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纳米技术在包装工业中的应用分析(上)

纳米技术是21世纪科技发展的制高点，是压力是不是太高或太低新工业革命的主导技术，它将引起一场各个领域生产方式的变革，也将改变未来人们的生活方式和工作方式。

纳米技术基本概念

纳米技术是以纳米科学为基础，研究结构尺度在0.1～100nm范围内材料的性质及其应用，制造新材料、新器件、研究新所以1些啤酒生产商就瞄准了塑料包装材料工艺的方法和手段。纳米技术以物理、化学的微观研究理论为基础，以当代精密仪器和先进的分析技术为手段，是现代科学(混沌物理、量子力学、介观物理、分子防爆工具生物学)和现代技术(压力管计算机技术、微电子和扫描隧道显微镜技术、核分析技术)相结合的产物。在纳米领域，各传统学科之间的界限变得模糊，各学科高度交叉和融合。

纳米技术研究的内容主要有纳米材料学(研究由纳米结构单元构成的任何类型的材料，通过改变纳米结构单元的大小，控制内部和表面的化学性质，控制它们的组合，设计材料的特性和功能)；纳米动力学(研究微机械和微电机，采用一种类似于集成电路设计和制造的新工艺，将传感器、电动机和各种处理器都放在家居布艺一个硅芯片上形成一个系统)；纳米生物学和纳米医药学(研究生物分子之间的相互作用，研究磷脂、脂肪酸双层平面生物膜和DNA的精细结构等，还可用自组装方法在细胞内放入零件或组件构成新的材料)；纳米电子学(包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光性质与电性质、纳米电子材料的表征以及原子操纵和原子组装)等。

纳米粒子性质

纳米粒子一般是指尺寸在0.1～100nm之间的粒子，具有下述效应，并由此派生出传统固体不具有的许多特性。

(1)表面效应：材料粒子直径减少到纳米级，表面原子数迅速增加，化学活性增高，纳米材料的表面积、表面能及表面结合能都迅速增大。

(2)体积效应(小尺寸效应)：当纳米材料的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通晶粒相比都有很大变化。

(3)量子尺寸效应：纳米粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由连续能级变为分立能级的现象，使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。

(4)宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒能力的效应。

(5)光学效应：当金属材料的晶粒尺寸减小到纳米量级时，其颜色大都变成黑色，且粒径越小，颜色越深，表明纳米粒子的吸光能力很强。

(6)电磁性质：金属材料中的原子间距会随粒径的减小而变小，当金属晶粒处于纳米范畴时，其密度随之增加，导致电导率降低；磁性材料的磁有序状态也发生根本的改变，粗晶状态下为铁磁性的材料，当粒径小于某一临界值时可以转变为超顺磁状原料才混合态。

(7)化学和催化性能：纳米材料由于其粒径的减小，表面原子数所占比例很大，吸附力强，具有较高的化学反应活性。

(8)H-金坛P关系：当晶粒减小到纳米级时，材料的强度和硬度随粒径的减小而增大，近似遵从经典的Hall-Petch关系式。

(9)热性质：当组成相的尺寸足够减小时，由于在限制的原子系统中的各种弹性和热力学参数的变化，平衡相的关系将被改变。固体物质超微化后，熔点降低；纳米材料的比热容也大于同类粗晶材料。

(10)其他性质：金属通常是延展的，当晶体尺寸减少到其本身的应力不能再开动位错源时，就变得相当坚硬，在这种情况的临界长度下，打开这个位错源的应力变得比已知金属的屈服应力大。