纳米材料的问题

bigsnake

最近几年纳米材料被炒作的很凶，如果你比较细心你会发现生活中的一些东西已经烙上了纳米的印迹。如纳米抗菌冰箱、纳米抗菌地板、纳米涂料、纳米陶瓷等等。
所谓的纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的材料，这么细的材料要做出来，成本可以想得出来，但有必要用这么细的吗？国外常用的是微米材料，如果按纳米说的话可能在200~1000之间。可是他们没有打纳米的牌。现在的产品真的就是已经达到了1~100纳米了吗？很多的怀疑马上就涌出来了。
1、纳米材料可以做得出来，但是加到其他材料中后还是保持在纳米原来的状态吗？纳米材料的高表面能让其超级不稳定。稳定性这一点好难。
2、产品中有多少纳米材料？总不能放一只小虾米烧一大桶开水就说这是虾汤了吧？纳米材料多少加量能体现出其在实验室里做出来的性能？
3、纳米材料有没有必要？当初做纳米材料时，可能是为了要解决一些要求高的问题，当纳米材料走向平民化时，就可能让人们怀疑它的炒作性。纳米材料的抗菌性在实验室是不错的，但现实的环境中这种功能似乎是说蒸馏水是不导电的，放入自然界的蒸馏水就能起绝缘的作用一样。
4、纳米材料的负面作用。所有的人都是大谈纳米材料的好处，纳米材料的先进性。如同一个大学如果没有一二个教授在做纳米材料那这个学校就不正常了，纳米材料大入人心，成为21世纪最有前景的材料。但负面的呢？就如果我们说某种药能杀癌细胞，但更是能把人都杀了，那这药还有意义吗？美国学者指出，由于纳米材料表面的缺陷，导致常期接触会对人体有害。甚至可能致癌！
纳米材料，当一个新的东西出现时，我们总是觉得这是一种机会，一种超越西方科学技术的机会。但我们缺少一种体制，缺少一种严谨的科学的以人为本的体制。如果国外一个新药要有十年的临床，而国内一年二年就可以拿到生产批号。我们是比人家快，但我们同时也是在损害自己！

mengzhiyong

说得好！纳米材料本身的稳定性存在极大的问题，想象一下几层或者几十层原子的东东的稳定性，如此高的表面自由能，完全没有办法控制。所以目前纳米材料在溶液中靠同性相斥还能勉强维持，在固相下的纳米材料我不知道究竟可不可用，有什么用？这玩艺实际上是一帮寂寞高手在实验室里没事想出来骗美国国防部,NSF NIH的钱的，远未成熟，至少目前大家一哄而上给人哗众取宠的感觉吧

bigsnake

mengzhiyong 兄说的有道理!
关于纳米材料的公司因为我接触较多,所以也有所了解!
有的公司的产品根本不到纳米级别,很多公司也渐渐没有效益!
现在连炒得最多的光触媒也渐渐的淡下去了!
相信实践能检验一切!

galaxie

我的老师曾经说过,中国目前是科学主义盛行的时候,任何东西只要一沾上前沿科学的边,就会被炒作得天昏地暗,始作俑者便可乘机大把大把捞钱.追究其根源,主要还是科学的普及方向不对头,本应从基础开始的,现在却似乎一上来就把科学说的玄乎其玄,吓得没有人敢问科学是什么.如果每个消费者都能对一些基本的物理知识有所了解,那么迷信媒体的现象也会少很多了.

mengzhiyong

可惜自己学的还很肤浅，没有前辈大师们那种举重若轻的功力，但至少做到不被舆论蛊惑，不被风气沾染。不过尽量在这个读书的园地和大家就感兴趣的问题，无论是文科，理科，为人，处事，都和大家共同探讨，共同进步。所谓前沿科学或者前沿学科，其实炒作的成分还是很大的。我觉得越是看起来前卫的东东，越有可能需要从基础下手研究。

bigsnake

个人认为,前沿的不是不好,而是产业化不成熟!中国的科研成果如果有1%能产业化,那就很快能赶超发达国家了!
现在很多的成果都是停留在纸上,国家花的钱成了技术贮备,不知道有一天想拿出来用,还能不能用!!?

