納米技術(shù)主導第四次產(chǎn)業(yè)革命
發(fā)布時(shí)間：2003-1-6 文章出處：
有科學(xué)家認為，納米科學(xué)和工程最有可能在未來(lái)產(chǎn)生突破性成就，正像70年代微電子技術(shù)產(chǎn)生信息革命一樣，納米科學(xué)技術(shù)將成為下一世紀信息時(shí)代的核心。
納米（nanometer）是物理長(cháng)度單位，用um表示，lnm等于10億分之一米，通常所說(shuō)的納米尺度在1-100nm之間，納米微粒度必須用電子顯微鏡放大才能看見(jiàn)單個(gè)納米微粒的大小和形貌。
當物質(zhì)被“粉碎”到納米級并制成納米材料后，在物理性能和化學(xué)性質(zhì)上會(huì )發(fā)生巨變，如原本導電的銅，到廣納米級就不導電了；納米級陶瓷改變脆件，變得不怕摔，還可以彎曲。納米材料在光、電、熱、磁性等方面發(fā)生的變化及具有的吸收、催化、吸附等許多新特性，徹底改變了目前的產(chǎn)業(yè)結構。
從1959年美國物理學(xué)家費曼提出納米技術(shù)的基礎理論至今，這一新興技術(shù)已經(jīng)被許多國家列為21世紀的關(guān)鍵技術(shù)之—。研究領(lǐng)域涉及納米材料、納米器件、納米尺度的檢測與表征。
200O年納米技術(shù)對全世界GDP貢獻為4000億美元。美國前總統克林頓的科技顧問(wèn)聶蘭于2002年3月發(fā)表講話(huà)時(shí)提到，2010年納米技術(shù)對美國GDP的貞獻將達到1萬(wàn)億美元；而日本經(jīng)濟團體聯(lián)合會(huì )預測，2010年納米技術(shù)在日本國內市場(chǎng)規模約達到27.3萬(wàn)億日元，納米技術(shù)成為第四次產(chǎn)業(yè)革命的主導技術(shù)不容置疑。
納米技術(shù)引發(fā)全球關(guān)注
納米技術(shù)風(fēng)波已沖擊各領(lǐng)域，實(shí)現成果現涉及環(huán)保、醫藥、生物、信息處理、航空與交通及傳統產(chǎn)業(yè)，并引發(fā)全球關(guān)注。
美國策略
美國1991年把納米技術(shù)列為“政府關(guān)鍵技術(shù)”及“2005年戰略技術(shù)”，2001年度聯(lián)邦預算的5億美元用于國家納米技術(shù)計劃，將“納米技術(shù)戰略”與“21世紀信息技術(shù)戰略”井列作為最優(yōu)先的研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)領(lǐng)域。2002年投入6.79億美元，2003年預計投入達7.30億美元。
2000年，美國打破廣常規的做法，把過(guò)去個(gè)別部門(mén)對納米技術(shù)的支持進(jìn)行集成，變成一個(gè)國家行為，并制定了“國家納米技術(shù)發(fā)展計劃”（NNI），核心是要加強聯(lián)邦政府對國家納米科技發(fā)展的引導與支持，并通過(guò)高等院校、產(chǎn)業(yè)界和國家實(shí)驗室這三大類(lèi)渠道完成。
NNI計劃把長(cháng)期的納米科學(xué)與工程基礎研究放在重要位置，通過(guò)基礎研究，建立對納米科學(xué)的基本認識，發(fā)現新現象、新過(guò)程和新工具。重點(diǎn)研究領(lǐng)域為納米生物、納米結構與量子控制、納米元器件與系統結構、納米過(guò)程與環(huán)境及多現象模型與模擬，其次為納米應用技術(shù)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
美國政府對納米科技的高度重視，尤其是NNI計劃的出臺，更加劇了全球納米科技競爭，輿論普遍認為，這是美國繼上個(gè)世紀在微電子技術(shù)領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷之后，為下一次以納米科技為先導的工業(yè)革命中繼續占據科技制高點(diǎn)而來(lái)取的又一重要行動(dòng)。
歐盟計劃
20O2年10月7日，歐盟委員會(huì )在布魯塞爾發(fā)表新聞公報提到，歐盟將于2003年建立納米技術(shù)工業(yè)平臺，推動(dòng)納米技術(shù)在歐盟成員國的應用，使工程師、材料學(xué)家、醫療研究人員、生物學(xué)家、物理學(xué)家和化學(xué)家能夠協(xié)同作戰，把納米技術(shù)應用到信息技術(shù)、化妝品、化學(xué)物質(zhì)和運輸領(lǐng)域，生產(chǎn)出更清潔、更安全、更持久和更“聰明”的產(chǎn)品，同時(shí)減少能源消耗和廢物。
