前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇纳米技术的了解范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
既然,这一项新兴技术让世界各国站在同一起跑线上,我们完全可以利用我国扎实的基础教育在中学阶段开发和实践纳米课程,争取能培养更多学生对于科学的兴趣,提高学生的科学素养,并为高校输送一些愿意在科学道路上继续埋头苦干的学子.
本文笔者主要想和大家一起讨论在高中阶段开展纳米课程的一点思考,选择高中生这个群体,是因为他们已经在初中阶段学过了物理、生物、化学的一些基础知识,这样对于接受纳米知识做好了一些科学准备.幸运的是,笔者所在的学校十分重视实验室的建设,装备了纳米实验室,也为笔者进一步开发课程资源提供了近水楼台的条件.
我们可以在高中阶段对学生开发哪些纳米课程资源呢?能在中学装备纳米实验室的学校不多,高校的课程对于高中生又太难,在实践中我们只能摸着石头过河,我们相信将来随着纳米技术的普及,会有更多的学校开设这样的课程,这里我们只能是抛砖引玉,提一些自己粗浅的想法.
1 了解纳米和纳米技术
1.1 让学生知道纳米究竟是什么东西?
纳米(nm)实际上是一种计量单位,从宏观的角度上看1米等于100万微米,而1微米等于1000纳米;从微观上看,纳米是描述原子、分子等尺寸及其距离,1纳米仅等于十亿分之一米,人的一根头发丝的直径相当于6万个纳米.纳米小得可爱,却威力无比,它可以对材料性质产生影响,并发生变化,使材料呈现出极强的活跃性.科学家们说,纳米这个“小东西”将给人类生活带来的震憾会比被视为迄今为止影响现代生活方式最为重要的计算机技术更深刻、更广泛、更持久.
1.2 让学生知道纳米技术应用广泛
在汽车行业,纳米技术的应用十分广阔.特别是纳米技术的集成,可以使这个传统产业产生新的亮点,拥有更清洁的能源、更好的安全性能,更强的马力等等.这些方面已经引起一些大公司的关注,预计在近期内可形成约10亿美元的市场.
在建材行业,纳米技术的全面应用,将使这个传统产业发生翻天覆地的一场革命,绿色家具、环保洁具、绿色装修、清洁能源等等,将彻底改变人类的生活.
在纺织行业,纳米技术的应用将给人类提供更加舒适的着装,提供更优良品质的功能纤维,甚至可以应用到国防技术上,从而引发纺织面料的又一次革命,提高我国纺织品的附加值和我国纺织业的整体实力水平,同时大大提高我国纤维产业在国际市场的竞争力,把我国从纺织大国变成真正的纺织强国.
在机械行业,纳米技术的应用,将解决该行业的一些难题,加速产品的升级换代,提升我国机械工业的水平,从而促进我国的加工制造业飞速发展,承担起世界加工厂的重任.
在改造传统工业部门的同时,纳米经济也在促进着新兴经济部门的不断发展和创新.下面让我们具体的来看一下纳米技术对新兴经济的作用.
在电子信息产业,纳米技术的应用将为电子信息产业的发展克服以强场效应、量子隧穿效应等为代表的物理限制,制造出基于量子效应的新型纳米器件和制备技术.这将是对信息产业和其它相关产业的一场深刻的革命.这些技术的突破将全面地改变人类的生存方式.正如美国《新技术周刊》指出,纳米技术在电子信息产业中的应用,将成为21世纪经济增长的一个主要发动机,其作用可使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌.
纳米技术将在生物医学、药学、人类健康等生命科学领域有重大应用.在纳米生物材料、微细加工、光学显示、生物信息和分子生物学等技术积累的基础上,发展生物芯片技术,形成新型生物分子识别的专家系统、临床疾病检测系统、药物筛选系统和生物工业活性监测系统等实用化技术,具有重要的社会与经济前景.
纳米技术在环保产业上的应用,将使处理“三废”的手段更有效率,使人类居住的环境得到很大程度的改善.我国为实现可持续发展战略,对新型纳米环境材料及技术也提出了新的迫切需求.
2 了解我们身边的纳米材料和纳米技术的应用
这样的例子举不胜举,完全可以让学生通过网络自己搜寻,然后再相互沟通和交流.
