纳米抗体技术(6篇)
时间：2024-09-27
时间：2024-09-27
1959年，美国物理学家理查德·费曼曾大胆提出设想：“如果有一天可以按照人的意志安排一个个原子的话，那将会产生怎样的奇迹？”而今，因纳米科技而产生的奇迹不仅在不断发生，并且纳米带给人类生活的震憾，丝毫不逊于计算机技术的影响力，并且将更深刻、更广泛、更持久。
科学家们认为，纳米不仅小得可爱，而且威力无比、很有力量。它将会带来21世纪的一次产业革命，并且将深刻地影响人类的生活。
本刊在2012年第6期对北京怀柔纳米产业园做了报道，但纳米技术如何渗透到我们的衣、食、住、行、用等各个方面、如何改变你我的生活？在不远的将来，像现在“银河”那样的巨型计算机可以小到随手放进口袋；而美国国会图书馆的全部信息，可以压缩到一块糖那么小；纳米机器人可能进入我们身体的任何地方，帮助清除垃圾和病灶；甚至星际旅行也将因为有了纳米技术而变成现实……有了纳米技术，这一天看上去并不遥远。您相信吗？
茶杯摔不碎、衣服不用洗、机器人可以到人体内部给人治病，这一切听起来像是天方夜谈，但是因为有了小而可爱的纳米技术，一切成为了可能。纳米技术看似神秘，其实，在今天，它已经走进了你我的生活，悄悄渗透到我们的衣、食、住、行、用等各个方面……
纳米“生物炸弹”直击病灶
设想一下，未来您去医院看病既不用打针，也不需要吃药，这样就能治好您的病，您会相信吗？比如让微小的纳米粒子将癌症“烧煮”后从体内驱赶出去；药物像“精准的炸弹”一样，只在病灶靶心处引爆起作用；纳米级粒子使药物在人体内传输更加方便；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应……这一切不只是想象，不久的将来，科学家将这些理论会变成可实际应用的治疗方法。
国家纳米材料科学中心研究员蒋兴宇激动地说：“纳米技术将带给医学一场前所未有的技术革命，它将大幅度提高人类健康和保健的水平，可以预见，不久的将来纳米医学将可望在许多方面得到突破和应用。”
举个例子，比方说感冒，大家感冒吃药，现在病人吃一次药可以管12个小时。说不定将来用纳米技术做成的药物吃一次可以管一周，也就是说一次感冒你吃一次药就足够了，这就是常说的纳米缓释技术。
还有呢，利用纳米技术，你可以让用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体。这种智能药物能直接到达原来到达不了的病灶部位，人们通过操纵智能药物，可使纳米微粒在人的身体病灶部位聚集并进行有目标的治疗，这就是常说的靶向药物，它能控释纳米微粒载体（俗称“生物导弹”）在病灶处引爆，这种用纳米定向技术输送药物治疗效果神奇。
现在的医疗水平，一般是等到疾病发展到一定程度的时候，疾病才能被诊断出来。如果疾病能早检测、早知道、早治疗的话，显然对治疗是有好处的。就像美国前总统克林顿曾经说过的那样，如果说癌症还只有几个细胞大小的时候就能被发现，那么癌症就没那么可怕了。纳米技术使得这种设想有可能变为现实，因为纳米技术的检测灵敏度特别高。未来，使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病；纳米技术会让医生只检测几个细胞就能判断出病人是否患上癌症……
这些听上去似乎是天方夜谭的畅想，未来将逐渐变成现实。蒋兴宇研究员和他的团队使我们看到了利用纳米技术的希望。蒋兴宇激动地介绍说，2010年的一天，他和他的团队在大量研究中偶然发现了“黄金组合”——“纳米颗粒+药物前体小分子”。这种新型纳米材料是将本身无活性的嘧啶类药物前体小分子修饰于金纳米颗粒，使其显示优良的抗菌活性，从而攻破了“超级细菌”（随着抗生素的滥用，一批曾是“孱弱之躯”的细菌经历优胜劣汰，躲过抗生素的灭杀，数代繁殖后逐渐练就了一身“铜墙铁壁”，形成了所谓的“超级细菌”）的金钟罩、铁布衫。与现有抗生素相比，这种纳米材料很难诱导细菌产生耐药性。
“我们发现它是非常偶然的，但是我们抓住了这个偶然的机会。没有预期它对耐药菌的作用这么好。”
