纳米技术出现的影响篇1
[关键词]高新技术；技术革命；经济社会变革
一、21世纪高新技术发展大趋势
在2l世纪影响技术发展趋势的基本因素主要是：第一，技术自身自主的发展，这是最重要的因素；第
二，科学发展状态对技术发展的巨大影响，科学发展的最新成就必然影响技术的发展方向和速度；第三，
社会和经济发展的需求将技术发展的速度、方向和规模产生巨大影响。
根据以上影响21世纪技术发展趋势的基本因素，我们大体上可以推断高新技术发展的三大领域的大趋势。第一，以计算机为中心的信息技术革命将延续到2l世纪初期。全球“信息高速公路”浪潮的兴起将成为“世纪工程”。它将成为全球的神经中枢，使人类居住的地球就如同一个具有高度智慧的“大脑”。之所以出现这样的趋势，这是因为，其一，预计未来20年，半导体芯片集成度每18个月翻一番，价格减半的被称之为“摩尔定律”的发展趋势还会继续。而与之并行的处理技术难度使计算能力每两年提高一个数量级，预计到2005年计算能力将达到每秒千万亿次级。过去十年间，光纤的传输速率几乎每年翻一番，近两年达到每半年翻一番。其二，信息产业已成为经济增长的主要推动力。1995——1998年，信息技术及相关产业对美国国内生产总值增长的贡献率占l／3以上。据统计，1998年，全球电子产品市场规模为1．13万亿美元，2000年达到1．3万亿美元。其三，互联网和电子商务高速增长。全球互联网‘用户从1996年不足4000万户增长到目前的2．6亿户，预计到2005年将超过10亿户。目前全球电子商务市场贸易总额已达1500亿美元，预计到2003年将达到1．3万亿美元。未来10年，全世界国际贸易可能将会有1/3通过电子商务实现。
第二，生物学世纪正处在创新浪潮中，生物技术将得到有史以来从未有过的大发展。生物学发展最引人注目的是，它不仅在了解生命，还在改造生命，定向进化成为生物技术的新热点。在自然条件下需要几年甚至几十年才能实现的事情，现在可以在几周甚至几天内实现。一系列大型计划如《国际地圈及生物圈计划》、《人类基因组作图与预测计划》、《人类前沿科学计划》、《脑的10年》、《生物多样性利用与保护研究》等的实现，特使生物技术崛起。现在生物技术研究成果不断涌现，应用速度加快。人类面临的一系列重大问题如人口膨胀、环境污染、粮食匮乏、疾病威胁等都紧迫地需要发展生物技术以求解决。围绕着生物技术的发展，环境保护技术、农业技术、生物——心理——社会技术等也将得到充分的发展，以致形成新的高新技术产业群。
第三，以纳米科技为前沿和核心的新材料科技正在引发新的产业革命。纳米科技应用非常广泛。即将到来的微型化和分子电子装置浪潮——纳米技术，正在化学、物理学、生物学和电子工程学的交叉领域形成。这次浪潮的出现，将引发一场比20世纪末达到鼎盛的微电子装置更加引人注目的大规模行业变革。随着纳米科技的新发展，分子计算机、光子计算机、生物计算机、量子计算机在不久的将来就会出现。人们估计“后pc时代”正在到来。这是计算机技术发展的第三次浪潮的核心，它把计算机技术运用到各种日常和器具之中，同时使得它具有联网功能和高度智能化，这一趋势将从根本上改变现在个人计算机为中心的地位，扭转计算机性能的总体格局。尽管在相当程度上纳米技术仍然存在很多末探知领域，但科学家从已经获得的知识推断，纳米技术将对材料与加工、电子学等计算机技术、医药与生物工程技术、环境与能源、国防科技等领域产生重大影响。纳米科技之所以将在2l世纪产生如此重大深远广泛的影响，与纳米材料本身在高科技中的地位密不可分。
2l世纪里，信息、生物和新材料代表了高新技术发展方向。在信息产业如火如荼的今天，新材料领域有一项技术引起了世界各国政府和科技界的高度关注，这就是纳米技术。有人预言，处于2l世纪高技术前沿和核心地位的纳米技术所引起的世界性技术革命和产业革命对社会经济、政治、国防等所产生的冲击，将比以往的技术革命时代带来的影响更为巨大。纳米技术将会掀起新一轮的技术浪潮，领导下一场工业革命。人类将进入一个新的时代——纳米技术时代。
二、应重视高新技术的发展对发展社会变革影响的研究
2l世纪是一个科技革命给经济社会发展带来伟大变革的时代，世界性技术革命和产业革命对社会经济、政治、国防等所产生的冲击，将比以往的技术革命时代带来的影响更为巨大。信息、生物、纳米技术等高新技术的发展将会掀起新一轮的技术浪潮，领导丁一场工业革命。有鉴于此，研究高新技术对经济社会变革的巨大影响这一课题的意义就是要说明，技术革命的作用不能再用传统的、等同于资金和劳动力等经济活动的外在因素来解释，科学技术在促进经济和社会发展的活动中是一种内生因素，是一种特殊资源，是推动人类社会进步的最高意义上的革命力量。新技术革命带来的技术领域的变革，其直接后果是生产力和生产效率的大幅度提高。然而，生产力的发展必然引起生产关系的变化。也就是说，新技术革命的影响不只是简单的量的影响，而是会对生产过程中人与人的关系产生质的影响；它不仅会引起经济的巨大变革，而且会引起社会的重大变革，这是一个客观规律。也是研究高新技术发展对经济社会变革产生巨大影响这一重大课题的一个最基本的视角。
马克思主义关于社会发展远景的思想及其实际体现，已经证明了人们有可能科学预见每一社会发展阶段的最近结果，以及较远的后果。根据马克思主义关于原则上可能认识未来的思想，研究高新技术发展对经济社会变革的影响的方法论基础是：社会实际是客观实际，认识实际的一般哲学方法，即辩证唯物主义和历史唯物主义c这也是研究科学技术与经济社会的关系的方法论根据。随着现代科学技术的发展出现的具有方法论意义的新学科是研究高新技术发展对经济社会变革的影响的一般科学方法。这主要包括系统论、信息论和控制论。此外，研究高新技术发展对经济社会变革的影响这一课题的方法还应包括经济学的研究方法和未来学研究未来本身的方法等。
