導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇等離子納米技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：物理技術(shù)；農(nóng)業(yè)；增產(chǎn)；優(yōu)質(zhì)

農(nóng)藥化肥雖然能夠在最短時(shí)間內(nèi)提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，但是長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致土地對(duì)農(nóng)藥化肥的過(guò)分依賴，甚至導(dǎo)致土地本身的營(yíng)養(yǎng)不斷下降。大量實(shí)踐證明，近年來(lái)自然環(huán)境被污染、農(nóng)作物的品質(zhì)指標(biāo)在不斷下降，直接影響了人們生活品質(zhì)，同時(shí)也阻礙了我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。為此，筆者結(jié)合實(shí)際，提出盡可能地將更多的物理技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。

1電磁場(chǎng)效應(yīng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

1.1提高種子發(fā)芽率

利用電磁場(chǎng)處理農(nóng)作物的種子能夠增強(qiáng)種子的呼吸度，增加種子的根系活力，提高種子的發(fā)芽率以及發(fā)芽效果。同時(shí)還能夠凈化環(huán)境，但是將電磁場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，還需要考慮到不同類型種子其自身的品質(zhì)、成熟程度等有著一定區(qū)別，種子中所蘊(yùn)含的化學(xué)成分也會(huì)有所差異。因此在對(duì)種子進(jìn)行電磁場(chǎng)效應(yīng)時(shí)，一定要了解種子自身的導(dǎo)電率、電阻率、電容等一系列特征，明確在同一靜電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，種子的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)有所差異。結(jié)合上述參數(shù)對(duì)該品類種子的電磁場(chǎng)能夠去除破碎的種子，并且清除雜質(zhì)，獲取更多高品質(zhì)的種子，使得種子的純度得到提升。與此同時(shí)，利用磁化水澆灌農(nóng)作物，也能夠增強(qiáng)礦物質(zhì)在水中的溶解度效果，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的吸收速率，對(duì)于農(nóng)作物在生長(zhǎng)發(fā)育以及增產(chǎn)抗逆能力中都有著極為重要的促進(jìn)作用[2]。實(shí)踐證明，對(duì)小麥進(jìn)行電磁場(chǎng)處理，能夠增加小麥的產(chǎn)量，同時(shí)也能夠去除小麥種子中品質(zhì)低劣的種子。利用電磁場(chǎng)對(duì)農(nóng)作物或種子進(jìn)行處理的過(guò)程中，在使用時(shí)利用磁場(chǎng)處理水，將種子放在磁場(chǎng)中進(jìn)行磁化作用，由于微弱的磁場(chǎng)可以在最短時(shí)間內(nèi)激發(fā)種子中各種不同酶的活力，進(jìn)而提高種子的發(fā)芽效果，種子的幼苗也會(huì)不斷地茁壯成長(zhǎng)，其整體根系會(huì)十分發(fā)達(dá)。磁化水不僅能夠增強(qiáng)小麥的處理效果，同時(shí)也能夠幫助種子進(jìn)行有絲分裂，確保細(xì)胞體積增大，增強(qiáng)了作物在水肥吸收過(guò)程中的效果。在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，電磁場(chǎng)一直以來(lái)都是不可或缺的條件，更是整個(gè)植物生產(chǎn)過(guò)程中的最重要物理環(huán)境因素之一。如果直接把植物與接地用的細(xì)金屬網(wǎng)連接起來(lái)，會(huì)導(dǎo)致該金屬網(wǎng)直接屏蔽了大氣電場(chǎng)，植株就無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的生長(zhǎng)和發(fā)育，但是如果在植物中添加適宜的電場(chǎng)，則可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)和發(fā)育。一直以來(lái)在植物生長(zhǎng)過(guò)程中，電磁場(chǎng)對(duì)其的作用都是毋庸置疑的，但是電磁場(chǎng)對(duì)于植株生長(zhǎng)而言，其所帶來(lái)的作用需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析，由于物理環(huán)境因素多樣且復(fù)雜不同，因此在利用電磁場(chǎng)增加植株的生長(zhǎng)質(zhì)量時(shí)，不僅要考慮到電磁場(chǎng)的作用效果，還需要考慮其他的綜合因素。

1.2減少病蟲害

很多研究人員都在利用電磁場(chǎng)本身的作用使得電場(chǎng)發(fā)生定向移動(dòng)，可以將電場(chǎng)直接附著在作物表面或者是地面、墻壁等等，起到的作用就是在第一時(shí)間阻礙病蟲害的傳播，降低病蟲害對(duì)農(nóng)作物帶來(lái)的負(fù)面影響[3]。無(wú)論是水肥的吸收或者是光合作用能力均會(huì)在此得到增強(qiáng)，能夠有效地提高種子抗病蟲害的處理能力，使得農(nóng)作物在生長(zhǎng)過(guò)程中更加健壯，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物的增產(chǎn)和高產(chǎn)，而適當(dāng)?shù)乩么呕菪←?、水稻等一系列作物，能夠確保自身具有明顯的促進(jìn)作用。

2聲波效應(yīng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，聲波助長(zhǎng)技術(shù)也是近幾年新興起來(lái)的一種全新的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)。該技術(shù)在科技發(fā)展中展現(xiàn)了其獨(dú)特的效果，聲波助長(zhǎng)儀可根據(jù)不同植物本身所具有的聲學(xué)特性，提高植物自身的光合效率，提高植物的產(chǎn)量。

2.1促進(jìn)植物健康成長(zhǎng)

利用音箱發(fā)出對(duì)該種植物所產(chǎn)生的特定的聲波，這種聲波頻率能直接增加植物內(nèi)活細(xì)胞電子流的運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)也可以通過(guò)聲波促進(jìn)植物對(duì)各種不同營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)化以及輸入，也可以加快莖葉等營(yíng)養(yǎng)器官的生化反應(yīng)速度，促進(jìn)植物健康成長(zhǎng)發(fā)育。并且可以針對(duì)同一營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增加植物的吸收量，使得植物的果實(shí)或者是營(yíng)養(yǎng)體在形成的過(guò)程中合成數(shù)量不斷增多，促進(jìn)在植物體內(nèi)出現(xiàn)大量的有機(jī)物質(zhì)。例如蛋白質(zhì)和糖的合成，使得植物本身的細(xì)胞一直以來(lái)都處在較高的氧化水平，而如果出現(xiàn)了毒素則具有極強(qiáng)的破壞作用，能夠確保植物自身的能量供給以及中間產(chǎn)物的產(chǎn)量。聲波的存在如同電磁場(chǎng)一樣，能夠發(fā)揮出極強(qiáng)的作用，并且增強(qiáng)植物在進(jìn)行代謝時(shí)的代謝質(zhì)量，提高植物的活性。事實(shí)上，聲波作為一種物理技術(shù)，應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)間較早。

2.2減少病蟲害

聲波助長(zhǎng)儀的作用是讓植物在短時(shí)間內(nèi)快速地生長(zhǎng)，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，增加各類不同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，增強(qiáng)植物本身的抗病能力，有效地去除植物中的敏感蟲害，實(shí)現(xiàn)提早開花、提早結(jié)果，延長(zhǎng)植物的儲(chǔ)藏時(shí)間[4]。對(duì)某一些植物而言，還能形成隔離區(qū)，能夠確保出現(xiàn)植物病蟲害時(shí)，病蟲害得到有效的控制。這些植物聲波也可以讓一些本身相對(duì)敏感的害蟲在聽到植物聲波后產(chǎn)生厭惡感和恐懼感，不會(huì)出現(xiàn)在植物上繁殖的狀態(tài)，甚至有一些害蟲會(huì)主動(dòng)離開，以此達(dá)到有效去除敏感害蟲的功效。根據(jù)植物本身的發(fā)生狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)聲，這種自發(fā)聲具備極強(qiáng)特殊的聲波，利用聲波共振技術(shù)讓聲波儀模擬出與植物自發(fā)聲相同的聲波，提高植物自身的光合效率，提高植物的產(chǎn)量[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，聲波助長(zhǎng)物理技術(shù)的實(shí)施能夠進(jìn)一步完善當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)科技水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

3納米能量效應(yīng)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)的納米肥料研究呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)，納米技術(shù)的出現(xiàn)也能夠有效地改變種子中存在的微小裂口和破損，納米包裝可以更快速地適應(yīng)不同環(huán)境的發(fā)展需求、不同環(huán)境的狀態(tài)，在食品變質(zhì)時(shí)第一時(shí)間提醒消費(fèi)者。納米技術(shù)也可以改善包裝的滲透，能夠提高阻隔性，改善耐熱和抗損技術(shù)，阻止食物變質(zhì)。在納米技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，其應(yīng)用在包裝技術(shù)上，對(duì)功能產(chǎn)品以及互動(dòng)食品的發(fā)展帶來(lái)了積極的促進(jìn)作用，利用納米包裝能夠促使這些食品為人體提供更加有效、更加科學(xué)的營(yíng)養(yǎng)[6]。在分析農(nóng)業(yè)技術(shù)中應(yīng)用納米技術(shù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)其具有以下優(yōu)點(diǎn)。

3.1提高種子的出苗率

出苗率一直以來(lái)都是農(nóng)產(chǎn)品提高產(chǎn)量和質(zhì)量的重中之重，利用納米技術(shù)處理后的種子可以直接吸收自然界的光波，將光波直接轉(zhuǎn)化成為電磁波接入，使得種子體內(nèi)的大分子團(tuán)漸漸分離，成為小分子團(tuán)。如果在空間沒有出現(xiàn)改變的情況下不斷增加這一條件，能夠使得分子團(tuán)的運(yùn)動(dòng)速度更加劇烈，并且分子團(tuán)與分子團(tuán)相互碰撞時(shí)，其概率更大，活性也會(huì)隨之增加，能量也會(huì)不斷地增強(qiáng)，其對(duì)種子的破土能力而言，會(huì)帶來(lái)積極的影響。

3.2促進(jìn)植物的新陳代謝

通過(guò)納米處理后，幼苗的長(zhǎng)勢(shì)飛快，并且幼苗本身的根系發(fā)達(dá)，利用納米處理技術(shù)能夠?qū)ΨN子進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，加快植物體內(nèi)的新陳代謝，提高植物的抗逆性，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，根系活力得到顯著的提升。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)植物的根系活力甚至可以達(dá)到82.3%。在農(nóng)業(yè)上利用納米生物農(nóng)藥也能夠使得植物的生長(zhǎng)速度得到提升，而這一種農(nóng)藥不溶于水的復(fù)雜體系屬于非均相體系，其物理化學(xué)和生物學(xué)也會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)改變。

3.3減少病蟲害

利用納米技術(shù)可以讓植物的細(xì)胞壁出現(xiàn)破壁的情況，脂溶性和水溶性的殺蟲物質(zhì)也能夠釋放，直接作用于害蟲，提高了農(nóng)藥在使用時(shí)的藥效。納米物質(zhì)的表面效應(yīng)十分明顯，這是由于粒度越小，表面就越大，減少農(nóng)藥使用量[7]。隨著納米技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)環(huán)境的監(jiān)控能力得到提升，確保農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)生產(chǎn)，可以有效地挖掘植物中存在的潛在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)一步提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量以及農(nóng)產(chǎn)品的附加值，而使用納米農(nóng)藥精準(zhǔn)改變殺蟲劑，有效地減少農(nóng)藥使用量，降低農(nóng)藥的殘留，最終能夠?qū)崿F(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展的整體質(zhì)量。同時(shí)，去除土壤中存在的有害物質(zhì)，清潔水質(zhì)，保護(hù)我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)屬于生態(tài)健康狀態(tài)。

4等離子處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用

等離子技術(shù)也是農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中常見的技術(shù)之一，而使用等離子技術(shù)能夠通過(guò)物理方法提高種子在使用時(shí)的活力，激發(fā)種子自身的潛能，實(shí)現(xiàn)提高種子發(fā)芽率，達(dá)到增產(chǎn)的效果。通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)分析可知，將等離子技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，大豆平均增產(chǎn)12.2%，玉米平均增產(chǎn)11.3%，而水稻則能夠增產(chǎn)11.5%，這是一種以單項(xiàng)的技術(shù)就能夠提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的農(nóng)業(yè)技術(shù)[8]。等離子技術(shù)為我國(guó)糧食安全、糧食品質(zhì)保障帶來(lái)了極為正向的影響，而物體的存在狀態(tài)與物體的溫度有著直接密切的關(guān)系，溫度的變化能夠直接改變物體存在的狀態(tài)，而物體存在的狀態(tài)也會(huì)改變物質(zhì)本身的特性。通過(guò)等離子技術(shù)能夠讓種子具有極強(qiáng)的抗逆性以及生命力，將使得農(nóng)作物的產(chǎn)量得到提升，有效改善農(nóng)作物品質(zhì)，但是在使用等離子技術(shù)處理種子時(shí)需要考慮已經(jīng)萌動(dòng)的種子一定不可以利用等離子處理技術(shù)，等離子處理種子的目的和意義是打破原本種子的休眠狀態(tài)，使得種子自身的活力得到增強(qiáng)。已經(jīng)萌動(dòng)的種子不再是真正意義上的種子，其內(nèi)部物質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)了改變，種子已經(jīng)變成了一個(gè)生命體，正在進(jìn)行生命發(fā)展，而在這一階段應(yīng)用等離子體對(duì)其進(jìn)行刺激，并不會(huì)對(duì)種子的生長(zhǎng)、發(fā)芽帶來(lái)正面影響，反而會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響，甚至?xí)苯佑绊懙椒N子的出苗。利用等離子處理技術(shù)不能處理有雜物的種子，這是由于等離子機(jī)在處理種子時(shí)，是根據(jù)種子的粒度處理，即能夠流暢地確定各種尺寸，機(jī)器結(jié)構(gòu)在滿足最大力度通過(guò)的情況下間隙最小，只有保證種子在機(jī)器內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)多次有效的翻轉(zhuǎn)，并且獲得充分的照射，才能提高處理效果[9]。但是如果在處理種子過(guò)程中存在雜物則有可能會(huì)導(dǎo)致雜物直接進(jìn)入到機(jī)器內(nèi)，使得機(jī)器內(nèi)部出現(xiàn)堵塞的狀況，等離子技術(shù)在處理種子過(guò)程中要保證種子的流通狀態(tài)順暢，按照正常的流動(dòng)速度進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠獲取最佳狀況，如果流速處理不當(dāng)，會(huì)影響到在后續(xù)處理時(shí)的處理效果[10]。等離子處理技術(shù)自身的科技含量高，實(shí)用性強(qiáng)，具有非常多的綜合優(yōu)勢(shì)，能夠滿足我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，既能保護(hù)環(huán)境，也可以增加社會(huì)效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