那么，这种作为新型抗菌体的纳米颗粒，是不是就能取代抗生素呢？蒋兴宇摇了摇头说：“纳米材料在耐药性方面可能会优于抗生素，但现在还需考虑的问题是纳米材料对人体的作用。”据介绍，纳米颗粒对人原代细胞生理活动并无显著影响，但还需要根据更全面的实验来进行分析。最终能否对“取代”这一说法盖棺定论，还需在今后继续进行动物实验再到人体试验来加以验证。
“芯片上的实验室”守护食品安全
眼下，随着一系列食品安全事件的爆发，各种食品安全问题成了老百姓关心的焦点。大家要问，如果有准确、迅速、简便的检测方法，老百姓在选择食品的时候就有守护神了。2008年9月，我国爆发三鹿婴幼儿奶粉受污染事件，罪魁祸首三聚氰胺开始浮出水面，蒋兴宇说，“纳米技术运用于三聚氰胺的检测，表密度更高，选择性更好，速度更快，这是它较之前检测办法的优势。”这项技术便是微流控芯片，也被形象地称为“芯片上的实验室”。
微流控芯片的主要特点是能够使样品、试剂和能量消耗大大降低，缩短检验时间，提高分析检测的效率。特别是很多种基于免疫分析的检测方法，都可以利用微流控来克服常规免疫分析的缺点，大大降低检测成本。
除了灵敏度高、通量大、特性好等优点，微流控芯片之所以被称为“芯片上的实验室”，还源于其最大的魅力——小型化。这相当于将一个大型的实验室及实验设备搬迁至一个小小的芯片之上，使得普通消费者不再需要去检测中心花费大量的时间和财力进行像食品添加剂等物质的检测。这无疑是对检测技术的一场革命，为该检测技术走向千家万户提供了可能。
【关键词】纳米材料；文物科技保护；应用
0前言
我国历史悠久，文物资源丰富。随着时间的流逝他们都在经受着不同程度的损害，文物保护工作任重而道远。文物保护是应用自然科学的手段对文物进行调查研究和保护修复，其中材料科学对其起着重要的作用[1]。随着科学技术的不断发展，越来越多的新材料被应用于文物科技保护领域，纳米材料就是其中之一。
纳米材料[2]由纳米微粒构成，纳米微粒的尺寸范围是1～l00nm，它是由数目较少的原子或分子组成的原子群或分子群，其表面是既无长程序又无短程序的非晶层；而在粒子内部是具有长程序的晶状结构，由于这种特殊的结构，导致了纳米微粒的表面效应、体积效应和量子尺寸效应[3]，并由此产生许多与常规材料不同的物理、化学特性，许多高性能产品将有机会在纳米科技领域中实现。
1纳米复合材料用于文物保护的优势
利用纳米材料特殊的性能，通过把某些纳米材料与传统有机高分子聚合物复合，用于文物保护，主要有以下几大优势：
1.1疏水疏油性
纳米微粒尺寸小，比表面积大，表面能高，这种表面效应，使其具有很高的物理化学活性和很强的吸附性，可强力吸附气体分子，在材料表面形成一层稳定的气体薄膜，就使得水和油无法在其表面展开[4]。
如今随着工业化的发展，环境污染对文物古迹造成的危害日益严峻，纳米复合材料的疏水疏油性将为发展新型文物保护层材料提供新的方法，该类材料在阻止水蒸气，有机物，酸雨等有害物质对文物的侵蚀方面将会起到不可估量的作用。
1.2减小光辐射
光辐射是影响文物寿命的重要环境因素，特别是紫外线照射能加速文物的老化[5]。纳米微粒的直径小，材料以离子键和共价键为主要结合力，对光的吸收能力较强，能够有效屏蔽光线，将其应用于文物表面保护，有利于文物抗紫外线和抗老化。例如纳米TiO2[6]，被广泛用做抗紫外线吸收剂，具有优良的吸收紫外线的功能。
1.3透明度好
文物保护用封护材料要求要透明无眩光，能够清晰显示文物本体的面貌。基于纳米材料的体积效应，人类可以通过控制纳米材料的大小与形状，达到对同一种化学组成材料的基本特性如颜色、光、电、磁等性质的控制的目的。比如，TiO2抗紫外线，无毒且透明，可探索用于文物展陈的箱体，灯光等设施，国内已有相关的研究[7]。
1.4杀菌及防治微生物
细菌等微生物危害会引起文物特别是有机质文物的糟朽霉烂。封护材料要求具有一定的防腐性能。由于纳米材料有强大的吸附性，可用做抗菌材料，纳米二氧化钛，二氧化硅等抗菌性较好[8]，可设计制备含有抗菌性纳米材料的复合材料用于文物保护。
2纳米复合材料在文物保护中的具体应用