研究高新技术发展对经济社会变革的影响这一课题的主要途径应该是，一切从实际出发，深入国内外科研院所、高等院校、高新技术企业调查研究了解高新技术研究和应用的实际情况；广泛搜集国内外有关高新技术研究发展方面的各种资料，在占有丰富资料的基础上研究它对经济社会变革正在发生和将要发生的影响；召开有科学家、企业家、经济学家、人文社会科学家参加的学术研讨会，建立自然科学家与人文社会科学家之间的对话机制，共同探讨科技进步和人类社会发展的未来，使自然科学和经济学、未来学、人文社会科学交叉互补，充分发挥学科综合优势，博采众长、优势互补，以取得各学科综合研究成果。
研究高新技术发展对经济社会变革的影响目的就是要在跨人新的21世纪之时，面对世界经济和科技前所未有的大发展，面对前所未有的激烈国际竞争，警醒国人，我们也面临着一次大的机遇和姚战，呼唤国人的科技意识，逆水行舟，不进则退，抓住机遇，开拓进取，赢得主动，发展壮大，是中华民族必须肩负的历史责任。抓住高新技术革命的机遇，思考应变的政策的战略，及时作出新世纪的正确战略决策，迎头赶上，奋起直追，以新的技术革命来促进整个经济社会的全面进步，实现中华民族的伟大复兴。
从宏观经济全局来观察，高新技术革命的影响主要体现在产业结构的变化上。由于新技术革命的冲击，一些原有的产业会逐步消亡，一些新的产业会迅速成长起来，更多的产业在新技术革命的影响之下，则会重新改组或改造，这既包括技术的改造，也包括组织与管理方式的改造。
从技术变革到经济变革,新技术革命，预示了一种全新的经济运行模式。它以新技术革命的丰硕成果为技术基础，以科技创新作为发展动力，以全球一体化的高度的生产社会化和国际化为宏观背景，以“后pc”时代的信息技术系统提供支持和科学决策为指导，它的发展必将为人类带来更高水平的物质文明和精神文明。
新技术革命不仅会引起人类经济社会发展的变革，而且经济变革会进一步引起人类社会的深刻变革。经济关系的变革对于全社会来说，是带有根本性的、全面的变革。作为人类社会一切活动的基础，经济形态的变革必然通过各种渠道、各种方式影响到社会的各个方面、各个角落，从而导致整个社会生活的全面变革，从而形成新的社会格局。在2l世纪科技新时代里，社会的变革还会将更为全面和更加深刻。
高科技时代带来的社会变革，首先将发生在法律领域，立法和法制建设就显得非常重要；其次，它对人们的道德观念将提出新的挑战，人类需要新的思维方式和新的思想观念。第三，随着高新技术的应用和普及，人们的工作方式、生活方式、休闲方式等都将发生巨大变化。最后，由新科技引发的技术革命对传统的教育也会引起巨大的冲击。在以上各方面的社会变革中，人们的思想观念的变革是最根本的变革。事实上，正是在2l世纪新的技术革命带来的这场大变革中，人类将不断地重新认识自己，重新认识自己与大自然与社会的相互关系。而这个认识的过程正是人类及其社会走向新的文明水平必须迈上的台阶。
纳米技术出现的影响篇2
关键词：纳米材料；功能整理；天然纤维
中图分类号：TS195.6文献标志码：A
TechnologicalModelforApplyingNanomaterialsinNaturalFiberModification
Abstract：Thispaperexpoundedbothadvantagesanddisadvantagesoffourmethodsforusingnanomaterialsinfibermodification，includingtheblendedspinningmethod，finishingmethod，thegraftingmodificationandthein-situformationmethod.Undertheconditionofremaintheadvantagesofnaturalfiber，theauthorputforwardtwowaysoffunctionalfinishingbyusingnanomaterilas，namely，introducingdiscontinuousnanomaterialsonthesurfaceoffiberandembeddingnanomaterialsinsidethefiber，andtheeffectivenessofthesemethodswasverifiedbytestingsamples.
Keywords：nanomaterials；functionalfinishing；naturalfiber
自上世纪合成纤维问世以来，合成纤维产业的日新月异发展带动了纤维业向高技术产品的纵深延伸，也推进了现代人们的消费方式，作为单一天然纤维的应用历史也告终结。从产业角度来看，天然纤维为了自身产业的生存，不断进行着技术革新与改良，但天然纤维作为自然产生物，其产品的性能及功能的发展远达不到合成纤维的技术发展速度。
而从上世纪末至近几年，合成纤维已完成了仿真到超真的技术转变，合成纤维超细化加工技术的实现进一步促进了合成纤维制品的多样化和功能化，这对天然纤维产业所形成的发展压力也是空前的。
但技术发展并不是单向性的，当合成纤维借助于功能材料技术的发展而壮大时，作为合成纤维制品实现了诸如抗紫外、抗菌等功能时，天然纤维也同样获得了现代材料技术发展这一平台的支持，产品功能上也有效地获得了技术突破，这一发展，有效地弥补了天然纤维单一的缺陷，也使天然纤维成功地走向了功能化之路。
近年来，产品消费的细分化现象日益显著，各类纺织纤维在服装产品的亲肌肤性、友好性、美观性、功能性等方面表现出了不同的特点和优势，从而也使各种纺织纤维在产品开发方面表现出了不同的特长，这在客观上促进了纺织产业走向细分化、多样化，也促使纺织技术产品的相互交叉或多重风格。
而在纺织产品的功能化实现中，纳米材料的应用对于推进纺织品的功能化起到了十分重要的作用，但这一作用更多地体现在化学纤维的应用方面，在天然纤维领域，纳米技术产品相对较少，所以也影响了天然纤维多样化的实现。
纳米技术及纳米材料已经成为21世纪世界各国争相研究的重点，在纺织工业中，为功能纺织品的开发和纺织品应用领域的拓展提供了广阔的思路和可行性。
1纳米技术在纺织产品中的应用
目前，利用纳米材料对纺织材料进行改性通常有4种技术方法。
1.1共混纺丝法
