纳米材料在食品包装中的应用及安全性评价
杨龙平，章建浩，黄明明，严文静
（南京农业大学，南京210095）
摘要：目的阐述几种常用纳米材料在食品包装中的应用，并对其安全性进行研究。方法方法分别阐述Ag ，TiO 2，SiO 2，ZnO ，蒙脱土等纳米材料在食品包装方面的应用。结论结论纳米材料能有效改善包装材料的特性，保持食品的品质和风味，防止微生物滋生，具有显著的意义和广阔的发展前景。关键词：纳米材料；食品包装；应用；安全性中图分类号：TB487；TS206.4
文献标识码：A
文章编号：1001-3563（2015）01-0019-05
Application and Safety Evaluation of Nanomaterial in Food Packaging
YANG Long-ping ，ZHANG Jian-hao ，HUANG Ming-ming ，YAN Wen-jing
（Nanjing Agricultural University ，Nanjing 210095，China ）
ABSTRACT ：The applications and safety of several common nanomaterials used in food packaging were reviewed in this paper.The applications of nanomaterials including Ag nanomaterials,TiO 2nanomaterials,SiO 2nanomaterials,ZnO nanomaterials and montmorillonite used for food packaging were illuminated.Nanomaterials can effectively improve the properties of packaging materials,maintain the quality and flavor of food,prevent microbial growth,and have significant meaning and bright prospects.
KEY WORDS ：nanomaterial ；food packaging ；application ；safety
收稿日期：2014-10-08
基金项目：江苏省国际科技合作计划（BZ2014034）；江苏省优势学科人才引进（80900229）作者简介：杨龙平（1991—），女，重庆人，南京农业大学硕士生，主攻纳米抑菌材料的开发。
通讯作者：严文静（1986—），女，陕西咸阳人，博士，南京农业大学讲师，主要研究方向为纳米生物传感检测技术及抑菌纳米保鲜
材料。
纳米技术是在单个原子或分子尺度上准确识别、观测和控制物质的个数、种类和几何构型，据此来制造特定产品或创造纳米级加工工艺的一门新兴学科。其中，纳米材料是纳米技术最重要的基础，是由纳米粒子组成的一种超微颗粒材料，尺寸为1~100nm。在该尺寸范围内的纳米材料由于其独特的尺寸效应，因而会呈现出许多大块材料不具备的特殊性质，如优异的物理化学性能、较好的力学性能、优良的加工性能、较好的生态性[1]。纳米包装材料是一种新型包装材料，通过向原有包装材料中加入纳米材料对其进行改性、复合，从而赋予新材料具有纳米材料的表面等离子体性质，并表现出很好的抑菌性、力学性能和透气性等[2]，目前已经广泛应用于食品、环境、医药等领域。
在食品包装领域，目前研究比较多的是以聚合物为基底的纳米复合材料，该材料是通过向柔性较好的高分子聚合物中加入纳米尺寸的分子或纳米颗粒制备而成。纳米复合材料主要包括2种成分：无机纳米材料（如Ag，TiO 2，SiO 2等）和有机聚合物（如聚乙烯、淀粉、聚乳酸、水溶性聚糖或酯类等）。无机纳米粒子使复合包装材料具有传统包装材料所不具备的特殊性质。根据基质材料对生物降解的承受能力可将食品包装材料分为2类：不可降解的纳米复合材料和可生物降解的纳米复合材料。如果使用的基质是水溶性聚糖或酯类材料，还能够制备得到可食性纳米复合材料[3]。目前，各种纳米复合包装材料中应用比较广泛的包括硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料、尼龙66-粘土复合材料、纳米蒙脱石粉/PA 类、纳米SiO 2/PP 类等[4]。
包装工程
PACKAGING ENGINEERING
第36卷第1期2015年1月
19
纳米技术正在取代传统的食品包装技术，纳米包装材料不仅可以改善包装材料特性，防止微生物滋生，还可以有效地保持食品的品质，具有广阔的应用前景。
纳米材料的特殊效应使其在食品包装领域得到广泛的关注和应用，但也正是其特殊效应使人们不得不面对和重视其生物安全性问题。文中阐述常用的几种纳米材料的特性以及在食品包装方面的应用，并对其生物安全性进行总结。
1纳米材料在食品包装中的应用
1.1纳米Ag
纳米Ag的保鲜机理来源于该材料对乙烯氧化催化作用的影响，当保鲜包装材料中加入一定量的Ag纳米粉，乙烯的氧化速度被大大加快，使得保鲜效果得到提高。同时，纳米Ag具有纳米材料特殊的耐光、耐热、化学稳定等特性，该材料对细菌和霉菌等都表现出很好的抗菌性，且抗菌作用持久。另外，纳米Ag不易挥发、溶出，不会因光照引起颜色改变而污染食品也是其得到广泛应用的原因之一。
刘伟[5]等人研究了纳米Ag对G+菌、G-菌及酵母菌和霉菌的抑制效果，相同浓度下，对3种菌的作用大小为G+菌>G-菌>酵母菌和霉菌。另外，银的浓度和作用时间对纳米Ag的抑制作用有很大影响。陈江魁[6]在光照条件下，分别测试了纳米Ag对4种细菌和1种酵母菌的抗菌性能，结果显示了理想的抑菌效果。李新林[7]等人研究了纳米Ag对海参腐败中优势菌株或海参腐败中所有菌的抑制效果，发现纳米Ag的质量浓度为0.05mg/L时，仅仅需要12h就杀灭80%左右的细菌。