比如:日本的8 mm摄像机的生产,抗菌除臭冰箱、洗衣机、高性能彩打墨粉等,都是采用的纳米技术,如果在分散的纳米分子材料上经过特殊处理,再运用到纤维物体上,那么衣服就可以不粘油、不粘水,由于纳米分子非常非常小,它不会影响纤维物体的透气性和清洗效果.
又如:纳米技术用在医学上,专家们把磁性纳米复合高分子微粒用于细胞分离,或者把非常细小磁性纳米微粒,放入一种液体中,然后让病人喝下后,对人身体的病灶部位进行治疗,并且通过操纵,可使纳米微粒在人的身体病灶部位聚集进行有目标的治疗,在不破坏正常细胞的情况下,可以把癌细胞等分离出来,也可以制成靶向药物控释纳米微粒载体(俗称“生物导弹”),用于治疗脑栓塞等疾病,同时也可用纳米技术生产出纳米探针(微型机器人)深入体内治疗疾病或清理体内垃圾等.如果在火箭燃料中加入不到1%的纳米铝粉,就可将燃烧能力提高一倍,纳米技术如果应用在陶瓷上,可使陶瓷具有超塑性,大大增强了陶瓷的韧性,不怕摔,不怕碎,陶瓷坚固无比.另外,戴上涂有纳米涂料的眼镜,在寒冷的冬季,人们从室外进入室内,就能避免眼镜上蒙上一层水气.令科学家高兴的是,纳米钛与树脂化合后生成的多种全新涂料,具有多种同类产品无法相比的优越性,在海水中浸泡10年不损,并具有神奇的自我修复能力和自洁性,纳米钛还作为唯一对人植物神经、味觉没有任何影响的金属,其用途广泛.
3 利用扫描隧道显微镜TSTM看微观世界并制作简单的纳米材料
3.1 了解扫描隧道显微镜的原理,学会操作扫描隧道显微镜
扫描隧道显微镜Scanning Tunneling Microscope缩写为STM.它作为一种扫描探针显微术工具,扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子,它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率.此外,扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具.
STM使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中有着重大的意义和广泛的应用前景,被国际科学界公认为20世纪80年代世界十大科技成就之一.
扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料.就如同一根唱针扫过一张唱片,一根探针慢慢地通过要被分析的材料(针尖极为尖锐,仅仅由一个原子组成).一个小小的电荷被放置在探针上,一股电流从探针流出,通过整个材料,到底层表面.当探针通过单个的原子,流过探针的电流量便有所不同,这些变化被记录下来.电流在流过一个原子的时候有涨有落,如此便极其细致地探出它的轮廓.在许多的流通后,通过绘出电流量的波动,人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片.
操作扫描隧道显微镜是个精细活儿,学生需要在教师指导下分步骤反复训练才能逐渐熟练起来.制作一个良好的针尖是实验成功的关键,而针尖的材料是铂金,为了让这个价格昂贵的实验耗材以后少损失,教师特别需要指导学生在实验初学好此基本功,这就如同学武功的人一定要练好马步一样.同时,学生还需要学会操作软件,记录数据和图像,因此学生需要具备一定的操作电脑的能力.
3.2 学会制作纳米材料
比如Fe纳米材料的制备方法可以分为两种:
(1)物理制备方法
具体又包含气相法、惰性气体蒸发、原位加压制备法、磁控溅射法与等离子体法等.
(2)化学制备方法
具体又包含水热法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、微乳法等.
我们可以与学生用其中一两种方法尝试制作Fe纳米材料并[HJ1.73mm]研究其性质,这需要学生具备一定的物理、化学知识功底.
4 了解假纳米和纳米技术的风险
4.1 纳米打假
纳米技术并非高不可攀,但也决非人人都能“纳”一把,因此,我们要提前做好纳米技术的打假工作,为纳米技术的发展创造良好的空间.现在只要留心大城市的市场上,打着“纳米家用电器”、“纳米防辐射衣服”、“纳米防紫外线化妆品”、“纳米太阳伞”等新奇广告招牌随处可见,就如同“绿色食品”、“基因食品”、“数字电视”等一样,“前卫”商品堂而皇之地摆在商场的柜台上,纳米技术的用途相当广泛这点不错,但还没有到广泛地应用阶段,因此,一些企业借纳米造势,趁老百姓对纳米技术的内涵还不太清楚,或把一点点皮毛的加工谎称为纳米技术,甚至置纳米材料不会释放微波这一普通常识不顾,声称自己产品能释放保健微波来欺骗消费者.