共混纺丝法可以用来制备合成纤维和再生纤维，即将功能纳米材料与纺丝切片或纺丝液混合，通过熔融纺丝、湿法纺丝或干法纺丝等纺丝技术制备纳米材料改性纤维。采用共混纺丝法制备的纳米材料改性纤维具有性能稳定，纳米材料与纤维结合牢度高，稳定性好，耐久性好等特点。采用共混纺丝法需要纳米材料具备一定的性能，如采用熔融纺丝时，要求纳米材料具有较好的耐高温性能，并且粒径足够小；采用湿法纺丝或干法纺丝时，要求纳米材料和溶剂或凝固剂无相互作用，并能在纺丝液中保持足够的稳定性。
1.2后整理法
对于一些天然纤维或者已经以纤维或纺织品形式而存在的纺织材料而言，则无法通过共混纺丝法来实现纳米材料对其的改性，因此后整理法可以解决这个问题。后整理法即是采用浸渍、浸轧、涂层或喷涂等方法将纳米材料附加到纤维上，并使之固着在纺织材料上的一种方法。后整理法通常有以下几种情况：（1）将纺织材料浸渍到纳米材料分散液中，通过纳米材料高的表面能使之吸附在纺织材料表面；（2）将纳米材料分散在一定溶剂中，通过喷涂方式将纳米材料一次或多次沉积在纺织材料表面；（3）将含有纳米材料的整理剂在一定的粘合剂（如反应性树脂）存在下涂覆到织物表面，形成一种功能性的涂层。
后整理法制备纳米材料改性纺织品具有工艺简单、可操作性强等优势。但加工过程中纳米材料易团聚，纳米材料与纤维结合牢度低；或者处理过程中通常含有一些有毒的溶剂或粘合剂，给纺织品带来一些污染；再者一些粘合剂或涂层会改变纤维本身所具有的一些优异的性能，如棉纤维柔软、吸湿、透气等特性，真丝纤维爽滑、和人体良好的亲和力等，使之手感变差，穿着舒适性大大降低。
1.3接枝改性法
由于后整理法中纳米材料与纺织纤维间缺少相应的作用力，或者粘合剂和涂层的引入会影响织物的性能。因此，通过某种途径赋予纳米材料表面一定的官能团，再与纤维表面官能团直接或间接反应，将纳米材料接枝到纺织材料表面，以提高其牢度且不影响材料本身。也可制备各种微胶囊，将纳米材料置于微胶囊中，然后将微胶囊接枝到纤维材料上。但纳米材料本身改性及微胶囊技术难度高，目前没有得到广泛应用。
1.4原位生成法
以上方法都是将纳米材料机械式的添加到纤维上，在加工中工艺复杂，或者效果较差，并且由于纳米材料本身的团聚效应，使纳米材料不能在纤维表面获得很好的分布。对于天然纤维而言，纳米材料只能简单地添加在纤维表面，更加导致了其耐久性差。原位生成技术能够同时在纤维的表面和内部生成纳米材料，在纤维上分布均匀。并且纳米材料的制备和对纺织材料的整理同时进行，避免了纳米材料在整理过程中团聚的问题。而且原位生成技术也使纳米材料与纤维天然结合牢度高，因此，正越来越受到广大纳米材料和材料改性研究者的重视。
2纳米材料在天然纤维改性中的应用
通过长期对化纤类制品的消费认知，人们发现了天然纤维，在综合性的因素（如舒适性、保健性等）方面，都具有不可替代性，尤其作为内衣面料，天然纤维（特别是真丝和棉纤维）制品具有更大的优越性能，这种通过反复实践所获得的消费认知所形成的对产品的“忠城”将在相当长的时期内存在，这也将提醒研究者，在对天然纤维产品功能化研究中，必须充分尊重天然纤维这一特点。
天然纤维作为天然生成物，功能材料的导入方式，将影响天然纤维本身的自然优势。为了保护天然纤维与人体的友好性，在功能化改性中，可以采用以下两种方式。
2.1纤维表面非连续介质导入法
非连续介质导入，是指在纤维表面离散分布功能材料的细小微粒，不影响天然纤维本身与人体的接触，这一思考依据，对于真丝制品尤其重要，众所周知，真丝的蛋白质结构与人体蛋白质特征有无可比拟的相似性，所以，任何其他功能材料在真丝表面的连续覆盖都将使真丝制品的友好性和亲和性能受到影响。
2.2纤维内部填埋法
纤维内部填埋，依据来自天然纤维（蚕丝、棉、麻等）本身的结构具有原纤特征，这种原纤特征决定了天然纤维内部具有众多的微孔和微隙，给功能材料的导入提供客观便利，这种导入方式，也对天然纤维功能的长效性有很大的益处，但这一导入手段对技术的要求相对较高。从现有的技术来看，纤维内部组装技术是一种有效的方法，而前述的原位生成技术，也属于这一范畴，这种原位生成技术的特点在于：在功能材料组装前，功能材料本身以离子或分子形式游离进入天然纤维内部，再通过特定的反应环境，使进入纤维内部的离子或分子反应生成具有特定结构的固体材料，从而使功能材料支撑在纤维内部，实现在保护天然纤维本身优势性能的同时，实现其功能的长效性。
从本质上来看，功能纳米材料是最符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的功能元素，也符合纤维表面非连续介质导入法和纤维内部填埋法的技术要素，由于不同纳米材料所表现的功能性各不相同，可以根据开发的功能，选择不同的纳米材料，但这里所言的纳米技术本身，不仅仅是纳米材料，更重要的是制备纳米材料的工艺过程，只有这样，才能实现从常规整理技术到纳米组装技术的突破。
3实施案例分析
为了能更好地说明问题，笔者选择自己的部分研究结果进行对比分析。
3.1形态比较
从图1和图2比较，图2采用了原位生成纳米银技术，有效实现了在真丝纤维表面的离散的非连续纳米银分布，纳米银颗粒细小，不影响真丝材料原有的表面特征。
3.2吸附量比较
表1为普通纳米银助剂整理和采用同样浓度制备工艺原位生成技术（组装技术）两种不同方法处理的真丝织物中的纳米银含量，可以看出，随着银浓度的提高，整理到织物上的纳米银含量增加。比较同一浓度下两种方法整理的真丝织物中的银含量，采用原位生成整理的真丝织物银含量明显高于常规浸渍法整理的真丝织物。说明浸渍法整理真丝织物时，纳米银难于均匀地吸附到真丝织物的内部，主要集中在纤维表面。而原位生成、自组装技术整理时，银离子能够均匀渗透到真丝纤维内部的各个部位，再将其还原，自组装生成纳米银，所以其银含量要高于浸渍法整理的真丝织物。
3.3耐洗牢度比较
