纳米材料行业研究
纳米材料行业研究范文第1篇
抢占新时代科技战略制高点
耐火材料是钢铁、有色金属、建材、石化、能源、环保、电子、国防等基础工业领域重要的基础材料，是高温工业热工设备不可缺少的重要支撑材料，与钢铁等高温工业的技术发展相互依存互为促进。
纳米耐火材料是以纳米粒子为核心，由耐火材料颗粒相和基质粉料、结合剂及外加剂等组成的纳米结构基质相两大相构成。少量的纳米结构基质的理化性能成为决定整个耐火材料性能的重要基础。纳米耐火材料的开发不仅从根本上改变了耐火材料的组织结构（包括宏观结构和微观的显微结构），而且还能改变耐火材料的功能特性，提高耐火材料的理化性能指标以及在使用中的高寿命性与抗损毁性
21世纪的纳米科学技术正在成为推动世界各国经济发展的主要驱动力之一。未来20～30年，纳米科学技术有望广泛应用于信息、能源、环保、生物医学、制造、国防等领域，产生新技术变革，促进传统产业改造和升级，并形成基于纳米技术的战略新兴产业。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》部署了四大研究计划，纳米研究位列其中。“十二五”规划纲要也要求把握科技发展趋势，超前部署基础研究和前沿技术研究，推动重大科学发现和新学科产生，抢占纳米科技等未来科技竞争制高点。纳米科技已成为许多国家提升核心竞争力的战略选择，也是中国有望实现跨越式发展的重要领域之一
为了开发21世纪新一代耐火材料，迫切需要运用尖端的纳米技术和纳米材料开发后续的纳米耐火材料。先后毕业于鞍山工科高级职业学校耐火材料专业、太原钢铁学院硅酸盐专业的高树森，为了追求心中创新耐火材料、服务高温产业经济的梦想，1989年发起创立了一家小型耐火材料有限公司并出任董事长，他的创业梦由此拉开了序幕。在企业经营领导工作中，他始终坚持“实践永无止境，创新永无止境”的发展观念，大胆改革创新，始终坚持人才是第一生产力的理念，采取“不唯上、不唯书、不唯制、只唯实”的用人机制，科学整合人力资源，使企业各部门工作效率得到了极大的提高。1992年，经山西省高新技术委员会认定、国家太原高新技术开发区管委会批准，成立了太原高科耐火材料有限公司。
在不断深化改革的新形势下，高树森紧跟时代步伐，用“创新发展的眼光、求实有效的机制、机动灵活的方法、谦虚谨慎的态度、科学严格的管理和严密细致的规章制度”，使企业长期立于同行业先进行列。在坚持“以发展为主题，以经营管理为重点，以实现最大利益为出发点”的经营原则下，公司多元化复合发展的经营新思路，与国内多所研究院所、高等院校在产品开发、技术交流等领域建立了长期的合作关系，在新产品技术性能、使用性能、技术储备等方面不断创新，形成了产学研联盟，具备研究、开发、生产高技术特种耐火材料能力，形成了自主研发、自主创新和自我实现产业化的良性循环。
进入新世纪后，纳米材料与技术的优异性能使高树森有了新的想法：能不能把纳米技术和纳米材料注入耐火材料，创新耐火材料技术，从而开拓耐火材料的新领域呢？在高树森的领导和主持下，太原高科对纳米技术和纳米耐火材料进行了深入研究探索和自主创新。
公司建立了以企业为主体的技术中心，先后研发出多种耐火材料高新技术产品，并及时将其转化为生产力，现已经从成立之初简易的小型耐火材料厂发展为全国耐火材料领域声名赫赫、独具技术优势和发展前景的大型企业。
2005年，太原高科被太原市科技局批准为耐火材料行业技术研究中心；2007年，被山西省科技厅批准成为耐火材料行业工程技术研究中心；2009年，被山西省认定为企业技术中心。技术中心承担了耐火材料行业关键技术的研发和创新工作，并在自主创新方面取得了多项重大成果。此外，太原高科还通过了ISO9001―2000国际质量体系认证和ISO14001：2004环境管理体系认证，被认定为耐火材料行业的国家高新技术企业，“山西省科技先导型企业”、“太原市科技创新示范单位”、“十佳技术创新项目企业”等荣誉接踵而至。
创造纳米高新技术产品
高树森是耐火材料专业教授级高级工程师，也是技术研究中心主任兼首席专家，长期从事耐火 材料技术研究、自主创新和使用研究工作。他主持了多项国家重点热工工程项目（高温工业炉窑），自主研发多种耐火材料高新技术产品，并且花费大量精力使这些高新技术产品在高温工业生产中得到推广应用，使科研成果尽快转化为生产力。
他充分利用山西丰富的高铝矾土资源，研制开发了矾土基低蠕变-抗热震莫来石制品、莫来石刚玉制品、锆莫来石刚玉制品、高铝-尖晶石等高效复合制品，这些产品都有特殊的功能和高技术性能指标，在十分苛刻的情况下和工业性使用试验中，均显示出突出的使用效果，具有广阔的发展前景。他负责的山西省重点行业关键科技发展项目-高技术特种高效耐火材料的研究与开发，为充分利用山西资源、发展山西经济和提高我国耐火材料工业总体水平都具有重要意义。
20多年来，高树森对纳米技术和纳米耐火材料进行了深入研究和自主创新，先后申报了七项纳米耐火材料发明专利项目，分别是：纳米复合氧化物陶瓷结合铝-尖晶石耐火浇注料及其制备方法（专利号：ZL200810079392.X）、纳米Al2O3薄膜包裹的碳-铝尖晶石耐火浇注料及其制备方法（专利号：ZL200810079799.2）、纳米Al2O3、MgO复合陶瓷结合尖晶石-镁质耐火浇注料及其制备方法（公布号：CN 101544505A）、纳米Al2O3、MgO薄膜包裹的碳-尖晶石镁质耐火浇注料及其制备方法（专利号：ZL 200910136836.3）、纳米Al2O3、SiC薄膜包裹碳的Al2O3-MA-SiC-C质耐火浇注料及其制备方法（专利号：ZL200910223490.0）、纳米SiO2、CaO复合陶瓷结合硅质耐火浇注料及其制备方法（公布号：CN 101875561A）以及矾土基合氧化物陶瓷结合Al2O3-MgO-C耐火制品及其制备方法（专利号：ZL201010608883.6）。