5小結(jié)

篇2

關(guān)鍵詞：等離子體激元波導(dǎo)；對(duì)稱混合長(zhǎng)程表面；激光傳輸介質(zhì)；介質(zhì)分析

計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫灿兄艽蟮囊?，隨著技術(shù)的改善，光纖損耗技術(shù)的降低也讓光纖通信有了良好的發(fā)展空間，隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的處理要求不斷提高，新一代的光電系統(tǒng)在生活中的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，集成光學(xué)在生活和研究領(lǐng)域的重要性也在不斷增加，逐漸成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

1 表面等離子體的理論基礎(chǔ)

在很久以前，人們就已經(jīng)對(duì)金屬表面的等離子共振有著一定的了解和接觸，在這一現(xiàn)象尚未上升到理論高度的時(shí)候，人們?cè)跓o(wú)意之中采用金屬的這個(gè)特性進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單物品的制作，比如利用金屬納米結(jié)構(gòu)的選擇性散射和透射的效應(yīng)，把不同種類的金屬顆粒摻雜進(jìn)彩色的玻璃當(dāng)中，從而生產(chǎn)出各種各樣顏色的玻璃，用作不同的裝飾品，如在制備玻璃杯的時(shí)候，在制作玻璃的時(shí)候摻入微量的金粉和銀粉，這樣就能讓玻璃杯呈現(xiàn)出不同的顏色，如不透明的綠色和半透明的紅色，這就是等離子體在人類尚不能理論化這個(gè)現(xiàn)象時(shí)候的初級(jí)應(yīng)用。

一般情況下，貴金屬才是表面離子體產(chǎn)生的重要介質(zhì)，因?yàn)橘F金屬當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)電子躍遷，可以使能量衰減少，這樣在金屬尺寸縮小到幾十納米量級(jí)的時(shí)候，要使用麥克斯韋的電磁方程來(lái)進(jìn)行理論上的建模與分析。

在日常的生活當(dāng)中，金屬頻率的可見光波段會(huì)因?yàn)榉瓷涔獗容^多而阻礙同屬性的其他電磁波進(jìn)入和穿過(guò)。在微波和遠(yuǎn)紅外的波段中，波導(dǎo)的包層可以使用某些金屬作為代替，而且隨著頻率的不斷增大，電磁波對(duì)于金屬的穿透能力也在不斷增強(qiáng)，也會(huì)帶來(lái)更大的損耗，在這個(gè)狀態(tài)下，我們可以使用德魯特模型進(jìn)行性質(zhì)的描述。

表面等離子體的激元波導(dǎo)傳輸是外界在電磁場(chǎng)的作用下對(duì)電子自由振動(dòng)的傳播以及入射光子的相互作用而產(chǎn)生的電磁波，電磁波沿著金屬和介質(zhì)的分界面進(jìn)行傳播。它的振幅在垂直于傳播方向上有著和傳播深度呈反比方向的關(guān)系。在兩個(gè)相異的均勻媒質(zhì)分界面處，介電常數(shù)是正實(shí)數(shù)的媒質(zhì)就是介質(zhì)，而介電常數(shù)呈現(xiàn)復(fù)數(shù)狀態(tài)的就是金屬，在金屬和介質(zhì)的分界面處，一定頻率的光波照射會(huì)引起金屬中自由電子的震蕩從而引起共振。

2 混合長(zhǎng)程表面等離子體激元波導(dǎo)傳輸?shù)姆治?/p>

（一）混合長(zhǎng)程表面等離子體波的特點(diǎn)

最近引用較多的混合長(zhǎng)程表面結(jié)構(gòu)就是三層結(jié)構(gòu)，分別是IMI結(jié)構(gòu)與MIM結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)當(dāng)中間層比較厚的時(shí)候，兩個(gè)分界面的表面等離子體波互不干擾，而隨著中間層厚度的減少，兩個(gè)分界面上的表面等離子體波開始進(jìn)行交疊，從而產(chǎn)生耦合的現(xiàn)象。我們對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)限制能力較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)會(huì)有較大的傳輸損耗，而傳播長(zhǎng)度和場(chǎng)限制能力是互相制約的，在IMI結(jié)構(gòu)中，電磁能量向兩邊集中，所以傳播長(zhǎng)度交纏，傳播距離也會(huì)大大增大，所以這就是長(zhǎng)程表面等離子體波。

混合長(zhǎng)程表面等離子體波具有傳輸距離較長(zhǎng)、平面集成較為便利的特點(diǎn)，所以隨著金屬厚度的減少，表面等離子體的傳輸常數(shù)的虛數(shù)部分會(huì)趨向于0.從而可以進(jìn)行較長(zhǎng)的傳輸。這種易于被光纖介質(zhì)波導(dǎo)激發(fā)的方式以及得到了廣泛的應(yīng)用，而且有著可以實(shí)現(xiàn)模場(chǎng)放大的可能性。

（二）混合長(zhǎng)程表面等離子體激元波導(dǎo)的簡(jiǎn)介

混合長(zhǎng)程表面等離子體激元波導(dǎo)是長(zhǎng)程表面等離子體波和高折射率下的對(duì)比效應(yīng)的混合狀態(tài)，這種狀態(tài)下等離子體波到有額外的場(chǎng)限制能力，傳播長(zhǎng)度也有著提升，對(duì)三維的集成光學(xué)電路的發(fā)展鋪平了道路，通過(guò)詳盡的計(jì)算，有著新型結(jié)構(gòu)的初步實(shí)行方案。新型的結(jié)構(gòu)注重傳播長(zhǎng)度、模式寬度的統(tǒng)一。

在具體的制造過(guò)程中，對(duì)稱混合長(zhǎng)程表面的等離子體波到是所有層和介質(zhì)材料以及過(guò)程中化學(xué)蒸汽的疊加，所以有著一定的制造誤差，要注重理想尺寸的精確程度。而側(cè)向模場(chǎng)限制也是需要很多關(guān)注的，而且傳播的損耗會(huì)由于模場(chǎng)限制而有所降低，在這個(gè)過(guò)程中，橫向模場(chǎng)限制在沒有彎曲損耗計(jì)算的情況下可以基本確定最低彎曲半徑的實(shí)現(xiàn)，從而使模式寬度成為一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。在耦合長(zhǎng)度方面，水平放置的平行波導(dǎo)要大于垂直放置狀態(tài)，而包層波導(dǎo)的耦合長(zhǎng)度要比非包層波導(dǎo)的耦合長(zhǎng)度長(zhǎng)，兩個(gè)相鄰波導(dǎo)的串?dāng)_減小也會(huì)導(dǎo)致耦合長(zhǎng)度的增加。

3 結(jié)語(yǔ)

新型的對(duì)稱混合長(zhǎng)程表面等離子體激元波導(dǎo)有著優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，要注重分析介質(zhì)加載的表面等離子體，和長(zhǎng)程表面等離子體的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，對(duì)對(duì)稱混合長(zhǎng)程表面等離子體波導(dǎo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫海麗. 對(duì)稱混合長(zhǎng)程表面等離子體激元波導(dǎo)傳輸特性研究[D].蘭州大學(xué)，2014.

篇3

    一、21世紀(jì)物理學(xué)的幾個(gè)活躍領(lǐng)域

    蒸蒸日上的凝聚態(tài)物理學(xué)

    自從80年代中期發(fā)現(xiàn)了所謂高臨界溫度超導(dǎo)體以來(lái),世界上對(duì)這種應(yīng)用潛力很大的新材料的研究熱情和樂(lè)觀情緒此起彼伏,時(shí)斷時(shí)續(xù)。這種新材料能在液氮溫區(qū)下傳導(dǎo)電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導(dǎo)材料的研究仍是今后凝聚態(tài)物理學(xué)中活躍的領(lǐng)域之一。目前,許多國(guó)家的科學(xué)工作者仍在爭(zhēng)分奪秒,繼續(xù)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng),向更高溫區(qū),甚至室溫溫區(qū)超導(dǎo)材料的研究和應(yīng)用努力。可以預(yù)計(jì),這個(gè)勢(shì)頭今后也不會(huì)減弱,此外,高臨界溫度的超導(dǎo)材料的機(jī)械性能、韌性強(qiáng)度和加工成材工藝也需進(jìn)一步提高和解決。科學(xué)家們預(yù)測(cè),21世紀(jì)初,這些技術(shù)問(wèn)題可以得到解決并將有廣泛的應(yīng)用前景,有可能會(huì)引起一場(chǎng)新的工業(yè)革命。超導(dǎo)電機(jī)、超導(dǎo)磁懸浮列車、超導(dǎo)船、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)等將會(huì)面向市場(chǎng),屆時(shí),世界超導(dǎo)材料市場(chǎng)可望達(dá)到2000億美元。

    由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。超晶格材料誕生于20世紀(jì)70年代末,在短短不到30年的時(shí)間內(nèi),已逐步揭示出其微觀機(jī)制和物理圖像。目前已利用半導(dǎo)體超晶格材料研制成許多新器件,它可以在原子尺度上對(duì)半導(dǎo)體的組分摻雜進(jìn)行人工“設(shè)計(jì)”,從而可以研究一般半導(dǎo)體中根本不存在的物理現(xiàn)象,并將固態(tài)電子器件的應(yīng)用推向一個(gè)新階段。但目前對(duì)于其他類型的超晶格材料的制備尚需做進(jìn)一步的努力。一些科學(xué)家預(yù)測(cè),下一代的電子器件可能會(huì)被微結(jié)構(gòu)器件替代,從而可能會(huì)帶來(lái)一場(chǎng)電子工業(yè)的革命。微結(jié)構(gòu)物理的研究還有許多新的物理現(xiàn)象有待于揭示。21世紀(jì)可能會(huì)碩果累累,它的前景不可低估。

    近年來(lái),兩種與磁阻有關(guān)的引起人們強(qiáng)烈興趣的現(xiàn)象就是所謂的巨磁阻和超巨磁阻現(xiàn)象。一般磁阻是物質(zhì)的電阻率在磁場(chǎng)中會(huì)發(fā)生輕微的變化,而巨磁和超巨磁可以是幾倍或數(shù)千倍的變化。超巨磁現(xiàn)象中令人吃驚的是,在很強(qiáng)的磁場(chǎng)中某些絕緣體會(huì)突變?yōu)閷?dǎo)體,這種原因尚不清楚,就像高臨界溫度超導(dǎo)材料超導(dǎo)性的原因難以捉摸一樣。目前,巨磁和超巨磁實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的主要障礙是強(qiáng)磁場(chǎng)和低溫的要求,預(yù)計(jì)下世紀(jì)初在這方面會(huì)有很大的進(jìn)展,并會(huì)有誘人的應(yīng)用前景。

    可以預(yù)計(jì),新材料的發(fā)展是21世紀(jì)凝聚態(tài)物理學(xué)研究重要的發(fā)展方向之一。新材料的發(fā)展趨勢(shì)是:復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微觀化。如,成分密度和功能不均勻的梯度材料;可隨空間時(shí)間條件而變化的智能材料;變形速度快的壓電材料以及精細(xì)陶瓷材料等都將成為下世紀(jì)重要的新材料。材料專家預(yù)計(jì),21世紀(jì)新材料品種可能突破100萬(wàn)種。

    等離子體物理與核聚變

    海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘既重氫,氧化氘就是重水,每一噸海水中含有140克重水。如果我們將地球海水中所有的氘核能都釋放出來(lái),那么它所產(chǎn)生的能量足以提供人類使用數(shù)百億年。但氘和氚的原子核在高溫下才能聚合起來(lái)釋放能量,這個(gè)過(guò)程稱為熱核反應(yīng),也叫核聚變。

    核聚變反應(yīng)的溫度大約需要幾億度,在這樣高的溫度上,氘氚混合燃料形成高溫等離子體態(tài),所以等離子體物理是核聚變反應(yīng)的理論基矗1986年美國(guó)普林斯頓的核聚變研究取得了令人鼓舞的成績(jī),他們?cè)赥FTR實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行的超起動(dòng)放電達(dá)到20千電子伏,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了“點(diǎn)火”要求。1991年11月在英國(guó)卡拉姆的JET實(shí)驗(yàn)裝置上首次成功地進(jìn)行了氘氚等離子體聚變?cè)囼?yàn)。在圓形圈內(nèi),2億度的溫度下,氘氚氣體相遇爆炸成功,產(chǎn)生了200千瓦的能量,雖然只維持了1.3秒,但這為人類探索新能源——核聚變能的實(shí)現(xiàn)邁進(jìn)了一大步。這是90年代核能研究最有突破性的工作。但目前核聚變反應(yīng)距實(shí)際應(yīng)用還有相當(dāng)大的距離,技術(shù)上尚有許多難題需要解決,如怎樣將等離子加熱到如此高的溫度?高溫等離子體不能與盛裝它的容器壁相接觸,否則等離子體要降溫,容器也會(huì)被燒環(huán),這就是如何約束問(wèn)題。21世紀(jì)初有可能在該領(lǐng)域的研究工作中有所突破。

    納米技術(shù)向我們走來(lái)

    所謂納米技術(shù)就是在10[-9]米(即十億分之一米)水平上,研究應(yīng)用原子和分子現(xiàn)象及其結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。納米技術(shù)的發(fā)展使人們有可能在原子分子量級(jí)上對(duì)物質(zhì)進(jìn)行加工,制造出各種東西,使人類開始進(jìn)入一個(gè)可以在納米尺度范圍,人為設(shè)計(jì)、加工和制造新材料、新器件的時(shí)代。粗略的分,納米技術(shù)可分為納米物理、納米化學(xué)、納米生物、納米電子、納米材料、納米機(jī)械和加工等幾方面。

    納米材料具有常規(guī)材料所不具備的反常特性,如它的硬度、強(qiáng)度,韌性和導(dǎo)電性等都非常高,被譽(yù)為“21世紀(jì)最有前途的材料”。美國(guó)一研究機(jī)構(gòu)認(rèn)為:任何經(jīng)營(yíng)材料的企業(yè),如果現(xiàn)在還不采取措施研究納米材料的開發(fā),今后勢(shì)必會(huì)處于競(jìng)爭(zhēng)的劣勢(shì)。

    納米電子是納米技術(shù)與電子學(xué)的交叉形成的一門新技術(shù)。它是以研究納米級(jí)芯片、器件、超高密度信息存儲(chǔ)為主要內(nèi)容的一門新技術(shù)。例如,目前超高密度信息存儲(chǔ)的最高存儲(chǔ)密度為10[12]畢特/平方厘米,其信息儲(chǔ)存量為常規(guī)光盤的10[6]倍。

