納米科技與紡織資料一、納米技術與納米資料的概念二、納米資料的特性與性能三、功能纖維的制備四、納米資料在紡織品功能化中的運用〔即典型的幾種納米資料〕五、納米資料的開展前景納米資料的隱身功能美制F-35結合攻擊機納米銀納米機器人納米科技的定義納米科技是指在納米尺度〔1nm到10nm之間〕上研討物質〔包括原子、分子的支配〕的特性和相互作用，以及利用這些特性的多學科交叉的科學和技術。當物質小到1nm~10nm(10-9m~10-7m)時，其量子效應、物質的局域性及宏大的外表及界面效應使物質的很多性能發生量變，呈現出許多既不同于宏觀物體，也不同于單個孤立原子的奇特景象。納米科技的最終目的是直接利用原子、分子及物質在納米尺度上表現出來的新穎的物理、化學和生物學特性制造出具有特定功能的產品。納米科技的研討領域納米科技中有三類代表性的功用性很強的研討領域：納米資料、納米器件、納米檢測與表征。納米資料納米資料是納米科技開展的重要根底。納米資料是指資料的幾何尺寸到達納米級尺度，并且具有特殊性能的資料。其主要類型為：納米顆粒與粉體、納米碳管和一維納米資料、納米薄膜、納米塊材。納米資料構造的特殊性〔如大的比外表積以及一系列新的效應〔小尺寸效應、界面效應、量子效應和量子隧道效應〕〕決議了納米資料出現許多不同于傳統資料的獨特性能，進一步優化了資料的電學、熱學及光學性能。對于納米資料的研討包括兩個方面：一是系統地研討納米資料的性能、微構造和譜學特征，建立描畫和表征納米資料的新概念和新實際；二是開展新型納米資料。目前納米資料運用的關鍵技術問題是在大規模制備的質量控制中，如何做到均勻化、分散化、穩定化。納米資料的特性〔1〕外表與界面效應這是指納米晶體粒外表原子數與總原子數之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質上的變化。例如粒子直徑為10納米時，微粒包含4000個原子，外表原子占40%；粒子直徑為1納米時，微粒包含有30個原子，外表原子占99%。主要緣由就在于直徑減少，外表原子數量增多。再例如，粒子直徑為10納米和5納米時，比外表積分別為90米2/克和180米2/克。如此高的比外表積會出現一些極為奇特的景象，如金屬納米粒子在空中會熄滅，無機納米粒子會吸附氣體等等?！?〕小尺寸效應當納米微粒尺寸與光波波長，傳導電子的德布羅意波長及超導態的相關長度、透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，它的周期性邊境被破壞，從而使其聲、光、電、磁，熱力學等性能呈現出“新奇〞的景象。例如，銅顆粒到達納米尺寸時就變得不能導電；絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時卻開場導電。再譬如，高分子資料加納米資料制成的刀具比金鋼石制品還要鞏固。利用這些特性，可以高效率地將太陽能轉變為熱能、電能，此外又有能夠運用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等等?！?〕量子尺寸效應當粒子的尺寸到達納米量級時，費米能級附近的電子能級由延續態分裂成分立能級。當能級間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導態的凝聚能時，會出現納米資料的量子效應，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導電性能變化。例如，有種金屬納米粒子吸收光線才干非常強，在1.5千克水里只需放入千分之一這種粒子，水就會變得完全不透明。〔4〕宏觀量子隧道效應微觀粒子具有貫穿勢壘的才干稱為隧道效應。納米粒子的磁化強度等也有隧道效應，它們可以穿過宏觀系統的勢壘而產生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。納米資料的性能納米資料的主要特點就是尺寸減少、精度提高。納米資料的重要意義最主要表達就是在這樣一個尺寸范圍內，其所研討的物質對象將產生許多既不同于宏觀物體也不同于單個原子、分子的奇特性質，或對原有性質有非常顯著的改良和提高。導致納米資料產生奇特性能的主要限域應有：比外表效應、小尺寸效應、界面效應和宏觀量子效應等，這些效應使納米體系的光、電、熱、磁等的物理性質與常規資料不同，出現許多新奇特性。如光吸收顯著添加，金屬熔點降低，加強微波吸收等?！惨弧沉W性質