纳米Ag添加到包装材料中，具有很好的保鲜作用。宋益娟[8]等人利用纳米银与聚乙烯制备的保鲜袋对新鲜酱鸭进行包装，发现该材料能较好地保持酱鸭的风味，降低鸭肉中挥发性盐基氮的产生，并抑制微生物的生长繁殖。李新林[9]将纳米银淀粉液涂膜在鲍鱼表面，研究在微波冻干过程中，纳米银涂膜材料对鲍鱼表面细菌总数的影响，结果表明纳米银淀粉液的质量浓度为0.3mg/L时，鲍鱼表面的菌落总体数量下降了99.2%，且鲍鱼的干燥效率不受纳米银涂膜的影响。曹雪玲[10]研究发现纳米银胶对草莓具有很好的保鲜效果。1.2纳米TiO2
TiO2是一种在紫外光（340~350nm）下激发的光催化剂，该材料通过屏蔽紫外线照射阻止肉类食品的自动氧化，从而有效防止因维生素和芳香化合物的破坏而造成食品营养价值流失及腐烂，在食品保鲜包装领域，该材料具有很广泛的应用前景。TiO2作为一种新型包装材料，可降解对环境无污染，在光照射条件下，可粘污塑料或玻璃表面的油污、细菌等。
Men Long[11]等人研究发现，在紫外光下纳米TiO2能有效杀死沙门氏菌与李斯特菌。Jiamei Wang[12]等人发现纳米TiO2在紫外光下能导致脂质氧化、破坏细胞膜完整性并一步杀死微生物，同时发现革兰氏阳性菌比革兰氏阴性菌对纳米TiO2更敏感。熊裕华[13]等人在室温下研究了纳米TiO2固相光催化对于聚乙烯（PE）包装薄膜的降解作用，发现TiO2能加速PE的失重，促使碳链断裂，从而在薄膜表面形成大量的坑洞。
纳米TiO2虽然具有很好的光催化作用，但是该材料很不稳定，其杀菌效能会随着放置时间的延长而减弱。由此，人们开始研究通过纳米TiO2与多种抗菌剂进行复合从而提高其抑菌性和稳定性，目前，主要包含3类：聚合物基纳米TiO2复合材料、天然高分子/纳米TiO2复合材料及纳米TiO2和Ag共同作用的复合材料[14]。马龙俊[15]等人通过添加液体石蜡和纳米SiO2，TiO2改性，有效降低PVA基涂膜包装材料的透湿性能。高珊珊[16]等人发现改性纳米TiO2相比于未改性纳米材料，可以有效提高其在纤维素膜中的分散性。陈丽[17]等人研制的纳米TiO2母粒等多功能材料改性SG－IV型PVC树脂复合新材料能有效阻止O2，该材料用于富士苹果保鲜涂膜，纵向拉抻强度可以提高36％，透氧气率降低18％，透湿率降低10％。
1.3纳米SiO2
纳米SiO2是目前应用比较广泛的无机非金属材料之一，该材料具有无毒、无气味、无污染、表面积大、抑菌性能好等特点，已在食品、生物、医药等领域中得到广泛应用。SiO2可以在表面形成一层致密的纳米膜层，通过该膜层上丰富的硅氧键对膜内外CO2和O2的交换量进行调节，从而达到抑制果蔬呼吸强度、抑菌保鲜的效果[18]。
通过添加纳米SiO2可以很好地改善聚合材料的力学性能。杨禹[19]等人通过向上浆剂中添加纳米SiO2粒子，使得上浆炭纤维的强度明显增加。吴春蕾[20]等人
20
通过向聚丙烯中加入接枝改性的SiO2，使其增韧显著增强。另外，利用纳米SiO2独特的光学性能，由它填充的聚合物能够满足某些特种光学功能材料的要求，使复合材料在提高力学性能的同时具有良好的光学性能。张彦奇[21]等人发现了通过向线性低密度聚乙烯中加入纳米SiO2，不仅复合材料的弹性模量显著提高，复合材料薄膜对长波红外线（7～11μm）的吸收能力也有了大幅度的提高，从而改善了聚合材料的透光效果。另外，研究发现纳米SiO2能够有效提高聚合物耐热性能和耐老化性能[22]。
1.4纳米ZnO
纳米ZnO是一种可被紫外光（λ≤368nm）激发的宽带隙半导体，具有良好的光催化活性。作为一类无机金属氧化物，ZnO具有廉价、无毒、方便和良好的生物相容性等特点，目前已被广泛应用于光催化降解有毒有机污染物、太阳能电池等领域。相比于纳米TiO2，ZnO具有更高的光催化活性和量子产率，被认为是极具应用前景的高活性光催化剂之一。
毛桂洁[23]等人利用纳米ZnO的紫外屏蔽作用，有效提高了PVA薄膜断裂伸长率、保留率。李亚娜[24]等人发现纳米ZnO可以显著提高HDPE的结晶度，增强复合膜的阻隔性能。通过纳米ZnO改性后的聚合物，其力学性能、紫外吸收性能、抗菌性能等方面都有了显著的提高。日本学者Sawai[25]等发现，氧化锌粉体通过简单接触可以明显抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。高艳玲[26]等人研究发现在自然光、室温条件下，纳米改性聚烯烃复合材料对枯草芽孢杆菌有较强的抗菌作用，其抗菌率最高达99.99%，并且对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌等多种菌体均有抑制作用。目前关于氧化锌的抗菌机理主要有：接触吸附机理、金属离子溶出机理和光催化机理。其中，金属离子溶出机理和光催化机理是最主要的。
上述研究表明，纳米氧化锌对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌具有较好的抗菌效果，鉴于细菌与真菌的细胞构成差异性大，因此对霉菌、酵母等真菌的抗菌效果仍需要进行进一步研究。
1.5纳米MMT
蒙脱土（MMT）是一类天然黏土矿物，通过特殊方法对蒙脱土进行改性后，以纳米片层的形式与聚合物作用分散在聚合物中，最终形成聚合物纳米复合材料。聚合物/层状硅酸盐蒙脱土纳米复合材料（PLS），是目前新兴的一种聚合物基无机纳米复合材料，其利用层状粘土矿物的吸附性、离子交换性和膨胀性等特点，将单体或聚合物嵌入到矿物的层间域而得到的。我国目前的研究主要集中在聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备和表征上，制备方法均采用天然土经有机改性后采取插层复合的方法。由于这种方法只能适用于部分聚合物，故存在很大的局限性[27]。
