PPT1通识课程 题目：走进纳米科学 PPT2课程内容安排 ©专题1：认识纳米科学 ©专题2：纳米科学与人类的认知 ©专题3：纳米技术与生活 ©专题4：纳米技术在军事、航天领域的应用 ©专题5：纳米技术在生物、医疗领域的应用 ©专题6：纳米技术在交通、能源及MEMS系统中的应用 PPT3主要内容 2.1纳米技术与生活 (衣食住行用) 2.2纳米技术与仿生 PPT4 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科 技包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电 子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界 的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结 构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起21世纪又一次产业革 命。 关于纳米技术在生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在 生活中的存在和应用也很普遍。 如图所示，纳米技术如我们的衣食住行都有关系。 PPT5 2.1.1衣 1、传统的衣服：御寒、遮羞和散热 2、纳米衣：指通过纳米技术获得除菌、排汗、防水等功能的衣物。 特点：1)在化纤制品和纺织品中添加纳米微粒，可以除味杀菌。 2)化纤布结实但有静电现象，加入少量金属纳米微粒就不会因摩擦而产 生静电。 PPT6 上海市科委纳米科技专项“高感性纳米复合功能纤维的规模化生产及其应用，该项目研 发出的抗菌系列材料将以“纳米衣”的形态“飞入寻常百姓家”。该专项成果属纳米附着结 构，采用纳米银缓慢释放技术。经研究发现，纳米衣物因含有特别的纳米微粒，可持久释放 微离子，屏蔽体外细菌，具有极强的功能性。用这一新颖的材料生产出的衣物能长效抗菌， 经过50次标准洗涤后，抗菌效率仍达99%。除了抗菌功能外，该项目还通过控制纤维直径、 纤维形状提升材料的舒适性。 纳米银(Nano Silver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径大多在25纳米左 右，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而 且不会产生耐药性。 应用范围：纤维（织物、成品），信息产业、信息产业、生态环境，日常生活用品
PPT1 通识课程 题目：走进纳米科学 PPT2 课程内容安排 专题 1：认识纳米科学 专题 2：纳米科学与人类的认知 专题 3：纳米技术与生活 专题 4：纳米技术在军事、航天领域的应用 专题 5：纳米技术在生物、医疗领域的应用 专题 6：纳米技术在交通、能源及 MEMS 系统中的应用 PPT3 主要内容 2.1 纳米技术与生活 (衣食住行用) 2.2 纳米技术与仿生 PPT4 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科 技包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学、纳米化学等学科。从包括微电 子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界 的水平提高到前所未有的高度。我国著名科学家钱学森也曾指出，纳米左右和纳米以下的结 构是下一阶段科技发展的一个重点，会是一次技术革命，从而将引起 21 世纪又一次产业革 命。 关于纳米技术在生活中的应用主要就是纳米材料的应用，关于纳米材料有很多种，其在 生活中的存在和应用也很普遍。 如图所示，纳米技术如我们的衣食住行都有关系。 PPT5 2.1.1 衣 1、传统的衣服：御寒、遮羞和散热 2、纳米衣：指通过纳米技术获得除菌、排汗、防水等功能的衣物。 特点：1）在化纤制品和纺织品中添加纳米微粒，可以除味杀菌。 2）化纤布结实但有静电现象，加入少量金属纳米微粒就不会因摩擦而产 生静电。 PPT6 上海市科委纳米科技专项“高感性纳米复合功能纤维的规模化生产及其应用，该项目研 发出的抗菌系列材料将以“纳米衣”的形态“飞入寻常百姓家”。该专项成果属纳米附着结 构，采用纳米银缓慢释放技术。经研究发现，纳米衣物因含有特别的纳米微粒，可持久释放 微离子，屏蔽体外细菌，具有极强的功能性。用这一新颖的材料生产出的衣物能长效抗菌， 经过 50 次标准洗涤后，抗菌效率仍达 99%。除了抗菌功能外，该项目还通过控制纤维直径、 纤维形状提升材料的舒适性。 纳米银(Nano Silver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质。纳米银粒径大多在 25 纳米左 右，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，而 且不会产生耐药性。 应用范围：纤维（织物、成品），信息产业、信息产业、生态环境，日常生活用品
PPT7 纳米银的抗菌机理： 一是接触反应：99%以上的有害菌都是单细胞体：而单细胞细菌必须依靠氧代谢酶的氧化 作用来进行呼吸：氧代谢酶的氧化过程，就是从中性粒子中夺取一个电子的过程。当纳米银 微粒靠近病菌时，纳米银微粒会吸附在细菌表面并进入细菌体内：细菌的氧代谢酶会夺取纳 米银微粒中的一个电子，从而使纳米银微粒变成带正电荷的银离子：带正电荷的银离子与细 菌蛋白酶中带负电荷的巯基发生反应，蛋白酶因巯基的丧失而迅速失去活性，从而导致细菌 无法进行分裂繁殖而被杀灭。当菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行 杀菌活动，因此其抗菌效果持久。 二是光催化反应：在光的作用下，银离子能起到催化活性中心的作用，激活水和空气中的 氧，产生羟基自由基(-0H)和活性氧离子(O2),活性氧离子具有很强的氧化能力，能在 短时间内破坏细菌的增殖能力而使细胞死亡。 PPT8 日本帝人公司将纳米Z0和纳米Si02放入化纤中，使其具有除臭功能，广泛用于制造 绷带、手术服、护士服，还可用于内衣、外装等，有效预防和杜绝人与人之间、人与物之间 的交叉感染。 用对人体红外线有很强吸收作用的纳米微粒添加到衣服纤维中，可提高衣服保暖效果， 制成保暖内衣，同时还有抑菌和杀菌的效果。 PPT9 德国纳米技术让衣服不会脏 纳米衣盾就是依据仿生学原理，通过对纺织品、皮革的每根细小的纤维进行人工修饰， 利用纳米界面材料的疏水、疏油的特性，阻断了毛细作用，这时由于液体的表面张力使滴落 下的水和油形成一个个小球无法渗透进织物里面，只能在织物表面滚动，同时将原来落在织 物表面的灰尘裹挟起来，滑落到地上，因此衣物非但不能被污染，还被清洁了一次。因为织 物、皮革的纤维之间依然保持原有的间隙，所以原有的透气性、手感、柔软度等固有特征没 有任何改变，人体的汗气依然可以被顺畅排出，成功的解决了防水与透气、即防水又防油这 些原本相互矛盾的难题。 PPT10 纳米毛巾纤维细度仅为头发丝的1/200，超细、超柔软、超长寿命，是纳米级的高科技 产品，是时尚的更新换代性清洁日用品。 纳米毛巾的六大显著特点：高吸水性（比普通毛巾多吸水30%）、去污强（能清洁皮肤 毛孔，可代替洗面奶产品)、易洗涤、不脱色、不落毛、长寿命。 PPT11 上图为专业的纳米材料puma足球鞋。下图为Cool劲的纳米篮球鞋，材质为：超纤+纳 米。 外场硬地篮球鞋，采用特制的篮球鞋专业性强，由硬度较高的TPU材质制成的稳定、 支撑装置。多气孔设计，透气性能强：弹性好，可减轻双足压力，不会压缩变形，避震，缓 冲性好，贴地感强，防臭除菌技术。 PPT12 日本科学家开发出的光学隐身衣服。这项技术的核心是将物体前后的移动影像集成在一 起，制造出透明的效果。 PPT13 隐身衣原因：1.纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。2纳米材 料具有极好的吸波特性。3.隐形衣之所以能够隐形是由于其制作的隐形材料可以引导微波
