纳米材料研究分析精选(九篇)

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第1篇：纳米材料研究分析范文

关键词：光催化；汽车尾气；路面；降解

Current Progress and Perspectives of Nanophotocatalysts

Applied on Pvement

Li Peilin1, Zhou Yan1

（1.Chongqing ZhiXiang Cuseway Thnology Egineering Co LTD, Chongqing 400060)

Abstract: The recent development and progress of nanophotocatalysts Applied on Pvement are reviewed. Some problems in the current study and the future trend of development are briefly analyzed. The application on bituminous pavement has many problems. It is suggested that attention of the future investigation on the nanophotocatalysts should focus on forms of application.

Key words: Photoeatalysis; Automobile Exhaust; Pavement; Degradation

中图分类号：K477文献标识码：A 文章编号：

半导体光催化技术是一门新兴的环保技术，光催化是指光催化剂吸收光后对物质所发生的光化学反应，可将光能转化为化学能，促进有机物的合成或分解，自1972年日本东京大学藤岛昭等人发现现受辐射后的TiO2 电极上能发生持续氧化还原反应以来[1]，半导体光催化研究正处于快速发展阶段，已被成功应用于工业废气废水的降解处理[2-7]。由于汽车尾气排出后首先接触的是路面，若能将光催化剂负载于路面，利用阳光净化汽车尾气中的污染物，则能成为一种新型防治汽车尾气污染的方法。

1.光催化降解汽车尾气机理分析

光催化剂在吸收光线能量后，可将吸附于表面的一氧化碳、氮氧化合物和碳氢化合物转化为二氧化碳和硝酸盐等，从而实现对汽车尾气污染物的降解。下面以二氧化钛为例介绍光催化剂对污染物的降解过程：二氧化钛受紫外线激发后生成光生电子与空穴：

光催化材料表面吸附的O2与和反应生成具有强氧化性的活性氧：

、及可与TiO2上吸附的水分子或氢氧根反应，生成，它具有强氧化性可将表面吸附的污染物彻底氧化[11-14]。白天是汽车出行的高峰期，而光催化剂在紫外光或自然光条件下催化效率更高，因此白天能够产生更好的降解效果。光催化剂降解污染物所形成的产物会吸附在催化剂表面，由于纳米光催化剂材料表面在光线作用下会生成亲水基（-OH），使表面产生超亲水性[15-17]，超亲水表面使污染物很容易被雨水冲刷干净，从而产生自清洁效应，有利于恢复材料表面催化降解功能，实现再生利用。

2.国内外研究现状

在汽车尾气污染愈发严重的今天，国内外对路面纳米光催化降解汽车尾气污染物技术展开了一系列研究。纳米光催化材料的应用形式主要借鉴了在墙体中的应用形式，掺加方式主要有三种：（1）将TiO2加入水泥中做成水泥超薄面层（2）将水溶性TiO2直接喷洒到混凝土表面（3）在水泥混凝土固化前撒TiO2。日本作为最先研究这一领域的国家，在应用方面投入了很多研究，在东京，由Kawasaki重工有限公司生产的Folium光催化剂产品已成功应用于公路路面、隧道、高速公路隔音板和收费站、建筑物外墙等，起到了光催化降解汽车排放尾气、自清洁等作用[18]。在美国，通过在混凝土表面涂刷有水泥和光催化材料混合而成的薄层，制成光催化水泥和光催化混凝土，使大气污染物如NOx、SO2分别氧化成硝酸、硫酸而随雨水排掉[19]。

室内研究表明优质TiO2可以达到对NOx200m3/m2·day和对游离有机物（VOC）60m3/m2·day的净化效率[20]。美国路易斯安那州立大学研究了纳米TiO2在水泥混凝土路面中应用时对环境的影响以及耐久性，还进一步评价了当路面受到油污、尘土以及除冰盐的影响时减污能力的下降趋势，研究表明路表污染物能使材料光催化性能产生一定程度的下降，其中油污的影响程度最大[21]。在荷兰和比利时，都开发出了添加光催化剂的混凝土砖，铺设在路面上可有效降解汽车尾气的污染[22]。

在意大利米兰用光催化剂与水泥的混合浆料涂覆了一条7000m2的马路，检测表明对空气中氮氧化合物的去除效率可达60%，长期使用后测定路面对氮氧化物的降解效率仍可达到20％以上。日本仙台使用喷洒技术在沥青路面喷洒纳米二氧化钛，由于路面形式采用的是大孔隙沥青混凝土，应用一段时间后，在路面孔隙力还能保留一部分二氧化钛，因此还能保持一定的光催化性能[23]。

目前，国内对光催化材料在道路上的应用也进行了少量研究。东南大学钱春香等人将纳米TiO2水溶液喷涂在水泥混凝土表面，实现了在水泥路面负载光催化剂。2005年3月在南京长江三桥桥北收费站广场铺设了6000 m2的光催化试验路，试验结果显示该路段对汽车尾气中的氮氧化合物有明显的消除作用。他们还对比研究了负载型纳米TiO2 应用于沥青混凝土表面和水泥混凝土表面对氮氧化物的降解作用，得出水泥混凝土负载的光催化剂具有较好的光催化功能，而沥青混合料由于TiO2不易渗透到混凝土内部，且沥青混凝土颜色较深，故光催化功能较差[18] [24]。东北林业大学陈萌等通过硅烷偶联剂改性TiO2制备了纳米光催化剂溶液，然后应用到大孔隙沥青混凝土结构表面，可实现降解汽车尾气污染物的目的[25]。

3.存在问题与展望

在道路表面应用纳米光催化材料由于其所具有的诱人的环保价值和社会价值，已经成为路面材料领域研究的热点，国内外所进行的研究表明在道路上应用光催化材料能有效降解汽车尾气中的污染物，但在研究与应用中，仍有诸多问题需要克服：

3.1光催化材料在路面上的应用形式

第2篇：纳米材料研究分析范文

关键词： 手印显现；纳米材料；发光材料；潜在手印；上转换

纳米材料是纳米技术领域中被研究最多、应用最广泛的部分.一般认为，纳米材料颗粒为1～100nm.随着纳米科技的发展，将稀土纳米发光材料应用于手印显现的相关研究已经引起了国内外研究人员的广泛关注.稀土纳米发光材料的发光强度高、光稳定性好，能够对手印显现的检测信号起到放大增强的作用，使显现后的手印和客体背景之间产生较大的对比反差，有利于提高手印显现的对比度.稀土纳米发光材料的颗粒尺寸较小、比表面积较大、粉末外观细腻，能够反映出更多的手印细微特征，有利于提高手印显现的灵敏度.稀土纳米发光材料的表面修饰方法丰富且技术成熟， 能够操控稀土纳米发光材料的表面性能， 进而调节纳米粉末与手印物质及客体之间的吸附状况，有利于提高手印显现的选择性.鉴于此，本研究采用溶剂热法合成出了性能优良的 NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料，并将其应用到传统的粉末显现技术中、对传统显现方法进行改良，使传统显现方法兼具高对比度、高灵敏度.

1 实验部分

1.1 实验试剂

氧化钇（99. 99% ）、 氧化镱（99. 99% ）、 氧化铒（99. 99% ）、 浓硝酸（ 优级纯）、 硬脂酸（ 分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、油酸（分析纯）、 氟化钠（优级纯）、 无水乙醇（分析纯）、 三氯甲烷（分析纯），实验中使用的水均为去离子水.