纳米复合材料作为一种很具发展前途的新型材料，在多种类别的文物中都已经显示出巨大的应用前景。
2.1在金属类文物中的应用
纳米复合材料在金属类文物保护中具有广发的应用前景。对于青铜文物来说，青铜病是青铜器保存的大敌，而发生青铜病腐蚀的根本原因是在外界环境的作用下，青铜器本体发生了电化学腐蚀[9]。纳米复合材料的疏水性将有效阻止外界环境中的水分对文物本体的侵蚀，减缓电化学反应的发生。众所周知被称为铜镜中精品的“黑漆古”铜镜，表面层耐腐蚀性能优异，其耐腐蚀机理和形成机制受到了广泛的关注。相关实验和科学仪器分析表明[10]，黑漆古铜镜表层就是由单一物相纳米SnO2组成的。
2.2在石质文物中的应用
石质文物的病害主要来自自然界的风化作用和环境污染的侵蚀，该类文物的保护需要对其表层进行防护。同传统的表面防护剂相比，纳米复合材料优势明显。邵高峰[11]等人研制了一种环保型石质文物防风化材料，他们把纳米TiO2和SiO2改性以后将其分散于水性氟碳树脂中，通过多组实验得到了最佳复合体系，分析数据表明该防风化剂具有很好的防紫外线和防水耐蚀性能，且无毒环保，是一种综合性能良好的防风化材料。
2.3在纸质文物中的应用
纸质文物由于材质本身和环境的影响易发生严重损害，特别是纸张的酸化加剧了其老化，人们也一直在探索研究各种脱酸技术[12]。意大利的RodoricoGiorgi等就成功的将纳米技术应用于纸质文物脱酸[13]。他们通过均相合成等方法制备了氢氧化钙在异丙醇溶剂中的纳米分散体系，将此体系应用于纸质样品中，不仅有效的降低了纸的酸度，同时多余的氢氧化钙通过和空气中的二氧化碳反应，会在纸纤维中形成一个碳酸钙储备层，能够长时期控制纸张的酸度，有利于纸质文物的长期保存。
2.4在纺织品类文物保护中的应用
纺织品一般属于天然高分子材料，由于天然的降解和氧化作用以及外界环境的影响，变得极其脆弱。该类文物的保存与保存环境息息相关，特别是紫外线和霉菌对其损伤巨大。挑选兼具抗紫外线和抗菌性能的纳米材料，可设计合成纳米液相分散体系。据文献报道，纳米Ti02在古代纺织品保护中的应用研究工作已经展开[14]，实验结果表明，经纳米材料处理后的纺织文物有更好的屏蔽紫外线和抗菌能力。
3纳米材料在文物保护中的应用展望
二十一世纪将是“纳米的世纪”，纳米技术和纳米材料也给文物保护技术的发展提供了新的思路，这方面的研究工作国内外均已展开。作为一种新型学科，其基础理论研究还在逐步发展之中，对于文物这种不可再生资源，纳米材料的真正应用还需要在理论和技术经过反复验证并且相当成熟的时候实施。随着研究的不断深入，纳米材料在文物科技保护中的应用将会更加广泛。
【参考文献】
[1]周双林.文物保护用有机高分子材料及要求[J].四川文物，2003，3：94-96.
[2]白春礼.纳米科学与技术[M].云南科学技术出版社，1995.
[3]张中太，林元华，唐子龙，张俊英.纳米材料及其技术的应用前景[J].材料工程，2000，3：42-48.
[4]王苏新，张玉珍.纳米材料的特性及作用[J].江苏陶瓷，2001，34（2）：5-6.
[5]王庆喜.文物环境与文物保护综论[J].湖南科技学院学报，2009，30（6）：65-68.
[6]汪斌华，黄婉霞，李彦峰，郑洪平，涂铭旌.纳米TiO2和ZnO的抗老化性应用研究[J].四川大学学报：工程科学版，2003，35（4）：103-105.
[7]王君龙，孙红梅，祝宝林.文物防紫外线保护新材料研究[J].渭南师范学院学报，2004，19（2）：28-29.
[8]邱松山，姜翠翠，海金萍.纳米二氧化钛表面改性及其抑菌性能研究[J].食品与发酵科技，2010，46（6）：5-7.
[9]傅丽英，陈中兴，蔡兰坤，祝鸿范，周浩.溶液pH值与氯离（下转第91页）（上接第62页）子对青铜腐蚀的影响[J].腐蚀与防护，2000，21（7）：294-296.
[10]刘世伟，王世忠，王昌燧，周贵恩.“黑漆古”铜镜表层的结构分析[J].中国科学技术大学学报，2000，30（6）：740-743.