为了比较两种方法整理的真丝织物上的纳米银的牢度，选取两个具有相近银含量的样品进行耐洗牢度测试，在经过不同次洗涤后测试样中的银含量，以此评价其耐洗牢度。表2中列出了分别经过10、20和30次洗涤后的样品中的银含量，由表中数据可见，浸渍法整理的真丝织物在经过10次洗涤后，银含量从125.94mg/kg下降到81.63mg/kg，下降了35.2%，在经过30次洗涤后，银含量下降到56.48mg/kg，相比未洗涤的样品下降了55.2%。而通过原位生成法整理的真丝织物洗涤30后，银含量从116.48mg/kg下降到101.29mg/kg，仅下降了13.0%。证明了原位生成法处理后，因纳米银分布于纤维内部，并支撑在纤维微孔和间隙中，所以纳米银和真丝纤维的结合牢度远高于普通浸渍整理法，具有很好的耐洗牢度。
以上结果表明，原位生成法整理真丝纤维或制品不仅可以获得较高的银含量，提高纳米材料的利用率，同时还能获得很好的耐洗牢度。
3.4抗菌性能分析
笔者选择低含量原位生成技术制备的纳米银真丝面料，进行抗菌耐冼性分析，表3显示，真丝面料经30次洗涤还具有优异的抗菌性能，能有效满足日常生活中的抗菌要求，也有效节约了生产成本。
4结语
纳米技术出现的影响篇3
[关键词]制造业；增长方式；发展战略；思路
一、转变制造业增长方式的紧迫性
目前，我国制造业已有较好基础，并已成为世界制造大国，工业增加值居世界第四位，约为美国的1/4、日本的1／2，与德国接近。产量居世界第—的有80多种产品。然而，我国制造的多是高消耗、低附加值产品，大量产品处于技术链和价值链的低端。在代表制造业发展方向和技术水平的装备制造业，我国的落后状况尤其明显，大多数装备生产企业没有核心技术和自主知识产权。同时，我国制造业劳动生产率水平偏低，许多部门的劳动生产率仅及美国、日本和德国的1／10，甚至低于马来西亚和印度尼西亚。这一差距，尤其明显地表现在资本密集型和知识密集型产业上。在此条件—卜，我国制造业不能继续在技术链低端延伸，不能依靠高消耗获得更多低附加值产品，必须用科学发展观指导制造业运行，转变制造业增长方式。
二、转变制造业增长方式必须发展现代制造技术
产品技术链，没有一个固化的定式，但总是由低端向高端发展。近年，它正伴随着现代制造技术的进步不断向高端延伸。目前，制造业技术链高端几乎被现代技术垄断，处于技术链高端的产品几乎都是由现代技术制造出来的。所以，要转变我国制造业增长方式，必须抓紧发展现代制造技术，通过现代技术促使制造业及其产品向技术链高端延伸，以便降低技术链低端产品的比重，相应提高技术链高端产品的比重。
在知识经济时代到来之际，微电子技术、光电子技术、生物技术、高分子化学工程技术、新型材料技术、原子能利用技术、航空航天技术和海洋开发工程技术等高新技术迅猛发展。以计算机广泛应用为基础的自动化技术和信息技术，与高新技术及传统制造方法结合起来，便产生了现代制造技术。
现代制造技术，保留和继承了传统制造技术的产品创新要求，如增加现有产品的功能，扩大现行产品的效用：增多现有产品的品种、款式和规格：缩小原产品的体积，减轻原产品的重量：简化产品结构，使产品零部件标准化、系列化、通用化：提高现有产品的功效，使之节能省耗等。但是，现代制造技术，在制造范畴的内涵与外延、制造工艺、制造系统和制造模式等方面，与传统制造技术均有重人差别。
在现代制造技术视野中，制造不是单纯把原料加工为成品的生产过程，它包括产品从构思设计到最终退出市场的整个生命周期，涉及产品的构思、构思方案筛选、确定产品概念、效益分析、设计制造和鉴定样品、市场试销、正式投产，以及产品的售前和售后服务等环节。
在现代制造技术视野中，制造不是单纯使用机械加工方法的生产过程，它除了机械加工方法外，还运用光电子加工方法、电子束加工方法、离子束加I：方法、硅微加工方法、电化学加工方法等，往往形成光、机、电一体化的工艺流程和加工系统。
三、发展现代制造技术的重点方向
现代制造技术正在朝着自动化、智能化、柔性化、集成化、精密化、微型化、清洁化、艺术化、个性化、高效化方向发展。为了转变制造业增长方式，促使制造业向技术链高端延伸，我国宜着重发展以下现代制造技术。
(一)以纳米技术为基础的微型系统制造技术
“纳米”是英文nan。meter的译名，是一种度量单位，是十亿分之一米，约相当于45个原子串起来那么长。纳米技术，表现为在纳米尺度(0．1nm到100nm之间)内研究物质的相互作用和运动规律，以及把它应用于实际的技术。其基本含义是在纳米尺寸范围认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新的物质。纳米技术以混沌物理、量子力学、介观物理、分子生物学等现代科学为理论基础，以计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术等现代技术为操作手段，是现代科学与现代技术相结合的产物。
纳米技术主要包括：纳米材料学(nanomaterials)、纳米动力学(nanodynamics)、纳内米电子学(nanoclectronics)、纳米生物学(nanobi010gy)和纳米药物学(nan。pharmics)。就制造技术角度来说，它主要含有纳米设计技术、纳米加工技术、纳米装配技术、纳米测量技术、纳米材料技术、纳米机械技术等。以纳米技术为基础，在纳米尺度上把机械技术与电子技术有机融合起来，便产生了微型系统制造技术。
自从硅微型压力传感器，作为第一个微型系统制造产品问世以来，相继研制成功微型齿轮、微型齿轮泵、微型气动涡轮及联接件、硅微型静电电机、微型加速度计等一系列这方面的产品。美国航空航天局运用微型系统制造技术，推出的一款微型卫星，其体积只相当于一枚25美分的硬币。
微型系统制造技术，对制造业的发展产生了巨大影响，已在航天航空、国防安全、医疗、生物等领域崭露头角，并在不断扩大应用范围。
(二)以电子束和离子束等加工为特色的超精密加工技术
超精密加工技术，一般表现为被加工对象的尺寸和形位精度达到零点几微米，表面粗糙度优于百分之几微米的加工技术。
这项技术包括超精密切削、超精密磨削、研磨和抛光、超精密微细加工等内容，主要用于超精密光学零件、超精密异形零件、超精密偶件和微机电产品等加工。