    納米機(jī)械和加工,也稱為分子機(jī)器,它可以不用部件制造幾乎無(wú)任何縫隙的物體,它每秒能完成幾十億次操作,可以做人類想做的任何事情,可以制造出人類想得到的任何產(chǎn)品。目前采用分子機(jī)器加工已研制出世界上最小的(米粒大小)蒸汽機(jī)、微型汽車、微型發(fā)電機(jī)、微型馬達(dá)、微型機(jī)器人和微型手術(shù)刀。微型機(jī)器人可進(jìn)入血管清理血管壁上的沉積脂肪,殺死癌細(xì)胞,修復(fù)損壞的組織和基因。微型手術(shù)刀只有一根頭發(fā)絲的百分之一大小,可以不用開胸破腹就能完成手術(shù)。21世紀(jì)的生物分子機(jī)器將會(huì)出現(xiàn)可放在人腦中的納米計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話,并且有自身復(fù)制的能力。人類還有可能制造出新的智能生命和實(shí)現(xiàn)物種再構(gòu)。

    “無(wú)限大”和“無(wú)限斜系統(tǒng)物理學(xué)

    “無(wú)限大”和“無(wú)限斜系統(tǒng)物理學(xué)是當(dāng)今物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)非?；钴S的領(lǐng)域。天體物理和宇宙物理學(xué)就屬于“無(wú)限大”系統(tǒng)物理學(xué)的范疇,它從早期對(duì)太陽(yáng)系的研究,逐步發(fā)展到銀河系,直到對(duì)整個(gè)宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為本世紀(jì)后半葉自然科學(xué)中四大成就之一是當(dāng)之無(wú)愧的。利用該模型已經(jīng)成功地解釋宇宙觀測(cè)的最新結(jié)果。如宇宙膨脹,宇宙年齡下限,宇宙物質(zhì)的層次結(jié)構(gòu),宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結(jié)果?？梢哉f(shuō)具有暴脹機(jī)制的熱大爆炸宇宙模型已為現(xiàn)代宇宙學(xué)奠定了一定的基矗但是到目前為止,關(guān)于宇宙的起源問(wèn)題仍沒有得到解決,暴脹宇宙論也并非十全十美,事實(shí)上想一次就能得到一個(gè)十分完善的宇宙理論是很困難的,這還有待于進(jìn)一步的努力和探索。

    “無(wú)限大”系統(tǒng)物理學(xué)還有兩個(gè)比較重要的問(wèn)題是“類星體”和“暗物質(zhì)”?！邦愋求w”是1961年發(fā)現(xiàn)的,一個(gè)類星體發(fā)出的光相當(dāng)于幾千個(gè)星云,而每個(gè)星云相當(dāng)于1萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)所發(fā)出的光,所以對(duì)類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一個(gè)編號(hào)為3C271的類星體,一天之內(nèi)它的能量增加了一倍,到底是什么原因使它的能量增加如此迅速?有待于21世紀(jì)去解決?！鞍滴镔|(zhì)”是一種具有引力,看不見,什么光也不發(fā)射的物質(zhì)。宇宙中百分之九十以上的物質(zhì)是所謂的“暗物質(zhì)”,這種“暗物質(zhì)”到底是什么?我們至今仍不清楚,也有待于下世紀(jì)去解決。

    原子核物理和粒子物理學(xué)則屬于“無(wú)限斜系統(tǒng)物理學(xué)的范疇,它從早期對(duì)原子和原子核的研究,逐步發(fā)展到對(duì)粒子的研究。粒子主要包括強(qiáng)子(中子、質(zhì)子、超子、л介子、K介子等)、輕子(電子、μ子、τ輕子等)和媒介子(光子、膠子等)。強(qiáng)子是對(duì)參與強(qiáng)相互作用粒子的總稱,其數(shù)量幾乎占粒子種類的絕大部分;輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的,它們不參與強(qiáng)相互作用;而媒介子是傳遞相互作用的。目前,人們已經(jīng)知道參與強(qiáng)相互作用的粒子都是由更小的粒子“夸克”組成的,但是至今不能把單個(gè)“夸克”分離出來(lái),也沒有觀察到它們可以自由地存在。為什么“夸克”獨(dú)立不出來(lái)呢?還有一個(gè)不能解釋的問(wèn)題是“非對(duì)稱性”,目前我們已有的定理都是對(duì)稱的,可是世界是非對(duì)稱的,這是一個(gè)有待于解決的矛盾。尋找獨(dú)立的夸克和電弱統(tǒng)一理論預(yù)言的、導(dǎo)致對(duì)稱性自發(fā)破缺的H粒子、解釋“對(duì)稱”與“非對(duì)性”的矛盾,是21世紀(jì)粒子物理學(xué)研究的前沿課題之一。

    從表面上看“無(wú)限大”系統(tǒng)物理學(xué)與“無(wú)限斜系統(tǒng)物理學(xué)似無(wú)必然的聯(lián)系。其實(shí)不然,宇宙和天體物理學(xué)家利用廣義相對(duì)論來(lái)描述引力和宇宙的“無(wú)限大”結(jié)構(gòu),即可觀察的宇宙范圍;而粒子物理學(xué)家則利用量子力學(xué)來(lái)處理一些“無(wú)限斜微觀區(qū)域的現(xiàn)象。其實(shí)宇宙系統(tǒng)與原子系統(tǒng)在某些方面有著驚人的相似性。預(yù)計(jì)21世紀(jì)“無(wú)限大”系統(tǒng)物理學(xué)將會(huì)與“無(wú)限斜系統(tǒng)物理學(xué)結(jié)合得更加緊密,即宏觀宇宙物理學(xué)和微觀粒子物理學(xué)整體聯(lián)系起來(lái)。熱大爆炸宇宙模型就是這種結(jié)合的典范,實(shí)際上該模型是在粒子物理學(xué)中弱電統(tǒng)一理論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的?？梢灶A(yù)計(jì),這種結(jié)合對(duì)科技發(fā)展和應(yīng)用都會(huì)產(chǎn)生巨大的影響。

    二、跨世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    科學(xué)技術(shù)能否取得重大突破的關(guān)鍵取決于基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展。所以,首先必須重視基礎(chǔ)科學(xué)的研究,不能忽視更不能簡(jiǎn)單地以當(dāng)時(shí)基礎(chǔ)科學(xué)成果是否有用來(lái)衡量其價(jià)值。相對(duì)論和量子力學(xué)建立時(shí)好像與其他學(xué)科和日常生活無(wú)關(guān),直到20世紀(jì)中期相對(duì)論和量子力學(xué)在許多科學(xué)領(lǐng)域中引起深刻的變革才引起人們的足夠重視?？梢哉f(shuō),20世紀(jì)幾乎所有的重大科技突破,像原子能、半導(dǎo)體、激光、計(jì)算機(jī)等,都是因?yàn)橛辛讼鄬?duì)論和量子力學(xué)才得以實(shí)現(xiàn)?？梢哉f(shuō),沒有基礎(chǔ)科學(xué)就沒有科學(xué)技術(shù)、社會(huì)和人類的發(fā)展。

    20世紀(jì)重大科技成果的成功經(jīng)驗(yàn)證明,不同學(xué)科間的互相交叉、配合和滲透是產(chǎn)生新的發(fā)明與發(fā)現(xiàn),解釋新現(xiàn)象,取得科學(xué)突破的關(guān)鍵條件之一。例如,核物理與軍事技術(shù)的交叉產(chǎn)生了原子彈;半導(dǎo)體物理與計(jì)算技術(shù)的交叉產(chǎn)生了計(jì)算機(jī)?？梢灶A(yù)計(jì),21世紀(jì)待人類掌握核聚變能的那一天,一定是核物理、等離子體物理、凝聚態(tài)物理和激光技術(shù)等學(xué)科的交叉和配合的結(jié)果。這也是21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。

篇4

關(guān)鍵詞：納米金；生物醫(yī)學(xué)技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀；

1前言

如今納米技術(shù)隨著時(shí)代的發(fā)展已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，成為了科學(xué)研究的熱點(diǎn)，納米金是指直徑0.8~250mm的締合金溶膠，它屬于納米金屬材料中研究最早的種類，納米金具有良好的納米表面效應(yīng)、量子效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)，它具有很多良好的化學(xué)特性，比如抗氧性和生物相容性。

2納米金在病原體檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年來(lái)生物醫(yī)學(xué)界對(duì)于流行病學(xué)的研究和對(duì)病原微生物的診斷已有了不小的進(jìn)展，傳統(tǒng)的分離、培養(yǎng)及生化反應(yīng)逐漸被時(shí)代所淘汰，運(yùn)用納米金的免疫標(biāo)記技術(shù)作為新的高通量的、操作簡(jiǎn)單的檢測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床病原體的檢測(cè)，這種檢測(cè)技術(shù)快速且準(zhǔn)確，十分適合在臨床上使用。1939年，兩位科學(xué)家Kausche和Ruska做了一個(gè)小小的納米金實(shí)驗(yàn)，他們將煙草花病毒吸附在金顆粒上，并在電子顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)金離子呈高電子密度，就此打下了納米金在免疫電鏡中的應(yīng)用基礎(chǔ)。從1939年后生物醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，納米金標(biāo)記技術(shù)也廣受世人關(guān)注，成為了現(xiàn)代社會(huì)四大免疫標(biāo)記技術(shù)之一。作為一種特殊標(biāo)記技術(shù)，納米金在免疫檢測(cè)領(lǐng)域受到了廣泛的應(yīng)用，使用納米金粒子做探針，觀察抗原抗體的特異性反應(yīng)，放大檢測(cè)信號(hào)，由此檢測(cè)抗原的靈敏性。納米金技術(shù)具有良好的檢測(cè)靈敏性，在早期還支持診斷并監(jiān)控了急性傳染性病毒，根據(jù)這一特性，秦紅設(shè)計(jì)了快速檢測(cè)黃熱病病毒的技術(shù)，在納米金顆粒上標(biāo)記上金SPA-復(fù)合物的標(biāo)志，通過(guò)免疫反應(yīng)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)病毒抗體與納米金顆粒結(jié)合，并形成了人眼可見的紅線。這種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)有：不需要器材、簡(jiǎn)單、迅速、廉價(jià)、高效，極大地推動(dòng)了黃熱病病毒檢測(cè)技術(shù)的更新，在黃熱病的防控事業(yè)上有著深遠(yuǎn)意義。利用納米金作為免疫標(biāo)記物來(lái)檢測(cè)的除了黃熱病病毒，還有致病寄生蟲。我國(guó)的民族種類多樣，一些少數(shù)民族人民由于自身的文化特點(diǎn)，喜食生食或半生食物，這就形成了寄生蟲病的傳播，我國(guó)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展后，人民的生活水平得到了提高，但還是喜食半生動(dòng)物肉或者內(nèi)臟，造成了食源性寄生蟲病發(fā)病率的上升，嚴(yán)重影響人民身體健康。目前我國(guó)的臨床診斷寄生蟲病技術(shù)包括三方面：病原學(xué)檢查、免疫學(xué)檢查以及影像學(xué)檢查。運(yùn)用納米金檢測(cè)技術(shù)，不僅縮短了取材時(shí)間、縮小了取材范圍，而且檢出率高、創(chuàng)傷性小，受到了患者的廣泛歡迎。

3納米金在核酸、蛋白質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

納米金粒子具有特殊的表面等離子體共振現(xiàn)象，被應(yīng)用在核酸構(gòu)建和分析檢測(cè)蛋白質(zhì)領(lǐng)域中，可以把生物識(shí)別反映轉(zhuǎn)換為光學(xué)或電學(xué)信號(hào)，因此人們將其與DNA、RNA和氨基酸相結(jié)合，在檢測(cè)核酸和蛋白質(zhì)方面收效頗豐，并且這種檢測(cè)方法制備簡(jiǎn)單，同時(shí)還具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如良好的抗氧化性和生物相容性，下面具體講一下納米金檢測(cè)技術(shù)在核酸和蛋白質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。首先是在核酸檢測(cè)中的應(yīng)用。美國(guó)首先利用納米金連接寡核苷酸制成探針檢測(cè)核酸，將納米金做標(biāo)記與靶核酸結(jié)合形成超分子結(jié)構(gòu)，由此來(lái)檢測(cè)核酸。利用納米金技術(shù)檢測(cè)特定病原體和遺傳疾病首先要做的就是檢測(cè)核酸的特定序列，在芯片點(diǎn)陣上整齊排列納米金顆粒，利用TaqDNA連接酶識(shí)別單堿基突變，等待連接后，就可以經(jīng)過(guò)一系列步驟得出單堿基突變結(jié)果，得到所需信息。在臨床應(yīng)用中使用納米金技術(shù)的表現(xiàn)有高靈敏檢測(cè)谷胱甘肽和半胱氨酸的新型電化學(xué)生物傳感器，這種機(jī)器對(duì)于谷胱甘肽和半胱氨酸的檢出限值更低，在檢測(cè)及預(yù)防糖尿病、艾滋病等疾病方面具有很大的臨床優(yōu)勢(shì)。其次是在蛋白質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。納米金與蛋白質(zhì)的作用方式非常多樣，有物理吸附方式、化學(xué)共價(jià)結(jié)合方式以及非共價(jià)特異性吸附等等方式，在此背景下，我們可以利用納米金檢測(cè)并治療疾病和檢測(cè)環(huán)境污染。

4納米金在生物傳感器制備中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前納米金在生物傳感器檢測(cè)中的應(yīng)用受到了人們的普遍關(guān)注，如上文所說(shuō)，納米金具有特殊的表面等離子體共振現(xiàn)象，這是制備生物傳感器的基礎(chǔ)。利用這種特性，科學(xué)家們做了許多實(shí)驗(yàn)，比如拉曼光譜試驗(yàn)，使用Uv-Vis光譜和拉曼光譜儀測(cè)試金納米顆粒的表征，得出結(jié)論是可以根據(jù)納米金顆粒的不同形貌制作不同濃度分子的探針，受外周環(huán)境介電特性和顆粒尺寸大小的影響，納米金顆粒會(huì)表現(xiàn)出不同的形貌特征，比如吸收光譜、發(fā)生藍(lán)移。納米金是屬于一種非常微小的貴金屬，作為貴金屬，它具有很好的導(dǎo)電性能，利用納米金進(jìn)行免疫檢測(cè)時(shí)會(huì)大量聚集納米金，從而增強(qiáng)反應(yīng)體系的電導(dǎo)，順利通過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)免疫反應(yīng)。利用納米金的高檢測(cè)靈敏性可以進(jìn)行電化學(xué)免疫傳感器的制備。