[11]邵高峰，许淳淳.环保型石质文物防风化剂的研制[J].腐蚀与防护，2007，28（11）：562-565.
[12]奚三彩.纸质文物脱酸与加固方法的综述[J].文物保护与考古科学，2008，20（z1），85-94.
【关键词】纳米技术；化纤开发；扰电磁波辐射；红外功能
中图分类号：TF12文献标识码：A文章编号：1006-0278（2013）04-170-01
利用这些好的特性，成功的生产了具有多种功效、多附加值的纺织品，具有很大的经济效益。文章基于这一背景主要探讨了纳米技术在化纤开发中的应用，其中化纤主要研究了功能性化纤。
一、纳米技术与材料在化纤开发中的应用
利用纳米技术可以生产出较强功能性的化纤，有下面三种途径可以实现：
1.将纤维细化，让其细化到纳米级的程度，这样才能够达到特殊用途领域的要求，例如：超细化纤维被用作为复合形式的增强材料；
2.通过采用纳米材料来对以往使用的传统材料改变其性质，例如湿法纺丝中的溶液一起混合使用，就是把纳米粒子溶解后的高聚物进行均匀的搅拌，在经过聚合反应以后才可以加工纺丝；在融纺的过程中，把熔融的聚合物中均匀的分散纳米粒子，这样才能够配制功能性纤维；
3.把纤维按照纳米进行处理并且让其实现功能化。
（一）抗紫外线纤维
化纤纺丝的时候，不仅要增加抗紫外线剂，而且也要在纤维的表面的上抹上抗紫外线剂，这样就能配制成抗紫外线纤维。使用的添加剂有一种是具有反射紫外线的物质，比如说紫外线屏蔽剂，在一般情况下，大多选择使用类似A12O3、MgO、高岭土等金属氧化物的粉状物质；另外的一种是具有强烈的选择性的将紫外光进行吸收，而且还可以为减少透过性的物质从而将能力进行转换，人们已经约定俗成的称作是紫外线吸收剂，常见的都是某些无机物，除了上面所说的几种金属氧化物质，还有TiO2、纳米云母等物质；另外还有为数不多是有机化合物，通常容易见到的是水杨酸醋类、金属离子聚合物等。在太阳发射出的紫外线中，能够对人造成伤害的波段是200到400纳米之间。具有吸收紫外线的特点并且属于这个波段范围内的有纳米TiO2、纳米云母等。如果把微量的纳米微粒放到化学纤维里去，那么就会出现把紫外线进行吸收的现象。这样就能够有效的保护人体不会受到紫外线的伤害。在目前比较常用的大部分的抗紫外线功能添加剂的主要是由纳米TiO2、纳米ZnO以及其它化学助剂组成的，通常情况下把细度调制到30到500nm的范围内。有些化纤是经不住日晒的，其原因是有机高分子材料经过紫外线的照射就会发生分子链的降解，从而有很多的自由基出现，影响了纤维和纺织品的颜色、色泽、强度等。然而纳米ZnO粒子却是具有十分稳定性能的紫外线吸收剂，把它很均匀的分散在高分子材料中，通过它对紫外线能够吸收的特性，可以阻止分子链发生的降解，这样就能够实现防日晒耐老化预期目的。
（二）抗静电化纤
衣物和化纤地毯等由于静电效应，摩擦产生放电效应，同时易吸灰尘，给使用者带来诸多不便；另外一些操作平台、船舱焊接等一线工作，静电易产生火花而引起炸。
因为静电效应，所以一些衣物和化纤地毯等物体会因摩擦而产生物理上的放电效应。另外，化纤类的物质还容易吸收灰尘，这样一来会给造成使用者一些不必要的麻烦；还有某些需要操作平台、船舱焊接等方面的工作环境下，很容易产生静电，继而因为静电容易产生火花很可能造成爆炸的后果。
考虑到安全性，为解决十分关键的静电问题，必须提高纤制品的质量，然而纳米微粒正好为解决这个困难指出了一种新的方式方法。把少量的纳米微粒放入到化纤制品里，把具有半导体的属性的粉状物质比如0.1%到0.5%的纳米TiO2、纳米ZnO等，加到树脂里面，这样就能够产生很好的屏蔽静电的功效，从而很大程度上降低了静电效应，使得生成的制品在表面上的电阻值高达108到109欧姆，这样一来在很大程度上就提高了安全系数。
（三）扰电磁波辐射纤雄
由于目前的微波通讯技术以及电子信息技术的飞速发展，对于像电子、电器这样的很多产品都已经走进了广大居民的生活。这些产品虽然使得人们的生活变得快捷、方便、高效；但是也产生了一些类似如电磁干扰《EMD以及电磁污染等负面问题。这些电磁辐射会损坏人们的身体，使得人体的健康受到严重的威胁。如果在化纤加时，能够增添一些如纳米Fe2O3、纳米NiO等这样的纳米微粒；那么就可以制出能够抗电磁波辐射的纤维，从而可以强烈的将电磁辐射进行吸收；这样一来，就能够防护人们的身体。
【关键词】纳米金；生物医学技术；应用现状
1前言
