纳米材料行业分析范例(3篇)
纳米材料行业分析范文
关键词:纳米材料应用
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.
纳米材料行业分析范文篇2
关键词：纳米材料；制备技术；化学；综合实验课程
1实验设计
1.1实验目标
本次实验的主要目标体现在如下4个方面：①让学生熟悉并掌握金属氧化无机纳米材料主要的化学制备技术；②通过查找、整理和分析相关的文献资料，认识纳米材料的结构，以及对其结构和性能进行检测的物理技术；③能熟练运用无机纳米材料的实验方法以及热分析技术；④在充分掌握实验方法的基础上，全面了解TiO2纳米材料的光催化活性以及极强的吸附性。
1.2实验过程
1.2.1合成TiO2纳米材料
在本次实验中，TiO2纳米材料的合成方法有2种，一种是低温水热合成法，一种是水解沉淀法。在具体的实验过程中，学生可以根据自己的想法和实际情况，选择其中一种，或者是同时采用两种方法，并对比两种方法的结果。完成实验之后，参考相关的文献资料，设计出具体的实验方案。上述两种制备方法具体操作如下：
1.2.1.1低温水热合成法
该方法的主要原理就是让钛的无机盐机或者有机醇盐，在特定的温度下，通过水解反应来合成TiO2。高温和高压是水热反应的前提条件，因此该合成方法可以直接获取晶华的产物，反应的温度、时间以及水醇比例等会因素都会对TiO2产物的结构产生重要影响。该方法的实验步骤为：①取2只清洁、干燥的烧杯（250ml），其中一只加入无水乙醇和钛酸四丁酯各100ml，混合后搅拌均匀；另一只添加100ml清水，取16mol/LHNO3对其酸碱度进行调节，当pH值为1时，加热，至70℃。将2只烧杯中的溶液混合，搅拌均匀，对钛酸四丁酯的水解过程进行观察，发现生成白色凝胶，将凝胶置于70℃的干燥箱中，静置30min；②离心分离上述操作中的沉淀，经去离子水洗涤之后，至于干燥箱，收集粉末备用。
1.2.1.2水解沉淀法
该方法的主要原理为：让钛的无机盐机或者有机醇盐在水溶液中通过直接的水解反应，生成TiO2沉淀。使用这种方法获取的TiO2颗粒的粒径、尺寸和结构等，就会受到多种因素的影响，包括水溶液的酸碱度、乙醇和水的比例，水解的温度等。该合成方法的步骤与低温水热合成法基本相同，主要的差别在于，低温水热合成法需要在高温和高压环境下完成，但是水解沉淀法只要在在室靥跫下即可完成。同时，通过改变乙醇和水的比例，还可以得到不同的产物。
1.2.2TiO2纳米晶体悬浮体的稳定性分析
评价悬浮体稳定性的方法有很多，这里我们介绍其中比较简单的一种，即在不同的悬浮体中，加入相同剂量的聚沉剂，然后认真观察体系中光的密度变化，或者透光率的变化。在时间相同的基础上，透光率表现越稳定，变化越小，则表示体系的性能相对稳定。
同时，悬浮体的稳定性还与纳米颗粒的粒径具有密切联系，在绝大多数情况下，纳米颗粒的粒径越大，悬浮体的稳定性越低；反之，纳米颗粒的粒径越小，则悬浮体越稳定，二者呈反比例关系。为了判断不同TiO2纳米晶体悬浮液的稳定性，我们选取3种TiO2纳米晶体，对其粒径进行了比较，具体方法如下：①取3只具塞试管（10ml），然后取0.01g3种存在差异的TiO2纳米晶体，和10ml去离子水混合，均匀混合后，行10min超声分散，然后在室温环境下轻轻震荡20min，上述操作完成后，在其中加入2mlNaCl溶液（0.1mol/L），将试管摇晃均匀，静置30min；②20min后，从步骤1中的3只试管中，从深度相同的位置提取悬浮液，并对其透光率进行检测。将水作为参照物，波长为600纳米，每20min检测1次，再用滴管获取悬浮液时，动作一定要轻柔，不能搅动悬浮液；③根据透光率的检测时间和结果，绘制曲线图，对3种TiO2纳米晶体悬浮液的稳定性进行比较。