学生既然在学校学习了相应的纳米知识,应该去更多地影响身边的人,帮助大家识别真假纳米,这其实也是学生学以致用的过程,在这过程中,学生会更多地查找资料,思考讨论,更进一步提高了科学研究的能力.
4.2 纳米技术的负面效应
北京大学化学与分子工程学院刘元方院士说,随着纳米科技的迅猛发展,各种性能优异的纳米材料已经从实验室走出来,成为触手可及的商品,但除了产品功能,这些新型材料对生态环境的影响远远没有被我们了解.
目前需要解决的问题是,原来没有毒性的化学物质到了纳米尺度后是否对环境安全带来新的风险.目前有关尺度、形貌对毒性的影响,纳米材料与其他物质相互作用,外界环境如温场、光场、pH值对暴露在环境中的纳米粒子可能带来的安全风险等方面的研究甚少,基本处于空白状态.因此,需要着手建立纳米尺度有毒化学物质的数据库,进一步明确划分纳米尺度有毒化学物质的范围,以利于重点防范这些物质在生产和应用过程中对环境安全造成的危害.
同时,在纳米改性升级产品中,对纳米材料存在引起环境安全风险的研究,也才刚刚引起人们的注意.其中最值得注意的是化工产品,如农药、化肥、杀虫剂,因为这些产品与农业关系密切.纳米材料改性后产品功能升级,提高了使用效率,但是无机纳米粒子和有机修饰的纳米粒子,以及纳米尺度的有机金属离子的络合物却直接暴露在空气、水和土壤中,它们给环境安全带来的潜在风险应引起高度重视.
[关键词] 纳米技术 体育 应用 思考
随着科学技术的发展,如何将纳米科技真正应用于体育运动,使运动训练更加科学化,使运动员的运动能力和运动技术水平得到更充分的发挥,运动成绩的提高更加有保证已经成为研究重点。
一、体育与纳米技术
1.利用纳米技术进行运动员的科学选材。由于纳米科技推动了微观生物学的发展进程,运用人类基因组计划和纳米技术,有助于我们对人类基因组中与运动成绩密切相关的基因加以认识和了解。有研究表明,人类基因组中有某些与人类运动能力密切相关的基因,其多态性的差异,有可能是造成人们运动能力和训练效果巨大个体差异的最终原因。该领域的研究,为人们进行有效的基因选材提供了理论基础,也为提高运动成绩提供事半功倍的方法。例如在运动员的选材方面,利用纳米加工技术进行DNA的分离和提取,可以快速有效地决定其基因序列,在分子水平上对其遗传、发育进行研究,实现更高层次的基因选材。
2.利用纳米科技揭示人体对各项运动能力的适应度和对各项运动能力的遗传度,找到运动训练在人体生长发育过程中的关键阶段(如青春期)的影响及作用机制。通过开发一种可以植入皮下微型生物芯片,模拟健康人体内的葡萄糖检测系统监测机体在运动过程中血糖水平,然后根据人体需要,适时释放糖等物质,维持机体在运动过程中的血糖水平,有效地提高机体的运动能力。
3.利用纳米技术进行体育运动与健康关系的研究。利用纳米微粒技术,可以灵敏地检测各种组织的特异性蛋白,探讨某些运动性疾病的发病机制,有效地对运动员进行医务监督,维护运动员的健康。通过纳米级敏感器可以监视运动训练导致的细胞内结构的形态与数目的变化,以及这些变化所反映各器官功能结构的功能状态。纳米科技在中国传统医学中的应用,使传统中医药对运动损伤与运动性疾病的预防和治疗具有更好的效果。
4.利用纳米技术防止运动性疲劳和加快其恢复过程。关于运动性疲劳发生的机制,目前虽然有许多假说,但确切的疲劳机制还有待于进一步研究。由于纳米科技在医学上的突破,将对运动疲劳机制尤其是在中枢神经系统方面及其靶器官和靶细胞的研究将更加深入,人们可以利用纳米生物芯片直接研究机体在运动过程中骨骼肌、心肌、肝脏和神经等组织的代谢过程,探讨中枢和外周运动性疲劳及其恢复的生物学机制,并且可以通过某些手段(如纳米药物)抑制导致运动性疲劳的基因表达或诱导加速恢复的基因表达。
5.利用纳米技术防止运动损伤与运动性疾病的临床诊断与治疗。纳米医学材料的研制,对于人造器官、人造肌肉、骨骼、关节皮肤等成为永久性的非排斥性。用纳米机械潜入人体的血管和器官,对人体进行检查和治疗,并且可以进入毛细血管以及器官的细胞内,对损伤的细胞进行治疗和处理,甚至可以从细胞基因组中除掉“有害”的DNA,或把正常的DNA安装到细胞基因组中。
6.利用纳米技术对运动员进行机能评定。在人们全面了解运动引起机体产生适应性变化的基因调节机制后,人们可以通过基因工程技术和纳米技术对运动员的疲劳状态、运动训练的适应性及其免疫功能等进行基因诊断。这种诊断一般是在基因的转录水平上进行评定,可以较早地发现运动员在运动工程中的机能变化,具有较好的应用价值。
7.利用纳米技术了解控制运动营养水平,使运动员的营养代谢趋于更加合理和平衡。通过纳米级敏感器使运动员的营养代谢处于一个精细、准确、严密的监控中。运动员所需的营养素完全按照运动项目特点和个人的生理特点进行补充和调配,使运动员的营养变得合理化、科学化。
8.利用纳米技术对体育运动进行精确客观的定量分析。利用纳米技术对运动时人体的骨骼、肌肉、血液组织以及心血管系统、呼吸系统、消化系统等各器官系统对运动训练的适应性进行客观的精确的定量分析,不仅使运动训练更具有科学性,也大大地提高运动员训练的成材率。
二、纳米技术在竞技体育中的作用
