具有高灵敏度、低成本和便携等优点，成为免疫传感器中研究最早、种类最多，也较为成熟的一个分支。电化学免疫传感器的基本工作原理是：采用电化学检测方法来检测标记的免疫剂或一些由酶、金属离子和其它电活性物质标记的标记物，从而对疾病诊断或病人状态监测中复杂系统的多组混合物进行分析提供有力数据[3]。用于电化学免疫传感器检测中的换能器主要分为电位型、电导型、电容型、阻抗型和安培型等装置。电位型传感器现在已经被公认为是一种成熟的传感器，已有大量的商品化产品。对于电位型传感器，当电流流动为临界点时，换能器界面处于平衡状态，此时电极或者表面修饰膜的电位变化与溶液定金属离子活性呈对数比例关系，这就是电位型换能器的基本工作原理。这类生物传感器具备制备简单、操作容易及选择性良好的优点[4]。
2功能性纳米材料技术
与块状物质相比，金属和金属氧化物纳米粒子由于其新颖的材料特性，近年来已被广泛研究。少于50个金属原子小团簇可以产生像大分子一样的效果，但大于300个原子的大团簇表现出大体积样品的性质，介于这两种极端之间的材料，通常为纳米材料，有许多未知的化学和物理性质，这也是许多研究一直集中于纳米材料的一个原因。纳米材料具有依赖于其尺度的光、电和化学性能[5]。纳米材料可以应用到许多领域，如光学器件、电子器件、催化、感测技术、生物分子标记等。考虑纳米粒子的优点，如大面积、高催化性和良好的亲和性，如今，多种纳米材料已被用来包覆蛋白质。常用的有纳米碳管（CNTs）、金胶体（Aucolloidal）、量子点以及纳米二氧化钛。CNTs自从1991年被发现以来，引起了一股研究热潮。纳米直径的圆筒形石墨片状的CNTs具备高电导率、良好的化学稳定性、非常显着的机械强度和成模性。纳米碳管可以与DNA分子自组装（self-assembly）。根据理论预测与实验验证，DNA/CNTs层可作为新的电子材料[6]。由于DNA溶液可以胶化，混合的DNA/CNTs层能够在金属电极表面保持稳定，可以用来研究一些电化学现象或检测一些蛋白质性质。此外，带正电荷的蛋白质可被固定在带大量负电荷的DNA修饰层上。多壁纳米碳管与DNA混合后，可成功地固定在铂电极表面，更进一步的研究表示，细胞色素C可被强吸附在修饰电极表面形成一种近似的单分子层。
纳米技术的快速发展为纳米粒子在生物传感器和生物分析中的应用开拓了新的方向，由于其独特的物理、化学性质，纳米粒子引起了纳米科学家的极大兴趣，这些性质使其在化学和生物感测方面具有广阔的应用潜力。近年来，组成和空间结构不同的纳米粒子被广泛应用于不同生物分子识别的电学、光学和微量感测中。胶体金（Colloidalgold）和半导体量子点纳米粒子在生物分析中应用得非常广泛。通过与生物识别反应和纳米生物电子的耦合作用，能极大地提高这两种纳米粒子的用途。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，为制造超灵敏的光学和电学检测奠定了基础，其灵敏度可与聚合物酶链反应（PCR）相比[7]。
纳米材料独特的性质使其在设计具有高灵敏度和选择性的核酸和蛋白质检测方法中具有广阔的应用前景。由于可以制得不同尺寸、组成和形状的纳米材料，调节其物理化学性质，使其在生物感测和生物分析中得到广泛的应用。由于纳米材料的小尺寸效应，其性质很大程度上受到与其结合的生物分子影响。近几年，不同组成的纳米粒子作为多种用途、灵敏的标记物被广泛地应用于识别不同生物分子的电子、光学和微天传感器中。纳米粒子放大标记以及纳米粒子-生物分子的自组装产生极大的信号增强作用，这种技术结合了纳米粒子-生物分子自组装的放大特性和光学或电化学传感器的高灵敏性，将多个基于纳米材料的放大单元和过程结合，也能够设计出多重放大器，满足现代生物分析对更高灵敏度的需求[8]。金属纳米粒子独特的催化性质能在其本身或另一种金属纳米粒子的刺激下实现放大信号的功能。也可以通过将大量的能够产生信号的分子封装在纳米粒子中以提高每个结合过程标记物的数量，达到放大信号的目的。这些基于纳米材料的生物感测和生物分析方法还能够与其它的放大技术结合。如图1所示。
3基于功能性纳米粒子的电化学免疫传感器与应用
基于抗体和抗原的特异性反应，免疫传感器为免疫剂的分析提供了一种灵敏的选择性的方法。在此方法中，免疫材料被固定在传感器上，通过标记物与其中一种免疫剂的复合物对分析液进行测量[9]。一般是通过测量标记物的特异活性，例如放射性、酶活性、荧光、化学发光或生物发光对分析物进行定量。但是每一种标记物都有自己的优缺点，含有金属标记物免疫检测的金属免疫检测，以克服一般的放射性标记，荧光标记和酶标记的缺点。电化学检测的金属免疫分析具有以下几种优点：如，检测液用量少、样品不用纯化、灵敏度好、仪器设备相对便宜。尽管电化学技术能够检测到nano-mole有机金属化合物或金属离子，与能检测到pico-mole级的荧光检测方法相比，灵敏度还不够高。使每个结合物上含有最大量的金属标记物的理想方法是使用包含上千个金属原子的金属纳米粒子。由于其优越的氧化还原活性，胶体金是电化学免疫感测和免疫标测标记物的最佳选择。现已建立了一种基于金纳米粒子循环累积的新方法，通过阳极溶出技术检测人的免疫球蛋白（IgG）[10]。在生物素存在下，脱巯基生物素和亲合素的解离反应为能够分析最终定量的金纳米粒子的循环累积提供了有效的路线。阳极峰电流随着循环次数的增加而增大。五个循环的累积即可满足该分析方法的需要。这种方法的优点就是背景值很低，从而使人IgG的检测极限可达0.1ng/ml。如图2、图3所示。
4结语
纳米技术为设计超灵敏的生物传感器和生物分析方法提供了很大的机会。纳米粒子在生物传感器放大和生物分子识别具有巨大的潜力及应用价值。新的纳米粒子感测技术的超强灵敏度，为常规方法检测不到的疾病标记物提供了可行性。这种高灵敏的检测方法还能够实现疾病的早期诊断或预警。纳米粒子标记物在蛋白质检测中的应用还处于起步阶段。但超灵敏的DNA检测中的应用会为蛋白质的检测提供好的起步。
参考文献：
[1]张洁，吴B，王传现，等.采用石墨烯修饰的电化学免疫传感器检测猪肉中的己二烯雌酚含量[J].中国药科大学学报，2015，06：683-685.