高树森先后荣获了全国科学大会奖、新技术推广奖等，多次被冶金部授予劳动模范和先进科技工作者称号，2009年荣获“第9届中国时代新闻人物十大杰出成就奖”和“时代楷模・共和国经济建设十大功勋企业家”荣誉称号等。他自主研发的纳米耐火材料系列发明专利，也分别获得了第九届香港国际发明博览会金奖、第十二届中国北京国际科技产业博览会、第三届中国自主创新杰出贡献奖及第十三届中国北京国际科技产业博览会、第四届中国自主创新杰出贡献奖。
2010年5月，在第十三届北京科博会“中国高新企业发展国际论坛”上，年逾古稀的高树森作了《关于发展纳米科技和纳米耐火材料自主创新及其产业化》的重要报告。报告称，自主创新和研发是现代企业生存和发展之本，党的十七大报告明确指出“提高自主创新能力，建设创新型国家，是国家发展战略核心、提高综合国力的关键”。他兴致勃勃地向与会者坦陈：他写的多篇有关纳米的论文被编入《盛世之光―中国当代创新理论与实践》、《中国改革发展与创新研究文选》、《2009・中华学术精英大典》等书中。在耐火材料的研发和创新工作中取得了多项重大研究成果：
1.研究成功磷酸盐结合的Al2O3C质耐火材料浇注料在太钢1200m3大型高炉使用取得成功，是国内外高炉史一个创举，具有重大社会和经济意义，通过了部级组织的技术鉴定。
2.自主研发的SiO2陶瓷-磷酸盐复合结合硅质不定形耐火浇注料，主要特点是耐高温性能和抗热震性能比原来技术有显著提高，为国内首创、国际领先水平。
3.不定型耐火材料，是高温工业发展的一种耐火材料行业方向，不定型耐火材料在大型钢铁联合企业中推广应用，很多设备不用以前耐火材料制品而是用这种不定型浇铸的。
4.亚微米陶瓷结合Al2O3-尖晶石浇注料及其在钢包整体浇注中的应用项目，是在实施山西“1311”结构调产高科技产业化中重点产品项目。
他还宣称：纳米耐火材料系列发明专利的公布，是纳米技术在耐火材料领域中成功应用重要标志，也是纳米技术和材料与传统产业中自主创新、自主研发的重要发展方向，对钢铁等高温工业发展和高新技术的应用做出了重要贡献。
谱写“绿色纳米耐材”产业化创新之路
当今全球经济竞争格局正在发生深刻变革，科技发展正孕育着新的革命性突破，世界主要国家纷纷加快部署，推动节能环保、新能源、信息、生物等新兴产业快速发展。我国要在未来国际竞争中占据有利地位，必须加快培育和发展战略性新兴产业，掌握关键核心技术及相关知识产权，增强自主研发能力。
为此，高树森呼吁将纳米耐火材料研发应用提升为国家战略新兴产业，在北京中关村尽快建立“部级纳米耐火材料产业化示范基地”和建立“部级纳米耐火材料技术研究中心”。
我国在纳米耐火材料技术研究已经处于当代最前沿，其成果显著，并得到各方面的肯定。将纳米耐火材料研发应用提升为国家战略新兴产业，很快将对今后的钢铁等高温工业发展产生重大影响，中国有能力在更高平台推动我国纳米耐火材料的技术创新和产业化，有能力引领这场新的工业革命。
2010年1月9日，中国耐火材料行业协会组织召开了纳米耐火材料产业化示范基地专家论证会，对太原高科耐火材料有限公司和山西省耐火材料工程技术研究中心采用纳米技术研究开发纳米耐火材料的工作情况和研发成果进行了考察论证。
与会专家一致认为，太原高科和山西省耐火材料工程技术研究中心在研究开发纳米材料并运用于不定形耐火材料的生产过程中，取得了显著成果。基于此，中国耐火材料行业协会授予其“行业纳米耐火材料产业化示范基地”称号。
太原高科纳米耐火材料系列发明专利成果的取得，大大推动了我国纳米技术和纳米材料的进步与发展，为其在传统行业中的创新应用提供了有益借鉴；为耐火材料的发展开辟了一片新天地，为开发更长寿、更节能、无污染、功能化的新型绿色耐火材料提供了技术支撑；同时，新技术材料的研发和应用，推动了传统高温工业的技术升级，为高温工业新技术的实施与发展作出了突出贡献。
机会只留给有准备的人，成功只属于有梦想的人。高树森和太原高科的绿色纳米耐火材料发展之路正徐徐展开，大路两旁，鲜花与荣誉相伴。但“老骥伏枥，志在千里”的高树森并不满足目前的成绩，他心中有更大的目标，那就是实行“纳米中国耐材”战略计划，并以此催生新型经济社会发展模式。他认为，实行“纳米中国耐材”战略技术，应从技术创新、产业创新、产业集群耦合三个维度着手，探索原创技术产业催生机制、技术创新扩散机制和高新技术与传统产业的融合机制，实现知识产业集群、原创产业集群和以新技术武装的传统产业集群之间耦合与升级，将国家纳米技术建设成为国家原创产业的试验基地，打造成高端制造业改造升级、技术创新、产业创新的典范。
我国的纳米耐火材料技术研究已经处于世界前沿水平，且成果显著，得到各方肯定。为了能够在更高平台推动纳米耐火材料技术创新和产业化发展，高树森建议将纳米耐火材料提升为国家战略性新兴产业，运用多项高新技术，谋求耐火材料与尖端纳米技术的整合，加速纳米耐火材料的理论与实际应用研究，努力开发尖端纳米耐火材料，并积极推进创新成果的产业化，在高新技术产业化大潮中占据有利先机，进而引领这场新的工业革命。
人物档案
纳米材料行业研究范文第2篇
关键词：纳米纤维素；复合材料；生物基纳米材料；开发；应用
中图分类号：TB332；TQ352 文献标志码：A
Research and Development of Nanocellulose-reinforced Composite Materials
Abstract： Nanocellulose is a new nano-material， which has bio-degradability， higher tenacity than conventional steel or aramid fiber （Kevlar ）， good transparency， moisture absorbency and conductivity. The paper introduces the technical features and progress in research and development of nanocellulose， and analyzes the applications and potential market of nanocellulose composite materials.