PA6/蒙脱土纳米复合材料是最早采用蒙脱土制备的改性复合材料[28]，它的出现随即引发了研究者对聚合物/黏土纳米复合材料的极大兴趣和广泛研究。张英杰[29]等人通过向聚乙烯醇中添加蒙脱土，较大提高PVA的热性能和弹性模量，显著降低了材料的吸水率、吸水速度和光透过率，对紫外光有很好的屏蔽作用。刘桂超[30]等人研究了纳米MMT含量对聚乙烯醇基纳米复合膜包装性能的影响，发现PVA结晶形态和复合膜的包装性能受纳米材料含量的影响。姚娜[31]等人研究了常温下纳米含量对PLLA/MMT，PLLA/DK2纳米复合材料阻隔性的影响。薛琼[32]等人制备乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）/蒙脱土纳米复合膜，发现在紫外光的照射下，膜的力学性能、阻隔性能有了显著的提高，同时并没有影响复合膜的透明性。
2纳米复合食品包装材料的安全评价
由于纳米材料特殊的光、热、电等性质，目前已被广泛应用于食品包装领域，基于纳米材料的新型食品包装材料随处可见，人们不得不面对和重视其生物安全性问题。纳米材料的尺寸大小、溶解性、化学组成、表面结构、形状以及聚集状态等均可以影响其生物学效应。
虽然目前关于纳米颗粒在聚合物薄膜、陶瓷、玻璃和纸张等包装材料中迁移的研究比较少，但是对于消费者来说，食品包装材料中纳米颗粒的安全问题始终是人们关注的重点问题。纳米材料的安全性可以通过动物体内的经口毒性实验和体外细胞毒性实验得以证实。纳米颗粒对生物体的毒性表现为2种不同类型的效应，一种毒性效应是与纳米颗粒的组成不相关，是通过纳米颗粒产生大量的活性氧物质（ROS），该物质在生物体内会表现一定的毒性；另外一种毒性效应与纳米颗粒的组成直接相关，如某些金属或金属氧化物纳米颗粒在生物体内与蛋白的结合会导致蛋白功能的异常，而某些纳米颗粒，如金属合金、碳纳米管等则表现出直接或间接的基因毒性[33]。田海娇[34]等人
杨龙平等：纳米材料在食品包装中的应用及安全性评价21
研究了包装材料中不同成分、温度和时间等对纳米银-聚乙烯复合包装材料中银迁移的影响。黄延敏[35]等人研究了不同保鲜材料中纳米Ag的迁移速率，发现聚乙烯保鲜袋比聚丙烯保鲜盒中纳米银的迁出量大，迁移颗粒较小，并且发现纳米银的迁移量与浸泡时间和浸泡温度有很大关系。
目前，国内外很多课题组对常用纳米材料的安全性均展开了广泛研究，但是得到的实验结论并不相同，有些甚至相互矛盾，所以对于纳米材料的安全性至今仍没有明确的结论。另外，对于纳米材料进入到体内后的归宿如何、作用如何等问题都尚未解决。所以，要确定纳米材料是否真正安全还需要进行大量的后续研究。
3结语
随着纳米技术的快速发展，纳米材料的抑菌效能及在食品保鲜包装方面的应用将成为科学家研究的热点。纳米材料对于食品及食品包装材料的影响具体表现为：纳米材料影响包装材料的力学、热学、光吸收率等；纳米材料能有效阻止微生物的生长，延长产品储藏期；纳米材料在延长保质期的同时能很好地维持产品的感官品质。纳米材料的安全性仍需要进一步证实，纳米材料在食品包装过程中的迁移规律及纳米材料在细胞内的生物毒性是未来研究的热点。
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纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。 一、纳米材料的特性 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体
积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。 二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使
NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料 应用现状及发展趋势 北京有色金属研究总院李明怡 摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。 关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势 1前言 纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。 2纳米材料的结构和特性 我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界 20
课程名称：化工新材料概论姓名：邓元顺 学号：1208110201 专业：化学工程与工艺班级：化工122
浅析纳米材料的发展及应用 摘要：纳米材料是纳米级结构材料的简称。狭义是指纳米颗粒构成的固体材料， 其中米颗粒的尺寸最多不超过100nm。广义是指微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1-100nm）限制的各种固体超细材料。【2】纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命等方面的重要作用和应用前景。 