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铜变"纳米级铜粉"就不导电,纳米世界有多神奇?

来源:广州宏武材料科技有限公司 纳米级铜粉专家    发布时间:2017-12-07浏览量:

      当我们“俯瞰”这个世界的时候,看到的是,将树木制成纸张,将石头刻成雕像,将钢铁铸成铁轨。那么当我们站在“底部”仰望这个世界呢?是否可以从单个分子甚至原子出发,将它们按照自己的意愿组装成一片纸、一粒沙甚至一片森林?

  在纳米的世界里,回答是肯定的。这起初只是科学家的一个梦想,但如今这个梦慢慢开始融入现实生活。

  纳米技术从上世纪90年代中后期开始被炒得红红火火,到21世纪初慢慢冷却,到现在又重新频繁出现在人们视线中,“纳米”的世界到底有何变化?

  在纳米尺度下看世界,景观将会天翻地覆

  一根头发丝直径有8万纳米,物质尺寸小到一定程度就会引起质变

  纳米是一个计量单位,纳米尺度的物质其实并不稀有,我们日常每天都与它们亲密接触。

  让人畏惧的PM2.5,其中就有许多纳米级的颗粒,凭借微小身躯可以侵入我们的肺部。高防晒指数的防晒霜中普遍都含有纳米二氧化钛、氧化锌微粒,因为这些纳米微粒对在300—400纳米波段的紫外线有强吸收作用。

  还有著名的中国国家大剧院的穹顶,如果北京的雨水多一些的话,它能看起来更光亮。因为它是由超亲水、光催化等性能的纳米自清洁玻璃和自清洁钛板组成,表面污垢易被雨水清洗掉。

  纳米有多大?如果将一纳米和一米比较,就好像是高尔夫球和地球作比。一根发丝的直径就能有8万纳米。将10个世界上最小的原子——氢原子排列成一条线,就是一个纳米的长度。

  1到100纳米这个微小的特定区域,被科学家们称为纳米尺度。虽然我们日常就能亲密接触纳米级物体,但是它们焕发的神奇特性却不平常。

  在纳米尺度下看世界,景观将会天翻地覆。纳米级的金子还是金灿灿的么?事实上,所有的金属在纳米尺度下都呈现出与宏观尺度不同的色彩,尺寸越小,颜色愈黑。

  石墨片容易分层,当石墨片被剥离到仅有一个碳原子的厚度成为石墨烯后,就具有了超出钢铁数十倍的强度。

  原本导电的铜加工到某个纳米尺度就不导电。而绝缘的二氧化硅等,在某个纳米尺度时开始导电。

  为什么会有这样的逆转?因为当球形颗粒的尺寸越来越小,它的表面积与体积的比就会越来越大,量变到一定程度就会引起颗粒性质的质变。比如当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时,就失去了反射原有富贵的光泽的能力而呈现出五颜六色。


  打个并不非常准确的比方帮助理解,在金属颗粒较大时,金属原子簇拥在一起,活动受限,“伸个懒腰”也很困难,而当到纳米尺度的时候,原先被束缚的化学键就能伸展开“胳膊”,金属原子活泼的天性就被释放出来。

  这种物质在纳米尺度下产生的奇异的物理、化学特性就被称为纳米效应。而在纳米尺度范围里研究物质的特性和相互作用,包括那个对原子、分子的操纵来组合物体的梦想,如今已经形成一门新学科——纳米科技。

  科学家在纳米尺度下编织想象

  纳米技术应用空间巨大,中国与发达国家几乎处在同一起跑线上

  窥到了纳米的世界,人类就像挖到了无穷尽的宝矿一样。纳米尺度下这些奇异的物理、化学特性让科学家们开始编织想象。

  就拿一辆汽车来说,从车身到车轮,纳米材料几乎能够引起每一个部件的变革。

  纳米级的稀土材料能够大大提高汽车尾气及车内空气净化效率;

  纳米材料制造的传感器质量轻,并且能够极灵敏感受到车内酒精含量超标,将限制汽车发动;

  纳米润滑油能够填充金属发动机或者齿轮的表面微孔,形成单分子有机膜,最大限度地减少金属表面摩擦,大大降低了能耗,并使机械寿命成倍增长;

  引入纳米电极的电池系统让高效、低污染的电动汽车成为现实。


      铜变"纳米级铜粉"就不导电,而具有更好的润滑性。


  ……

  这还只是纳米应用的一个方面。目前,纳米技术还在新能源、节能环保、生物医药、信息产业、新材料等产业都有用武之地。未来世界,我们或许可以用着几秒钟就能充满电的手机,有纳米机器人帮我们治病……

  “也正是因为纳米技术是一项应用空间还十分巨大的新兴技术,我们国家的纳米技术发展与发达国家几乎处在同一起跑线上。”任红轩说。

  根据美国科学引文数据库“Web of Science”(SCIE)的统计,2009年我国发表的纳米科技论文总量排名世界第一,目前我国纳米科技专利授权数量已位居世界第二。

  
  纳米技术不仅仅代表了新兴技术,它的特种功能及结构材料还能够促进传统产业的升级换代,比如汽车、建筑、纺织、机械行业等。“如果把总体经济比作一个盛水的木桶,那么纳米技术不仅能补上传统经济转型不足的短板,还能筑高与国际差距较小的新兴产业的长板,这样,木桶能存储更多的水。”任红轩用“木桶效应”来解释纳米技术对中国经济的意义。

  钱学森先生也曾预言:“纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点,会是一次技术革命,从而将是21世纪的又一次产业革命。”

  对纳米科技的想象走在了成果前头

  当前最需攻克技术成果转化问题,未来基础研究向应用研究及产业化转变

  纳米技术的前景很光明,但是在任红轩看来,还得先按捺下激动的心情,“纳米技术成果转化及应用的周期比较长,真正实现产业化的成果仍然十分有限,比如迄今为止,世界范围内真正纳米化且商业化的汽车零件仍然不多。”

  “目前想象远远走在了成果的前头。”任红轩认为纳米技术当前最需攻克的是技术成果产业化。

  “纳米”一词从科学家的实验室中蹦出来,到为世人所熟知,这个过程其实是一个从默默无闻到大鸣大放、又重新遇冷的阶段。曾有一段时间“纳米”频现、鱼龙混杂,让许多人甚至有了反感的抵触情绪。

  如今,经过一个阶段的大浪淘沙,纳米科技步入了一个冷静良性的发展阶段,意味着人们更清醒地看到纳米技术应用仍十分有限。

  一种纳米银粉打印的地铁票和景区门票,目前已经在北京部分地区试用,对比以前的蚀刻工艺,这种票的制造流程简化,非感光、无污染,成本降低,回收效率和价值更高。

  
  当前的困境也是未来发展趋势,任红轩认为,未来纳米技术投入会由基础研究向应用研究及产业化转变,纳米研发会由从单打独斗向合作发展,更加重视微纳米加工和检测仪器的研发,更加着重向生物和电子方面应用发展。

  广州宏武材料科技有限公司提供从纯元素到氧化物粉末和分散液的各种纳米粒子产品,并备有各种纳米粒子和纳米粒子分散液库存。生产工艺能生产出平均粒径从 小于10nm 到 20um的粒子。还接受定制生产纳米粒子产品的要求。期待合作!


本文摘自人民日报,略有删改。


  

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