如今纳米技术随着时代的发展已经得到了很大的发展，成为了科学研究的热点，纳米金是指直径0．8～250mm的缔合金溶胶，它属于纳米金属材料中研究最早的种类，纳米金具有良好的纳米表面效应、量子效应以及宏观量子隧道效应，它具有很多良好的化学特性，比如抗氧性和生物相容性。
2纳米金在病原体检测技术中的应用现状
近些年来生物医学界对于流行病学的研究和对病原微生物的诊断已有了不小的进展，传统的分离、培养及生化反应逐渐被时代所淘汰，运用纳米金的免疫标记技术作为新的高通量的、操作简单的检测技术被广泛应用于临床病原体的检测，这种检测技术快速且准确，十分适合在临床上使用。1939年，两位科学家Kausche和Ruska做了一个小小的纳米金实验，他们将烟草花病毒吸附在金颗粒上，并在电子显微镜下观察，发现金离子呈高电子密度，就此打下了纳米金在免疫电镜中的应用基础。从1939年后生物医学技术不断发展，纳米金标记技术也广受世人关注，成为了现代社会四大免疫标记技术之一。作为一种特殊标记技术，纳米金在免疫检测领域受到了广泛的应用，使用纳米金粒子做探针，观察抗原抗体的特异性反应，放大检测信号，由此检测抗原的灵敏性。纳米金技术具有良好的检测灵敏性，在早期还支持诊断并监控了急性传染性病毒，根据这一特性，秦红设计了快速检测黄热病病毒的技术，在纳米金颗粒上标记上金SPA－复合物的标志，通过免疫反应实验我们发现病毒抗体与纳米金颗粒结合，并形成了人眼可见的红线。这种检测方法的优点有:不需要器材、简单、迅速、廉价、高效，极大地推动了黄热病病毒检测技术的更新，在黄热病的防控事业上有着深远意义。利用纳米金作为免疫标记物来检测的除了黄热病病毒，还有致病寄生虫。我国的民族种类多样，一些少数民族人民由于自身的文化特点，喜食生食或半生食物，这就形成了寄生虫病的传播，我国经济大发展后，人民的生活水平得到了提高，但还是喜食半生动物肉或者内脏，造成了食源性寄生虫病发病率的上升，严重影响人民身体健康。目前我国的临床诊断寄生虫病技术包括三方面:病原学检查、免疫学检查以及影像学检查。运用纳米金检测技术，不仅缩短了取材时间、缩小了取材范围，而且检出率高、创伤性小，受到了患者的广泛欢迎。
3纳米金在核酸、蛋白质检测中的应用现状
纳米金粒子具有特殊的表面等离子体共振现象，被应用在核酸构建和分析检测蛋白质领域中，可以把生物识别反映转换为光学或电学信号，因此人们将其与DNA、RNA和氨基酸相结合，在检测核酸和蛋白质方面收效颇丰，并且这种检测方法制备简单，同时还具有很多优点，比如良好的抗氧化性和生物相容性，下面具体讲一下纳米金检测技术在核酸和蛋白质检测中的应用。首先是在核酸检测中的应用。美国首先利用纳米金连接寡核苷酸制成探针检测核酸，将纳米金做标记与靶核酸结合形成超分子结构，由此来检测核酸。利用纳米金技术检测特定病原体和遗传疾病首先要做的就是检测核酸的特定序列，在芯片点阵上整齐排列纳米金颗粒，利用TaqDNA连接酶识别单碱基突变，等待连接后，就可以经过一系列步骤得出单碱基突变结果，得到所需信息。在临床应用中使用纳米金技术的表现有高灵敏检测谷胱甘肽和半胱氨酸的新型电化学生物传感器，这种机器对于谷胱甘肽和半胱氨酸的检出限值更低，在检测及预防糖尿病、艾滋病等疾病方面具有很大的临床优势。其次是在蛋白质检测中的应用。纳米金与蛋白质的作用方式非常多样，有物理吸附方式、化学共价结合方式以及非共价特异性吸附等等方式，在此背景下，我们可以利用纳米金检测并治疗疾病和检测环境污染。
4纳米金在生物传感器制备中的应用现状
目前纳米金在生物传感器检测中的应用受到了人们的普遍关注，如上文所说，纳米金具有特殊的表面等离子体共振现象，这是制备生物传感器的基础。利用这种特性，科学家们做了许多实验，比如拉曼光谱试验，使用Uv－Vis光谱和拉曼光谱仪测试金纳米颗粒的表征，得出结论是可以根据纳米金颗粒的不同形貌制作不同浓度分子的探针，受外周环境介电特性和颗粒尺寸大小的影响，纳米金颗粒会表现出不同的形貌特征，比如吸收光谱、发生蓝移。纳米金是属于一种非常微小的贵金属，作为贵金属，它具有很好的导电性能，利用纳米金进行免疫检测时会大量聚集纳米金，从而增强反应体系的电导，顺利通过电导检测免疫反应。利用纳米金的高检测灵敏性可以进行电化学免疫传感器的制备。
5其他领域的应用现状
目前纳米技术的研究中，纳米金在生物医学技术中的应用研究是重要研究课题，除了上文中说到的病原体检测、核酸以及蛋白质检测还有生物传感器制备中的应用，纳米金技术同时也被广泛应用于肿瘤的诊断与治疗、药物载体以及CT成像。纳米金具有特殊的组成结构，它可以轻易被修饰并负载化合物，可以用于检测并治疗肿瘤，还可以被用于肺癌的检测及治疗，目前的大量数据都表明纳米金技术在诊断并治疗肺癌上有极大的优势。