1.2 NaYF4： Yb，Er上转换发光纳米材料的合成

称取0.8807g氧化钇、0.3941g氧化镱和0.0383g氧化铒于烧杯中，向其中加入20mL硝酸，加热并搅拌使氧化物粉末溶解，继续加热至近干，挥发掉过量硝酸得到稀土硝酸盐粉末.将稀土硝酸盐粉末用80mL无水乙醇溶解到500mL三口烧瓶中，然后升温至78℃并回流，在磁力搅拌下向三口烧瓶中缓慢滴加20mL含1.1900g氢氧化钠的乙醇溶液，滴加时间约为30min.滴加完毕，继续恒温回流40min，得到白色悬浊液. 将悬浊液减压抽滤，用水洗涤2次、乙醇洗涤1次，滤饼在60℃干燥箱中烘干12 h.向一烧杯中加入10mL水、15mL无水乙醇和5mL油酸，搅拌后形成均一溶液.再向其中加入0.9577g 稀土硬脂酸盐前驱体和0.2099g氟化钠，混合物在超声辅助下充分搅拌.将此悬浊液转移到水热合成反应，向产中加入氯仿-乙醇混合溶剂， 离心分离产品得白色粉末.将该粉末用水-乙醇混合溶剂洗涤3次.将洗涤后的粉末放入60 ℃干燥箱，得到稀土硬脂酸盐.向一烧杯中加入10mL水、15mL无水乙醇和5mL油酸，搅拌后形成均一溶液.将此悬浊液转移到水热合成反应，离心分离产品得白色粉末.将该粉末用水-乙醇混合溶剂 洗涤3次.将洗涤后的粉末放入60℃干燥箱向中烘干12 h，得到NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料.

1.3 NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料的表征

采用TECNAI20型透射电子显微镜（TEM，美国FEI公司）观察纳米材料的尺寸形貌；采用X Pert Pro型多晶X射线衍射仪表征纳米材料的晶体结构；采用LS-55型荧光光谱仪检测纳米材料的上转换发光性能.

2 结果与讨论

2.1 NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料的表征

下图为NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料的TEM照片.可以看出，纳米材料的微观形貌为球形，尺寸均一，具有良好的单分散性.经测量，纳米颗粒的平均粒径约为70nm，其尺寸完全满足手印图1 NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料的TEM照片显现的需要.

2.2 NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料用于手印显现

粉末显现法是利用汗液、 油脂等手印遗留物质与粉末之间的吸附力，使粉末吸附于手印遗留物质表面， 从而实现潜在手印的显现.从理论上推断，将上转换发光纳米材料用于手印显现能够有效提高显现的对比度、灵敏度.本研究将NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料应用于传统粉末显现法中，并与使用市售荧光粉末的显现效果进行对比，考察手印显现的对比度、灵敏度.

2.2.1 对比度的考察

本研究分别使用NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料以及市售绿色荧光粉末对玻璃表面的潜在手印进行显现，并考查两种手印显现方法的对比度。如图 4 所示，使用上述两种粉末显现的手印都可以在各自激发光的照射下发射出明亮的绿光，乳突纹线部位与黑色客体背景之间的对比反差较大，纹线清晰连贯.以上现象说明，使用NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料和市售绿色荧光粉末，均可以明显提高手印显现的对比度.

2.2.2 灵敏度的考察

本研究分别使用NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料以及市售绿色荧光粉末对玻璃表面的潜在手印进行显现，并考查两种手印显现方法的灵敏度.使用市售绿色荧光粉末显现手印，只能观察到很小一部分汗孔特征，使用NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米粉末显现手印，能够明显观察到汗孔特征，清晰度高.以上现象说明，NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料本身细小的颗粒粒径有利于保护细微特征不被掩盖，进而使手印显现具有较高的灵敏度.

3 结论

采用溶剂热法在水-乙醇-油酸的混合溶剂中合成出性能优良的NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料.该上转换发光纳米材料的微观形貌为球形、单分散性较好、平均粒径约为70nm，晶体结构为六方NaYF4晶型，在980nm红外光的激发下能够发射出较强的绿光。将NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料成功用于常见光滑非渗透性客体以及某些渗透性客体表面汗潜手印的粉末法显现，该显现方法除了具备传统粉末显现法操作简便、省时高效、适用性广等优点外，还具有灵敏度高、对比度强等一系列优点.使用NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料显现的手印纹线清晰连贯、细节特征明显、对比反差强烈，鉴定价值较高.因此，本研究中合成的NaYF4：Yb，Er上转换发光纳米材料在很多真伪鉴别实践中具有广阔的应用前景.

参考文献

[1] 詹求强，刘静，赵宇翔，等.多光子发光的稀土上转换纳米颗粒在生物光子学中的研究进展[J].激光生物学报，2013，22（1）：13-25

第3篇：纳米材料研究分析范文

1．1纳米材料的鉴别和表征

目前，由于不断有研究工作揭示出与纳米材料相关的风险。企业为规避监管，可能不会宣称其产品使用了纳米材料或者在产品的生产过程中应用了纳米技术。因为国家食品药品监督管理总局早在2006年就将纳米产品从Ⅱ类升级为Ⅲ类，并对其安全性和有效性进行审慎的考察。因此，企业并不以纳米技术作为其产品的主要宣传点，在这类情况中，由于纳米物质具有某些优异性能，或者在生产工艺中需要采用纳米技术，从而可能产生一批没有贴纳米标签的，实质上的纳米产品。对于此类产品，在技术审评工作中，首先要求审评人员具备一定的专业知识，能够从企业递交的注册资料中准确判断产品中是否有纳米物质成分，或者在生产中采用了纳米技术。为了准确鉴别医疗器械中是否使用了纳米材料，证明等同性非常重要。化学成分的相似性并不足以证明纳米材料的等同性，因为纳米材料是否呈现出特定性质可能取决于纳米材料的化学成分和形状，和(或)纳米材料的来源(供货方)。当判定了产品确实是纳米产品之后，对于其安全性和有效性的把握，需要具备必要的纳米表征手段知识。对含有纳米材料的医疗器械的生物学效应的试验和评价要求对纳米材料进行全面表征。因为纳米材料的毒性，不仅取决于其化学成分，也与其粒度(粒度分布)、长径比、形状、表面形貌、表面电势、表面化学、亲水(疏水性)、团聚(聚集)态等因素密切相关。因此，对于某些产品，可能需要根据扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、电感耦合等离子质谱等表征手段所获得的图像和数据来判断其安全性和有效性。应该根据纳米材料的类型和形式，以及器械的预期用途来选取表征方法。对特定物理化学参数的表征通常可采取多种方法。单一的表征方法可能无法提供对于参数的准确评估(例如:粒度分布、表面成分)。在该类情况下，如果可行，可能需要采取补充方法来对需要表征的性质进行充分评估，即采用两种独立的表征方法。需要特别注意的是，用不同的方法获取的有关特定性质的结果不能直接进行对比。例如，正如指导性文件所指出的，对于粒径测定，应至少采用两种显微镜技术(例如:透射电镜和激光扫描共聚焦显微镜)。为了对使用纳米技术的医疗器械进行可靠的表征，需要毒理学、物理学、化学、工程学和其他专业领域的专家之间的跨专业合作。

1．2纳米材料剂量

用于毒理学研究的剂量水平通常是以质量浓度为基础。然而，纳米材料的多个属性可能会影响其毒理性质。普遍认为，除了质量浓度以外，还应使用包括表面积和数量浓度在内的其他参数来充分表征纳米材料剂量。在确定用于纳米材料体外研究的毒理学相关的剂量时，应该考虑可分沉淀物的可能性。小纳米颗粒(例如:水动力学直径＜40nm)与培养细胞层之间的接触主要取决于扩散和对流力。由于沉降力的额外影响，在细胞培养基中形成的稍大的纳米材料和纳米材料聚集体的沉淀速度更快。这些因素，以及与蛋白质和培养基其他成分的相互作用，可能会影响直接接触培养细胞的颗粒的数量。应该根据具体情况评价可分沉淀物出现的可能性。若有必要，应开展对于体外细胞剂量的分析性或计算性评估。目前，对介质中的剂量(分散/溶液浓度)或实际的纳米颗粒细胞摄入/接触量是否应该被用于剂量本身的表达还存在争议。