PPT7 纳米银的抗菌机理： 一 是接触反应： 99％以上的有害菌都是单细胞体；而单细胞细菌必须依靠氧代谢酶的氧化 作用来进行呼吸；氧代谢酶的氧化过程，就是从中性粒子中夺取一个电子的过程。当纳米银 微粒靠近病菌时，纳米银微粒会吸附在细菌表面并进入细菌体内；细菌的氧代谢酶会夺取纳 米银微粒中的一个电子，从而使纳米银微粒变成带正电荷的银离子；带正电荷的银离子与细 菌蛋白酶中带负电荷的巯基发生反应，蛋白酶因巯基的丧失而迅速失去活性，从而导致细菌 无法进行分裂繁殖而被杀灭。当菌体失去活性后，银离子又会从菌体中游离出来，重复进行 杀菌活动，因此其抗菌效果持久。 二 是光催化反应：在光的作用下，银离子能起到催化活性中心的作用，激活水和空气中的 氧，产生羟基自由基（-0H）和活性氧离子（O 2-），活性氧离子具有很强的氧化能力，能在 短时间内破坏细菌的增殖能力而使细胞死亡。 PPT8 日本帝人公司将纳米 ZnO 和纳米 SiO2 放入化纤中，使其具有除臭功能，广泛用于制造 绷带、手术服、护士服，还可用于内衣、外装等，有效预防和杜绝人与人之间、人与物之间 的交叉感染。 用对人体红外线有很强吸收作用的纳米微粒添加到衣服纤维中，可提高衣服保暖效果， 制成保暖内衣，同时还有抑菌和杀菌的效果。 PPT9 德国纳米技术让衣服不会脏 纳米衣盾就是依据仿生学原理，通过对纺织品、皮革的每根细小的纤维进行人工修饰， 利用纳米界面材料的疏水、疏油的特性，阻断了毛细作用，这时由于液体的表面张力使滴落 下的水和油形成一个个小球无法渗透进织物里面，只能在织物表面滚动，同时将原来落在织 物表面的灰尘裹挟起来，滑落到地上，因此衣物非但不能被污染，还被清洁了一次。因为织 物、皮革的纤维之间依然保持原有的间隙，所以原有的透气性、手感、柔软度等固有特征没 有任何改变，人体的汗气依然可以被顺畅排出，成功的解决了防水与透气、即防水又防油这 些原本相互矛盾的难题。 PPT10 纳米毛巾纤维细度仅为头发丝的 1/200，超细、超柔软、超长寿命，是纳米级的高科技 产品，是时尚的更新换代性清洁日用品。 纳米毛巾的六大显著特点：高吸水性（比普通毛巾多吸水 30%）、去污强（能清洁皮肤 毛孔，可代替洗面奶产品）、易洗涤、不脱色、不落毛、长寿命。 PPT11 上图为专业的纳米材料 puma 足球鞋。下图为 Cool 劲的纳米篮球鞋，材质为：超纤+纳 米。 外场硬地篮球鞋，采用特制的篮球鞋专业性强，由硬度较高的 TPU 材质制成的稳定、 支撑装置。多气孔设计，透气性能强；弹性好，可减轻双足压力，不会压缩变形，避震，缓 冲性好，贴地感强，防臭除菌技术。 PPT12 日本科学家开发出的光学隐身衣服。这项技术的核心是将物体前后的移动影像集成在一 起，制造出透明的效果。 PPT13 隐身衣原因： 1.纳米级微小粒子组成的超材料可以让光线拐弯，绕过障碍物。 2.纳米材 料具有极好的吸波特性。3.隐形衣之所以能够隐形是由于其制作的隐形材料可以引导微波
“转向”避开仪器探测，从而防止物体被发现。 隐身衣与隐形飞机区别： 隐形技术不会让一架飞机看不见，只是减少在雷达上可见的横截面，使飞机很难被跟踪。 而隐形衣是一种改进了的技术，使光被转向，将人和物体隐藏起来，让可见光对其无能为力。 PPT14 日本科学家利用电子轰击为果蝇幼虫研制了一套“纳米衣”，能够保护幼虫免遭类似太 空的真空暴露影响。如果没有这套衣服，幼虫在短短几分钟内便走向死亡。这种纳米衣的问 世有望终结人类航天服时代。 PPT15 纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品。纳米食品 不仅仅意味着就是原子修饰食品或纳米设备生产的食品，而是指用纳米技术对食物进行分 子、原子的重新编程，某些结构会发生改变，从而能大大提高某些成分的吸收率，加快营养 成分在体内的运输，延长食品的保质期。纳米食品具有提高营养、增强体质、防止疾病、恢 复健康、调节身体节律和延缓衰老等功能。目前的纳米食品主要有钙、硒等矿物质制剂、维 生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶和各种纳米功能食品等。 PPT16 纳米技术与健康食品 胆固醇含量过高会导致人体动脉硬化：在食品中加入植物固醇，如果能在大肠中被吸收， 胆固醇吸收量便会减少。但是，植物固醇难以溶解，很难吸收。用纳米技术将植物固醇制成 微粒，在一定的温度下将微粒均匀分散于植物脂肪中，可大大增强人体对植物固醇的吸收和 利用。 PPT17 利用纳米技术可以制备新食品 纳米技术可将纤维素粉碎成单糖、葡萄糖和纤维二糖等，使地球上丰富的有机物成为可 利用的营养物质。利用纳米技术，只要操纵DNA链上少数几种核苷酸甚至改变几个原子的 排列，就可培养出新的基因食品。 PPT18 纳米猪肉 使用安全、高效纳米型饲料添加剂的技术。纳米处理后，消除饲料中重金属和黄曲霉素， 以减少饲料的污染。 “纳米型饲料添加剂"不是一种新的饲料添加剂，而是在对老的添加剂品种进行处理加工 过程中采用了纳米技术。因此对饲料原料进行纳米化处理后，营养成分易被吸收。 但这个技术还没有普及到社会中，因为就“纳米猪肉”对人有没有副作用？的问题，人 们还没有得出明确的结论，因此假如你想吃上“纳米猪肉“那可能还要等上一段时间。 PPT19 纳米粒子除菌消毒 纳米氧化锌具有极强化学活性，使其能与多种有机物发生氧化反应，从而把大部分细菌 和病毒杀死，药品中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌药效大幅提高，并具有吸收率高、剂量 小特点。 纳米粒子中银无机粉不仅具有优良耐热性、耐光性和化学稳定性，且具有抗菌时间长、 抗菌谱广等特点。将纳米银水果保鲜、食品卫生等领域，不仅可保持其抗菌效果，且不会因 挥发、溶出或光照引起颜色改变或污染。应用到冰箱生产中就可生产抗菌冰箱，大大延长冰 箱中食品保质期。这样，我们就很吃上更健康，更安全，更干净的食物了