6结语
21世纪生物医学技术领域最关键的技术之一就是纳米金标记技术，作为一种十分精细的技术，它几乎不影响生物分子的活性，就这一点而言，它是非常好的标记物。我们可以想见，纳米金技术因其自身的诸多优点，必会获得更大的生物医学发展空间。
参考文献:
［1］艾桃桃．纳米金在生物医学领域中的应用［J］．陕西理工学院学报(自然科学版)，2010，04:63～68，95．
［2］王英泽，黄奔，吕娟，梁兴杰．纳米技术在生物医学领域的研究现状［J］．生物物理学报，2009(03):168～174．
［3］李家萌，曹颖，赵媛，杨毅梅．纳米金在生物医学技术应用的研究现状［J］．中国寄生虫学与寄生虫病杂志，2016(02):1～5．
论文摘要：本文介绍了纳米技术、纳米材料的基本概念、原理、特征和各种纳米材料在涂料领域的应用；阐述了纳米材料在应用中所存在的技术问题，以及纳米技术在涂料领域的发展前景。
1纳米技术及纳米材料
1.1纳米技术
纳米技术是20世纪80年代末诞生且正在崛起的新技术，主要是在0.1-100nm尺度范围内，研究物质组成的体系中电子、原子和分子运动规律与相互作用，其研究目的是按人的意志直接操纵电子、原子或分子，研制出人们所希望的、具有特定功能的材料和制品。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
1.2纳米材料
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态[1]。狭义上，纳米材料是指粒径在0.1-100nm范围内的或具有特殊物理化学性能的材料。广义上，纳米材料是指在三维空间中至少有一维长度在0.1-100nm范围内的或具有纳米结构的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料等。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
2纳米材料在涂料领域中的应用
现阶段纳米材料在涂料中的应用主要为两种情况[2]：（1）纳米材料经特殊处理后，添加到传统涂料中分散后制成的纳米复合涂料（nanocompositecoating），使涂料的各项指标均得到了显著的提高。将纳米离子用于涂料中所得到的一类具有抗辐射、耐老化、具有某些特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。（2）完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料，通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前，用于涂料的纳米粒子主要是某些金属氧化物（如tio2、fe2o2、zno等）、纳米金属粉末（如纳米al、co、ti、cr、nd等）、无机盐类（caco3）和层状硅酸盐（如一堆的纳米级粘土）[3]。
2.1纳米tio2在涂料中的应用
2.1.1随角异色效应
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见光的波长，本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的遮盖，透射光在铝粉表面反射与在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视觉效果。到1991年，全世界已有11种含超细二氧化钛的金属闪光漆。目前，福特、克莱斯乐、丰田、马自达等许多著名的汽车制造公司都已使用含有超细二氧化钛的金属闪光漆[4]。
2.1.2抗老化性能
提高材料抗老化性能的传统方法是添加有机紫外线吸收剂，纳米tio2粒子是一种稳定的、无毒的紫外光吸收剂。因为用作涂料基料的高分子树脂受到太阳中紫外线的长期照射会导致分子链的降解，影响涂膜的物理性能，因此若能屏蔽太阳光中的紫外线，就可大幅提高漆膜的耐老化性能。郭刚[5]等研究发现利用金红石型纳米tio2优异的紫外线屏蔽性能改性传统耐候型聚酯——tgic粉末涂料可以大幅度地提高其耐老化性能。
2.1.3抗菌杀毒
纳米tio2有抗菌杀毒作用，用于涂料是涂料发展中的一个重大成就。纳米二氧化钛具有高的光催化性，在紫外光的照射下能分解出自由移动的带负电的电子e-和带正电的空穴h+形成电子——空穴对，该电子——空穴对能与空气中的氧和h2o发生作用，通过一系列化学反应形成原子氧（o）氢氧自由基（oh），这种原子氧和氢氧自由基具有很高的化学活性，能与细菌中的有机物反应生成二氧化碳和水，从而达到杀灭细菌的作用。[6]