Key words： nanocellulose； composite material； bio-based nano-material； development； application
1 全球纳米纤维素市场概况
纳米纤维素是一种新型纳米材料，具有生物可降解性能，且强力高于普通的钢材或芳香族聚酰胺（Kevlar ），因具有良好的透明性、吸湿性以及导电性在业内受到广泛关注。
纳米纤维素制品极高的性能/重量比，使其在应用市场展现出巨大的潜力。如北欧YTT技术中心的研究报告预测，纳米原纤化纤维素（NFC）2020年全球市场的需求量在10万t左右，2025年将达到40万t；而纳米晶纤维素（NCC）2020年市场规模应在8 000 t左右，2025年将超过 5 万t。
目前纳米纤维素已在多个领域完成了商业化应用。无毒和优良的生物相容性使其在医用组织支架、绷带、人造血管和药液控释等领域的应用取得进展；经过改性的纳米纤维素使增强相的复合材料表现出巨大的市场潜力；纳米纤维素超高的比表面积（约1 000 m2/g）使其成为优良的电池隔膜材料；纳米纤维素具有优良的吸水、持水和控制释放能力，其产品已在纸尿裤、医用创伤敷料、卫生巾和低热值产品中使用；用作造纸填料，添加剂量为2% ～ 10%时，可使纸制品的强力和韧性提高50% ～90%。纳米纤维素薄膜柔软且透明，可用作功能性包装材料或安全用纸；亦可以制作挠性电子产品，如挠性显示器、可弯曲电池和LED产品。
纳米纤维素在商业化方面展现出巨大的发展潜力，美国纸浆与造纸工业技术协会（TAPPI）乐观地预测，纳米纤维素在制浆造纸工业、聚合物增强复合材料、功能性薄膜、建筑材料、油气资源开发等领域，全球每年有2 300万t待开发的消费能力，其中NFC占60%，NCC占20%。
2 纳米纤维素研究与开发现状
2.1 国内外研究概况
20世纪70年代，有实验室成功制得NFC，其后NFC产品开始在食品工业中出现，NFC透明纸制品亦相继进入人们的视线。近10年来，纳米纤维素的合成、改性技术及其复合材料的结构与性能研究等均取得了令人瞩目的进展。
2011年，世界第一套产能为100 kg/d的纳米原纤化纤维素装置投入运转，次年纳米晶纤维素试验线在加拿大开始了半商业化运行。目前全球已有十几条NFC试验生产线，其中美国Maine（缅因）大学的生产装置产能达到了300 t/a。另有近10条纳米晶试验生产线，其中加拿大Celluforce公司的商业化装置的产能达到了300 t/a。
纳米纤维素及其产品的应用研究呈蓬勃发展态势。据统计，截至2015年全球从事纳米纤维素研究与开发的企业与机构多达167家，包括119家研究院所，其中有25个纳米纤维素研究中心。
国内纳米纤维素研究尚处于起步阶段，目前中科院、制浆造纸研究院所及相关大学开展了纳米纤维素的研究工作，2015年国家林业局启动了科研专项计划“纳米纤维素绿色制备、高值化应用技术研究”。而国内化纤业相关研究投入显得不足，几乎没有企业涉足。
2.2 纳米纤维素的技术特征
纳米纤维素主要有 3 种类型，即纳米原纤化纤维素、纳米晶纤维素和细菌纤维素，其技术特征如表 1 所示。
{米纤维素取材于木浆或生物质资源，代表性制造工艺包括生物法、机械法和化学法等。纳米纤维素的生产过程主要包括两个阶段，即预处理工序和处理工序，前者多采用机械法、Tempo氧化法、羧甲基化法和生物酶法等；处理工序主要使用高剪切均化加工、超高压微细流加工和微细研磨/剪切加工。开发中的纳米纤维素及其增强复合材料的产业链如图 1 所示。
能耗是制约纳米纤维素生产的重要因素。随着机械研磨工艺、化学处理技术的进步以及预处理与处理工艺间的合理配置，纳米纤维素的能耗已可控制在2 000 kW・h/t以内，能耗成本降低了93%。
采用生物酶法制备纳米纤维素的能耗约为112 MJ/ kg，而采用羧甲基化工艺后纳米纤维素的能耗高达1 323 MJ/kg。可见，采用生物酶工艺制NFC、NCC具有明显的成本优势。生物酶法制备纳米纤维素的研究中，预处理使用的内切葡萄糖酶（Endoglucanase）单耗已可控制在0.1 kg/t产品的水平，NFC生产的能耗成本仅为 1 欧元/t。
3 纳米纤维素增强复合材料的应用
3.1 纳米纤维素增强复合材料的技术经济性
纳米纤维素复合材料的强力/重量比是钢材的 8 倍、碳纤维的 2 倍。作为复合材料的增强相，纳米纤维素与传统玻纤、碳纤维等相比具有明显优势。纳米纤维素取之于可再生资源，具有生物可降解性能和良好的热稳定性，改性纳米纤维素可在200 ℃条件下持续使用 1 h，即使处于恶劣的使用环境，仍能保持使用寿命在15年以上（恶劣的使用环境如荒漠中的高温和极地处的严寒，强烈的紫外线照射，湿态与热湿态条件，化学制品环境包括油雾、酸以及液态化学品，霉菌浸蚀条件等）。
