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械性能，提升其耐磨性、拉伸強度和、撕裂強度以及硬度，起到補強作用 [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]。

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圖蟲創(chuàng)意

而現(xiàn)如今，越來越多的生活產(chǎn)品都標注使用先進納米材料強化產(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)品真的如同宣傳說的那樣嗎？納米材料真的有那么神嗎？今天，我們就一起來聊一聊納米材料那些事。01

什么是納米？

首先，什么是納米？實際上它是長度單位，1納米（nm）等于1米的10億分之一，大致相當于10個氫原子排列在一起的長度。一般認為，三維空間內(nèi)有一個維度尺寸小于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的幾十年飛速發(fā)展，并在各個領(lǐng)域嶄露頭角。

圖蟲創(chuàng)意

當材料尺寸達到納米尺度時，通常具有塊狀材料不具備的性能，這主要是因為納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、化學性質(zhì)，包括光學性質(zhì)、導電性、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，具有良好的導電性和延展性。而當其變成納米材料時，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，當它們從常規(guī)碳材料變成單層石墨烯后，導電、導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，對于納米材料而言，它們特殊性質(zhì)的根源是其納米級尺寸。而納米材料由于比表面大、性質(zhì)活潑，不容易穩(wěn)定分散，因而在制備復合材料時容易團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，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)品價值約1000元。要完全使用石墨烯制造一條內(nèi)褲，保守估計成本需要上萬元。但是我們買到的產(chǎn)品，也就百來塊，甚至幾十元，說明產(chǎn)品中的納米材料含量肯定不會很高。除了上述的夸大宣傳，還有一些就屬于“無中生有”。比如，號稱可以“平衡陰陽，疏通經(jīng)絡(luò)，對肌體全方位起到健康作用”的納米套裝，在宣傳時提到：將納米布料接近人體皮膚，就能依靠極強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)域確實起到越來越多的作用。例如，依據(jù)荷葉表面仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計的超疏水材料，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，按正常商品對待就好。未來希望通過進一步發(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。作者 | 袁智勤 北京化工大學 副教授

審核 | 熊 斌 湖南大學化學化工學院 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), 黃國波, 項軍偉. 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, 萬紀君, 王術(shù)棟, 劉金朋. 吸酸劑水滑石對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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標簽： 納米材料 納米技術(shù) 二氧化硅