“转向”避开仪器探测，从而防止物体被发现 。 隐身衣与隐形飞机区别： 隐形技术不会让一架飞机看不见，只是减少在雷达上可见的横截面，使飞机很难被跟踪。 而隐形衣是一种改进了的技术，使光波转向，将人和物体隐藏起来，让可见光对其无能为力。 PPT14 日本科学家利用电子轰击为果蝇幼虫研制了一套“纳米衣”，能够保护幼虫免遭类似太 空的真空暴露影响。如果没有这套衣服，幼虫在短短几分钟内便走向死亡。这种纳米衣的问 世有望终结人类航天服时代。 PPT15 纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品。纳米食品 不仅仅意味着就是原子修饰食品或纳米设备生产的食品，而是指用纳米技术对食物进行分 子、原子的重新编程，某些结构会发生改变，从而能大大提高某些成分的吸收率，加快营养 成分在体内的运输，延长食品的保质期。纳米食品具有提高营养、增强体质、防止疾病、恢 复健康、调节身体节律和延缓衰老等功能。目前的纳米食品主要有钙、硒等矿物质制剂、维 生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶和各种纳米功能食品等。 PPT16 纳米技术与健康食品 胆固醇含量过高会导致人体动脉硬化；在食品中加入植物固醇，如果能在大肠中被吸收， 胆固醇吸收量便会减少。但是，植物固醇难以溶解，很难吸收。用纳米技术将植物固醇制成 微粒，在一定的温度下将微粒均匀分散于植物脂肪中，可大大增强人体对植物固醇的吸收和 利用。 PPT17 利用纳米技术可以制备新食品 纳米技术可将纤维素粉碎成单糖、葡萄糖和纤维二糖等，使地球上丰富的有机物成为可 利用的营养物质。利用纳米技术，只要操纵 DNA 链上少数几种核苷酸甚至改变几个原子的 排列，就可培养出新的基因食品。 PPT18 纳米猪肉 使用安全、高效纳米型饲料添加剂的技术。纳米处理后，消除饲料中重金属和黄曲霉素， 以减少饲料的污染。 “纳米型饲料添加剂”不是一种新的饲料添加剂，而是在对老的添加剂品种进行处理加工 过程中采用了纳米技术。因此对饲料原料进行纳米化处理后，营养成分易被吸收。 但这个技术还没有普及到社会中，因为就 “纳米猪肉”对人有没有副作用？ 的问题，人 们还没有得出明确的结论，因此假如你想吃上“纳米猪肉”那可能还要等上一段时间。 PPT19 纳米粒子除菌消毒 纳米氧化锌具有极强化学活性，使其能与多种有机物发生氧化反应，从而把大部分细菌 和病毒杀死，药品中添加纳米氧化锌，比一般氧化锌药效大幅提高，并具有吸收率高、剂量 小特点。 纳米粒子中银无机粉不仅具有优良耐热性、耐光性和化学稳定性，且具有抗菌时间长、 抗菌谱广等特点。将纳米银水果保鲜、食品卫生等领域，不仅可保持其抗菌效果，且不会因 挥发、溶出或光照引起颜色改变或污染。应用到冰箱生产中就可生产抗菌冰箱，大大延长冰 箱中食品保质期。这样，我们就很吃上更健康，更安全，更干净的食物了
PPT20 纳米技术是超细微粒和纳米粒子的制备技术、微乳化技术和纳米胶囊制备技术、分子自 组装技术、纳米酶催化剂技术和膜分离技术等。 超细微粒特别是纳米粒子的研制是当今高新技术中的热门研究领域。物质经过超细化处 理后，比表面积大大增加，表面能会发生显著变化，显示出独特的理化性质.最常用的制备 方法为超细碾磨法，如具有强结合水能力的超细面粉和具有强抗氧化性的超细绿茶粉。研究 表明，约1000nm的超细绿茶粉表现出较好的营养消化和吸收率，因而具有较高的S0D活 性，即抗氧化性。如一般绿茶粉每g清除活性氧能力为2.5×10，而约1000nm的超细绿茶 粉每g清除活性氧的能力为0.7×105~1.8×105，即活性提高了100倍。 PPT21 微乳化技术和纳米胶囊制备技术在一般情况下，将两种互不相溶的液体在表 面活性剂作用下形成的热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明、粒径1~100 皿的分散体系称为微乳液，相应地把制备微乳液的技术称之为微乳化技术。自 20世纪80年代以来，微乳的理论和应用研究获得了迅速的发展，微乳化技术 已应用于微胶囊、纳米颗粒和纳米胶囊的制备。纳米胶囊，也称毫微囊，是20世 纪80年代以来发展起来的新技术，是微胶囊中具有纳米尺寸的新型材料。纳米 胶囊颗粒微小，粒径一般在10~1000m,易于分散和悬浮在水中，形成胶体 溶液，外观是清澈透明的液体。纳米胶囊具有一定的靶向性，从而使所载的药物 或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，以达到降低毒性、提高疗 效的目的。纳米胶囊已被应用到医药、香料阻燃剂、石油产品以及食品调味品等 领域。制备纳米胶囊的方法主要有乳液中的界面聚合法、微乳聚合法、乳液中的 界面沉积法、复相乳液溶剂挥发法和胶体模板上聚电解质的逐步沉积法。图中为 功能食品纳米胶囊的制备过程。 PPT22 纳米技术的运用，使墙面涂料的耐洗刷性可提高10倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层， 可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，根本不用擦洗。含有纳米微粒的建筑材料，还可以吸收对人 体有害的紫外线。通过纳米技术的运用，建筑物外墙涂料的耐洗刷性可以由原来的1000多 次提高到10000多次，老化时间也延长了两倍。这种改进，企业投入不大，而效益可观。 PPT23 纳米涂料 通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差，耐老化、耐洗刷性差，光洁度不够等缺陷。而纳米 涂料则能较好的解决这一问题，纳米涂料具有下述优越的性能：(1)具有很好的伸缩性，能够弥 盖墙体细小裂缝，具有对微裂缝的自修复作用。(2)具有很好的防水性，抗异物粘附、沾污性能， 抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔 和，手感柔和，漆膜平整，改善建筑的外观等。 虽然国内外对纳米涂料的研究还处在开发研制阶段，但是已在工程上得到了较广泛的应 用，如北京纳美公司生产的纳米系列涂料己大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙 粉刷，效果良好。在首体改造工程中，使用纳米涂料1700吨，涂刷6万平方米。复旦大学教育 部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。 PPT24 纳米水泥 1.在水泥配料中加入部分收集的纳微米级粉尘，经均匀分散后，水泥烧成温度降低
PPT20 纳米技术是超细微粒和纳米粒子的制备技术、微乳化技术和纳米胶囊制备技术、分子自 组装技术、纳米酶催化剂技术和膜分离技术等。 超细微粒特别是纳米粒子的研制是当今高新技术中的热门研究领域。物质经过超细化处 理后，比表面积大大增加，表面能会发生显著变化，显示出独特的理化性质．最常用的制备 方法为超细碾磨法，如具有强结合水能力的超细面粉和具有强抗氧化性的超细绿茶粉。研究 表明，约 1 000 nm 的超细绿茶粉表现出较好的营养消化和吸收率，因而具有较高的 SOD 活 性，即抗氧化性。如一般绿茶粉每 g 清除活性氧能力为 2.5×10 3，而约 1 000 nm 的超细绿茶 粉每 g 清除活性氧的能力为 0.7×10 5～1.8×10 5，即活性提高了 100 倍。 PPT21 微乳化技术和纳米胶囊制备技术在一般情况下，将两种互不相溶的液体在表 面活性剂作用下形成的热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明、粒径 l～100 nm 的分散体系称为微乳液，相应地把制备微乳液的技术称之为微乳化技术。自 20 世纪 80 年代以来，微乳的理论和应用研究获得了迅速的发展，微乳化技术 已应用于微胶囊、纳米颗粒和纳米胶囊的制备。纳米胶囊，也称毫微囊，是 20 世 纪 80 年代以来发展起来的新技术，是微胶囊中具有纳米尺寸的新型材料。纳米 胶囊颗粒微小，粒径一般在 10～1 000 nm，易于分散和悬浮在水中，形成胶体 溶液，外观是清澈透明的液体。纳米胶囊具有一定的靶向性，从而使所载的药物 或食品功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，以达到降低毒性、提高疗 效的目的。