小得别致纳米技术的诱惑食品

小得别致 纳米技术的诱惑

小得别致纳米技术的诱惑

――SandyMorrison

纳米技术已经成为很时髦的一个词汇：很多研究者都研究纳米项目，也不管这个项目是否能得到政府的资助。纳米技术可以分为如下两个截然不同的领域：

纳米装置

纳米材料

纳米装置:技术发展水平

纳米装置的研究现在已经取得了很惊人的成果，但是离实际应用还有一定的距离。美国Rice大学的研究者已经对外公布了一辆小型的汽车，轴距达到了单分子层，小于5nmokmart.com。在结构上，这辆汽车是用很小的一个底盘和四个共有轴承的轮子组成。

现在还没有静态的可以展示出来的模型：研究者还不能通过利用高端的显微镜跟踪使其驾驶在很光滑的金属表面。研究者已经制造除了一个利用光线来驾驶的新的汽车，纳米卡车医科运载分子级的货物。

同时，意大利的研究人员已经开发成功了可以用光照来操作的纳米发动机。这个部件是有哑铃型大约6nm长的部件组成，皮带直径约1.3nm,这个皮带围绕哑铃型的部件环绕一周,将从一端移动到另一端。一秒钟能循环上千次。如果这个发动机能更好地控制其操作的话,那么也有可能将会得到很广泛的实际应用。

很多研究者也在考虑将各种纳米装置综合到一起而应用到涂料工业上，这样子的话，每个纳米装置都能发挥其独特的作用，但是，现在在涂料工业传播得比较多的还是纳米涂料材料。

更加广阔的纳米市场

据报道，纳米装置还处于研究期，纳米材料占据了整个纳米市场的95%。这个数字将会随着时间的流逝而下降，但是据估计，纳米材料在2008年依然至少能占据75%的纳米市场。目前市场上出现的纳米技术具体的尺寸是很难统计的――这反映了这些材料的具体应用领域的不同以及快速发展的市场本身的捉摸不定而带来的实际困难。很多人对纳米材料的应用与需求的观点是完全不一样的。

LuxResearch评估了2004年全球纳米材料市场额达到了10亿美元，这个数字预计在2008年达到400亿美元。美国当局认为在2012-2015年，这个数字将达到10，000亿美元。这个增长速度是很惊人的-因为纳米材料每年的需求几乎都在成倍地成长。

据其他研究机构表明纳米复合材料仅仅保持每年18.4%的增长速度，从2003年的全球9，100美元增加到2008年的2.11亿美元。目前，热塑性弹性体和热固性纳米复合材料将拥有差不多的市场份额，但是预计到2008年，热塑性塑料将占据77%的市场份额。

与这个结论相反的是，我们从BCC研究所得到的数据表明，2005年全球纳米材料的消费量超过900万吨，价值130.1亿美元，但是每年产量增长率为2.7%，价值年增长率为9.3%，预计到2010年纳米材料的市场总值将达到205亿美元。

有趣的是，虽然BBC研究公司的数据给出了比其他资料表明的更高纳米材料市场额，同时也给出了较低的增长速度，但是，纳米复合材料这部分的数据与其他资料上表明的却是保持一致的。也许关于这些统计数据的迷惑的答案是：“纳米聚合物有机材料占了纳米材料消费额的很大一部分，其中很大的一部分是碳黑纤维，因为事实上，碳黑纤维的尺寸达到了通常所说的纳米技术的范围…但是，在涂料工业从来没有人去想过这方面的是事情。”不管最后的结果怎么样，也不关数据的来源和真实性。美国政府现在在这方面了每年都投入了10亿美元的研究资金，同时，在欧洲、日本、中国和韩国也投入了很多资金来研究纳米技术。全球2004从政府得到的纳米技术的研究资金达到35亿美元。加上工业方面的投入，纳米技术总的研究资金大约达到85亿美元。

所以，现在需要多长时间才能达到全球支出与收益之间的平衡――也就是说，纳米技术的总体利润额到什么时候才能超过已经投入的研究费用？也许任何人也不可能给出一个很准确的答案，现在给人的一个错觉就是：我们的很多的研究费用主要投入在纳米装置上，而目前的收益主要来自纳米材料。