纳米纤维素展现出了优良的技术经济特性，无疑也将催生生物纳米材料的_发和使用。表 2 为纳米纤维素与部分复合材料常用的纤维性能一览。
碳纤维是复合材料增强相的常用选择，但碳纤维增强塑料（CFRP）苛刻的制造条件和高昂的成本使其更适用于航空航天和超豪华汽车。而低成本、低密度、易于通过改性而获得优良使用性能的纳米纤维素应是增强复合材料的新选择之一。目前纳米纤维素的生产成本约为4 ～ 10美元/kg，随着改性技术的进步，使用成本仍有下降空间。据悉日本有数十家企业、研究机构拟合作研究开发纳米纤维素，计划2030年将纳米原纤化纤维素成本降至 5 美元/kg或更低。目前复合材料常用的增强相材料成本大致为：高强度钢材 1 美元/kg、合金铝 2 美元/kg、E-玻纤 2 美元/kg、碳纤维20 美元/kg，而纳米晶纤维素价格在 4 ～ 10美元/kg之间，具有十分明显的竞争优势。
3.2 纳米纤维素增强复合材料生命周期研究的启示
纳米纤维素作为增强相在聚丙烯、苯乙烯及聚乙烯复合材料中得以使用。研究显示，纳米纤维素苯乙烯复合材料的抗张模量指标从单一苯乙烯的2.4 GPa提高到5.2 GPa，苯乙烯添加量为40%（质量分数）。在NFC添加量为68%的羟乙基复合材料的开发中，其抗张模量与断裂强力分别达到了8.0 GPa和20.2 MPa。
高性能纳米纤维素复合材料具有实用性，而市场更关心的课题是纳米纤维素增强复合材料的环境友好特征。为评估纳米纤维素和细菌纤维素环氧树脂复合材料的环境友好特征，从原料加工、能源利用、制造流程、复合材料的使用消费以及废旧物品处理和废弃的全过程进行了研究与评估。
生命周期研究选取的物料为NFC环氧树脂（增强相质量分数为65%，下同；强力/模量比为6.30）、BC环氧树脂（增强相56%，强力/模量比5.38），对比物料为碳纤维/PP复合材料（增强相32%，强力/模量比5.09）及单一组分PLA。生命周期评价（LCA）结果显示，当纳米纤维素环氧树脂的增强相纤维容积量超过60%时，纳米纤维素增强复合材料的潜在全球变暖数据GWP（单位：kg CO2 eq）和非生物源石化燃料消耗数据ADfs（单位：MJ）均可低于单一PLA材料，即NFC和BC增强环氧树脂均表现出十分良好的环境友好特征。
3.3 纳米纤维素增强复合材料的应用研究
纳米纤维素是具有独特功能的材料，也是生物基复合材料的增强组分，近20年来在业内受到持续关注，被视为新一代生物基纳米复合材料。
3.3.1 在汽车上的使用
未来，开发新型材料以提升乘用车的燃油效率并实现轻量化是汽车工业可持续发展的战略选择。微细-纳米纤维素材料之所以能引起汽车工业的广泛关注是基于其非常宽的可利用性、生物可再生性、低密度、环境友好性、无毒以及优良的机械性能。利用高性能/密度比的纳米纤维素复合材料作乘用车体部件，可满足或优化汽车的技术性能。过去几年间，纤维素基增强复合材料的使用呈增长态势，亚洲和欧共体诸国的汽车工业也有利用纤维素资源和改善废旧汽车部件回收利用性能的广泛需求。如福特汽车开发的生物基纳米纤维素复合材料，将以NFC为增强相的生物基聚酰胺复合材料用于汽车部件，经连续应用试验，显示其耐热性能明显优于传统PA6和PA66。
生物聚酰胺主要选用PA11、PA1010品种，并扩大到PA610。其中PA1010/NFC增强复合材料选用源于蓖麻子的100%生物基PA1010，NFC占2% ～ 8%，该复合材料具有优良的可在高温环境下使用的性能；PA610/NFC复合材料中，PA610组分有62%取材蓖麻子，NFC添加量为2% ～ 8%，复合材料具有十分优良的热性能，其机械性能更优于PA1010。
纳米纤维素的成本仅为碳纤维的1/10，且易于通过化学改性赋予复合物材料新的功能，市场潜力巨大。以汽车工业发达的美国为例，其乘用车市场中轿车和轻型卡车所占比例各半，一般情况下，轿车车体重量在1.57 t左右，轻卡不超过2.08 t。美国时下的汽车产量约为1 850万辆/ a，车体重量的1/3为钢材，可利用纳米纤维素复合材料置换的约为50%。据此计算，TAPPI的研究报告认为，全美汽车市场纳米纤维素的潜在用量应在156万t/a左右。
我国是汽车生产大国，2014年的汽车产量达2 300万辆，汽车轻量化对复合材料用纳米纤维素的潜在需求约为228万t/a（参照美国纳米纤维素复合材料的应用研究数据计算）。预计2015 ― 2020年间，我国汽车产能将进一步增长，纳米纤维素复合材料的市场空间也将进一步拓展。
3.3.2 在3D打印上的应用
美国American Process公司和橡树岭国家实验室（ORNL）合作，利用纳米纤维素复合材料（biplus）为3D打印技术提供新的可再生材料。实验结果证明，在诸如热稳定性、高负载条件下的机械性能方面，纳米纤维素增强复合材料可以满足3D打印的需要；可部分替代高成本、取材于石油资源的碳纤维和ABS、PA66以及PC等聚合物。近年来，ORNL使用纳米纤维素的增强复合材料，在该实验室的BAAM型3D打印机上成功制得了大尺寸高尔夫汽车部件，使用的材料为纳米纤维素与聚醚亚酰胺（PEI）的增强复合材料，包括两个产品系列即聚醚亚酰胺/纳米原纤化纤维素和聚醚亚酰胺/纳米晶纤维素。