1.纳米相材料技术。这是一种通过控制结构纳米颗粒的大小而制造出强度、颜色和可塑性都能满足人们需要的相材料,这种纳米相材料除微观结构与普通材料完全不同外,在宏观上也表现出许多奇妙特征,如纳米相铜强度比普通铜高5倍,纳米陶瓷摔不碎等。这种纳米相材料技术已应用在体育器械、场地和服装的改进方面。就拿撑杆跳运动员使用的撑杆来讲,撑杆跳高最早使用的撑竿是竹竿,1942年美国运动员达姆首次在国际比赛中使用了轻合金撑竿而创下了4.77米世界记录。可以想象应用纳米相技术,将会生产出具有“个性化”(根据撑竿跳项目的特点和竞赛规则的要求及运动员自身的生理和技能特征的)撑竿,使该项目的世界记录再有突破。
2.纳米复合改进技术。少量纳米材料可以综合改善传统材料的性能。例如美国把AL2O3纳米颗粒加入到橡胶中提高了橡胶的耐磨性和介电特性。
3.纳米器件技术。利用纳米器件技术生产的分子自组织结构可用于电子记忆、数据接收、存储器和传递等,这种器件运用于体育训练将大大增加训练的效率和成绩。
三、纳米技术应用于竞技体育所引起的思考
综上所述,随着科学技术的发展,纳米技术在体育运动中的应用显得日益重要,同时,也会引起一些体育道德和伦理道德问题。同时我们要思考的是:器材的高科技化是否会削弱运动员在竞技体育中的主体地位,从而变相剥夺运动员的竞赛权利?若运动成绩的提高在较大程度上依赖于器械和服装的高科技化,这是否会带来一些新的不公平?器材作弊是否会成为兴奋剂的另一种表现形式?这些是我们必须考虑的。可以通过修改某些项目的器械的设计规则,加强一些项目的器械、服装的申报和检测程序,国际奥委会和各国际单项体育联合会要针对纳米技术等高科技的新成就加强新的检测手段,来杜绝运用器械作弊;通过对运动员、教练员、裁判员和科技工作者等进行个体道德教育,以保证竞技体育更好地弘扬奥林匹克精神。
参考文献:
[1]芸世纪之交的我国运动形态学研究.中国运动医学,2000,19(4):340~341
关键词:纳米技术;机械工程;微型
机械工程在人们的生产与生活中承担着非常重要的作用,人们在这一方面进行了一次又一次的探索与研究,目的就是进行不断地革命,然后不断地突破现阶段面临的问题。长期以来人们在加工手法,设备等等方面进行了改革,从中取得了不晓得成就,但是人们探索一直没有停止,纳米技术就是现阶段人们的又一大突破。纳米技术改变了传统的机械加工,出现了微型机械技术,在很多的研究机构在不断地把这一方面选入课题,进一步的进行研究探索。下面这篇文章就是在很多方面的运用,以及一些方面的问题展开了讨论,能够很好地促进大家走进纳米机械领域,对于以后行业发展而言非常的重要。
1.微型纳米轴承
轴承是机械工程中必不可少的配件,在通常的轴承体积比较大,功能不是很好,一般会借助剂,寿命也不是很长。纳米技术走进了轴承领域,纳米由于密度比较高,自身的摩擦力非常的小,体积非常的小,安装起来不占空间。在使用寿命方面非常的长,能够借助于任何的剂,对于轴承领域来说是一次非常了不起的革命。纳米轴承在很多的地方已经开始使用,收到了良好的效果,普及需要一定的时间,需要人们的认识与认可,但是大的趋势是不会变得,在不久的将来一定会普及开来。
2.纳米技术马达
纳米技术马达,无论在体积和性能上都比传统马达更为优越。纳米技术马达只有传统电磁马达体积的二十分之一,能够承载大概四千克的重量,而且纳米技术马达的使用寿命也延长到了100万次,但是纳米技术马达的总长度却只有一根火柴杆的长度,同时纳米技术马达改变了传统电磁马达在材料上的限制,将铜、铁、磁等材料用纳米材料进行代替,纳米技术马达在使用噪音上几乎为零,体积小,重量较轻,在制造费用上也远远低于传统电磁马达,目前市场上对于纳米技术马达应用还不是很广泛,主要是针对一些电动玩具和汽车的车窗进行应用。
3.纳米材料刀具
纳米材料刀具是最近几年被研发的,更多地研究根据物理学的原理,通过力学进行设计,能够更好地运用力学,正是因为设计的合理,以及材料方面的因素其使用寿命远远高于其他的刀具。刀具在人们的传统观念里使用寿命非常的低,对于整个发展史来说有着跨时代的意义,未来的刀具在不断地更加的精密多样化。
4.纳米耐磨符合图层的运用
纳米材料是以多分子的形式存在,在纳米材料颗粒中还具备了范德华力、库仑力等,并且部分颗粒中存在与化学键结合的情况,所以让陶瓷颗粒团聚的机率增大,在颗粒越小的情况下,团聚就会更紧实,通常在这种状况下,纳米材料所具备的优点将会被限制,只有部分发挥作用。一般会处理方法有两种,分别是机械能施压和化学作用,这两种方法还是不能够直接的做到颗粒的分离,因为颗粒比较小直接的采用化学的方法很难进行彻底的分离,针对于这一情况人们通过研究表明进行一定的机械力可以进一步的帮助分离,像是碰撞,离心等等方式,这样更好地进行分离,打破原有的组织结构。
5.纳米磁性液体在旋转轴中的应用
5.1纳米磁性液体在旋转轴中应用的材料以及多元化
纳米技术在旋转轴方面的应用主要是通过改变原材料的基础性能,让原材料通过特殊形式进行分解,增强其性能。随着纳米技术的出现,更多新型材料开始出现,磁性液体在旋转轴密封方面不仅增强了其密封性,与此同时改变了控制特性,正是处于这样的状态人们通过技术对于相关的元素进行组合,组合的过程可以根据需求进行有针对性的组合,这样能够满足后续的需求,以便达到预期的目的。多元化材料在今天的使用过程中的地位非常的重要,开发的力度在不断地加强,大量的资金注入这方面的研究与开发,目的就是更好地替代相关的材料,以及发挥更好地功能以及质量效果。