高韌、高硬、高強是構造資料開發運用的經典主題。具有納米構造的資料強度與粒徑成反比。納米資料的位錯密度很低，位錯滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大，增殖后位錯塞積的平均間距普通比晶粒大，所以納迷資料中位錯滑移和增殖不會發生，這就是納米晶強化效應。

金屬陶瓷作為刀具資料已有50多年歷史，由于金屬陶瓷的混合燒結和晶粒粗大的緣由其力學強度不斷難以有大的提高。運用納米技術制成超細或納米晶粒資料時，其韌性、強度、硬度大幅提高，使其在難以加工資料刀具等領域占據了主導位置。運用納米技術制成的陶瓷、纖維廣泛地運用于航空、航天、航海、石油鉆探等惡劣環境下運用。

〔二〕磁學性質

當代計算機硬盤系統的磁記錄密度超越1.55Gb/cm2，在這情況下，感應法讀出磁頭和普通坡莫合金磁電阻磁頭的磁致電阻效應為3%，已不能滿足需求，而納米多層膜系統的巨磁電阻效應高達50%，可以用于信息存儲的磁電阻讀出磁頭，具有相當高的靈敏度和低噪音。目前巨磁電阻效應的讀出磁頭可將磁盤的記錄密度提高到1.71Gb/cm2。同時納米巨磁電阻資料的磁電阻與外磁場間存在近似線性的關系，所以也可以用作新型的磁傳感資料。高分子復合納米資料對可見光具有良好的透射率，對可見光的吸收系數比傳統粗晶資料低得多，而且對紅外波段的吸收系數至少比傳統粗晶資料低3個數量級，磁性比FeBO3和FeF3透明體至少高1個數量級，從而在光磁系統、光磁資料中有著廣泛的運用?！踩畴妼W性質

由于晶界面上原子體積分數增大，納米資料的電阻高于同類粗晶資料，甚至發生尺寸誘導金屬——絕緣體轉變〔SIMIT〕。利用納米粒子的隧道量子效應和庫侖堵塞效應制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點，有能夠在不久的未來全面取代目前的常規半導體器件。2001年用碳納米控制成的納米晶體管，表現出很好的晶體三極管放大特性。并根據低溫下碳納米管的三極管放大特性，勝利研制出了室溫下的單電子晶體管。隨著單電子晶體管研討的深化進展，曾經勝利研制出由碳納米管組成的邏輯電路。

〔四〕熱學性質

納米資料的比熱和熱膨脹系數都大于同類粗晶資料和非晶體資料的值，這是由于界面原子陳列較為混亂、原子密度低、界面原子耦協作用變弱的結果。因此在儲熱資料、納米復合資料的機械耦合性能運用方面有其廣泛的運用前景。例如Cr-Cr2O3顆粒膜對太陽光有劇烈的吸收作用，從而有效地將太陽光能轉換為熱能。

〔五〕光學性質

納米粒子的粒徑遠小于光波波長。與入射光有交互作用，光透性可以經過控制粒徑和氣孔率而加以準確控制，在光感應和光過濾中運用廣泛。由于量子尺寸效應，納米半導體微粒的吸收光譜普通存在藍移景象，其光吸收率很大，所以可運用于紅外線感測器資料。

〔六〕生物醫藥資料運用

納米粒子比紅血細胞〔6～9nm〕小得多，可以在血液中自在運動，假設利用納米粒子研制成機器人，注入人體血管內，就可以對人體進展全身安康檢查和治療，疏通腦血管中的血栓，去除心臟動脈脂肪堆積物等，還可吞噬病毒，殺死癌細胞。在醫藥方面，可在納米資料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品納米資料粒子將使藥物在人體內的輸運更加方便。