[2]逯岭松，刘蓓，马霄，等.电化学免疫传感器超灵敏检测髓过氧化物酶的研究[J].重庆医学，2015，36：109-111.
[3]任鹏飞，邵科峰，张洁，等.基于宽谱特异性抗体的β_2-激动剂多残留电化学免疫传感器的研制[J].食品科学，2016，08：236-238.
[4]冯德香，尉艳，黄勤安.电化学免疫传感器在肿瘤标志物检测中的应用[J].分析试验室，2016，03：363-364.
[5]张瑶，蒙丽君，官菊芳，等.基于生物条形码信号放大的电化学方法检测hIgG[J].江苏农业科学，2016，02：308-311.
[6]李艳霞，陈国南.基于HRP直接标记的流感病毒H1N1电化学免疫传感器[J].分析测试学报，2015，06：701-702.
[7]董秀秀，王宇，沈玉栋，等.基于新型纳米材料的电化学免疫传感器及其在食品安全检测中的应用进展[J].中国食品学报，2015，04：136-138.
[8]刘源，吴海云，于亚平，等.快速检测水中多氯联苯含量的电化学免疫传感器设计[J].湖北农业科学，2015，18：93-95.
【关键词】纳米包装应用
引言
纳米技术作为21世纪最具前途的一项技术，兴起于20世纪90年代初，是研究由尺寸0.1nm-100nm之间的物质组成体系的运动规律和相互作用，以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术，是融合前沿科学和高技为――体的完整体系。这标志着人类改造自然的能力已延伸到微观水平，其科学价值和应用前景已逐渐被人们所认识，被认为是21世纪3大科技之一，主要包括纳米材料学、纳米生物学、纳米物理学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工学和纳米力学。
在包装行业，纳米技术也得到了广泛的应用，纳米技术可以对包装材料进行纳米合成、纳米添加、纳米改性或者直接使用纳米材料使产品包装满足特殊功能，以满足特殊要求；可以改变传统的包装设计、包装工艺和技术方法，充分发挥包装材料的综合特性，最终可以最大限度地发挥包装的功能，保护产品、节约资源、保护环境，创造最佳的社会和经济效益。实现绿色包装材料的环境性能、资源性能、减量化性能、回收处理性能的要求，体现出优越的绿色包装价值，并带动和促进包装设计、生产、使用和再生等技术产业革命性的变化。
1纳米材料
作为纳米科学技术最基本的组成部分的纳米材料，是指组成相或晶粒结构在100nm以下长度尺寸的材料，可以广义的认为在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸长度范围的材料或以纳米单元构成的材料；又称为纳米结构材料，主要由晶粒和晶界组成，纳米晶体结构与常规物质不同，其晶体结构处于一种无序度更高的状态但，晶界处存在着短程有序的结构单元，原子保持一定的有序度，趋于低能态排列。纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、独特的光学性质、巨磁电阻效应、超塑性、高导电率和扩散率、高比热和热膨胀、高磁化率和矫顽力等特点，这使纳米材料在催化、吸附、化学反应、光电化学、熔点、超导等方面具有普通材料无法比拟的优越性，从而使纳米材料可以广泛的应用于各行各业，也普遍应用于包装行业。
2纳米材料在包装材料中的应用
2.1纳米复合包装材料
随着时代的快速发展，以及包装的迅猛发展，包装的需求出现多样化，这促进了纳米包装材料的发展，因此，纳米材料复合而成的纳米包装材料应运而生，成为一类高新材料。聚合物基纳米复合材料（PNMC）是目前研究得最多的纳米复合材料，在高分子聚合物中加入10%的纳米的热致液晶聚合物，就会使材料的机械强度得到提高，从而拓宽了应用领域，可以解决稀缺材料的问题，节省了稀缺资源。
2.2纳米抗菌包装材料
在食品卫生安全问题日显严峻的今天，具有抗菌功效的纳米材料已用于包装行业，抗菌薄膜是目前应用较广的纳米抗菌包装材料；这类材料有合成的，也有纯天然材料经纳米技术的。纳米抗菌包装材料具有惊人的杀菌效果，能够使茵体变性或沉淀，一旦遇到水，便会对细菌发挥更强的伤力；且吸附能力、掺透力也很强，多次洗涤后也还有较强的抗菌作用，可以循环利用。有报道显示：纳米复合材料抑菌效果可达86%～95.3%，具有广谱的抗菌效果，这类材料不仅可以解决一些棘手的食品卫生安全问题，还可以节省一些抗菌添加剂，为可持续发展做出应有的贡献。
2.3纳米保鲜包装材料
所谓纳米保鲜包装材料，是指可以提高新鲜果蔬等食品的保鲜效果的材料。成熟采摘后的果蔬会发生软化等一些现象，并且会释放出一定的乙烯，这会使果蔬的腐烂速励口快，因此，纳米保鲜包装材料便出现了。在保鲜包装中加入纳米乙烯吸收剂，就可以减少乙烯含量，提高保鲜效果；如在瓦楞纸箱内面纸制造过程中，可以加入纳米级多孔型乙烯气体吸收粉剂，以防止催熟。这种纳米级吸收粉剂是以二氧化硅为主要成分的多孔型粉剂。由于白硅石对于乙烯气体的吸附能力比活性碳、稀土锆以及沸石都要好，所以采用添加了纳米白硅石粉剂的纸张作为瓦楞纸板的里衬纸具有更好的保鲜效果。