Abstract：Nanometer material is the abbreviation of nano structured materials.The narrow sense refers to the solid material of nano particles, in which the size of the meter particles is not more than 100nm. Generalized refers to a variety of solid ultrafine materials which are limited by nano scale (1-100nm) in the one-dimensional direction at least in one dimension.. Nanotechnology is the most promising technology in the world today. Nano materials in mechanics, magnetism, electricity, heat, optics and life and so on the important role and the application prospect. 关键词：纳米材料纳米技术发展应用 前言：纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目。【1】美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心” 一、纳米材料的发展史 1965年诺贝尔物理学奖获得者、美国加利福尼亚工学院教授费曼(R.P.Feynman)曾在1959年预言：“如果有一天可以按照人的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇迹？”
超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。 一、应用 由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。 （1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。 （2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其
产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。 （3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。 （4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。 二、特点 当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的
纳米技术的应用与前景 纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。 纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。 纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用 尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。 从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。 在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。 科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。 纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理
纳米金属材料的发展与应用 摘要：纳米技术的诞生将对人类社会产生深远的影响，可能许多问题的发展都与纳米材料的发展息息相关。在纳米金属材料的研究中，它的制备、特性、性能和应用是比较重要的方面。本文概要的论述了纳米材料的发现发展过程，并结合当今纳米金属材料研究领域最前沿的技术和成果，简述了纳米材料在各方面的应用及其未来的发展前景。 关键词：纳米金属材料、纳米技术、应用 一、前言 纳米级结构材料简称为纳米材料(nanomater material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。 纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结，同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。 纳米技术在世界各国尚处于萌芽阶段，美、日、德等少数国家，虽然已经初具基础，但是尚在研究之中，新理论和技术的出现仍然方兴未艾。我国已努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 二、纳米材料的发现和发展 1861年，随着胶体化学的建立，科学家们开始了对直径为1~100nm的粒子体系的研究工作。1990年7月在美国召开了第一届国际纳米科技技术会议（International Conference on Nanoscience &Technology)，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来，从研究内涵和特点大致可划分为三个阶段： 第一阶段（1990年以前）：主要是在实验室探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒粉体或合成块体，研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能；研究对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这种材料称为纳米晶或纳米相材料。 