纳米胶囊已被应用到医药、香料阻燃剂、石油产品以及食品调味品等 领域。制备纳米胶囊的方法主要有乳液中的界面聚合法、微乳聚合法、乳液中的 界面沉积法、复相乳液溶剂挥发法和胶体模板上聚电解质的逐步沉积法。图中为 功能食品纳米胶囊的制备过程。 PPT22 纳米技术的运用，使墙面涂料的耐洗刷性可提高 10 倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米薄层， 可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖，根本不用擦洗。含有纳米微粒的建筑材料，还可以吸收对人 体有害的紫外线。通过纳米技术的运用, 建筑物外墙涂料的耐洗刷性可以由原来的 1000 多 次提高到 10000 多次, 老化时间也延长了两倍。这种改进, 企业投入不大, 而效益可观。 PPT23 纳米涂料 通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差,耐老化、耐洗刷性差,光洁度不够等缺陷。而纳米 涂料则能较好的解决这一问题,纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性,能够弥 盖墙体细小裂缝,具有对微裂缝的自修复作用。(2)具有很好的防水性,抗异物粘附、沾污性能, 抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳柔 和,手感柔和,漆膜平整,改善建筑的外观等。 虽然国内外对纳米涂料的研究还处在开发研制阶段,但是已在工程上得到了较广泛的应 用,如北京纳美公司生产的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙 粉刷,效果良好。在首体改造工程中,使用纳米涂料 1700 吨,涂刷 6 万平方米。复旦大学教育 部先进涂料工程研究中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。 PPT24 纳米水泥 1. 在水泥配料中加入部分收集的纳微米级粉尘，经均匀分散后，水泥烧成温度降低
还有利于改善水泥性能，提高水泥强度、耐久性等一系列指标。 2.控制配料，还可获得一系列新品种水泥，如弹性水泥、延性水泥、太阳能水泥、远 红外水泥、环境友好水泥等。 PPT25 纳米室内清洁 ·新装修的房间内空气中有机物浓度很高，从中可检测出几百种有机物，最主要的是 甲醛、甲苯等对人体有害和致癌物。 ●纳米材料可降解空气中的有害有机物，其中纳米Ti02的降解效果最好，可达到100%。 ● 降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。 PPT26 纳米技术应用于洗衣机 洗衣机内部的环境非常潮湿，闲置几天就会滋生大量细菌。使用时间越长，细菌滋生 越多，对衣物污染就越严重。长期使用这种洗衣机洗衣服，就有可能产生交叉感染，引发各 种皮肤病。 纳米银复合材料洗衣机外筒，能增加韧性，具有耐摩擦、耐冲击的特点，还有很强的防 垢能力，阻止污垢在桶壁沉积，保持洗衣机自身清洁。 PPT27 纳米空调 借助纳米材料的抗菌效果，大肠杆菌杀灭率大于95%，金黄色葡萄球菌杀灭率大于 95%,甲硫醛、乙硫醛的清除率可达98%。 PPT28 纳米灯 69%的电能转化为红外线，仅少部分转化为光能。如何提高发光率，增加照明度一直是 急需解决的问题。 人们用纳米SiO2和纳米02微粒制成多层干涉膜，衬在灯泡内壁，不但透光率好，而 且有很强的红外反射能力。这种灯泡亮度与传统的卤素灯相同时，可省电15%。 新的研究成果发表于《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊。根据研究人员指 出，这项研究的关键在于建立一个两阶段的过程。在第二步骤中“回收”，先前浪费的能量， 这让系统能够更高效地将电能转换成光能。其中之一是表征光源的“发光效率”，必须考虑到 人眼的反应。传统白炽灯的发光效率大约2-3%，而荧光灯（包括节能灯泡）则为7-15%，大部 份的LED则在5-15%之间：而新开发的2阶段白炽灯则可望实现高达40%的发光效率。 PPT29 纳米玻璃 普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物，形成难以清洗的有机污垢，同时，水在玻璃 上易形成水雾，影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层TO,纳米薄膜形成 的纳米玻璃，则能有效的解决上述缺陷，同时02光催化剂在阳光作用下，可以分解甲醛、氨气 等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、 大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。 PPT30 纳米混凝土 与普通混凝土相比，纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显著提高， 同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能，因而可用于一些特殊的建筑设施中（如国防设 施)。通常在普通混凝土中加入纳米矿粉（纳米级SiOz、纳米级CaCO)或者纳米金属粉末已达
还有利于改善水泥性能，提高水泥强度、耐久性等一系列指标。 2. 控制配料，还可获得一系列新品种水泥，如弹性水泥、延性水泥、太阳能水泥、远 红外水泥、环境友好水泥等。 PPT25 纳米室内清洁 新装修的房间内空气中有机物浓度很高，从中可检测出几百种有机物，最主要的是 甲醛、甲苯等对人体有害和致癌物。 纳米材料可降解空气中的有害有机物，其中纳米TiO2的降解效果最好，可达到100％。 降解机理是在光照条件下将这些有害物质转化为二氧化碳、水和有机酸。 PPT26 纳米技术应用于洗衣机 洗衣机内部的环境非常潮湿，闲置几天就会滋生大量细菌。使用时间越长，细菌滋生 越多，对衣物污染就越严重。长期使用这种洗衣机洗衣服，就有可能产生交叉感染，引发各 种皮肤病。 纳米银复合材料洗衣机外筒，能增加韧性，具有耐摩擦、耐冲击的特点，还有很强的防 垢能力，阻止污垢在桶壁沉积，保持洗衣机自身清洁。 PPT27 纳米空调 借助纳米材料的抗菌效果，大肠杆菌杀灭率大于 95％，金黄色葡萄球菌杀灭率大于 95％，甲硫醛、乙硫醛的清除率可达 98%。 PPT28 纳米灯 69％的电能转化为红外线，仅少部分转化为光能。如何提高发光率，增加照明度一直是 急需解决的问题。 人们用纳米 SiO2 和纳米 TiO2 微粒制成多层干涉膜，衬在灯泡内壁，不但透光率好，而 且有很强的红外反射能力。这种灯泡亮度与传统的卤素灯相同时，可省电 15％。 新的研究成果发表于《自然纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊。根据研究人员指 出，这项研究的关键在于建立一个两阶段的过程。在第二步骤中“回收”，先前浪费的能量， 这让系统能够更高效地将电能转换成光能。其中之一是表征光源的“发光效率”，必须考虑到 人眼的反应。传统白炽灯的发光效率大约 2-3%，而荧光灯(包括节能灯泡)则为 7-15%，大部 份的 LED 则在 5-15%之间；而新开发的 2 阶段白炽灯则可望实现高达 40%的发光效率。 PPT29 纳米玻璃 普通玻璃在使用过程中会吸附空气中的有机物,形成难以清洗的有机污垢,同时,水在玻璃 上易形成水雾,影响可见度和反光度。而通过在平板玻璃的两面镀制一层 TiO2 纳米薄膜形成 的纳米玻璃,则能有效的解决上述缺陷,同时 TiO2光催化剂在阳光作用下,可以分解甲醛、氨气 等有害气体。此外纳米玻璃具有非常好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、 大厦玻璃、住宅玻璃等可免去麻烦的人工清洗过程。 PPT30 纳米混凝土 与普通混凝土相比,纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显著提高, 同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能，因而可用于一些特殊的建筑设施中(如国防设 施)。通常在普通混凝土中加入纳米矿粉(纳米级 SiO2、纳米级 CaCO3)或者纳米金属粉末已达