歐盟計劃在ZOO3-20O6年期間投資7億歐元于納米技術(shù)的科研工作，通過(guò)建立納米技術(shù)工業(yè)平臺和增加納米技術(shù)研究投資，盡快趕上美國的水平。
亞洲發(fā)展
2001年，亞洲經(jīng)濟比較發(fā)達的國家和地區紛紛制定了發(fā)展納米技術(shù)的計劃。
韓國投巨資發(fā)展納米顯示器件和納米材料，20O1年更和瑞典一同成為世界上對納米技術(shù)投入增長(cháng)速度最快的國家；臺灣省投入了15O億臺幣大力發(fā)展納米材料和技術(shù)，特別結合IT產(chǎn)業(yè)需求的納米技術(shù)重點(diǎn)發(fā)展。
印度在2O世紀9O年代中期，大力發(fā)展軟件產(chǎn)業(yè)而獲得巨大成就，一躍成為世界上僅次于美國的軟件產(chǎn)業(yè)大國。最近，印度決定投巨資發(fā)展納米技術(shù)，聲稱(chēng)“要像抓計算機軟件產(chǎn)業(yè)那樣大力發(fā)展納米技術(shù)”。
日本1991年開(kāi)始實(shí)施為期10年、耗資2.25億美元的納米技術(shù)研究開(kāi)發(fā)計劃，通產(chǎn)省決定從2O01年起實(shí)施為期7年的“材料納米技術(shù)計劃”，每年投資額為50億日元。
中國關(guān)注科技新熱點(diǎn)
全球納米技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)應用熱潮一浪高過(guò)一浪，中國在這個(gè)大趨勢下也不甘落后，已經(jīng)將納米科技提高到戰略高度，不僅在“863”、“973”等計劃中有所體現，還設立了國家納米專(zhuān)項計劃，將納米科技轉變成造福于民的產(chǎn)業(yè)。
在2002年初，國家納米科技協(xié)調指導委員會(huì )成立，組織專(zhuān)家起草了中國納米科技發(fā)展綱要，提出要開(kāi)展納米專(zhuān)項研究，建立技術(shù)平臺和核心實(shí)驗室，在全國布局納米技術(shù)工程示范中心，建立示范產(chǎn)業(yè)，并輻射相關(guān)產(chǎn)業(yè)。
科技部調研報告透露：截至2001年5月，全國共有323家納米企業(yè)，其中以“納米”字樣注冊的企業(yè)共57家，社會(huì )投入資會(huì )約3O億人民幣，全國納米生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)建成3O多條。
報告還顯示，目前已形成以北京、上海和深圳為中心的三大納米材料及納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)帶，經(jīng)濟實(shí)力雄厚的華東。華北和華南地區的納米材料占全國納米企業(yè)的8O％左右，納米材料的主要應用領(lǐng)域已涵蓋廣紡織、塑料、陶瓷、涂料、橡膠等。中國的納米產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了起步階段，具有良好的發(fā)展前景和巨大的發(fā)展潛力。
但是，無(wú)可否認納米技術(shù)在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中仍然面臨發(fā)展障礙，納米產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)出效益并未隨著(zhù)投資熱情的增長(cháng)和更多資金投入而增加；一些企業(yè)打著(zhù)納米品牌販賣(mài)“偽納米”產(chǎn)品，擾亂了市場(chǎng)秩序，也扼殺了“納米”的美好聲譽(yù)，重復轉讓和初級產(chǎn)品過(guò)剩也給納米產(chǎn)業(yè)化蒙上陰影。
從整體發(fā)展來(lái)看，中國的納米技術(shù)與國外相比還有較大差距，特別是缺乏自有核心技術(shù)，研究方面的論文數量雖然排行世界第二位，但申請專(zhuān)利的數量卻排在第25位以后。