功能纖維的制備1納米級添加劑的研制差別化纖維的重點是，在添加了超細添加劑后如何保證紡絲工藝的正常進展，以及如何保證纖維的質量不下降。只需能制備出新型功能性的納米新資料，功能性的化纖產品就可以消費出來。新型功能纖維產品取決于納米新資料的開發。功能纖維的制備與加工目前市場上常見的一些功能性紡織品(如抗菌、遠紅外線、抗紫外、防輻射、負離子等產品)，大多采用織物外表整理賦予功能性或在纖維制造過程中共混參與功能性添加劑而獲得。1．共混法共混法是將功能性納米資料與相應的化纖用資料共混紡絲。納米粉體可以在紡絲熔體中參與。2．聚合法在聚合時參與，即在纖維原料合成階段參與納米資料。聚合物合成時參與適量的納米微?！猅iO2、ZrO、BaSO4、SiO2、ZnO，那么會最終賦予纖維織物吸水、保溫、抗菌防臭、防紫外線、抗靜電、導電等功能，與具有阻燃性單體共聚可得阻燃難燃功能。3復合紡絲法采用復合法消費的功能纖維和織物，如采用抗菌功能助劑和PET的混合物作皮層，用抗紫外線功能的粉體和PET的混合物為芯材的皮芯纖維紡制海島纖維以上這三種方法中所用的納米粉體主要為無機資料，確保了此類功能性化纖在印染等后整理中的穩定性。4．后整理處置采用纖維間混纖、織物中不同種纖維的交錯，多層(如合成纖維與天然纖維問的配合)獲得吸濕、吸水等溫馨性；合成纖維與導電纖維的交錯制成導電織物；采用不同功能的處置劑對紗線、織物等進展外表處置，那么可獲得抗菌、防臭、阻燃、防污、抗靜電、抗紫外輻射、防水透氣等各種功能。根據織物用途的不同而分為浸軋法和涂層法以棉纖維為代表的天然纖維在抗紫外線性能方面存在缺乏，只能用后整理的方法來處理。采用納米級功能資料對纖維進展功能性整理的優點在于：①選用的資料主要為無機超細粉體②主要抗輻射功能是將紫外線、紅外線屏蔽、反射至織物以外。③不影響紡織品的色牢度、白度和強度等。納米資料在紡織品功能化中的運用〔1〕抗紫外線纖維〔2〕納米抗菌生物蛋白纖維〔3〕其他功能纖維抗紫外線纖維近年來，由于氟利昂等含鹵化合物大量排放，滯留在地球上空，被紫外線分解構成的活性氯與臭氧發生連鎖化學反響，使空氣中的臭氧層遭到破壞構成空洞，致使紫外線照射到地面上，紫外線會對人的皮膚呵斥損傷。據科學家預測到2050年大氣平流層臭氧量將會減少約20％左右，到那時紫外線將會給人類安康帶來更大的危害。因此，人們開發了具有防紫外線功能的纖維及其紡織品。防紫外線纖維的制造及性能首先選擇適宜的防紫外線添加劑〔俗稱防紫外線吸收劑、紫外線穩定劑〕很重要，這是一類能選擇性地劇烈吸收波長為290-400nm的紫外線，有效地防止和抑制光、氧老化作用而本身構造不起變化的助劑。這類助劑還應具備無毒、低揮發性、良好的熱穩定性、化學穩定性、耐水解性、耐水中萃取性、與高聚物的相容性。防紫外線添加劑可分為無機物和有機物兩大類，特別能使紫外線散射而消除的無機物質有二氧化鈦、氧化鋅、滑石粉、陶土、碳酸鈣等等，這些無機物質具有較高的折射率，使紫外線發生散射從而防止紫外線入侵皮膚。其中氧化鋅和二氧化酞的紫外線透射率較低，為大多數紫外線纖維所選用。1.防紫外線纖維的制備方法1.1在成纖聚合物聚合過程中或熔融形狀下參與具有紫外線屏蔽性能的成分。