2实验教学的效果反馈
实验完成后，对教学效果进行调查，结果发现，学生对这种实验方式产生了浓厚的兴趣。连续2年，化学相关专业对该实验的选做率已经>90%。经过综合性的实验过程训练，不仅提高了学生对纳米材料制备的兴趣，还锻炼了他们的动手操作能力，还提高了学习的效率，一举多得。在实验的总结报告中，学生都发表了自己的看法以及在实验中的心得。有的学生认为：通过该实验了解了纳米TiO2的制备技术和光催化活性，熟悉了热重分析仪、紫外-可见分光光度计、高速离心机等仪器的原理和使用方法，初步了解了科学研究的过程和思维方法。还有的学生则表示，通过实验教学，通过查阅文献学会了纳米TiO2的两种制备方法，以及如何分析材料的吸附性能和光催化性能。对于一些希望能够利用课余时间继续进行相关实验研究的学生，我们积极配合，提供研究条件。希望更多的学生能够通过本实验课程的学习，对无机材料的化学制备技术及性能检测有一个较好的了解。
参考文献：
[1]谢敏，程世博，吴卫兵等.磁性纳米材料合成表征及浓度测定――综合化学实验[J].实验技术与管理，2014，23（11）：52-56.
[2]朱国斌，赵亮，袁海泉等.基于能量转换与存储的新能源材料与器件专业实验课程设置[J].实验技术与管理，2015，10（02）：204-207+211.
纳米材料行业分析范文
关键词：纳米晶发光性能稀土NaGd（WO4）2
中图分类号：O422.8文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0063-03
纳米材料，通常是指主要组成原子晶粒尺寸是纳米级（10-9m）的超细材料。此类主要组成原子尺寸介于块状材料、分子与原子间，通常处于某一固定范围内，学界公认为1～100nm范围内的微小固体粒子。因为，纳米粒子具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等优异特性，使得它们在光、敏感、电、磁等各个方面呈现出了普通的常规材料完全不具有的特性。近年来，纳米材料已经渐渐地成为具有稀土离子掺杂的上转换发光晶体领域中一个新的研究热点[1，2]。之所以出现这种情况是源于与体材料相比，纳米级发光材料所表现出的独特的光反射、光传输、光学非线性、光吸收过程中的能量损耗等特殊现象都会对上转换发光机制有积极的促进作用。整个实验中通过制备掺杂稀土元素的纳米级颗粒，对此纳米系统的发光特性加以研究。过去几年中，在对稀土掺杂上转换纳米荧光材料的研究中，人们的目光主要集中在探寻高效纳米荧光材料的制备方式方法。而对这一类材料的发光性质像纳米颗粒中稀土离子的发光效率和谱线宽度等进行的研究却很少。因此，实验中以某一稀土掺杂纳米晶体为实例，详尽研究这一类材料的发光性质，并对其在实际应用中的可靠性进行详尽验证。
1实验部分
在掺入稀土之前，首先按实验配方Gd（NO3）3+2Na2WO4·2H2O以水热法为基础，制备了基质材料NaGd（WO4）2，将制得的产物结晶完全后，再在基质中加入欲掺杂的稀土材料。最终将混合物放入马弗炉加热，并最终生产出晶体，当晶体加热完毕后需要洗净，并干燥。最终针对生产的产物在高能激光的激发条件下利用HitachiF-4500分光光度计测量了样品的发射光谱并对数据进行分析，以观察是否纳米发光材料真的具有较强的发光特性。