第二阶段（1990~1994年）：人们关注的热点是如何利用纳米材料已发掘的物理和化学特性，设计纳米复合材料，复合材料的合成和物性探索一度成为纳米材料研究的主导方向。 第三阶段（1994年至今）：纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构材料体系正在成为纳米材料研究的新热点。国际上把这类材料称为纳米组装材料体系或者纳米尺度的图案材料。它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝、管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。 三、纳米材料的应用 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十
纳米材料及其应用前景 摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。 关键词：纳米材料；功能；应用； 一、纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 1、力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增 殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中位错滑移和 增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50 多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直 难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、 强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。 使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油 钻探等恶劣环境下使用。 2、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用 变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面 有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作 用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的 隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体 器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管 放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室 温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研 制出由碳纳米管组成的逻辑电路。
纳米材料应用的新进展 来源：全球电源网 世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数， 理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将 纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复 合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀
Jiangsu University 浅谈纳米材料应用及发展前景
摘要 纳米材料展现了异常的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化以及光活性，为新材料的发展开辟了一个崭新的研究和应用领域。纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的应用前景使得纳米材料及其技术成为目前科学研究的热点之一，被认为是世纪的又一次产业革命。纳米材料向国民经济和高新科技等各个领域的渗透以及对人类社会的进步的影响是难以估计的。 关键词：纳米材料；纳米应用；量子尺寸效应 1.前言 纳米材料和纳米结构无论在自然界还是在工程界都不是新生事物。在自然界存在大量的天然纳米结构，只不过在透射电镜的应用以前人们没有发现而已。 在工程方面，纳米材料80年代初发展起来的，纳米材料其粒径范围在1—100nm之间，故纳米材料又称超微晶材料。它包括晶态、非晶态、准晶态的金属、陶瓷和复合材料等。由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒缺陷中心的原子，纳米材料的物化性能与微米多晶材料有着巨大的差异，具有奇特的力学、电学、瓷学、光学、热学及化学等多方面的性能，从而使其作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学等领域展现出广阔的应用前景。目前已受到世界各