也就是選擇一種適宜的紫外線吸收劑與成纖高聚物的單體一同共聚，制得防紫外線共聚物，然后紡成防紫外線纖維。例如，日本專利報道，用常規的直接酯化或酯交換后縮聚的方法制得防紫外線良好的線型聚酯，再經過常規的熔融紡絲法紡制成纖維。這種纖維具有良好的防紫外線性能，能有效地吸收波長為280-340nm的紫外線，可用作室外用品。1.2在纖維制造過程中或恣意階段將屏蔽紫外線劑混入纖維中。防紫外線纖維的消費制造可經過共混紡絲制得，即將紫外線屏蔽劑或紫外線吸收劑的粉體在聚合物聚合時參與或直接共混紡絲，也可先制成防紫外線母粒再進展紡絲。這樣制得的防紫外線纖維比后整理法制成的紡織品的防紫外線功能耐久，耐洗性好，手感柔軟，易于染色。但其混紡絲法由于粉體參與量的多少、顆粒的大小和均勻度的不同，其功能也不一樣，并有能夠逐漸堵塞噴絲孔，縮短噴絲板的壽命，添加本錢。2．防紫外線纖維的性能目前，國內外防紫外線纖維的開發任務正在不斷地加快，作為各種紡織品面料，防紫外線纖維必需具有一定的性質?！窬哂辛己玫淖贤饩€屏蔽功能●聚合物經改性產生良好的耐久性●與普通制品一樣耐洗和耐燙性好●從聚合物中溶出屏蔽劑，但不產生剝離，平安性好?！衽c混入無機化合物同樣，平安性、光穩定性良好，對皮膚無損傷。●陽光下穿著感溫馨●加工方便，具有耐久性納米抗菌生物蛋白纖維納米抗菌生物蛋白纖維利用沒有紡織價值的羊毛、牛毛、駝毛，勝利地制備了適宜紡絲的角蛋白溶液，又將蛋白溶液參與纖維素中制備纖維，在制備毛纖中，又將納米抗菌粉體均勻分散在蛋白紡絲液中，制備功能性蛋白纖維。經過對角蛋白質影響要素的研討，實現了高制成率、高分子量的蛋白溶液，制得了純蛋白纖維紡絲液，得到了物性優良的抗菌蛋白纖維，納米抗菌纖維中無機抗菌劑的添加量從0.5%-5.0%的范圍內制備的抗菌纖維的物性目的到達國家規范,可以滿足用戶后加工的要求。運用抗菌纖維制成的家紡用品、內衣、運動衫等,具有很好的抗菌性能,可以有效抵抗病菌在衣物上的附著,使人類遠離病菌的侵擾，且抗菌腈綸纖維對人畜平安無毒、無皮膚刺激性，不僅堅持了腈綸制品柔軟、保暖、輕便的優點，還可以耐久殺死細菌或抑制其繁衍生長，因此有良好的市場前景。其他功能纖維納米天然花香纖維從天然花草、植物中萃取原香精，經整理后得到的香味面料，經拍打或摩擦后將其納米膠囊破損，香氣外溢便可聞到芬芳的花香。如無外力作用，里面的納米膠囊不破損，香味會耐久堅持。本香味因是從天然花草中萃獲得到，并不是化學合成，因此對人體無損傷。目前我司現有的香味面料如下:薰衣草、檸檬、茉莉花香、桂花香等多種納米抗靜電纖維

此功能面料抗靜電效果良好，穿著溫馨，具有良好的親水性且手感柔軟。有很好的防塵性。納米科技的開展前景我國的納米科技研討，特別是在納米資料方面獲得了重要的進展，并引起了國際上的關注。1995年，德國科技部對各國在納米技術方面相對領先程度的分析中，我國在納米資料方面與法國同列第五等級，前四個等級為日本、德國、美國、英國和北歐。我國的研討力量主要集中在納米資料的合成和制備，掃描探針顯微學，分子電子學以及極少數納米技術的運用等方面。但由于條件所限，研討任務只能集中在硬件條件要求不太高的一些領域。雖然我國科學家在納米碳管、納米資料的假設干領域已獲得一些很出色的研討