5其他領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前納米技術(shù)的研究中，納米金在生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用研究是重要研究課題，除了上文中說(shuō)到的病原體檢測(cè)、核酸以及蛋白質(zhì)檢測(cè)還有生物傳感器制備中的應(yīng)用，納米金技術(shù)同時(shí)也被廣泛應(yīng)用于腫瘤的診斷與治療、藥物載體以及CT成像。納米金具有特殊的組成結(jié)構(gòu)，它可以輕易被修飾并負(fù)載化合物，可以用于檢測(cè)并治療腫瘤，還可以被用于肺癌的檢測(cè)及治療，目前的大量數(shù)據(jù)都表明納米金技術(shù)在診斷并治療肺癌上有極大的優(yōu)勢(shì)。

6結(jié)語(yǔ)

篇5

關(guān)鍵字：納米TiO2制備等離子體催化劑應(yīng)用

引言

近年來(lái),隨著全球環(huán)境污染的日益嚴(yán)重,光催化劑材料一直是材料學(xué)及催化科學(xué)研究的熱點(diǎn).在光催化領(lǐng)域,TiO2因其具有成本低廉,高的化學(xué)穩(wěn)定性,強(qiáng)氧化性等特點(diǎn)而成為使用最多的光催化劑,以TiO2為主的材料在光催化氧化有機(jī)污染物方面得到了廣泛的研究,目前,納米粉體的制備工藝已較為成熟并進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)階段。

以光催化劑為背景的TiO2的研究起源于1972年,日本Fujishima和Honda在Nature雜志上報(bào)道,發(fā)現(xiàn)在光輻射的TiO2半導(dǎo)體電極和金屬電極所組成的電池中,可持續(xù)發(fā)生水的氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生H2,這表明通過(guò)半導(dǎo)體電極,可以把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,他們的研究引起了人們對(duì)半導(dǎo)體在光作用下能否治理污染的興趣,國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者競(jìng)相開展這方面的研究。到1976年,在J.H.Cary報(bào)道了紫外光照射下的二氧化鈦可使難生物降解的有機(jī)化合物多氯聯(lián)苯脫氯后,鈉米二氧化鈦光催化劑在環(huán)境中的應(yīng)用越來(lái)越引起人們的注意。至今,已發(fā)現(xiàn)有3000多種難降解的有機(jī)化合物可以在紫外光線的照射下通過(guò)二氧化鈦迅速降解,特別是當(dāng)水中有機(jī)污染物的濃度很高或其他方法很難降解時(shí),這種技術(shù)有著更明顯的優(yōu)勢(shì)。正是由于在上述開拓性工作的基礎(chǔ)上,有關(guān)光催化劑，TiO2的研究工作有了進(jìn)一步的發(fā)展,人們研究出比表面積大,催化性能更好的納米TiO2。本文將對(duì)納米TiO2光催化劑的研究現(xiàn)狀,即它的制備方法和改性,以及它的應(yīng)用研究進(jìn)展做簡(jiǎn)要評(píng)述。

1納米TiO2及其納米管的制備

1.1納米TiO2的制備

傳統(tǒng)的TiO2的制備方法主要有化學(xué)氣相沉積法(CVD)、氣相氧化法、固相熱解法、醇鹽水解法、鈦鹽直接水解法等,對(duì)上述這些方法的報(bào)道均已有很多,

這里就目前對(duì)這些方法新的研究作一簡(jiǎn)要概述。

1.1.1超臨界流體干燥法

液相法制粉中普遍存在的問(wèn)題就是團(tuán)聚問(wèn)題,常用的一種方法就是是在原料液中加分散劑,它只能在水解沉淀階段防止團(tuán)聚,但難于防止熱處理階段的團(tuán)聚問(wèn)題。用超臨界流體干燥法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的干燥方法,就可以避免這一問(wèn)題超臨界流體法就是利用液體的超臨界特性,即在臨界點(diǎn)以上,氣液界面消失,孔內(nèi)界面張力不復(fù)存在,所有溶劑在超臨界的狀態(tài)沒有表面張力或毛細(xì)管作用力的影響,因而不會(huì)發(fā)生因存在表面張力作用而使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)塌陷和發(fā)生凝膠收縮團(tuán)聚而使顆粒長(zhǎng)大,從而可以制得粒徑小,表面積大的粒子。

1.1.2微波輔助法制備納米TiO2

微波作為一種新型的加熱方式,具有對(duì)反應(yīng)體系加熱迅速,均勻,不存在溫度梯度等特性,將微波應(yīng)用于改進(jìn)的溶膠-凝膠法TiO2制備中,能得到比常規(guī)方法粒度更小,分布更窄的多孔性納米TiO2催化劑。ShiJian-zhen等研究應(yīng)用微波法和銀的摻雜提高了TiO2降解甲基橙的效率。孫嘯虎等應(yīng)用微波干燥制備納米的TiO2,對(duì)于濃度為20mg/L、pH為3的水楊酸水溶液,以主波長(zhǎng)為253.7nm的紫外燈照射下,在40min內(nèi)降解率達(dá)到97%,實(shí)驗(yàn)表明用微波制得的納米TiO2光催化劑的降解活性明顯高于傳統(tǒng)烘箱干燥方式制備的TiO2光催化劑。

1.1.3等離子體法制備納米TiO2

該方法是利用等離子體產(chǎn)生的超高溫激發(fā)氣體發(fā)生反應(yīng),同時(shí)利用等離子體高溫區(qū)與周圍環(huán)境巨大的溫度梯度,通過(guò)急冷作用得到納米顆粒,產(chǎn)生等離子時(shí)沒有引入雜質(zhì),因此生成的納米離子純度高,顆粒呈球形,分散性好,光催化活性提高。Ghezzar等研究利用等離子體協(xié)助下制備的對(duì)AG25的降解,實(shí)驗(yàn)表明TiO2在最佳濃度下,TiO2在通過(guò)等離子體處理15min后TiO2,染料在15min內(nèi)完全被去除,COD的降解率為93%。鄧仕英等對(duì)制備的TiO2用氮等離子體輻照,經(jīng)處理的TiO2的光催化活性比未處理的活性高得多。

1.2TiO2納米管的制備

目前制備的TiO2存在的重要問(wèn)題是量子效率低,因此提高光催化劑的量子效率就成為研究的熱點(diǎn)。與TiO2粉末相比,TiO2納米管具有更大的比表面積和較高的吸附能力,將會(huì)大大改善TiO2的催化性能,可望進(jìn)一步提高光催化量子效應(yīng)。因此,TiO2納米管已經(jīng)引起許多科研工作者的廣泛重視。XuHui等利用水熱解法金紅石型TiO2制成TiO2納米管,實(shí)驗(yàn)通過(guò)比較TiO2粉末和TiO2納米管的光催化活性,結(jié)果表明TiO2具有更小的比表面和更好光催化活性。MacakJanM等研究表明銳鈦礦型TiO2納米管比一般的光催化劑表現(xiàn)出更好的有機(jī)染料的轉(zhuǎn)化。當(dāng)前TiO2納米管的制備方法主要有膜板法、水熱法、電沉積法、冷卻烘干法等,與制備TiO2粉末一樣,TiO2納米管的制備也有一些改進(jìn)。羅永松等發(fā)現(xiàn)化學(xué)沉積法制備的碳納米管長(zhǎng)短不一,而且高度纏繞,限制了其應(yīng)用,他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中進(jìn)行氧化剪裁,使高度纏繞的碳管變成兩端開口的短管,再通過(guò)溶膠-凝膠的方法獲得TiO2/碳納米短管復(fù)和體,制得的復(fù)合體其光催化性能大大加強(qiáng)。楊迎春等將制備的TiO2納米管通過(guò)酸化處理,實(shí)驗(yàn)表明處理過(guò)的TiO2納米管的催化活性比未處理的TiO2納米管活性高得多。

2光催化劑TiO2的改性

2.1貴金屬表面沉積

貴金屬對(duì)半導(dǎo)體催化劑的修飾是通過(guò)改變電子分布來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在二氧化鈦表面沉積適量的貴金屬后,由于金屬的費(fèi)米能級(jí)小于二氧化鈦的費(fèi)米能級(jí),即金屬內(nèi)部和二氧化鈦相應(yīng)的能級(jí)上,電子密度小于二氧化鈦導(dǎo)帶上的電子密度。因此,載流子重新分布,直到它們的費(fèi)米能級(jí)相同。電子在金屬上的富集,相應(yīng)減少了二氧化鈦表面電子密度,從而抑制了電子與空穴的復(fù)合。Sasaki等用激光脈沖法把Pt沉積在TiO2上,Pt/TiO2體系帶隙能降為2.3eV,使激發(fā)波長(zhǎng)延伸

至可見光區(qū)。

2.2過(guò)渡金屬離子的摻雜

由于過(guò)渡金屬元素存在多化合價(jià),在TiO2晶格中摻雜少量過(guò)渡金屬離子,即可在其表面引入缺陷,成為光生電子-空穴對(duì)的淺勢(shì)捕獲阱,延長(zhǎng)電子與空穴的復(fù)合時(shí)間,從而降低光生電子空穴的復(fù)合幾率。陳俊水[21]等采用水熱法制備了Cu(Ⅱ)摻雜的納米TiO2,實(shí)驗(yàn)表明Cu(Ⅱ)摻雜能提高納米TiO2的光催

化活性,加快光催化進(jìn)程。

2.3非金屬元素的摻雜

半導(dǎo)體TiO2中摻雜非金屬同樣也影響光催化活性,通過(guò)完全是勢(shì)線性綴加平面波模型分別計(jì)算了C、N、F、P、S取代銳鈦礦二氧化鈦中晶格氧時(shí)的態(tài)密度后認(rèn)為,和O2P軌道相比,非金屬元素具有能量相對(duì)較高的P軌道,用非金屬元素取代O提高光催化劑的價(jià)帶電位,從而降低半導(dǎo)體光催化劑的導(dǎo)帶位置,能使其禁帶寬度變窄。王永強(qiáng)等通過(guò)加熱法制備了S摻雜的S/TiO2,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)S/TiO2在可見光下具有很好的光催化活性,是未改性TiO2的2.7倍。

2.4半導(dǎo)體復(fù)合

通過(guò)半導(dǎo)體的耦合可提高系統(tǒng)的電荷分離效果,擴(kuò)展光譜響應(yīng)的單位,從而提高催化劑的活性。近年來(lái),對(duì)二元半導(dǎo)體復(fù)合進(jìn)行了許多研究,如TiO2-CdS,TiO2-CdSe,TiO2-SnO2等。這些復(fù)合半導(dǎo)體幾乎都表現(xiàn)出高于單個(gè)半導(dǎo)體的光催化性質(zhì)。以TiO2-CdS為例,CdS的帶隙能為2.5eV,當(dāng)激發(fā)能不足以及發(fā)光催化劑的TiO2時(shí),卻能激發(fā)CdS,由于TiO2導(dǎo)帶比CdS導(dǎo)帶電位高,得CdS上受激發(fā)的電子更容易遷移到TiO2的導(dǎo)帶上,激發(fā)產(chǎn)生的空穴仍留在CdS的價(jià)帶,這種電子從CdS向TiO2的遷移有利于電荷的分離;當(dāng)用足夠的激發(fā)能量的光照射時(shí),同時(shí)發(fā)生躍遷,由于能級(jí)差異,電子聚集在TiO2,而空穴聚在CdS上,光生電子和空穴得到分離。

3納米TiO2光催化的應(yīng)用

3.1污水、廢氣的處理

利用納米TiO2的光催化性質(zhì)對(duì)空氣、水中有毒有害物質(zhì)進(jìn)行降解,以達(dá)到優(yōu)化環(huán)境的目的,是納米TiO2應(yīng)用研究的一個(gè)熱點(diǎn)。污水主要指有機(jī)廢水,這些廢水中含有許多對(duì)人體有害的物質(zhì),如有機(jī)磷、酚類、芳烴和雜環(huán)化合物等,它們污染程度大,對(duì)人體健康危害嚴(yán)重。利用納米TiO2凈化處理烴類、酚類、雜環(huán)芳烴等,工藝簡(jiǎn)單,效果良好。通過(guò)優(yōu)化制備方法和控制晶粒的尺寸,還可以提高催化活性和選擇性。在納米TiO2粒子的表面,水分子和OH-捕獲光生空穴產(chǎn)生羥基自由基,這些自由基的氧化能力強(qiáng),可以與有機(jī)物中的碳結(jié)合,破壞雙鍵、芳香鏈,使其裂解產(chǎn)生H2分子,終使有機(jī)物分子轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒的CO2和H2O。C.A.Bahamonde等人以摻Fe的TiO2為催化劑,對(duì)水中的苯酚進(jìn)行降解,效果良好。TiO2可將室內(nèi)有害氣體和大氣污染氣體吸附在表面上,并將其分解氧化起到凈化空氣、殺菌和除臭的作用。空氣中超標(biāo)的CO、NOx與SO2是嚴(yán)重危害人類健康的有害氣體。利用TiO2光催化產(chǎn)生的活性氧,配合雨水作用可將空氣中的NOx與SO2形成HNO3和H2SO4,從而將NOx與SO2去除。W.C.Hung等人采用由溶膠-凝膠法制備得到的摻Fe的TiO2對(duì)空氣中的二氯甲烷進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn),獲得了良好的效果。

3.2殺菌方面的應(yīng)用

隨著生活水平的提高,人們對(duì)工作和生活環(huán)境的衛(wèi)生日益重視。一般殺蟲劑能使細(xì)胞失去活性,但細(xì)菌被殺死后,可釋放出致熱和有毒的組分如內(nèi)毒素,因此各種環(huán)保型的抗菌功能材料應(yīng)運(yùn)而生,并獲得了迅速發(fā)展。利用納米TiO2光催化產(chǎn)生的光生電子與光生空穴與催化劑表面吸附的H2O或OH形成具有強(qiáng)氧化性的性羥基或超氧離子,與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)菌內(nèi)組分進(jìn)行生化反應(yīng),徹底殺死細(xì)菌,同時(shí)還能降解由細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物,防止內(nèi)毒素引起二次污染。利用納米TiO2相繼制成了抗菌陶瓷、抗菌塑料、抗菌涂料、抗菌自潔玻璃、抗菌不銹鋼和抗菌纖維等制品。另外,納米TiO2在中央空調(diào)的殺菌、殺菌涂料等方面,都能實(shí)現(xiàn)抗菌、抗霉和凈化空氣等功能。C.Hu等人通過(guò)對(duì)AgI/TiO2復(fù)合的光催化劑的殺菌性能進(jìn)行了研究,在可見光照射下,該催化劑可高效殺死大腸桿菌和葡萄球菌,而且檢測(cè)表明,細(xì)菌完全分解為C的氧化物或小分子有機(jī)物。

