Wprowadzenie: Koncepcja nano to rok 1959, a Nagrod? Nobla przedstawi? w przemówieniu Richard Feynman. W swoim przemówieniu ?Na dole jest du?o miejsca” wspomnia?, ?e ludzie mog? tworzy? maszyny mniejsze ni? ich rozmiar za pomoc? maszyn makroskopowych, a ta mniejsza maszyna mo?e wytwarza? mniejsze maszyny, osi?gaj?c w ten sposób skal? molekularn? krok po kroku. Oznacza to, ?e sprz?t produkcyjny jest stopniowo redukowany, a na końcu atomy s? uk?adane bezpo?rednio zgodnie z ?yczeniem i produkty s? wytwarzane. Przewidywa?, ?e chemia stanie si? problemem technicznym polegaj?cym na dok?adnym umieszczaniu atomów jeden po drugim zgodnie z ?yczeniami ludzi. To najwcze?niejszy pomys? z nowoczesnymi koncepcjami nano. Pod koniec lat 80. i na pocz?tku lat 90. wa?ne narz?dzie do charakteryzowania skali nanometrycznej, skaningowa mikroskopia tunelowa (STM) i mikroskopia si? atomowych (AFM), bezpo?rednie narz?dzie do zrozumienia materia?ów w nanoskali i nano?wiatach, znacznie u?atwi?y zrozumienie struktury materii i relacji mi?dzy struktur? a natur?, pojawi?a si? terminologia nanotechnologiczna i powsta?a nanotechnologia.

W rzeczywisto?ci nano jest tylko jednostk? d?ugo?ci, 1 nanometr (nm) = 10 i ujemny 3 razy kwadratowy mikron = 10 i ujemny 6. milimetr mocy (mm) = 10 i minus 9 razy metr kwadratowy (m) = 10A. Nanonauka i technologia (Nano-ST) to nauka i technologia, która bada prawa i interakcje uk?adów sk?adaj?cych si? z substancji o wielko?ci 1-100 nm i mo?liwych problemów technicznych w praktycznych zastosowaniach.

Nano jest jednostk? miary, 1 nm to milionowa cz??? milimetra, czyli 1 nanometr, czyli miliardowa cz??? metra, a atom ma oko?o 0,1 nm. Nanomateria?y to nowy rodzaj bardzo drobnego materia?u sta?ego z?o?onego z nanocz?stek o wielko?ci od 1 do 100 nm. Nanotechnologia to badanie i badanie substancji i materia?ów na maleńkich strukturach poni?ej 100 nm, czyli nauka i technologia wytwarzania substancji z jednym atomem lub cz?steczk?.

Nanocz?stki to grupy atomowe lub grupy cz?steczek sk?adaj?ce si? z ma?ej liczby atomów i cz?steczek. Powierzchnia du?ej cz??ci jest pierwotnie warstw? amorficzn?, bez d?ugich procedur ani krótkich procedur: wewn?trz cz?stek znajduje si? dobrze krystalizowana warstwa. Okresowo rozmieszczone atomy, ale ich struktura ró?ni si? od ca?kowicie d?ugiej struktury programowej próbki kryszta?u. To ta specjalna struktura nanocz?stek prowadzi do pojedynczych efektów powierzchniowych, efektów ma?ych rozmiarów, efektów wielko?ci kwantowych, efektów tunelowania kwantowego nanocz?stek, a zatem w?a?ciwo?ci fizycznych i chemicznych wielu nanomateria?ów innych ni? konwencjonalne materia?y.