1．3纳米材料参照样品

试验结果的可靠性在一定程度上取决于是否可获得适合的参照样品。参照样品指拥有一项或多项特性参数、具有足够可重复性的已经确认的材料。可利用该材料或物质对仪器进行校准，评估测量方法或为材料赋值。纳米尺度参照样品的最初研发重点在于将其用于校准试验仪器，而不是作为生物响应基准进行参照样品研发。开发一种广泛接受的参照样品，包括在适合不同的试验系统的阳性对照与阴性对照纳米颗粒方面达成共识，已经成为纳米材料风险评估的一个关键性要求。虽然参照样品对于评估医疗器械中应用的纳米材料至关重要，但是因为存在实际困难，研发进度还是很慢。认识到纳米材料代表性样本的可用性对于纳米物质安全试验的可重复性和可靠性至关重要。ISO/TC229nm技术委员会已提出使用“代表性试验材料”，并且正对其进行讨论。代表性试验材料的拟议定义为“来自同一批的物质，在其一个或多个特定性质方面具有同质性和稳定性，被认为适合于开发用于针对除已表现出的同质性和稳定性以外的性质的试验方法”。目前这种方法已被应用于OECD人造纳米材料工作组的纳米材料安全性试验合作项目，该项目使用欧洲委员会联合研究中心代表性纳米材料库中的代表性纳米材料来进行。

1．4纳米材料样品制备

纳米材料体积小，并且其物理化学特性可能发生改变，这使得与宏观(非纳米尺度)颗粒或化学物质的试验相比，纳米材料的样品制备会遇到重大的挑战。带来挑战的因素包括能加强纳米材料反应性的表面性质;聚集或团聚颗粒的形成;纳米颗粒在通过水合作用，部分溶解或其他过程的分散中发生的转变;以及低浓度水平污染物对纳米材料的物理化学性质和毒理性质的强烈潜在影响。如同其他类型的试验样品，纳米物体有可能吸附到容器表面。因此，确认标称浓度非常重要。对于研发针对含有纳米材料的医疗器械的可靠的样品制备方案来说，必须认识到这些问题。相比于使用常规材料的医疗器械，解决这些问题也许需要极大提高直接针对样品制备的研发力度，并制定处理策略。由于其独特的表面性质，纳米材料对用于样品制备的技术表现出极强的敏感性。颗粒之间以及颗粒与周围环境之间的相互作用会影响颗粒的分散。分散的纳米材料不一定呈现单分散颗粒的形式。呈聚集形式的单分散颗粒(由强结合或强融合的颗粒组成的颗粒)和呈团聚形式的非单分散颗粒(弱结合颗粒，聚集体，或两者的混合体)可以出现在以液体、粉末和气溶胶形式出现的纳米材料中，除非通过表面电荷或立体效应进行稳定化处理。因此，样品中纳米材料的分散状态和粒度分布可能随时间变化。这一属性对于制备浸提液和(或)储存溶液和剂量分散溶液有着非常重要的意义，pH值、离子强度或分子成分的轻微调整就可能显著改变颗粒分散度。基于该原因，受试品的稳定性对于在生物评价中获取具有代表性的和可重复性的结果来说显得尤为重要。纳米材料的样品制备可能包含对于制造商生产的或供应商提供的材料的表征，以及制备用于动物试验或体外实验的储存溶液和剂量溶液。制备细节可能根据给药途径和递送方法的不同而有所差别。

1．5纳米材料对于生物相容性研究试验的影响

将纳米材料用于试验系统时，必须认识到需要测定的一些性质可能会受到周围环境的影响，并且在很大程度上依赖于周围环境(例如:组织培养基、血液/血清、蛋白质存在)。与环境的相互作用可能导致纳米材料本身发生暂时性改变，如通过获得/脱落蛋白涂层，形成纳米颗粒团聚/聚集，或纳米材料其它方面的变化。由于这样的变化可能会影响纳米材料的特性，因此会影响纳米材料的毒性特征。因此，纳米材料应完全根据制造出来的形态/组成，以及最终用户所接收的形式(如果该形式包含自由纳米材料)进行表征。最后，还应该对最终产品中的纳米材料进行评价。对于生物安全性评价，需要将纳米材料分散在适当的介质中进行评价。这些介质与纳米材料之间的相互作用可严重影响到纳米材料在试验系统中的表现。应该在试验过程和试验结果评价过程中考虑该因素。纳米物体在生物环境中很容易将蛋白质迅速吸附在其表面，形成所谓的蛋白质“冕晕”。据报道，冕晕是由两层结构组成，内层是由强结合的蛋白质组成，而外层是由快速交换的分子组成。蛋白质冕晕并不是静态的，可能根据纳米材料所处环境的不同而发生改变。作为有机体内的异物，纳米材料的归宿为从被吸收、分布、代谢到排泄/消除。众所周知，纳米材料表现出与其对应的常规材料不同的物理化学特性(力学、化学、磁学、光学或电学特性)，因此，可以合理的期望纳米尺度材料会影响生物学行为，并且生物学行为会引发在细胞、亚细胞和生物分子层面(例如:基因和蛋白质)包括细胞摄取的各种不同反应。因此，与由常规材料引发的毒理学反应所不同的各种毒理学反应可能在接触到纳米材料后才会显现。应该注意的是，不仅蛋白质会以冕晕形式参与这个过程，而且脂质也会参与这个过程。因此，毒物动力学研究应被视作针对含有纳米材料的医疗器械开展的毒理学风险评估的一个部分。当接触到生物环境的时候，纳米材料会与蛋白质发生相互作用，这种相互作用的定量和定性水平取决于生理环境的性质(例如，血液、血浆、细胞质等)和纳米材料的特性。同样，当接触到试验介质的时候，纳米材料也会与周围环境发生相互作用并且/或者也会对环境产生干扰，这取决于其本身的性质和所接触的条件;跟相应的常规材料相比，它们可能会有不同的表现。因此，对于任何被设计用来对医疗器械进行生物学评价的试验方法，对其进行专门的验证是十分有必要的。试验方法的选择将取决于纳米材料的特性。在纳米材料的毒性试验中，有几个已知的风险因素应该避免。对纳米材料的毒性和最终结局了解的还不多，所以一些未知的隐患还会在将来逐渐显露出来。由于纳米材料的毒性试验存在许多不确定性，所以公开透明变得至关重要。潜在的生物相互作用不是直接取决于分子的浓度或数量，而是取决于纳米颗粒本身。在纳米毒理学中，剂量反应关系的单位可能不是传统意义的质量单位，而可能是以纳米颗粒的数量或者他们的总表面积来表示剂量。除了表征以外，还应该以文件的形式记录下实验条件的详细情况。

2纳米材料标准化工作

第4篇：纳米材料研究分析范文

关键词 纳米材料；功能纺织品；应用与运用；研究进展分析

中图分类号：TS195 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0002-01

1 我国纳米材料与功能纺织品的发展现状分析

1）我国纳米材料的发展现状分析。随着科学技术的不断发展，微分子领域已经逐渐深入到人类的生活中，纳米技术的出现代表了人类生活的另一个里程碑，我国纳米技术在纺织行业的使用刚刚起步，纳米纺织品在防雨防水，防紫外线，耐磨等方面有着其他纺织材料不可比拟的作用，因此我国的科学家在开发纳米技术的方面一直在努力，不断开发功能性超强的纳米纺织品，为我国创造最大限度的社会经济效益，为我国的功能纺织品带来变革，不断提高纺织品的功能附加值。目前我国功能纺织品领域的纳米技术应用已经逐渐扩散，展示出十分明朗的前景。

2）我国功能纺织品的发展现状分析。纺织在我国已经具有相当长时间的历史，黄道婆发明纺织机，使我国正式走进纺织的时代，随着历史的推进，我国劳动人民的聪明才智的汇聚，我国纺织能力不断提高，由棉纺织品繁衍到丝质纺织品，当时我国纺织技艺在全世界是领先的，中国丝绸也成为了我国的代名词。走进新时代，我国人民对纺织品的需求也在不断提高，对纺织品提示出了功能方面的新要求，功能纺织品应运而生，这是我国纺织业的一个里程碑发明，能够为人民生活提供方便。

