纳米材料的技术发展及应用研究

王廷懿

摘要：纳米材料具备小尺寸效应，在电学、热力学以及催化等多个方面有独特的性能，被称作21世纪最具发展前景的材料。基于此，本文将纳米材料作为研究对象，对其技术发展及应用进行分析。首先介绍了纳米技术的发展概况，然后阐述了纳米材料的性能，最后介绍了纳米材料的具体应用，以期为相关研究提供理论参考。

关键词：纳米材料；纳米技术；界面效应

引言：

纳米技术最早出现于1974年，纳米材料则于80年代出现，纳米材料的定义为粒径在1-100纳米之间具有特殊物理化学性能的材料。在经过数十年的研究分析，我国也研发了先进的纳米材料，促进了我国纳米材料的发展，目前常用的纳米材料制备方法分为物理和化学两种，不同制造方法生产的纳米材料有不同的应用范围与应用方式。对纳米材料的分析可以提升我国材料行业的研发水平，缩短我国与国际领先水平的差距。

一、纳米材料的技术发展概况

相比于我国，国外对纳米材料技术就开展了研究。在二十世纪90年代，纳米材料及相关技术在世界范围内引起了巨大的轰动。美国、英国、德国、日本等发达国家及地区纷纷开始了大规模的纳米材料及技术研究，发展至今已经进入了工业化实施的阶段。我国展开纳米材料及技术的研究起步相对较晚，在二十世纪80年代，我国政府才将纳米材料及技术的研发列入国家“重点攻关项目”以及“攀登计划”中，并在90年代中期达到了高潮。目前，我国纳米材料的研发已经实现了工业化，并在多个领域中得到了应用。

二、纳米材料的性能分析

第一，几何结构效应。在纳米材料的结构中，由于主体层板之间的相互作用较弱，所以施加外力时十分容易被打破。由于这样的性质，使其在涂料领域有着较为优异的触变性能。

第二，结构记忆效应。该性能是纳米材料具有的较为独特的一种性能，这意味着纳米材料在经过特定的途径进行结构的改变后，在特定的条件下能够恢复至原有的结构，具有着可逆性。

第三，界面效应。利用有机分子对纳米材料进行插层处理后，有機分子链会对主体层板产生缠绕作用[1]。这种缠绕作用的实质就是无机层状材料的有机化。其中，有机化的程度受到插层的数量及种类影响。所以，选择不同的插层材料，就能够对界面效应进行控制。

三、纳米材料的具体应用

（一）纳米电子学、光电子学以及磁学

现阶段，在纳米电子学、光电子学以及磁学的发展中，已经能够将硅集成电路中微电子器件的线宽缩小至70nm左右。目前国际上电子器件的线宽最窄能够达到130nm[2]。若将硅集成电路中的微电子器件的线宽做的更小，则会使电子通过绝缘层，引起电路的短路。

在现阶段的研究中，优化纳米电子电路的措施有两种：第一，在利用光刻法进行集成电路的制作中，通过双光子光束技术的量子纠缠态，能够将集成电路中微电子器件的线宽在极限值的基础上缩小至25nm；第二，新材料的研制。利用新材料对原有材料硅进行取代，可以使用纳米碳管、蛋白质二极管、分子电线等进行。

另外，在部分民用领域以及宇航领域中，利用铁基纳米材料所制备的传感器、超顺磁性纳米微粒的磁性液体等得到了广泛的应用。

（二）纳米医学以及生物学

在生命现象中，纳米结构是一种基本的成分，例如，DNA、RNA、蛋白质、病毒等，尺寸都在1-100nm之间。在细胞中，细胞器以及其他结构可以看做是具有特定功能的纳米机械，而在神经系统中，信息的反馈与传递都是纳米技术的体现。可以说，生物过程和生物合成对于新型纳米结构的制作提供了灵感，目前，相关研究人员对于模仿生物特性实现纳米级技术控制方面的研究较为重视。

现阶段，正在大力研发的生物芯片包括生物分子芯片（蛋白质芯片）、DNA芯片（基因芯片）、细胞芯片等等，都是纳米生物工程领域的研究热门，相关研究成果将直接应用于人类遗传诊断、药物开发以及临床诊断等。

（三）纳米材料的技术在国防科技上的应用

纳米材料及其技术对于国防科技领域也有着较为重要的影响。具体来说，将纳米电子器件用于虚拟训练系统中，能够加强与战场之间的实时联系；将纳米探测系统应用于化学、生物以及核武器的探测，能够提升对常规武器的打击以及防护的能力；利用纳米卫星，能够使发射的效应运载火箭依照不同的轨道裕兴，对地球的各个区域进行无死角的监视，使得战场更加透明。

纳米材料在隐身技术上的使用是国防军事领域关注的重点，目前，我国研制的准四代战斗机歼20，歼20总体上采用了隐身设计，正面RCS值（即雷达反射截面积，飞机对雷达波的有效反射面积）大于F22（美国研制的五代机）。

（四）纳米材料的技术在其他领域的应用

相比与其他的物质颗粒，纳米颗粒的比表面积更大、表面反应的活性较高、催化效率以及吸附能力相对较好，所以在我国化工催化方面得到了广泛的应用。例如，银、铂黑、氧化铁、氧化铝等纳米粉材作为氧化剂，能够在高分子聚合氧化、还原以及合成反应中有着更高的反应效率。

在航天领域，通过在火箭固体燃料的燃烧反应中添加纳米镍粉作为催化剂，能够将原有的燃烧效率提高100倍。可以说，纳米材料及其技术在多个行业中都有着较为广泛的应用。

总结：

综上所述，纳米材料具有良好的应用前景，需要通过合理应用进行推广。通过本文的分析可知，纳米材料具备多功能特征，其独有的几何结构效应、结构记忆效应以及界面效应等性能，拓展了纳米材料的应用范围。在纳米电子学、光电子学、磁学、纳米医学、生物学、国防科技以及其他领域中，纳米材料技术的应用十分广泛，有助于我国各个行业的可持续发展，促进了我国的发展。

参考文献：

[1]李申，彭超，蒋志平，杨艳娟，高远，李国旺.纳米技术及纳米材料的研究应用和发展趋势[J].河南建材，2016（01）：127-130.

[2]樊东黎.纳米技术和纳米材料的发展和应用[J].金属热处理，2011，36（02）：125-132.