时间：2023-03-22 17:34:20
导语：在纳米技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
随着我国社会经济发展的脚步逐渐加快，工业生产与各个领域的实际生产过程中所造成的大气污染也越来越严重。据有关部门统计，近年来，我国空气中的NOX、CO、SO2都处于严重超标的状态，对我国社会发展造成了巨大的影响，严重危害着人们的身体健康，对我国环境也造成了巨大的危害。随着纳米技术与纳米材料的不断完善与创新，这一先进技术在我国各个领域的实际应用过程中为我国带来了全新的发展前景与企业运营理念，帮助我国多个领域实现了生产技术与产品质量的革新，对我国起到了极大地经济促进作用。针对我国日益严重的大气污染问题，在环境污染治理的过程中，通过对纳米技术与纳米材料的有效利用，可以有效改善我国大气污染的现状，为我国环境治理提供全新的途径。在纳米技术与纳米材料实际应用于大气污染治理的过程中，可分为空气净化及噪声、电磁辐射的控制。空气净化又分为脱硫催化剂净化、汽车尾气净化及室内空气净化三个部分，其中脱硫催化剂是我国工业生产中的一种燃料催化剂，可以在燃料燃烧的过程中极大降低污染物的排放，是我国纳米技术的衍生物。经有关部门检测，在车辆、飞机等主机正常运作时，所产生的噪声极易对人体造成干扰与危害，严重影响人们的生活质量与身体健康。同时，有关频电磁场在实际运转的过程中，与强烈辐射区域具有同等效果，都会对人体健康造成严重的影响。因此针对这些问题利用纳米材料与纳米技术进行治理的过程中，可以通过开发纳米剂对机器设备进行充分，有效改善设备运转时的噪声污染，并且在TiO2的表面添加含有纳米材料的静电屏蔽装置，有效降低设备运转过程中的电磁辐射，为人们的工作与健康提供有效保障。
2纳米技术及纳米材料实际应用于水污染治理
水资源污染是我国社会发展过程中突出的环境污染问题，对我国经济发展造成了严重的影响。针对我国传统的水处理方法，采用纳米技术与纳米材料进行水污染治理可以有效改善我国水处理效率较低的情况，对我国纳米技术的发展与环境污染的治理起到了促进作用。无机污染废水是我国主要的水污染问题之一，这些污染物对人体具有极大的危害性，严重者会导致人体患上肝癌与局部肿瘤，属于重点防治问题。针对水中的重金属与无机离子，常规的治理方式往往无法保证污染处理的质量，对我国水污染治理造成一定的影响。在纳米技术实际应用的过程中，可以通过光催化技术及氧化技术，将水中的金属离子及无机离子进行有效的转化与清除，实现无机污水治理的效用。全新的纳米技术更可以将污水中的贵重金属完全提炼出来，达到变废为宝的作用，对我国环境污染与经济发展起到一定的促进作用。有机废水是我国污水治理过程中较为突出的问题，在应用纳米材料及纳米技术进行防治的过程中，可以利用纳米TiO2光催化技术对有机废水进行合理性的降解，使废水中的高浓度有机物得到净化，由于这一技术在实际应用过程中需要相应高频光系统来维持运作，因此，在利用纳米TiO2光催化技术进行有机污水处理的过程中，还可以使用大功率的苯灯电源，利用经济适用的太阳辐射电源来为纳米TiO2光催化技术提供高频光能，以此保证有机废水得到有效地降解与净化，改善我国有机废水污染问题。同时，还可以利用纳米TiO2对农药污染进行源头处治理，利用纳米TiO2的光催化活性对农药废水进行永久性降解，解决农药废水的污染问题。
3结束语
【关键词】纳米；纳米技术；伦理问题； 技术转型
1.伦理学与纳米技术
纳米(nanometer，nm)与分米、厘米一样，是一个长度单位，1纳米等于十亿分之一米，也就是10-9米，相当于10个氢原子排列成一行的长度，或相当于一根头发丝直径的万分之一。进入21世纪以来，纳米技术非常广泛地应用在医药、能源、材料和环境治理等多个方面，已迅速发展成为引领世界科学技术发展的前沿领域之一。纳米技术的大肆传播，已经引起了人们的狂热的追求和盲目的乐观 [1]。纳米技术自身的特点和发展状况要求我们从一种彻底不同的角度考虑纳米技术的伦理问题，而这种更新颖的伦理方法或观点应该更注重未来纳米技术的发展[2]。
伦理，通常与禁止和限制相关，特别是当它涉及到技术的时候， 其约束是很多的。伦理学可以指导包括确定我们更好的生活的方式，以及告诉我们作为个人也好社会的一部分也好，应该如何争取和实现我们理想，并且使我们无愧于一个活生生的人。因此，尽管纳米技术的伦理问题涉及到禁止和限制，但这不是全部问题之所在，甚至还算不上最重要的部分。
2.与纳米技术有关的社会和伦理问题的三个误区
作为一个社会人，我们已经认识到，学会跟踪一种新技术应用带来影响的能力是很重要的，而且对这种技术的伦理方面影响的考虑也是越早越好[3]。然而就与纳米技术相关的社会和伦理问题而言，还普遍存在三个误区。
2.1认为讨论伦理和社会问题还为时过早
认为讨论伦理和社会问题还为时过早的前提主要来源于两种主张。一是认为纳米技术能力的描述、控制和建设过程，即实践的纳米科学与工程没有什么社会和道德问题的特点。二是目前还很少有产品含有已经完成了纳米粒子的设计，工艺或设备的制定了，更不用说大量生产和广泛传播了[4]。如果纳米技术的实践在社会和道德上是无害的或者纳米技术本身基本上不存在，那么，社会和伦理方面的考虑必须无限延期下去。
2.2认为现在讨论伦理问题意义不大