2 分析纳米材料在功能纺织品方面的应用与使用

1）加强功能纺织品的防菌防臭性能。纳米技术属于微分子技术，将天然纤维中含有锌，溴等元素的纺织原理进行纳米化处理后，进行纺织处理，可以做到各种防菌防臭的作用。在纺织过程中，将不同的原料纤维进行整理解析，构成新纳米分子，其中锌、溴等微分子就能够大大增强纺织品的细菌掉落率，或是由纳米分子进行吸附作用，将危险的细菌分子吸附到自己身上，从而做到防菌防臭的目的，这项性能为人类的清洁生活提供了无与伦比的方便。

表1 抗菌效率评定

纳米粉体浓度/g·L-1 菌落总数

（×10-4个/mL） 细菌减少率/%

0接触 培养22 h

0.25 TiO2 4.32 1.68 50.7

0.50 TiO2 0.83 0.30 82.6

0.75 TiO2 0.24 0 100.0

0.25 ZnO 2.39 1.50 40.2

0.50 ZnO 2.35 0.32 87.1

0.75 ZnO 0.17 0.02 98.6

2）加强功能纺织品的防紫外线性能。人类进行纺织工作生产纺织品的一个目的就是防范紫外线的侵犯，地球上的紫外线经过臭氧层的弱化，已经变得可以被人类接受，但是由于人类对环境的破坏，臭氧层变薄，对紫外线的防御作用减少，因此科学家研制出可以抵御紫外线的纺织品，那就是纳米纺织品。纳米纤维中有很大一部分对紫外线的吸收与反射有着得天独厚的优势，通过对这些纳米分子的活性分散，使纺织品的紫外线防御功能大大增强，目前全球对这种纳米纺织品的研究已经如火如荼。

3）加强功能纺织品的防水防油性能。纳米技术在防油防水方面有着独到的优势，众所周知，大自然中也存在着大量神奇的防水材料，比如莲叶。科学家通过分析莲叶的整体构造，并将其应用到纳米技术的防水功能改良中，研制出纤维活性极高的纺织产品，通过纺织品缝隙间的纳米材料，使得纺织品的表面在微观下形成一种不平整的状态，使得水，油不容易渗透进纺织纤维，从而达到了防水防油的目的。纳米功能强的纺织品，基本上已经做到了防水防油防污，从而出现了免洗纺织品，给人类的纺织技术带来了崭新的变革。

3 分析我国纳米材料在功能纺织品上的研究进展

1）探究纳米材料在功能纺织品中存在的问题与现象。纳米技术仍属于高精尖的技术领域，所以需要更加专业的人员队伍来进行，但是我国纳米材料研制中的最大问题就是专业人员过少，对纳米研制的深度不足。另外对于可以加入纺织生产的纳米技术没有厂家执行，或生产出的纳米服装不尽人意，导致纳米研制停滞不前，这需要制度上的改进，全面推动纳米材料的再发展。

2）分析纳米材料在功能纺织品的展望与未来。随着纳米技术运用手段的不断成熟，纳米材料将不断运用到功能纺织品中，纳米材料功能丰富，而且纳米纺织品轻薄透气，较之于传统纺织品有着极高的优势，未来的纳米纺织品研究方向就是将不同的纳米技术融入到纺织业中，使得出现不同功能的纺织品，除防水防油，防紫外线，防菌外，还可以开发神奇的变色服装，及其耐热的服装，这都是未来纳米技术在功能纺织品的发展前景。

4 结束语

人类生活是不断进步的，随着科学技术的不断进步，人类基本生活必需品的科学技术的运用也随着不断熟练，纳米技术为人类的精致化生活带来了福音，纳米技术在我们生活中的运用也越来越广，使纳米技术成为新一代高性能技术，在除菌，防老化等方面都发挥了及其不俗的表现。功能纺织品与人类生活息息相关，影响着人类生活的点点滴滴，纳米技术的加入使功能纺织品的实用性大大增强，发展前景一片光明，接下来的一段时间纳米技术将成为功能纺织品的重点发展技术，为全人类服务。

参考文献

[1]肖琪，王瑞，徐磊，康卫民，吴凡，李明超，殷翔芝.热处理温度对玻璃纤维表面氧化锡薄膜光电性能的影响[J].纺织学报，2012（11）.

[2]路艳华，陈宇岳，林红，郝旭.纳米二氧化钛/壳聚糖改性柞蚕丝的结构和热性能[J].东华大学学报（自然科学版），2009（02）.

[3]路艳华，王漓江，刘治梅.用于纺织品整理的低分子质量纳米壳聚糖的制备与表征[J].辽东学院学报（自然科学版），2009（02）.

[4]李晓峰，王建君，郭春秋，施艳秀.纯棉纺织品纳米氧化锌抗菌整理剂的制备及应用[J].上海纺织科技，2012（06）.

第5篇：纳米材料研究分析范文

关键词：纳米 改性沥青高速剪切 共混体系

中图分类号：TU535 文献标识码： A

引言

纳米材料因其小尺寸效应；量子尺寸效应；宏观量子隧道效应以及表面效应等特殊的性能，对原材料的性能有极大的改善提高，已然成为了世界各国最活跃的研究课题之一。纳米材料在我国发展势头迅猛，形成了以北京上海为核心辐射全中国的基本格局。近年来，纳米材料逐渐开始渗透到交通、水利、土建等工程材料领域。2008年，RILEM国际材料与结构协会专门成立了纳米沥青技术协会，纳米材料已经为沥青改性打开了一道崭新的大门。

材料的选取与加工

纳米材料按维数可以分为：纳米粒子为代表的零维纳米材料；碳纳米管为代表的一维纳米材料；纳米层状硅酸盐为代表的二维纳米材料；智能金属等纳米块体为代表的三维纳米材料四种。在本次研究中，我们选取价格相对低廉的零维活性纳米碳酸钙材料进行改性。

表2.1 A～C改性材料参数

表2.2D改性材料参数

加工方法为取基质沥青质量5%的纳米碳酸钙A、B、C、D四种内掺搅拌，在170℃温度下以5000r/min高速剪切搅拌30min，为避免实验误差，基质沥青在相同的加工条件下制备。

表2.3基质沥青主要技术指标

基质沥青的主要指标

技术指标 单位 基质沥青 规范要求

针入度（25℃，100g，5s） 0.1mm 71 60～80

针入度指数PI / -0.66874 -1.5～+1.0

软化点（环球法） ℃ 50 ≥46

延度 10℃ cm 48 ≥15

15℃ 100 ≥100

密度（15℃） g/cm3 1.036 -

RTFO 质量损失 % 0.08 ±0.8

残留针入度比 % 78.4 ≥61

残留延度(10℃) cm 14 ≥6

针对加工制备好的沥青按现行试验规范进行三大指标实验。针入度实验取三个温度，分别为5℃，15℃，25℃。针入度反映的是沥青在某一特定温度下的粘度特性，软化点反映沥青的高温稳定性，延度用来评价沥青的低温性能。

实验数据及处理

3.1 针入度结果及针入度指数PI

按照规范JTG E20-2011公路工程沥青基沥青混合料试验规程，进行针入度及针入度指数的相关实验，实验数据如表四所示，对实验数据进行线性回归分析，结果如图1所示。将3个或3个以上不同温度条件下测得的针入度值取对数，令y=lgP，x=T,按式lgP=K＋AlgPen×T,进行y=a＋bx一元一次方程的直线回归，求取针入度温度指数AlgPen。PI=(20-500 AlgPen)/(1+50 AlgPen)。

