Nano es la transliteración del inglés namómetro, que es una unidad de medida en física. Abreviado como nm, 1 nanómetro es una milmillonésima parte de un metro. Equivale a la longitud de 45 átomos dispuestos juntos. En términos sencillos, equivale a una décima parte del grosor de un cabello. Al igual que los milímetros y las micras, los nanómetros son un concepto de escala y no tienen connotaciones físicas. La nanotecnología se refiere a una tecnología completamente nueva que estudia los patrones de movimiento y las características de electrones, átomos y moléculas en la escala de 0,1 a 100 nanómetros. En el proceso de estudiar la composición de la materia, los científicos han descubierto que varios o docenas de átomos o moléculas contables aislados en la escala nanométrica presentan muchas propiedades nuevas. La tecnología que utiliza estas propiedades para crear dispositivos con funciones específicas se llama nanotecnología.
La nanotecnología es un tema integral con fuertes características transversales, y su contenido de investigación cubre una amplia gama de ciencia y tecnología modernas. La nanotecnología ahora incluye la nanobiología, la nanoelectrónica, los nanomateriales, la nanomecánica, la nanoquímica y otras disciplinas. Desde las tecnologías microscópicas, incluida la microelectrónica, hasta la nanotecnología, la comprensión de la humanidad del mundo microscópico es cada vez más profunda, y el nivel de comprensión y transformación del mundo microscópico por parte de las personas ha aumentado a un nivel sin precedentes. Qian Xuesen, un famoso científico chino, también señaló que las estructuras alrededor y por debajo de los nanómetros son el foco de la próxima etapa del desarrollo científico y tecnológico. Esta será una revolución tecnológica, que provocará otra revolución industrial en el siglo XXI. Sin embargo, veremos las aplicaciones de la nanotecnología en la vida real.
La aplicación de la nanotecnología en la vida de las pantallas es principalmente la aplicación de nanomateriales. Hay muchos tipos de nanomateriales y su existencia y aplicación son muy comunes en la vida.
1. El efecto loto de los nanomateriales. Aunque el loto crece en el barro del estanque, sus hojas expuestas en el agua son hermosas y limpias. Se puede decir que es el mejor ejemplo del uso de nanotecnología natural para lograr la autolimpieza. ¿Cuáles son los componentes químicos básicos de las hojas de loto? Los carbohidratos de los polisacáridos tienen varios grupos polares como el hidroxilo (-OH) y (-NH), que absorben fácilmente la humedad o la suciedad en el ambiente natural. Sin embargo, el agua rociada sobre la hoja de loto se acumulará automáticamente en gotas de agua, y el rodar de las gotas de agua succionará el polvo y el lodo que cayeron sobre la superficie de la hoja, manteniendo la superficie de la hoja limpia en todo momento. Después de la observación e investigación de los científicos, el misterio de la superficie de la hoja de loto finalmente se reveló a principios de la década de 1990. Resulta que la superficie de la hoja de loto tiene múltiples ultraestructuras muy complejas a escala nanométrica y micrométrica. Mediante análisis con microscopio electrónico, se descubrió que la superficie de la hoja de loto está compuesta por una superficie muy fina, no tan lisa como se imaginaba. Las estructuras superficiales finas y la rugosidad varían desde micrómetros hasta nanómetros. Las hojas están cubiertas de pequeñas protuberancias y la cera de la superficie permite que partículas mucho más grandes de polvo y lluvia entren en contacto con las protuberancias de las hojas sólo cuando caen sobre ellas. Las gotas de agua forman esferas bajo su propia tensión superficial, absorben el polvo a medida que ruedan y su capacidad para desprenderse de las hojas es mejor que cualquier tecnología de limpieza humana. Éste es el secreto de la "autolimpieza" de la superficie nanométrica del loto. Utilizando el efecto de loto, China es el primer país del mundo en crear nanotela impermeable con una estructura similar a una hoja de loto, fabricada por el Instituto de Química de la Academia de Ciencias de China. Se utilizó una dispersión acuosa de polipropileno con un tamaño de partícula de aproximadamente 20 nm para el relleno y la iluminación. Las partículas se unen a la superficie de la fibra para formar una estructura superficial rugosa, convirtiéndose en un material hidrófobo dual, que es a la vez hidrófobo y oleofóbico. Si vierte aceite o agua sobre este paño, no se empapará ni se manchará. Cuando utilicemos este material para confeccionar ropa, será impermeable. Si el vidrio se trata con este material y se le da una estructura superficial irregular, no parece haber ningún problema, pero no se empañará ni se humedecerá. A partir de la súper hidrofobicidad de las hojas de loto, podemos hacer paraguas con nanomateriales, al igual que los paraguas con "superficie de hoja de loto", que pueden mantener el agua de lluvia hidrófoba y seca inmediatamente después de sacudir el agua. en el interior. Goteará.