到纳米混凝土的性能，而且通过改变纳米材料的掺量还能配置出防水砂浆等。 PPT31 纳米陶瓷 普通陶瓷 优点：具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能 缺点：易发生脆性破坏，因而在使用过程中也受到了一定的限制。 纳米陶瓷 ●具有良好的塑性性能，能够吸收一定量的外来能量。 ●在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度，同时具有良好 的抗烧蚀性。 ●用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A1203等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧 性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。 PPT32 纳米在“行”中应用 纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动 机部件的理想材料，能大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米卫星可以随时向驾驶 人员提供交通信息，帮助其安全驾驶。 PPT33 轮胎纳米橡胶材料 汽车用橡胶材料以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶生产中，橡胶助剂大部分成粉体状。以 粉体状物质而言，纳米化是现阶段的主要发展趋势。目前世界上著名的轮胎制造厂均逐渐用 白炭黑来代替炭黑制造绿色轮胎和节能轮胎。新一代纳米技术己成功运用其它纳米粒子作为 助剂，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，最大的改变是轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有 多样化的色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上，新的纳米轮胎均较传统轮胎优 越，例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。 PPT34 纳米燃油装置 2004年7月，我国专家成功研制出具有世界先进水平的EPS纳米燃油装置。经中、美 两国国家级研究院核物理中心散射技术分别反复测定，发现普通燃油内含大于300m的分子 团粒，经EPS分解后，均成为小于3m的纳米级燃油。这个结论权威地证实纳米燃油能充分燃 烧的机理。该成果在我驻港部队的车辆和西部汽车集结赛等得到证实。安装EPS的车辆供 给发动机的是优质高效环保的纳米燃油，其尾气排放降低50%~90%，更感觉动力增强、噪 音降低，节油达15%~30%以上，少数油耗高的车型节油高达41%。3~5万里后能有效抑制 积炭生成，清洁燃烧室，使发动机的寿命明显延长 PPT35 飞机的“纳米外衣” 欧洲第二大折扣航空公司易捷航空公司宣布将在其部分飞机上对一种新型纳米涂层进 行实验，以确定这种涂层在降低油耗方面的作用。研究人员称，这种超微薄膜技术将使机身 更符合空气动力学的要求，更光滑表面能大幅降低飞机飞行时机身与空气的摩擦力，从而起 到减少燃油费用的目的，并为航空公司提供了更大的机票折扣空间。其作用就如同用涂料将 凹凸不平的水泥墙壁涂平一样，这种涂层能将机身上用显微镜才能观察到的细微凹陷和突起 弄平。经过这种技术处理的机身表面将比先前更光滑，气动性能更好，从而起到降低油耗的 目的
到纳米混凝土的性能，而且通过改变纳米材料的掺量还能配置出防水砂浆等。 PPT31 纳米陶瓷 普通陶瓷 优点：具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能 缺点：易发生脆性破坏,因而在使用过程中也受到了一定的限制。 纳米陶瓷 具有良好的塑性性能,能够吸收一定量的外来能量。 在陶瓷基中加入纳米级的金属碳化物纤维可以大大提高陶瓷的强度,同时具有良好 的抗烧蚀性 。 用纳米 SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3 等制成的陶瓷材料具有高硬度、高韧 性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲劳等性能优点。 PPT32 纳米在“行”中应用 纳米材料可以提高和改进交通工具的性能指标。纳米陶瓷有望成为汽车、轮船、飞机等发动 机部件的理想材料，能大大提高发动机效率、工作寿命和可靠性。纳米卫星可以随时向驾驶 人员提供交通信息，帮助其安全驾驶。 PPT33 轮胎纳米橡胶材料 汽车用橡胶材料以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶生产中,橡胶助剂大部分成粉体状。以 粉体状物质而言,纳米化是现阶段的主要发展趋势。目前世界上著名的轮胎制造厂均逐渐用 白炭黑来代替炭黑制造绿色轮胎和节能轮胎。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为 助剂, 而不再局限于使用炭黑或白炭黑,最大的改变是轮胎的颜色已不再仅限于黑色,而能有 多样化的色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上, 新的纳米轮胎均较传统轮胎优 越, 例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由 10 万次提高到 50 万次。 PPT34 纳米燃油装置 2004 年 7 月, 我国专家成功研制出具有世界先进水平的 EPS 纳米燃油装置。经中、美 两国国家级研究院核物理中心散射技术分别反复测定,发现普通燃油内含大于 300nm 的分子 团粒,经 EPS 分解后,均成为小于 3nm 的纳米级燃油。这个结论权威地证实纳米燃油能充分燃 烧的机理。该成果在我驻港部队的车辆和西部汽车集结赛等得到证实。安装 EPS 的车辆供 给发动机的是优质高效环保的纳米燃油, 其尾气排放降低 50 %～90 % , 更感觉动力增强、噪 音降低,节油达 15 %～30 %以上, 少数油耗高的车型节油高达 41 %。3～5 万里后能有效抑制 积炭生成, 清洁燃烧室, 使发动机的寿命明显延长 PPT35 飞机的“纳米外衣” 欧洲第二大折扣航空公司易捷航空公司宣布将在其部分飞机上对一种新型纳米涂层进 行实验，以确定这种涂层在降低油耗方面的作用。研究人员称，这种超微薄膜技术将使机身 更符合空气动力学的要求，更光滑表面能大幅降低飞机飞行时机身与空气的摩擦力，从而起 到减少燃油费用的目的，并为航空公司提供了更大的机票折扣空间。其作用就如同用涂料将 凹凸不平的水泥墙壁涂平一样，这种涂层能将机身上用显微镜才能观察到的细微凹陷和突起 弄平。经过这种技术处理的机身表面将比先前更光滑，气动性能更好，从而起到降低油耗的 目的
