纳米技术一般用在哪里有哪些应用?

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2023-03-12 07:24 标签： 纳米技术一般用在哪里

纳米技术是生物学与医学领域的明星，也让物理学家为之着迷，是多学科交叉融合的典型科学领域之一。一直以来，像生命的起源、生命的多样性等吸引各个领域科学家的问题，远未得到明确的解答;然而，逐渐加快的学科融合已经成为必然趋势，让我们意识到自己正处于一个拐点上：科技即将改变我们对于生命的认识，而这会带给人类更强大的治愈疾病的力量。
《纳米与生命》是一本关于纳米技术及其应用的科普读物，这本书言简意赅地讲述了生物学、医学、物理学等学科融合的历程，介绍了由此产生的以生命为核心的新科学。作者将对生命的研究置于广阔的语境中，旨在对支配整个宇宙运行的规则有全新的理解，也展望了这种学科融合对人类的健康和生活质量的提升有怎样的深远影响。
作为普及性读物，这本书在科学性、思辨性与可读性之间达成了微妙的平衡，能够拓宽眼界，为我们推开通向纳米尺度之窗，展现跨领域材料的力量，带来新视角的深入思考。

热塑性聚氨酯(TPU)凭借力学强度高、加工性能好和生物相容性能优良等特性，在电子、汽车、医学等领域得到广泛应用。
将TPU与导电炭黑、石墨烯或碳纳米管等进行熔融共混，可制备具有导电性能的复合材料。
那么，碳纳米管究竟有什么“特异功能”和技术壁垒？TPU/碳纳米管复合材料是怎么制备的呢？碳纳米管的应用有哪些领域？
一. 碳纳米管的“特异功能”和技术壁垒
碳纳米材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。
碳纳米管(CNTs)，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20nm。
碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为:单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
碳纳米管的硬度与金刚石相当，强度是钢的100倍，但柔韧性良好，可以拉伸。
碳纳米管具有良好的导电性能，其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降;当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。理论计算表明直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。
碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。碳纳米管还具有光学等其他良好的性能。
碳纳米管生产过程中核心壁垒体现为：
分散体系：粉体分散是浆料制备的核心步骤。由于CNT粉体直接实际应用效果不好，所以电池厂目前更倾向于采购CNT浆料。而由于碳纳米管之间较强的范德华 力和高长径比，容易形成大的管束，并且纳米尺寸效应的存在，使得团聚效应更为显著。常见的分散方法包括研磨、高能球磨、添加表面活性剂等。实际生产中
，常采用PVP等表面活性剂作为分散剂，NMP作为分散介质，使用砂磨机进行分散。而不同组分和不同含量的分散剂所得到的效果存在显著差异。
催化剂：催化剂的制备方法和流程，会影响其粒径、活性、纯度等性能，进而对碳纳米管的管径、长度、纯度以及均一性产生显著影响。各家企业针对催化剂的 组分和生产流程多进行了专利布局，并且通过自身实际生产工艺进行灵活调整。而催化剂制备水平的优劣也会直接反应在碳纳米管产品的性能上。
近年来随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来，是材料科学领域的研究热点之一。
二. TPU/碳纳米管复合材料共混制备
配方组成：
TPU/CNTs-10 共混体系配方
制备方法：
将TPU、碳纳米管、偶联增容改性剂YY-502B等组分按配比称量，采用转矩流变仪在温度为190℃、转速60r/min条件下进行熔融共混，混炼时间5min～8min。