3.3其他方面的應(yīng)用

由于納米TiO2的特殊性質(zhì),除上述的幾個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域外,納米TiO2在其他方面的應(yīng)用也一直是人們研究的熱點(diǎn),除了有機(jī)物的光催化氧化,TiO2對(duì)無(wú)機(jī)化合物的光催化還原也是一個(gè)重要的研究方向。利用TiO2的光催化性質(zhì),可還原金屬離子使其變成單質(zhì)。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,貴金屬可由相應(yīng)鹽溶液在TiO2的光催化下得到相應(yīng)的金屬單質(zhì)微粒,為貴金屬的回收提供了新的思路。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存、光敏化、氣體傳感器、光催化化學(xué)合成等方面的應(yīng)用也進(jìn)行了大量的研究。

4.結(jié)語(yǔ)和展望

納米TiO2可見光光催化劑是材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一,光催化技術(shù)在徹底降解水中有機(jī)污染物、利用太陽(yáng)能節(jié)約能源、維持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面有著突出的優(yōu)點(diǎn),但此項(xiàng)技術(shù)還處于由實(shí)驗(yàn)室向工業(yè)化發(fā)展階段,還有許多工作要做。

(1)盡管目前摻雜納米TiO2在紫外光區(qū)和可見光區(qū)的光催化性能已得到很好的試驗(yàn)證明,人們也開發(fā)出多種摻雜工藝,但是對(duì)它的機(jī)理還存在爭(zhēng)議,尤其是對(duì)非金屬元素的摻雜存在較多爭(zhēng)議,而對(duì)共摻雜納米TiO2的光催化機(jī)理的研究報(bào)道甚少。只有對(duì)光催化反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行深入的研究,才能更好地控制摻雜的元素種類、摻雜量等,從而針對(duì)不同的催化反應(yīng),設(shè)計(jì)并合成具有針對(duì)性的光催化劑。

篇6

【關(guān)鍵詞】重金屬；納米材料；傳感器；氣溶膠

在過(guò)去的一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，我國(guó)的一些企業(yè)只顧著一味地追求經(jīng)濟(jì)利益最大化，卻忽視了其發(fā)展過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面影響，形成了“以環(huán)境換發(fā)展”的發(fā)展模式。有許多細(xì)小的傷害是我們用肉眼無(wú)法發(fā)現(xiàn)的，如重金屬對(duì)我們身體的傷害，長(zhǎng)年累月的積存，才能檢測(cè)出重金屬離子的存在，等到發(fā)現(xiàn)時(shí)時(shí)卻為時(shí)已晚。

談及目前科學(xué)研究的熱點(diǎn)，我們首先想到的就是納米材料，相對(duì)應(yīng)的納米技術(shù)亦一直走在科技的前列。由于納米具有特殊結(jié)構(gòu)，因此人們將其制備成納米管、納米傳感器、納米薄膜等應(yīng)用與各種領(lǐng)域。所制備的納米材料的比表面積大、吸附性能強(qiáng)，因此被應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)事業(yè)，并為其做出了卓絕的貢獻(xiàn)。

1 重金屬污染現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)的表現(xiàn)

自2005年開始，截止2015年，重金屬污染事件頻發(fā)，一次比一次嚴(yán)重。目前，我國(guó)受鉻、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬(wàn)平方公頃，約占耕地總面積的五分之一。除了耕地受重金屬污染外，我國(guó)部分地區(qū)的地表水、食品等也不同程度地收到重金屬污染。近幾年，我國(guó)還相機(jī)發(fā)生了砷污染事件以及兒童血鉛超標(biāo)等事件，這些事件成為了人們關(guān)注和討論重金屬污染的導(dǎo)火索。

2 重金屬污染源及對(duì)人類生活的危害

重金屬一般以及其微量的濃度存在于我們所生活的自然界中，但由于人們的過(guò)度開采、冶煉等活動(dòng)日益增多，造成了重金屬進(jìn)入大氣、水、土壤等環(huán)境介質(zhì)中，富集在植物或動(dòng)物體內(nèi)，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重威脅。重金屬來(lái)源廣泛，可以通過(guò)多種途徑進(jìn)入環(huán)境介質(zhì)，再通過(guò)和人體的皮膚接觸、呼吸等途徑進(jìn)入我們的身體，還會(huì)富集在各種環(huán)境中的植物內(nèi)，最終進(jìn)入我們的身體，對(duì)我們的身體帶來(lái)了極大的傷害。現(xiàn)如今，重金屬的來(lái)源主要分為三個(gè)方面：自然來(lái)源、農(nóng)業(yè)污染源和工業(yè)污染源。

2.1 水中的重金屬

水體中的重金屬來(lái)源廣泛，有自然狀態(tài)下進(jìn)入水體的，比如說(shuō)巖石風(fēng)化、降雨侵蝕等，會(huì)給水體帶來(lái)一定的重金屬，然而這一般不會(huì)對(duì)水體造成污染。從對(duì)人體健康的角度對(duì)水體中金屬元素進(jìn)行分類：其一是人體健康必需的常量元素，如鈉、鉀、鈣、鎂和微量元素等；其二是對(duì)人體健康影響非常嚴(yán)重的金屬元素，如鉛、鎘、汞、砷等，它們對(duì)人體的健康甚至生命有著極其嚴(yán)重的危害。

2.2 固體污染物中的重金屬

重金屬進(jìn)入土壤的途徑有很多，有大氣沉降、農(nóng)業(yè)污水灌溉、化肥的使用、工業(yè)廢水廢渣和生活垃圾。重金屬污染會(huì)控制土壤微生物群落量的多少、降低土壤微生物量并，在植物系統(tǒng)中遷移，會(huì)對(duì)植物的產(chǎn)量和質(zhì)量有一定的影響，使植物的生長(zhǎng)受到破壞，嚴(yán)重時(shí)造成植物死亡。

2.3 氣體中的重金屬

大氣中重金屬污染情況復(fù)雜，包含多種來(lái)源和途徑，例如工廠制造產(chǎn)品、汽車的尾氣排放等。由于接觸面積大以及接觸范圍廣，因此重金屬大氣污染對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的影響最大。例如，大氣中的鐵離子和錳離子催化氧化酸性氣體二氧化硫，使得大氣中的強(qiáng)酸性物質(zhì)濃度增加。大氣中的重金屬污染可以造成植物葉片中重金屬的富集，但重金屬污染物超過(guò)一定閾值就會(huì)導(dǎo)致植物毒害或死亡。

3 重金屬樣品分析中的納米技術(shù)

離子交換作用是碳納米管吸附重金屬離子的先決條件，其表面的官能團(tuán)或配合物也起到重要的作用。在修飾碳納米管時(shí)，可以引入大量羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)，使之與重金屬離子表面發(fā)生配位作用，提高吸附量，或者展開碳納米管兩端和管壁上的五元環(huán)及七元環(huán)結(jié)構(gòu)缺陷，增大碳納米管的開口率和比表面積，提高分散性，吸附量隨之增加。有研究者用酸洗多壁碳納米管對(duì)鎳離子進(jìn)行吸附。結(jié)果表明：當(dāng)鎳離子的濃度為0.2mg/L時(shí)，經(jīng)HNO3氧化過(guò)的碳納米管對(duì)鎳離子的吸附量可達(dá)75mg/g。這主要是由于經(jīng)HNO3氧化過(guò)的碳納米管，不僅比表面積比原來(lái)增大了，而且表面引入了許多含氧官能團(tuán)，從而其離子交換的能力增強(qiáng)。

很久以前人們就懂得了，固體、液體或固液混合物在高熱作用下會(huì)發(fā)發(fā)。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的反復(fù)試驗(yàn)，最終研制成了人工合成的發(fā)光化合物魯米諾的化學(xué)發(fā)光行為。隨著科技的發(fā)展，人們已經(jīng)將這種化學(xué)發(fā)光法應(yīng)用于光導(dǎo)納米纖維傳感器上，可以更容易地檢測(cè)到重金屬離子，并大大降低了檢測(cè)線。盧建忠、章竹君發(fā)展了一種全固態(tài)模式的消耗型錳離子化學(xué)發(fā)光傳感器，可以將一定量的化學(xué)發(fā)光試劑從固定化試劑上洗脫，應(yīng)用于水樣中痕量錳離子的測(cè)定（表1）。

碳?xì)饽z，是一種輕質(zhì)、多孔、納米級(jí)非晶碳材料，由于其較大的比表面積大，優(yōu)良的導(dǎo)電性以及較優(yōu)異的機(jī)械性能，很適合作電極材料。大的比表面積導(dǎo)致了碳?xì)饽z的孔隙量也很大，內(nèi)部大部分存在的都是空氣，使其像一種“凝固了的煙”。有人有碳?xì)饽z制備了一種電極，想要去除水溶液中的重金屬離子，結(jié)果證明，該裝置對(duì)氯、鉻、銨、鎘、鉛、錳、鈾等離子都有很好的去除效果。2007年，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Santanu Bag等人又合成了一種多孔硫氣凝膠。這種多孔凝膠物質(zhì)的比表面為327m2/g且具有很寬的孔徑分布。由此可見，此凝膠物質(zhì)非常適合作為重金屬離子的吸附劑。

4 結(jié)論

面對(duì)生活中日益嚴(yán)重的重金屬污染，我們必須要有所重視。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，一定會(huì)出現(xiàn)更多更方便的方法，來(lái)迅速檢測(cè)出環(huán)境中的重金屬離子，并對(duì)其進(jìn)行有效去除。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王學(xué)松.膜分離技術(shù)及其應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，1994.

篇7

    研究進(jìn)展

    1991年,瑞士洛桑高等工業(yè)學(xué)校的Brian O Regan和Graetzel M 報(bào)道了一種以染料敏化TiO2納米晶膜作光陽(yáng)極的新型高效太陽(yáng)能電池,從而開創(chuàng)了太陽(yáng)能電池的新世紀(jì),世界上第一個(gè)納米太陽(yáng)能電池誕生了。

    但是利用液態(tài)電解質(zhì)作為空穴傳輸材料實(shí)踐中存在許多無(wú)法改進(jìn)的缺陷,如由于密封工藝復(fù)雜,長(zhǎng)期放置造成電解液泄露,電池中還存在密封劑與電解液的反應(yīng),電極有光腐蝕現(xiàn)象,且敏化染料易脫附等,研究者們以固態(tài)空穴傳輸材料取而代之制備出全固態(tài)納米太陽(yáng)能電池,并取得可喜的成就。

    1996年,Masamitsu等人利用固態(tài)高分子電解質(zhì)制備了全固態(tài)太陽(yáng)能電池,利用特殊的制備方法獲得了高離子導(dǎo)電性的電解質(zhì),得到了連續(xù)的光電流,并得到0.49%的光電轉(zhuǎn)換效率。

    1998年Graetzel等人利用OMeTAD作空穴傳輸材料得到0.74%的光電轉(zhuǎn)換效率,而其單色光光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了33%,引起了世人的矚目,使納米太陽(yáng)能電池向全固態(tài)邁進(jìn)了一大步。

    國(guó)際上的研究熱點(diǎn)之一是將單個(gè)液結(jié)TiO2納米太陽(yáng)能電池串聯(lián),以提高開路電壓。中科院等離子體物理研究所為主要承擔(dān)單位的研究項(xiàng)目在此領(lǐng)域取得重大突破性進(jìn)展,2004年10月中旬建成了500瓦規(guī)模的小型示范電站,光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到5%。這項(xiàng)成果使我國(guó)大面積染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池的研制水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位,為進(jìn)一步推動(dòng)低成本太陽(yáng)電池在我國(guó)的實(shí)用化打下了牢固基礎(chǔ)。

    專利

    國(guó)內(nèi)外都公開了一些相關(guān)領(lǐng)域的專利,其中日本的專利數(shù)量最多。下面選取近幾年部分專利簡(jiǎn)單介紹。

    北京大學(xué)2002年5月22日公開的CN1350334納米晶膜太陽(yáng)能電池電極及其制備方法,涉及一種納米晶膜太陽(yáng)能電池電極及其制備方法,以寬禁帶半導(dǎo)體納米晶膜為基底,在該基底表面吸附一層金屬離子,再在金屬離子吸附層上吸附光敏化劑。通過(guò)金屬離子的表面修飾,改善電極的光電轉(zhuǎn)換性能,提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。與單純TiO2相比,基于金屬離子修飾TiO2納米晶太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率提高了5~14%,可作為電極廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能領(lǐng)域。

    東南大學(xué)2005年1月12日公開了CN1564326軟基固態(tài)染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池及制備方法。軟基固態(tài)染料敏化薄膜太陽(yáng)能電池是一種成本低、制造工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、理論上壽命可以達(dá)到20年以上的軟基太陽(yáng)能電池,該太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu),即:在透光導(dǎo)電聚酯片下設(shè)有TiO2納米晶膜,在TiO2納米晶膜下設(shè)有LnPc2敏化層,在LnPc2敏化層下設(shè)有固體電解質(zhì)層,在固體電解質(zhì)層下設(shè)有柔軟金屬膜背電極,在柔軟金屬膜背電極下設(shè)有高阻隔復(fù)合Al膜。

    復(fù)旦大學(xué)2005年7月27日公開的CN1645632一種固態(tài)染料敏化納米晶太陽(yáng)能電池及其制備方法,具體為一種采用離子液體與無(wú)機(jī)納米粒子之間的氫鍵相互作用形成的染料敏化納米晶表面組裝上固態(tài)電解質(zhì)作電解質(zhì)材料的太陽(yáng)能電池及其制備方法。該太陽(yáng)能電池中,在吸附光敏化劑的寬禁帶半導(dǎo)體納米晶膜的表面組裝固態(tài)電解質(zhì)來(lái)代替液體電解質(zhì),解決了液體電解質(zhì)的封裝問(wèn)題,而且在不明顯降低電池的光電轉(zhuǎn)化效率的前提下,能夠大幅度延長(zhǎng)染料太陽(yáng)能電池的使用壽命。其中的寬禁帶半導(dǎo)體納米晶膜為TiO2納米晶膜。