PPT36 其他日常生活中存在的“纳米” 在商品包装方面，科技人员把我国原材料比较丰富的陶土制成纳米尺度添加到聚合物 中，制成了神奇的纳米塑料，这种塑料耐高温、耐磨、像金属一样坚硬。它具备了金属、塑 料、陶瓷共同的优点。用它制成的啤酒瓶烤不坏，摔不碎而且比玻璃瓶轻一半以上。 PPT37 韩国汉城大学在世界上首次开发出纳米DNA条形码系统，其原理是把具有特定信息的 DNA纳米粒子嵌人产品，在需要识别产品时，分离并浓缩纳米粒子，通过DNA解码机对其 信息进行解读，大幅度地提高了产品的稳定性和可信度。由于DNA条形码只有纳米大小用肉 眼无法识别，因而在产品的运输、流通以及销售过程中，不可能发生对密码的复制或消除等 造假行为，这在客观上能够抑制各种欺诈行为。 PPT38 美国科学家用碳纳米管制成的天线，可以像接收无线电波的天线一样接受光波。应用这 种技术可以制成光电视。即将电视信号加载到在光纤上传送的激光束，在终端上则用一系列 纳米管（每个功能类似于高速二极管）将信号解调，可大大提高电视信号的效率和图像。纳米 天线有可能开发出通过可见光传输电视信号等新技术，还可以成为高效太阳能转化器。从而 使太阳能转化为电能的效率大大提高。 纳米电视。韩国三星公司研制出以碳纳米管为显示器的38英寸平面彩电，这将使纳米 电视机有望成为第一个进入普通百姓家庭的纳米级电子产品。 PPT39 纳米隐形眼镜可缓释药物治眼疾。新加坡工程师利用纳米技术制造出一种隐形眼 镜。它可以通过控制药物释放剂量来治疗诸如青光眼等眼科疾病。目前，眼科疾病大多 是通过滴眼药来治疗。滴过眼药的人都知道，药水滴到眼里会很快流出来不仅浪费药物， 降低疗效，而且由于眼药会经鼻腔进入血液中，因此还会对人体有一定的副作用。 PPT40 手机防辐射纳米薄膜 瑞士发现手机等移动通信装置产生的电磁场对人的脑电流有明显的干扰： 德国发现手机产生的射频电磁场会造成人体血管的收缩，导致人体血压升高，持续 35分钟的射频电磁场辐射使血压平均升高5-10mmHg。 手机电磁场还有可能引发使用者一系列健康问题或疾病，如疲劳、晕眩、呕吐、头 疼，甚至导致老年痴呆症及癌症。 PPT41 香港科技大学研制成功一种对手机发出的微波有50%以上吸收率的纳米薄膜，而 且电磁辐射的频率越高，薄膜的吸收能力越强。这无疑给手机的制造商和使用者都带来 福音。 PPT42 生活中的“伪纳米” “纳米美容品”、“纳米清洁剂”“纳米粉”、“纳米洗衣机”。、纳米丝绸，纳米水、纳 米油，房地产商也打出了“纳米”的旗帜，推出了“纳米”房，“纳米”鞋垫 PPT43 鉴别“伪纳米”的鉴别 “真正的纳米技术”必须具备两个条件
PPT36 其他日常生活中存在的“纳米” 在商品包装方面，科技人员把我国原材料比较丰富的陶土制成纳米尺度添加到聚合物 中，制成了神奇的纳米塑料，这种塑料耐高温、耐磨、像金属一样坚硬。它具备了金属、塑 料、陶瓷共同的优点。用它制成的啤酒瓶烤不坏，摔不碎而且比玻璃瓶轻一半以上。 PPT37 韩国汉城大学在世界上首次开发出纳米 DNA 条形码系统, 其原理是把具有特定信息的 DNA 纳米粒子嵌人产品, 在需要识别产品时, 分离并浓缩纳米粒子, 通过 DNA 解码机对其 信息进行解读,大幅度地提高了产品的稳定性和可信度。由于 DNA 条形码只有纳米大小用肉 眼无法识别, 因而在产品的运输、流通以及销售过程中, 不可能发生对密码的复制或消除等 造假行为,这在客观上能够抑制各种欺诈行为。 PPT38 美国科学家用碳纳米管制成的天线,可以像接收无线电波的天线一样接受光波。应用这 种技术可以制成光电视。即将电视信号加载到在光纤上传送的激光束,在终端上则用一系列 纳米管(每个功能类似于高速二极管) 将信号解调, 可大大提高电视信号的效率和图像。纳米 天线有可能开发出通过可见光传输电视信号等新技术,还可以成为高效太阳能转化器。从而 使太阳能转化为电能的效率大大提高。 纳米电视。韩国三星公司研制出以碳纳米管为显示器的 38 英寸平面彩电, 这将使纳米 电视机有望成为第一个进入普通百姓家庭的纳米级电子产品。 PPT39 纳米隐形眼镜可缓释药物治眼疾。新加坡工程师利用纳米技术制造出一种隐形眼 镜。它可以通过控制药物释放剂量来治疗诸如青光眼等眼科疾病。目前, 眼科疾病大多 是通过滴眼药来治疗。滴过眼药的人都知道, 药水滴到眼里会很快流出来不仅浪费药物, 降低疗效, 而且由于眼药会经鼻腔进入血液中, 因此还会对人体有一定的副作用。 PPT40 手机防辐射纳米薄膜 瑞士发现手机等移动通信装置产生的电磁场对人的脑电流有明显的干扰； 德国发现手机产生的射频电磁场会造成人体血管的收缩，导致人体血压升高，持续 35 分钟的射频电磁场辐射使血压平均升高 5-10mmHg。 手机电磁场还有可能引发使用者一系列健康问题或疾病，如疲劳、晕眩、呕吐、头 疼，甚至导致老年痴呆症及癌症。 PPT41 香港科技大学研制成功一种对手机发出的微波有 50％以上吸收率的纳米薄膜，而 且电磁辐射的频率越高，薄膜的吸收能力越强。这无疑给手机的制造商和使用者都带来 福音。 PPT42 生活中的“伪纳米” “纳米美容品”、“纳米清洁剂” “纳米粉”、“纳米洗衣机” 、纳米丝绸，纳米水、纳 米油， 房地产商也打出了“纳米”的旗帜，推出了“纳米”房 ，“纳米”鞋垫 PPT43 鉴别“伪纳米”的鉴别 “真正的纳米技术”必须具备两个条件
①纳米尺寸， ②自然界里所没有的新物性。 例如：中科院化学所研制的“纳米布”，利用了物理和化学方法在纺织品表面形成了纳 米尺寸的凸凹结构，这种性能就是自然界里原本没有的新的物性。 “伪纳米”产品一般只能沾了第一条的边，但它的纳米尺寸没有表现出自然界里所没有 的新物性。如“纳米粉”，就是对纳米的炒作，因为它没有新的物性。 PPT44 以“纳米洗衣机”为例 “纳米洗衣机”只能说是添加了纳米材料的洗衣机，纳米材料还只是应用在了滚 筒洗衣机外筒的内壁上，而对于最容易产生污垢的内筒的外壁还没有很好的解决办法。 因为： 纳米材料不能单独附着在金属表面，它需要用二氧化硅作为载体并用三氧化二铝作 为稳定剂，才能保证银离子持续、稳定地向外释放。如果硬要在光滑如镜的不锈钢内 胆外壁挂上纳米材料，还需要克服甩干时产生的巨大离心力及材料表面的张力。 PPT45 纳米产品的鉴定还属空白 一些纳米产品为了证实其宣传的可信度，还出示了经国家技术监督局批准、中国预防医 学科学研究所等相关部门对其产品的鉴定。相关部门鉴定人员就此澄清说：他们的鉴定结果 只是对其产品功效的鉴定，绝不是对“产品中是否含有纳米材料”的鉴定。 中国预防医学科学研究所的鉴定人员表示：对于纳米产品的鉴定，就一般功效而言， 与其同类型一般产品的鉴定过程完全一致。仅是对于其对水的附着、沉降空气中的有害物质、 抗紫外线、杀菌、防腐等功效方面进行鉴定。由于国家对于纳米产品要进行全面鉴定的法规、 政策还未出台，所以对于产品中纳米材料的含量、纳米材料的具体成分等方面的鉴定都没进 行。