近年來在科技報刊上經常出現“納米材料”和“納米技術”這種名詞。什么是納米材料呢?說通俗一些,就是用尺寸只有幾個納米的極微小顆粒組成的材料。一個納米是多大呢?只有一米的10億分之一,用肉眼根本看不見。但用納米顆粒組成的材料具有許多特異性能。因此,科學家們又把它們稱為“超微粒”材料和“21世紀的新材料”。
但納米材料并非完全是最近才出現的。最原始的納米材料在我國公元前12世紀就出現了,那就是中國的文房四寶之一:墨。據考古發現,中國的甲骨文就是先用墨寫,然后雕刻成文的。墨中的重要成分是煙,實際上煙是由許多超微粒炭黑形成的。煙那么輕,那么細,能在空氣中裊裊升起,又可以在空氣中消散。古人就是用桐油或優質松油在密不透風的情況下使其不完全燃燒而氣化,然后冷凝成煙,再伴以牛皮膠等粘結劑和其他添加物而制成墨。制造煙和墨的過程中就包含了所謂的納米技術。
中國的墨雖然算不上現代所說的純納米材料,但的確開創了納米材料的先河?,F代的納米材料是近一二十年才發展起來的,它的起源來自一個科學家在國外旅游中的聯想。
那是1980年的一天,德國的物理學家格萊特到澳大利亞去旅游。當他獨自駕車橫穿澳大利亞的大沙漠時,空曠寂寞和孤獨的環境反而使他的思維特別活躍和敏銳。他長期從事晶體材料研究,知道晶體中的晶粒大小對材料性能有極大影響,晶粒越小材料的強度越高。格萊特想,如果組成材料的晶粒細到只有幾個納米那么大,材料的性能又會是怎樣的呢?回國后,他立即開始實驗。1984年,他終于得到了只有幾個納米大的超細粉末。而且他發現,任何金屬和無機或有機材料都可以制成納米大小的超細粉末。更有趣的是,一旦變成納米大小的粉末,無論是金屬還是陶瓷,從顏色上看都是黑的,其性能也發生了“天翻地覆”的變化。
從此,由德國到美國再到其他國家,有一大批科學家開始迷上納米材料的研究。比如美國的阿貢國家實驗室用納米大小的超細粉末制成的金屬材料,其硬度竟比普通粗晶粒金屬的硬度高2~4倍。在低溫下,納米金屬竟變成了絕緣體,不再導電。一般的陶瓷很脆,但用納米陶瓷粉末制成的陶瓷制品,卻有良好的韌性。
更有趣的是,納米材料的熔點會隨粉末的直徑減少而大大降低。金的熔點本是1064℃,但制成10納米左右的粉末后,熔點降至了940℃,2納米的金粉末,熔點只有33℃。這一特點對人們大有用處。如許多高熔點陶瓷很難用一般方法加工成耐高溫的發動機零件。但只要事先制成納米大小的陶瓷粉末,就可以在較低溫度燒結出耐高溫的零件。
納米粉末和材料是怎樣制造出來的呢?一般是把材料(如金屬或陶瓷)放在一個密封室內,然后充滿惰性氣體氦,再用激光或電子束將它們加熱變成蒸氣,于是材料的原子就在氦氣中冷卻成煙霧,煙霧粘附在一個冷卻棒上就成了炭黑一樣的納米粉末,將這些粉末收積起來就能模壓成零件,或者通過一道燒結工序制成納米材料零件。
納米材料的用處很多。如可制成高密度磁帶;有些新藥在制成納米顆粒并注射到血管內可順利進入微血管;納米大小的催化劑分散在汽油中可提高內燃機的效率;把納米大小的鉛粉末加入到固體燃料中,可使固體火箭的速度增加(這是因為越細的粉末,表面積越大,能使表面活性增強)。總之,納米材料前途無量,用途會越來越廣。
納米對身體有什么好處
納米是現代新型研發的一種科技手段,被廣泛運用于各種領域,如保健行業、醫藥行業、醫械行業、食品行業檢測行業,對人體的好處有很多。
1、保健行業:如在碳系導電漿料中加入納米級遠紅外材料后,峰值波長波峰增強,對人的健康、對疾病的治療有更好更強的功能,可以放松肌肉、軟化血管、強化骨骼、降低膽固醇,對肌肉萎縮也有明顯作用;
2、醫藥行業:納米藥物載體材料如聚合物納米囊,可以將醫用藥物溶解、吸附、包覆在材料上,從而克服醫用藥物溶解度差、穩定性差、釋放速率難以控制的問題,提高醫用藥物的吸收速率,延長醫用藥物的作用時間,通過靶向性降低其毒副作用,提高治療效果;
3、醫械行業:納米技術可以生產納米機器人可自血管注入人體,溶解血液中的葡萄糖和氧氣為能量,這些分子機器人還可按醫生編制好的程序來實施健康檢查、疏通血栓、清除心血管上的脂肪沉積物、吞噬細菌、殺死癌細胞、監視體內病變等,有利于人的健康;
4、食品行業:果品富含各種營養與活性成分,對人體健康具有重要作用。但天然的活性物質存在水溶性差、易降解、不穩定、人體吸收和生物利用度低等一系列問題,納米技術能有效克服這些缺陷。納米粒封裝活性物質可有效解決這些問題,極大提高一些活性物質的溶解度和利用效率;
5、檢測行業:食品中的某些金屬離子對人體健康是有積極作用的,一旦缺乏將會引起相應礦物質缺乏癥狀,一些重金屬離子對人體有著危害作用。金納米粒子比色法是一種對金屬離子檢測的靈敏高效的方法,可用于檢測水體中鈣離子、鉛離子、鎘離子以及汞離子等物質,選擇性和靈敏度較為不錯。
納米材料作為超微顆粒材料,環境中的納米材料可能會通過呼吸、飲食、皮膚接觸等途徑接觸或進入人體,因此,可能對肝臟、生殖系統等造成影響,可能危害人體健康。

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