    中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所就染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池申請(qǐng)了多篇專利,其中2003年9月24日授權(quán)公告的3篇發(fā)明專利分別涉及到染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池的電解質(zhì)溶液、電極制備方法、密封方法等,CN1444290公開的染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池用電解質(zhì)溶液,以A、B或B、F或A、B、F為主體組分,通過(guò)復(fù)配或不復(fù)配其它四個(gè)組分中的一個(gè)或幾個(gè)組分組成電解質(zhì)溶液,其中A組分—有機(jī)溶劑或混合有機(jī)溶劑;B組分—電化學(xué)可逆性好的I2/I-(即I3-/I-)氧化還原電對(duì);C組分—光陽(yáng)極的配合劑;D組分—碘化物中陽(yáng)離子的配合劑;E組分—I2的配合劑;F組分—離子液體;G組分—紫外吸收劑。這種電解質(zhì)溶液,具有較高的電導(dǎo)率、較低的粘度、良好的電化學(xué)可逆性、良好的低溫穩(wěn)定性、較強(qiáng)的耐紫外線性能,能提高太陽(yáng)電池效率,增加太陽(yáng)電池壽命,本身性能穩(wěn)定,對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。

    中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所2005年9月7日公開的CN2724205大面積內(nèi)部并聯(lián)染料敏化納米薄膜太陽(yáng)電池,包括有上、下兩面透明基板,透明基板上有透明導(dǎo)電膜,透明導(dǎo)電膜上有導(dǎo)電電極與催化劑層間隔排布,另一透明導(dǎo)電膜上導(dǎo)電電極與納米多孔半導(dǎo)體材料塊間隔排布,納米多孔半導(dǎo)體材料中浸漬有染料。將兩塊透明基板疊放在一起,周邊密封成腔體,腔體中有電解液。本實(shí)用新型制作電池內(nèi)部并聯(lián)電極,獲得所需要的該太陽(yáng)電池輸出電流。電池密封功能好,保證了電池運(yùn)行的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的技術(shù)和方法操作簡(jiǎn)單易行,價(jià)格低廉,電池性能穩(wěn)定。 

    日本SEIKO EPSON CORP于2001年4月27日公開了JP2001119052半導(dǎo)體和太陽(yáng)能電池及其制備方法。傳統(tǒng)的濕型太陽(yáng)能電池在氧化鈦電極中包含染料,對(duì)于吸收波長(zhǎng)非常敏感,但是由于TiO2會(huì)分解這些有機(jī)染料,它的壽命達(dá)不到實(shí)用的要求。本專利將銳鈦礦型TiO2微粒燒結(jié)成多孔TiO2半導(dǎo)體,還包含雜質(zhì)鉻或釩,解決了這個(gè)問(wèn)題。

    日本KANEKO MASAHARU于2003年6月24日公開了染料敏化太陽(yáng)能電池及TiO2薄膜和電極的制備方法,提供了一種制備多孔TiO2薄膜的噴涂分解方法,適用性和生產(chǎn)率都得到保障,利用這種薄膜作太陽(yáng)電池的電極可以提高了太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換率。具體方法是將一種鈦混合物添加到TiO2溶膠溶液中,得到一種原材料溶液,或?qū)⒎蔷iO2溶膠溶液和銳鈦礦TiO2溶膠水溶液混合得到另一種原材料溶液。間歇地將這兩種原料溶液噴涂到基底上,在高溫下熱分解鈦混合物,在基底上形成TiO2多孔薄膜。在透明電極和TiO2多孔薄膜之間用有機(jī)鈦混合物為原材料制備一層密實(shí)的TiO2緩沖膜。

    希臘LIANOS PANAGIOTIS于2004年11月4日公開了WO2004095481用納米結(jié)構(gòu)有機(jī)無(wú)機(jī)材料制作的電化學(xué)太陽(yáng)能電池,描述了一種固態(tài)光電化學(xué)太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu),包括納米有機(jī)-無(wú)機(jī)材料的薄膜,可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。電池的主要組成部分包括:(1)商用透明導(dǎo)電玻璃;(2)透明的TiO2薄膜,釕有機(jī)金屬混合物作為光敏劑;(3)由納米結(jié)構(gòu)的有機(jī)-無(wú)機(jī)材料制備的固態(tài)凝膠電解液層;(4)作為陽(yáng)極的商用導(dǎo)電玻璃,可以淀積一層鉑。

    應(yīng)用前景

    納米TiO2太陽(yáng)能電池有著可以與傳統(tǒng)固態(tài)光伏電池相媲美的高光電轉(zhuǎn)換率,加之價(jià)格低廉,使這種電池具有廣闊的前景和潛在的商業(yè)價(jià)值。雖然此類太陽(yáng)能電池還存在一些問(wèn)題,仍需進(jìn)一步深入研究。但是,納米太陽(yáng)能電池以其高效低價(jià)無(wú)污染的巨大優(yōu)勢(shì)挑戰(zhàn)未來(lái),我們相信,隨著科技發(fā)展,研究推進(jìn),這種太陽(yáng)能電池應(yīng)用前景廣闊無(wú)限。

    參考文獻(xiàn):

    [1] A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized colloidal TiO2 films 

    Nature,l99l,353:737—74O

    [2] 環(huán)境納米技術(shù),化學(xué)工業(yè)出版社,2003.5

    [3] 固態(tài)TiO2納米太陽(yáng)電池研究進(jìn)展.化學(xué)研究與應(yīng)用 2003(2)31-36

    [4] Dye Sensitized TiO2 Photoelectrochemical Cell Constructed With Polymer Solid Electrolyte

    Solid State Ionics,1996,89:263—267.

    [5] Solid-state dye-sensitized mesoporous TiO2 solar cells with high photon-to-electron conversion efficiencies .Nature,1998,395:583—585

    [6] 中科院建成染料薄膜太陽(yáng)電池500瓦示范電站

    people.com.cn/GB/keji/1056/2969232.html

篇8

[關(guān)鍵詞]納米技術(shù)、包裝、食品包裝、藥品包裝

中圖分類號(hào)：TB383.1；TB484 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）06-0047-02

20世紀(jì)90年代初興起的納米技術(shù)，被認(rèn)為是21世紀(jì)科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域。它主要研究0.1～100nm尺寸之間的物質(zhì)組成體系以及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用，其中在實(shí)際應(yīng)用中納米技術(shù)的實(shí)用性。它是一種結(jié)合科學(xué)前沿和高技術(shù)于一體的完整體系。納米技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著人類改造自然的能力已延伸到原子、分子水平，標(biāo)志著人類科學(xué)技術(shù)已進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代――納米科技時(shí)代。其科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用前景已逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，納米科學(xué)與技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)3大科技之一。納米技術(shù)主要包括：納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)和納米力學(xué)。在包裝行業(yè)迅速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，納米技術(shù)必然會(huì)引領(lǐng)包裝行業(yè)走向更好的未來(lái)。

1 納米材料

納米材料是納米科學(xué)技術(shù)最基本的組成部分。納米材料可定義為：把組成相或晶粒結(jié)構(gòu)控制在100nm以下長(zhǎng)度尺寸的材料。從廣義上說(shuō)，納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸長(zhǎng)度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。

1.1 納米材料的結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)

納米材料又稱為納米結(jié)構(gòu)材料，主要由晶粒和晶界組成。納米晶體結(jié)構(gòu)與常規(guī)物質(zhì)不同，關(guān)于納米晶體結(jié)構(gòu)特征主要有兩類看法：a.以Gleiter為代表的1類氣體0結(jié)構(gòu)。它既不同于長(zhǎng)程有序的晶體也不同于近程有序的非晶體，而是處于一種無(wú)序度更高的狀態(tài)；b.近程有序結(jié)構(gòu)說(shuō)。根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，納米材料的晶界處存在著短程有序的結(jié)構(gòu)單元，原子保持一定的有序度，趨于低能態(tài)排列。按不同的分類原則，納米材料有不同的分類。按納米晶體結(jié)構(gòu)形態(tài)劃分成4類：零維納米材料，如原子團(tuán)、量子點(diǎn)等；一維納米材料，即在一維方向上晶粒尺寸為納米量級(jí)，如納米絲、量子線等；二維納米材料，即在二維方向上晶粒尺寸為納米量級(jí)，如納米厚度薄膜，碳納米管等；三維納米材料，即在三維方向上晶粒尺寸為納米量級(jí)，如通常所指的納米固體。把所有納米材料從結(jié)構(gòu)上區(qū)分為兩類：第一類納米材料結(jié)構(gòu)全部為晶粒和晶界組成，結(jié)構(gòu)基元尺寸為納米量級(jí)；第二類是低密度具有大量納米尺寸空洞的無(wú)規(guī)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由納米晶粒和納米空洞（有時(shí)還有納米骨架結(jié)構(gòu)和更小的亞穩(wěn)原子團(tuán)簇）組成。

1.2 納米材料優(yōu)異的特性[1～2]

a.表面效應(yīng) 表面效應(yīng)是指納米晶粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比，隨粒徑變小而表面急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化 這種表面效應(yīng)使其在催化、吸附、化學(xué)反應(yīng)等方面具有普通材料無(wú)法比擬的優(yōu)越性。

b.體積效應(yīng) 當(dāng)納米晶粒的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波波長(zhǎng)相當(dāng)或更小時(shí)，其周期性的邊界條件將被破壞，使其物理性質(zhì)、化學(xué)活性、電磁活性、光吸收和催化特性等與普通材料相比都將發(fā)生很大變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。

c.量子尺寸效應(yīng) 指納米粒子尺寸下降到一定值時(shí)，納米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉蛛x能級(jí)的現(xiàn)象，這一效應(yīng)可使納米粒子具有高的光學(xué)非線性、特異催化性和光學(xué)催化性等。

d.宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量如微粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而發(fā)生變化，故稱為宏觀量子隧道效應(yīng)MQT。早期曾被用來(lái)定性的解釋納米Ni晶粒在低溫下保持順磁性現(xiàn)象。這一效應(yīng)與量子尺寸效應(yīng)一起確定了微器件進(jìn)一步微型化的極限，同時(shí)也限定了采用磁帶磁盤進(jìn)行信息存儲(chǔ)的最短時(shí)間。

e.獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì) 又分為：線性光學(xué)性質(zhì)。納米材料的紅外吸收研究是近年來(lái)比較活躍的領(lǐng)域，在納米SnO2、Fe2O3、Al2O3中均觀察到異常紅外振動(dòng)吸收。目前，納米材料拉曼光譜的研究也日益引起關(guān)注。當(dāng)Si晶粒尺寸減小到5nm或更小時(shí)，觀察到很強(qiáng)的可見光發(fā)射。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，CdS、CuCl、TiO2、SnO2、Fe2O3等的晶粒尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，也觀察到發(fā)光現(xiàn)象。非線性光學(xué)效應(yīng)。納米材料的非線性光學(xué)效應(yīng)分為共振和非共振光學(xué)非線性效應(yīng)，前者由波長(zhǎng)低于共振吸收區(qū)的光照射樣品而導(dǎo)致，其來(lái)源于電子在不同電子能級(jí)的分布而引起電子結(jié)構(gòu)的非線性，從而使納米材料的非線性響應(yīng)顯著增大；后者由高于納米材料的光吸收邊的光照射樣品導(dǎo)致，目前主要采用ZSCAN和DFWM技術(shù)來(lái)探測(cè)納米材料的光學(xué)非線性。

f.巨磁電阻效應(yīng)（GMR） 磁場(chǎng)導(dǎo)致物體電阻率改變的現(xiàn)象，稱為磁電阻效應(yīng)（MR），對(duì)于一般的金屬其效應(yīng)（2%～3%）常可忽略。巨磁電阻效應(yīng)（GMR）是指在一定的磁場(chǎng)下電阻急劇減小，一般減小的幅度比通常磁性金屬與合金材料的磁電阻數(shù)值約高10余倍。最近，在一些磁性納米材料中觀測(cè)到比巨磁電阻效應(yīng)大得多的效應(yīng)稱為龐磁電阻效應(yīng)（CMR）。

g.超塑性 指材料在特定條件下變形時(shí)不存在加工硬化現(xiàn)象，且可以承受很大程度的塑性變形而不斷裂，這種特性被稱為超塑性或超延展性。材料超塑變形的基本原理是高溫下的晶界滑移。除以上特性外，納米材料還具有高導(dǎo)電率和擴(kuò)散率、高比熱和熱膨脹、高磁化率和矯頑力，在催化、光電化學(xué)、熔點(diǎn)、超導(dǎo)等方面也顯示出與宏觀晶體材料不同的特性。

2 納米技術(shù)在食品包裝應(yīng)用研究的最新技術(shù)

2.1 納米抗菌性包裝材料

傳統(tǒng)的抗菌材料一般采用以銀、銅、鋅等金屬離子為抗菌活性成分的抗菌劑生產(chǎn)工藝，新的MOD系列納米高性能無(wú)機(jī)抗菌劑是將納米技術(shù)導(dǎo)入無(wú)菌復(fù)合包裝，是以MOD活性基因及無(wú)機(jī)納米銀化合物為主要抗菌成份，以各種無(wú)機(jī)材料為載體而制成的無(wú)機(jī)抗菌粉體。該抗菌材料采用高科技納米技術(shù)制備而成，抗菌機(jī)理為金屬離子作用和光催化作用，具有強(qiáng)力的長(zhǎng)效抗菌功能，抗菌率可達(dá)99.9%，徹底解決了無(wú)機(jī)抗菌包裝材料在應(yīng)用中變色的難題，是一種無(wú)毒的廣譜抗菌劑，可廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)液體奶、飲料無(wú)菌復(fù)合包裝產(chǎn)品?？咕破繁皇澜绺鲊?guó)認(rèn)為是跨世紀(jì)的環(huán)保和健康產(chǎn)品，納米無(wú)機(jī)抗菌劑具有巨大的潛在市場(chǎng)[3]。新型抗菌材料尼龍66中摻加了一種特殊的納米粘土復(fù)合材料，經(jīng)改性后，不但提高了強(qiáng)度、韌性等物理力學(xué)性能，還對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌具有明顯的殺傷效果，同時(shí)生產(chǎn)成本也可大幅度降低，應(yīng)用于食品等高檔包裝薄膜的生產(chǎn)。日本開發(fā)了以銀沸石為母料的全新型無(wú)機(jī)抗菌劑，既起催化作用，同時(shí)有具有顯著的抗菌特性，其特點(diǎn)為抗菌效果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不會(huì)氣化和遷移而對(duì)包裝物產(chǎn)生影響，加工穩(wěn)定性高，不會(huì)污染環(huán)境。添加銀沸石母料（含量1%～ 3%）制得的薄膜或表面覆一層這種薄膜的容器，經(jīng)2年試用表明：在無(wú)營(yíng)養(yǎng)源的情況下，含1%銀沸石的薄膜在1～2天內(nèi)完全殺死會(huì)引起食品中毒菌類，廣泛應(yīng)用于熟食肉類、水產(chǎn)品和液體食品包裝[4]。