Efekt powierzchniowy nanomateria?u, to znaczy stosunek liczby atomowej do ca?kowitej liczby atomowej nanocz?stki wzrasta wraz ze spadkiem wielko?ci nanocz?stki, a tak?e zwi?ksza si? energia powierzchniowa i napi?cie powierzchniowe cz?stki, co powoduje zmian? w?a?ciwo?ci nanometru. Na przyk?ad powierzchnia w?a?ciwa SiC o wielko?ci cz?stek 5 nm wynosi a? 300/12 / g; podczas gdy pole powierzchni tlenku nano-cyny zmienia si? bardziej w zale?no?ci od wielko?ci cz?stek, a pole powierzchni w?a?ciwej przy 10 llfl wynosi 90,3 m2 / g, w porównaniu z 5 nm. Pole powierzchni wzros?o do 181 m2 / g, a gdy rozmiar cz?stek by? mniejszy ni? 2 nm, pole powierzchni w?a?ciwej skoczy?o do 450 m2 / g. Tak du?a powierzchnia w?a?ciwa znacznie zwi?ksza liczb? atomów na powierzchni. ?rodowisko pola krystalicznego i energia wi?zania tych atakuj?cych atomów s? inne ni? atomów wewn?trznych. Istnieje wiele wad i wiele zwisaj?cych wi?zań, które maj? wysokie w?a?ciwo?ci nienasycone, co sprawia, ?e atomy te mo?na ?atwo ??czy? z innymi atomami. Jest stabilny i ma wysok? reaktywno?? chemiczn?.

Ponadto energia powierzchniowa wysoce aktywowanych nanocz?stek jest równie? wysoka, a powierzchnia w?a?ciwa i pole powierzchni mog? sprawi?, ?e nanocz?stki b?d? silnie reaktywne chemicznie. Na przyk?ad metalowe nanocz?steczki mog? pali? si? w powietrzu. Niektóre nanocz?steczki tlenku s? nara?one na atmosfer? i adsorbuj? gazy i reaguj? z nimi. Ponadto nanomateria?y maj? nowe w?a?ciwo?ci optyczne i elektryczne ze wzgl?du na pierwotne zniekszta?cenie powierzchni nanocz?stek, co równie? powoduje zmiany w konformacji spinów elektronowych na powierzchni i potencjale energii elektronowej. Na przyk?ad niektóre nanocz?steczki tlenku i azotku maj? dobry efekt absorpcji i emisji promieni podczerwonych i maj? dobry efekt ochronny dla promieni ultrafioletowych.

Gdy rozmiar najdrobniejszych cz?stek jest równy lub mniejszy od rozmiaru cechy fizycznej, takiego jak d?ugo?? fali fali ?wietlnej, d?ugo?? fali De Broglie oraz d?ugo?? koherencji lub g??boko?? transmisji stanu nadprzewodz?cego, okresowe warunki brzegowe b?d? wynosi? zniszczone, d?wi?kowe, lekkie, elektromagnetyczne, termodynamiczne itp. Funkcje przedstawi? nowy efekt wielko?ci. Na przyk?ad absorpcja ?wiat?a znacznie wzrasta i powoduje przesuni?cie cz?stotliwo?ci rezonansu plazmonowego piku absorpcji; magnetyczny stan uporz?dkowany jest w stanie nieuporz?dkowanym magnetycznie, a faza nadprzewodz?ca jest przekszta?cana w faz? normaln?; widmo fononowe zosta?o zmienione. Te niewielkie efekty nanocz?stek s? praktyczne

Rozszerzone nowe obszary. Na przyk?ad srebro ma temperatur? topnienia 900'C, a temperatur? topnienia nanosrebra mo?na obni?y? do 100°C, co zapewnia nowy proces dla przemys?u metalurgii proszków. Wykorzystuj?c w?a?ciwo?ci zmiany wielko?ci cz?stek cz?stotliwo?ci rezonansowej plazmonów, przemieszczenie kraw?dzi absorpcji mo?na kontrolowa? poprzez zmian? rozmiaru cz?stek, a nanomateria? absorpcji mikrofalowej o okre?lonej szeroko?ci pasma mo?e by? wytwarzany do ekranowania fal elektromagnetycznych, samolotów stealth i tak jak.