也就是说送检单位送来的贴有“纳米”标签的产品样本到底是否真含有纳米材料及其含 有量都是不可鉴定的。 PPT46 事实上，纳米技术并不神秘，也不是人类的专利。早在宇宙诞生之初，纳米材料和纳米技术 就已经存在了。在地球的漫长演化过程中，自然界的生物，从亭亭玉立的荷花、丑陋的蜘蛛，到 诡异的海蛇尾，从飞舞的蜜蜂、水面的水黾，到海中的贝壳，从绚丽的蝴蝶、巴掌大的壁虎，到 显微镜才能看得到的细菌…它们个个都是身怀多项纳米技术的高手。这些动植物们通过精湛的 纳米技艺，或赖以糊口，或用以御敌，一代代在大自然中顽强地生存下来，不仅丰富了我们周围 的世界，而且给现代的纳米科技工作者带来了无数灵感和启示。 PPT47 一提到莲花，人们很自然地就会联想到荷叶上滚动的露珠，以及其出淤泥而不染的高尚品格。 钱钟书先生的《代拟无题》诗来：“纵说疏疏落落，仍看脉脉憧憧。那得心如荷叶，水珠转念无 踪”。 荷叶效应 20世纪70年代，德国波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶面时发现，光滑的叶子表 面有灰尘，要先清洗才能在显微镜下观察，而莲叶等叶面却总是干干净净。他们利用人造的灰尘 粒子污染玉兰、林山毛榉、莲花、芋、甘蓝等8种植物的叶面，然后用人造雨清洗2分钟，最后 将叶面倾斜15°使雨滴滑落，观察叶面灰尘粒子残留的状况。实验发现，有些植物叶面残留的污 染物多达40%以上：而莲花等植物叶面的污染物残留比例皆小于5%。荷叶的“自洁性”是所 谓的荷叶效应。 荷叶效应是植物生存的需要，自然界中生物长期进化的结果，正是这种特殊的纳米结构，使
1 纳米尺寸， 2 自然界里所没有的新物性。 例如：中科院化学所研制的“纳米布”，利用了物理和化学方法在纺织品表面形成了纳 米尺寸的凸凹结构，这种性能就是自然界里原本没有的新的物性。 “伪纳米”产品一般只能沾了第一条的边，但它的纳米尺寸没有表现出自然界里所没有 的新物性。如“纳米粉”，就是对纳米的炒作，因为它没有新的物性。 PPT44 以“纳米洗衣机”为例 “纳米洗衣机”只能说是添加了纳米材料的洗衣机，纳米材料还只是应用在了滚 筒洗衣机外筒的内壁上，而对于最容易产生污垢的内筒的外壁还没有很好的解决办法。 因为： 纳米材料不能单独附着在金属表面，它需要用二氧化硅作为载体并用三氧化二铝作 为稳定剂，才能保证银离子持续、稳定地向外释放。 如果硬要在光滑如镜的不锈钢内 胆外壁挂上纳米材料，还需要克服甩干时产生的巨大离心力及材料表面的张力。 PPT45 纳米产品的鉴定还属空白 一些纳米产品为了证实其宣传的可信度，还出示了经国家技术监督局批准、中国预防医 学科学研究所等相关部门对其产品的鉴定。相关部门鉴定人员就此澄清说：他们的鉴定结果 只是对其产品功效的鉴定，绝不是对“产品中是否含有纳米材料”的鉴定。 中国预防医学科学研究所的鉴定人员表示：对于纳米产品的鉴定，就一般功效而言， 与其同类型一般产品的鉴定过程完全一致。仅是对于其对水的附着、沉降空气中的有害物质、 抗紫外线、杀菌、防腐等功效方面进行鉴定。由于国家对于纳米产品要进行全面鉴定的法规、 政策还未出台，所以对于产品中纳米材料的含量、纳米材料的具体成分等方面的鉴定都没进 行。也就是说送检单位送来的贴有“纳米”标签的产品样本到底是否真含有纳米材料及其含 有量都是不可鉴定的。 PPT46 事实上，纳米技术并不神秘，也不是人类的专利。早在宇宙诞生之初，纳米材料和纳米技术 就已经存在了。在地球的漫长演化过程中，自然界的生物，从亭亭玉立的荷花、丑陋的蜘蛛，到 诡异的海蛇尾，从飞舞的蜜蜂、水面的水黾，到海中的贝壳，从绚丽的蝴蝶、巴掌大的壁虎，到 显微镜才能看得到的细菌……它们个个都是身怀多项纳米技术的高手。这些动植物们通过精湛的 纳米技艺，或赖以糊口，或用以御敌，一代代在大自然中顽强地生存下来，不仅丰富了我们周围 的世界，而且给现代的纳米科技工作者带来了无数灵感和启示。 PPT47一提到莲花，人们很自然地就会联想到荷叶上滚动的露珠，以及其出淤泥而不染的高尚品格。 钱钟书先生的《代拟无题》诗来：“纵说疏疏落落，仍看脉脉憧憧。那得心如荷叶，水珠转念无 踪”。 荷叶效应 20 世纪 70 年代，德国波恩大学的植物学家巴特洛特在研究植物叶面时发现，光滑的叶子表 面有灰尘，要先清洗才能在显微镜下观察，而莲叶等叶面却总是干干净净。他们利用人造的灰尘 粒子污染玉兰、林山毛榉、莲花、芋、甘蓝等 8 种植物的叶面，然后用人造雨清洗 2 分钟，最后 将叶面倾斜 15°使雨滴滑落，观察叶面灰尘粒子残留的状况。实验发现，有些植物叶面残留的污 染物多达 40％以上；而莲花等植物叶面的污染物残留比例皆小于 5％。荷叶的 “自洁性”是所 谓的荷叶效应。 荷叶效应是植物生存的需要，自然界中生物长期进化的结果，正是这种特殊的纳米结构，使
得荷叶表面不沾水滴，可以保持清洁：当荷叶上有水时，水会在自身表面张力的作用下形成球状。 风吹动水珠在叶面上滚动时，水珠可以沾起叶面上的灰尘，并从上面高速滑落，从而使得莲叶能 够更好地进行光合作用。由于这种自洁性，使微生物、细菌、水藻、孢子等也易于被雨水冲洗去 而难以在荷叶表面滋生繁殖。 PPT48 荷叶结构 荷叶的表面具有双微观结构，一方面是由细胞组成的乳瘤形成的表面微观结构；另一方 面是由表面蜡品体形成的毛茸纳米结构。乳瘤的直径为5~15μm,高度为1~20μm。 荷叶效应的秘密主要就在于它的微观结构和纳米结构，而不在于它的化学成分。荷叶表面有 许多乳头状凸起，凸起部分的高度为5~10μm,凸起之间的间隙为10~15μm,乳头状的表 面又被许多直径为1m蜡质晶体所覆盖。由于蜡质晶体的尺度属纳米级尺度范围，因而又 被称为“纳米结构”.在这些微小的凹凸之间，储存着大量的空气.这样，当水滴落到荷叶上时， 由于空气层、乳头状突起和蜡质层的共同托持作用，使得水滴不能渗透，而能自由滚动。 PPT49 荷叶的“超疏水”性能 所谓超疏水表面即水的接触角大于150°的表面，它在工农业生产和日常生活中都有着极其 广阔的应用前景，它可以用来防雨雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等。荷叶的表面都 具有超强疏水性，其接触角达到160°。 PPT50 接触角的定义 当一滴液体滴在某一固体表面上时，有可能会出现如下情况： (1)液体完全铺展在固体表面，形成一层水膜，在这种情况下，液体完全润湿固体。如图所 示。 (2)液体有可能成水滴状。在这种情况下，由固体表面和液体边缘切线形成一个夹角0，称 为接触角。 当0°<0<90°时，如图(b)所示，液体部分湿润固体； 当90°<0<180°，如图(c)所示，液体不润湿固体。接触角越大，拒水自洁的能力就越强。 在自然界中，接触角等于0°和180°的情况都是不存在的。 荷叶表面是典型的超疏水表面之一，水在荷叶表面呈现完全不润湿的状态。过去的研究 表明，荷叶的疏水性能是其表面的微乳突结构，乳突结构间的空气及荷叶表面蜡质层共同作用 的结果：荷叶的表面存在着微乳突结构，并附着有蜡质，在这些微乳突的凹凸结构之间则储存 着大量的空气，当水落到荷叶表面上时，空气层，微乳突结构和蜡质层共同形成托持作用，使水 不能渗透而能自由滚动。进一步的研究表明荷叶表面的微乳突微米结构上还存在着纳米级的 二次结构，这种独特的双微观结构使得水滴在荷叶表面不仅具有很大的接触角，并且具有很小 的滚动角，从而实现了荷叶表面的超疏水性。 PPT51 由于荷叶表面的微观结构与其超疏水性有着密切的联系，因此可以设想，如果能在材料表面制 备类似荷叶表面的微观结构，就有可能在材料表面实现类似荷叶表面的超疏水性能。 PPT52 直到1995年，人们一直认为，越光滑的表面越千净，因此追求光滑一直是研制拒水自洁表 面的出发点。但通过观察荷叶表面才知道，这种观点是错误的。 粗糙度对疏水的影响 完全光滑的物质是很少的。如果将粗糙度定义为固体与液体接触面之间的真实面积与几何面 积的比，那么：