表3.1针入度试验结果

25℃ 15℃ 5℃

基质沥青 71.5 20.9 9.3

A改性沥青 64.1 20.9 9.5

B改性沥青 65.7 19.8 9.2

C改性沥青 63.1 23.1 11.1

D改性沥青 63.2 21.3 7.8

图3.1针入度线性回归分析

图3.2 回归分析结果

由上图可以看出，A、B、C、D及原样沥青的回归分析的针入度温度指数AlgPen分别为0.0414、0.0426、0.0377、0.0455、0.0442。根据公式计算其对应的针入度指数分别为-0.2439、-0.41534、0.398614、-0.83969、-0.66874。其中，C型号纳米碳酸钙改性的沥青PI值最小，其温度敏感性也最小；D型号的温度敏感性最小，因为D型号的改性剂粒径最大，它的加入改变了基质沥青的均质状态，且大粒径在加工过程中也容易沉积在沥青材料底层，会有比较严重的离析现象，所以D试验结果与基质沥青相比，至少PI值差别并不大，没有突出的改性效果。

3.2 软化点试验结果

图3.3软化点试验结果

如图三所示，1、2、3、4、5对应的分别为基质沥青、A改性、B改性、C改性、D改性沥青，可以看出C的软化点最高，为57℃，比基质沥青提高11.8%，改性效果比较明显，其他几种改性剂均提高了沥青的软化点。四种改性剂对软化点的提高都很大，并且相互之间差别并不明显，C改性效果稍微突出一点。

3.3延度的变化

按现行试验规范试验，测得研读数据如图所示，1、2、3、4、5分别代表基质沥青、A改性、B改性、C改性、D改性沥青。试验温度为15℃。沥青的延性表征其受到外力的拉伸作用时抗塑性变形的总能力，延度越大的沥青其柔韧性越强。根据实验结果可知基质沥青的延度最大，因为其为匀相，整体性较强。在掺加纳米碳酸钙改性剂之后，因为纳米粒子粒径小，表面能高，具有一种自发团聚的趋势。这就会一定程度产生一些应力的不均匀，宏观的反应就是一定程度上延度的减小。其中，C改性沥青对延度的影响较小，而B、D改性剂对延度的影响较大，延度减小了50%还多。

图3.4针入度试验结果

3.4 三大指标试验结果分析

由表四以及图一至图四可以看出任意一种纳米材料的加入，都会改变基质沥青的性能，具体说来主要是针入度降低，软化点升高，延度减小。为了选择改性效果最突出的改性剂，依据实验结果分别对各纳米改性沥青排序，结果如表3.2所示。

表3.2各改性剂试验结果对比

试验项目 性能数据结果对比

针入度 C

软化点 C>D=B>A

延度 C>A>D>B

PI C>A>B>D

根据针入度越低，软化点、延度、针入度指数PI越高的原则，由表3.2可以看出，在相同制备工艺，相同掺量条件下制备的纳米改性沥青，C型纳米碳酸钙改性剂改性沥青的综合性能最好，另外几种纳米材料在不同程度上对沥青的性能有所提高，但与C型改性剂改性沥青相比，稍逊一筹。C的改性效果最好，可以作为进一步研究的原料，做更进一步的探讨。

结论

基质沥青的改性研究一直是道路建筑材料研究的重点和难点，改性剂种类繁多，改性工艺各式各样。作为公路从业人员，需要把所做研究与前沿科技结合起来，而纳米材料改性剂，无疑是一个充满潜力的方向。

活性纳米碳酸钙的加入，明显提高了基质沥青的各项性能，针入度降低，软化点升高，改善了基质沥青的高温稳定性。纳米材料之所以具有成为机制沥青改性剂的潜力，是因为其小粒径、大比表面积、强活性及诸如量子尺寸效应等特殊物理性能。但是，纳米材料种类多种多样，不是所有的纳米材料都适合作为基质沥青的改性剂来进行改性。

实验证明C型纳米碳酸钙的改性效果最为明显，明显提高了基质沥青的综合性能尤其是其高温稳定性。可以选择C型材料对其改性机理做进一步深入的研究。

第6篇：纳米材料研究分析范文

关键词：纳米;添加剂;分析;标准化;环保

中图分类号：TE624.82 文献标识码：A

0 前言

纳米技术已同信息技术、生物技术一样被称为未来最重要、最核心的三大高新技术。为占有纳米技术和纳米材料的一席之地，世界上已经有30多个国家开展了纳米科技方面活动，一些发达国家还制定了自己的发展计划，如美国的“国家纳米技术计划”、欧盟的“第六框架计划”等。同时，在纳米技术方面的投资增长速度也显著加快，如美国在2005年到2008年计划投入37亿美元，欧洲在2002年到2006年计划投入13亿欧元，日本从2003年起每年计划投入8亿欧元，俄罗斯在近年也将投资6亿卢布用于发展纳米技术［1-4］。

纳米材料是由纳米添加剂、基础油和其他功能添加剂组成，被认为是最值得重视的纳米材料之一，美国在其国家纳米技术计划中就将设计和制造能进行自修复的纳米材料作为可能取得突破的长期目标。将纳米材料应用于剂中，是一个全新的研究和应用领域。由于纳米材料具有高扩散性、表面积大、易烧结、熔点降低、硬度增大等特点，纳米材料作为材料不仅可以在摩擦表面形成易剪切的表面膜，降低摩擦系数，而且还能对摩擦表面进行一定程度的填补和修复。同时，纳米材料中的纳米性添加剂主要是非活性的单质、有机化合物和无机化合物的纳米级固体颗粒，这类物质具有高的热稳定性、机械稳定性以及化学稳定性，在高温、重负荷、高速等使用条件下，纳米性添加剂不易发生氧化、分解与失效，也不像传统添加剂那样会产生腐蚀性物质。因此，纳米材料不易导致金属腐蚀，会减缓材料变质失效的速度，延长设备和材料的使用寿命。

本文简要介绍目前国内外纳米添加剂研究的情况，包括纳米添加剂的主要类型、制备工艺、机理研究情况等，并简要探讨纳米添加剂研究的趋势。

1 纳米添加剂研究的状况

纳米材料的研究报道很多，而且每年申请的专利技术也异常的多，为占有纳米材料的制高点，发达国家开展了纳米技术专利的“圈地运动”［5］，但从目前有关纳米技术的报道和专利情况看，纳米添加剂的研究主要集中在以下几个方面：新品种、制备工艺、复合作用以及机理等。

1.1 纳米添加剂的主要类型

目前报道的可作为纳米添加剂的类型很多，品种也很多。但从化学的角度进行分类时，主要可以分为两种类型，一类是单质，另一类是化合物，而化合物又分为无机化合物和有机化合物等。表1给出了目前研究的纳米添加剂的主要类型和品种［6-7］。

1.2 纳米添加剂的制备工艺

由于纳米添加剂具有较大的表面能，纳米颗粒之间存在团聚成块、粒径长大的倾向，因此会导致添加剂性能大幅度降低。同时，作为油的纳米添加剂，若产生团聚，将形成沉淀而析出，

收稿日期:2007-11-04。

作者简介：冯克权（1963-），男，工学硕士，高级工程师，1989毕业于中国科学院有机化学专业，现任杭州新港石油化工有限公司总工程师，长期从事油、脂以及油脂添加剂产品的研究、开发、生产和技术服务工作，已公开20余篇。

人们根据纳米添加剂的不同结构、组成和特点，已经研究出很多种制备纳米添加剂的方法，主要可分为三种类型，即：气相合成法、固相合成法和液相合成法。这些方法又可细分为：机械粉碎法、物理气相法、电火花法、蒸发冷凝法、真空蒸发法、激光法、高频电弧感应法、溅射法、高速干燥法、微乳化液法、水热合成法、化学气相沉积法、化学气相冷凝法、溶胶―凝胶法、氧化―还原法、热分解法、超声化学法、有机配合物前驱体法、化学气相法等［8-10］。表2给出了常用的制备纳米添加剂的方法和原理。