5.2纳米磁性液体在旋转轴中应用的摩擦性能
传统机械制造中,尤其是大型机械在连接处都是由轴承连接的,在经过高速长期的高负荷运转,在接触的部位必然出现磨损等状态,这样导致了寿命大大的降低,一旦更换部件就会增加成本的投入,纳米技术的引入,生产出来的工件都是颗粒比较细密,接触的部位非常的细腻,不用就可以使用,其使用寿命得到了很大的提升,大大的节约了投入的成本,以及后续的维护与保养。
6.专业性人才匮乏
纳米技术是一个新兴产业,专业性人才稀缺,之前没有相关的人员从事,大学专业毕业生非常的少,高精尖人就更不用说了。很多的企业对于少之又少的人才进行高薪挖墙脚,但是人才的数量非常的有限,面对于企业不道德竞争总会跳槽,那么就导致企业人员不稳定,很难开发新的产品,以及保密措施。这样的问题是所有企业面临的难题。一些企业已经开始行动起来了,在相关的高校以及有资质的的机构聘请专业的讲师,对于企业的相关人员进行培训,培训的过程中更多地针对于企业的发展状况。对于培训的员工进行定期的考核,针对于成绩优异的筛选出来,进行进一步的培训,作为企业的骨干力量,为了留住人才,企业一定要做好相关的工作,培训之前签好相关的培训协议,一旦离职提供相应的赔偿,对于长期接受培训合格的人员进行相应的奖励。经常组织一些比武活动,这样能够更加激化大家对于相关知识的自学,与此同时,针对于相关技术成熟的企业组织交流研讨会,这样能够更好地了解一些先进的知识,对于企业的长期发展非常的重要。人才是未来发展的一个总要的环节,怎样做好这个环节是我们需要考虑的,储备人才就是为了明天能够在行业内能够占有一席之地,现阶段的投入在不久的将来会收到回报。
小结
高科技在慢慢的接下神秘的面纱,慢慢的走入我们的生活服务与我们每个人,科技的发展其实就是为了不断改变生活,然后融入到我们的生活当中。纳米技术就是非常具有代表性的一个领域,之前人们感觉离自己很远,慢慢的人们对其感觉不再神秘,慢慢的运用到生活当中,现阶段还处于一个发展的阶段,在很多方面遇到了问题,问题的提升还有很长的路要走,只要我们一步一个脚印走下去,问题也将一个个的迎刃而解。上文介绍的很多的方面我们已经看到了,在未来的发展必然会取得很好的发展前景,坚定不移的向前发展,在不久的将来一定会去的更好地发展。
参考文献:
据韩国媒体报道,所含抗癌成分是现在玉米10倍的紫色玉米在韩国开发成功。
花青素是黑莓等草莓类中含量很高的色素,它通过抗氧化作用可以减缓癌细胞的成长。江原大学李海翊教授表示:“这次开发的玉米在包裹着玉米粒的叶子部分,每100 g就含有17 g左右的花青素,从整体上呈现紫色。色素含量是原来开发的玉米的10倍以上。”
前一段时间,英国一个研究所开发出了花青素含量很高的紫色西红柿。李海翊教授表示:“当时开发的西红柿是以人为的方式将其他植物的基因植入的基因改造作物,但这次开发的玉米是以传统培育方法取得的成果,因此在这一点上两者还是有区别的。”
日本农业逐渐告别农药化肥
面对农产品农药污染带来的负面代价,1992午后,管理农政的日本农林水产省,就决意从降低农药、化肥的使用量开始,告别此前的环境破坏型农业。
日本的农业和环保专家们以及农政部门给环保生态型农业界定了几项标准:不用或少用化学肥料、不用或少用农药、施用有机物、稻田冬季灌水养生、不翻地或少翻地栽培、使用土壤改良材料、装附防虫防草罩网、创设绿色保护带、轮作、妥善处理田间废弃物等。对于被认定为符合以上主要标准的农户,地方自治体将会提供可观的农业改良基金贷款和大幅度免除农业机械的税金。
为从技术上援助农户走向环保生态型农业时代,从2001年起,日本中央农业研究中心先后推出了1204件新型技术情报,涉及病虫害防治、土壤肥料、除草等农业环境保护的全部领域,以供农户选用。
此外,日本农户也想了很多办法。妙高市小出农场的主人小出英敏,用适温的热水取代化学消毒液给稻种消毒,用纸质多纤维丝膜和除草机代替了化学除草剂等。而种植蔬菜的山口善治则介绍称,用辣椒粉拌烈酒再稀释喷洒蔬菜的除虫效果毫不逊色于农药。
纳米技术将广泛运用于农业
据英国《星期日泰晤士报》近日报道,英国环境大臣希拉里・本声称,纳米技术可以延长包装食品的保存期限,提升谷物的产量,因此有助于满足世界对粮食的需求,而有人则担心食品工业的纳米技术对人的健康和环境产生影响。
纳米技术是一项在微观领域进行的工程技术,有可能用于设计通过杀死细菌或阻止氧气穿透来阻止食物和饮料的塑料包装被污染;也可能被用来保存食物营养;农民也能利用该技术确保肥料在正确的时间缓慢释放;还可以用来探测害虫或污染物。
纳米技术正在逐渐被视为食品领域的转基因技术的“接班人”。虽然纳米技术仍处在初级阶段,但已经开始走向实用化,包括可以阻止二氧化碳从瓶中泄漏,用纳米粒子制造的瓶子;用微小的银粒子制成的储物罐,它具有抗菌特性,可以杀死其间出现的任何细菌等。
在美国,也有人正在测试研发用于追踪农业动物的“纳米传感器”,以便在流行疾病危害整个动物群之前探测到疾病。
然而,这项技术仍然很有争议,环保主义者认为其对人体健康的影响目前还处于未知状态,纳米技术食物需要在英国获得授权。