电广束、离子束、激光束等加工技术，通常出现在超精密微细加上领域，用来制造为集成电路配套的微小型传感器、执行器等新兴微机电产品，以及硅光刻技术和其他微细加工技术的生产设备、检测设备等。20世纪80年代以来，超精密加工技术，在超精密加工机床等设备、超精密加工刀具与加工工艺、超精密加工测量和控制，以及超精密加工所需要的恒温、隔热、洁净之类环境控制等方面，取得了一系列突破性进展。超精密加工技术投资大、风险高，但增值额和回报率也高得惊人。近来，发达国家把它作为提升国力的尖端技术竞相发展，前景非常好。
(三)以节约资源和保护环境为前提的省耗绿色制造技术
纳米技术出现的影响篇4
关键词污水厂；纳米颗粒物；去除与控制
中图分类号X5文献标识码A文章编号1674-6708（2013）90-0156-02
目前，世界上已经有接近500个公司生产与纳米粒子相关的消费品，新增品种数量可达1000种每年，纳米技术的应用遍布全球20多个发达国家。截至目前，关于纳米粒子的毒性与危害的研究与报道已有很多，涉及到的纳米粒子包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛粒子、碳纳米管、二纳米氧化硅粒子以及纳米银粒子等等。纳米粒子经胃肠道、皮肤、呼吸道、静脉注射等方式进入生物体后，可被血液循环携带至身体各个器官，并在不同器官中沉积。随着纳米技术研究的逐步深入，人们逐渐开始认识到纳米粒子对人类的健康存在难以预见的危害。因此，分析污水厂中纳米粒子的存在特性以及控制方法具有显著的工程意义。
1水环境中纳米粒子的来源和迁移规律
自然水环境中纳米粒子的来源极为多样与广泛，总体上可分为两类，分别为自然形成和人工合成。自然形成的颗粒亦非常多样，最典型的莫过于C60（富勒烯）和碳纳米管。在燃烧过程中如果存在硫的情况，就可能产生这些纳米粒子。在高温条件（300℃～500℃）下分解藻类物质也可以得到纳米粒子。此外，无机纳米粒子广泛存在于地质系统和土壤中，例如海盐和烟尘。纳米颗粒的最终归宿有以下几类：纳米颗粒在水中被溶解，转变成离子；自身发生团聚，形成粒径更大的团聚体，失去纳米粒子的特性，最终在其自身重力的作用下发生沉降；附着在其他固体颗粒表面，然后聚沉；经过水生微生物的吸附或吸收进入生物体。
2水环境纳米颗粒稳定性的影响因素
自然水环境中纳米颗粒的转化和迁移与很多因素有联系，可分为自身因素和外界因素两类。自身因素包括纳米颗粒的比表面积、尺寸和表面特性等。总的来说，纳米颗粒表面会携带羟基官能团，可能与水分发生水合作用。在不同的酸碱性条件下，颗粒表面的羟基官能团会分别通过去质子化和质子化作用而相应带上负电荷和正电荷。
天然有机物对纳米颗粒在自然水环境中迁移规律的影响非常大，纳米颗粒巨大的比表面积导致其必然的热力学不稳定性，纳米粒子之间的团聚现象难以避免。为了制备分散性更高、尺寸更小的纳米微粒，人们通常利用表面活性剂来阻止纳米粒子的团聚。天然有机物通常能够充当表面活性剂的角色，通过与纳米粒子发生吸附或其他物理化学作用，使纳米粒子的表面特性发生变化，增强稳定性。这一现象已被许多实验证实。
3污水处理厂对纳米颗粒物的去除与控制
污水处理厂是城市水循环的必经途径，由于人类生活和工业生产带入水体的纳米颗粒势必经过城市污水处理厂。因此，污水厂中纳米粒子特性及其去除的研究具有重要意义。美国学者Westerhoff等对亚利桑那州中部至南部的十多家污水厂进水和出进行了系统的检测，着重分析了纳米二氧化钛的浓度，他研究发现污水厂进水中二氧化铁浓度在181μg/L～1233μg/L之间波动。而以传统的活性污泥法二级处理工艺对纳米二氧化钛的去除率高达98.3%，使得污水厂出水中纳米二氧化铁浓度小于25μg/L。
生物降解是现代污水处理技术的核心，换句话说，利用微生物的新陈代谢作用达到去除污染物的目的。悬浮微生物可以通过吸附的实现多种类别的纳米粒子的去除。一些研究表明，活性污泥法对二氧化钛纳米颗粒的去除效能最高，微生物吸附和聚沉是核心的去除机理。对于生物膜相关工艺，纳米粒子则可能吸附在滤料的生物膜上，其中微生物释放的胞外聚合物会促进纳米粒子在生物膜上的吸附。Raesh等研究了活性污泥工艺对纳米铜颗粒和铜离子的去除效能，认为当COD在20mg/L～40mg/L、离子强度在12.7mmol/L左右、溶解性有机物在15mg/L～30mg/L之间时，纳米铜颗粒的去除机理是以纳米铜颗粒凝聚为主，而生物吸附作用没有表现出明显的作用。Liang等人研究发现尽管纳米银颗粒不能影响活性污泥中微生物的生长，但它仍会抑制硝化作用，并将持续>1个月的时间。最大抑制率可达45.6%，导致出水中的氨氮浓度明显增加。然而，活性污泥对不同的纳米颗粒的吸附能力明显不一样，当总悬浮固体接近387mg/L时污泥对纳米银颗粒的吸附能力最大，并伴随着团聚和聚沉现象，去除效能接近96.7%。
4结论
自然水环境中纳米微粒的存在和危害及其去除研究已受到学术界的极大关注。如何消除或至少减轻纳米粒子对水环境质量以及污水处理系统的影响已经成为当前水处理技术领域的一个研究热点。核心的研究内容如下：
1）纳米微粒在自然水环境的迁移转化规律研究及其稳定地影响因素分析；
2）纳米颗粒的化学混凝去除研究、生物吸附和生物混凝去除研究；
3）基于膜技术的纳米粒子去除及机理研究。
参考文献
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纳米技术出现的影响篇5
关键词：纳米CaCO3；水泥基材料；强度；微观结构
中图分类号：TU528文献标识码：A
纳米技术是在20世纪末逐渐发展起来的前沿交叉性的新兴学科.如今，该技术已经渗透到诸多领域，建筑材料领域就是其中之一.通过对传统建筑材料的改性表明该技术具有很大的应用潜力和前景[1-3].纳米颗粒因其尺度在纳米范围，从而具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应[4]，具有传统材料所不具备的一些新特性.