另外，瑞典Chalmers大学的研究人员经过研究也攻克了纳米纤维素与碳纳米管的混合难题，开启了3D生物打印技术（3D-bioprinter）研究与开发的新领域。
3.3.3 在挠性电子产品中的应用
纳米纤维素复合材料在挠性电子器件方面的使用具有一定潜力，如用于大型挠性屏幕、挠性电脑、柔性显示屏、柔性电子纸等的开发。
日本三菱利用木浆原料制得了NFC纤维网片，纤网经过化学改性处理，并使用丙烯腈树脂浸渍，可制得纳米纤维素/丙烯腈树脂复合材料膜，产品具有良好的透明性、尺寸稳定性和柔软性，可在OLED子产品上使用。
3.3.4 在功能性薄膜上的应用
纳米纤维素作为增强相已在天然或合成聚合物中使用，NCC增强复合材料薄膜也已实现商业化生产。通常情况下，使用的NCC的直径在 3 ～ 30 nm之间，长度50 ～2 000 nm，NCC基复合材料薄膜的特性取决于其表面化学性能、NCC之间以及NCC与聚合物间的界面因素。纳米纤维素薄膜强力高、透明性好、印刷容易、使用便当。薄膜厚度为20 μm，具有一流的氧屏蔽性能，在23 ℃、相对湿度80%的高湿条件下，每日氧可透过率为0.8 cm3・mm/ m2。而NCF/环氧树脂混合薄膜的光学性能和热性能非常好，表现在单一环氧树脂薄膜的热膨胀系数（CTE）为165 ×106/K，而NCF/环氧树脂混合薄膜的仅为13×106/ K。纳米纤维素增强复合材料薄膜在高选择性过滤介质、电池膜材料以及特种包装材料领域具有很大的市场潜力。部分纳米纤维素增强复合材料薄膜的机械特征如表 3 所示。
3.3.5 在水泥制品上的应用
依据强力和化学反应性能特点，纳米纤维素用作复合材料有许多技术性能上的优势。研究成果显示，NCC添加量为0.2%时，混凝土制品的弯曲强力可提升30%；使用NFC的混凝土断裂能提高53%，而混合使用NCC/ NFC的混凝土断裂能也可提高26%。在改善混凝土强力和刚性的研究中，添加0.5% ～ 5%的纳米纤维素可取得令人满意的效果。
水泥工业是全球碳排放量最大的产业之一，而与此相关的建筑与土木工程每年的碳排放量约占全球碳排放总量的5%。据测算，如在水泥制品的施工中使用纳米纤维素，全球每年CO2的排放量约可减少 5 亿t。按美国建筑现行规范要求，如将纳米纤维素作为混凝土增强材料用于高性能结构要求的建筑与土木工程（其每年的水泥用量大约为570万t），使用面为75%，则全美每年的纳米纤维素消费潜力在2.1万t上下。
2015年我国的水泥产量达23.48亿t，其中商品用混凝土的产量约为15亿 ～ 16亿t，目前国内水泥和混凝土生产规模以及建筑与土木工程市场空间可达美国的数十倍，参照现阶段美国高性能结构土木工程施工中纤维增强材料的使用规范及要求，我国水泥用纳米纤维素的潜在市场应在20万 ～ 30万t/a之间。
4 结语
纳米纤维素性能独特，其潜在的经济效益和市场容量在业内引起广泛关注。纳米纤维素原料取之于丰富的木材和农业生物质，目前市场上木浆成本在0.75美元/kg左右，而纳米原纤化纤维素成本在 4 ～ 40美元/kg之间，纳米晶纤维素成本为 2 ～ 15美元/kg，与传统碳纤维复合材料（CFRP）相比具有一定优势，在增强复合材料领域也远低于碳纳米管（CNT）100美元/kg的价格。
纳米纤维素用作复合材料的增强相在性能上拥有诸多优势，但仍有很多问题有待研究，如：纤维素与疏水性聚合物间的相容性，纤维素材料的湿度敏感性，纤维素的均匀分散性，纤维素耐热性不足等。
2011 ― 2012年间，NFC、NCC相继进入商业化生产。据报道，加拿大Cellofoce公司产能为6 000 ～ 15 000 t/a的纳米纤维素生产装置已在实施中，纳米纤维素的工业化生产无疑比人们预想的要快。基于纳米纤维素技术快速进入工业化生产的现实，国内化纤业也应关注相关领域的研究与开发，并适时投入。
参考文献
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纳米材料行业研究范文第3篇
论文摘要： 纳米技术作为一种新兴的科学技术,随着技术的发展,纳米技术已经被日趋应用于生活领域的各个方面。本文回顾了纳米技术和纳米材料的发展过程并对纳米材料在食品安全的应用进行了介绍和论述。
纳米技术是20世纪末兴起并迅速发展的一项高科技技术,随着研究的深入和科学的发展,纳米技术已经日趋成熟并广泛的应用于各种领域,近年来纳米技术在医药上的许多研究成果正逐步地应用于食品行业,在此技术上开发、生产了许多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能的保健食品,纳米材料在食品安全上也发挥着越来越重要的作用。