Gdy rozmiar cz?stek spada do pewnej warto?ci, poziom energii elektronów w pobli?u poziomu Fermiego zmienia si? z quasi-ci?g?ego na dyskretny poziom energii. Relacja jest nast?puj?ca:

Gdzie: ￡ to odst?p mi?dzy poziomami energii; E oznacza poziom Fermiego; N jest ca?kowit? liczb? elektronów. Obiekty makroskopowe zawieraj? nieskończon? liczb? atomów (tj. Liczb? zawartych elektronów, N), a wi?c 0, to znaczy odst?p energetyczny du?ych cz?stek lub obiektów makroskopowych wynosi prawie zero; podczas gdy nanocz?stki zawieraj? ograniczon? liczb? atomów, a warto?? N jest niewielka, co powoduje pewn? warto?? poziomu energii jest podzielona. Widmo energii elektronów metalu sypkiego jest quasi-ci?g?ym pasmem energii. Gdy odst?py mi?dzy poziomami energii s? wi?ksze ni? energia cieplna, energia magnetyczna, energia magnetostatyczna, energia elektrostatyczna, energia fotonów lub nadprzewodnikowa energia skondensowana, nale?y wzi?? pod uwag? efekt kwantowy, który prowadzi do nanocz?stki. W?a?ciwo?ci magnetyczne, optyczne, akustyczne, termiczne, elektryczne i nadprzewodz?ce ró?ni? si? znacznie od w?a?ciwo?ci makroskopowych, zwanych efektami wielko?ci kwantowej.

Fizyczne skutki nanomateria?ów obejmuj? w?a?ciwo?ci magnetyczne i optyczne.

?rednica nanomateria?u jest niewielka, a materia? sk?ada si? g?ównie z wi?zań jonowych i wi?zań kowalencyjnych. W porównaniu z kryszta?ami, zdolno?? absorpcji ?wiat?a jest zwi?kszona, pokazuj?c cechy szerokiego pasma cz?stotliwo?ci, siln? absorpcj? i niski wspó?czynnik odbicia. Na przyk?ad, chocia? ró?ne metale blokowe maj? ró?ne kolory, wszystkie metale wydaj? si? czarne, gdy s? rafinowane do cz?stek w rozmiarze nano; niektóre obiekty wykazuj? tak?e nowe zjawiska luminescencji, takie jak sam krzem, który nie jest o?wietlaj?cy, jednak nanokrzem ma zjawisko luminescencji.

Z powodu ma?ej ?rednicy nanomateria?ów atomy i cz?steczki s? bardziej ods?oni?te, rz?dy magnetyczne s? bardziej losowe i bardziej nieregularne, a zatem nanomateria?y s? superparamagnetyczne.

Chemiczne dzia?anie nanomateria?ów obejmuje adsorpcj? i kataliz?.

Nanomateria?y maj? du?? powierzchni? w?a?ciw?. To sprawia, ?e ma silniejsze w?a?ciwo?ci adsorpcyjne dla innych substancji.

Nanomateria?y mog? by? stosowane jako katalizatory szkolnictwa wy?szego. Ze wzgl?du na ma?y rozmiar nanocz?stek procent obj?to?ciowy powierzchni jest du?y, stan wi?zania i stan elektroniczny powierzchni ró?ni? si? od wn?trza cz?stek, a koordynacja atomowa powierzchni jest niepe?na, co prowadzi do wzrostu w aktywnej pozycji powierzchni, co sprawia, ?e ma ona podstawowe warunki jako katalizator. . Istniej? trzy g?ówne aspekty roli nanomateria?ów jako katalizatorów:

(1) zmiana szybko?ci reakcji i poprawa wydajno?ci reakcji;

(2) Okre?li? drog? reakcji i mie? doskona?? selektywno??, tak? jak tylko uwodornienie i odwodornienie, bez rozk?adu uwodornienia i odwodnienia;

(3) Obni? temperatur? reakcji. Na przyk?ad katalizator wytworzony przy u?yciu bardzo drobnych cz?stek Ni i stopu Cu-mon o ?rednicy cz?stek mniejszej ni? 0,3 nm jako g?ównego sk?adnika mo?e sprawi?, ?e wydajno?? uwodornienia materii organicznej b?dzie 10 razy wi?ksza ni? w przypadku konwencjonalnego katalizatora niklowego; ultradrobny proszek PL i proszek WC. Jest to bardzo wydajny katalizator uwodornienia; ultradrobny Fe, Ni i Fe02, mieszany lekki spiekany korpus mo?e zast?pi? metal szlachetny jako samochodowy ?rodek oczyszczaj?cy gazy spalinowe; bardzo drobny proszek Aug mo?e by? stosowany jako katalizator utleniania acetylenu.