第二个误区的前提认为技术创新是必然的--甚至呈现出指数增长--当然，在这一过程中也会伴随着他的益处。所以，在这种情况下，强调与纳米技术革命相关的社会和伦理问题是最没有意义也最不利的，因为任何东西都可能延缓纳米技术为社会做出贡献的步伐。要想促进社会发展，就要推动技术发展，尽可能地无阻碍、无约束、无监管的去应用和传播。还有，要健康发展就要教育人民了解纳米技术，促进公众接受它，促进产品的商业化并准备人员和机构以便我们调整、减轻和补救那些意想不到的健康和安全方面的影响。
2.3认为确保公众接受才是关键所在
对于纳米技术研究持续性发展的支持，以及将纳米技术最终融入到消费产品和合理应用的问题上，公众对于纳米技术的接受程度将成为其中的决定性因素。有一个普遍的观点，甚至存在于那些大力倡导社会和伦理研究的专家当中，这个观点认为：通过向公众显示关于纳米技术的社会性担忧已经得到了解决，由此帮助纳米技术获得更多的公众认可度并保证其能够顺利的与国民和国际经济的发展相结合。
3.纳米技术可能引发的社会和伦理问题
纳米技术的发展存在着很大的风险和不确定性，在发展和使用新兴的纳米技术满足人类和社会紧迫需要的同时，如何充分而合理地去预见和减轻不利的影响或未曾想到的结果，已成为各国政府和科学界关注和研究的一个重要问题[5]。从纳米技术的应用及价值来看,具有极大潜力改变我们未来几十年的生活方式,但正如波普尔所说的，"科学进步是一种悲喜交集的福音"。所以解决其引发诸多的社会和伦理问题势在必行。
3.1有争议的道德问题
有争议的道德问题可能涉及到研究和工程实践亦或产品使用。例如，纳米技术涉及包括转基因生物体、使用胚胎干细胞和嵌合体的研究、合成生物学、建设人工生物武器的发展、基因专利、和修改人的本性。当然，有争议的道德问题往往不是独有的纳米技术，虽然在某些情况下，纳米技术可能实现它们特别引人注目的或有争议的开发工具。
3.2社会环境问题
社会环境问题产生于纳米技术同社会体制以及纳米技术出现的体制背景的相互作用。由于纳米技术是一项普遍使用，可以获得的技术，所以它出现的可能引发的社会环境问题也是广泛的，例如，获得技术的公平问题，信息安全和隐私保护问题，知识产权问题，法律和政策问题，各种利益之间的冲突问题等等。纳米技术不是环境负担和利益分布的原因，设计能力，控制和纳米级的创建并非天生是不公正的。当考虑了纳米技术的特点和实践，环境正义似乎不是一个纳米技术的问题。因此，不把社会环境问题理清楚，纳米技术的可靠发展是不完整的。
3.3生命形式问题
生命形式问题出现于纳米技术在社会标准，规范和结构，比如家庭结构，社会网络和生活轨迹等方面。社会规范往往是基于事实，或特定的理解，比如我们彼此的关系和我们与自然环境的关系。纳米技术的出现有可能改变这种状况，如果纳米技术，特别是纳米医学能接近它所预期的那样的那样，那么与人类繁荣有关的规范将会进一步得到修改。此外，同过去一样，人类寿命延长和达到期望的健康等将对家庭规范和结构（例如，赡养责任），生活计划或轨迹（例如，婚姻状况），以及社会和政治机构产生重大影响。
3.4转型问题
转型问题产生于纳米技术的潜力，尤其是结合其他新兴技术，如生物技术、信息技术、计算机科学、认知科学和机器人技术等来改造人权状况，而不是仅仅作为形式的生活问题，修改一些参数。这可能是通过以下方式实现的--显著改变我们原来的生物种类，重建我们与自然环境之间的关系，创造自我意识和自主人工智能或发展强有力的替代环境。在这种情况下，新的道德状况或将引进一些有关于我们的道德景观需要重新配置或重新构思的方面。■
【参考文献】
［1］G..Khushf.The Ethics of Nanotechnology:Vision and Values for a New Generation of Science and Engineering. [J]National Academies Press,2004,(2).
［2］J.P.Dupuy,S.Roeser and A.Grinbaum.Living with Uncertainty:Toward the Ongoing Normative Assessment of Nanotechnology. [J]Research in Philosophy and Technology.2004,(2).
［3］朱凤清，张帆.纳米技术应用引发的伦理问题及其规约机制[J].学术交流，2008,(1).
这是一个小型印刷厂车间,面积只有70平方米左右,不到两节地铁车厢那么大。车间有七名女性和一名男性工人,每天的工作是将一种白色涂料喷到有机玻璃板上。
不幸很快就降临在这些工人的身上:七名女工相继发病,其中两名女工去世。
在2009年9月号的《欧洲呼吸杂志》(European Respiratory Journal)上,首都医科大学附属朝阳医院(下称朝阳医院)医生宋玉果及其同事发表研究论文称,上述女工“所患的可能是‘一种与纳米材料有关的疾病’”。
这大概是全球首宗关于纳米颗粒可能致命的临床毒理病例报告。论文的发表,在国际学术界引发了一场小型“地震”。无论那些与纳米技术有关的学术会议,还是科学新闻网站和科学家博客,中国女工之死和纳米安全都是激烈争论的话题。
喷涂车间悲剧
从研究论文披露的情况看,七位女工的年龄在18岁至47岁之间,平均不到30岁,在车间工作的时间从5个月至13个月不等。患病之前,她们的身体健康状况良好。
2007年1月至2008年4月期间,这几位女工被送到朝阳医院职业病与中毒科救治。这个科室专业水准较高,其医生经常被派往中国各个地方,协助处理血铅超标、重金属污染等职业安全事件。