通过普通方法制备的纳米添加剂，具有较大的表面能，固体颗粒之间存在团聚成块、粒径长大的倾向，从而影响稳定性和使用性能。为此，在制备纳米添加剂过程中，近年来开发出表面修饰技术［11-12］。纳米粒子的表面修饰技术是以降低纳米微粒表面能为目标，同时改善纳米粒子在基础油中的分散性。目前较为通用的修饰方法包括：表面活性剂吸附法、化学反应修饰法和聚合物包膜法。表面活性剂吸附法是表面活性剂吸附在纳米粒子表面，非极性与分散介质-基础油发生溶剂化效应，从而防止或减少纳米粒子的团聚；化学反应法是通过修饰剂与纳米粒子进行反应而达到防止或减少纳米粒子的团聚；聚合物包膜法是吸附在纳米粒子表面的单体发生聚合反应或聚合物吸附在纳米粒子表面形成包膜，从而阻止纳米粒子发生团聚，提高稳定性。

1.3 纳米添加剂的机理研究

摩擦与是一个相当复杂的过程，因此纳米添加剂机理的研究是一个非常困难的课题。大量研究表明，纳米粒子的效果非常强烈地依赖粒子的化学和物理性质、种类、粒径大小、基础油的类型等。人们采用不同的研究手段对数百种纳米添加剂的机理进行了分析和试验研究，对纳米添加剂的机理做出了一些推测，认为纳米添加剂的减摩抗磨机理主要有：滚珠轴承效应、小尺寸效应、高活性效应、载体作用和沉积膜作用［7，13］，如表3所示。

1.4 分析方法与标准化

可用于纳米粒子分析检测的方法很多，最主要的有透射电镜法、扫描电镜法、X射线衍射法、激光粒度分析法、X射线小角散射法、沉降粒度分析法和扩散系数法等七种［14］。表4给出了几种分析方法的原理。

我国在纳米颗粒的测定方面也做了大量工作，已经颁布了两种检测方法国家标准：《纳米粉末粒度分布的测定――X射线小角散射法》（GB/T 13221-2004）和《气体吸附BET法测定固态物质比表面积》（GB/T 19587-2004）［15］。同时，也颁布了四种纳米产品的国家标准：《纳米镍粉》（GB/T 19588-2004）、《纳米氧化锌》（GB/T 19589-2004）、《纳米二氧化钛》（GB/T 19591-2004）和《超微细碳酸钙》（GB/T 19590-2004）［16］。

1.5 纳米添加剂的复合作用

和传统添加剂一样，不同组成、不同结构的纳米添加剂其主要性能也不尽相同，有的抗磨损性能好，有的减摩性能好，有的极压性能（承载能力）好。因此，要获得减摩和抗磨极压性能都好的油配方或产品，就需要不同纳米添加剂的有机结合。

国内外在复合纳米添加剂方面的研究都有报道。例如将40 nm的碳酸钙粒子与11 nm的稀土粒子复合加入到500SN中，测定的试验结果见表5。其中纳米添加剂加入的总量相同，磨斑直径的试验条件为392 N，60 min。由表5可见，两种纳米添加剂的复合，其油品的最大无卡咬负荷提高，磨斑直径和摩擦系数都有所降低［16］。另外，有研究表明，采用纳米二硫化钼与纳米金属钛或纳米铅的复合多层膜可以提高设备使用寿命，纳米复合多层膜的滑动磨损寿命比纯纳米二硫化钼膜提高4～6倍［17］。

2 纳米添加剂研究的趋势

纳米添加剂的研究已经到了非常活跃的阶段，我们认为选择来源广且价格合理的品种、稳定生产工艺、降低生产成本并使之产业化是将来研究的主要方向。同时，纳米添加剂复合作用的研究、纳米添加剂产品标准化研究以及环保型纳米添加剂的研究也是将来研究的重要内容。

2.1 工艺与产业化研究

纳米添加剂的比表面能大，容易聚集成大颗粒，因此表现出制成的油品稳定性差，纳米添加剂容易从油中沉淀析出。要获得稳定的含纳米添加剂的油品，纳米添加剂的制备工艺就显的尤为重要。总的看来，纳米添加剂的制备工艺研究是将来研究的主要方向，并且将主要集中在两个方面，一是纳米添加剂制备新工艺的研究，二是表面改性（修饰）技术的研究。而工艺研究的主要目标是研究出生产工艺简单、成本低、设备要求不高的生产工艺技术，同时合成新的、效率高的分散剂和稳定剂，以解决油中纳米添加剂粒子在苛刻条件下工作的稳定性。

另外，虽然国内外市场上都有纳米添加剂产品销售，但生产工艺稳定以及产业化程度高、应用范围广、成本低且规模化了的产品还不多见。因此，纳米添加剂的产业化研究也将是未来研究的重要方面。

2.2 纳米添加剂复合作用的研究

不同纳米添加剂的复合可以完善所获得的剂的性能，但一个剂配方是由基础油和多种功能添加剂组成的，如抗氧剂、防锈剂、抗腐蚀剂等等，这就需要纳米添加剂在剂配方中与其他添加剂有良好的协和作用。因此，不同纳米添加剂复合作用效果的研究以及纳米添加剂与其他功能添加剂的协和作用研究是研究者在未来研究中需要研究与解决的问题。

2.3 标准化研究

目前已经有纳米添加剂产品投放市场，但是并没有统一的纳米添加剂标准。随着纳米添加剂和纳米油、纳米脂研究开发的不断深入，纳米添加剂以及相应剂产品的标准化研究工作已经显得愈来愈重要。我们认为应该开展相关产品的标准化工作，制定出产品标准，规范产品市场，使纳米材料在领域的应用能够健康发展。

2.4 环保型纳米添加剂的研究

随着全球气候变暖，环保问题已经成为各国政府以及研究者关注的重要课题。为适用环保要求，环保型纳米添加剂的研究与应用也应运而生。目前环保型纳米添加剂研究的主要方向是采用环保型纳米材料，通过合适的工艺路线以及采用特殊的分散技术和稳定技术，制备环保型纳米剂［16,18］。

3 结束语

纳米添加剂具有独特的结构表征和优异的性能，在油中加入纳米添加剂可以大大提高油的抗磨减摩性能，但纳米添加剂能象传统添加剂那样广泛用于剂配方中，还有很多工作要做。从发展的趋势来看，我们认为目前纳米添加剂研究者应开展的主要工作是：

(1)选择价格合理、性能优良的纳米材料，进行工艺研究，确定可行的生产工艺并使之产业化。降低成本，使纳米材料真正应用到普通剂配方中，发挥纳米添加剂的作用。

(2)制定纳米添加剂的产品标准，使纳米添加剂的研究、开发、生产有标可依，避免盲目性。同时开展纳米添加剂分析方法的研究，并标准化。

(3)研究纳米添加剂复合作用机理，探讨纳米添加剂与传统添加剂的协和作用效果，研究协和作用规律，为纳米材料的配方研究提供指导。

(4)研究与开发环保型纳米添加剂，走可持续发展道路。

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RESEARCH STATUS AND DEVELOPMENT TREND OF NANOPARTICLES AS LUBRICATING ADDITIVES

FENG Ke-quan, ZHAO Zhi-qiang

(Hangzhou Xin′gang Petrochemical Co., Ltd. Hangzhou 311600,China)

第7篇：纳米材料研究分析范文

关键词：纳米材料 太阳电池 光催化 兴趣小组

中图分类号：N39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0001-01

为了更好地开展“纳米科技”兴趣小组，将兴趣小组分成以下几个部分来实施：纳米材料的基本知识及制备方法，染料敏化纳米薄膜太阳电池，纳米科技在光催化、光吸收等方面的应用。

1 纳米材料的基本知识及制备方法

“纳米科技”兴趣小组刚开展时，指导学生查阅文献的方法，为小组成员提指导学生制作太阳电池，首先制作纳米二氧化钛，有很多参数会影响到纳米供相关科技书籍，指导学生掌握相关知识：纳米概念、纳米微粒结构、纳米材料的物理化学性质、纳米材料的制备方法等，启发学生主动学习科学知识，激发学生对纳米科技的兴趣。