Istnieje wiele sposobów przygotowania nanomateria?ów. W zale?no?ci od tego, czy zachodzi oczywista reakcja chemiczna podczas procesu przygotowania, mo?na j? podzieli? na metody przygotowania fizycznego i metody przygotowania chemicznego. Metody przygotowania fizycznego obejmuj? metod? mechanicznego mielenia, metod? udarno?ci na sucho, metod? mieszania i metod? odparowywania w wysokiej temperaturze; a metoda przygotowania chemicznego obejmuje metod? zol-?el, metod? str?cania i metod? odparowywania rozpuszczalnika.

W?a?nie ze wzgl?du na te szczególne w?a?ciwo?ci nanocz?stek stanowi podstaw? ich szerokiego zastosowania. Na przyk?ad nanocz?stki maj? specjaln? odporno?? na promieniowanie UV, absorpcj? ?wiat?a widzialnego i promieni podczerwonych, dzia?anie przeciwstarzeniowe, wysok? wytrzyma?o?? i wytrzyma?o??, dobre efekty ekranowania elektrycznego i elektrostatycznego, silne dzia?anie dezodoryzuj?ce przeciwbakteryjne i zdolno?? adsorpcji i tym podobne. Dlatego ??cz?c nanocz?stki spe?niaj?ce te specjalne funkcje z surowcami tekstylnymi, mo?na wytwarza? nowe surowce tekstylne, nanopaste i poprawia? funkcje tkanin.

Tak zwane w?ókno anty-ultrafioletowe odnosi si? do w?ókna, które ma silne w?a?ciwo?ci poch?aniania i odbijania ?wiat?a ultrafioletowego. Zasad? przygotowania i przetwarzania jest zazwyczaj dodanie materia?u os?aniaj?cego promieniowanie ultrafioletowe do mieszanego w?ókna i obróbka w celu poprawy absorpcji i odbicia promieni ultrafioletowych przez w?ókno. umiej?tno??. Substancje, które mog? blokowa? promienie ultrafioletowe, odnosz? si? tutaj do dwóch rodzajów, to znaczy substancji odbijaj?cych promienie ultrafioletowe, które s? zwykle nazywane ?rodkami os?aniaj?cymi promieniowanie ultrafioletowe i maj? siln? selektywn? absorpcj? promieni ultrafioletowych i mog? przeprowadza? konwersj? energii w celu zmniejszenia ilo?ci przenikania tego. Substancja, zwana zwykle absorbentami UV. ?rodki do ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym zwykle wykorzystuj? niektóre proszki tlenku metalu, a w kraju i za granic? istnieje wiele odmian absorberów UV. Powszechnie stosowane s? zwi?zki salicylanowe, zwi?zki chelatuj?ce jony metali, benzofenony i benzotriazole. . Niewielk? ilo?? nano-TiO2 dodaje si? do w?ókna syntetycznego, stosuj?c doskona?e w?a?ciwo?ci absorpcji ?wiat?a przez nanocz?stki. Poniewa? mo?e chroni? du?? ilo?? promieni ultrafioletowych, wykonane z nich ubrania i artyku?y blokuj? promienie ultrafioletowe i maj? dzia?anie pomocnicze w zapobieganiu chorobom skóry i chorobom skóry spowodowanym absorpcj? promieniowania ultrafioletowego.