有用的粒径范围

我们认为一些东西足够小,往往用纳米概念来衡量,这大概是一种习惯了。通常的原则,纳米的概念是适用于粒径在1-100nm(0.1μm)范围内里的物质，在传统的涂料中,分散得很好的填料,其粒径可能超过1μm,甚至于达到涂料厚度的10-20%。减小粒径可以增加单位重量的粒子个数,提高比表面积。简单地减小粒子粒径，纳米粒子的比表面积增大，粒子间的化学作用加强，会形成更为紧密的结构。

来自纳米技术最共同的好处是提高物质的透明度，且纳米粒子对可见光的散射决不比大粒子更有效，这会影响普通不透明材料包括二氧化钛的使用。从这个最简单的基本的纳米技术中，能引申出很多有价值的特殊应用。

为什么要使用纳米技术?

新近的IRL2咨询报告在这个问题上发布一些时隐时现的消息，就象下面的图片所显示的那样。油漆生产商确定了寻找使用纳米技术的很多理由，这一般是与它的使用联系在一起的――但图表中有45%的区域被简单地归在“其它”类，这未发现的部分指的是什么呢？这说明部分生产商不愿意透露他们正在做什么或者承认他们不真正地相信他们正在寻找的事情。就象WernhervonBraun曾经所说的那样：“基础研究就是当我们正在做的时候却并不知道正在做什么的时候。”

使用纳米技术还有很多其他的很好的理由，具体如下：

热稳定性增强（有时还能提高阻燃性能）

能达到更低的成膜厚度

更高的耐化学性、抗UV紫外线和更高的机械性能

良好的阻隔性(特别是在不包装应用方面)

更高的导电性

透明度提高

通过在涂料中（例如，耐腐蚀涂料）加入惰性的纳米材料来替代一些有害产品

防水和防油性能提高，可以提高抗腐蚀性能

发展这种不用型号的涂料以满足环境变化的需求，如增强抗菌性或抗腐蚀性，能给出一些安全警告信息

提高性能的同时，使更多的原材料变得有用。

前进中的障碍

同样地，不使用纳米技术也有很好的理由。这些理由最明显的是指成本高和粒子很难保证在配方中得到很好的分散。

这两个问题都是说辞。长期以来，比较多的话题是牵涉到纳米材料使用的健康、安全和环境问题。只要这种话题被暂时地搁置，纳米粒子的高表面区域和高反应性会大大地增加风险――这会导致化学改性和使未改性的粒子很快凝聚。

很清楚，许多化学改性和凝聚能大大地减少纳米材料的风险。虽然如此，我们必须明白，纳米材料可能是非常危险的，可能在未来是一个更需要严加控制的主题。

瞄准纳米晶体

根据前面引证的理由，我们相信，在未来的几年里，纳米技术将提升涂料技术，生产的材料可能出现以前想象不到的效果和耐久性。诸多应用将在这个月的技术评论中讨论。

壁虎是一种蜥蜴，具有小昆虫的爬墙和悬挂在天花板上的能力，它不需要天然的胶水，但拥有无数的非常精细的绒毛，攀附表面时只要简单地改变绒毛的角度就可以了。尤其是，壁虎的脚上有很多绒毛，其直径大概只有人类毛发的十分之一。壁虎确实能以一种理想的方式很有效地改变毛发的角度，可以产生超过100公斤的粘合力。现在给了粘合剂生产商一个启示，重新配置胶粘系统，开发出一种超强的粘合剂。

有机金属架构或“晶体海绵”的结构中的金属通过与有机分子的连接，按3―D的方式排列。这种多孔的纳米结构，使它们具有贮存大量气体如氢气、甲烷、二氧化碳的能力。这种装载氢燃料的方式比通常使用的压力汽缸装载更安全，或者将来从燃烧中吸收二氧化碳将它转入不同的地下贮存设备。纳米在涂料中还有其它的应用吗？给我的第一想法就是在晚上能沉淀大气污染物质。

但毫无疑问，涂料技术专家正在考虑更多的应用，并小心地对待隐藏在那45%里面的“其它”部分。

参考文献

1.Chem&EngNews,24Oct2005p13,reportingoriginalarticleinNanoLetters

2.NanotechnologyintheWesternEuropeanCoatingsIndustry,IRLreport

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