2.4纳米PET瓶
目前，中科院化学所发明的PET聚合插层复合技术，成功地制备了PET纳米塑料（NPET）。NPET的熔体黏度和结晶速度显著提高，阻燃性能也得到了很大的改善。NPET的阻隔性比纯PET有了很大改善，符合食品包装要求，可直接用来制造啤酒、饮料、农药和化妆品的包装瓶。
2.5纳米黏合剂和密封胶
黏合剂和密封胶是包装产业中的重要产品，使用范围很广。在树脂中加入50nm-70nm的橡胶微粒后形成的纳米黏合剂封合强度、剪切强度和耐热、老化等物理化学指标比传统黏合剂均大幅度提高，从而极大地减少了在包装及产品中使用量。黏合剂和密封胶中加入SiO2作为添加剂，可使黏合剂的黏结效果和密封胶的密封性能大大提高。同时，在这种添加了纳米SiO2的黏合剂和密封胶中，由于在纳米的SiO2的表面覆盖了一层有机材料，使黏合剂和密封胶具有亲水性，可以水解，避免了黏合剂和密封胶对环境的污染。
3纳米材料在包装印刷方面的应用
3.1纳米包装用油墨
随着时代的发展和消费理念的转变，顾客对包装的要求不但要质量优良，且要符合环保、防伪等多种特殊需要，因此，对包装印刷油墨也提出了更高的要求。油墨的细度和纯度，对包装产品质量有很大的影响。要印刷出高质量的包装产品，必须要有细度、纯度高的油墨作保证。油墨的细度与颜料、填充料的性质和颗粒的大小有直接的关系。而油墨的细度就是指油墨中的颜料（包括填充料）颗粒的大小与颜料、填充料分布于连结料中的均匀度，它既反映到包装产品的质量，同时又影响到印版的耐印率。
研究指出，纳米半导体粒子表面经过化学修饰后，粒子周围的介质可强烈影响其光学性质，表现为吸收光谱发生红移或蓝移。实验证明，有些纳米微粒的光吸收边有明显的蓝移，有些纳米微粒光吸收边出现较大幅度的红移。根据这种特性，如果把纳米半导体粒子分别加到黄色和青色油墨中制成纳米油墨，便可提高其油墨的纯度。用添加了特定纳米微粒的纳米油墨来复制印刷彩色印刷品，层次会更丰富，色调会更鲜明，图像细节的表现能力亦会大增。由于纳米油墨属高度微细且具有很好的流动与性，可达到更好的分散悬浮和稳定，因此，在印刷上不仅可以减少颜料的用量，并且遮盖力高，光泽好，树脂粒度细腻、成膜连续、均匀光滑、膜层薄，印刷图像更清晰。纳米微粒具有很好的表面湿润性，它们吸附于油墨中的颜料颗粒表面，能大大改善油墨的亲油和可润湿性，并能保证整个油墨分散系的稳定，所以加有纳米微粒的纳米油墨印刷性能得到较大的改善。目前，纳米油墨在外包装、票证防伪以及红外传感器等高新技术领域中得到广泛应用。
3.2防伪包装
一般金属微粒是黑色的，具有吸收红外线等特点，而且表面积巨大，表面活性高，对周围环境（温度、光、湿度等）敏感，当把具有这些特性的纳米微粒加入包装材料中，或制成涂料、上光油涂布于包装材料表面后，人们在选择商品时便可利用温度、光线或湿度等加以鉴别，从而达到防伪的目的。也就是说，利用纳米技术可实现色彩防伪、理化效应防伪等目的。
3.3纳米防静电包装材料
包装材料和包装容器在运输途中很容易因摩擦而产生静电，而金属纳米微粒具有消除静电的特殊功能，所以在生产包装材料时，只要加入少量的金属纳米微粒，就可以消除静电现象，使得包装表面不再吸附灰尘，减少了因摩擦而导致的擦伤，同时在进行印刷时，因表面无静电吸附现象，能够以更高的印刷速度获得更好的印刷效果。例如，纳米型高分子聚合物导电包装材料不仅导电能力极大提高，外观颜色亦有多种变化，而且其他物理化学性能亦大为增强。金属纳米微粒具有消除静电的特殊功能。将金属纳米微粒加人包装与印刷材料表面，以减轻或消除在高速全自动包装机或印刷机上输送包装与印刷材料所产生的静电，提高包装与印刷速度和效果另外，由于静电的消除，包装材料表面不再吸附灰尘，使得材料表面不再因沾有灰尘而增加磨擦导致擦伤，提高印刷质量。
4纳米材料在包装机械方面的应用
将纳米材料用于包装机械，不仅可以提高包装机械精度，进而提高包装的质量，而且还有利于包装机械自身，可以提高机械及零部件的弹塑性、耐油性、耐酸性、耐溶剂性、抗衰老化性、耐磨性，还可以使机械具有防污、防尘、耐刮、防火等功能，这些可以大幅度的延长机械的寿命、减少机械的损耗、降低维修成本，使资源利用最大化，为企业创造更大的利润空间，赢得最大的效益。
结语
自1992年纳米技术问世以来，它便开始渗透到各个研究领域，纳米技术的目的就是实现高性能化、多功能化、低成本、环境友好，纳米技术已成为21世纪科学研究领域中的又一热点，随着纳米技术的研究不断深入，其应用将会遍及生产生活的各个领域，也将会引发一场新的革命。纳米技术在包装工业中的应用将大大提升包装产品的质量并且赋予包装新的特殊功能。随着纳米技术在包装工业中的应用日益成熟，人们的生活也将因此而得到显著的提高和改善。
参考文献
[1]孙暄.纳米技术的研究和发展[J].中国民航学院学报，2002，7：24-26.
