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纳米材料的主要应用领域
由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、传感等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。
纳米材料主要应用领域如下:
一、光学应用
纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性,如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与纳米微粒的尺寸有很强的依赖关系。
下面简要介绍一下各种纳米微粒在光学方面的应用。

纳米微粒用于红外反射材料上主要制成薄膜和多层膜来使用。
纳米微粒的膜材料在灯泡工业上有很好的应用前景。高压钠灯以及各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求强照明,但是电能的69%转化为红外线,这就表明有相当多的电能转化为热能被消耗掉,仅有一少部分转化为光能来照明。同时,灯管发热也会影响灯具的寿命。如何提高发光效率,增加照明度一直是亟待解决的关键问题,20世纪80年代以来,用纳米SiO2和纳米TiO2微粒制成了多层干涉膜,总厚度为微米级,衬在有灯丝的灯泡罩的内壁,不但透光率好,而且有很强的红外线反射能力。与传统的卤素灯相同时,可节省约15%的电。

纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收带有蓝移现象。纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽化现象。
目前,对紫外吸收好的几种材料有:
30~40nm的TiO2纳米粒子的树脂膜;Fe2O3纳米微粒的聚固醇树脂膜。前者对400nm波长以下的紫外光有极强的吸收能力,后者对600nm以下的光有良好的吸收能力,可用作半导体器件的紫外线过滤器。
最近发现,纳米Al2O3粉体对250nm以下的紫外光有很强的吸收能力,这一特性可用于提高日光灯管使用寿命上。我们知道,日光灯管是利用水银的紫外谱线来激发灯管壁的荧光粉导致高亮度照明。一般来说,185nm的短波紫外光对灯管的寿命有影响,而且灯管的紫外线泄漏对人体有损害,
这一关键问题一直是困扰日光灯管工业的主要问题。如果把几个纳米的Al2O3粉掺合到稀土荧光粉中,利用纳米紫外吸收的蓝移现象有可能吸收掉这种有害的紫外光,而且不降低荧光粉的发光效率,在这方面的试验工作正在进行。
目前,用纳米微粒与树脂结合用于紫外吸收的例子是很多的。
例如,防晒油、化妆品中普遍加入纳米微粒。我们知道,大气中的紫外线主要是在300-400nm波段,太阳光对人体有伤害的紫外线也是在此波段。防晒油和化妆品中就是要选择对这个波段有强吸收的纳米微粒。
最近研究表明,纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SiO2、纳米Al2O3、纳米云母都有在这个波段吸收紫外光的特征。这里还需要强调一下,纳米添加时颗粒的粒径不能太小,否则会将汗毛孔堵死,不利于身体健康。而粒径太大,紫外吸收又会偏离这个波段。
为了解决这个问题,应该在具有强紫外吸收的纳米微粒表面包敷一层对身体无害的高聚物,将这种复合体加入防晒油和化妆品中既发挥了纳米颗粒的作用,又改善了防晒油的性能。
塑料制品在紫外线照射下很容易老化变脆,如果在塑料表面涂上一层含有纳米微粒的透明涂层,这种涂层对300-400 nm范围有较强的紫外吸收性能,这样就可以防止塑料老化。
红外吸收材料在日常生活和国防上都有重要的应用前景。
一些经济比较发达的国家已经开始用具有红外吸收功能的纤维制成军服供部队使用,这种纤维对人体释放的红外线有很好的屏蔽作用。
众所周知,人体释放的红外线大致在4-16μm的中红外频段,研制具有对人体红外线进行屏蔽的衣服是很有必要的。
而纳米微粒小很容易填充到纤维中,在拉纤维时不会堵喷头,而且某些纳米微粒具有很强的吸收中红外频段的特性。纳米Al2O3、纳米TiO2、纳米SiO2和纳米Fe2O3的复合粉就具有这种功能。
纳米添加的纤维还有一个特性,就是对人体红外线有强吸收作用,这就可以增加保暖作用,减轻衣服的重量。有人估计用添加红外吸收纳米粉的纤维做成的衣服,其重量可以减轻30%。
3、隐身材料
“隐身”这个名词,顾名思义就是隐蔽的意思。“聊斋”故事中就有“隐身术”的提法,它是指把人体伪装起来,让别人看不见。近年来,随着科学技术的发展,各种探测手段越来越先进。
例如,用雷达发射电磁波可以探测飞机;利用红外探测器也可以发现放射红外线的物体。当前,世界各国为了适应现代化战争的需要,提高在军事对抗中的实力,也将隐身技术作为一个重要研究对象,其中隐身材料在隐身技术中占有重要的地位。