采用热压成型机将上述共混物在200℃热压制备厚度为1mm和0.05mm的薄片，预热时间5min、热压时间1min、冷却时间2min。
三. TPU/碳纳米管共混复合材料性能研究
对于TPU/碳纳米管共混复合材料的性能研究，研究YY-502B的用量对材料的拉伸性能、体积电导率的影响。
1.拉伸性能分析
YY-502B 用量对材料拉伸强度的影响
由于碳纳米管与TPU基体存在界面，YY-502B是一种多官能团的偶联增容改性剂，可改善TPU/碳纳米管的界面结合力。随着其含量增加，两相界面结合力增加，故拉伸强度增大。
与TPU大分子相比，YY-502B 是一种分子量相对较小的改性剂，当其用量足够在两相界面产生偶联增容时，过多的YY-502B会产生增塑效应，拉伸强度反而会有所降低。
当YY-502B 含量为 1% 时，拉伸强度达到最大值为:25.2MPa。
2.导电性能分析
YY-502B 用量对材料体积电导率的影响
由于YY-502B是一种具有偶联和增容多功能的改性剂，在体系中能够提高两相界面作用力，防止碳纳米管在高混和加工过程中产生团聚，当碳纳米管分散均匀并能形成相互贯通的导电网络时，材料的导电率增加。
当其用量足够碳纳米管分散时，进一步提高用量对碳纳米管分散没有进一步改善，故体积电导率基本保持稳定。
当YY-502B含量为 2%时,导电性能达到最大值0.52S/cm，是未添加（0.22S/cm）的2.36 倍，说明YY-502B的加入可有效提高复合材料的电导率。
四. 碳纳米管的应用
碳纳米管的用途无处不在，从碳纤维网球拍到商业和军用飞机上的复合材料。碳纳米管应用：
1、新能源领域：最有代表性的是新能源汽车动力电池、光伏和风力发电站的储能电池、氢燃料电池和超级纳米碳纤维电池。
碳纳米管作为锂离子电池导电剂能显著降低电池内阻、提高充放电倍率、增加电池容量和延长循环寿命。可根据客户要求加工定制，所提供的专用产品有水系和油系两种，即：锂离子电池专用碳纳米管水系导电液、锂离子电池专用碳纳米管油系（NMP、异丙醇、DMF、乙酸丁酯等）导电液。
碳纳米管导电液由多壁碳纳米管、碳纳米管分散剂、液体介质等三种成分组成，经过特定的机械研磨设备和分散工艺，规模化地生产。广泛应用在锂电池行业，该行业年需求碳纳米管粉料在15000吨左右。
2、复合材料领域：高强度碳纤维材料，碳纳米管的长度是直径的几千倍，因而号称“超级纤维”。
碳纳米管粉体可直接用于塑料制品、橡胶制品行业，作为导电导热耐磨填料。应用主要在汽车轮胎取代现有炭黑材料，极大提高轮胎的耐磨、减震和附着性能等方面的应用。仅汽车轮胎行业目前年所需炭黑粉为200万吨左右，按碳纳米管替代工艺所需碳纳米管粉料为60～80万吨。
碳纳米管粉体具有高导电、导热率和高的热辐射率，与颗粒状的导电、散热填料相比，在涂层中更容易形成导电导热网络，是导电、散热涂料的良好功能填料。该应用主要在隐形涂料和船舶防腐涂料两领域，前期重点放在军用船舶的防腐涂料，该领域年需求碳纳米管粉料在5000吨左右。
3、电子领域 ：用碳纳米管制成天线，就可以像接收无线电波的天线一样接受光波。对接收可见光纳米天线的实际应用，专家认为，纳米天线可制成光电视，即将电视信号加到在光纤上传送的激光束，而在终端，由一系列纳米管（每个功能类似于高速二极管）将信号解调，而大大提高电视信号的效率和图像的品质。
4、医疗领域及生物工程：微型机器人，可以进入血管疏通血栓；利用碳纳米管制造纳米芯片、人体组织及器官。
5、环境保护领域：利用纳米级集尘灰微粒的特性，发展新的保湿材料，大幅提升土壤之保水能力，提高绿化成功率与速度；利用碳纳米管生产疏水外墙涂料，该涂层外表不沾水，不积灰，节省高层建筑外墙清洁费用，降低高空作业风险。
6、航空领域：航空轮胎是航空器起降时唯一与地面接触的部件，一向被视为轮胎制造行业“皇冠上的明珠”。
将TPU/碳纳米管共混复合材料加入航空轮胎面胶中使其具有具有抗静电、高导热、高耐磨、高抗撕裂等优点，以改善轮胎综合性能，使飞机起飞和降落时轮胎产生的静电荷能均匀传至地面。同时更容易节省制造成本。
