幾種新型納米功能材料的應用
科學論壇
作者：杜凱 郝賽 梁言菲
[摘 要]納米功能材料由於其基本組成單位尺度小，具有體積效應、表麵效應、量子尺寸等多個特性，科研工作者根據這些特性在化工、醫藥、隱身材料方麵取得了重要進展。
[關鍵詞]納米功能材料 體積效應 碳納米管 磁損耗
中圖分類號：TQ323.6 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）34-0346-01
一、納米功能材料的定義
納米材料是指在三維空間中至少有一維處於納米尺度範圍（1～100nm）或由它們作為基本單元構成的材料。正是由於基本組成單位尺度小，納米材料具有很多其他普通尺度的材料所不具備的效應，具體包括體積效應、表麵效應、介電限域、量子尺寸、量子隧道等，其中最值得注意的是體積效應和介電限域。體積效應是指納米粒子足夠小時，納米材料的催化性、熱阻、內壓、光吸收性都發生了很大變化，應用這個特性製成的納米吸波塗料具有質量輕、厚度薄、吸波頻帶寬等優點。而介電效應是指納米材料處於一定的介質包圍之中時，由於不同材料對光的折射率不同，納米表麵及其附近的場強增大，這種效應廣泛應用於多相反應中光催化材料。正是這些獨特的效應使得納米材料在傳統材料、電子設備、醫療器材、機械製造、軍工等領域有著巨大的應用前景。
二、納米功能材料在隱身物質研究領域的應用
目前研究較深的納米材料主要是在信息儲存、生物標記、攝影技術等領域有廣泛應用前景的金屬納米粒子研究，以及可應用在在催化劑、抗菌劑、潤滑添加劑等領域的cu納米材料。
目前已經實際應用的隱身材料主要包括電損耗型和磁損耗型，主要原理都是將電信號或磁信號轉變為熱能或相關能量形式，以降低物體的反射信號強度從而實現隱身。納米隱身材料工作原理大多屬於磁損耗型，微觀機理是隨著材料微觀尺度減小，表麵原子數相對越來越多使得材料活性增強，微觀粒子加速運動的過程中將磁能轉變為熱能，減少信號反射[1]。
目前隱身材料發展方向主要是
（一）寬頻化：所謂寬頻化是指拓寬納米隱身材料所能吸收雷達探測信號的波段更長。隨著隱身技術的不斷進步，軍事領域開始使用多重頻率雷達協同探測的方法進行對抗，特別是米波段和毫米波段雷達的發展對軍用飛行器隱身技術提出了極大考驗。目前隻能吸收少數幾種波段的隱身材料已經不能滿足現實要求，研究製備寬頻帶隱身的納米稀薄隱身材料至關重要[2]。
（二）輕薄化：通過改造現有納米隱身材料的微觀結構，在降低材料密度的同時提高隱身性能已經成為隱身材料研究的重點課題。具體方法是將一些特定鐵磁性材料與納米材料混合以調節電磁參數達到最優效果。
三、在醫學領域應用
癌症作為當今年人類健康的一個巨大挑戰，難以根治的主要原因在於癌細胞與正常細胞混雜難以選擇性的消除，而納米粒子包裹的智能藥物可以主動探測癌細胞並進行定點消除，特別是磁性納米材料作為藥物載體時[3]，利用人體特殊的磁場使得藥物在特定區域聚集並發揮作用，極大降低了使用藥物的風險，此外還可以利用部分納米材料的生物降解特性減少藥物副作用，以及利用接種了抗原或抗體的納米載體進行探測。
隨著人類操縱納米材料能力的提高，納米機器人得到了長足發展。以搭建納米機器人所用基礎材料的尺度來劃分，目前納米機器人主要包括兩類：一類是在分子尺度上通過操縱原子或分子構建機械甚至有特定功能的機器人以達到吞噬病變細胞的目的；另一類是以矽晶片存儲器為代表的生物係統和機械係統的有機結合體，通過影響或改變人體正常生理代謝進程達到治愈疾病的目的。