纳米CaCO3是目前最大宗也是最廉价的纳米材料之一，其价格约只有纳米SiO2的十分之一[5].目前国内外学者对纳米SiO2在水泥基材料中的应用有较多研究，而对纳米CaCO3的研究相对较少.王冲等[6]研究了纳米颗粒在水泥基材料中应用的可行性.黄政宇等[7]研究了纳米CaCO3对超高性能混凝土的性能影响，研究表明掺入纳米CaCO3能促进水化反应，使超高性能混凝土的流动性下降，能提高超高性能混凝土的抗压强度及抗折强度.Sato等[8]采用传导量热法发现，纳米CaCO3的掺入可以显著加快早期的水化反应，且掺量越多加快效果越明显.Detwiler和Tennis[9]发现，在水泥水化过程中，石灰石粉颗粒会成为成核的场所，增加了水化产物C-S-H凝胶沉淀在石灰石粉颗粒上的概率，加快了水泥石中C3S的水化.本文通过超声波分散方式将纳米CaCO3掺入水泥基材料中，研究其对水泥基材料性能和结构的影响，并进一步通过XRD和SEM分析纳米CaCO3对水泥基材料的影响作用机理，以期为纳米CaCO3在水泥基材料的工程应用提供理论基础.
1原材料与方法
1.1原材料
水泥为P?O42.5R普通硅酸盐水泥，由重庆天助水泥有限公司生产，化学成分见表1；细集料为岳阳产中砂，细度模数为2.48；高效减水剂为重庆三圣特种建材股份有限公司生产的聚羧酸系高效减水剂，固含量为33%；纳米CaCO3由北京博宇高科新材料技术有限公司生产，表现为亲水性，部分技术指标列于表2，扫描电镜图见图1，X射线衍射结果见图2.
1.2试验方法
1.2.1纳米CaCO3分散方式
根据前期试验验证，超声波分散方式对纳米CaCO3有更好的分散效果.制备水泥砂浆试件时，将减水剂和纳米CaCO3加入水中，超声波分散10min，再手工搅拌2min，以待测试.
1.2.2表观密度
水泥浆体表观密度试验采用水泥净浆，水胶比为0.29，减水剂掺量为胶凝材料质量的0.15%，纳米CaCO3掺量分别为胶凝材料质量的0.5%，1.5%，2.5%.试验所采用容器为1L的广口瓶，采用水泥净浆搅拌机制样，放在振动台上振捣密实.
1.2.3流动性测试及成型
流动度试验按照GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行；力学性能试验按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行.将水泥和砂在搅拌机中搅拌90s，再将分散有纳米CaCO3和减水剂的溶液倒入干料中搅拌90s.采用40mm×40mm×160mm三联钢模成型，1d后脱模，在温度为（20±2）℃的饱和石灰水中养护至相应龄期.水泥砂浆试件的配合比见表3，其中纳米CaCO3和聚羧酸减水剂以胶凝材料的质量百分比掺入.
1.2.4微观测试试验
XRD分析测试采用日本Rigaku公司D/MAX2500PC型X射线衍射仪.测试条件：Cu靶，管压40kV，电流100mA，扫描步长0.02°，扫描速度4°/min，扫描范围5°～70°.样品采用与表3相同胶凝材料组成与水胶比的水泥净浆，养护至规定龄期破碎取样，放入无水乙醇中浸泡3d以终止水化，置于50℃干燥箱中干燥24h，取出样品用研钵研磨过0.08mm方孔筛，将过筛的粉末样品置于干燥器中以待测试.
扫描电镜测试采用捷克TESCAN公司生产的TescanVEGAⅡLMU型扫描电子显微镜（Scanningelectronmicroscope，SEM），测试样品取自强度测试破坏后的砂浆试块，放入无水乙醇中浸泡3d终止水化，装入50℃干燥箱中干燥24h，将样品真空镀金，在20kV高压钨灯下分析其微观形貌.
2结果与分析
2.1纳米CaCO3对水泥基材料表观密度的影响
对新拌的水泥净浆浆体进行表观密度测试，试验结果如图3所示.
结果表明，随着纳米CaCO3掺量的提高，水泥浆体的表观密度随之增大.掺量从0%增加到2.5%时，表观密度由1.98g/cm3提高到2.10g/cm3.表明纳米CaCO3可填充水泥浆体中熟料颗粒之间空隙，使浆体的结构更加密实.