女工们的症状比较类似。所有病人的肺部都受到严重损害,并且有胸腔积液,脸上、手上和胳膊也都出现了严重的瘙痒皮疹。其中,有四位女工体内的器官组织还面临缺血缺氧的危险。
无论对于患者,还是对于医生,治疗过程都令人煎熬。胸腔积液反复出现,常用的治疗方法均告失效。
最终,一名19岁的病人在接受外科手术16天之后去世;另外一名29岁的病人在症状出现后的第21个月,死于呼吸衰竭。
负责诊断和治疗这些女工的,是朝阳医院职业病与中毒科副主任医师宋玉果。根据医院网站的介绍,他多年来从事尘肺、有毒化学物中毒的诊治和临床研究。
宋玉果及其同事开始追究女工们患病的原因,并将嫌疑对象锁定为那个印刷厂车间的工作环境。
该车间所使用的原料是一种象牙白色的聚合物材料――聚丙烯酸酯混合物。聚丙烯酸酯作为一种黏合剂,广泛运用于建筑、印刷和装修材料中,被认为毒性很低。不过,为了让材料更加结实和耐磨,制造商有时会加入硅、锌氧化物、二氧化钛等金属纳米颗粒。
1纳米等于1米的十亿分之一,大致相当于人头发丝直径的数万分之一。通常,粒径在100纳米以下的材料,均被称为纳米材料。
七名女工和一名男工被分为两组,每天工作8个至12个小时。工人们每天要将大约6000克聚丙烯酸酯混合物,用勺子涂到机器的底盘上;这些混合物随即被高压喷射装置喷涂在聚苯乙烯材质的有机玻璃板上;然后,有机玻璃板在75摄氏度至100摄氏度的温度下被加热烘干。
车间只有一扇门,没有窗户。喷射装置附带有一个燃气排气口,对喷涂过程中产生的烟雾起到一定的排除作用。
女工们发病以后,来自中国疾病预防控制中心、北京疾病预防控制中心、当地疾病预防控制中心的流行病学专家,以及朝阳医院的医生,对这家印刷厂的工作环境进行了调查。
在喷射装置燃气排气口的吸气口中,专家们找到了累积的尘埃粒子。女工们发病前五个月,燃气排气口发生了故障。由于室外温度很低,车间的门也经常被关闭。专家们推断,在这期间,车间内的空气流动非常缓慢甚至处于静止。
这些工人都是工厂附近的农民,没有任何职业安全卫生知识。她们所得到的惟一用来保护自己的工具,就是棉纱口罩。而且,她们工作时只是偶尔戴戴。
据工人们反映,在喷涂过程中,经常会有一些原料喷溅到他们的脸上和胳膊上。惟一的一名男性工人在工作三个多月后离开,并没有显示出任何症状。在其他车间工作的工人,其中包括女工们的亲属,也没有出现类似症状。
研究论文没有透露这家印刷厂的名称及其所在地区。在朝阳医院的办公室,宋玉果也谢绝了《财经》记者的采访。
女工之死谜团
在女工们的肺部和胸液中,均发现了直径约30纳米的颗粒。而这般尺寸和形态的颗粒,同样存在于她们接触的喷涂材料之中。
此外,女工们出现了罕见的非特异性间质性肺炎,以及奇特的肺部增生组织――异物肉芽肿等症状。这些症状与纳米材料毒理的动物实验结果相似。
宋玉果及其同事因此认为,很可能是纳米颗粒导致这些女工发病甚至死亡。
但不少专家对这一结论持有保留态度。
9月1日至3日,在北京举行的中国国际纳米科技会议上,多位专家提及宋玉果及其同事的论文。
美国纳米健康联盟(Alliance for NanoHealth)主席、得克萨斯大学医学中心教授毛罗法・拉利(Mauro Ferrari)告诉《财经》记者,这篇论文非常重要,但他不认同作者关于纳米颗粒导致工人患病和死亡的分析。
法拉利说,要确定纳米颗粒与疾病之间的关系,首先应该分析纳米颗粒的组分,确认这些颗粒来自工作环境;即便病人肺部的纳米颗粒来自工作环境,在没有对照试验的情况下,也很难证明这些纳米颗粒一定是女工患病的罪魁祸首。
他还强调,这家印刷厂的工作环境恶劣而封闭,有毒化学品和气体充斥其中,工人们又没有好的保护措施。这些因素对于工人患病和死亡究竟有怎样的作用,都值得推敲。
对于论文中的一个推论――纳米颗粒进入工人身体的途径是吸入和皮肤接触,中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮表示,这并不总是正确的。他强调,通过吸入方式进人体内是可能的,但是纳米颗粒穿过皮肤直接进入生物体内的证据还很少。
美国麻省大学洛厄尔分校健康与环境学院助理教授迪米特尔・贝罗(Dhimiter Bello)因故取消了行程,未能到北京参加此次学术会议。但他通过电邮对《财经》记者说,在工人肺部和工作环境中都发现纳米颗粒,只能说明纳米颗粒有可能是一个致病因素。实际上,从论文提供的信息来看,并不能排除其他的可能致病因素。例如,喷涂过程中用到的聚合物材料在高温下的降解产物,也可能是主要或者惟一造成女工患病的原因。
在贝罗看来,这场悲剧或许不应归咎于纳米颗粒,而应怪罪车间内原始的、不人道的工作条件,“这是一次警醒,无论(悲剧)是否与纳米颗粒相关,工作场所的暴露条件都应当被控制在安全范围内。在这方面,中国还有很长的路要走。”
美国加州大学洛杉矶分校纳米毒理研究中心主任安德烈・内奥教授(Andre Nel)也说,在这起事件中,工人们没有得到应有的生产安全保障,政府部门应该负起监督的责任,以保证生产过程中不会产生对人体和环境有害的物质。
实际上,论文本身也承认了研究存在局限:由于缺乏环境监测数据,无法弄清印刷厂车间纳米颗粒的浓度;纳米颗粒的组成也不清楚。
此外,令宋玉果及其同事疑惑的是,究竟是特定的纳米颗粒,还是所有纳米颗粒都有可能致病?如果的确是纳米颗粒导致那些女工患病,对其他在工作中也会接触纳米颗粒的工人来说,又意味着什么?
