自從發(fā)現(xiàn)硅芯片后，物理學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域就再?zèng)]有這么激動(dòng)人心了。無數(shù)的大學(xué)已經(jīng)建立了納米中心，其中許多大學(xué)獲得工業(yè)基金與贊助。作為學(xué)術(shù)研究的成果，大量的與納米技術(shù)相關(guān)的創(chuàng)業(yè)企業(yè)分離出來。
世界各地的私營企業(yè)和政府都在投資數(shù)以十億美元，爭(zhēng)相開發(fā)這個(gè)材料尺寸小于100納米的小世界。
聚合物納米復(fù)合材料由納米尺寸填料與熱固性或熱塑性聚合物混合而成。
聚合物納米復(fù)合材料的性能與傳統(tǒng)材料的性質(zhì)明顯不同。這些改變的性質(zhì)包括改善的強(qiáng)度，韌性，熱變形溫度，抗紫外線性，阻隔性，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。
簡單地說，由于對(duì)于新材料能力的設(shè)想，舊的規(guī)則已不再適用。
理查德費(fèi)曼1959年在加州理工學(xué)院舉行的美國物理學(xué)會(huì)年會(huì)上的演講說 “底層有足夠的空間”，這是今天對(duì)納米復(fù)合材料和納米技術(shù)世界的科學(xué)探索起源。
費(fèi)曼說：“這是一個(gè)非常小的世界。”費(fèi)曼在談到納米技術(shù)的前景時(shí)，“如果我們真的能按照我們想要的方式排列原子，那么材料的特性是什么？理論的調(diào)查研究會(huì)是非常有趣。”“我?guī)缀蹩梢钥隙ǎ覀儗@得可能擁有更多的特性的物質(zhì)，以及更多我們可以做的不同事情。因?yàn)樗鼈儩M足量子定律，所以小原子在大原子面前的作用影響幾乎為零。所以，當(dāng)我們繼續(xù)研究原子的時(shí)候，我們得用不同的定律，我們可以做很多不同的事情。”
費(fèi)曼接著斷言道，“據(jù)我所知，物理原理并沒有否定原子一個(gè)接一個(gè)排列。這不是企圖去違反任何定律;從原則上講，這些是可以做到的;但在實(shí)踐中，它還沒有完成，因?yàn)槲覀儾荒芸吹侥敲葱〉臇|西。”費(fèi)曼認(rèn)為：在納米級(jí)能有所發(fā)現(xiàn)和發(fā)展的關(guān)鍵之一是“將電子顯微鏡精度提高上百倍”。
費(fèi)曼后來與朝永振一郎（東京教育大學(xué)）和朱利安施溫格（哈佛大學(xué)）共同獲得了1965年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們“在量子電動(dòng)力學(xué)方面所做的基礎(chǔ)工作，這對(duì)基本粒子物理產(chǎn)生了深刻的影響。”
現(xiàn)在讓我們把注意力轉(zhuǎn)向納米復(fù)合材料市場(chǎng)的增長和相關(guān)研究的重視。雖然納米復(fù)合材料（包括納米黏土和納米管）這只是塑料工業(yè)的一小部分，但是納米復(fù)合材料預(yù)計(jì)將成為一個(gè)主要的增長領(lǐng)域。這些獨(dú)特的復(fù)合材料結(jié)合了填充熱塑性塑料和純熱塑性塑料兩者的最佳性能。
特別是在汽車、包裝和電子領(lǐng)域，聚合物納米復(fù)合材料的使用正在穩(wěn)步增長。在全球范圍內(nèi)，納米復(fù)合材料的年均增長率預(yù)計(jì)將在每年18%到25%之間，預(yù)計(jì)到2020年，納米復(fù)合材料的使用將達(dá)到近7.5億美元。
微米和納米尺度的天然的和生產(chǎn)的物體
美國是納米復(fù)合材料和納米技術(shù)研究領(lǐng)域的世界領(lǐng)先者，有800多個(gè)研究中心和公司參與納米復(fù)合材料的研究，截至2017年，其資金超過80億美元。相比之下，歐洲有250家公司和組織參與納米技術(shù)研究，科研經(jīng)費(fèi)達(dá)到30億美元。
日本也在納米科學(xué)研究方面進(jìn)行了重大投資，大約有150家公司在從事納米技術(shù)的研究。納米復(fù)合材料和納米科學(xué)相關(guān)的政府項(xiàng)目正在全球范圍內(nèi)進(jìn)行。