2. Nanorretardante de llama. Los nanorretardantes de llama se pueden dividir en retardantes de llama de nanopartículas inorgánicas y retardantes de llama de nanocompuestos. Los retardantes de llama inorgánicos son los primeros retardantes de llama aplicados y tienen las ventajas de no ser tóxicos, tener poco humo, no tener gases corrosivos y no tener contaminación secundaria. Los retardantes de llama inorgánicos generalmente se agregan a los materiales poliméricos mediante relleno para preparar materiales retardantes de llama poliméricos. El tamaño de las partículas de los retardantes de llama inorgánicos tradicionales es grande y desigual, lo que afecta directamente su retardo de llama y otras propiedades.
Por lo tanto, para aprovechar al máximo el efecto retardante de llama, los retardantes de llama inorgánicos ultrafinos serán la dirección de desarrollo futuro. Al utilizar la nanotecnología para refinar las partículas de retardante de llama inorgánico de modo que el tamaño de las partículas esté dentro del rango nanométrico y el tamaño y la forma de las partículas sean más uniformes, la cantidad de retardante de llama agregado se puede reducir considerablemente, reduciendo así el impacto en el rendimiento de la tela y superando las partículas inorgánicas. Retardantes de llama. El mayor defecto. Los retardantes de llama inorgánicos como el hidróxido de magnesio ultrafino, el dióxido de antimonio, el hidróxido de aluminio y el borato de zinc se han utilizado ampliamente en materiales retardantes de llama. Cuando se usa como cortinas y papel tapiz, no se quemará cuando se exponga al fuego y puede prevenir desastres antes de que ocurran.
3. Baterías de nanotecnología. La llamada batería de nanotecnología se refiere al uso de materiales o procesos de fabricación de nanotecnología en el proceso de fabricación de baterías para producir productos de baterías con un rendimiento particularmente alto. Con el rápido desarrollo de la tecnología electrónica, la demanda de baterías por parte de la gente está aumentando. La gente siempre espera obtener una batería con gran capacidad, alta potencia, excelente rendimiento y bajo precio. Sin embargo, debido a limitaciones objetivas y prácticas, las baterías en la realidad nunca pueden satisfacer plenamente las necesidades de las personas. Los expertos y académicos de la industria de las baterías están trabajando incansablemente para mejorar el rendimiento de las baterías y han realizado esfuerzos incansables de generación en generación. Se utilizan sustancias a nanoescala para fabricar baterías y producir propiedades notables. Con una fuerte energía de activación de superficie específica y buena conductividad, cuando las nanopartículas participan en reacciones electroquímicas, forman nuevos núcleos activos dentro de la placa del electrodo, mejoran y fortalecen la estructura del electrodo, aumentan en gran medida la superficie de reacción electroquímica del electrodo y reducen la barrera de energía para reacciones electroquímicas. Por lo tanto, la aplicación de materiales de nanotecnología puede reducir significativamente la resistencia interna de la batería, inhibir el desorden de la placa del electrodo causado por la temperatura y la polarización del electrodo durante el proceso de carga y descarga, mejorando así efectivamente el rendimiento de la batería y facilitando la reacción electroquímica. La carga y descarga de la batería es más reversible, más eficiente, la potencia es mayor, la batería es más fácil de equilibrar y consistente y se mejoran las limitaciones de rendimiento a baja temperatura. Por lo tanto, las baterías fabricadas con nanotecnología tienen mayor capacidad, mayor vida útil, mayor capacidad operativa de alta corriente y mejor rendimiento a baja temperatura que las baterías tradicionales. Las importantes ventajas de las baterías de nanotecnología se concentran principalmente en las etapas intermedia y posterior de su uso. En términos generales, el efecto de mejora de la capacidad y la potencia de las baterías de nanotecnología es solo del 5% al 15% del de las baterías convencionales en la etapa inicial, del 20% al 30% mayor que el de las baterías convencionales en el mediano plazo y más del 50% mayor que el de las convencionales. baterías en la etapa posterior. Los tipos de baterías de nanotecnología de Xintai incluyen: baterías de nanotecnología de níquel-cadmio de velocidad media y baja sin mantenimiento; baterías de nanotecnología de zinc-níquel selladas y reguladas por válvula sin mantenimiento; baterías de energía.