如今,关于女工之死的研究论文已经成为了纳米技术研究者们的一个热点话题。据《财经》记者了解,欧洲和美国还有科学家打算组成一个专家小组,到中国开展调研,并希望取到样品回去研究。
诱人前景与安全隐患
不管纳米颗粒是否被确认为几位女工悲惨命运的元凶,纳米技术的安全性问题都因此再度引发各界关注。
纳米技术正在走进人们的生活。从一桶涂料、一瓶防晒霜到一件衣服,都有可能用到纳米技术。
纳米材料颗粒小、表面积巨大,会显示出很多独特的物理化学性质,从而在电子、光学、磁学、能源化工、生物医学、环境保护等领域有巨大的应用前景。例如,很多纳米材料都可用作涂料,替代那些强毒性的化学物质;用碳纳米管等纳米材料改良电池,可以推动电动汽车的发展,使电力更持久等。
纽约一家名为“卢克斯研究”的市场分析公司称,2007年销售的纳米技术相关产品,价值约1470亿美元。到2015年,这一数字可能突破3万亿美元。
纳米技术在展现出诱人前景的同时,其安全性问题也进入了人们的视野。
随着纳米材料的大规模应用,研究人员和工人容易暴露在纳米颗粒浓度较大的实验室或生产车间之中。此外,普通公众也可能暴露在纳米颗粒之下:涂料、化妆品等产品中用到的纳米材料,可能在产品损坏或分解时释放。
这些纳米颗粒物可能经过呼吸道吸入、胃肠道摄入、药物注射等方式进入人体,并经过淋巴和血液循环,转运到全身各个器官。
根据多项流行病学研究,空气中的细颗粒物,尤其是纳米级别的颗粒物,浓度的大量增加会导致死亡率的增加。伦敦大雾曾经导致居民大量死亡,就是一个被经常引用的案例。
那么,人造的纳米材料进入人体后,是否会导致特殊的生物效应,并对人体健康构成危害呢?从理论上说,纳米物质由于尺寸小,与常规物质相比更容易透过人体的各道屏障;由于表面积大,也可能有更多毒害人体的方式。
朝阳医院的宋玉果在8月31日《健康报》发表文章说,相关的动物实验研究发现,许多纳米物质具有明显的毒性,其中研究较多的为碳纳米管、纳米二氧化钛等。一些纳米物质还被认为可致动物肺脏、肝脏、肾脏和血液系统等损伤。
对于与纳米物质相关的疾病,宋玉果称之为“纳米相关物质疾病”。当然,他也表示,公众不必为纳米物质相关疾病感到恐慌,不是所有纳米颗粒物都有毒性。
动物毒理性实验的结果,也不能简单地推到人的身上。但由于科学界对纳米安全性的研究刚刚开始,几乎没有任何相关人体毒理性资料――这也是宋玉果及其同事的论文引起国际科学界高度关注的一个原因。
中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任赵宇亮告诉《财经》记者,目前开展过安全性研究的纳米材料只有十几种,还非常有限。但他相信,随着研究队伍的壮大和研究投入的加大,将来必定可以从大量的数据积累中寻找到一些规律。
在国际上,纳米安全性研究的热潮大约始于2003年。《科学》和《自然》等著名学术杂志纷纷发表文章,探讨纳米材料与纳米技术的安全问题:纳米颗粒对人体健康、自然环境和社会安全等是否有潜在的负面影响。
这之后,各国明显增加了纳米安全性方面的研究。美国的国家纳米技术计划(NNI)将总预算的11%投入纳米健康与环境研究。欧盟每年支持三个左右与此相关的项目,每个项目的经费规模在300万至500万欧元之间,而欧盟各个国家还有自己国内支持的纳米安全性项目。
中国在极力推进纳米技术研究和产业化的同时,也开展了纳米安全性的研究。其中,中国科学院在2001年就开始筹建纳米生物效应与安全性实验室。科技部在2006年启动了为期五年的国家重点基础研究发展计划(即“973”计划)项目“人造纳米材料的生物安全性研究及解决方案探索”,经费2500万元,首席科学家由赵宇亮担任。
不过,赵宇亮告诉《财经》记者,与美国和欧盟相比,中国在纳米安全性研究上的投入只是“一个零头”。
政治决策与公共参与
中国科学家在纳米安全性方面的研究工作,得到了国际同行的认可。其中,在每年召开的与纳米毒理学相关的国际会议上,几乎都会邀请中国科学家作大会报告。赵宇亮还与其他科学家共同主编了第一本纳米毒理学英文专著。美国纳米健康联盟主席法拉利称,中国科学家是纳米毒理学研究领域的领导者之一。
不过,令赵宇亮感到尴尬的是,美国国家纳米技术协调办公室的官员曾经问他,包括美国、欧盟、英国、日本等很多国家的相关管理部门,都发表了对于纳米技术安全性的调研报告、方针和策略,为什么中国没有?对此,赵宇亮不知如何回答是好。
在美国和欧盟,纳米技术及其安全性已经成为政治家们关心的话题之一。它们的环保部门、国家科学与技术委员会,以及其他政府研究机构,会通过白皮书等文件形式,发表政府层面对于纳米安全性问题的见解。
其中,2001年,美国在国家科学技术委员会之下建立了国家纳米技术协调办公室,负责协调政府层面之间的纳米研究计划。而纳米研究项目的成果,会通过这个办公室反馈给其他政府机构,帮助科学研究去影响政府决策。
2009年3月,美国食品药品监督管理局(FDA)还了一份有关纳米技术的合作倡议。该局将与纳米健康联盟旗下的八个研究机构合作,以加快建立保障纳米医疗产品安全可靠的有效体系。法拉利告诉《财经》记者,在实验室研究结果与安全性评估的关联,以及纳米技术相关药物的审批等方面,美国食品药品监督管理局都做了很多工作。
相比之下,纳米安全性在中国似乎局限于科学研究的阶段,政府部门仍然保持沉默。
对于纳米技术的研究和产业化,各国都在积极支持。其原因正如美国《环境健康展望》杂志所称,科学界普遍认为,纳米材料和纳米技术对于社会是十分有益的,能够提供更好的药物、更强更轻的产品、对环境更友好的能源和环境技术。
与此同时,为了获得公众对于纳米技术发展的支持,各国也需要在纳米安全性方面进行更多的研究,同时鼓励公众参与。在中国纳米国际科技会议的闭幕式上,法拉利也特地呼吁加大公众在纳米安全性研究上的参与程度。
实际上,关于纳米技术发展的“风险预防”原则,在欧洲和美国等地正深入人心――人们希望在纳米技术等新技术的风险出现之前,尽可能地提前进行防范和干预。而公众及早参与到纳米技术研究和政策的讨论,是“风险预防”实践的关键环节之一。
英国杜伦大学风险研究所负责人菲尔・麦克纳顿(Phil Macnaghten)教授告诉《财经》记者,要想避免纳米技术重蹈转基因技术的覆辙,让公众从“上游”参与讨论影响纳米技术的研究和政策,或许是一个有效的办法。如果等到技术发展之后再让公众在“下游”参与,可能为时已晚,“很难改变公众业已形成的印象和认识”。
[论文摘要]科技的发展，使我们对物质的结构研究的越来越透彻。纳米技术便由此产生了，主要对纳米材料和纳米涂料的应用加以阐述。
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米SiO2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米TiO2、SiO2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是SiO2、TiO2、CaCO3、ZnO、Fe2O3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的Halox、Sherwin－williams、Mineralpigments、德国的Hrubach、法国的SNCZ、英国的BritishPetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测 转贴于
据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
[1]桥本和仁等［J］. 现代化工. 1996(8):25～28.