Niektóre cz?stki metalu (takie jak cz?steczki nanosrebra, cz?steczki nano-miedzi) maj? okre?lone w?a?ciwo?ci bakteriobójcze i s? ??czone z w?óknem chemicznym w celu wytworzenia w?ókien antybakteryjnych, które maj? silniejsze dzia?anie przeciwbakteryjne i wi?ksz? zmywalno?? ni? ogólne tkaniny przeciwbakteryjne. cz?stotliwo??. Na przyk?ad bardzo drobny proszek antybakteryjny opracowany przez National Ultrafine Powder Engineering Center mo?e nadawa? produktom ?ywicznym dzia?anie przeciwbakteryjne i hamowa? ró?ne bakterie, grzyby i ple?nie. Rdzeń proszku przeciwbakteryjnego mo?e by? nanocz?stk? siarczanu baru lub tlenku cynku, powleczon? srebrem dla dzia?ania przeciwbakteryjnego i otoczon? tlenkiem miedzi i krzemianem cynku, aby by?y odporne na grzyby. Dodaj?c 1% tego proszku do b?onnika tajwańskiego, mo?na uzyska? w?ókno antybakteryjne o dobrej zdolno?ci do prz?dzenia.

Niektóre proszki ceramiczne w nanoskali (takie jak monokryszta?y tlenku cyrkonu, proszki ceramiczne z ujemnymi jonami tlenu w dalekiej podczerwieni) s? rozpraszane w roztworze prz?dzenia ze stopu, a nast?pnie prz?dzone we w?ókna. W?ókno to mo?e skutecznie poch?ania? energi? zewn?trzn? i emitowa? promienie dalekiej podczerwieni, które s? takie same jak widmo biologiczne ludzkiego cia?a. Ta fala promieniowania podczerwonego jest nie tylko ?atwo absorbowana przez organizm ludzki, ale ma równie? siln? si?? przenikania. Mo?e wnika? g??boko w skór? i powodowa? g??boki rezonans skóry, aby wywo?a? efekt rezonansu. Aktywuje komórki biologiczne, wspomaga kr??enie krwi, wzmacnia metabolizm i poprawia.

Opieka zdrowotna, taka jak regeneracja tkanek.

Sam nanomateria? ma cechy super silnej, wysokiej twardo?ci i wysokiej wytrzyma?o?ci. Po zintegrowaniu z w?óknem chemicznym, w?ókno chemiczne b?dzie mia?o wysok? wytrzyma?o??, wysok? twardo?? i wysok? wytrzyma?o??. Na przyk?ad nanorurki w?glowe s? stosowane jako dodatki kompozytowe i maj? du?e perspektywy rozwoju w materia?ach w?ókienniczych stosowanych w lotnictwie, oponach samochodowych i innych materia?ach technicznych.

Niektóre nanomateria?y (takie jak nanorurki w?glowe) maj? dobre w?a?ciwo?ci poch?aniaj?ce i mo?na je stosowa? do dodawania ?wiat?a do w?ókna tekstylnego. Nanomateria?y maj? szerokie pasmo, siln? absorpcj? i niski wspó?czynnik odbicia fal ?wietlnych, dzi?ki czemu w?ókna nie odbijaj? ?wiat?a. S?u?y do wykonywania specjalnych tkanin antyrefleksyjnych (takich jak niewidoczne dla wojska).

Dodanie nanomateria?ów metalowych lub nanomateria?ów w?glowych w procesie prz?dzenia w?ókien chemicznych mo?e sprawi?, ?e prz?dzone w?ókna b?d? mia?y w?a?ciwo?ci antystatyczne i odporne na dzia?anie mikrofal. Na przyk?ad nanorurki w?glowe s? bardzo doskona?ym przewodnikiem elektrycznym. Ich przewodnictwo jest lepsze ni? miedzi. Jest stosowany jako dodatek funkcjonalny do stabilnego rozproszenia w roztworze prz?dzalniczym z w?ókien chemicznych. Mo?na go wytwarza? przy ró?nych st??eniach molowych. W?ókno i tkanina o dobrej przewodno?ci elektrycznej lub w?a?ciwo?ciach antystatycznych.

Wysoko dielektryczne w?ókna izolacyjne mo?na uzyska? przez dodanie nano-SiO2 do w?ókna syntetycznego. W ostatnich latach, wraz z ci?g?ym rozwojem urz?dzeń komunikacyjnych i gospodarstwa domowego, korzystanie z telefonów komórkowych, telewizorów, komputerów, kuchenek mikrofalowych itp. Staje si? coraz bardziej powszechne. Pola elektromagnetyczne istniej? wokó? ca?ego sprz?tu elektrycznego i przewodów, a fale elektromagnetyczne s? na sercu cz?owieka, nerwach i kobietach w ci??y. Wp?yw p?odu ma wyra?ny wniosek. Wed?ug doniesień wymieniono Stany Zjednoczone, Japoni?, Kore? Po?udniow? i inn? odzie? przeciw falom elektromagnetycznym, a tak?e prowadzone s? krajowe badania nad wykorzystaniem nanomateria?ów do wytwarzania w?ókien fal przeciwelektromagnetycznych.