[2]张春光.中和水解法制备纳米TiO2的研究化工进展[J].2003，22（01）：53-55.
[3]张立德.纳米材料和纳米结构[M].北京：科学出版社，2001：80.
关键词:纳米技术;新型建材;应用;前景
1纳米涂料的应用
通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差,耐老化、耐洗刷性差,光洁度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的解决这一问题,纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性,能够弥盖墙体细小裂缝,具有对微裂缝的自修复作用。(2)具有很好的防水性,抗异物粘附、沾污性能,抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔和,手感柔和,漆膜平整,改善建筑的外观等。
虽然国内外对纳米涂料的研究还处在初步阶段,但是已在工程上得到了较广泛的应用,如北京纳美公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷,效果良好。在首体改造工程中,使用纳米涂料1700吨,涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。
2纳米水泥的应用
普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小,同时其自身也存在一些固有的缺陷,使其在使用过程中不可避免地产生开裂并破坏。为了解决这一问题就必须加速对具有特殊性能混凝土的研发,而纳米混凝土就能有效的解决这样问题,纳米混凝土,与普通混凝土相比,纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显著提高,同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能,因而可用于一些特殊的建筑设施中(如国防设施)。通常在普通混凝土中加入纳米矿粉(纳米级sio2、纳米级caco3)或者纳米金属粉末已达到纳米混凝土的性能,而且通过改变纳米材料的掺量还能配置出防水砂浆等。目前开发研制的纳米水泥材料包括纳米防水复合水泥,纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。
纳米防水水泥是通过在水泥中添加xpm水泥外加剂的纳米材料而制成的,该纳米外加剂掺入水泥后,可以加快水泥诱导期和加速期的水化反应,改善水泥凝固的三维结构,同时提高水泥石的密实度,增强了防水性能。
纳米敏感水泥是在水泥中加入对周围环境变化十分敏感的纳米材料,从而达到改善水泥制品温敏、湿敏、气敏、力敏等性能。根据添加的敏感材料的不同可将纳米敏感水泥用于化工厂的建设、高速路面的铺设等。
纳米环保复合水泥是利用纳米材料的光催化功能,从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及表面自清洁等功能。通常是选用tio2作为纳米添加剂。
纳米隐身复合材料是通过使用具有吸收电磁波功能的纳米材料(纳米金属粉居多),在电磁波照射时,纳米材料的表面效应使得原子与电子运动加剧,促使电子能转化为热能,加强对电磁波的吸收,从何使材料能够在很宽的频带范围内避开雷达、红外光的侦查,这一材料常用于军事国防建筑等。
3纳米玻璃的应用
普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物,形成难以清洗的有机污垢,同时,水在玻璃上易形成水雾,影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层tio2纳米薄膜形成的纳米玻璃,则能有效的解决上述缺陷,同时tio2光催化剂在阳光作用下,可以分解甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。
4纳米技术在陶瓷材料中的应用
陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了广泛的应用(如铺贴墙面的瓷砖),但是陶瓷易发生脆性破坏,因而在使用过程中也受到了一定的限制。使用纳米材料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能,能够吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度,同时具有良好的抗烧蚀性,火箭喷气口的耐高温材料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温材料。用纳米sic、si3n、zno、sio2、tio2、a12o3等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新材料在更大的范围内改变材料的力学性质,具有非常广阔的应用前景。
5纳米技术在防护材料中的应用
通常是在胶料中加入炭黑等以提高材料的防水性能,但这种材料的耐腐蚀性以及耐侯性较差,易老化,研制具有高强、耐腐蚀、抗老化性能的防水材料也是工程界一直在积极研究的问题,纳米防水材料能够很好满足上述要求,北京建筑科学研究院就成功的研制了具有较好耐老化性能的纳米防水卷材,该类防水卷材具有很好的强度、韧性、抗老化性以及光稳定性、热稳定性等。纳米防水卷材具有叫广泛的应用前景,如建筑顶面、地下室、卫生间、水利堤坝以及防潜工程等。
6纳米保温材料
随着我国推行节能减排的方针,工程界也越来越注重建筑的保温节能性能,我国目前使用的比较多的仍是聚氨酯、石棉等传统隔热保温材料,这些材料在使用过程中容易产生一些对人体有害的物质,如石棉与纤维制品含有致癌物质,聚氨酯泡沫燃烧后释放有毒气体,而通过使用纳米材料开发研制的保温材料则能避免这些弊端,如以无机硅酸盐为基料,经高温高压纳米功能材料改性而成的保温材料不仅具有很好的保温效果,同时对人体也无损害,是一种绿色环保保温材料。
7纳米技术在其粘合剂以及密封材料和润滑剂方面的应用
对于一些在深海中作业的结构以及其他特殊环境下工作的构件,它们对结构的密封性的要求非常高,已超过了普通粘合剂和密封剂所能满足的范围。国外通过在普通粘合剂和密封胶中添加纳米sio2等添加剂,使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性能都大大提高。其工作机理是在纳米sio2的表面包覆一层有机材料,使之具有永久性,将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构,即纳米sio2形成网络结构的胶体流动,提高粘接效果,由于颗粒尺寸小,更增加了胶的密封性。大型建材机械等主机工作时的噪声达到上百分贝,用纳米材料制成的润滑剂,既能在物体表面形成半永久性的固态膜,产生根好的润滑作用,大大降低噪声,又能延长装备使用寿命,具有非常好的应用前景。
8结语
纳米技术作为一门新兴的学科,被誉为二十一世纪最具有发展前景的技术,是对未来经济和社会发展产生重大影响的一种关键性前沿技术。纳米技术在建筑材料方面的应用前景非常广阔,纳米技术不仅会推动建材新产品的开发,还将为改善人们的生活环境,提高生活质量做出不可估量的贡献。纳米功能材料已成为国内外研究的热点,目前研究开发工作正处于刚刚起步阶段,还有很多问题还未很好的解决,需要将进一步加速对纳米材料的研究以及推广应用。纳米材料将成为21世纪新型建筑材料的发展新方向,相信在不久的将来,我们将跨入一个全新的材料时代—纳米材料时代。
参考文献
[1]张立德.纳米材料[m].北京:化工出版社,2002.
