随着纳米技术与纳米材料的发展，各式各样的功能性材料逐渐引入纳米材料作为添加剂，从而提升特定方面的性能，如消炎抗菌、抗老化、催化等。
例如，在橡胶中添加一定量纳米二氧化硅能改善橡胶的物理机械性能，提升其耐磨性、拉伸强度和、撕裂强度以及硬度，起到补强作用 [1]。在塑料、橡胶中添加少量层状水滑石纳米材料则能提升阻燃、抗紫外线氧化等性能 [2,3]。
而现如今，越来越多的生活产品都标注使用先进纳米材料强化产品性能，甚至开发出前所未有的新功能。那么这些使用了纳米材料的产品真的如同宣传说的那样吗？纳米材料真的有那么神吗？
今天，我们就一起来聊一聊纳米材料那些事。

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什么是纳米？

首先，什么是纳米？实际上它是长度单位，1纳米（nm）等于1米的10亿分之一，大致相当于10个氢原子排列在一起的长度。一般认为，三维空间内有一个维度尺寸小于100 nm的材料，就可以称为纳米材料。而涉及纳米材料制备、加工和应用等相关的工艺及方法则统称为纳米技术。
自20世纪80年代人类通过扫描隧道显微镜第一次发现纳米世界后，纳米技术以及纳米材料在接下来的几十年飞速发展，并在各个领域崭露头角。
当材料尺寸达到纳米尺度时，通常具有块状材料不具备的性能，这主要是因为纳米材料表面原子很活跃、反应活性比较高，加上量子尺寸效应的存在，使其具有特殊的物理、化学性质，包括光学性质、导电性、催化活性以及抗菌性能等。
以金为例，普通的块状材料为金黄色固体，具有良好的导电性和延展性。而当其变成纳米材料时，可稳定分散在溶剂中形成溶胶，并根据金纳米材料的尺寸大小、形状呈现出不同的颜色 [4]。
其中，具有红外光或者近红外光吸收的金纳米材料还可用于光热治疗癌症。作为生物相容性较好的碳材料，当它们从常规碳材料变成单层石墨烯后，导电、导热性能都得到显著提升。

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生活中的“纳米”产品

那么生活中看到的混有纳米材料的产品，是不是也能有这样神奇的功效？产品中纳米材料含量高不高？其实，对于纳米材料而言，它们特殊性质的根源是其纳米级尺寸。
而纳米材料由于比表面大、性质活泼，不容易稳定分散，因而在制备复合材料时容易团聚并丧失原本的特性。要制备完全保留纳米材料特性的产品，工艺难度较大。
同时，纳米材料制造成本高，完全使用纳米材料制备功能产品，亦难以实现。例如，具有杀菌、吸汗等多种功能的石墨烯内裤。石墨烯虽然也是碳材料，但其制备工艺要求高，难以量产，每克石墨烯产品价值约1000元。要完全使用石墨烯制造一条内裤，保守估计成本需要上万元。
但是我们买到的产品，也就百来块，甚至几十元，说明产品中的纳米材料含量肯定不会很高。除了上述的夸大宣传，还有一些就属于“无中生有”。
比如，号称可以“平衡阴阳，疏通经络，对肌体全方位起到健康作用”的纳米套装，在宣传时提到：将纳米布料接近人体皮肤，就能依靠极强的催化分解作用把血管壁上的垃圾分解并通过新阵代谢排出体外。这样的产品显然是虚构夸大其功能，即使纳米材料有一定功效，也不可能代替现有医疗手段。
尽管这些生活产品存在夸大宣传，纳米技术和纳米材料在军事、科技等领域确实起到越来越多的作用。
例如，依据荷叶表面仿生结构设计的超疏水材料，具有防水、防油、防尘的特性，在精密设备和表面保洁方面具有重要意义。而普通日用品若带有“纳米”字样，大家也不用过于崇拜，按正常商品对待就好。
未来希望通过进一步发展纳米技术，把纳米材料真正用于普通生活用品，提升用户体验。

作者 | 袁智勤 北京化工大学 副教授

审核 | 熊    斌 湖南大学化学化工学院  副教授


参考资料：
[1] 吴凡, 吴新民, 宋永海, 王松, 怀乐, 宋秋生. 二氧化硅杂化改性氯化聚乙烯橡胶的制备与性能[J]. 合成橡胶工业, 2017, 40(04), 267-270.
[2] 刘义林, 韩得满, 汪鹏飞, 鲍建设, 黄国波, 项军伟. 膨胀型阻燃剂功能化水滑石的制备及阻燃改性三元乙丙橡胶发泡材料的研究[J]. 特种橡胶制品, 2016, 37(03), 1-6.
[3] 曹江勇, 刘志国, 万纪君, 王术栋, 刘金朋. 吸酸剂水滑石对氯丁橡胶性能的影响[J]. 橡胶工业, 2022, 69(05), 352-356.
[4] Zhou, H., Yang, H., Wang, G., Gao, A., and Yuan, Z. (2019). Recent Advances of Plasmonic Gold Nanoparticles in Optical Sensing and Therapy. Current Pharmaceutical Design, 2019, 25(46), 4861-4876.

来源: 星空计划

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