[关键词]石油工程 课程 教学 改革 探索
前言
中国文化最高深意之所在，在于“中国人所谓通天人合内外，亦可谓即是自然与人文之会合”[1]。中国儒家好言人道，即人文，缘于儒家经典《周易》之“观乎人文，以化成天下”。现在我国所提倡的“以人为本”的科学发展观，可谓与我国传统学说是一脉相承的。教学必须以人为本，对于自然科学及工程技术领域的教学，在强调理论的同时，除了要与实践相结合外，还要与人文会合。作者从事高校教学和科研工作二十多年，恰逢盛世，有幸参与学样的教改研究及“大学生创新性实验”。现以曾讲授过的石油工程专业课《油田化学》、《钻井液工艺原理》及其专业基础课《胶体与表面化学》等课程为例，结合相关课程以及目前已完成的“大学生创新性实验”以及教学改革项目，探索高校专业课及专业基础课的教改思路。
一、专业及专业基础课程
《油田化学》是石油工程的专业课程之一，是研究油田钻井、完井、采油、注水、提高采收率及原油集输等过程中的化学问题的科学。油田化学其实由钻井化学、采油化学和集输化学三部分组成，以无机化学、有机化学、物理化学、胶体化学、表面化学、高分子化学等基础化学为理论基础，通过各种类型的油田化学剂来解决油气钻进过程中遇到的复杂问题，改造油层及油水井，改善原油在管道中流动状况，以及分离油气水，提供高品质原油，减少油田采出水对环境的污染。虽然这三个部分是不同的体系和过程，十分复杂，并且有各自的发展方向，但是它们又是相互关联的，绝大多数体系属于或涉及到胶体分散体系（属于纳米技术的范畴）。
《大学》八条目，以格物致知为先。朱子《大学格物补传》有，因其已知之理而益穷之。虽然石油工程本科生开设了《胶体与表面化学》等基础课，但实际使用的教材中，胶体理论知识部分中所讲述纳米材料较少，内容较少，且与实际结合得不够，讲授时安排的学时也很少。其实自从进入21世纪以来，纳米技术日新月异，已经影响到我们日常生活的方方面面。因此，我们追踪了相关学科在纳米技术方面的研究热点及其发展方向，补充讲稿，完善教案。尽量做到理论联系实际，培养学生们的学习兴趣，提高他们的学习积极性。
二、纳米技术
纳米是长度计量单位，1纳米是1米的十亿分之一，相当于10个氢原子一个挨一个排列起来的长度。纳米材料涉及凝聚态物理、化学、材料和生物等领域，被公认为21世纪重点发展的新型材料之一。纳米材料现已发展到人工组装合成有纳米结构的材料。
纳米技术在油田化学中经常用于钻井液完井液的暂堵剂以保护油气层，在油田采出水处理中可以利用纳米材料的光催化作用，将采油污水中的油和高分子进行光催化和光降解，使其达到回注地层及外排的水质要求。利用纳米技术甚至可以从水和空气中清除细微污染物，从而提供更清洁的环境和更高质量的水。
三、教改探索
（一）教学探索
作者将自己平时积累的学习及科研经验，应用到不同层次的教学中。在本科教学中，先侧重基础知识讲解，然后再讲授胶体的各种性质。在给硕士生讲授《现代钻井液技术》以及给博士生讲授《高等胶体化学》时，作者也将纳米技术等先进技术引入进来。针对学生们将来的工作，要求学生了解各油田的情况，使每一位学生能更快更好地了解未来的工作。
在本科生教学过程，针对纳米材料的特性引入学生感兴趣的话题，从而提高学生们的学习兴趣。例如，金红石型纳米二氧化钛可用作涂料，涂层粗糙度小，表面光滑细腻；而锐钛矿型纳米二氧化钛可以防紫外线，可用在遮阳伞的防紫辐射。女生们比较感兴趣的话题是引入纳米材料的化妆品，有同学提到互联网上的天价纳米金护肤品的广告。作者在讲解到《胶体化学》中溶胶的光学性质时，以多媒体的形式向学生进行展示金溶胶的颜色。金溶胶粒子逐渐减小时所对应的颜色从红色到蓝色，其实可以呈现出不同的颜色；而金属银在50～60纳米时，也可以呈现黄色。学生们看了PPT后一目了然，除了不会再受不实广告宣传影响外，对本课程的学习更加投入了。此后提问的学生多了，学习的积极性得到普遍提高，学生们的期末考试成绩普遍好于往届。对硕士生及博士生的要求则要求更高一些，除了要求他们对日常生活中所涉及的纳米技术有所了解外，还要求他们能够结合专业知识，研制出可用于石油工程专业领域的纳米材料。
在针对来自现场的学生进行培训时，作者则是与学生多互动，既了解了各油田的研究现状，又针对一些具体问题提供参考意见。例如，在讲解部分黏土矿物对采油工程的影响时，特别提到在深部地层的油层有时会存在绿泥石，而绿泥石中可能有一定含量的铁元素，在进行强化采油时，不适宜采用酸化作业来提高原油采收率。一些培训的同学曾在某油田承担过两项酸化作业，但在施工后却发现油井产量非但没有上升，反而下降了。经学习后发现，就是由于未进行黏土矿物的组成分析。
（二）创新探索
在“大学生创新性实验”中，作者与本科生一起完成了“钻井液用超细颗粒的研制”。在近一年的研究过程中，本着“学不厌，教不倦”的精神，不以师自居，鼓励学生多动手进行实际操作的同时检索文献。用孔子的五步学习法启发学生：博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之[2]。与研究生们一起研制出了多种钻井液用超细颗粒，并获得黑龙江省石油学会优秀论文三等奖。在学校的教改项目中，作者还与其他师生一起共同学习和共同实践，圆满完成了工作任务。
四、结论
钱穆先生曾说：教与学平等，共一业。师与弟子亦平等，共一生命。教者学者在其全人生中交融为一，始得谓之是教育[1]。作者一直认同钱穆先生的“能于教者中得一学者，则成为一不寻常之师。终其身惟有一大事业斯曰学”。孔子也说过：后生可畏，焉知来者之不如今。我等虽是教者，但应以学生为本，同时也以学习为终生职业。
[参考文献]
[1]钱穆.现代中国学术论衡.第二版.北京：三联书店.2005年.p38-60.