4. Nanocosmética. La singularidad de los cosméticos desarrollados con nanotecnología es que procesan especialmente los ingredientes más efectivos de los cosméticos en pequeñas estructuras a nanoescala, que pueden penetrar suavemente en la capa interna de la piel y ejercer plenamente sus efectos curativos y de cuidado de la piel, obteniendo el doble de resultado. con la mitad del esfuerzo. Los nanocosméticos han aportado una nueva vitalidad a la industria química diaria y de la belleza, y se han convertido en un nuevo favorito desde hace un tiempo. En la recién concluida Exposición de Belleza y Cosméticos de Chengdu China, los periodistas descubrieron que la característica más llamativa y brillante eran los nanocosméticos. Este stand diario de productos químicos de alta tecnología estaba lleno de muchos comerciantes y consumidores. La gente siente mucha curiosidad por la aplicación del "nano" en el campo de la cosmética: ¿Cuál es la magia de este cosmético? ¿Cuál es la diferencia entre nanocosmética y cosmética general? ¿Cuáles son sus puntos brillantes? Recientemente, el periodista entrevistó al Sr. Tang, quien ha estado involucrado en la investigación y el desarrollo químicos diarios durante muchos años. Dijo que la estructura interna de las pastas cosméticas emulsionadas mediante procesos tradicionales es similar a una micela o micela, con un diámetro de micras, la capacidad de penetración en la piel es débil y no es fácilmente absorbida por las células epidérmicas. Debido a que la función de absorción de la piel es limitada, generalmente sólo existen dos formas. La capa más externa de la piel tiene un estrato córneo hidrofóbico, por lo que las sustancias solubles en agua y las sustancias con un gran peso molecular no se absorben fácilmente a través de la epidermis y las glándulas pilosebáceas. La nanotecnología se puede utilizar en la fabricación de cosméticos para mejorar los defectos cosméticos obtenidos mediante la tecnología de emulsificación tradicional. Dado que las partículas de pasta cosmética obtenidas mediante el procesamiento nanotecnológico de materias primas funcionales a nanoescala pueden alcanzar la nanoescala, la permeabilidad de esta pasta a nanoescala a la piel aumenta considerablemente y la tasa de utilización de la absorción selectiva de sustancias funcionales por parte de la piel mejora considerablemente. Si cree que esta teoría es demasiado esotérica y difícil de entender, otra imagen metáfora del Maestro Tang es fácil de entender: a menudo podemos ver escenas en las que se tamiza arena con un tamiz. Los poros del tamiz son como los poros de la epidermis más externa. Cuando el tamiz tamiza arena, solo las partículas finas de arena pueden salir de los orificios del tamiz, mientras que las piedras y las impurezas grandes no pueden filtrarse a la superficie del tamiz. Los nanocosméticos intentan transformar los ingredientes de la crema que actúan sobre la piel en pequeños "granos de arena" que pueden entrar fácilmente en la dermis a través de los "agujeros de tamiz" de la piel y ser absorbidos. Otro ADN popular en el campo de la belleza y el cuidado de la salud (el ácido desoxirribonucleico) es el mejor socio para la nanocosmética.
Sólo el ADN, un material biológico natural, se procesa más fácilmente mediante la nanotecnología, por lo que los productos que combinan perfectamente ADN y nanotecnología se han convertido en los favoritos de la industria cosmética actual.
5. Nanoplásticos. Los plásticos generales se refieren a grandes variedades de plástico, como polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC), poliestireno (PS) y plásticos acrílicos. En el pasado, se solían utilizar cargas para modificar este tipo de plásticos para primero reducir costos, y luego usar endurecedores para obtener plásticos de ingeniería, desarrollándose aún más hacia la funcionalización de los plásticos. Añadiendo cargas se obtienen plásticos eléctricamente conductores, antiestáticos, termoplásticos magnéticos y sensibles a la presión. La aparición de nanomateriales proporciona un amplio espacio para Tianjia Plastics. Los plásticos generales son los más afectados y la nanotecnología se utiliza por primera vez para modificar los plásticos generales. Por ejemplo, cuando la fracción de masa de nanocarbonato de calcio es inferior al 20%, la resistencia al impacto aumenta con el aumento del carbonato de calcio, y también aumentan la resistencia a la tracción y a la flexión. La carga aquí tiene un porcentaje de adición máximo, es decir, un valor de adición máximo, que está relacionado con el tipo de modificación de la superficie del carbonato de calcio. La resistencia al impacto del sistema relleno de nanocarbonato de calcio sin modificación de la superficie aumenta gradualmente con el aumento de la cantidad de carbonato de calcio. Cuanto mayor sea la cantidad de carbonato de calcio, mayor será la resistencia al impacto del material. Después del tratamiento de la superficie, la resistencia al impacto del material cambia completamente con la cantidad de carbonato de calcio utilizado. Cuando el contenido de nanocarbonato de calcio es bajo (aproximadamente 4% ~ 6%), se logra el propósito de endurecer el material, la resistencia al impacto casi se duplica y el efecto de endurecimiento es significativo cuando la cantidad de carbonato de calcio es mayor; Al aumentar, la resistencia al impacto del material disminuye lentamente. Varios agentes de tratamiento de superficies tienen básicamente el mismo efecto sobre las propiedades de tracción y flexión en comparación con el sistema de tratamiento; las propiedades de tracción y flexión del material después del tratamiento de la superficie no mejoran significativamente. Se puede ver en las fotografías SEM y los diagramas de tracción de fractura de las secciones de impacto de las muestras tratadas y no tratadas que la sección de impacto del sistema tratado tiene más estructuras de dibujo y más trefilado, no hay grietas obvias en la matriz, y son obvias; Se producen cambios en la matriz. La deformación plástica absorbe una gran cantidad de energía. La microscopía electrónica de sección frágil muestra que las nanopartículas están distribuidas uniformemente y los aglomerados son pequeños. En la sección de impacto del sistema sin tratar hay muchas grietas por rotura, lo que explica la baja resistencia al impacto. Y la muestra no tratada tiene una distribución de partículas desigual y partículas aglomeradas grandes.