2.2 納米保鮮包裝材料

在保鮮包裝中，果蔬釋放出乙烯，當(dāng)乙烯釋放到一定濃度后，果蔬會(huì)加速腐爛。因此，果蔬等新鮮食品的保鮮技術(shù)的思路，是加入乙烯吸收劑，減少加快果蔬后熟過(guò)程的乙烯氣體含量，控制包裝內(nèi)部氣氛濃度。納米Ag粉具有乙烯氧化的催化作用，在保鮮包裝材料中加入納米銀粉，便可加速氧化果蔬食品釋放出的乙烯，減少包裝中乙烯含量，從而達(dá)到良好的保鮮效果，并延長(zhǎng)貨架壽命。紫外線不僅能使肉類食品自動(dòng)氧化而變色，而且還會(huì)破壞食品中的維生素和芳香化合物，從而降低食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。利用納米材料的光學(xué)特性，納米TiO2粉體可以有效地屏蔽紫外線，用添加0.1%～0.5%的納米TiO2制成的透明塑料包裝材料包裝食品，既可防止紫外線對(duì)食品的破壞作用，還可以使食品保持新鮮。納米技術(shù)在食品包裝領(lǐng)域已得到較廣泛地應(yīng)用，陳麗、李喜宏[5]等人成功研制出富士蘋果PVC/TiO2納米保鮮膜；李喜宏等[6]還進(jìn)行了PE/Ag納米防霉保鮮膜研制；黃媛媛等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研制了一種新型綠茶納米包裝材料，與普通包裝材料相比，透氧量降低2.1%，透濕量降低28.0%，縱向拉伸強(qiáng)度提高24.0%；綠茶包裝240d后，新型納米材料包裝的綠茶中，維生素C、葉綠素、茶多酚、氨基酸保留量比采用普通包裝綠茶分別高7.7%、6.9%、10.0%、2.0%。

2.3 納米高阻隔性材料及其在高阻隔性PET塑料啤酒瓶中的應(yīng)用

食品包裝阻隔性主要是指氧氣、二氧化碳等的氣體阻隔性，水蒸氣阻隔性等。目前市場(chǎng)上較普遍的玻璃啤酒瓶存在質(zhì)重、運(yùn)輸破損與易爆裂，制造污染等不利因素，國(guó)外上世紀(jì)90年代就已經(jīng)著手研制用于啤酒灌裝的PET瓶。啤酒對(duì)包裝材料要求的一個(gè)重要指標(biāo)是對(duì)氣體的阻隔性，首先要保證在6個(gè)月的貨架期內(nèi)CO2的損失率小于10%，同時(shí)氧氣的透過(guò)量不超過(guò)110-6。氧氣尤為敏感，極微量的氧氣就可以使啤酒產(chǎn)生異味從而影響口感，甚至是塑料瓶體材料自身溶解的氧的滲出都會(huì)影響啤酒的品質(zhì)，塑料作為啤酒包裝材料首先必須解決的就是氣體的阻隔性問(wèn)題。PET瓶因透明，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，阻隔性相對(duì)好，質(zhì)輕價(jià)廉，回收方便等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于軟飲料和含氣飲料的包裝，但作為啤酒瓶，PET的氣體阻隔性仍不夠高，普通PET裝啤酒一般只有1個(gè)月左右的保質(zhì)期，不能滿足市場(chǎng)需求。如何改進(jìn)PET材料組分使之適用于啤酒包裝是該領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，提高聚酯瓶氣體阻隔性是實(shí)現(xiàn)啤酒包裝塑料化首要解決的技術(shù)問(wèn)題。法國(guó)Sidel公司開發(fā)的無(wú)定形納米碳涂覆技術(shù)（ACTIS）是使等離子乙炔在PET瓶?jī)?nèi)壁凝聚淀積，形成一層高度氫化的非晶態(tài)碳均勻的納米固體膜，厚度為20～150nm。采用ACTIS工藝處理的PET瓶，較普通PET瓶的隔氧化性能效果提高30倍，對(duì)CO2的阻透性提高7倍多，防乙醛的滲入性提高了6倍[7]。此外，中科院化學(xué)所工程塑料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員使用PET（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯）聚合插層復(fù)合技術(shù)，將有機(jī)蒙脫石與PET單體一起加和到聚合釜中，成功地制備了PET納米塑料（NPET），這種納米塑料的阻隔性較普通的PET有了很大改善，實(shí)驗(yàn)表明：把啤酒裝在NPET瓶里保存了4～5個(gè)月后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)啤酒的口味與新鮮啤酒沒有明顯區(qū)別[8]。

3 納米技術(shù)在藥品包裝應(yīng)用研究的最新技術(shù)

3.1 高阻隔性包裝

高阻隔性包裝是指對(duì)氧氣、水蒸氣、二氧化碳等有高阻隔性的包裝，高阻隔包裝常采用多層復(fù)合膜。藥用泡罩包裝材料包括藥用鋁箔、塑料硬片（最常用的材料是藥用聚氯乙烯PVC硬片）、熱封涂料等。但因?yàn)樗幤穼?duì)濕氣、氧氣等敏感和人們對(duì)藥用包裝要求的提高及藥品儲(chǔ)存期的延長(zhǎng)，現(xiàn)在正在采用新技術(shù)將塑料硬片復(fù)合一層高阻隔性材料，如PVDC等，以提高對(duì)濕氣等氣體的阻隔性能，最具有代表的結(jié)構(gòu)為PVC/PVDC，PVDC作為高阻隔層材料，其最大的特點(diǎn)就是對(duì)氣體水蒸汽優(yōu)異的阻隔性，很好的保持藥品原味。

添加納米級(jí)材料的無(wú)機(jī)粒子可以極大地改進(jìn)基礎(chǔ)樹脂的物性，在高阻隔包裝材料中發(fā)揮神奇的作用[9]。如德國(guó)Bayer公司推出的尼龍納米復(fù)合材料，把化學(xué)改性的硅酸鹽粘土分散在PA6薄膜中，這些細(xì)小顆粒不影響薄膜透明度，但建立了迷宮式的氣體通路，減慢氣體通過(guò)薄膜的進(jìn)程。日本納米材料公司將納米復(fù)合材料涂在各種薄膜基體上，據(jù)稱阻隔性與鍍鋁膜相同。既具有無(wú)機(jī)材料的高阻隔性又有塑料透明性的涂氧化硅膜是塑料阻隔技術(shù)發(fā)展的代表，這種薄膜光澤、透明性好，阻隔性優(yōu)于一般共擠出薄膜和PVDC涂布膜。氧化硅的深層厚度僅為0.05～0.06 m，不會(huì)影響透明度，氧氣、水蒸氣的透過(guò)率極低，而且與塑料膜粘合極牢，抗彎折性極佳，耐消毒，因而在美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家已生產(chǎn)和使用。

3.2 納米抗菌性包裝材料

納米抗菌性包裝材料在藥品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用前景有具有抗菌功能的納米紙、納米復(fù)合抗菌素薄膜等。主要是將一些納米級(jí)的無(wú)機(jī)抗菌劑加入到造紙漿料或者薄膜中，制成抗菌性能極強(qiáng)的納米紙[10]、納米薄膜。

由于許多有機(jī)抗菌劑存在著耐熱性差、易揮發(fā)、易分解產(chǎn)生有害物質(zhì)、安全性能不好等問(wèn)題，所以無(wú)機(jī)抗菌劑的開發(fā)成為人們的研究重點(diǎn)。人們利用超微細(xì)技術(shù)可以產(chǎn)生納米級(jí)的無(wú)機(jī)抗菌劑，無(wú)機(jī)抗菌劑主要包括銀、銅、鋅、硫、砷及其離子元素。光催化抗菌劑有納米級(jí)氧化鈦、氧化硅、氧化鋅等，它們能將細(xì)菌和殘骸一起殺滅和消除，所以比傳統(tǒng)的抗菌劑僅能殺死細(xì)菌本身的性能更加優(yōu)越。MOD系列的納米高性能無(wú)機(jī)抗菌劑還解決了無(wú)機(jī)抗菌劑在應(yīng)用中 變色的世界性難題。

4 展望

納米技術(shù)是未來(lái)包裝技術(shù)的希望。它可以使用更少的材料，同時(shí)具有更好的性能，并且使包裝成為智能化系統(tǒng)的一部分。納米技術(shù)制造的包裝材料有更好的強(qiáng)度、剛性、生物降解性、化學(xué)穩(wěn)定性、熱力穩(wěn)定性、隔熱防火特性和防紫外線特性等。這必將使得食品和藥品包裝領(lǐng)域的新材料新技術(shù)大量出現(xiàn)。從而使這些與我們生活密切相關(guān)的商品質(zhì)量得到更好的保障。

參考文獻(xiàn)

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篇9

關(guān)鍵詞：防凍液無(wú)機(jī)鹽有機(jī)酸

一、添加無(wú)機(jī)鹽型汽車防凍液

（一）添加硅酸鹽、磷酸鹽、硼砂型防凍液

應(yīng)用最早的配方類型是硅酸鹽，硅酸鹽在防凍冷卻液中是一種具有多種功效的緩蝕劑，硅酸鹽緩蝕劑能夠較好地抑制鋁金屬表面的發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，對(duì)鋼鐵等許多金屬均有很好的保護(hù)作用，不但具有緩沖作用效果好，而且價(jià)格極其便宜，十分適合長(zhǎng)期廣泛應(yīng)用于腐蝕防護(hù)的各個(gè)領(lǐng)域，該配方曾經(jīng)得到廣泛發(fā)展。但該配方隨著添加劑的不同隨時(shí)間的變化使硅酸鹽的穩(wěn)定性越來(lái)越差，會(huì)析出部分膠狀沉淀，極易降低其緩蝕性能，而導(dǎo)致該配方在使用過(guò)程中使其傳熱效能降低而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)本身因溫度過(guò)高而損毀，因此，一起加入了硅酸鹽體系相應(yīng)的穩(wěn)定劑。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期調(diào)查研究結(jié)果顯示，硅酸鹽膠體沉淀形成以及硅酸鹽與水中的鈣鎂等離子反應(yīng)生成沉淀是導(dǎo)致硅酸鹽穩(wěn)定性降低的主要原因。硅酸鹽膠體沉淀的生成路徑是很繁復(fù)的而且十分不易掌控。對(duì)于后者可以通過(guò)使用純度較高的去離子水和添加必要的試劑對(duì)水中的鈣鎂離子濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)。但是穩(wěn)定劑的加入也僅僅是延緩了沉淀和膠體的形成時(shí)間，并未能從根本上解決凝膠形成的實(shí)際問(wèn)題。由我們可以看出，即使是非常好的硅酸鹽汽車防凍液穩(wěn)定效果也只能夠維持 1a 的范圍內(nèi)，如果應(yīng)用到市場(chǎng)汽車防凍液中，行駛一定的時(shí)間范圍內(nèi)依然會(huì)由于生成膠體沉淀而毀壞汽車內(nèi)部的部件，部分專利添加了硅酸鹽系列的穩(wěn)定劑，通過(guò)調(diào)整添加時(shí)間不同、改變比例和速度大小，將汽車防凍液整體的儲(chǔ)存系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅度提高，但仍未徹底改變?cè)趯?shí)際運(yùn)行過(guò)程中汽車防凍液有關(guān)穩(wěn)定性方面的問(wèn)題。

（二）添加f酸鹽的汽車防凍液

繼鉻酸鹽系列之后又開發(fā)出了鉬酸鹽，鉬酸鈉是最為常用的鉬酸鹽。這是一種非常好的非氧化型多金屬緩蝕劑，對(duì)所有的金屬冷卻系統(tǒng)均能起到很好的保護(hù)作用，在使用時(shí)為了使金屬表面形成一層保護(hù)膜需在緩蝕劑中加入相應(yīng)的氧化劑。由于其防護(hù)性能異常優(yōu)異，鉬酸鹽配方體系也成為取代常規(guī)硅酸鹽配方體系的換代產(chǎn)品，近幾年添加有機(jī)酸的鉬酸鹽配方逐漸發(fā)展起來(lái)。雖然鉬酸鹽屬于低毒性物質(zhì)有利于健康，但由于受其昂貴的價(jià)格影響，使其在推廣使用過(guò)程中受到了很大的阻礙。

二、有機(jī)酸型汽車防凍液

（一）有機(jī)酸成分的優(yōu)點(diǎn)和研究進(jìn)展

近年來(lái)在高級(jí)防凍冷卻液中使用較多的是有機(jī)酸配方，有機(jī)酸緩蝕劑的消耗就比常規(guī)的緩蝕劑緩慢許多，主要是利用有機(jī)酸活性吸附的物理性質(zhì)來(lái)體現(xiàn)它的緩蝕作用，當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生腐蝕或局部環(huán)境呈現(xiàn)酸性時(shí)，有機(jī)酸從其相應(yīng)的鹽溶液中解離出來(lái)，吸附在發(fā)生腐蝕的地方，通過(guò)產(chǎn)生隔離從而抑制腐蝕進(jìn)一步發(fā)生，當(dāng)阻止腐蝕繼續(xù)發(fā)生以后，局部的酸堿性得到恢復(fù)以后，有機(jī)酸又會(huì)回到原來(lái)的溶液里，這就是有機(jī)酸消耗特別慢的真正原因。

因?yàn)橛袡C(jī)酸型汽車防凍液對(duì)環(huán)境的保護(hù)功能非常顯著，對(duì)汽車防凍液的研發(fā)進(jìn)程非常有利，使用以后能夠利用微生物的降解作用保護(hù)并綠化環(huán)境，在國(guó)際上有機(jī)酸型汽車防凍液的應(yīng)用得到了顯著的發(fā)展。據(jù)報(bào)道我國(guó)近年來(lái)也出現(xiàn)了許多有關(guān)有機(jī)酸型防凍冷卻液的研究，但僅處于生產(chǎn)過(guò)程中并未得到廣泛應(yīng)用，主要是受其昂貴價(jià)格的影響未被廣大用戶接受。有機(jī)酸型的研究技術(shù)具有長(zhǎng)期防護(hù)的性能，并且對(duì)環(huán)境有良好的保護(hù)作用，目前由于人們對(duì)這種技術(shù)的認(rèn)知度低而使其在推廣過(guò)程中受到一定的阻礙，相信在不久的將來(lái)隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，有機(jī)酸型防凍液技術(shù)在防凍液領(lǐng)域會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。