摘要：纳米粒子作为添加剂在油中表现出特殊而优异的摩擦学性能，具有很大的应用前景，是目前和今后油研究工作中最活跃的领域之一。文章主要介绍了纳米粒子作为油添加剂在国内外的研究现状和发展趋势，讨论了纳米粒子作添加剂的抗磨减摩机理，并对未来纳米添加剂的发展进行展望，提出建议。
关键词：纳米粒子；油添加剂；摩擦学；应用
中图分类号：TE624.82文献标识码：A
0引言
近年来，在开发具有优异抗磨、减摩和极压性能添加剂的过程中，国内外的研究者发现纳米粒子由于量子尺寸效应和表面效应，能够表现出特殊的高承载能力性能，具有传统固体剂(如聚四氟乙烯、WoS2和石墨粉体)所无法比拟的优越性[1-2]。在油中加入纳米添加剂可显著提高其性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品质量，特别适用于苛刻条件下的场合[3-6]。
与纳米颗粒制备技术相比，纳米添加剂作为材料在油中的应用研究，仍显得进展缓慢。另外，关于纳米材料与传统油添加剂的配伍性以及协同作用的研究也鲜有报道，从而限制了其推广应用。
为了推动纳米添加剂在油中的应用研究，为开发高档油产品提供技术支持，作者对纳米添加剂在国内外的研究现状进行了调研，主要包括纳米添加剂的分类、作用机理、国内外应用现状和最新发展趋势等，并对今后的研究方向提出了建议。
1纳米添加剂的分类及其摩擦学性能
1.1纳米金属粉
超细金属粉以适当方式分散于各种油中可形成一种稳定的悬浮液，这种油每升中含有数百万个超细金属粉末颗粒，它们在摩擦过程中可以与固体表面相结合，形成光滑的保护层，同时填塞微划痕，从而大幅度降低摩擦和磨损，尤其在重载、低速和高温振动条件下作用更为显著。目前应用较多的金属纳米粉包括铜、锡、银粉末等，这些金属纳米粉有着与传统添加剂不同的减摩抗磨机理[7]。
于立岩等人[8]将平均粒径为50nm的铜纳米粒子加入到普通机油中进行抗磨减摩实验，结果发现：铜纳米粒子表现出良好的抗磨性能，可以明显降低摩擦副的磨损量，如果同时添加铜纳米粒子和分散剂，可以进一步改善油品的抗磨性能；对于摩擦系数，在只添加铜纳米粒子时摩擦系数与基础油相比略有增加。分析其原因可能是由于铜纳米粒子在基础油中分散不均匀，使油品在摩擦副表面的吸附性变差，即油性变差。在同时添加铜纳米粒子和分散剂后，摩擦系数与基础油相比有较大幅度的减小，这是由于分散剂能使铜纳米粒子均匀分散在基础油中，使其在摩擦过程中不易聚集，从而表现出良好的摩擦学性能。试验结果见表1。
表1不同油的磨痕宽度和摩擦系数比较
周静芳[9]、刘维民等[10]采用DDP（二烷基二硫代磷酸）对铜纳米微粒进行表面修饰，解决了铜纳米微粒在油中的分散问题，合成的铜纳米微粒Cu-DDP粒径约8nm。Cu-DDP添加剂与添加剂ZDDP相比，具有更优越的抗磨和极压性能。在较低负荷下，由于摩擦表面上沉积的Cu纳米微粒较少，对表面膜性能的影响较小，S、P形成的化学反应膜
(注：基金项目：国家973计划资助项目（2007CB607606）。
作者简介：李久盛（1974-），男，副教授，2002年毕业于上海交通大学，获材料科学博士，主要从事油添加剂的合成、摩擦学机理研究和可生物降解油的开发工作，已在国内外学术期刊公开30余篇。）
起主要作用，Cu-DDP和ZDDP的摩擦学性能接近；在高负荷下，大量的Cu纳米微粒在摩擦表面沉积，并在接触区的高温高压下融熔铺展形成低剪切强度的表面膜，这时直接支撑载荷隔离基体接触的是Cu纳米微粒，由于金属Cu具有较低的剪切强度，因此在高负荷下呈现良好的减摩抗磨性。在中等负荷下Cu纳米微粒可能未能在摩擦表面熔融，同时影响到有机修饰层的成膜性能，因而摩擦学性能不佳。
夏延秋等[11]采用电弧等离子体方法制备了纳米级镍粉，镍粉呈面心立方体结构，氧化后成八面体，近似球形，粒度控制在10~50nm之间。摩擦学试验结果表明，硬颗粒镍粉的加入，其作用机理与软金属铜不尽相同，同样与传统添加剂的作用机理不一致。低速低载荷下，镍粉可能起一种类似“球轴承”的作用，使摩擦系数和磨损量处于较低值；随载荷增加或速度提高，镍粉被压扁，使摩擦系数上升，压扁的镍粉抑制了金属表面的磨损。1.2纳米金属氧化物
对于纳米金属，因其具有很高的比表面积，当温度升高时，在空气中极易发生氧化、团聚，进而在油中沉淀下来，因此研究纳米氧化物作为添加剂这一课题十分活跃。
