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納米粒子及納米技術在包裝印刷業的應用(上)
2013-03-09 16:27:04   作者:   來源:   評論:0 點擊:

   [摘要] 文章闡述了納米技術的基本概念及研究內容、納米粒子的特性及納米技術在包裝工業領域中的應用。

[關鍵詞] 納米技術;納米粒子;包裝工業
    納米技術是21世紀科技發展的制高點,是新工業革命的主導技術,它將引起一場各個領域生產方式的變革,也將改變未來人們的生活方式和工作方式。
納米技術基本概念
     納米技術是以納米科學為基礎,研究結構尺度在0.1~100nm范圍內材料的性質及其應用,制造新材料、新器件、研究新工藝的方法和手段。納米技術以物理、化學的微觀研究理論為基礎,以當代精密儀器和先進的分析技術為手段,是現代科學(混沌物理、量子力學、介觀物理、分子生物學)和現代技術(計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術)相結合的產物。在納米領域,各傳統學科之間的界限變得模糊,各學科高度交叉和融合。
    納米技術研究的內容主要有納米材料學(研究由納米結構單元構成的任何類型的材料,通過改變納米結構單元的大小,控制內部和表面的化學性質,控制它們的組合,設計材料的特性和功能);納米動力學(研究微機械和微電機,采用一種類似于集成電路設計和制造的新工藝,將傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上形成一個系統);納米生物學和納米醫藥學(研究生物分子之間的相互作用,研究磷脂、脂肪酸雙層平面生物膜和DNA的精細結構等,還可用自組裝方法在細胞內放入零件或組件構成新的材料);納米電子學(包括基于量子效應的納米電子器件、納米結構的光性質與電性質、納米電子材料的表征以及原子操縱和原子組裝)等。
納米粒子性質
    納米粒子一般是指尺寸在0.1~100nm之間的粒子,具有下述效應,并由此派生出傳統固體不具有的許多特性。
(1)表面效應:材料粒子直徑減少到納米級,表面原子數迅速增加,化學活性增高,納米材料的表面積、表面能及表面結合能都迅速增大。
(2)體積效應(小尺寸效應):當納米材料的尺寸與傳導電子的德布羅意波長相當或更小時,周期性的邊界條件將被破壞,磁性、內壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化性及熔點等與普通晶粒相比都有很大變化。
(3)量子尺寸效應:納米粒子尺寸下降到一定值時,費米能級附近的電子能級由連續能級變為分立能級的現象,使納米粒子具有高的光學非線性、特異催化性和光催化性質等。
(4)宏觀量子隧道效應:微觀粒子具有貫穿勢壘能力的效應。
(5)光學效應:當金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級時,其顏色大都變成黑色,且粒徑越小,顏色越深,表明納米粒子的吸光能力很強。
(6)電磁性質:金屬材料中的原子間距會隨粒徑的減小而變小,當金屬晶粒處于納米范疇時,其密度隨之增加,導致電導率降低;磁性材料的磁有序狀態也發生根本的改變,粗晶狀態下為鐵磁性的材料,當粒徑小于某一臨界值時可以轉變為超順磁狀態。
(7)化學和催化性能:納米材料由于其粒徑的減小,表面原子數所占比例很大,吸附力強,具有較高的化學反應活性。
(8)H-P關系:當晶粒減小到納米級時,材料的強度和硬度隨粒徑的減小而增大,近似遵從經典的Hall-Petch關系式。
(9)熱性質:當組成相的尺寸足夠減小時,由于在限制的原子系統中的各種彈性和熱力學參數的變化,平衡相的關系將被改變。固體物質超微化后,熔點降低;納米材料的比熱容也大于同類粗晶材料。
(10)其他性質:金屬通常是延展的,當晶體尺寸減少到其本身的應力不能再開動位錯源時,就變得相當堅硬,在這種情況的臨界長度下,打開這個位錯源的應力變得比已知金屬的屈服應力大。

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