针对小组成员是大一新生，理论知识和实验技能相对不足，利用课余时间指导小组成员学习理论知识和常规的实验技能，指导小组成员做一些简单的材料制备实验，熟悉紫外-可见分光光度（UV-Vis）、pH计等分析仪器。给小组成员布置学习任务，按期提交学习心得，督促小组成员尽快掌握基本的理论知识和实验技能。给学生做演示实验，指导实验的关键点。通过言传身教，让学生懂得科学的严谨性，养成多动脑筋、勤观察现象、善于分析的好习惯。指导学生掌握如何设计实验方案，如何记录实验现象，如何进行实验分析和数据处理。组织小组成员进行讨论交流，提高学生独立思考、分析理解能力、动手操作和自主创新的能力；增强学生的综合能力，促进学生素质的全面发展。

在兴趣小组的实施过程中，小组成员通过查阅资料、文献检索、听讲座、看演示实验、动手做实验、讨论交流等方式了解纳米科技，熟悉纳米材料的基础知识，纳米材料的制备方法：共沉淀法、水解法、溶胶-凝胶法和微乳液法等，能动手制备一些纳米材料，如：纳米二氧化钛、纳米二氧化硅等。

随着小组成员理论知识和实验技能的提高，指导学生掌握实验方案及注意事项，让学生动手做一些实验。指导学生利用实验数据分析实验结果，比较各个工艺路线的优劣，讨论如何设计下一步的实验方案。指导学生记录实验过程，实验现象，以及一些困惑和思考。学生在做科学研究时，兴趣更大，操作更加细致认真。先后做的实验有：纳米二氧化钛的制备，并用紫外-可见分光光度分析纳米二氧化钛的的光化学性质；制备掺杂型纳米二氧化钛材料，纳米二氧化钛和二氧化硅复合材料的制备。纳米TiO2颗粒容易团聚形成较大的聚集体，对纳米TiO2进行表面改性以避免其团聚现象。纳米TiO2颗粒的晶型、颗粒大小对光催化性能起着决定性的作用，分析影响光催化剂晶型、粒径的因素，控制纳米TiO2的晶型和粒径。

2 染料敏化纳米薄膜太阳电池

给学生介绍染料敏化纳米薄膜太阳电池（DSC），DSC具有廉价的原材料和简单的制作工艺以及稳定的性能等优势。DSC采用有机染料来敏化纳米多孔TiO2半导体，由于有机染料分子设计合成的灵活性和纳米半导体技术的迅猛发展，DSC在技术发展和性能提高上有很大的潜力。

TiO2的形态（粒径、颗粒形状、孔隙和比表面积等），还有pH值及反应温度和时间等。在第一阶段已经做过纳米二氧化钛，然后合成染料敏化剂联吡啶钌，染料敏化剂在太阳电池中的作用是极其重要的，它具有很宽的光谱吸收范围和良好的稳定性，能有效地捕获太阳光，并通过染料分子的吸附功能基团与纳米TiO2薄膜表面形成化学键，使染料能够有效地敏化纳米TiO2薄膜电极。将合成的染料溶于乙醇中，配制成染料溶液。第三步配制电解质。第四步，准备好导电玻璃，将二氧化钛薄膜印刷到导电玻璃上，然后浸泡到染料溶液中，在反电极的玻璃上镀上一层铂。最后将两片导电玻璃固定好，注入电解质，密封好就得到太阳电池了。学生亲自动手制作电池，兴趣很大，动手能力也得到很好的锻炼。

3 纳米科技在光催化、光吸收等方面的应用

指导小组成员学习纳米材料在光催化、光吸收、生物、医药、磁性材料及传感器等方面的应用；指导小组成员分析纳米二氧化钛的应用研究，如在水处理、气体净化、抗菌保洁等方面的应用；指导小组成员学习工业废水的常规处理方法，以及催化剂的性质和应用；指导学生将所学知识运用到实践中，将金属离子掺杂纳米二氧化钛光催化剂应用到光催化降解工业废水中。

采用溶胶-凝胶法制备共掺杂锌、银的纳米TiO2光催化剂，提高纳米TiO2的光催化效率。考察掺杂量、催化剂加入量等对光催化性能的影响。在处理制浆造纸工业、农药制造、印染、化工等多种工业排放废水方面显示出良好的应用前景。这种光催化技术对解决环境污染，治理环境有重要的意义，特别是在全球环境恶化，病毒性传染病时有发生的今天，加强光催化降解有机污染物技术更为重要。以甲基橙染料废水的光催化降解为例，分析锌、银共掺杂纳米TiO2光催化剂的降解效率。分析影响甲基橙染料废水的光催化降解的因素：光照强度、反应时间、催化剂用量、pH值、有机废水浓度等。

4 结语

通过“纳米科技”兴趣小组的开展，小组成员对科学研究产生了很大的兴趣，学到了很多有用的科技知识和实验技能，掌握了科研的一些基本方法和技能，能进行文献的检索，实验方案的选择等，能用紫外-可见分光光度（UV-Vis）对纳米光催化剂的光化学性质进行分析，能比较各个工艺路线的优劣，讨论如何设计下一步的实验方案。“纳米科技”兴趣小组的开展大大提高了小组成员对专业课的学习兴趣，为今后走向工作岗位奠定了一定的理论知识和实验操作技能。

通过“纳米科技”兴趣小组的开展，小组成员能制备出纳米二氧化钛、共掺杂锌、银纳米TiO2光催化剂等纳米材料。这种新型光催化剂是造纸、农药、印染、化工等多种企业所需要的，为企业解决工业废水的治理问题。

参考文献

[1] O'Regan B，Graetzel M.A low-cost， high-efficiency Solar Cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films[J]. Nature，1991，353（6346）：737-740.

第8篇：纳米材料研究分析范文

关键词：电沉积；纳米镍铁合金；工程应力；拉伸性能

中图分类号： K477 文献标识码： A 文章编号：

我们通过以往的实验发现合金材料不只具有很高的强度和相对良好的塑性，同时塑性不随应变速率的增大而下降。在传统材料的设计中，材料的延伸率与屈服强度两者之间具有相互制约的特性，对于大多数纳米材料，提高其延伸率必将导致材料强度的下降，反之，提高其强度的同时也必将导致其延伸率的下降。本文将通过对纳米镍铁（Ni-Fe）合金的异常拉伸性能的试验，深入探讨这种材料所具有得研究的价值，并围绕这个材料特性，通过与常规的纳米镍（Ni）晶材料的拉伸性能对比分析，其中包括强度、塑性、应变速率敏感性等力学性能的比较，并采用SEM(JSM-5600LV型扫描电子显微镜)对拉伸断口形貌进行单向拉伸断裂表面分析，对此纳米镍铁合金材料的拉伸性能进行进一步研究，初步研究纳米镍铁合金的变形机制。

在室温下，纳米镍铁合金不同应变速率的工程应力-应变曲线。图［1］给出了电沉积纳米 Ni 晶在不同应变速率(1.35E-5 到1.35s-1)的工程应力-应变曲线，从图可以看出，在较宽的应变速率范围内，纳米晶 Ni[52]的抗拉强度处于 1440 和 1916MPa 之间；延伸率最高可达 11.3%。与电沉积纳米镍铁合金对比，纳米 Ni 的最大抗拉强度较大，而纳米镍铁合金的最低抗拉强度则较大。