Ró?ne w?a?ciwo?ci nanoskali lub ultradrobnych materia?ów s? wykorzystywane w poszczególnych w?óknach funkcjonalnych. Opracowanie w?ókien ultrazawieszonych przy u?yciu materia?ów o wysokim ci??arze w?a?ciwym, takich jak w?glik wolframu, takich jak ?XY-E” firmy Toray Industries, ?July” firmy Asahi Kasei Corporation i ?Pyramidal” firmy Toyobo Co., Ltd.; i opracowa? nieprzezroczyste w?ókna wykorzystuj?c w?a?ciwo?ci refrakcyjne Ti02. Japońska firma Unijica wykorzystuje metod? prz?dzenia kompozytowego z rdzeniem os?onowym. Kora i warstwa rdzenia zawieraj? ró?ne ilo?ci TiO2, aby uzyska? w?ókno poliestrowe o dobrej nieprzezroczysto?ci. W?ókno fluorescencyjne jest opracowywane przy u?yciu jasno?ci glinianu baru i glinianu wapnia. Podstawowa japońska firma zajmuj?ca si? chemikaliami specjalnymi opracowa?a materia? do przechowywania ?wiat?a, którego g?ównymi sk?adnikami s? glinian baru i glinian wapnia, a czas spoczynku mo?e si?ga? ponad 10 godzin; niektóre podwójne sole metali, zwi?zki metali przej?ciowych ulegaj? przemianie krystalicznej w wyniku zmian temperatury. Lub zmiana koloru geometrii ligandu lub krystalizacja ?wody” wody, wykorzystanie jej odwracalnych w?a?ciwo?ci termochromowych do opracowania w?ókien zmieniaj?cych kolor; Firma Mitsubishi Rayon Company stosuje dodatek koloidalnego w?glanu wapnia w poliestrze, aby uzyska? wydr??enie. W?ókna s? poddawane redukcji alkaliów, aby utworzy? mikropory na w?óknach, a w?ókna maj? dobre w?a?ciwo?ci higroskopijne.

Nauka o nanomateria?ach to nowy punkt wzrostu dyscypliny, który powstaje ze skrzy?owania fizyki atomowej, fizyki materii skondensowanej, chemii koloidów, chemii cia?a sta?ego, chemii koordynacji, kinetyki reakcji chemicznych, nauki o powierzchni i interfejsie. Istnieje wiele nieznanych procesów i nowych zjawisk zwi?zanych z nanomateria?ami, które trudno wyja?ni? tradycyjn? teori? chemii fizycznej. W pewnym sensie post?p badań nad nanomateria?ami popchnie wiele dyscyplin w dziedzinie fizyki i chemii na nowy poziom. W ostatnich latach, poprzez dodanie pewnych drobnych lub nanoskali proszków z materia?u nieorganicznego do tajwańskiego polimeru w?óknistego, sta? si? on popularn? metod? wytwarzania w?ókien funkcjonalnych, takich jak w?ókno dalekiej podczerwieni i przeciwzu?yciowe, poprzez prz?dzenie w celu uzyskania w?ókien o pewna specjalna funkcja. W?ókna ultrafioletowe, w?ókna magnetyczne, w?ókna nadwieszone, w?ókna fluorescencyjne, w?ókna zmieniaj?ce barw?, w?ókna antystatyczne, w?ókna przewodz?ce i wysoce higroskopijne. Dzi?ki ci?g?emu post?powi w syntezie nanomateria?ów i ulepszaniu podstawowych teorii, nanomateria?y b?d? si? rozwija? szybciej, a ich zastosowanie obejmie wiele dziedzin na ?wiecie.