纳米tio2的抗菌杀毒作用已成为国内外关注的焦点。日本已有不少企业开发出纳米tio2光催化涂料并实现了商业化生产。目前，由于国内对于纳米tio2的研究大多还处于实验阶段，在涂料性能的提高和完善方面还有大量的工作要做，因此，对纳米涂料的研究要不断深入，以提高我国涂料的工业水平，推动纳米涂料的发展和应用。
2.2纳米sio2在涂料中的应用
纳米sio2具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且还提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不变。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米sio2，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施工性能良好等优点，尤其是抗沾污性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米sio2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料。
欲使纳米sio2材料在涂料中真正地得到广泛应用，须解决纳米sio2在涂料中的分散稳定性问题。通常的做法是加入表面活性剂包裹微粒或反絮凝剂形成双电层的措施。同时在分散时可配合使用超声波分散。
2.3纳米zno在涂料中的应用
纳米zno等由于质量轻、厚度薄、颜色浅、吸波能力强等优点而成为吸波涂料研究的热点之一。在阳光的照射下纳米zno在水和空气中具有极强的化学活性，能与多种有机物发生氧化反应（包括细菌中的有机物），从而把大多数细菌和病毒杀死。zno也具有良好的紫外线屏蔽作用，粒径60nm的zno对波长300-400nm的紫外线有良好的吸收和散射作用，因此可以作为涂料的抗老化添加剂。日本已经开发出用树脂包覆的片状zno紫外线屏蔽剂[7]。在涂料中添加纳米zno可改善它的抗氧化性能，使其具有抗菌性能。
2.4纳米氧化铁在涂料中的应用
纳米氧化铁作为颜料无毒无味，具有很好的耐温、耐侯、耐酸、耐碱以及高彩度、高着色力、高透明度和强烈吸收紫外光的优良性能，可广泛用于高档汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料，是较好的环保涂料。紫外线分解木材中的木质素而破坏细胞结构导致木材老化，纳米氧化铁颜料分散于涂层中，由于颗粒直径小不会散射光线、涂层成透明状态且吸收紫外线辐射，起到保护木材的作用。左美祥[8]等研究发现:在树脂中掺入纳米级的tio2（白色）、cr2o3（绿色）、fe2o3（褐色）、zno等具有半导体性质的粉体，会产生良好的静电屏蔽性能。日本松下电器公司研究所据此成功开发了适用于电器外壳的树脂基纳米氧化物复合的静电屏蔽涂料。与传统的树脂基碳黑复合的涂料相比，树脂基纳米氧化物复合涂料具有更为优异的静电屏蔽性能，而且后者在颜色选择方面也更为灵活。用纳米级fe3o4与树脂复合制成了磁性涂料，目前这方面的制备工艺已有所突破而进入产业化阶段。2.5纳米caco3在涂料中的应用
纳米caco3作为颜料填充剂，具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点，随着纳米碳酸钙的粒子微细化，填料粒表面的原子数目占整个总原子数目的比例增大，使粒子表面的电子结构和晶体结构都发生变化，到了纳米级水平。填料粒子将成为有限个原子的集合体，表现出常规粒子所没有的表面效应和小尺寸效应，使纳米材料具有一系列优良的理化性能。它添加到涂料胶乳中，加强了透明性、触变性和流平性。触变性是纳米caco3改善胶乳涂料各项性能的主要因素。同时能对涂料形成屏蔽作用，达到抗紫外老化和防热老化的目的和增加涂料的隔热性。
杜振霞[9]等研究表明:在纳米caco3改性的涂料中，如果caco3固相体积分数达到20%时，涂料的粘度曲线存在低剪切稀化幂律特征区和高剪切牛顿两个区域，而且有明显的触变性。当乳胶漆聚合物乳液的粒径为10-100nm，表面张力非常低，有极好的流平性、流变性、润湿性与渗透性，表现超常规的特性。
2.6其它新型纳米涂料
