纳米包装材料开发及应用

      上个世纪是科学、技术、文化飞速发展的100年,各种新事物不断涌现,尤其是新型材料的出现,特别是纳米材料的出现和应用,即将和正在改变着整个世界。20世纪90年代，世界各国掀起了开发新的纳米材料的高潮。因为纳米技术的*性、神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多科学家纷纷为之努力拼搏。甚至有些科学家认为，划时代的“纳米技术”可与18世纪的“工业革命”相媲美，将会引起一场新的“产业革命”。

　　纳米是长度单位，1纳米是10-9米，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，由于晶粒尺寸比常规材料的晶粒细微得多，因而在其晶界上原子数多于晶粒内部的原子数，这样就赋于纳米材料以许多特殊的优异性能。与常规材料相比，除了具有的机械力学性能以外，纳米材料还呈现出更好的物化性能，包括光电性能，电磁性能和热学性能等。

　　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。从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。

　　*种是1986年美国科学家提出的分子纳米概念。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。

　　第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将到达极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲将会达到极限。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题，为了解决这些问题，研究人员正在研究新型得纳米技术。

　　第三种概念使从生物的角度出发提出得。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。

　　纳米包装技术在材料上可分为四类。晶体尺寸至少在一个方向上在几个纳米范围内者称为三维纳米材料；具层状结构者称二维纳米材料；有纤维结构者称一维纳米材料；具有原子族和原子束结构者称零维纳米材料。在经过十几年得发展，纳米材料有了长足得发展。如今纳米材料种类较多，按其材质可分为金属材料、纳米陶瓷材料、纳米半导体材料、纳米聚合材料、纳米复合材料等。他们或多或少在包装领域有所应用。

    随着21世纪包装对特种功能需求得增加，诸如防爆包装、防电磁包装、迷彩包装、高阻包装、影身包装、防雷达包装等需要得出现，促进纳米包装技术得发展。由纳米材料复合而成的纳米复合包装材料就成了我们所需要的一类高新材料，它不仅大大提高了原材料的性能并赋予其新的功能，而且亦拓宽了原材料的应用范围和美好前景，还节省了稀缺资源。

　　目前纳米材料不但已投入生产，而且还得到了大规模的应用。

1 纳米电子学、光电子学和磁学

　　纳米粒子的宏观隧道效应确立了微电子器件微型化的极限。在十年以内将达到极限。解决纳米电子电路的思路目前可分为两类，一类是在光刻法制作的集成电路中利用双光子光束技术中的量子纠缠态，有可能将器件的极限缩小至25nm。另一类是研制新材料取代硅，采用蛋白质二极管，纳米碳管作引线和分子电线。新概念器件的形成，单原子操纵是重要的方式。

2 纳米医学和生物学

　　从蛋白质、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范围，从而纳米结构也是生命现象中基本的东西。细胞中的细胞器和其它的结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞就象一个个“纳米车间”，植物中的光合作用等都是“纳米工厂”的典型例子。纳米微粒的尺寸常常比生物体内的细胞、红血球还要小，这就为医学研究提供了新的契机。

　　正在研制的生物芯片包括细胞芯片、蛋白质芯片（生物分子芯片）和基因芯片（即DNA芯片）等，都具有集成、并行和快速检测的优点，已成为纳米生物工程的前沿科技。将直接应用于临床诊断，药物开发和人类遗传诊断。植入人体后可使人们随时随地都可享受医疗，而且可在动态检测中发现疾病的先兆信息，使早期诊断和预防成为可能。

　　纳米病区而不伤害正常的组织或清除心脑血管中的血栓、脂肪沉积物，甚至可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。另一类是利用生物分子的活性而研制的纳米材料，它们可以不被用于生物体，而被用于其它纳米技术或生物材料也可以分为两类，一类是适合于生物体内的纳米材料，如各式纳米传感器，用于疾病的早期诊断、监测和治疗。各式纳米机械系统可以快速地辨别病区所在，并定向地将药物注入微制造。

3 在国防科技上的应用

　　纳米技术将对国防军事领域带来革命性的影响。例如：纳米电子器件将用于虚拟训练系统和战场上的实时；对化学、生物、核武器的纳米探测系统；新型纳米材料可以提高常规武器的打击与防护能力；由纳米微机械系统制造的小型机器人可以完成特殊的侦察和打击任务；纳米卫星可用一枚小型运载火箭发射千百颗，按不同轨道组成卫星网，监视地球上的每一个角落，使战场更加透明。而纳米材料在隐身技术上的应用尤其引人注目。 
在雷达隐身技术中，超高频段电磁波吸波材料的制备是关键。纳米材料正被作为新一代隐身材料加以研制。

4 纳米陶瓷的补强增韧

　　*陶瓷材料在高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用，然而，脆性是陶瓷材料难以克服的弱点。纳米陶瓷具有类似于金属的超塑性是纳米材料研究中令人注目的焦点。目前，纳米陶瓷粉体的制备较为成熟，新工艺和新方法不断出现，已具备了生产规模。纳米陶瓷粉体的制备方法主要有气相法、液相法、高能球磨法等。气相法包括惰性气体冷凝法、等离子法、气体高温裂解法、电子束蒸发法等。液相法包括化学沉淀法、醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水热法等。

5 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。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。

6. 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*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。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。

7. 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*性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的*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。 

　　纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪将是纳米技术的时代，纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。纳米材料将成为材料科学领域一个大放异彩的明星展现在新材料、能源、信息等各个领域，发挥举足轻重的作用。随着其制备和改性技术的不断发展，纳米材料在精细化工和医药生产等诸多领域会得到日益广泛的应用。

来源：塑料包装委员会