纳米是一种几何尺寸的度量单位,l纳米为百万分之一毫米,即十亿分之一米的长度。以纳米为基础的纳米技术在20世纪90年代初起得到迅速发展并先后兴起了一系列的像纳米材料学、纳米电子学、纳米化学、纳米生物学、纳米生物技术和纳米药物学,纳米技术就是一种多学科的交叉技术,最终实现利用纳米机构所具有的功能制造出有特殊功能的产品和材料。因此,利用纳米技术制造出来的材料就具有微观性和一些普通材料所不具有的功能。
随着纳米技术的发展,纳米食品生产也取得了很大的成就。目前,纳米食品产品超过300种,一些带有纳米级别添加剂的食品和维生素已经实现商业化。据预测纳米食品市场在2010年将达到204亿美元,因此纳米技术在食品上的研究有着很大的发展潜力。纳米技术在食品上的研究和应用主要包括纳米食品加工、纳米包装材料和纳米检测技术等方面。
所谓纳米食品是指在生产、加工或包装过程中采用了纳米技术手段或工具的食品。纳米食品不仅仅是指利用了纳米技术的食品,更大程度上指里哟个纳米技术对食品进行了改造从而改变食品性能的食品。尤其是利用纳米技术改造过结构的食品在营养方面会有一个很大的提高,在这方面应用最广泛主要有钙、硒等矿物质制剂、维生素制剂、添加营养素的钙奶与豆奶、纳米茶等。
然而纳米食品也存在一些问题,首先由于对于纳米食品的加工主要是球磨法这就使得在纳米食品生产的过程中容易产生粉料污染,同时现有的纳米技术也会产生成材料的功能性无法预测,纳米结构的稳定性不高等问题。纳米食品还存在另外问题那就关于纳米食品的安全检测并没有个一个同一的标准。目前,国际上尚未形成统一的针对纳米食品的生物安全性评价标准,大多数是短期评价方法,短期的模型很难对纳米食品的生物效应有彻底的认识。而部分纳米食品存存在一些有害成分,并且经过纳米化后,这些物质更加很容易进入细胞甚至细胞核内,因此副作用也就越大,而这些由于安全检测的标准不统一可能在检测的时候检测不出来,因此纳米食品的安全标准有待进一步统一。虽然纳米食品存在一系列的问题但是纳米技术在食品包装和保险技术中却得到了很好的应用。
首先,在已有的包装材料中加入一定的纳米微粒可以增加包装材料的抗菌性从而产生杀菌功能。目前一些冰箱的生产技术中已经应用了这种技术生产出了一些抗菌性的冰箱。
其次,由于纳米材料的特殊性质,加入一定的纳米微粒还可以改变现有的包装材料的性能,从而进一步保证食品的安全。目前,部分学者已经成功的将纳米技术应用玉改进玻璃和陶瓷容器的性能,增加了其韧性。同时,由于纳米微粒对紫外线有吸收能力,因此在塑料包装材料中加入一些纳米微粒还可以防止塑料包装的老化,增加使用寿命。从而为食品生产提供了性能更加优越的包装容器。
第三,由于纳米材料的力磁电热的性质,使得纳米材料有着优越的敏感性。一些学者已经在研究将纳米材料的敏感性应用到防伪包装上面并取得了一定的成就。新的防伪包装的产生,无疑能够进一步加强普通食品和纳米食品的安全。
第四,经过研究发现纳米技术和纳米材料的一些性能能够很好的解决食品的保鲜问题。
经过研究发现传统的食品保鲜包转,在起到保鲜功能的同时还能够产生乙烯,而乙烯又反过来加剧了食品的腐蚀,因此可以说传统的食品保鲜包转并没有能够很好的起到保鲜功能。在纳米技术在研究过程中,发现纳米ag粉具有对乙烯进行催化其氧化的作用。所以只要在现有的保鲜包转材料中加入一些纳米ag粉,就可以加速传统保鲜包转材料产生的乙烯的氧化从而抑制乙烯的产生,进而产生更好的保鲜效果。
综上所述纳米技术虽然还有一些不足和缺陷,但是经过多年的研究和发展纳米技术已经取得了很大的进步和发展,并且已经开始应用于生产和生活领域。纳米技术和纳米材料以其特殊的性能不紧能够生产出性质更加优越的纳米食品同时通过改善包装材料还可以进一步提高食品的安全。
参考文献
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纳米材料行业研究范文第4篇
学贯中西 赤心报国促交流
朱教授作为海外留学杰出的归国人才，2003年回国以后，为了适应纳米多学科交叉研究、联合攻关和相应人才培养新需要，他利用自己与澳大利亚和美国材料领域尤其是纳米材料领域科学家有广泛的学术合作关系和学术联系，率先签署了“中国―澳大利亚功能纳米材料联合实验室合作协议”和“昆士兰大学学术合作协议”，创建了我国目前在功能纳米材料前沿领域唯一的中国-澳大利亚功能纳米材料联合实验室，打造了一个由院士、教授、副教授、博士后、博士及硕士生组成的研究团队（包括10余名中国科学院院士和澳大利亚联邦教授院士组成的实验室学术委员会），形成了一个有特色的、多学科交叉的纳米研究国际合作和研究生联合培养（尤其是联合授予博士学位）平台。联合实验室研究方向被集中在当前纳米材料界的热点问题：通过非平衡热力学过程来可控制备、加工、改性、组装纳米结构和器件。以超快过程新效应和纳米尺寸新效应为理论基础，以非平衡热力学过程为工具，将不同材料整合或改性成一个全新的纳米结构或器件，实现其全新功能。