纳米隐身涂料（雷达波吸收涂料）系指能有效地吸收入射雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当将纳米级的羧基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上，可使这些装备具有隐身性能，使它们在很宽的频率范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。美国研制的超细石墨纳米吸波涂料，对雷达波的吸收率大于99%，其他金属超细粉末如al，co，ti，cr，nd，mo等，也具有很好的潜力。法国研制出一种宽频微波吸收涂层，这种吸收涂层由粘结剂和纳米材料、填充材料组成，具有很好的磁导率，在50mhz-50ghz范围内具有良好的吸波性能。我国也有相关的研究，如不同粒径的fe3o4在1-1000mhz频率范围对电磁波具有吸收性能，随着频率的增加，纳米fe3o4吸收能效增加，且纳米粒径越小，吸收效能越高。
3纳米涂料研究中存在的技术问题
首先是纳米材料在涂料中的稳定分散问题。由于纳米粒子比表面积和表面张力都很大，容易吸附而发生团聚，在溶液中将其有效地分散成纳米级粒子是非常困难的。寻找合适的分散剂来分散纳米材料，并采用合适的稳定剂将良好分散的纳米材料粒径稳定在纳米级，是纳米技术在涂料改性中获得广泛应用必须解决的最关键问题。其次，纳米材料加入量的适度问题。一般而言，纳米材料的用量与涂料性能变化之间的关系曲线近似于抛物线，开始时随着纳米材料添加量的增加，涂料性能大幅度提高，到一定值后，涂料性能增幅趋缓，最后达到峰值：之后，随着纳米材料添加量的进一步增加，涂料的性能反而呈迅速下降的趋势，同时也增加了成本。因此，做好对比试验，选好纳米材料添加量也十分关键。最后，必须开展纳米涂料施工工艺的研究。纳米涂料就本身而言只是一个半成品，只有施工完毕后才真正成为最终产品，而现实情况是人们大都将注意力集中在纳米涂料产品本身，而忽略了施工工艺的研究，致使纳米涂料无法达到其应有的效果。
4纳米技术在涂料领域的应用展望
今后纳米涂料的发展主要将体现在以下几个方面:（1）新的纳米原材料的开发和商品化。即根据不同材料的物理化学性能，开发研制出新纳米改性材料，使之具有更多更新的功能。（2）研究纳米材料在涂料中的分散和稳定性。即探索纳米材料颗粒与涂料间的相互作用和混合机理，并根据纳米粉体在涂料中分散成纳米级和保持分散稳定性的原理，开发新的表面改性剂和稳定剂，以提高纳米材料在涂料中的改性效果。（3）加强纳米材料表征方法和测试技术的研究。即为了能更好地利用纳米材料的特殊性能，必须研究新的测试手段对纳米材料进行研究，并将传统纳米材料的测试方法进一步完善和标准化。降低成本，并逐渐实现纳米技术的工业化、商品化，从而改变我国高档、高性能涂料大量依赖进口的状况，是将来的研究重点。
参考文献
[1]gleiter.h，onthestructureofgrainboundariesinmetals[j].materialsscienceandengineering，1982，（52）:91-102.
[2]卞明哲.纳米材料在建筑涂料中的应用[j].江苏建材，2001，（4）:11-12.
[3]柯昌美，汪厚植.纳米复合涂料的制备[j].涂料工业，2003，33（3）:14.
[4]张浦，郑典模，梁志鸿.纳米tio2应用于涂料的研究进展[j].江西化工，2002，（4）:20-22.
[5]郭刚，汪斌华，黄婉霞.纳米tio2的紫外光学特性及在粉末涂料抗老化改性中的应用[j].四川大学学报，2004，36（5）:54-61.
[6]maryeannefox，mariat，dulay.heterogeneousphototocatalys[j].chemrev，1993，（93）:341-357.
[7]p.stamatakis.optionalparticlessizeoftitaniumdioxideandzincoxideforattentionofultravioletradiation[j].jct，1990，62（789）:95.
[8]左美祥，黄志杰，张玉敏.纳米在涂料中的分散及改性作用[j].应用基础，2001，（29）:1-3.
[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
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.
上一篇：环保自查报告(整理10篇)
热门推荐