lkvc

bigsnake兄能否普及一点纳米材料的机理理论，好让更多的人参与进来。

lkvc

我看了一点纳米材料的机理，觉得bigsnake兄提出的问题并没有基于纳米材料的机理。下面我简单介绍一点纳米材料的机理：

1  纳米材料的诞生：1984年德国萨尔兰大学的Gleiter以及美国阿贡试验室的Siegel相继成功地制得了纯物质的纳米细粉。1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。

2  纳米材料的归类：从纳米材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。（也就是说， 纳米材料不属于mengzhiyong兄在另一个帖子中所提到的任一种相态）。

3  纳米材料的小尺寸效应：纳米颗粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干波长或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附近原子密度减小，纳米颗粒表现出新的光、电、声、磁等体积效应，其他性质都是此效应的延伸。例如：光吸收显著增加，并产生等离子体共振频移；磁有序态向磁无序态转变；超导相向正常相转变；声子谱发生改变等。

4  纳米材料的表面效应：随着粒径的减小，比表面积大大增加。纳米离子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅增加。由于庞大的比表面，表面原子数增加，无序度增加，键态严重失配（注：由于晶格终止，表面原子通常存在悬挂键），出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡和非整数配位的化学价。这就是导致纳米体系的化学性质和化学平衡体现很大差别的原因。

5  纳米材料的量子尺寸效应：当粒子尺寸下降到一值时，金属费米附近的电子能级由准连接变为离散。半导体微粒中存在不连续的最高占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽，以及由此导致的不同于宏观物体的光、电和超导等性质。具体到不同的材料，其量子尺寸是不同的，只有粒子尺寸小于量子尺寸，才能明显地观察到其量子尺寸效应。

6  纳米材料的灭菌机理：当带正电荷的金属离子接触到带负电荷的微生物细胞后，相互吸引，即有效地击穿细胞膜，使细菌的蛋白质变性，无法呼吸代谢和繁殖，直至死亡。但抗菌成分并未作任何消耗，仍保持原有的抗菌能力，因此它的抗菌能力可长期有效。

7  纳米材料的光催化效应：使导带和价带（注：导带与价带是准连续的，两者之间即为禁带）能级变为分离的能级，能隙变宽，导带电位变得更负，而价带电位变得更正。在紫外光的作用下，价带上的电子被激发到导带，而在价带上产生空隙，这些自由电子空隙对，使空气中的氧活化，产生活性氧和自由基。且由于粒径通常小于空间电荷层厚度，此时空间电荷层的任何影响都可忽略，光生载流子可通过简单的扩散从粒子内部迁移到粒子表面，计算表明：粒径为1um的纳米粒子中，粒子从体内扩散到表面的时间约为100ns；而粒径为10nm的微粒中该时间只有10ps。因此粒径越小，电子与空隙的复合概率越小，电荷分离效果越好，从而导致催化活性提高。

8  纳米材料的超双疏界面：一是纳米材料本身的分子结构决定是疏水性的；且整体结构上看，在表面建造纳米尺寸几何形状互补的界面结构，可使吸附气体分子稳定存在，所以在宏观表面上相当于有一层稳定的气体薄膜，使油和水无法润湿材料的表面而呈现超长的双疏性。

mengzhiyong

以上纳米材料的定义和性质让人受益不少，问题是似乎没有谈及大家都关心的一点：稳定性。包括防止纳米粒子的不可逆凝集，以及在光，热，氧化等条件下的稳定性。另外，由于纳米粒子（半径介于1nm到100nm之间，也就是10-1000个原子的大小）属于介观体系，而相态是一个宏观概念，所以相态这个适用于宏观体系的概念不适用于纳米粒子这样的微观体系。

bigsnake

对于纳米技术,我相信在不久的将来会成熟,但就目前的技术水平来说,炒作的成份更大一些!谢谢大家进来各抒己见!
lkvc上述的材料是大家目前看到的比较常见的说法,但是基本都有一些夸大的成份或者说是实验室成果.

现在市场的抄作很多啊

而且很多人都不懂，容易被骗

lkvc

引用第0楼bigsnake于2006-07-02 10:21发表的“纳米材料的问题”:
所谓的纳米材料是指粒径在1~100纳米之间的材料，这么细的材料要做出来，成本可以想得出来，但有必要用这么细的吗？国外常用的是微米材料，如果按纳米说的话可能在200~1000之间。可是他们没有打纳米的牌。现在的产品真的就是已经达到了1~100纳米了吗？很多的怀疑马上就涌出来了。
.......