并非所有纳米物质都有害
纳米对于绝大多数人来说，是个新鲜的名词，提出“纳米疾病”似乎并无不妥。但纳米毕竟只是一个长度单位，如果依此类推我们提出“厘米疾病”、“毫米疾病”，则显得有几分怪异。
纳米技术产品是近年研究开发的热点，虽然各国都在加大对纳米技术的研究，但迄今为止，人们对纳米材料在环境中的作用及其对人的影响知之甚少。随着纳米技术和纳米材料的快速发展，人们接触纳米材料的机会日益增多，纳米材料的生物学效应受到人们越来越多的关注。
研究证实，纳米颗粒可以在呼吸道及肺泡中沉积，颗粒越小沉积越多。单壁碳纳米管粒径小，质量轻，容易在肺部沉积，引起以肉芽肿为特征的肺部损伤。在体内和体外试验中，纳米二氧化钛对肺部的损伤程度均大于微米尺度的二氧化钛颗粒。多项研究表明，大鼠暴露于纳米二氧化钛颗粒后。随着时间的延长，肺巨噬细胞清除能力下降，二氧化钛颗粒在肺内滞留增多，并逐渐向间质组织和周围淋巴结侵袭，导致肺泡上皮损伤、增生等炎症反应。
目前，研制开发的纳米材料种类繁多，并不是所有物质在纳米状态都会呈现出毒副作用，甚至在纳米状态还会呈现毒性减少的趋势。以石英为代表的结晶型二氧化硅已被证实对人体有很大危害，而有研究表明纳米二氧化硅致肺纤维化等慢性毒性效应则可能比标准二氧化硅轻。
对动物有危害≠对人类有危害
迄今为止，纳米材料导致的生物学损害作用依然停留在动物实验阶段，还没有导致人体危害的确切证据。像以往对许多化学品的毒理学研究一样，对动物有危害，并不等同于对人类有危害。这主要是因为：
1、纳米只是计量单位，是否产生生物学损害，要看具体是什么化学物质。
2、目前对于纳米材料导致的生物学损害的研究，对所采用剂量报道较少。任何化学品的有害、无害只是相对概念。剂量效应关系是普遍存在的。纳米材料是否产生生物学损害，要看接触者的实际暴露剂量。
3、目前的研究已经证实，不同动物种属对纳米材料的生物学反应存在一定差异。
认定纳米材料致病尚缺乏依据
作为曾经医治过河北7名“怪病”女工并到作业现场进行过实际调研的医务人员。笔者认为，认定上述患者暴露于纳米颗粒环境中缺乏依据，因此认定是纳米材料导致了损害同样缺乏依据。这主要是因为：
1、迄今为止，导致上述患者患病的物质依然没有得到确认。我院曾经组织多学科，邀请国内诸多专家，多次为上述患者进行会诊，也对患者使用的原材料进行过分析。没有确认患者所使用原材料为纳米物质。
2、国内外从事印刷PS版喷涂作业的企业众多，尚未发现有类似情况发生。上述患者所使用的喷涂剂，是用人单位贪图廉价所采购的没有生产厂家标识、没有产品名称标识、没有成分标识的“三无”产品。廉价购得“纳米材料”可能性不大。
3、从事印刷PS版喷涂作业的企业，使用的主要物质成分为聚丙烯酸酯。国内有学者用聚丙烯酸酯为实验动物染毒，没有复制出胸腔积液和肺损伤的实验动物；而使用从生产现场获取的原材料，已经成功复制出胸腔积液和肺损伤的实验动物。因此。不能认定病因为聚丙烯酸酯纳米材料。
论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途,阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。
1引言
磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。
2纳米磁性材料的研究概况
纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。
2.1纳米颗粒型
磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。
纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。
磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。
纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。
电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。
2.2纳米微晶型
纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。转
纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。
2.3磁微电子结构材料
巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等
磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。
磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。
3展望
纳米技术是本世纪前20年的主导技术,纳米材料是纳米技术的核心,是21世纪最有前途的材料,也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战,纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向,但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究,以全面提高企业的技术水平和竞争能力,在世界民族之林树立中华民族的大旗。
参考文献
［1］王瑞金.磁流体技术的应用与发展［J］.新技术新工艺,2001,(10):15-18.
［2］许改霞，王平，李蓉等.纳米传感技术及其在生物医学中的应用［J］.国外医学生物工程分册，2002，25（2）：49-54.
纳米科技和纳米材料是20世纪80年代刚刚诞生并正在崛起的高新技术,它是研究包括从亚微米、纳米到团簇尺寸(从几个原子到几百个原子以上尺寸)之间的物质组成体系的运动相互作用以及可能的实际应用中的科学技术问题,研究内容还涉及现代科技的广阔领域。世界各国都对纳米技术给予了极大关注,美国、日本、德国等发达国家,都将纳米技术和纳米材料作为研究开发的热点课题,并得到政府的资金支持。随着科技发展进步,人类对纳米科技的研究日益广泛深入,纳米技术也已开始得到了较大范围的应用,并越来越深入地影响和改变着人们的生产、生活及思想,而对经济、政治及社会的影响则更多地体现在各国间对纳米科技及其应用的激烈竞争上。具有特异功能的各种纳米材料越来越多,由纳米材料制备的功能性产品也不断地被开发出来,开始形成一个新型的纳米功能性产品的产业领域。在众多的纳米材料中,一些高性能的纳米陶瓷粉体材料,也就是广义上的无机非金属纳米材料的开发应用最为广泛和活跃,并已在多种产业和实际产品中得到应用,出现了高性能多功能性纳米产品,从而使得许多传统产业正在发生一场新的技术革命。随着纳米技术和纳米材料进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将会给整个社会带来更大的经济和社会效益,并对人类社会的发展和进步产生深远地影响。
纳米是一个长度单位,1纳米等于十亿分之一米,20纳米相当于1根头发丝的三千分之一。20世纪90年代起,各国科学家纷纷投入一场“纳米大战”,在0.10―100纳米尺度的空间内,研究电子、原子和分子运动规律和特性。