中國大多數企業(yè)是生產(chǎn)型企業(yè)，科技產(chǎn)業(yè)化接口往往處于產(chǎn)業(yè)化鏈條中靠后的環(huán)節；而科研院所無(wú)力完成從實(shí)驗室成果到產(chǎn)業(yè)化的系統化工作，接口選擇靠前，科技轉化接口不暢，已成為納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化道路上的障礙。
中科院副院長(cháng)、國家納米科技指導協(xié)調委員會(huì )首席科學(xué)家白春禮認為，我們現在還不能說(shuō)納米時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，人們對納米科技的關(guān)注是必要的，任何科技發(fā)展沒(méi)有國家、政府和企業(yè)的支持都發(fā)展不起來(lái)。
在全球納米技術(shù)開(kāi)發(fā)浪潮下，中國國家經(jīng)貿委于20O2年中發(fā)布了《近期工業(yè)行業(yè)發(fā)展導向》，強調今后中國將加強納米材料應用開(kāi)發(fā)，使中國成為世界納米生產(chǎn)大國和強國。
《近期工業(yè)行業(yè)發(fā)展導向》提出，中國將大力推動(dòng)超重力技術(shù)在納米材料制備領(lǐng)域的應用，在繼續完善納米碳酸鈣工業(yè)化生產(chǎn)的同時(shí)，加快超重力技術(shù)在納米氫氧化鋁、納米氫氧化鎂、納米二氧化硅、納米碳酸鋇等產(chǎn)品的應用，擴大國內納米材料的應用領(lǐng)域和應用水平。
納米之于紡織
紡織業(yè)是納米技術(shù)的一個(gè)重要產(chǎn)業(yè)應用領(lǐng)域，由于納米微粒奇異的表面效應和體積效應，由此產(chǎn)生納米材料與常規材料不同的物理化學(xué)性質(zhì)：抗紫外線(xiàn)、吸收可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)、抗老化、高強度和韌性、良好的導電和靜電屏蔽效應、很強的抗菌除臭功能以及吸附能力等等。納米技術(shù)在紡織生產(chǎn)鏈的上、下游都取得了令人滿(mǎn)意的效果。
功能化纖維應用領(lǐng)域
將具有特殊功能的納米材料與紡織原料進(jìn)行復合，便可制成各種功能纖維，具有殺菌、自清潔、阻燃和紅外線(xiàn)吸收等作用。
目前，在纖維業(yè)納米技術(shù)主要有兩大領(lǐng)域：一是納米纖維的研究。納米纖維是指纖維直徑小于10O納米的超微細纖維，這種纖維長(cháng)度可達千米，能把納米世界和宏觀(guān)世界連接起來(lái)，理論上可以支持“納米機”排列，纖維越細，比表面積越大，過(guò)濾效果也更好；另一領(lǐng)域是將納米微粒直接加入到纖維中去，采用性能不同的納米微粒，開(kāi)發(fā)抗菌、阻燃、防紫外、遠紅外、負離子、抗靜電、電磁屏蔽等各種功能性產(chǎn)品。
納米纖維的制備一類(lèi)是用分子技術(shù)。如采用單管或多管納米碳管束的制備，從石墨的電弧化過(guò)程中陰極的沉積而制得單碳原子鏈纖維，也可由樣板碳化法得到。另一類(lèi)是用紡絲法制得，如聚合物噴射靜電拉伸紡絲法、海島型多組分紡絲法和單螺桿混抽法，纖維直徑可達10-100納米之間。
將超細微粉在紡絲或聚合時(shí)加入到化學(xué)纖維中去，是開(kāi)發(fā)功能性纖維的途徑之一，目前使用較多的添加材料有氧化鋅、氧化鋁、氧化鋯、氧化硅、氧化鈦、氧化鎂及含銀、銅等離子的微粒。
然而，納米技術(shù)及納十材料畢竟是一門(mén)新興技術(shù)，人們對各種微粒的性能還有待進(jìn)一步深入了解。解決納來(lái)技術(shù)的三大難題：破碎、團聚、分散技術(shù)有待進(jìn)一步提高。對于納米制成品的性能檢測、產(chǎn)品標難還有待進(jìn)一步完善。
納米試劑
應用主要集中在抗菌、防臭方面，并在抗靜電、紅外、紫外光的吸收方面得到提升。
大多數有機抗菌、防臭劑存在著(zhù)耐熱性差、易揮發(fā)、易分解產(chǎn)生有害物質(zhì)，安全性較差等缺點(diǎn)，為此，以納米TiO2為主的無(wú)機抗菌、防臭劑被廣泛應用于紡織纖維中。
納米TiO2在紫外線(xiàn)照射下能自行分解出自由移動(dòng)的帶負電的電子(e-)和帶正電的空穴（h+），形成空穴——電子對，吸附溶解在TiO2表面的氧俘獲電子形成O-2，而空穴則將吸附在TiO2表面的OH和H2O，氧化成HO、生成的原子氧和氫氧自由基有很強的化學(xué)活性。特別是原子氧能與多數有機物反應（氧化），同時(shí)能與細菌內的有機物反應，生成CO2。和H2O,從而在短時(shí)間內就能殺死細菌，消除惡臭和油污?；w的衣物和地毯由于靜電摩擦產(chǎn)生放電效應，同時(shí)易吸灰塵，給使用帶來(lái)諸多不便。一些操作平臺、船艙焊接等最怕因靜電產(chǎn)生火花而引起爆炸，納米微粒為解決化纖制品的靜電問(wèn)題提供了一個(gè)新的途徑。