图［1］室温，1.35E-5 到 1.35 s-1下电沉积纳米晶材料的工程应变应力曲线

为了更好的对比分析两种材料的拉伸性能，图［2］给出纳米镍铁合金和纳米镍晶的工程应力-应变曲线对比图，其中 A1~K1为纳米 Ni-Fe 合金的工程应力-应变曲线，A2~K2为纳米 Ni 晶的工程应力-应变曲线。从图可以清楚地看出在拉伸过程中纳米 Ni-Fe 合金发生颈缩比纳米 Ni 晶延后，而颈缩时间则比纳米 Ni 晶的短。两者拉伸工程应力-应变曲线的区别也说明由于纳米镍铁合金中加入 Fe 元素而致使拉伸性能发生改变。初步推测这是因为纳米 Ni 材料在拉伸过程相对较容易产生应力集中，使局部过快地产生变形，使材料过早地发生颈缩。而纳米 Ni-Fe 合金则相对变形均匀，从而推迟了发生颈缩的时间，这也使这种纳米镍铁合金具有与其他纳米材料不同的拉伸性能。

图［2］电沉积纳米 Ni-Fe 合金与纳米 Ni 的工程应力-应变曲线的对比关系

初步地论述了纳米镍铁合金的拉伸性能随应变速率(ε )增大的变化趋势。为了能更好地观察应变速率对纳米镍铁合金的拉伸性能的影响，以及同纳米 Ni 的对比分析，两种材料的抗拉强度(σUTS )、屈服强度(σ0.2 )、均匀应变(εUTS )以及断裂应变(εf )与应变速率(ε )的关系曲线如图［3］图［4］所示。

图［3］电沉积纳米Ni-Fe与纳米Ni[52]的抗拉强度(σUTS )

和屈服强度(σ0.2 )随应变速率(ε )的变化

由图 ［3］可以看出纳米镍铁合金的极限抗拉强度(σUTS )和 0.2%屈服强度(σ0.2 )表现出与应变速率(ε)的依赖关系并没有纳米 Ni 晶那么明显。在试验的应变速率范围内(1×10-5s-1~1s-1)，纳米镍铁合金的 0.2%屈服强度从1097MPa 增加到 1368MPa，极限抗拉强度从 1732MPa 增加到 1793MPa；而纳米 Ni 晶在不同应变速率下(1.35E-5 到 1.35s-1)的 0.2%屈服强度从 876MPa增加到1307MPa，极限抗拉强度从 1605MPa 增加到 1912MPa。

图［4］电沉积纳米 Ni-Fe 与纳米 Ni 的断裂应变(εf )和均匀应变(εUTS )

随应变速率(ε)的变化

图［4］为两种材料的断裂应变(εf )以及均匀应变(εUTS )与应变速率(ε)的关系曲线。从图可以看出，纳米镍铁合金的断裂应变(εf )以及均匀应变(εUTS )随应变速率(ε)的变化规律不同于纳米 Ni 晶。当应变速率逐渐增大时，纳米 Ni 晶的断裂应变以及均匀应变随之降低，在试验的应变速率范围内(1.35E-5 到 1.35s-1)，断裂应变从 10.7%下降到 5.8%，均匀应变从 6.9%下降到 4.6%，这与传统纳米材料的拉伸塑性随应变速率的变化趋势基本一致。而本实验制备的纳米镍铁合金则发现与之相异的拉伸塑性，在应变速率增大时，其断裂应变以及均匀应变基本保持不变，当应变速率在试验范围内(1×10-5s-1~1s-1)增大时，断裂应变的变化范围为 8.5%~9.3%，均匀应变的变化范围为 6.3%~7%。

通过试验得出纳米Ni-Fe合金与纳米Ni拉伸性能对比两点结论：

第9篇：纳米材料研究分析范文

关键词：金属纳米材料；激光烧蚀法；银等离子体

1 激光烧蚀法制备银纳米粒

常规制备纳米粒子的方法主要包括：化学还原方法、电化学还原法、光还原法、金属蒸汽沉积法、磁控溅射法、微波还原法和激光烧蚀法等等。下面针对激光烧蚀法制备银纳米粒子进行简单介绍：这种方法是通过具有高功率密度的激光器对固体靶材表面进行照射，产生高温高压等离子体，根据等离子体的特性可知，其内部具有大量的电子、原子、离子、团簇等复杂结构。

通过改变温度，压强和其他制备环境，可以控制等离子体形成的各种离子团簇，形成具有纳米尺寸的粒子。与传统方法相比，该方法可以获得更高纯度的纳米级别的溶胶，同时还能够在表面形成具有纳米级别的烧蚀坑的靶的形状。该方法的优势在于其对制备环境要求较低，制备的银纳米粒子均匀性好，一般以球状形式存在。

2 银纳米粒子的特性分析

对于制备后的银纳米颗粒的特性研究只要是通过光谱法进行特性分析的，通常采用以下几种光谱分析的方法：（1）紫外-可见吸收光谱法；（2）X射线衍射法；（3）电子显微镜。

由于金属纳米粒子对各个波段的光具有不同的吸收的特点，通常对其进行特性的物理或者化学性质进行定量分析，判断物质结构和化学组成。不同的金属纳米粒子由于表面的形状的不同，导致其表面等离子体共振吸收峰所对应的形态不同，另外由于尺寸上的差异其吸收峰的半高宽也不同，这样我们可以通过吸收峰的三大特性-位置、半高宽和峰值强度表征纳米粒子的情况。若吸收峰当前的位置发生红移，证明纳米粒子颗粒变大，若其半高宽变宽，证明粒子尺寸分布越来越广泛，若峰值强度变大，表明粒子数浓度增大。对于金属纳米粒子Au和Ag纳米颗粒及其外层纳米可层的光学特性的研究，紫外可见光吸收光谱法成为了研究其最简单、方便的方法之一。该方法充分利用了金属纳米粒子在紫外可见光波段具有吸收带的特性，该特性是金属颗粒表面等离子体共振激发导致的。

银纳米粒子的光学性质，当入射波长远大于金属粒子的大小时候，在外部电场的作用下，其内部的粒子内的电子云产生振荡，若电场频率与内部电子云频率一致会发生共振现象，该现象统称为表面等立体共振（SPR）。

银纳米粒子由于它的尺寸效应，使得其表面积能够尽可能的与微生物的表面进行接触的概率增加，相较于传统银系抗菌材料相比，其抗菌特性十分显著。

银纳米粒子也具有催化性质，主要是由于在半导体粒子表面沉积的过量贵金属成为光生电子和空穴的复合中心，而不再是光生电子的捕获陷阱。

3 金属纳米粒子催化，磁性，生物学等方面的应用

由于纳米金属颗粒具有的表面面积大、小尺寸、量子尺寸和宏观隧道效应等特殊的性质，使其在催化、磁、生物医学等方面获得了常规材料无法具备的特殊的优异性质。

催化应用方面：由于纳米粒子的尺寸小，表面接触面积大，表面的键态和电子态与粒子内部不同，表面原子配位不足等导致表面的活性位置增多，吸附能力强，这样的特性使得他具备了催化剂的最基本的条件。

磁性应用方面：实验研究表明，纳米磁性颗粒具有无毒无害、容易奋力的特性，同时由于尺寸和形状的差异，金属纳米粒子具有着不同的磁学特性，纳米级别的磁性材料相较于常规材料磁性会高出很多倍，在磁性材料方面应用前景广阔。

生物医学应用：在医学应用中的治疗方面，由于纳米化的药物的特殊形态，使得他把病变组织与药物的接触面积大大增加，这样可以大大增加药效。同时纳米化的药物可以通过人体中的最小的末梢毛细血管，血脑屏障，使得药物具有很强的靶向性，能够最大限度的对疾病进行定点治疗。

4 结束语

文章通过探讨激光烧蚀银等离子体特性分析，介绍了激光法制备银等离子体纳米粒子的方法，通过对生成的银钠纳米粒子进行分析，进一步深化了银纳米粒子的应用前景。通过对金属纳米粒子催化，磁性，生物学等方面的应用的介绍，使人们对于激光烧蚀银等离子技术的应用有了基本的宏观认识。

参考文献

[1]张志馄，崔作林.纳米技术与纳米材料[M].北京：国防工业出版社，2000，10-30.

[2]张立德，牟季美. 纳米材料和纳米结构[M].北京：科学出版社，2001：2-5，51-88.