隨著納米技術(shù)與納米材料的發(fā)展，各式各樣的功能性材料逐漸引入納米材料作為添加劑，從而提升特定方面的性能，如消炎抗菌、抗老化、催化等。例如，在橡膠中添加一定量納米二氧化硅能改善橡膠的物理機(jī)械性能，提升其耐磨性、拉伸強(qiáng)度和、撕裂強(qiáng)度以及硬度，起到補(bǔ)強(qiáng)作用 [1]。在塑料、橡膠中添加少量層狀水滑石納米材料則能提升阻燃、抗紫外線氧化等性能 [2,3]。

(相關(guān)資料圖)

圖蟲創(chuàng)意

而現(xiàn)如今，越來(lái)越多的生活產(chǎn)品都標(biāo)注使用先進(jìn)納米材料強(qiáng)化產(chǎn)品性能，甚至開發(fā)出前所未有的新功能。那么這些使用了納米材料的產(chǎn)品真的如同宣傳說(shuō)的那樣嗎？納米材料真的有那么神嗎？今天，我們就一起來(lái)聊一聊納米材料那些事。01

什么是納米？

首先，什么是納米？實(shí)際上它是長(zhǎng)度單位，1納米（nm）等于1米的10億分之一，大致相當(dāng)于10個(gè)氫原子排列在一起的長(zhǎng)度。一般認(rèn)為，三維空間內(nèi)有一個(gè)維度尺寸小于100 nm的材料，就可以稱為納米材料。而涉及納米材料制備、加工和應(yīng)用等相關(guān)的工藝及方法則統(tǒng)稱為納米技術(shù)。自20世紀(jì)80年代人類通過掃描隧道顯微鏡第一次發(fā)現(xiàn)納米世界后，納米技術(shù)以及納米材料在接下來(lái)的幾十年飛速發(fā)展，并在各個(gè)領(lǐng)域嶄露頭角。

圖蟲創(chuàng)意

當(dāng)材料尺寸達(dá)到納米尺度時(shí)，通常具有塊狀材料不具備的性能，這主要是因?yàn)榧{米材料表面原子很活躍、反應(yīng)活性比較高，加上量子尺寸效應(yīng)的存在，使其具有特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，包括光學(xué)性質(zhì)、導(dǎo)電性、催化活性以及抗菌性能等。以金為例，普通的塊狀材料為金黃色固體，具有良好的導(dǎo)電性和延展性。而當(dāng)其變成納米材料時(shí)，可穩(wěn)定分散在溶劑中形成溶膠，并根據(jù)金納米材料的尺寸大小、形狀呈現(xiàn)出不同的顏色 [4]。其中，具有紅外光或者近紅外光吸收的金納米材料還可用于光熱治療癌癥。作為生物相容性較好的碳材料，當(dāng)它們從常規(guī)碳材料變成單層石墨烯后，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能都得到顯著提升。02

生活中的“納米”產(chǎn)品

那么生活中看到的混有納米材料的產(chǎn)品，是不是也能有這樣神奇的功效？產(chǎn)品中納米材料含量高不高？其實(shí)，對(duì)于納米材料而言，它們特殊性質(zhì)的根源是其納米級(jí)尺寸。而納米材料由于比表面大、性質(zhì)活潑，不容易穩(wěn)定分散，因而在制備復(fù)合材料時(shí)容易團(tuán)聚并喪失原本的特性。要制備完全保留納米材料特性的產(chǎn)品，工藝難度較大。同時(shí)，納米材料制造成本高，完全使用納米材料制備功能產(chǎn)品，亦難以實(shí)現(xiàn)。例如，具有殺菌、吸汗等多種功能的石墨烯內(nèi)褲。石墨烯雖然也是碳材料，但其制備工藝要求高，難以量產(chǎn)，每克石墨烯產(chǎn)品價(jià)值約1000元。要完全使用石墨烯制造一條內(nèi)褲，保守估計(jì)成本需要上萬(wàn)元。但是我們買到的產(chǎn)品，也就百來(lái)塊，甚至幾十元，說(shuō)明產(chǎn)品中的納米材料含量肯定不會(huì)很高。除了上述的夸大宣傳，還有一些就屬于“無(wú)中生有”。比如，號(hào)稱可以“平衡陰陽(yáng)，疏通經(jīng)絡(luò)，對(duì)肌體全方位起到健康作用”的納米套裝，在宣傳時(shí)提到：將納米布料接近人體皮膚，就能依靠極強(qiáng)的催化分解作用把血管壁上的垃圾分解并通過新陣代謝排出體外。這樣的產(chǎn)品顯然是虛構(gòu)夸大其功能，即使納米材料有一定功效，也不可能代替現(xiàn)有醫(yī)療手段。盡管這些生活產(chǎn)品存在夸大宣傳，納米技術(shù)和納米材料在軍事、科技等領(lǐng)域確實(shí)起到越來(lái)越多的作用。例如，依據(jù)荷葉表面仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的超疏水材料，具有防水、防油、防塵的特性，在精密設(shè)備和表面保潔方面具有重要意義。而普通日用品若帶有“納米”字樣，大家也不用過于崇拜，按正常商品對(duì)待就好。未來(lái)希望通過進(jìn)一步發(fā)展納米技術(shù)，把納米材料真正用于普通生活用品，提升用戶體驗(yàn)。作者 | 袁智勤 北京化工大學(xué) 副教授

審核 | 熊 斌 湖南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 副教授

參考資料：[1] 吳凡, 吳新民, 宋永海, 王松, 懷樂, 宋秋生. 二氧化硅雜化改性氯化聚乙烯橡膠的制備與性能[J]. 合成橡膠工業(yè), 2017, 40(04), 267-270.[2] 劉義林, 韓得滿, 汪鵬飛, 鮑建設(shè), 黃國(guó)波, 項(xiàng)軍偉. 膨脹型阻燃劑功能化水滑石的制備及阻燃改性三元乙丙橡膠發(fā)泡材料的研究[J]. 特種橡膠制品, 2016, 37(03), 1-6.[3] 曹江勇, 劉志國(guó), 萬(wàn)紀(jì)君, 王術(shù)棟, 劉金朋. 吸酸劑水滑石對(duì)氯丁橡膠性能的影響[J]. 橡膠工業(yè), 2022, 69(05), 352-356.[4] Zhou, H., Yang, H., Wang, G., Gao, A., and Yuan, Z. (2019). Recent Advances of Plasmonic Gold Nanoparticles in Optical Sensing and Therapy. Current Pharmaceutical Design, 2019, 25(46), 4861-4876.

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標(biāo)簽： 納米材料 納米技術(shù) 二氧化硅