中国科学界不甘人后,1993年中国科学院北京真空物理实验室操纵原子成功写出“中国”二字,标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地,并居于国际科技前沿。研究材料学的专家学者也不甘人后,纷纷把眼光瞄准了“纳米”这一新技术领域,使得纳米科技和纳米技术取得了迅速地发展。随着纳米材料和纳米技术进入更多的传统产业和传统产品中,纳米科技将会给整个社会带来更大的经济和社会效益,对人类社会进步产生深远的影响,同时发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。战略性新兴产业是新型科技和新型产业的深度融合,代表着科技创新的方向,也代表产业发展的方向,使战略性新兴产业尽早成为国民经济的先导产业和支柱产业,要大力推动自主创新、提高原始创新能力和关键核心技术创新能力,着力突破制约经济社会发展的关键技术问题。加快推进自主创新,紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇,更加注重自主创新能力,加快科技成果向现实生产力转化,加快科技体制改革,加快建设宏大的创新型科技人才队伍,谋求经济增长与发展主动权,形成长期竞争优势,为加快经济发展方式转变提供强有力的科技支撑。
太原高科公司及企业技术中心简介
太原高科耐火材料有限公司于1989年由高树森董事长基于创新耐火材料,服务产业经济的梦想而发起创立。在成立之初,这只是一家简易的小型耐火材料厂,经过几年的艰苦奋斗,企业取得了初步的发展。1992年经山西省高新技术委员会认定、国家太原高新技术开发区管委会批准,成立了太原高科耐火材料有限公司(简称太原高科)。公司建立了耐火材料生产厂和专门的耐火材料技术研究中心,并被山西省科技厅确立为山西省耐火材料工程技术中心,成为耐火材料行业唯一的国家级高新技术企业。并承担山西省高端重点行业用耐火材料的技术研究与开发工作。先后研究开发出多种耐火材料高新技术产品,及时将研究成果转化为生产力,大大促进了企业的发展,同时为技术研究和自主创新提供了雄厚的资金支持,形成了生产与科研相互促进的良好局面。公司与国内多所高等院校、科研机构在产品开发、技术交流等领域建立长期的合作关系,使公司在新产品技术性能、使用性能、技术储备等方面不断创新,形成了产学研联盟,具备研究、开发、生产高技术特种耐火材料能力,形成了自主研发、自主创新和自我实现产业化的良性循环。经过20年的发展,在实现了公司的管理升级和稳步、持续、快速发展的同时,确立了以“以科研为依托,市场为导向”的科技兴企的发展战略。
目前,太原高科已通过ISO9001-2000国际质量体系认证和ISO14001:2004环境管理体系认证,被山西省科委确定为“山西省科技先导型企业”、太原市科技局授予“太原市科技创新示范单位”、太原高新区授予“十佳技术创新项目企业”及“质量管理先进企业”、山西省认定为企业技术中心。最近,中国耐火材料行业协会授予太原高科耐火材料有限公司、山西省耐火材料工程技术研究中心“行业纳米材料产业化示范基地”的称号。
实践证明,坚持科学发展观,坚持走自主研发和自主创新的道路是太原高科发展的根本。通过多年的努力,太原高科公司已走出了自主研发、自主创新、自主生产科研成果的路子,由“中国制造”变为“中国创造”,而且实际效益十分突出,在这次金融危机的冲击下,该企业也受到一定程度的影响,但在高董事长的带领下克服重重困难,企业产值利润仍得到了较大增长,并且由于纳米科技、纳米材料开发成功和应用,企业潜在产值利润发展空间十分广阔。这同时也从一个侧面说明,我国科技体制改革中建立以企业为主体、产学研结合的技术创新体系,并将其作为全面推进国家创新体系建设的突破口,只有以企业为主体才能坚持技术创新的市场导向,有效整合产学研的力量,确实增强国家竞争力,以企业为主体的创新机制,对科研成果迅速转化为生产力具有重要的推动作用。
纳米耐火材料研究成果概述
耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子、国防等基础工业领域重要的基础材料,是高温工业热工设备不可缺少的重要支撑材料,与钢铁等高温工业的技术发展相互依存互为促进。为了开发21世纪新一代耐火材料,迫切需要运用尖端的纳米技术和纳米材料开发后续的纳米耐火材料。随着科学技术进步的日益加快和对纳米技术广泛深入的研究,作为高新技术,纳米技术得到了迅速发展和广泛应用,并且越来越深入地影响和改变着人们的生产、生活及思想,而对经济、政治及社会的影响则更多地体现在各国间对纳米技术及应用的激烈竞争上。耐火材料作为高温工业,特别是钢铁工业服务的基础材料,它一直伴随着高温技术和材料科学的进步而发展。如何应用尖端的纳米技术和纳米材料来改变耐火材料的组织结构,特别是微观显微结构,全面提高耐火材料的各项性能指标,更好地满足钢铁等高温工业发展及使用需求,一直是广大耐火材料工作者所关注的热点问题。因此,高科公司和技术中心研究人员在高树森董事长的带领下,对纳米技术、纳米材料及其在耐火材料领域中应用开展了长期的、多方面的探索与尝试,并且在此工作基础上还进行了专题研究和自主创新工作;结果表明,采用纳米技术制备的纳米陶瓷粉体材料所具有的功能特性,在纳米耐火材料领域中应用都能够充分地显示出来且得以确认;采用纳米技术和纳米材料制成的纳米耐火材料产品,在钢铁工业新技术(如炼钢二次精炼)中使用,也显示出令人振奋的使用结果。
近年来,我们对纳米技术和纳米材料进行了深入研究和自主创新,自2008年至今,在将近两年的时间里,共申报了六项纳米耐火材料发明专利项目,涉及耐火材料的主要品种,前五项发明专利均已公布,并经有关部门严格筛选后评定,被列为年度国家重点发明专利项目,并纳入国家发明专利实施转化项目中,还被国家知识产权局出版社编入发明人年鉴中;前两项发明专利获第九届香港国际发明博览会金奖,又获第十二届中国北京国际科技产业博览会第三届中国自主创新杰出贡献奖。2010年这些纳米发明专利在第十三届中国北京国际科技产业博览会上又获“中国自主创新杰出贡献奖”,并在“中国高新企业发展国际论坛”上做了《关于发展纳米科技和纳米耐火材料自主创新及其产业化》的重要报告。六项纳米发明专利项目分别是:
纳米耐火材料发明专利之一
纳米复合氧化物陶瓷结合铝―尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101397212A)
纳米耐火材料发明专利之二
纳米Al2O3薄膜包裹的碳―铝尖晶石耐火浇注料及其制备方法(公布号:101417884A)
纳米耐火材料发明专利之三
纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石―镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101544505A)
纳米耐火材料发明专利之四
纳米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳―尖晶石镁质耐火浇注料及其制备方法(公布号:101555153A)
纳米耐火材料发明专利之五
纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法(公布号:2101767999A)
纳米耐火材料发明专利之六
纳米SiO2、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法(申请号:201010165554.9)
