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1、納米技術在染整生產(chǎn)中應用的探討楊棟梁原載：全國染整新技術應用推廣協(xié)作網(wǎng)簡訊第五期?一、前言納米材料的應用在最近幾年來，十分頻繁地出現(xiàn)在一些技術人員日常交談中，而納米技術也似乎已走進了人們的生活，例如小鴨集團推出的納米洗衣機，海爾集團推出的納米電冰箱，以及眾多工廠推出遠紅外保健內(nèi)衣等等。其實，人們應用納米材料的源頭可追溯到1000年以前，如利用燃燒蠟燭的煙霧制成碳黑作為墨的原料或著色劑，就是最早的納米材料雛型；我國古代銅鏡表面的防銹層，經(jīng)檢驗證實為納米級SnO2顆粒構成的。而人們自覺地研究納米材料，使之逐步形成為一門新興的材料科學，是二十世紀六十年代才開始的。最早由1959年諾貝
2、爾物理獎獲得者費曼提出"操縱"原子的構思以制備納米材料。長期以來，在納米材料的研究開發(fā)中，無法直接觀其真面目，直到1982年掃描隧道顯微鏡發(fā)明后，人們才有窺測納米材料的工具，由此誕生了納米學。從此納米技術以極其迅速的速度滲透到各個領域，形成了納米材料學、納米電子學、納米醫(yī)藥學……等。自1990年7月在美國巴爾基摩召開第一屆國際納米科學技術會議上，正式確認為納米材料材料科學的一個新的分支，使納米材料的研制和應用進人了一個新階段。到1999年納米技術已逐步走向工業(yè)化。綜觀目前納米材料的研究和應用，美國、日本、德國、俄羅斯、英國、法國、荷蘭、加拿大等國處于世界領先地位，其中美國是最早
3、開始研究納米技術的國家之一。美國科學技術委員會于2000年3月正式向美國政府提出報告：稱納米技術將成為二十一世紀前二十年的主導技術，是下一次工業(yè)革命的核心。克林頓政府迅速作出反應，于7月間在原批準的研究經(jīng)費5億美元基礎上，又增加了三倍撥款。其他德、日、英、法等國也將納米研究列入國家重點研究項目。1992年我國將納米材料科學作為重大基礎研究列入國家攀登計劃。納米材料是全新的超微固體材料，一般粒徑小于1OOnm(10-9M)的超微顆粒稱為納米微粒。由于它的超細化和極大的表面活性，具有傳統(tǒng)材料所沒有的優(yōu)越性，是當代高科技應用研究的熱點之一。在紡織工業(yè)也應有它用武之地，如開發(fā)新原料、新
4、產(chǎn)品等方面。例如增加織物的功能性，如抗紫外線和紅外線，抗菌防臭和消臭等，本文擬對此作些探討和分析，就教于諸同好。二、納米材料的結構、制備與特性晶粒尺寸至少在一個方向上為0-lOOnm的材料稱為三維納米材料，具有層狀結構的材料稱為二維納米材料，具有纖維結構的稱為一維材料，具有原子簇和原子束結構的稱為零維材料。納米材料的組成有金屬合金及其氧化物納米材料，無機納米材料、有機納米材料和納米雜化材料等幾種。按納米材料內(nèi)部的有序性而論，則有結晶納米材料及非結晶納米材料。目前納米材料制備的方法有三種：固相法、液相法和氣相法。固相法是在干燥的球磨機內(nèi)粉末顆粒經(jīng)重復的研磨，制得的顆粒粒徑較大，約
5、為1OOnm左右。液相法有沉淀法、噴霧法、水熱法(高溫水解法)、溶劑揮發(fā)分解法和溶膠——凝膠法等。如溶液沉淀法制備的納米粒子粒徑較小，適于實驗室少量制備。氣相法有低壓氣體中蒸發(fā)法(氣體冷凝法)、濺射法、流動液面上的真空蒸發(fā)法、混合等離子法、激光誘導化學氣相沉積（LICVD）等，適于大量制備、且粒徑較小的納米微粒。納米材料是由極細的晶粒和大量處于晶界與晶粒內(nèi)部缺陷中心的原子所構成的納米級微粒的集合體，其性能與同組成體相材料有十分顯著的差異，又不同于單個分子的特殊性能，而成為介于分子和體相材料的中間體，研究這類中間體為對象的一門新學科即納米科學。而納米微粒是由數(shù)目較少的原子和分子組
6、成的原子群或分子群，其占很大比例的表面原子是既無長程序又無短程序的非晶層；而在粒子內(nèi)部，有存在完好的結晶周期性排列的原子，不過其結構與晶體樣品的完全長程序有序結構不同。正是納米微粒的這種特殊結構，導致納米微粒的奇異的表面效應和體積效應，并由此產(chǎn)生了許多納米材料與普通材料不同的物理化學性質(zhì)。(1)表面效應(表面和界面效應)納米材料的表面效應即納米微粒表面原子與總原子數(shù)之比隨納米微粒尺寸的減小而大幅增加，粒子的表面能及表面張力也隨之增加，從而引起納米材料性質(zhì)變化。固體顆粒的表面積與粒徑的關系為:Sw=k/ρ·DSw；比表面積(m2/g)；ρ；粒子的理論密度；D；粒子平均直徑；k；形
7、狀因子。由上式可知，隨顆粒尺寸的減小，粒子的表面積迅速增加，其變化規(guī)律大體如圖l所示：例如，粒徑為5nm的SiC比表面積高達30m2/g；而納米氧化錫的比表面積隨粒徑的變化更為顯著，lOnm時，比表面積為90·3m2/g；5nm時，比表面積增加到181m2/g；而當粒徑小于2nm時，比表面猛增到450m2/g。這樣大的比表面積使處于表面的原子數(shù)大大增加，這些表面原子所處的晶體場環(huán)境及結合能與內(nèi)部原子有所不同，存在著大量的表面缺陷和許多懸掛鍵，具有高度的不飽和性質(zhì)，因而使這些原子極易與其它原子