朱教授先后联合澳洲和美国科学家申请合作研究项目10余项，联合培养研究生10余名，邀请澳洲、美国等国知名院士、教授、专家来华访问、讲学、交流、合作20多人次。共计实现了中澳、中美研究人员互访交流合作近100人次，合作申请专利6项，30余篇，相关合作成果被重点推选在2010上海世博会澳大利亚-中国科技周上展示。
联合实验室创建与正式成立引起近100家行业媒体关注与报道，标志着中澳双方合作进入一个新的历史阶段。联合实验室将联合中澳双方实验室技术力量，进一步发挥中澳双方实验室各自的优势和特长，开展纳米科学与技术在生物能源、信息技术、生态环境等领域中前沿战略性的研究与应用，推动和促进物理、化学、材料、生物医学等学科的交叉发展，为发展我国的纳米科学做出贡献。同时在促进亚太地区纳米研究的国际交流与合作上扮演重要角色。
兢兢业业科研方面结硕果
1986年，朱教授在中国科学院固体物理所开始纳米材料研究，是中国为数不多最早开展纳米研究的科学家和国际功能纳米材料领域青年学术带头人之一。亲历了纳米材料科学和技术研究三个发展阶段。在纳米材料设计、制备、改性及纳米结构稳定性方面有二十余年的研究经验。近十五年在澳大利亚国立大学、美国伊利诺大学香槟分校、阿贡国家实验室、杰弗逊国家实验室、Univ of Georgia的纳米科学与工程中心及厦门大学等单位，用多种非平衡方法制备出纳米粒子、纳米膜、纳米孔、多孔硅、纳米球壳有机无机复合结构、纳米线和纳米管及其宏观有序阵列等新型低维纳米结构（多种结构属首次发现），并对各种纳米结构稳定性进行了大量系统的电镜原位和非原位观察。发展了纳米结构亚稳性新理论。工作得到Nature编委重视和许多位国际知名同行专家高度评价。
他认为，纳米结构是一个非平衡的亚稳结构，具有很大不确定性，纳米实验是一个长期的、仍需不断实践的过程，纳米研究不能仅停留在其表面现象或被其表面现象所迷惑，而是要深入系统探究其物理本质。他首次指出现有数学工具和物理概念原理不再适用于非平衡、非线性、非对称有序纳米现象的描述，纳米学科研究本质是对传统学科的不断挑战和突破过程，纳米学科的建立必须是传统学科的一个质飞跃，这个突破飞跃不是依靠个人就能够完成的，需要经过长期甚至几代人学术理论、科研实践的长时间积累。为了能全面系统证明他提出的“纳尺寸（nanosize）”和“纳时间（nanotime）”新概念和建立相应的纳米稳定性新的理论体系，他目前手头已积累大量实验室数据和论文稿件，并没有为了一时的功利和荣誉，而急于发表。
教书育人 桃李满园争天下
回国后，朱教授利用自己双语和国外经历优势, 每学年为厦门大学开设并承担了四门研究生双语课程和一门本科生双语课程。他已先后指导博士后2名、博士生5名（毕业一名）、硕士生10余名（毕业6名）、本科生毕业论文20余名。并在教学方面实现以下改革：1）他提倡培养学生学习兴趣、主动性，强调要授予学生自己得到知识的方法，而不仅是知识的传教；2）他采用中英文相结合的方式讲解，授课形式不仅局限于讲解，而且穿插形式灵活多变的学生自己讲座、提问和讨论；3）他特别注意科研对教学的促进与融合，通过教学研究与自己最新科研成果转换，开发、凝练了内容新颖、方法灵活的开放式创新性本科和研究生实验教学和课程教学方式，自编课件, 把具基础性、研究性、前沿性及学科最新发展成果引入到教学中来。其中, 朱贤方负责的《大学物理实验》课程在2007年获得福建省省级精品课程称号，目前正在积极争取申请国家省级精品课程。
朱教授极推动和参与了厦门大学985工程建设论证申请、凝聚态物理省重点学科建设申请、校院十一五211工程建设论证申请、校纳米学科建设和其他学科建设工作。
另外，他以学术带头人身份申请和组建了厦门大学凝聚态物理国家重点学科、物理系工程硕士、福建省材料重点实验室、材料科学与工程系一级博士和硕士授权点、生物材料系博士和硕士授权点及电子工程系一级博士和硕士授权点、智能型生物医用材料团队及光电子与信息技术创新团队。
精勤不倦的他，而今仍奋战在教育第一线上……
纳米材料行业研究范文第5篇
关键词:纳米 材料 应用
一、纳米的发展历史
纳米（nm）是长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。
1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。
二、纳米技术在防腐中的应用