这种认识并没有建立在纳米材料的机理上。比如纳米二氧化硅，完全可以在已有的化学气相淀积设备上进行，与淀积常规二氧化硅的区别在于工艺成分与工艺参数的改进，成本却没有多大的增加。

引用第0楼bigsnake于2006-07-02 10:21发表的“纳米材料的问题”:
1、纳米材料可以做得出来，但是加到其他材料中后还是保持在纳米原来的状态吗？纳米材料的高表面能让其超级不稳定。稳定性这一点好难。.......

这显然是对纳米材料的误解。还是以纳米二氧化硅为例，单独的纳米二氧化硅确实很难长久保存，但以硅为衬底，纳米二氧化硅与硅的体系的稳定性可以确保实用，本来这样的体系就是利用纳米二氧化硅比常规二氧化硅较低的介电常数。

引用第0楼bigsnake于2006-07-02 10:21发表的“纳米材料的问题”:
2、产品中有多少纳米材料？总不能放一只小虾米烧一大桶开水就说这是虾汤了吧？纳米材料多少加量能体现出其在实验室里做出来的性能？.......

产品为什么要用到纳米材料？无非是用常规材料已难以改进产品的功能。纳米材料的小尺寸、表面、量子尺寸等效应只要能对产品的功能有改进，并且产品的某种组分正好可以用纳米材料来代替，何乐而不为之。当然，使用纳米材料后就在该产品之前冠以纳米二字的做法确实太过了，这显然是中国人的劣根性在起作用。

我在7楼介绍的纳米材料的各种效应都是基于现代科学理论的，例如量子力学、固体物理学等，如果bigsnake兄以为这也是夸大的话，我不敢苟同。

guiqinl

纳米材料的确很有意义，只是目前国内的技术较难达到，它应是跨学科跨行业研究的课题，加之一窝蜂炒作过了头且过了期（又炒其他概念去了），所以现在关心的人少了，希望大家不同学科的一起来关注。

bigsnake

lkvc的贴子让我不得不站出来再说些什么。原来已经不打算再说什么了！
就lkvc在11楼提出的一些疑问谈谈自己的看法：
1、关于“比如纳米二氧化硅，完全可以在已有的化学气相淀积设备上进行，与淀积常规二氧化硅的区别在于工艺成分与工艺参数的改进，成本却没有多大的增加”
  想问一下常规方法制备二氧化硅的成本是多少你知道吗？还有你举的例子比较特殊，换成氧化锌呢？其实常气相的二氧化硅（又称白炭黑）已经可以做成1微米左右了。不能用气相法生产的，或者说气相法生产要求高的怎么办！？不知道lkvc建立在纳米材料的机理是个什么内容？

2、“这显然是对纳米材料的误解。还是以纳米二氧化硅为例，单独的纳米二氧化硅确实很难长久保存，但以硅为衬底，纳米二氧化硅与硅的体系的稳定性可以确保实用，本来这样的体系就是利用纳米二氧化硅比常规二氧化硅较低的介电常数。”
  纳米材料在溶液中能稳定存在的，据说纳米金溶胶阴凉能存放十年也没有团聚，我说的是纳米粉体的稳定性和加入到其他材料中的保持纳米状态。听了lkvc说的我很糊涂，也许水平有限，没看懂。

3、我一直强调所有的纳米体现出来的性能都是实验室做出来的，而且我也一直强调将来可能会成熟。我只是说现在炒作的夸张性，我可没说某某理论的夸张性，我乃一平庸的人，从来不敢对某某理论评头论脚，LKVC千万不要用大帽子压俺！俺承受不了的。

mengzhiyong

引用第13楼bigsnake于2006-07-09 01:14发表的“”:
lkvc的贴子让我不得不站出来再说些什么。原来已经不打算再说什么了！
就lkvc在11楼提出的一些疑问谈谈自己的看法：
我一直强调所有的纳米体现出来的性能都是实验室做出来的

.......