2.2纳米CaCO3对水泥基材料流动性的影响
按表3拌制水泥砂浆测试流动度，结果如图4所示.随着纳米CaCO3掺量的增大，砂浆的流动度逐渐减小.这是因为纳米CaCO3比表面积大，其颗粒表面吸附更多的水导致需水量增大[10]，纳米CaCO3同其它超细粉料一样可以填充熟料颗粒之间的空隙，将熟料颗粒之间的填充水置换出来，起到减水作用，但纳米CaCO3颗粒比表面积过大，其增加需水量的作用远远大于减水作用，宏观表现为水泥砂浆的流动度减小.
2.3纳米CaCO3对水泥基材料力学性能的影响
按表3拌制水泥砂浆，分别测试3d和28d的抗压和抗折强度，结果如图5和图6所示.
由图可知，纳米CaCO3提高了水泥砂浆的3d及28d强度.1.5%的纳米CaCO3掺量效果最好，其3d的抗压和抗折强度较基准组分别提高20.6%和17.7%，28d的抗压和抗折强度较基准组分别提高22.9%和11.1%.然而掺量增加到2.5%时，砂浆强度相较于1.5%掺量明显下降.由试验结果可知纳米CaCO3的掺量不宜过多，存在一个最佳掺量[11-12]，在本研究中这个最佳掺量为1.5%.
纳米CaCO3可以提高水泥基材料早期强度有以下几方面原因：纳米CaCO3可以起到超细微集料的作用，填充熟料颗粒周围的空隙，使结构变得更加密实从而提高强度，这与图3结果一致；纳米CaCO3可以明显降低Ca（OH）2在界面处的密集分布和定向排列，有助于改善界面的综合性能[13]；纳米CaCO3可促进C3A与石膏反应生成钙矾石，钙矾石与纳米CaCO3反应生成碳铝酸钙也是早期强度提高的原因之一[13].而文献[14]也指出，纳米颗粒掺量过多容易产生团聚，并包裹水泥颗粒，因而阻碍水化反应，使得强度下降.纳米CaCO3掺量过多所造成的团聚也会影响纳米CaCO3在水泥基材料中的分散，使新拌水泥砂浆产生过多的微小气泡，增加硬化后的水泥浆体有害孔的数量，导致强度下降.
2.4纳米CaCO3对水泥基材料性能与结构的影响
机理
2.4.1XRD分析
按表3配合比制备水泥净浆，其3d和28d的XRD图谱见图7和图8.由图7可知，在3d龄期内，纳米CaCO3并没有改变水泥的水化产物组成.2组试样的水化产物基本相同，均含有Ca（OH）2，钙矾石（AFt）相，未水化的硅酸三钙（C3S）和硅酸二钙（C2S），以及掺入的和因碳化而生成的CaCO3.分析2组试样的C3S和C2S的特征衍射峰（2θ=32.3°）可以发现，对照组中C3S和C2S的特征衍射峰比基准组中低；而对照组中钙矾石的特征衍射峰（2θ=23.1°）比基准组中高；对照组中Ca（OH）2的特征峰（2θ=34.2°）略比基准组强，说明前者Ca（OH）2含量略高于后者，这是由纳米CaCO3加速硅酸三钙的水化所致，使其水化产生更多的Ca（OH）2.上述分析说明纳米CaCO3可以促进水泥的早期水化.
由图8可见，在28d龄期内水泥的水化产物中出现了水化碳铝酸钙（C3A?CaCO3?11H2O），这与李固华等[12]的试验结果类似，即表明纳米CaCO3参与了水泥的水化反应，与水及铝酸三钙反应生成了水化碳铝酸钙.对比2个样品的C3S，C2S的特征衍射峰发现，对照组中C3S，C2S的特征衍射峰要比基准组中低；而对照组中Ca（OH）2的特征峰略比基准组低，根据前人的研究[15]，这是由于Ca（OH）2和CaCO3作用生成了碱式碳酸钙，这种碱式碳酸钙可以增强界面区的粘结.纳米CaCO3的这种效应使得水化产物Ca（OH）2在更大程度上被消耗，因此其衍射峰强度低于基准组.上述分析表明在3d到28d的龄期内，纳米CaCO3仍促进水泥的水化，产生新的水化产物相并从宏观上导致水泥基材料强度提高，内部界面区增强粘结能力更好，XRD图谱从微观方面解释了28d掺入纳米CaCO3其力学性能优于基准组的原因.
2.4.2SEM分析
按表3成型的水泥砂浆试样的3d和28dSEM图片见图9和图10.图9显示了4组试样水化3d的微观形貌结构.分析发现：试样（a）已有一定程度的水化，发现有针状的AFt晶体和水化硅酸钙凝胶，但整体结构不太密实，存在较多的空隙，在过渡区处水泥石与集料的结合不太紧密.掺入纳米CaCO3后对于界面过渡区来说有明显的改善，水泥石更加密实.试样（b）和（c）已有明显的水化，水化产物水化硅酸钙凝胶增多，形成网络状和絮凝状的凝胶填充未水化颗粒之间的空隙，使整体结构更加致密[16].由图可知，随着掺量的提高，当纳米CaCO3掺量为胶凝材料质量的1.5%（试样c）时，其对界面的改善效果最好，水泥石结构也更加致密，在界面过渡区几乎看不到水泥石与集料之间的间隙，说明连接很紧密，与上述力学性能试验结果相符.但未明显发现有Ca（OH）2晶体，这可能是因为Ca（OH）2晶体被大量的水化硅酸钙凝胶所覆盖.随着掺量的继续提高，从试样（d）中可看出，水泥石的孔隙变多，结构变得不密实.在界面过渡区处水泥石与集料之间存在间隙并发现了针状钙矾石晶体和六方片状的Ca（OH）2晶体，水化产物水化硅酸钙凝胶也随之减少.这是由于纳米CaCO3掺量过多，分散不均匀形成团聚引起的.水泥石结构的致密程度以及水泥石和集料的界面过渡区的结合紧密程度都会影响水泥基材料的强度，上述分析从微观角度解释了水泥基材料力学性能变化的原因.