在化纖制品中加入少量的納米微粒，如將0.1-0.5％的納米TiO2、Cr2O3，ZnO、Fe2O3。等具有半導體性質(zhì)的粉體摻入到樹(shù)脂中，就會(huì )產(chǎn)生良好的靜電屏蔽性能，大大降低其靜電效應，制品的表面電阻值可達到10Ω，大大提高了它的安全系數。
太陽(yáng)光對人體有傷害的紫外線(xiàn)主要在30O-400nm波段，最近研究表明。納米TiO2、ZnO、SiO2、Al2O2、Fe2O3和納米云母都有在這個(gè)波段吸收紫外線(xiàn)的特征。如果將少量納米微粒添加到化學(xué)纖維中，會(huì )產(chǎn)生紫外線(xiàn)吸收現象，有效地保護人體免受紫外線(xiàn)的損傷。
人體釋放的紅外線(xiàn)在4-16um的中紅外頻段，在戰場(chǎng)上如果不對這一頻段的紅外線(xiàn)進(jìn)行屏蔽，就很容易被靈敏的中紅外探測器所發(fā)現。尤其在夜間人體安全將會(huì )受到威脅，因此研制具有對人體紅外線(xiàn)進(jìn)行屏敝的衣服是很有必要的。
某些納米微粒如納米Al2O3、TiO2、SiO2和Fe2O3的復合份體與高分子纖維結合，對中紅外波段有很強的吸收性能及很好的屏蔽作用。另一重要特性是添加納米材料的纖維動(dòng)人體紅外線(xiàn)有很強的吸收作用，可以增加保暖性，減輕衣服重量約30%。
美國FirsTex開(kāi)發(fā)戶(hù)用于棉紡織品樹(shù)脂整理的Perfin系列的納米助劑、該助劑是一種有機化臺物，粒子在1-100nm之間，對環(huán)境友好，與其他化學(xué)品有很好的相容性，并可在現有的設備L應用，成本經(jīng)濟。它用于棉織物的hMDHEU樹(shù)脂整理，可提高織物耐久壓燙整理的性能，與單用DMDHEU樹(shù)脂整理比較，強力損失可降低15％，并可減少游離甲醛。此外，它還具有其他附加功能。如吸臭功能等。該技術(shù)已獲得美國棉花公司的認可，并已申報了美國專(zhuān)利。
紡織器材拓寬應用
紡織器材在紡織領(lǐng)域中量大面廣，在經(jīng)長(cháng)期日夜生產(chǎn)運行后，需要更換磨損的零配件，才能使設備正常運行，確保紡織品的質(zhì)量恒定。提高紡織器材的擋次和使用壽命一直是研究課題，也是紡織、化纖廠(chǎng)減少機物料消耗、延長(cháng)機械裝備維修保養周期的希望。
納米技術(shù)的出現為這一希望提供了巨大的空間。目前上海已有專(zhuān)業(yè)單位生產(chǎn)制造納米級陶瓷的紡織器材，如納米陶瓷細紗機用鋼領(lǐng)、無(wú)梭織機上用剪刀、化纖紡絲機用導紗鉤等等。其中“納米陶瓷鋼領(lǐng)”的轉速已可達到35000轉/分，且溫升低、耐高溫、強度高、摩擦系數小，具有自潤滑性、耐磨損、低粗糙度；“納米陶瓷剪刀”則適應所有的工作環(huán)境，尤其在噴水、噴氣織機及空氣捻接器上使用，不卷刀、不磨損、不生銹。
紡織后整理
中國已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種納米材料技術(shù)，使油和水無(wú)法與材料的表面直接接觸。用這種技術(shù)生產(chǎn)的布料加工成的服裝不需要水洗，因而可以大大節約用水、減輕對水環(huán)境的污染。
經(jīng)過(guò)這種技術(shù)處理過(guò)的紡織材料（棉、麻、絲、毛、絨、混紡、化纖等）不僅具有防水、油的功能，也防墨水、萊果汁、醬油等液體，紡織物還具有了殺菌、防輻射、防霉等特殊效果。
紡織材料用這種技術(shù)處理后，原有織物的纖維強度、染料親和性、耐洗滌性、透氣性、皮膚親和性、免燙性等性能保持不變。
這些技術(shù)將改變人們用洗滌劑洗衣的習慣，衣服基本不需要水洗，即使洗也只需要用水一種即可，可以大量節水，減少洗滌廢水排放對環(huán)境的污染。
到目前為止，紡織領(lǐng)域中制備的幾種納米材料及納米復合材料都表現出優(yōu)良的性能，因此，有系統地研究和開(kāi)發(fā)新型的納米材料和納米復合材料極具實(shí)際意義。
隨著(zhù)納米粒子生產(chǎn)成本的降低、功能性納米粒子品種的增多，納米材料和納米復合材料將在紡織及其它工業(yè)中獲得廣泛的應用，前景遠大。(摘自《中國紡織及成衣》)