得荷叶表面不沾水滴，可以保持清洁：当荷叶上有水时，水会在自身表面张力的作用下形成球状。 风吹动水珠在叶面上滚动时，水珠可以沾起叶面上的灰尘，并从上面高速滑落，从而使得莲叶能 够更好地进行光合作用。由于这种自洁性,使微生物、细菌、水藻、孢子等也易于被雨水冲洗去 而难以在荷叶表面滋生繁殖。 PPT48 荷叶结构 荷叶的表面具有双微观结构, 一方面是由细胞组成的乳瘤形成的表面微观结构; 另一方 面是由表面蜡晶体形成的毛茸纳米结构。乳瘤的直径为 5～ 15 μm,高度为 1～ 20 μm。 荷叶效应的秘密主要就在于它的微观结构和纳米结构,而不在于它的化学成分。荷叶表面有 许多乳头状凸起,凸起部分的高度为 5～10μm ,凸起之间的间隙为 10～15μm ,乳头状的表 面又被许多直径为 1 nm 蜡质晶体所覆盖。由于蜡质晶体的尺度属纳米级尺度范围,因而又 被称为“纳米结构”. 在这些微小的凹凸之间,储存着大量的空气. 这样,当水滴落到荷叶上时, 由于空气层、乳头状突起和蜡质层的共同托持作用,使得水滴不能渗透,而能自由滚动。 PPT49 荷叶的“超疏水”性能 所谓超疏水表面即水的接触角大于 150°的表面,它在工农业生产和日常生活中都有着极其 广阔的应用前景,它可以用来防雨雪、防污染、抗氧化以及防止电流传导等。荷叶的表面都 具有超强疏水性,其接触角达到 160°。 PPT50 接触角的定义 当一滴液体滴在某一固体表面上时, 有可能会出现如下情况: (1) 液体完全铺展在固体表面, 形成一层水膜, 在这种情况下, 液体完全润湿固体。如图 所 示。 (2) 液体有可能成水滴状。在这种情况下, 由固体表面和液体边缘切线形成一个夹角θ, 称 为接触角。 当 0°< θ< 90°时, 如图 (b) 所示, 液体部分湿润固体; 当 90°< θ< 180°, 如图(c) 所示, 液体不润湿固体。接触角越大, 拒水自洁的能力就越强。 在自然界中,接触角等于 0°和 180°的情况都是不存在的。 荷叶表面是典型的超疏水表面之一,水在荷叶表面呈现完全不润湿的状态。过去的研究 表明,荷叶的疏水性能是其表面的微乳突结构,乳突结构间的空气及荷叶表面蜡质层共同作用 的结果:荷叶的表面存在着微乳突结构,并附着有蜡质,在这些微乳突的凹凸结构之间则储存 着大量的空气,当水落到荷叶表面上时,空气层,微乳突结构和蜡质层共同形成托持作用,使水 不能渗透而能自由滚动。进一步的研究表明荷叶表面的微乳突微米结构上还存在着纳米级的 二次结构,这种独特的双微观结构使得水滴在荷叶表面不仅具有很大的接触角,并且具有很小 的滚动角,从而实现了荷叶表面的超疏水性。 PPT51 由于荷叶表面的微观结构与其超疏水性有着密切的联系,因此可以设想,如果能在材料表面制 备类似荷叶表面的微观结构,就有可能在材料表面实现类似荷叶表面的超疏水性能。 PPT52 直到 1995 年, 人们一直认为, 越光滑的表面越干净, 因此追求光滑一直是研制拒水自洁表 面的出发点。但通过观察荷叶表面才知道, 这种观点是错误的。 粗糙度对疏水的影响 完全光滑的物质是很少的。如果将粗糙度定义为固体与液体接触面之间的真实面积与几何面 积的比, 那么:
)片cos0/cos0 (y≥10≠90) 式中：Y一粗糙度 0 液体在粗糙表面上的表观接触角： 0— 液体在理想光滑平面上的真实接触角。 当0π2时，因为y>1.所以0>日 当：π2时，因为y1.所以690°时，粗糙度可使接触角日，增大，也就是粗糙度可提高其拒水拒油的能力： 当0<90°时，粗糙度可使接触角日 变小，也就是粗糙度可降低其拒水拒油的能力。粗糙度使 拒水拒油的能力强者更强，弱者更弱。 PPT53 以上结论说明，只有具备拒水和粗糙这两个条件，才能使接触角增大。荷叶表面的蜡质晶 体首先是拒水的，其次其表面的双微观结构是粗糙的。虽然表面乳瘤的直径为5~15μm, 高度为1~20μm,超过了1μm,但是荷叶表面具有双微观结构，在乳瘤的表面有一层毛茸 纳米结构，毛茸的直径远小于1μ，可以达到纳米水平。所以，荷叶的粗糙表面，使其拒水 的能力显著增强。 PPT54 荷叶效应乳胶漆 荷叶效应乳胶漆就是能保持外墙面干燥清洁的一种建筑涂料，它是仿生学在建筑涂料中 应用的一个例子。 这种荷叶效应乳胶漆采用具有持久憎水性的少乳化剂有机硅乳液等一些专门物质，并形 成一个纳米级显微结构，从而使其涂膜具有类似荷花叶子的表面结构，达到拒水保洁功能。 PPT55 仿荷叶织物 目前已经有很多报道关于成功地利用各种不同的表面处理技术来形成聚合物和无机物 超拒水表面。毫无疑问，超拒水和自清洁的“荷叶纤维”能给纺织工业带来经济效益，可以 不用在织物后整理中加入降低表面摩擦或是拒水的工序。当水通过这样的表面时，将会有一 个自清洁的过程。 通过研究荷叶效应的拒水自洁原理可知，具有高度拒水自洁的织物必须具备以下条件： 首先应使纤维表面具有基本的拒水性能： 其次使织物具有粗糙的表面，虽然织物表面本身是非常粗糙的，但这种粗糙结构是以纤 维为最小单位，拒水自洁织物表面的粗糙应是纤维表面的粗糙，该粗糙应达到纳米级水平 荷叶效应能够在理论上突破常规的拒水材料研制思路，将降低材料的表面能和产生微观 结构的粗糙度结合起来，使织物的拒水性提高，并使织物具有良好的透气性，其应用前景非 常广阔。 PPT56
式中: 这说明:当θ> 90°时, 粗糙度可使接触角 增大,也就是粗糙度可提高其拒水拒油的能力; 当θ< 90°时, 粗糙度可使接触角 变小, 也就是粗糙度可降低其拒水拒油的能力。粗糙度使 拒水拒油的能力强者更强, 弱者更弱。 PPT53 以上结论说明, 只有具备拒水和粗糙这两个条件,才能使接触角增大。荷叶表面的蜡质晶 体首先是拒水的, 其次其表面的双微观结构是粗糙的。虽然表面乳瘤的直径为 5～ 15μm, 高度为 1～ 20μm, 超过了 1μm,但是荷叶表面具有双微观结构, 在乳瘤的表面有一层毛茸 纳米结构, 毛茸的直径远小于 1μm, 可以达到纳米水平。所以, 荷叶的粗糙表面, 使其拒水 的能力显著增强。 PPT54 荷叶效应乳胶漆 荷叶效应乳胶漆就是能保持外墙面干燥清洁的一种建筑涂料，它是仿生学在建筑涂料中 应用的一个例子。 这种荷叶效应乳胶漆采用具有持久憎水性的少乳化剂有机硅乳液等一些专门物质，并形 成一个纳米级显微结构，从而使其涂膜具有类似荷花叶子的表面结构，达到拒水保洁功能。 PPT55 仿荷叶织物 目前已经有很多报道关于成功地利用各种不同的表面处理技术来形成聚合物和无机物 超拒水表面。毫无疑问，超拒水和自清洁的“荷叶纤维”能给纺织工业带来经济效益，可以 不用在织物后整理中加入降低表面摩擦或是拒水的工序。当水通过这样的表面时，将会有一 个自清洁的过程。 通过研究荷叶效应的拒水自洁原理可知，具有高度拒水自洁的织物必须具备以下条件： 首先应使纤维表面具有基本的拒水性能； 其次使织物具有粗糙的表面，虽然织物表面本身是非常粗糙的，但这种粗糙结构是以纤 维为最小单位，拒水自洁织物表面的粗糙应是纤维表面的粗糙，该粗糙应达到纳米级水平 荷叶效应能够在理论上突破常规的拒水材料研制思路，将降低材料的表面能和产生微观 结构的粗糙度结合起来，使织物的拒水性提高，并使织物具有良好的透气性，其应用前景非 常广阔。 PPT56