而英国皇家环境污染委员会最近得出结论说,没有证据表明纳米技术危害人类健康,但英国政府仍在持续资助相关研究,以解答纳米技术对环境或健康有何影响的问题。
固原马铃薯登陆德国市场
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征,引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后,世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质,使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来,它在化工生产领域也得到了一定的应用,并显示出它的独特魅力。
1.在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用,它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料的巨大浪费,使经济效益难以提高,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂,可大大提高反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10~15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂,特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路的微型电池,用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下,电子与空穴分离,分别迁移到粒子表面的不同位置,与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
光催化反应涉及到许多反应类型,如醇与烃的氧化,无机离子氧化还原,有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成,固氮反应,水净化处理,水煤气变换等,其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2,既有较高的光催化活性,又能耐酸碱,对光稳定,无毒,便宜易得,是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道,选用硅胶为基质,制得了催化活性较高的TiO/SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒,对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂,可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究,是未来催化科学不可忽视的重要研究课题,很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
2.在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性,具有一般材料难以获得的优异性能,显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇,使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术,添加纳米材料,可获得纳米复合体系涂层,实现功能的飞跃,使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性;功能涂层是赋予基体所不具备的性能,从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等;功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层,导电、绝缘、半导体特性的电学涂层,氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料,可进一步提高其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特性,达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料,可以达到减少光的透射和热传递效果,产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料,所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子,在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性,因而能起到静电屏蔽作用,而且氧化物纳米微粒的颜色不同,这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色,克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变,还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中,将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中,能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果,从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景,将为涂层技术带来一场新的技术革命,也将推动复合材料的研究开发与应用。