乌学东等人[12]采用溶胶-凝胶法合成了硬脂酸修饰TiO2纳米粒子（n-TiO2）并研究了其摩擦学性质。试验结果表明，有机基团修饰的TiO2纳米粒子具有优良的抗磨、减摩能力，且减摩性能优于ZDDP。分析其作用机理认为，纳米粒子的小尺寸效应、表面效应等纳米效应引起n-TiO2熔点下降、烧结温度下降[13]。在摩擦过程中，表面局部温度高，纳米TiO2处于熔化、半熔化或烧结状态，形成一层纳米陶瓷薄膜，它的韧性、抗弯强度均大大超出一般的薄膜[14]，而纳米粒子又具有高扩散能力和自扩散能力，因此纳米TiO2粒子极可能在摩擦过程中扩散渗透到金属基体中，并且有可能与金属基体生成Fe2(TiO3)3、TiC等固溶体，从而表现出优异的抗磨减摩性能。
在此基础上，乌学东等提出了作用不再取决于添加剂中的元素是否对基体是化学活性的，而很大程度上决定于它们是否与基体组分能形成扩散层或渗透层和固溶体。这对以后的添加剂开发工作很有启发，特别是在合理的分子设计上，S、P、Cl等活性元素已不再是必要条件，这也给解决S、P、Cl所带来的环境问题提供了新的希望。
张会臣等[15]研究了ZnO纳米微粒作为油添加剂的摩擦学特性。结果表明，在油中同时加入ZnO纳米微粒和分散剂山梨醇硬脂酸酯可显著改善油品的抗磨减摩性能。其作用机理是，分散剂吸附在ZnO纳米微粒团簇表面，然后共同吸附在摩擦副表面，在剪切力的作用下，ZnO纳米微粒团簇分割成更小的单元，当载荷继续增大时，ZnO纳米微粒处于熔化或半熔化状态，从而起到降低磨损，减小摩擦的作用，其作用机理示意如图1所示。
图1氧化锌纳米微粒作为油添加剂的抗磨减摩机理示意
黄伟九等[16]制备了粒径在20~50nm范围的氧化锆粒子并考察了其摩擦学性能。结果发现，纳米氧化锆的加入能有效地提高基础油的抗磨减摩性能及承载能力，机理是在摩擦表面沉积而形成具有抗磨减摩作用的膜。陈云霞等[17]考察了纳米ZrO2薄膜的摩擦学性能和作用机制，结果发现在较低负荷和滑动速度下，其磨损机制为轻微擦伤；而在相对较高的负荷和滑动速度条件下，磨痕表面呈现塑性变形、严重擦伤和断裂剥落特征。
陈爽等[18]用油酸对PbO纳米微粒进行了表面修饰并考察了其摩擦学行为，试验结果表明，这种纳米微粒能够明显提高基础油的减摩抗磨能力，表面分析结果表明，钢球表面在摩擦过程中形成了一层富含PbO的边界膜，从而使得纳米微粒表现出良好的摩擦学性能。WenyuYe等[19]制备了用四氟苯甲酸（FA）修饰的纳米TiO2，将其添加在液体石蜡中表现出优越的抗磨和抗极压性能。
1.3纳米硫化物
S元素在边界条件下可以与摩擦表面发生反应，生成含硫的无机膜或0.15μm以上的Fe2O3-FeS化学反应膜，从而起到抗擦伤和抗烧结作用，所以含有这类活性元素的纳米粒子也得到了较多的关注。
陈爽等[20-21]研究了表面修饰PbS纳米微粒在室温下的摩擦学性能。结果表明，其在较低的浓度下即具有良好的摩擦学性能。另外还研究了二烷基二硫代磷酸(DDP)修饰PbS纳米微粒以及未修饰PbS纳米微粒从室温到773K的摩擦学行为[22]。结果表明，表面修饰的PbS纳米微粒从室温到773K均具有良好的摩擦学性能；未修饰PbS纳米微粒在773K时具有和修饰纳米微粒相近的摩擦学性能，而低于此温度时，其摩擦学性能较差。李楠等[23]考察了DDP修饰ZnS纳米微粒的抗磨行为，结果表明其在很小的添加浓度下即可明显提高基础油的抗磨能力，而且使承载能力也有所提高。
有研究发现，在油中加入少量的IF-WS2纳米材料可以极大地改善其摩擦学性能，能够显著延长汽车发动机寿命，降低耗油量[24]。Rapoport等[25-26]对比了外型为球形或近似于球形并具有嵌套中空结构的IF-WS2和IF-WoS2纳米颗粒的摩擦学性能，结果表明IF-WS2纳米颗粒具有更好的抗磨减摩性能。可以采用“第三体”模型来解释其作用机理，见图2，在摩擦过程中，当油膜的厚度小于纳米IF-WS2的尺寸时，摩擦副间的“第三体”不仅包括油和磨屑，还包括从纳米颗粒剥落下来的层状结构的碎片，这些碎片填充到摩擦表面的“凹坑”中或转化为IF膜，覆盖在基体上，起到了减摩抗磨作用。
图2IF-WS2纳米颗粒作用机理示意
1.4纳米硼化物
含硼化合物，尤其是碱金属硼酸盐具有优异的抗磨减摩性能，近年来，随着纳米技术的发展与应用，纳米硼化物作为油添加剂的应用也得到了关注[27-30]。
