纳米材料(也称超细粒子、超细粉未)是处于原子群和宏观物体边界过渡区域的典型系统，其结构与块材料不同，也与单个原子不同。其特殊的结构层面使其具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等，具有一系列新颖的物理和化学特性，在许多领域特别是光、电、磁、催化等方面具有非常重要的应用价值。

纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这个概念形成后，世界各国对这个材料非常关注。其独特的物理和化学性质，使人意识到其发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机会。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。

1.在催化方面的应用

催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多传统催化剂不仅催化效率低，而且其制备是根据经验进行的，不仅生产原料的巨大浪费，经济效益难以提高，污染环境。纳米颗粒表面活性中心较多，为其作为催化剂提供了必要条件。纳米粒作为催化剂，可以大幅度提高反应效率，控制反应速度，也可以进行原来无法进行的反应。纳米微粒作为催化剂的反应速度比普通催化剂快10~15倍。

纳米微粒子作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，尤其是有机物的制备。溶液中分散的半导体粒子，可以看作是短路的微型电池，用能量大于半导体间隙的光照射半导体分散系统时，半导体纳米粒子吸收光产生电子的空洞是正确的。在电场作用下，电子与空穴分离，分别转移到颗粒表面的不同位置，与溶液中相似的成分进行氧化和恢复反应。

光触媒反应涉及酒精和烃氧化、无机离子氧化恢复、有机物催化脱氢和氢化、氨基酸合成、固氮反应、水净化处理、水煤气转换等多种反应类型，其中一些是多相触媒难以实现的。半导体多相光触媒能有效降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，具有较高的光触媒活性，同时还能耐酸碱，对光线稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光触媒的最佳选择。据报道，以硅为基质，制作了催化活性高的TiO/SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米粒子对某些有机化合物的氢化反应是很好的催化剂，可以代替昂贵的白金和按钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯氧化反应温度从600℃降至室温。以纳米微粒作为催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，极有可能给催化在工业应用带来革命性转型。

2.涂料方面的应用

纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机会，很可能使材料的功能化。借助传统涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合系统涂层，实现功能飞跃，改善传统涂层功能。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基础体的性质和改性的功能涂层赋予基础体所不具备的性能，获得传统涂层所不具备的功能。结构涂层有超硬、耐磨、抗氧化、耐热、阻燃涂层、耐腐蚀、装饰涂层等功能涂层有消光、光反射、光吸收的光学涂层、导电、绝缘、半导体特性的电学涂层、氧、湿、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料可以进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、抗大气侵害和抗分解、变色等，在卫生用品中应用可以起到杀菌清洁的作用。在招牌上使用纳米材料涂层，可以利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适当的纳米材料，可达到减少光线的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司开发了具有良好静电屏蔽的纳米涂料，应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛、氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物颗粒在室温下具有高于传统氧化物的导电特性，可以起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服碳黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅因粒径而异，还因角色而异。在汽车装饰涂装业中，将纳米TiO2添加到汽车、轿车的金属闪光涂料中，可以使涂料产生丰富而神秘的色彩效果，改变传统的汽车涂料状。纳米SiO2是一种抗紫外辐射材料。在涂料中添加纳米SiO2可以使涂料的抗老化性能、清洁度和强度倍增。纳米涂层具有良好的应用前景，为涂层技术带来新的技术革命，推进复合材料的研发和应用。

3.在其他精细化学工业中的应用

精细化学工业是的工业领域，产品数量多，用途广泛，影响人类生活的各个方面。纳米材料的优势无疑会给精细化工带来福音，显示出独特的田埂力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料可以发挥重要作用。在橡胶中添加纳米SiO2可以提高橡胶的抗紫外线辐射和红外线反射能力。纳米Al2O3和SiO2，加入普通橡胶，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，弹性明显优于用白炭黑填充的橡胶。在塑料中添加一定的纳米材料可以提高塑料的强度和韧性，而且密度和防水性也相应提高。

国外将纳米SiO2作为添加剂添加到密封剂和粘合剂中，大幅度提高密封性和粘合性。另外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可以使有机玻璃防止紫外线辐射，达到防止老化的目的，加入A12O3，不仅不会影响玻璃的透明度，还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优异的紫外屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加到化妆品中，可以提高化妆品的性能。超细TiO2的应用还可以扩展到涂料、塑料、人工纤维等行业。最近，开发了用于食品包装的TiO2和高级汽车油漆的珠光钛白。纳米TiO2可以强烈吸收太阳光中的紫外线，产生强烈的光化学活性，可以用光催化分解工业废水中的有机污染物，具有净度高、无二次污染、适用性广等优点，在环保水处理中具有良好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂处理工业生产过程中排放的废料外，还会出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

4.在医药方面的应用

21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子便于药物在人体内的传输。用数层纳米颗粒包裹的智能化药物进入人体，能够主动搜索和攻击癌细胞或修补损伤组织；用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就可以通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种各样的病症，美国麻省理工学院制定了纳米磁性材料作为药物载体的靶向药物，称之为定向导弹。该技术在磁性纳米微粒子复盖蛋白质表面携带药物，注射人体血管，通过磁场导航输送到病变部位，释放药物。纳米颗粒尺寸小，可在血管中自由流动，因此可用于检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，中国成功地将纳米技术应用于医学领域。南京希科集团利用纳米银技术开发生产医疗用涂料的长期广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成纳米级超细颗粒，然后附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，经纳米技术处理后银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见外科感染细菌有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统，其制作材料的基本性质是无毒、稳定、生物性好，与药物无化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、容易被生物酶分解的药物。

纳米生物研究纳米尺度上的生物过程，根据生物原理发展分子应用工程。金属铁的超细粒子表面复盖厚度为5~20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质，特别是酶，控制生化反应。这对生化技术、酶工程有很大的帮助。结合纳米技术和生物学，研究分子生物器件，利用纳米传感器，获得细胞内的生物信息，了解身体状态，加深生理和病理的说明。

5.结语

纳米科学是集基础科学和应用科学为一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学、纳米生物学等。21世纪是纳米技术的时代，国家科学委员会、中国科学院将纳米技术定位为21世纪最重要、最先进的科学。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域的应用前景广阔。纳米科技的诞生将对人类社会产生深远的影响，从根本上解决人类面临的许多问题，尤其是能源、人类健康和环境保护等重大问题。

21世纪初的主要任务是根据纳米材料的各种新颖物理和化学特性，设计各种新材料和设备。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的发展，纳米材料在精细化工和医药生产等多个领域越来越广泛应用。

。