图10显示了4种试样水化28d后的微观形貌结构.分析发现：随着水化的进行，在28d龄期内各组试样中的水化产物都较3d增多，水泥石结构也更加致密，水泥石与集料的在界面过渡区处的结合也更加紧密.但在试样（a）和试样（d）中集料与水泥石的界面过渡区处的结合仍不是很紧密，且存在一定的缝隙，水泥石自身结构也存在一定的空隙，不是十分致密，而在试样（b）和试样（c）中则发现集料与水泥石的界面过渡区处的结合更为紧密，水泥石中存在大量的凝胶状的水化产物，结构密实.尤其在试样（c）中，界面过渡区处找不到连接的间隙，水泥石中都是凝胶状水化产物几乎没有孔隙，这些水化产物并不独立分散，而是呈现整体化结构.上述现象说明适宜掺量的纳米CaCO3可以促进水泥基材料早期的水化，使水泥熟料颗粒水化产生更多的水化硅酸钙凝胶[17].同时，纳米CaCO3可以增加水化硅酸钙凝胶在界面处的含量，可以改善Ca（OH）2晶体的定向排列性能，使得界面位置的水化结构由平面排列向空间结构过渡，所以适宜的掺量可以改善界面的综合性能[13].
3结论
1）纳米CaCO3的掺入增加了水泥浆体的表观密度，降低了水泥基材料的流动度，掺入适量的纳米CaCO3有助于水泥砂浆3d和28d龄期强度的提高，但掺量不宜过大.
2）掺入适量的纳米CaCO3可以促进水泥水化反应的进行，增加水化产物的生成量.在3d的龄期内，纳米CaCO3并没有改变水泥的水化产物组成；在28d的龄期内，在水泥的水化产物中发现了新的水化产物――水化碳铝酸钙.掺入适量的纳米CaCO3还可以改善水泥基材料的界面结构和水泥石的结构，使集料与基体结合的更加紧密，水泥石更加密实.
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纳米技术出现的影响篇6
纳米材料与器件近年来发展迅速。一方面，材料性能日益多功能化，集成力、电、磁、热、光等多场复合效应；另一方面，材料的微观结构也变得复杂而富有层次，对其宏观性能产生深刻影响。例如，在热电材料中，界面、缺陷和量子局域效应被广泛用于提升热电优值；在钙钛矿太阳能电池中，极性电畴壁被认为给电子和空穴提供分离的高速输运通道；而在高密度磁阻存储器件中，纳米结构对磁电耦合和输运至关重要。从诸多热点领域所选取的这三个典型实例表明，发展多场复合效应的新型功能材料与器件是当今纳米科技的重要趋势，而显著的尺寸、界面和量子效应也给材料与器件的宏观性能带来深刻影响，需要在纳米尺度综合调控和定量测量。
当前，对材料微观结构的表征和宏观性能的测量已较为成熟：在显微结构上，能在原子尺度精确确定材料物相和成分；在宏观性能上，表征电、光、磁、力、热响应及其耦合也加深了人们对多场物性的理解。这些成熟的单项技术表明，在单分子及纳米层面调控并测量材料电、光、磁、力、热及其耦合响应时机已经到来，也是推动先进功能材料与器件发展的大势所趋。然而由于表征技术的限制，人们对纳米尺度多场物性的关注还不多，相关调控和测量仍处于襁褓之中。
为揭示光电、热电、磁电材料和器件的微观结构、局域响应和宏观性能的关联，分析铁电极化对光电转换的调控，界面和缺陷对热电输运的影响以及微纳结构和磁电耦合的相互作用，中国科学院深圳先进技术研究院牵头，联合华南师范大学、清华大学以及南京大学，共同承担了国家重点研发计划“纳米科技”重点专项-纳米尺度多场物性与输运性质测量及调控。该项目旨在发展基于多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，在纳米尺度综合定量测量调控材料电学、光学、磁学、力学和热学多场物理及输运性质，为研究先进功能材料与器件中的关键科学问题提供强有力工具。
项目的主要研究内容分为以下四个方面：（1）发展纳米尺度多场激励调控与测量技术：通过微纳加工研发制备多功能扫描探针，结合原子力显微镜环境下宏观复合加载系统，以及宏观微观协同的跨尺度测试分析和模拟，实现纳米尺度多场物理及输运性质的综合测量与调控，为深入研究光电转换、热电输运、以及磁电耦合性能提供强有力的工具和方法。（2）研究极化调控光电转换：制备一系列材料与器件，在单分子层面，运用扫描探针定量测量极性分子在多场激励下的光电子激发、复合及输运，揭示电极化调控有机无机钙钛矿光电转换及光控开关的微观机理和失效过程，阐明微纳结构、极性和缺陷对新型太阳能电池性能的影响和调控，进而提出光电器件设计调控新方法。（3）研究纳米尺度热电输运：在微纳尺度，运用扫描探针定量测量热电材料在跨尺度多场载荷下的局域响应，揭示界面、缺陷和复合结构对热电输运的影响及其失效过程，探索磁场光场对自旋塞贝克效应的调制以及声子、光子和载流子的相互作用，阐明微纳结构和缺陷对高性能热电材料输运性质的影响，进而提出热电材料设计调控新方法。（4）多场调控磁电器件：针对磁、电、光、热、力对多铁性磁电序参量的调控及电输运的影响，运用扫描探针定量测量磁电介质在跨尺度复合载荷下的局域响应，研究单分子磁体各向异性和弛豫，揭示磁电有序及演化与微观结构的关联，特别是受缺陷的影响及其失效机理，进而提出磁电材料设计调控新方法。
项目预期将开发基于多功能扫描探针的纳米测量与调控技术，实现在纳米尺度综合调控、定量测量材料多场物理及输运性质，并以此解决先进功能材料与器件的一系列关键科学问题，进而形成一系列原创、具有自主知识产权的新思想（如宏观微观协同调控测试）、新技术（如多功能扫描探针激励和多场原子力显微样品加载）、新方法（如跨尺度实验测试、数据采集、和计算模拟）和新发现（如光电、热电、磁电多场物性和耦合新机制），推动纳米技术、高速低能耗信息处理与存储、微电子器件、高效清洁能源、以及精密仪器等产业和领域的发展。
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