（二）添加無(wú)機(jī)鹽的有機(jī)酸型配方

為了研發(fā)出性能更加優(yōu)異的防凍液配方，利用有機(jī)酸與無(wú)機(jī)鹽型配方的特點(diǎn)不同將二者結(jié)合起來(lái)，研發(fā)出了新的配方技術(shù)。目前，在我國(guó)汽車防凍液市場(chǎng)上許多企業(yè)公司在配方中添加了一定量的鉬酸鹽、磷酸鹽等無(wú)機(jī)鹽和胺類。據(jù)調(diào)查某品牌汽車防凍液添加成分為：有機(jī)一元羧酸 0.40% ～2.00%，有機(jī)二元羧酸 3.50% ～ 4.50%，有機(jī)非酸緩蝕劑 0.30% ～ 0.50%，鉬酸鹽 0.20% ～ 0.40%，鋁用特效緩蝕劑 0.02% ～0.05%

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關(guān)鍵詞：抗菌陶瓷；復(fù)合材料；研究；展望

1 前言

隨著人們生活水平的提高，抗菌防病毒已經(jīng)成為了人們生活中關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。從90年代初，我國(guó)的一些研究所和大學(xué)也開始了抗菌劑和抗菌陶瓷的研究。在各中抗菌制品中，抗菌陶瓷由于與人們生活息息相關(guān)，這些年得到人們的廣泛重視和研究。日本最大的兩家陶瓷生產(chǎn)商TOTO和INAX公司，以及美國(guó)知名品牌美標(biāo)等生產(chǎn)的衛(wèi)生陶瓷大部分都是抗菌陶瓷，而且產(chǎn)品暢銷全球。在國(guó)內(nèi)，只有一小部分廠家生產(chǎn)抗菌陶瓷，其抗菌率在90%左右，僅僅或偶爾能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。盡管這對(duì)抗菌陶瓷的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，而且抗菌率達(dá)99%以上，長(zhǎng)效穩(wěn)定的抗菌陶瓷并不多。本文簡(jiǎn)單闡述了國(guó)內(nèi)抗菌陶瓷的研究現(xiàn)狀和發(fā)展的趨勢(shì)，旨在推動(dòng)抗菌陶瓷的制備技術(shù)和發(fā)展，通過(guò)對(duì)新型抗菌復(fù)合材料的介紹，讓抗菌陶瓷能近一步普及和走進(jìn)人們的生活中。

2 抗菌陶瓷

抗菌陶瓷是指在陶瓷制品（陶瓷墻地磚、衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷等）的釉中或釉面上加入無(wú)機(jī)抗菌劑，或采用表面浸泡、噴涂、滾印等方式加入無(wú)機(jī)抗菌劑，從而使陶瓷制品表面的細(xì)菌數(shù)目控制在一定范圍之內(nèi)?？咕沾傻目咕Чc其采用的抗菌劑有直接的關(guān)系。

2.1 抗菌劑及抗菌原理

應(yīng)用于抗菌陶瓷的無(wú)機(jī)抗菌劑主要有兩類：一類是含金屬離子的抗菌劑。多種金屬離子都具有抗菌作用，其抗菌作用大小順序?yàn)椋篈g>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>Pd>Co>Zn>Fe。但Hg、Cd、Cr、Pd等金屬離子殘留于人體中會(huì)嚴(yán)重有害身體健康；Ni、Co、Cu等離子對(duì)物體有染色作用。實(shí)際上，用金屬抗菌劑是使用銀系抗菌劑。其抗菌機(jī)理是：銀離子通過(guò)與蛋白質(zhì)的硫基（―SH）反應(yīng)，破壞細(xì)菌細(xì)胞合成酶的活性，使細(xì)胞失去分裂繁殖能力而死亡；金屬銀離子與細(xì)菌結(jié)合，破壞細(xì)菌正常代謝，導(dǎo)致微生物死亡或抑制其繁殖。另一類是TiO2被光催化（或叫光觸媒）抗菌劑。其中用機(jī)理為：TiO2被光照后產(chǎn)生電子空穴對(duì)，并與其表面吸附的OH-和O2-作用生成羥基自由基和超氧化物陰離子自由基O2-。這兩種自由基均非?；钴S，當(dāng)遇到細(xì)菌時(shí)直接攻擊細(xì)菌的細(xì)胞，抽取有機(jī)物的H原子或攻擊其不飽和鍵，導(dǎo)致細(xì)胞蛋白質(zhì)變異和脂類分解，以此殺滅細(xì)菌并使其分解，起到殺菌、防霉、除臭的作用。

2.2 不同種類抗菌劑的比較

銀系抗菌劑和光催化抗菌劑都具有抗菌作用，但由于抗菌作用機(jī)理不同，其材料的性能和使用條件有較大的區(qū)別。不同種類抗菌劑的性能比較如表1所示。

2.3 抗菌陶瓷的制備工藝

（1） 銀系抗菌劑陶瓷的制備

傳統(tǒng)的銀系抗菌陶瓷是將含銀的無(wú)機(jī)抗菌劑直接加入到釉料中進(jìn)行燒制。

該方法的最大特點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，只需要對(duì)傳統(tǒng)的陶瓷生產(chǎn)工藝作很少的調(diào)整，因此便于大規(guī)模生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是貴金屬多（釉面中Ag2O 含量為0.09wt%），成本高且容易改變制品外觀質(zhì)量，而且在燒成溫度較高時(shí)，由于銀離子的損失，抗菌效果會(huì)急劇下降。

離子擴(kuò)散法是新提出的一種利用銀系抗菌劑制備抗菌陶瓷的方法。其原理是當(dāng)釉面與熔融的銀鹽混合物在一定溫度下接觸時(shí)，由于離子的擴(kuò)散作用，熔鹽中的銀離子逐漸擴(kuò)散到釉面之中。根據(jù)釉的組成選擇適當(dāng)?shù)你y鹽成份、擴(kuò)散溫度和擴(kuò)散時(shí)間可得到所需的銀離子分布。具體工藝為：將AgNO3和NaNO3按一定的摩爾比范圍混合，在約300 ℃下混合鹽熔化為液體，把上釉燒制好的陶瓷器皿放在液體中，在360～370 ℃擴(kuò)散4～24 h，取出器件并清洗，陶瓷器皿即具有優(yōu)良的抗菌功能。離子擴(kuò)散法最大的優(yōu)點(diǎn)是避免了高溫?zé)煽咕沾芍秀y離子的損失問(wèn)題，制成的陶瓷制品的釉層顏色和光潔度均能保持原狀。

（2） TiO2薄膜抗菌陶瓷的制備

以普通釉面陶瓷作為基體，采用溶膠-凝膠方法和浸漬提拉技術(shù)制備TiO2抗菌薄膜陶瓷是今年來(lái)研究較多的一種方法。這種方法的主要過(guò)程如下：以鈦酸丁脂為主要原料，正丁醇或異丙醇為溶劑，采用溶膠-凝膠法制得透明溶液，即前驅(qū)體；以普通陶瓷為基體，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，直接浸入前驅(qū)體中，浸漬一定時(shí)間后，以一定的速度提拉，制得溶膠膜；然后經(jīng)過(guò)老化、干燥，形成凝膠薄膜；再經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚怼⑼嘶鸬裙に?，最后形成TiO2薄膜。此法的特點(diǎn)是能避免TiO2在高溫下由銳鈦型轉(zhuǎn)變成金紅石型，從而失去光催化活性，并且可以控制薄膜的厚度。但是這種方法生產(chǎn)工藝難度大，規(guī)?；a(chǎn)有困難，而且成本較高。

（3） 新型銀系復(fù)合抗菌陶瓷的制備

新型銀系復(fù)合抗菌陶瓷是將含新型銀系復(fù)合抗菌劑直接加入到釉料中進(jìn)行燒制。該方法的最大特點(diǎn)是制備工藝簡(jiǎn)單，不需要對(duì)陶瓷生產(chǎn)工藝作調(diào)整，便可大規(guī)模生產(chǎn)。成本低，不會(huì)改變制品外觀質(zhì)量，耐高溫，抗菌效果好，一般在99%以上。

3 影響銀系抗菌陶瓷抗菌效果的因素

3.1 載體對(duì)殺菌效果的影響

銀系抗菌劑中的銀離子載體對(duì)抗菌效果有很大影響，尤其是載體物質(zhì)的粒徑大小。粒徑大，表面積小，載銀量小，銀離子只是簡(jiǎn)單地吸附在顆粒表面，容易損失。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，采用特殊的化學(xué)手段和陰離子置換法，將Ag+置換進(jìn)納米載體的微孔中，制成納米載銀抗菌劑。納米載體巨大的表面積為抗菌劑和細(xì)菌的充分接觸創(chuàng)造了良好的條件，提高了殺菌的效率，所以，納米級(jí)抗菌陶瓷的殺菌效果更好。

3.2 陰離子和燒成溫度對(duì)殺菌效果的影響

銀離子的引入直接影響殺菌效果。在相同釉燒溫度下，加入量越大，殺菌效果越強(qiáng)，但加入量過(guò)大，釉燒溫度就會(huì)降低，釉的質(zhì)量下降，且成本提高；而加入量太少又達(dá)不到殺菌的效果，一般以2%～5%較為合適。燒成溫度不僅影響陶瓷產(chǎn)品的質(zhì)量及性能，而且影響其殺菌效果。隨著燒成溫度的升高，銀離子的損失逐漸增大，殺菌效果明顯下降，一般釉燒溫度在1100～1200 ℃之間，產(chǎn)品的質(zhì)量比較好。對(duì)以磷酸鋯為載體的抗菌粉體，較理想的溫度范圍是1080～1500 ℃。實(shí)驗(yàn)證明：添加一定量的氟化物有助于提高銀離子的耐燒溫度。添加一定量氟化物后提高了燒成溫度，抗菌效果幾乎無(wú)變化。也有研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)抗菌劑中引入稀土元素可以激活銀系抗菌劑，從而更有效地強(qiáng)化材料的抗菌效能。

4 影響TiO2光催化型抗菌陶瓷抗菌效果的因素

4.1 光源對(duì)TiO2光催化效果的影響

光源的強(qiáng)度和波長(zhǎng)對(duì)TiO2光催化效果有一定的影響。根據(jù)一些研究報(bào)道，在相同波長(zhǎng)照射相同時(shí)間的情況下，紫外線光強(qiáng)度大的殺菌效果比光強(qiáng)度小的殺菌效果好。且由于太陽(yáng)光是一種混合光，半導(dǎo)體對(duì)太陽(yáng)光的利用率較低，太陽(yáng)光的殺菌效果不如紫外光的殺菌效果好。此外，不同波長(zhǎng)的紫外線殺菌效果也不一樣。波長(zhǎng)短，光子能量大，當(dāng)細(xì)菌受到該波段的輻射后，其白和核糖核酸（DNA）強(qiáng)烈吸收輻射能，引起DNA鏈斷裂，核酸和蛋白的交連被破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。因此，波長(zhǎng)小的效果要好些。

4.2 燒成溫度對(duì)TiO2光催化效果的影響

不同燒成溫度與光催化活性的變化情況是：光催化活性開始隨灼燒溫度的升高而增強(qiáng)，到500 ℃時(shí)顯著增加；在600 ℃時(shí)達(dá)到最大值，然后降低；到800 ℃時(shí)顯著降低。在500～700 ℃之間是最理想的灼燒溫度，因?yàn)楫?dāng)溫度較低時(shí)，凝膠中包含的有機(jī)物未被充分灼燒掉，TiO2也主要以光催化活性較低的無(wú)定型為主，隨溫度的升高有機(jī)物被充分灼燒掉，且TiO2也主要轉(zhuǎn)變?yōu)楣獯呋^高的銳鈦型，使光催化活性大為提高。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，TiO2再次發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化，由光催化活性較高的銳鈦礦型向光催化活性較低的金紅石型變化。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí)，釉開始熔化使TiO2被包裹、凹陷，并與釉發(fā)生反應(yīng)使活性失去。表面再次變得光滑均一，但呈微黃色，說(shuō)明TiO2與基體釉層反應(yīng)生成新的物質(zhì)，而使光催化活性失去。

5 新型銀系復(fù)合抗菌陶瓷的效果

新型銀系復(fù)合抗菌陶瓷是將銀和二氧化鈦通過(guò)復(fù)合技術(shù)，將不同納米級(jí)銀和二氧化鈦進(jìn)行復(fù)合。該新型復(fù)合材料經(jīng)多家知名陶瓷企業(yè)的工廠試驗(yàn)和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)后認(rèn)為：新型的復(fù)合抗菌陶瓷工藝簡(jiǎn)單，不需要對(duì)陶瓷生產(chǎn)工藝作調(diào)整，成本低，不會(huì)改變制品外觀質(zhì)量，耐高溫，抗菌效果好。

6 抗菌陶瓷的展望

（1） 隨著人們生活水平的提高，抗菌防病毒已經(jīng)成為了人們生活中關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)?？咕沾梢呀?jīng)逐步得到人們的認(rèn)同和使用，特別這幾年，H7N1等各種病毒不斷對(duì)人們?cè)斐蓚?，越?lái)越多的人希望家居中的生活用品都具有殺菌功能。

（2） 傳統(tǒng)的銀系抗菌劑和光催化抗菌劑由于在生產(chǎn)工藝、成本等過(guò)程中仍有不足，而且殺菌效果受環(huán)境等條件的影響大，傳統(tǒng)的銀系抗菌劑和光催化抗菌劑已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在的陶瓷工業(yè)生產(chǎn)和人們對(duì)殺菌陶瓷的需要。

（3） 新型銀系復(fù)合抗菌陶瓷具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低、不會(huì)改變制品外觀質(zhì)量、耐高溫、抗菌效果好等優(yōu)點(diǎn)，因此能滿足現(xiàn)在陶瓷生產(chǎn)的需要和人們對(duì)抗菌陶瓷的需要。

7 結(jié)語(yǔ)

抗菌陶瓷是一種功能陶瓷，但隨著納米技術(shù)和化學(xué)復(fù)合材料的發(fā)展，使得陶瓷的抗菌材料既能保持原有陶瓷花樣外觀的效果，又能增加陶瓷產(chǎn)品的抗菌消毒功能。隨著人們生活水平和對(duì)生活要求的提高，抗菌陶瓷作為一種功能陶瓷將進(jìn)入每個(gè)家庭中，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑷找鏀U(kuò)大，市場(chǎng)前景十分廣闊。

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