国科学家的高度重视。美国的“星球大战计划”、“信息高速公路”，欧共体的“尤里卡计划”等都将纳米材料的研究列入重点发展计划；日本在10年内将投资250亿日元发展纳米材料和纳米科学技术；英国也将发展纳米材料科学技术作为重振英国工业的突破；我国的自然科学基金“863”计划、“793”计划以及国家重点实验室都将纳米材料列为优先资助项目[1]。美国科学技术委员会把“启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心”[2]。 2.纳米材料的制备 现行的纳米材料制备方法很多。但是真正能够高效低成本制备纳米材料的方法还是现在各个国家研究的重点。目前已报的工艺方法主要有以下几种：物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）、等离子体法、激光诱导法、真空成型法、惰性气体凝聚法、机械合金融合法、共沉淀法、水热法、水解法、微孔液法、溶胶—凝胶法等等。 3.纳米材料的主要应用 3.1纳米材料在工程方面的应用 纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如SiC 等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结,另一方面,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。纳米粉体可用于改善陶瓷的性能，其原因在于微小的纳米微粒不仅比表面积大，而且扩散速度快，因而进行烧结时致密化的速度就快，烧结
第14章纳米药物的有效性与安全性评价 14.1概述 大量的研究已证明，纳米粒具有特殊的生物学特性。纳米载药系统能使许多药物的药效学和安全性特征发生较大或根本性变化，从而使其临床使用价值大大提高[1]。近年来，纳米技术正广泛用于改善药物的释药性能和药动学特征、提高治疗药物的靶向性、降低药物的毒性或用作基因治疗的载体等。纳米制剂已成为解决药物制剂难题的一项重要手段。 在纳米药物的研究开发中，纳米制剂的有效性和安全性是倍受关注的问题。近年来，对纳米药物的有效性和安全性研究已取得了一些进展。在有效性研究方面，集中于提高难吸收药物的生物利用度、抗肿瘤药物的组织靶向性、提高药物的脑靶向性分布、作为基因治疗载体的表达效率等研究。安全性评价方面主要研究纳米药物降低药物的全身性毒性、纳米载药系统的细胞毒性评价、纳米脑靶向药物对血脑屏障的影响等。但至今纳米药物在有效性和安全性评价方面的技术性规范尚未建立。 对纳米药物的有效性和安全性评价，应遵循新药药理毒理学研究的一般原则，同时应结合纳米粒的生物学特性，有针对性增加相关性研究，如纳米药物在用药局部的致炎性、纳米药物对机体免疫系统的影响、纳米材料的生物相容性与细胞毒性、吸入性纳米药物在肺部的沉积、纳米粒对血液循环系统的影响、纳米粒对各种屏障系统的损伤等。纳米药物的脑组织分布及对神经系统的损害、纳米药物的致突变性、纳米药物对靶向组织的致癌性也应认真考虑。 14.2纳米药物的药物动力学评价 14.2.1药物动力学评价方法 药物动力学(Pharmacokinetics)是研究机体对药物处置规律的科学。血药浓度经时变化规律的研究是药物动力学的基本内容，由此可得到药物在机体内的动力学参数。系统的药物动力学包括机体对受试物的吸收、分布、代谢及排泄等过程的研究。随着药物动力学学科的发展，形成了一些新的分支，包括疾病状态下的药物动力学、群体药物动力学及药物代谢物的动力学等。内源性药物代谢动力学、生物技术产品药物动力学、中药药动学等也已引起重视。药物动力学研究常用方法是整体动物实验，离体实验方法如透皮吸收、细胞培养方法如结肠腺癌细胞株（Caco-2）单层小肠吸收模型等常用于评价药物的经皮或经肠道吸收情况。 药物动力学研究在新药研制及评价中具有十分重要的意义，是新药和新制剂研制的基本内容。目的在于认识药物进入体内后的转运、药物从体内排出的形式与速度、不同剂量下变
磁性纳米材料的应用 磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。 （一）生物分离 生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。 传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。 通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。 磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。 温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。 基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。 王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒 子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离 经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。
纳米材料研究现状及应用前景 摘要：文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法，综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域，并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词：纳米材料；纳米材料制备；纳米材料性能；应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来，纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料，制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，包括纳米粉体( 