纳米涂料必须满足两个条件：一是有一相尺寸在1～100nm；二是因为纳米相的存在而使涂料的性能有明显提高或具有新功能。纳米涂料性能改善主要包括：第一、施工性能的改善。利用纳米粒子粒径对流变性的影响，如纳米sio2用于建筑涂料，可防止涂料的流挂；第二、耐候性的改善。利用纳米粒子对紫外线的吸收性，如利用纳米tio2、sio2可制得耐候性建筑外墙涂料、汽车面漆等；第三、力学性能的改善。利用纳米粒子与树脂之间强大的界面结合力，可提高涂层的强度、硬度、耐磨性、耐刮伤性等。纳米功能性涂料主要有抗菌涂料、界面涂料、隐身涂料、静电屏蔽涂料、隔热涂料、大气净化涂料、电绝缘涂料、磁性涂料等。
纳米技术的应用为涂料工业的发展开辟了一条新途径，目前用于涂料的纳米材料最多的是sio2、tio2、caco3、zno、fe2o3等。由于纳米粒子的比表面大、表面自由能高，粒子之间极易团聚，纳米粒子的这种特性决定了纳米涂料不可能象颜料、添料与基料通过简单的混配得到。同时纳米粒子种类很多，性能各异，不是每一种纳米粒子和每一粒径范围的纳米粒子制得的涂料都能达到所期望的性能和功能，需要经过大量的实验研究工作，才有可能得到真正的纳米涂料。
纳米涂料虽然无毒，但由于改性技术原因，性能并不理想，加上价格太贵，难以推广；而三聚磷酸铝也因价格原因未能大量应用。国外公司如美国的halox、sherwin－williams、mineralpigments、德国的hrubach、法国的sncz、英国的britishpetroleum、日本的帝国化工公司均推出了一系列无毒纳米防锈颜料，性能不错，甚至已可与铬酸盐相以前我国防锈颜料的开发整体水平落后于西方发达国家，仍然以红丹、铬酸盐、铁系颜料、磷酸锌等传统防锈颜料为主。红丹因其污染严重，对人体的伤害很大，目前已被许多国家相继淘汰和禁止使用；磷酸锌防锈颜料虽比。我国防锈涂料业也蓬勃发展，也可以生产纳米漆。
我国自主生产的产品目前已通过国家涂料质量监督检测中心、铁道部产品质量监督检验中心车辆检验站、机械科学院武汉材料保护研究所等国内多家权威机构的分析和检测，同时还经过加拿大国家涂料信息中心等国外权威机构的技术分析，结果表明其具有目前国内外同类产品无可比拟的防锈性能和环保优势，是防锈涂料领域划时代产品，复合铁钛粉及其防锈漆通过国家权威机构的鉴定后已在多个工业领域得到应用。
三、纳米材料在涂料中应用展前景预测 据估算，全球纳米技术的年产值已达到500亿美元。目前，发达国家政府和大的企业纷纷启动了发展纳米技术和纳米计划的研究计划。美国将纳米技术视为下一次工业革命的核心，2001年年初把纳米技术列为国家战略目标，在纳米科技基础研究方面的投资，从1997年的1亿多美元增加到2001年近5亿美元，准备像微电子技术那样在这一领域独占领先地位。日本也设立了纳米材料中心，把纳米技术列入新五年科技基本计划的研究开发重点，将以纳米技术为代表的新材料技术与生命科学、信息通信、环境保护等并列为四大重点发展领域。德国也把纳米材料列入21世纪科研的战略领
域，全国有19家机构专门建立了纳米技术研究网。在人类进入21世纪之际，纳米科学技术的发展，对社会的发展和生存环境改善及人体健康的保障都将做出更大的贡献。从某种意义上说，21世纪将是一个纳米世纪。
由于表面纳米技术运用面广、产业化周期短、附加值高，所形成的高新技术和高技术产品、以及对传统产业和产品的改造升级，产业化市场前景极好。
在纳米功能和结构材料方面，将充分利用纳米材料的异常光学特性、电学特性、磁学特性、力学特性、敏感特性、催化与化学特性等开发高技术新产品，以及对传统材料改性；将重点突破各类纳米功能和结构材料的产业化关键技术、检测技术和表征技术。多功能的纳米复合材料、高性能的纳米硬质合金等为化工、建材、轻工、冶金等行业的跨越式发展提供了广泛的机遇。各类纳米材料的产业化可能形成一批大型企业或企业集团，将对国民经济产生重要影响；纳米技术的应用逐渐渗透到涉及国计民生的各个领域，将产生新的经济增长点。
纳米技术在涂料行业的应用和发展，促使涂料更新换代，为涂料成为真正的绿色环保产品开创了突破性的新纪元。
纳米涂料已被认定为北京奥运村建筑工程的专用产品，展示出该涂料在建筑领域里的应用价值。它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。经测试，对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。耐洗性大于15000次，具有良好的保光保色性能，抗紫外线能力极强。使用寿命达15年以上。颗粒径细小，能深入墙体，与墙面的硅酸盐类物质配位反应，使其牢牢结合成一体，附着力强，不起皮，不剥落，抗老化。其纳米抗冻性功能涂料，除具备纳米型涂料各种优良性之外，可在10℃到25℃之内正常施工。突破了建筑涂料要求墙体湿度在10％以下的规定，使建筑行业施工缩短了工期，提高了功效，又创造出高质量。
四、结语
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
参考文献：
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