纳米耐火材料系列发明专利的公布,是纳米技术和纳米材料在耐火材料领域中成功应用的重要标志,也是纳米技术和纳米材料在传统产业中自主研发、自主创新的重要发展方向,对钢铁等高温工业的发展和高新技术的应用,作出了重要贡献。同时,发展纳米科技是转变经济发展方式,实现可持续发展的关键。具有战略性的纳米新兴产业是新兴科技、新兴产业的深度融合,代表着科技创新的方向,也代表产业发展的方向。使纳米战略性新兴产业尽早成为国民经济的先导产业和支柱产业,要大力推动自主创新,着力突破制约经济社会发展的关键技术问题。加快推进自主创新,紧紧抓住新一轮世界科技革命带来的战略机遇,更加注重创新,加快自主创新能力,加快科技成果向现实生产力转化,加强科技体制改革,加快建设宏大的创新型科技人才队伍,谋求经济增长与发展主动权,形成长期竞争优势,为加快经济发展方式转变提供强有力的科技支撑。太原高科纳米耐火材料的研究及其发明专利成果,大大推动了我国纳米技术、纳米材料的进步与发展,为耐火材料的发展开辟了一片新天地,也为开发更长寿、更节能、无污染功能化的新型绿色耐火材料带来了发展空间。为了进一步深入发展纳米技术在耐火材料领域中的应用研究,使纳米技术在耐火材料领域中得到更广泛的应用,太原高科将研究开发更多更实用的纳米耐火材料发明专利成果,以满足钢铁等高温工业发展需求,也为钢铁等高温工业技术的实施与发展提供了最佳服务。
发展“绿色耐材” 节能减排
耐火材料是高温工业的重要基础材料。在全球大力发展低碳经济形势下,实现高温工业的“绿色化”与耐火材料工业自身的“绿色化”不无关系。绿色耐火材料战略是关系到我国当前和今后耐火材料行业可持续发展的重要发展战略。我国在耐火材料总产量和品种数量上是当之无愧的世界第一。但就“绿色度”而言,差距却甚大,表现在诸如:炼钢耐火材料的平均比消耗高出国际先进水平1倍以上,高性能、长寿命产品比例少,质量稳定性欠佳,技术附加值不高,能耗高,存在环保和公害问题,某些原料资源短缺等。
我们研究开发的新型纳米耐火浇注料及其整体浇注技术,大幅度提高浇注的整体炉衬的使用寿命,节省资源,且节能环保,生产成本相对较低,经济适应性强,无粉尘,无排放有害气体,特别是无纳米粉体的污染,是真正的绿色耐火材料,适应循环经济发展要求,具有显著的经济效益和社会效益,已达到国际先进水平。该系列项目的大力推广也将为我国丰富的耐火矿产资源在现代耐火材料应用中提供广阔的发展前景,将资源变为产品,推动市场效益,可带动资源产业的更快发展。
建立纳米耐材产业化示范基地
我国钢铁产量巨大,2009年钢产量达5.7亿吨,位居世界首位,约占世界总产钢量的47%以上,钢铁生产的高速增长是伴随着流程优化与结构调整来实现的,其重要的就是对加快推进生态文明建设是从清洁生产总体高度上,加快科技创新与进步,继续将纳米技术纳入到耐火材料尖端技术之中,进行深入的研究开发和自主创新,并实施产业化,对钢铁等高温工业发展、高新技术的采用与实施、节能减排、提高质量、创新品种都将发挥非常重要的作用。
纳米科技和纳米材料是21世纪最有发展前景的高新技术,它对国家经济发展、经济转型、传统经济改造、自主创新等均具有重要意义。然而,纳米科技和纳米材料只有在生产实际应用中才能体现出自身的重大价值。国外多个国家都对纳米产品的产业化给予特别关注,并且作为纳米科技发展水平的重要标志。纳米材料制备技术由实验室转移到工厂生产势在必行,在纳米技术产业化过程中存在多方面制约纳米发展的瓶颈问题。为了解决纳米耐火材料产业化中出现的各种瓶颈问题,我们开展长期的专项研究并取得了较好的效果,这就为纳米耐火材料产业化铺平了道路,为加快推进产业结构调整,完善现代产业体系,加快推进传统产业技术改造,加快发展纳米战略新兴产业,全面提升产业技术水平和国际竞争力,都具有重大意义。
为此,建立纳米耐火材料产业化示范基地,对当前和今后耐火材料工业和钢铁等高温工业的发展是非常有意义的,而且也是十分紧迫和刻不容缓的。此外,国际间纳米技术和纳米材料的竞争更多体现在工业生产的纳米产品上,太原高科对纳米科技和纳米耐火材料的研究开发和自主创新作了长期的艰苦努力,并取得多项发明专利成果,并且对纳米科技和纳米耐火材料继续开展深入研究和产业化基地建设将会取得更多、更大进展,为我国纳米科技发展作出贡献。产业化示范基地建立后,太原高科将运用多项高新技术,谋求与尖端的纳米技术整合,加速纳米耐火材料的理论与实际应用研究,为耐火材料行业的纳米化发展创造条件和奠定基础,完成开发成果后,可积极推进开发和创新成果的产业化,及时服务于钢铁等高温工业生产中,使纳米技术及早地显现出经济效益和社会效益,为科技发展和进步作贡献,努力把21世纪纳米尖端耐火材料的开发与生产做好、做成功;为国家高温工业的发展继续作研发与服务;加快传统工业的改造,促进我国经济的平稳、快速发展。■
论文摘要:充满生机的二十一世纪，以知识经济为主旋律和推动力正引发一场新的工业革命，节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命的核心，纳米技术在生产方式和工作方式的变革中正发挥重要作用，它对化工行业产生的影响是无法估量的。这里主要介绍纳米材料在化工领域中的几种应用。
纳米材料（又称超细微粒、超细粉末）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，其结构既不同于体块材料，也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，拥有一系列新颖的物理和化学特性，在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。
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。
一、纳米材料的特殊性质
（一）力学性质
高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。
（二）磁学性质
当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1.55Gb/cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3%，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50%，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。
（三）电学性质
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
（四）热学性质
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
二、纳米材料在化工行业中的应用
（一）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。
（二）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。
（三）在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。
纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，为此，国家科委、中科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。
参考文献
[1]张立德，牟季美，纳米材料和纳米结构，科学出版社，2001.
[2]严东生，冯端，材料新星?纳米材料科学，湖南科学技术出版社，1998年.
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