应用碳纳米与高分子材料共混可获得力学性能优良、导电性好、耐腐蚀和电磁屏蔽等新型复合材料。碳纳米管聚合物复合材料被认为是传统智能材料的替代物，在未来的应用范围将会越来越广泛。
来源：UTPE弹性体门户，低调的蜜獾，未来智库

纳米技术就在我们身边，带你一起了解！
《飞向蓝天的恐龙》知识点及同步练习
一、作者简介
刘忠范，1962年生，吉林九台人，北京大学博士生导师，物理化学家。1999年成为首批“长江学者奖励计划”特聘教授，2005年获中国分析测试协会科学技术奖一等奖，享受国务院政府特殊津贴。2007 年获教育部高等学校科学技术奖自然科学一等奖,2008 年获国家自然科学二等奖，2012年获中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖
二、我会读
乒乓(pīng bing) 杀菌(jūn jǔn) 癌症(ái ǎi)
三、我会写
健康 细胞 拥有 疾病 冰箱 预防 功能 病灶 蔬菜
需要 材料 深刻 钢铁 无能为力 深刻 低碳 纳米
四、形近字
胞(细胞) 箱(箱子) 钢(钢铁) 呐（呐喊） 防(防止) 灶(炉灶)
饱(喂饱) 相(相互) 刚（刚刚) 纳(纳米) 仿(仿照) 肚（肚皮）
五、多音字
率 shuài统率 臭 chòu臭味
lǜ 效率 xiù乳臭
六、词语解释
细胞：生物体结构和功能的基本单位，形状多种多样，主要由细胞核、细胞质、细胞膜等构成。
病灶：机体上发生病变的部分。
杀菌：用日光、高温、过氧乙酸、酒精、抗生素等杀死病菌。
癌症：生有恶性肿瘤的病。
无能为力：用不上力量；没有能力或者说能力达不到。
拥有：领有；具有(大量的土地、人口、财产等)。
灵敏：反应快；能对极其微弱的刺激迅速反应过来。
七、近义词
新奇—奇特 健康—强健 预防—防范 深刻—深远
研究一探究 灵敏一敏锐 特性一特点 隐形一隐身
八、反义词
新奇—古老 灵敏—迟钝 缓慢—迅速 深刻—肤浅
释放一吸收 神奇一普通 灵敏一笨拙 深刻一浅薄
无能为力一力所能及
九、词语名句拓展
1、词语搭配
新奇的特性 深刻的变化 先进的战机 灵敏的检测技术
缓慢地释放 一门学问
2、词语积累
表示没有办法的词语
无能为力 束手无策 不知所措 无可奈何 力所不及 无计可施
3、关于科学的名言
科学结论，是点成的金，量终有限；科学方法，是点石的指，可以产生无穷的金。 ——蔡元培
异想天开，又实事求是，这是科学工作者特有的风光。 —-郭沫若
十、课文主题归纳
本文介绍了纳米技术的作用和特点，让我们了解了纳米技术的神奇之处及其在生活中的运用，激发了我们探寻科学奥秘的兴趣。
十一、课后习题
1、朗读课文，把课文中的科技术语读正确。读了课文，你有什么不懂的问题？提出来和同学交流。
如什么是纳米技术？隐形战机为什要使用纳米吸波材料？什么是纳米缓释 技术？
纳米技术是一种微观技术，研究对象一般在1纳米到100纳米之间，纳米技术就是研究并利用这些微观物质的特性， 造福人类的一门学问
战机只有使用了纳米吸波材料，吸收了雷达波，才能避免被雷达监测到，从而达到隐形的目的。
纳米缓释技术是把普通的物质(一般是药物)用纳米材料包起来或者直接把这种普通物质做成纳米材料，在一定环境下使它或它的效力缓慢释放出来的技术。
2、“纳米技术就在我们身边”“纳米技术可以让人们更加健康”，选择其中一句话，结合课文内容和查找的资料，说说你的理解
纳米技术就在我们身边：纳米雨衣伞是雨伞与雨衣的结合体，收伞时有长短两种选择。纳米雨衣可由纳米雨伞转而成。因为使用了纳米材料，所以这种雨可以一甩即干。当纳米雨伞转变为雨衣后只需要穿戴者轻轻一跳，纳米雨衣即可干。纳米技术不仅可以用在冰箱、碳纳管、隐形战机上，也可以用在雨伞上，它与们的日常生活紧密相关。
纳米技术可以让人们更加健康：纳米术能实现疾病的早期检测与预防；纳米机人可以通过血管直达病灶，杀死癌细胞；纳缓释技术能够延长药效，使人们更加健康。
3、如果让你利用纳米技术，你会把它运用到生活中的哪些地方？发挥想象说一说。
我会把纳米技术应用在衣服上，让衣服变得更轻，穿起来更舒服。这种衣服会随着外界气温的变化而变化，让人们感觉冬暖夏凉。我会把纳米技术广泛地应用于环境的治理和改善上。现在汽车尾气污染非常严重，把纳米技术运用到汽车尾气排放处理上，就是一种很有效的改善环境的科技手段。