胡泽善等[31]采用二氧化碳超临界干燥技术制备了粒径为10~20nm的硼酸铜颗粒并评价了其摩擦学性能。结果表明：纳米硼酸铜使基础油摩擦系数略有增大，同时提高了其抗磨及承载能力。分析其作用机理，首先是纳米硼酸铜颗粒沉积在摩擦表面，沉积物在摩擦剪切及极压作用下发生化学反应，生成B2O3及FeB等产物，正是这些沉积物及摩擦化学产物使油的承载能力及抗磨性能得以提高，并使其剪切应力增大。
1.5其他类型纳米添加剂
稀土元素具有4f电子特征，其化合物具有许多特殊性能。随着纳米技术的发展，许多研究者纷纷将目光投向纳米稀土三氟化物在油中的应用研究上。连亚峰等[32]对纳米稀土三氟化物的作用机理及其变化规律进行了较深入的研究。张泽抚等[33]采用微乳液法制备含氮有机物修饰的纳米LaF3，摩擦学试验表明，纳米LaF3在液体石蜡中的承载能力略低于ZDDP，抗磨性能优于ZDDP。表面分析证明，表面修饰纳米LaF3经摩擦发生了化学反应，在表面生成了含C、N有机物的物理吸附膜，含氧化镧、氟化亚铁及四氧化三铁等无机物的化学反应膜，从而形成了边界膜。
王治华等[34]、周静芳等[35]用不同的合成方法分别制备了聚苯乙烯/油酸/LaF3复合纳米颗粒和DDP表面修饰LaF3纳米颗粒，证明修饰后的LaF3纳米颗粒具有良好的抗磨性能。
由于比表面积大、表面活性较高和结构缺陷较多等特点，金刚石粉纳米颗粒具有较好的抗磨和减摩性能，在领域显示出良好的应用前景。俄罗斯利用纳米金刚石作为添加剂生产了牌号为N50A的磨合剂[36]，专门用于内燃机磨合，可使磨合时间缩短50%~90%，同时可提高磨合质量，节约燃料，延长发动机寿命。徐涛等[37]研究表明，含有纳米金刚石颗粒的油可以使摩擦副之间的摩擦系数降低，动力消耗明显减少，摩擦试验后摩擦面的表面硬度提高，摩擦副的磨损下降，且随着载荷的增加，其耐磨效果尤为显著。
2展望
纳米材料独特的结构使其具有奇特而优异的摩擦学性能，以这些纳米粒子作为添加剂可使油的减摩抗磨性能得到大幅度提高，同时在节约能源和改善尾气排放等方面效果也十分突出，为解决领域中长期未能解决的难题开辟一条了新途径，其应用前景非常广阔。
同时，要促进纳米添加剂的应用，仍有许多工作需要深入研究：
（1）系统研究纳米粒子在基础油中的分散稳定机制，考察其在不同摩擦条件下所表现出的分散、团聚、沉降、粘着、消耗等行为规律，并在此基础上探索改善纳米添加剂分散稳定性的方法，如对纳米粒子进行表面修饰，将纳米粒子与分散剂复配使用等。
（2）开发合理、简单而有效的纳米材料合成技术，优化纳米粒子大规模生产制备工艺，提高纳米添加剂产品稳定性，降低其生产成本。
（3）开展基础研究，研究纳米粒子作为油添加剂的最佳粒度、应用负荷、温度、修饰剂的选择等，考察纳米添加剂与传统添加剂之间的复配规律及作用机理，为加快其推广应用提供理论指导。
（4）加强纳米添加剂在油产品的应用研究，尤其是在高档产品的开发工作中，应鼓励科研人员积极探索，运用纳米添加剂技术解决传统添加剂所难以解决的问题。
参考文献：
［1］何峰，张正义，肖耀福，等.新一代剂――超细金属粉固体剂［J］.与密封，1997(5)：65-66.
［2］李长华.俄罗斯的纳米级超微细粉末材料［J］.材料导报，1995，9（2）：75-76.
［3］张立德.纳米材料和纳米结构［M］.北京：科学出版社，2001:112.
［4］夏延秋，乔玉林.纳米粒子在摩擦学领域的应用发展现状［J］.沈阳工业大学学报，2002，24（4）：279-282.
［5］BahadurS，GongDeli，AndereggJW.TheInvestigationoftheActionofFillersbyXPSStudiesoftheTransferFilmsofPEEKandItsCompositesContainingCuSandCuF2［J］.Wear，1993，160（1）：131-138.
［6］BirringerR，GletterH，KleinHP.ClassificationofNanometerMaterialsandItsBasis［J］.PhysLett，1984，102A：365-369.
［7］孙昂，严立.纳米级金属粉改善油摩擦学性能［J］.大连海事大学学报，2003，29（1）：99-101.
［8］于立岩，崔作林.铜纳米粒子对油摩擦磨损性能的影响［J］.青岛化工学院学报，2002，（23）3：33-35.