关于楼上的说法，我有不同意见。我原来在一家美国的隐形眼镜公司工作了一段时间，我恰恰是开发含纳米颗粒的隐形眼镜，目前在美国已经上市。由于商业保密的关系，我只能告诉你我们合成的是含银纳米粒子，粒径<100nm, 可以稳定存在于水凝胶中不发生聚集，并且可以在水凝胶的微孔隙中缓慢移动。这种纳米粒子可以有效杀死致病菌，也通过FDA的检验。我只想说，纳米粒子固然有炒作的因素，但是在溶液甚至凝胶体系中的稳定性在一定条件下是相当不错的，不只是在实验室中用来发表文章。但也正如我以前所言，在固相下的纳米粒子我就很少听说商业的成功应用了，虽然文章也有不少。

lkvc

引用第13楼bigsnake于2006-07-09 14:14发表的“”:
lkvc的贴子让我不得不站出来再说些什么。原来已经不打算再说什么了！

  想问一下常规方法制备二氧化硅的成本是多少你知道吗？
.......

在硅衬底上制备常规二氧化硅的成本我是知道的，不过bigsnake既然抱着“原来已经不打算再说什么了”的态度，再加上面临毕业，我就不打搅了。

bigsnake

引用第14楼mengzhiyong于2006-07-09 14:39发表的“”:


关于楼上的说法，我有不同意见。我原来在一家美国的隐形眼镜公司工作了一段时间，我恰恰是开发含纳米颗粒的隐形眼镜，目前在美国已经上市。由于商业保密的关系，我只能告诉你我们合成的是含银纳米粒子，粒径<100nm, 可以稳定存在于水凝胶中不发生聚集，并且可以在水凝胶的微孔隙中缓慢移动。这种纳米粒子可以有效杀死致病菌，也通过FDA的检验。我只想说，纳米粒子固然有炒作的因素，但是在溶液甚至凝胶体系中的稳定性在一定条件下是相当不错的，不只是在实验室中用来发表文章。但也正如我以前所言，在固相下的纳米粒子我就很少听说商业的成功应用了，虽然文章也有不少。

现在用得最多的是光触媒,也是一种液体,效果不错,但不持久.
与实验室做的有差距,按理它是持久的才对呀!

醉乡常客

现在要找出不“纳米”的东西很困难。

可能纳米碳管还做了一点实际工作。其他的以扯淡为主，兹举数例：

1、纳米钛白之遍地开花兼齐追共捧

其合成方法有TiCl4气相水解、溶胶－凝胶、胶溶（酸溶、碱溶）……

实际上，很多人都是在蒙，蒙到纳米尺寸上再去设法表征，然后再发表一些“性能发现”，包括绝大部分与光触媒有关的研究。

再实际上，硫酸法钛白水解晶种本身就是纳米级的，水解失败时产生的“牛奶”也以原级粒子为纳米级或近纳米级的偏钛酸为主，何苦来哉。

2、纳米催化剂之滑天下之大稽

硫酸催化剂以硅藻土为载体，碱金属离子为助催化剂、五氧化二钒为主催化剂，大致合成工艺为：硫酸溶解五氧化二钒－－与载体一起混捏－－成型－－煅烧

偏偏有人搞出了纳米级五氧化二钒，其表征方法为SEM照片，以此“纳米材料”为原料的催化剂称“高效纳米钒催化剂”，还与孟山都的几个产品进行了性能对比，结果当然是大部分接近、部分相当、小部分超过。

据此思路，我已经开发了一大类民用纳米制品：其一、纳米食盐；其二、纳米蔗糖（以及纳米棒棒糖等系列产品）；其三：纳米葡萄糖；其四：纳米食盐水、纳米糖水、纳米甜茶、纳米盐糖水、纳米葡萄糖水等系列液态制品。

3、……不说了，免得伤害了某些纳米专家


总结一句：希望国家上上下下多多学习，吸取教训，免受概念炒作的蒙蔽，如果造假的都能得到课题，都能锦衣玉食，无疑会促使我国已经非常糟糕的学术风气进一步恶化，会使年轻及部分尚比较严谨的中年技术人员迷失方向。

bigsnake

呵呵!醉乡常客兄弟说的有道理!

看来大家对纳米材料争议很大啊，没有见到哪个帖子跟贴这么多。现在纳米材料确实有炒作的成分，并且有一些发表的文章确实是编造出来的。但是纳米材料确实有诸多优点，譬如纳米的四大效应，只不过由于粒径小，表面积大，有很高的表面能易发生团聚，在实际生产中应用起来还有一定困难。不过纳米技术,相信在不久的将来会成熟。