6. Nanomateriales que pueden resistir los rayos ultravioleta. La investigación y el desarrollo de tejidos funcionales anti-UV es actualmente un tema candente en la industria textil internacional de fibras químicas. En la actualidad, los textiles tradicionales anti-UV utilizan principalmente * * método híbrido de hilado por fusión. En este método, se mezclan aditivos resistentes a los rayos UV con polímeros formadores de fibras para el hilado en fusión. Los aditivos anti-UV son en su mayoría compuestos orgánicos, que tienen cierta toxicidad e irritación y pueden causar fácilmente alergias químicas en la piel. En los últimos años, la investigación sobre agentes inorgánicos de protección UV ha avanzado a pasos agigantados, y entre ellos el dióxido de titanio nanométrico es un destacado representante. La "fibra anti-UV de nanodióxido de titanio" de la Universidad Jiao Tong de Shanghai pasó la evaluación de expertos organizada por la Comisión Municipal de Ciencia y Tecnología de Shanghai. Nano-TiO_2 tiene una alta estabilidad química y térmica, es inodoro, no tóxico, no irritante, seguro de usar, especialmente tiene una fuerte absorción ultravioleta, protege los rayos ultravioleta en las áreas UVA y UVB y tiene una alta transmitancia de luz visible. Este proyecto utiliza la polimerización in situ de nano-TiO 2 y poliéster con derechos de propiedad intelectual independientes para preparar materiales compuestos de nano-TiO 2 /poliéster, logrando realmente la nanodispersión de nanopartículas en el polímero, lo que no solo mejora la eficiencia del hilado, pero también mejora en gran medida la eficiencia del hilado las propiedades mecánicas y térmicas del material. El índice de protección UV del tejido es superior a 50, la tasa de protección UV en la banda de 280-400 nm es superior al 95% y la transmitancia de UV es inferior al 3%. Se informa que los resultados de este proyecto pueden utilizarse ampliamente en la producción de tiendas de campaña, sombrillas, ropa de verano para mujeres, ropa de trabajo de campo, ropa de entrenamiento, ropa deportiva, telas para cortinas, telas publicitarias, etc. El tejido anti-UV producido mediante este proceso también tiene propiedades como prevención de insolación, aislamiento térmico y tacto fresco. Es especialmente adecuado para tejer tejidos frescos como camisetas de alta gama, ropa deportiva y ropa de entrenamiento en verano. Según las estadísticas, la demanda mundial de textiles funcionales supera los 50 mil millones de metros y la demanda de textiles funcionales de China es de casi 5 mil millones de metros. Las perspectivas de mercado de la tecnología de fibras anti-UV de nanodióxido de titanio serán muy amplias.
La apasionante era nano ha llegado y la vida de las personas experimentará inmediatamente cambios tremendos. Pero también debemos ser conscientes de que actualmente no hay muchos nanomateriales verdaderamente maduros en el mercado. Bai Chunli, académico de la Academia de Ciencias de China, cree que "la verdadera era nano aún no ha llegado y estamos dando la bienvenida a ella". llegada de la era nano con confianza". Bai Chunli dijo: "Una señal importante de que la humanidad ha entrado en la era de la nanotecnología es el nivel de desarrollo y aplicación de los nanodispositivos.
"Con el desarrollo actual de la nanotecnología, ¿qué tan lejos está de la llegada de la era nano? Bai Chunli dijo: "Todavía hay mucha investigación básica en la investigación nanométrica, y todavía hay muchas cuestiones teóricas que deben abordarse. estudiado en la nanoescala. El nivel de desarrollo de la nanotecnología es similar al de la tecnología informática en los años cincuenta. Se necesitarán entre 30 y 50 años para que la humanidad entre finalmente en la era nano. Dentro de 50 años, la nanotecnología puede ser tan omnipresente como lo es hoy la tecnología informática. ”