2结果与讨论
2.1对上转换发光原理分析
通过理论研究可知，稀土粒子在出现上转换发光现象时，主要是基于该稀土元素4f电子间的自由的跃迁而产生的。理论研究可知，稀土粒子的外层电子对4f层级中电子具有明显的屏蔽作用，这一作用会将基质晶格对它的影响降到最低，从而使其在基质材料中可以形成稳定的发光中心。并且，不同的稀土粒子由于各自能级位置的不同分布，它们的上转换发光过程也不会相同。大体上可将上转换过程归结为以下形式：能量传递（ET）这类过程主要通过非辐射耦合，耦合后的离子会通过能量传递，使一个将返回到基态，而另一个跃迁到更高的能级处。这过程中的能量传递主要是采用激发光激发敏化离子（施主）后，从而使其从基态跃迁至激发态，然后当激发态上的电子弛豫回低能级后，该部分的能量会传递给激活离子（受主），并且会将激活离子激发到高能级上去。在当基质与稀土粒子之间或者稀土粒子之间都满足了施主能级或当基质基团的吸收能量足够强时，可以发现，此时的能量传递上转换才能够行之有效的发生。然而，根据能量的转移方式的不同，过程中还包含有交叉弛豫过程等多种能量传递方式[3-7]。
2.2实验样品分析
在对发光机理做了充分的了解之后，实验通过合理的实验手段设计来生产纳米级稀土掺杂发光晶体，并且对其发光性做出研究，近年来，因其所特有的丰富的能級和在可见光波段的荧光发射谱线的高效能，Tm3+离子越来越多地受到业界的关注。实验过程中以双掺Yb3+、Tm3+的NaGd（WO4）2纳米粒子作为样本来分析研究稀土掺杂的纳米发光晶体的发光能力及性质。图1为双掺Yb3+、Tm3+的NaGd（WO4）2样品的发射光谱。图中可以观察到2个强度很明显的蓝光峰，发光中心分别位于455nm、476nm，以及位于643nm的一个较弱的红光峰。这3组光峰的出现可以证明，在高能激光光源的激发之下，具有稀土掺杂的该纳米发光晶体确实具有较高的发光能力，并且由于其光峰位置覆盖了可见光区中主要的光色，因此，在实际应用当中，这类材料的实际应用价值也是值得肯定的。
通过各个光峰的强度也可以发现，纳米发光材料的发光效率很高，这一特性也决定了其在高能发光材料的应用中的潜在价值。在实际的应用中，如果通过对掺杂的稀土元素的种类及掺杂量来进行适当的调节，将会得到各种不同类型，不同发光特性的，可以满足不同需求的发光材料。这在实际应用中的价值无疑是巨大的。
根据NaGd（WO4）2中掺杂的Yb3+，Tm3+的能级图及发射光谱，做出了NaGd（WO4）2：Yb3+，Tm3+粉体上转换发光机制图，见图2，实验中使用980nm激光器来作为激发光源，在激发光源的作用下Yb3+离子会被从基态激发到较高能级的2F5/2处。然后，位于2F5/2能级之上的Yb3+离子又将通过多次的能量传递将基态的Tm3+激发到1G4能级（如前面介绍的能量传递机制），此后该离子自己则以跃迁的方式回到基态，并且此过程会有声子产生。处在3H5能级上的Tm3+除了会驰豫到3F4能级之上，与此同时，还将会有部分Tm3+离子之间发生交叉驰豫的现象即3H5+3H53H6+3F2。随后1G4能級上的离子跃迁到3H6能级并将会发出476nm的可见蓝光，或者跃迁到3F4能级处并得到643nm的可见红光。此外，处在3H5能级上的部分Tm3+离子还可能通过掺杂的Yb3+合作敏化上转换被激发到1D2能级，并且还要跃迁至3F4能级，同时发出455nm的可见蓝光。通过此次实验可以发现掺杂稀土后的纳米发光晶体很好地还原了理论研究中的过程[8-10]。并且证实了纳米发光材料的优秀发光性能。
3结语