零维纳米材料，又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒，一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟，是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于：高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料，如纳米碳管，可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜；致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料，主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复
一、文献调研部分（获取综述的参考文献—精读全文）1．利用中文（期刊、学位论文、会议论文）数据库，检出中文切题题录（批量），选择记录文摘格式10篇（其中学位论文要求不少于2篇、期刊论文6篇）； [1]叶灵. 纳米材料的应用与发展前景[J]. 科技资讯. 2011(20) 摘要: 很多人都听说过"纳米"这个词,但什么是纳米,什么是纳米技术,可能很多人并不一定清楚。着名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾经预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。 [2]赵雪石. 纳米技术及其应用前景[J]. 适用技术市场. 2000(12) 摘要: 纳米技术在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学等领域的成功应用及其广阔的前景,使得纳米技术成为目前科学研究的热点之一,被认为是21世纪的又一次产业革命。 [3]何燕,高月,封文江. 纳米科技的发展与应用[J]. 沈阳师范大学学报(自然科学版). 2010(02) 摘要：纳米科技是21世纪的主导产业,世界各国把纳米科技的研究和应用作为战略重点。在第五次科学技术革命中,新材料家族被推上新一轮科技革命的顶峰。在新材料和新技术中,纳米材料和纳米技术无疑将成为核心材料和核心技术。纳米技术的最终目标是直接操纵单个原子和分子,制造新功能器件,从而开拓人类崭新的生活模式。文章概述了纳米科技的发展过程及纳米材料的性质与制备,介绍了纳米技术在部分领域的应用,并简述了纳米技术对未来社会的巨大影响及潜在的、令人鼓舞的发展前景。 [4]何彦达. 纳米材料的应用及展望[J]. 科技风. 2010(01) 摘要：纳米材料(尺寸在1-100纳米范围内)又称超细微粒、超细粉末,是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统,其结构既不同于体块材料,也不同于单个的原子。其特殊的结构层次使它拥有一系列新颖的物理和化学特性,在众多领域特别是在光、电、磁、催化等方面具有非常重大的应用价值。 [5]樊东黎. 纳米技术和纳米材料的发展和应用[J]. 金属热处理. 2011(02) 摘要：<正>2005年12月在克利夫兰召开了由美国金属学会和克利夫兰纳摩网主办的美国纳米技术应用峰会。许多实体企业,如波音、福特、通用、洛克希德、蒂姆肯等公司高管出席会议和发言。会议的特点是着重于纳米。 [6]张桂芳. 纳米材料应用与发展前景概述[J]. 黑龙江科技信息. 2009(16) 摘要：由于独特的微结构和奇异性能,纳米材料引起了科学界的极大关注,成为世界范围内的研究热点,以下概述了纳米材料的应用与发展前景。 [7]杨萍. 多功能复合纳米材料的制备及其光分析应用研究[D]. 中国科学技术大学 2012 摘要：纳米材料具有独特的化学、物理和生物性能,引起了人们的极大关注。多功能复合结构纳米材料能够将不同功能的纳米材料整合到一个纳米器件中,从而为现代工业、生物医学
纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法
纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中
纳米材料的热学特性 【摘要】：纳米材料的应用及其广泛，涉及到各个领域。本文将从纳米材料的热容，晶格参数，结合能，内聚能，熔点，溶解焓，溶解熵及纳米材料参与反应时反应体系的化学平衡等方面对纳米材料的热学性质的研究进行阐述，并对纳米材料热学的研究和应用前景进行了展望。 【关键词】：纳米材料热学特性发展前景 【正文】： （一）纳米材料 纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l 5 ～5 0 ％。纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。 纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，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等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。 （二）热学特性 一热容 1996年，在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减50 %。1998年，通过研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明:过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。