十二、重点句段
1.纳米是非常非常小的长度单位，1纳米等于十亿分之一米。
这句话运用了列数字的说明方法，形象地互g 写出了纳米的长度，通过“十亿分之一米”说明了纳米真的“非常非常小”。
2.如果把直径为1纳米的小球放到乒乓球上，相当于把乒乓球放在地球上，可见纳米有多么小。
这句话运用了作比较的说明方法，“乒乓球放在地球上”的强烈对比，很容易让读者感受到纳米的小，给读者留下深刻的印象，增强了说明的效果。
3.现在吃一次药最多管一两天，未来的纳米缓释技术，能够让药物效力缓慢地释放出来，服一次药可以管一周，甚至一个月。
这句话运用了作比较的说明方法，通过药效时间上的比较，突出了纳米技术在制药上的惊人效果。
《纳米技术就在我们身边》同步练习
一.拼一拼，写一写。
Shū jiàn kāng xiāng fáng nà
（ ）菜 （ ） 冰（ ） 预 （ ） （ ）米
yōng chòu xū gāng bāo yǐn
（ ）有 除（ ） （ ） 要 （ ）铁 细（ ） （ ） 形
二. 写出下面词语的反义词。
深刻一（ ） 神奇—（ ） 健康一（ ）
先进一（ ） 降低一（ ） 灵敏一（ ）
三.解释下列词语的意思。
灵敏：
预防：
病灶：
深刻：
四.辨字组词。
胞( ) 箱( ) 钢( ) 呐（ ） 防( ) 灶( )
饱( ) 相( ) 刚（ ) 纳( ) 仿( ) 肚（ ）
五.在括号里填上合适的词语。
________的特性 ________的隐形战斗机 ________的物质
_______的变化 ________地释放 一 ______学问
六、阅读课文片段，完成练习。
（一）
纳米技术就在我们身边。冰箱里如果使用一种纳米涂层，就会具有杀菌和除臭功能，能够使蔬菜保鲜期更长。有一种叫作“碳纳米管”的神奇材料，比钢铁结实百倍，而且非常轻，将来我们有可能坐上“碳纳米管天梯”到太空旅行。在最先进的隐形战机上，用到一种纳米吸波材料，能够把探测雪达波吸收掉，所以雷达根本看不见它。
1.请用“ ”画出本段的中心句。
2.本段中举了哪些例子来说明“纳米技术就在我们身边”？
3.生活中还有哪些地方运用了纳米技术？
（二）
纳米技术可以让人们更加健康。癌症很可怕，但如果在只有几个癌细胞的时候就能发现的话，死亡率会大大降低。利用极其灵敏的纳米检测技术，可以实现疾病的早期检测与预防。未来的纳米机器人甚至可以通过血管直达病灶，杀死癌细胞。生病的时候，需要吃药。现在吃一次药最多管一两天，未来的纳米缓释技术，能够让药物效力缓慢地释放出来，服一次药可以管一周，甚至一个月。
1、这段话是围绕哪句话来写的？
2、下面哪一项不是纳米技术在应对疾病方面发挥的作用？（ ）
A.可以早期检测与预防
B.能够直达病灶，杀死癌细胞
C.可以免于吃药
D.可以让药效更长久
3、读完这一段话，你希望纳米技术在应对疾病方面还可以有哪些神奇的功效？
参考答案
一、蔬菜 健康 冰箱 预防 纳米 拥有 除臭 需要 钢铁 细胞 隐形
二、肤浅 普通 生病 落后 提高 迟钝
三、灵敏：反应快；能对极其微弱的刺激迅速反应。
预防：事先防备。
病灶：机体上发生病变的部分。
深刻：达到事情或问题的本质的。
四、胞(细胞) 箱(箱子) 钢(钢铁) 呐（呐喊） 防(防止) 灶(炉灶)
饱(喂饱) 相(相互) 刚（刚刚) 纳(纳米) 仿(仿照) 肚（肚皮）
五、新奇；最先进；小小；深刻缓慢地释放 一门学问
六、(一)1、纳米技术就在我们身边。
2、冰箱；碳纳米管天梯；隐形战机
3、①碳纳米管材料可以用来做电池，电池可以用于绿色环保汽车。②纳米粒子跟塑料等结合起来，可以取代金属部件，这样做成的汽车会特别轻。
（二）1、纳米技术可以让人们更加健康。2、C
3、当我们感冒时，不用打针吃药，而是让医生在我们的血液里植入纳米机器人，这种机器人能在体内探测感冒病毒的源头，并到达病毒所在处，直接释放药物杀灭病毒。
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