［9］周静芳，张治军，王晓波，等.油溶性铜纳米微粒作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能研究［J］.摩擦学学报，2000，20（2）：123-126.
［10］刘维民，薛群基，周静芳，等.纳米颗粒的抗磨作用及作为磨损修复添加剂的应用研究［J］.中国表面工程，2001，14（3）：21-24.
［11］夏延秋，冯欣.纳米级镍粉改善油摩擦磨损性能的研究［J］.沈阳工业大学学报，1999，21（2）：101-103.
［12］乌学东，王大璞，张信刚，等.表面修饰纳米粒子的摩擦学性能［J］.上海交通大学学报，1999，33（2）：224-228.
［13］HahnH，LogasJL，AverbackRS.SinteringCharacteristicsofNano-CrystallineMaterials［J］.JournalofMaterialResearch，1990，5（3）：609-614.
［14］MelendresCA，NarayansamyA.StudyofNanophaseTitaniaGrainBoundariesbyRamanSpectroscopy［J］.JournalofMaterialResearch，1989（4）：1246-1250.
［15］张会臣，佘云川，刘世永，等.ZnO纳米微粒作为油添加剂的摩擦学作用机理［J］.机械科学与技术，2003，22（3）：468-471.
［16］黄伟九，彭成允，王应芳，等.纳米ZrO2作为油添加剂的摩擦学性能研究［J］.湘潭矿业学院学报，2001，16（4）：28-32.
［17］陈云霞，刘维民.溶胶-凝胶法制备的ZrO2薄膜的摩擦学性能研究［J］.摩擦学学报，2001，21（4）：374-379.
［18］陈爽，刘维民，欧忠文，等.油酸表面修饰PbO纳米微粒作为油添加剂的摩擦学性能研究［J］.摩擦学学报，2001，21（5）：344-348.
［19］WenyuYe，TiefengCheng，QingYe，etal.，PreparationandTribologicalPropertiesofTetrafluorobenzoicAcidModifiedTiO2NanoparticlesasLubricantAdditivesAdditives［J］.MaterialsScience&EngineeringA，2003，359：82-85.
［20］陈爽，刘维民.表面修饰PbS纳米微粒的合成及其抗磨性［J］.摩擦学学报，1997，17(3)：260-262.
［21］ShuangChen，WeiminLiu，LaiguiYu.PreparationofDDP-CoatedPbSNanoparticlesandInvestigationoftheAntiwearAbilityofthePreparedNanoparticlesasAdditiveinLiquidParaffin［J］.Wear，1998，218：153-158.
［22］陈爽，刘维民.温度对PbS纳米微粒摩擦学性能的影响［J］.摩擦学学报，1999，19(2)：169-173.
［23］李楠，陈爽.DDP表面修饰ZnS纳米微粒作为油添加剂的SEM研究［J］.周口师范高等专科学校学报，2001，18（5）：10-13.
［24］RapoportL，FeldmanY，HomyonferM,etal.InorganicFullerene-LikeMaterialasAdditivestoLubricants：Structure-FunctionRelationship［J］.Wear，1999，225：975-982.
［25］LRapoport，VLeshchinsky，ILapsker，etal.TribologicalPropertiesofWS2NanoparticlesUnderMixedLubrication［J］.Wear，2003，255：785-793.
［26］LRapoport,VLeshchinsky,MLvovsky,etal.SuperiorTribologicalPropertiesofPowderMaterialswithSolidLubricantNanoparticles［J］.Wear，2003，255：794-800.
［27］叶毅，董浚修，陈国需，等.纳米硼酸盐的摩擦学特性初探［J］.与密封，2000（4）：20-21.
［28］邓小桅，蒋松，程西云，等.硼酸镧纳米添加剂对摩擦副抗咬死性能影响的研究［J］.机械工艺师，2000（6）：16-17.
［29］程西云，蒋松，邓小桅，等.纳米硼酸镧添加剂的摩擦学性能研究［J］.机械科学与技术，2001，20（3）：438-440.
［30］叶毅，董浚修，陈波水，等.纳米硼酸镧对油抗磨性能的影响［J］.与密封，2002（2）：23-26.
［31］胡泽善，王立光.纳米硼酸铜颗粒的制备及其用作油添加剂的摩擦学性能［J］.摩擦学学报，2000，20（4）：292-295.
［32］连亚峰，党鸿辛.稀土元素的摩擦学研究发展状况［J］.摩擦学学报，1993，13(2)：183-190.
［33］张泽抚，刘维民，薛群基，等.含氮有机物修饰的纳米三氟化镧的摩擦学性能研究［J］.摩擦学学报，2000，20（3）：217-219.
［34］王治华，周静芳，张治军，等.聚苯乙烯/油酸/氟化镧复合纳米微球的制备、表征及抗磨性能［J］.功能高分子学报，2002，15（3）：291-295.
［35］周静芳，张治军，刘维民，等.纳米颗粒的抗磨作用及作为磨损修复添加剂的应用研究［J］.中国表面工程，2001，14（3）：21-25.
［36］夏延秋，乔玉林.纳米粒子在摩擦学领域的应用发展现状［J］.沈阳工业大学学报，2002，24（4）：279-282.
［37］XuT，ZhaoJ，XuK，etal.StudyontheTribologicalPropertiesofUltradispersedDiamondContainingSootasanOilAdditive［J］.TribologyTransaction，1997，40（1）：178-182.
）
RESEARCHSTATUSANDDEVELOPMENTTRENDOFNANOPARTICLESASLUBRICATINGOILADDITIVES
LIJiu-sheng,ZHANGLi,WANGHui-dong
(PetroChinaLanzhouLubricatingOilR&DInstitute,Lanzhou730060，China)