2002年，又把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小，二.晶格参数，结合能，内聚能 纳米微粒的晶格畸变具有尺寸效应，利用惰性气体蒸发的方法在高分子基体上制备了1. 45nm 的pd纳米微粒，通过电子微衍射方法测试了其晶格参数，发现Pd 纳米微粒的晶格参数随着微粒尺寸的减小而降低。结合能的确比相应块体材料的结合能要低。通过分子动力学方法，模拟Pd 纳米微粒在热力学平衡时的稳定结构，并计算微粒尺寸和形状对 晶格参数和结合能的影响，定量给出形状对晶格参数和结合能变化量的贡献研究表明:在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低，在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形纳米微粒的相应量。 三纳米粒子的熔解热力学 熔解温度是材料最基本的性能，几乎所有材料的性能如力学性能，物理性能以及化学性能都是工作温度比熔解温度( T /Tm )的函数，除了熔解温度外，熔解焓和熔解熵也是描述材料熔解热力学的重要参量；熔解焓表示体系在熔解的过程中，吸收热量的多少，而熔解熵则是体系熔解过程中熵值的变化。几乎整个熔解热力学理论就是围绕着熔解温度，熔解熵和
纳米材料在食品包装中的应用及安全性评价 杨龙平，章建浩，黄明明，严文静 （南京农业大学，南京210095） 摘要：目的阐述几种常用纳米材料在食品包装中的应用，并对其安全性进行研究。方法方法分别阐述Ag ，TiO 2，SiO 2，ZnO ，蒙脱土等纳米材料在食品包装方面的应用。结论结论纳米材料能有效改善包装材料的特性，保持食品的品质和风味，防止微生物滋生，具有显著的意义和广阔的发展前景。关键词：纳米材料；食品包装；应用；安全性中图分类号：TB487；TS206.4 文献标识码：A 文章编号：1001-3563（2015）01-0019-05 Application and Safety Evaluation of Nanomaterial in Food Packaging YANG Long-ping ，ZHANG Jian-hao ，HUANG Ming-ming ，YAN Wen-jing （Nanjing Agricultural University ，Nanjing 210095，China ） ABSTRACT ：The applications and safety of several common nanomaterials used in food packaging were reviewed in this paper.The applications of nanomaterials including Ag nanomaterials,TiO 2nanomaterials,SiO 2nanomaterials,ZnO nanomaterials and montmorillonite used for food packaging were illuminated.Nanomaterials can effectively improve the properties of packaging materials,maintain the quality and flavor of food,prevent microbial growth,and have significant meaning and bright prospects. KEY WORDS ：nanomaterial ；food packaging ；application ；safety 收稿日期：2014-10-08 基金项目：江苏省国际科技合作计划（BZ2014034）；江苏省优势学科人才引进（80900229）作者简介：杨龙平（1991—），女，重庆人，南京农业大学硕士生，主攻纳米抑菌材料的开发。 通讯作者：严文静（1986—），女，陕西咸阳人，博士，南京农业大学讲师，主要研究方向为纳米生物传感检测技术及抑菌纳米保鲜 材料。 纳米技术是在单个原子或分子尺度上准确识别、观测和控制物质的个数、种类和几何构型，据此来制造特定产品或创造纳米级加工工艺的一门新兴学科。其中，纳米材料是纳米技术最重要的基础，是由纳米粒子组成的一种超微颗粒材料，尺寸为1~100nm。在该尺寸范围内的纳米材料由于其独特的尺寸效应，因而会呈现出许多大块材料不具备的特殊性质，如优异的物理化学性能、较好的力学性能、优良的加工性能、较好的生态性[1]。纳米包装材料是一种新型包装材料，通过向原有包装材料中加入纳米材料对其进行改性、复合，从而赋予新材料具有纳米材料的表面等离子体性质，并表现出很好的抑菌性、力学性能和透气性等[2]，目前已经广泛应用于食品、环境、医药等领域。 在食品包装领域，目前研究比较多的是以聚合物为基底的纳米复合材料，该材料是通过向柔性较好的高分子聚合物中加入纳米尺寸的分子或纳米颗粒制备而成。纳米复合材料主要包括2种成分：无机纳米材料（如Ag，TiO 2，SiO 2等）和有机聚合物（如聚乙烯、淀粉、聚乳酸、水溶性聚糖或酯类等）。无机纳米粒子使复合包装材料具有传统包装材料所不具备的特殊性质。根据基质材料对生物降解的承受能力可将食品包装材料分为2类：不可降解的纳米复合材料和可生物降解的纳米复合材料。如果使用的基质是水溶性聚糖或酯类材料，还能够制备得到可食性纳米复合材料[3]。目前，各种纳米复合包装材料中应用比较广泛的包括硅酸盐-环氧树脂纳米复合材料、尼龙66-粘土复合材料、纳米蒙脱石粉/PA 类、纳米SiO 2/PP 类等[4]。 包装工程 PACKAGING ENGINEERING 第36卷第1期2015年1月 19