3.在其它精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域,产品数量繁多,用途广泛,并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到普通橡胶中,可以提高橡胶的耐磨性和介电特性,而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料,可以提高塑料的强度和韧性,而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2,作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中,使其密封性和粘合性都大为提高。此外,纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2,可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的;而加入A12O3,不仅不影响玻璃的透明度,而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能,而且质地细腻,无毒无臭,添加在化妆品中,可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2,能够强烈吸收太阳光中的紫外线,产生很强的光化学活性,可以用光催化降解工业废水中的有机污染物,具有除净度高,无二次污染,适用性广泛等优点,在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域,除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外,还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染,并能对这些制剂进行过滤,从而消除污染。版权所有
4.在医药方面的应用
21世纪的健康科学,将以出入意料的速度向前发展,人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗,已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体,可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;使用纳米技术的新型诊断仪器,只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病,美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物,称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物,注射到人体血管中,通过磁场导航输送到病变部位,然后释放药物。纳米粒子的尺寸小,可以在血管中自由流动,因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道,我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒,然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用,通过纳米技术处理后的银表面急剧增大,表面结构发生变化,杀菌能力提高200倍左右,对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。
微粒和纳粒作为给药系统,其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。
纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程,从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5~20nm的聚合物后,可以固定大量蛋白质特别是酶,从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合,研究分子生物器件,利用纳米传感器,可以获取细胞内的生物信息,从而了解机体状态,深化人们对生理及病理的解释。