就連泰國也宣布，納米材料將在該國未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并已派遣大約300名科學(xué)家在這一領(lǐng)域進(jìn)行研究。發(fā)展中國家的其他國家，包括中國、韓國、巴西、智利、印度、菲律賓和南非，也通過建立政府資助的納米相關(guān)項(xiàng)目和研究機(jī)構(gòu)，表達(dá)了他們對(duì)納米技術(shù)的重視。
就納米復(fù)合材料類型而言,納米復(fù)合材料領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過納米管、納米粘土、納米粒子等關(guān)鍵詞和納米粒子, 包括多面體低聚倍半硅氧烷(POSS, 將有機(jī)和無機(jī)片段結(jié)合納米籠結(jié)構(gòu)的納米顆粒)納米纖維,小纖維(MWNTs -多壁封閉納米管),納米片(薄片,小于5納米),納米線和納米紗。
納米光學(xué)板有望使傳感器和開關(guān)系統(tǒng)發(fā)生革命性的變化。重要是，空氣袋傳感器嵌入到外部聚合物外殼中，以光速傳輸信號(hào)，以獲得幾微秒的救命時(shí)間。
雖然許多早期的納米復(fù)合材料是以聚丙烯和尼龍作為基體聚合物形成的，但是納米復(fù)合材料已經(jīng)由各種各樣的其他樹脂形成，包括：環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚醚酰亞胺樹脂、聚苯并惡嗪樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚己醇內(nèi)酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚丁二烯、共聚物和液晶聚合物。
進(jìn)一步深入研究納米復(fù)合材料的應(yīng)用，人們普遍猜測(cè)，通過使用納米粘土填充的納米復(fù)合材料，在拉伸強(qiáng)度、模量和熱變形溫度方面的改進(jìn)可使納米材料替代現(xiàn)有的工程熱塑性塑料。聚烯烴的復(fù)合材料和這些取代的工程熱塑性塑料的新納米復(fù)合版本將反過來挑戰(zhàn)金屬和玻璃在許多新領(lǐng)域的應(yīng)用。
雖然納米粘土復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中已經(jīng)取得了一些商業(yè)上的成功，但是許多早期應(yīng)用的成功更依賴于導(dǎo)電性能的改善。
汽車工業(yè)正引領(lǐng)著納米復(fù)合材料應(yīng)用的發(fā)展。導(dǎo)電納米聚合物已成為燃料輸送管道的首選復(fù)合材料，燃料輸送管道正在從傳統(tǒng)的鋼轉(zhuǎn)變?yōu)榫酆衔?。今天，美?0%以上的汽車在燃料管路中加入了納米管，以防止靜電的聚集。
導(dǎo)電聚合物也已被開發(fā)用于電鍍外部車身面板的應(yīng)用。通過加入相對(duì)少量的納米粘土材料來實(shí)現(xiàn)的氣體阻隔性能的提高也是相當(dāng)可觀的。
這些杰出的阻隔性能改進(jìn)引起了人們對(duì)用于食品包裝應(yīng)用如瓶子和薄膜等的納米粘土復(fù)合材料的極大興趣。納米復(fù)合制劑的使用有望大大延長許多食品的貨架期。
聚合物基納米復(fù)合材料也正在開發(fā)電子應(yīng)用，例如集成電路中的薄膜電容器、用于電池的固體聚合物電解質(zhì)、微光開關(guān)、納米級(jí)智能開關(guān)和傳感器。
在醫(yī)療領(lǐng)域，納米復(fù)合材料的進(jìn)步正在推動(dòng)微創(chuàng)設(shè)備的材料封裝。在這個(gè)領(lǐng)域，需要非常薄的壁和光滑的表面。
正在開發(fā)的納米復(fù)合材料應(yīng)用
傳統(tǒng)的填料太大，不能提供這些薄壁應(yīng)用所需的均相化合物。有了納米復(fù)合材料，設(shè)計(jì)師們?cè)谶M(jìn)行醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)時(shí)將有更廣泛的材料可供選擇。工業(yè)部門也期望通過使用納米復(fù)合材料看到顯著的效益。
總之，納米復(fù)合材料的未來就是在現(xiàn)在。
納米復(fù)合材料的一些應(yīng)用和相關(guān)研究在世界各地的研究中心得到了很好的應(yīng)用。這些項(xiàng)目包括用于汽車、航天和國防結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料；聚合物納米復(fù)合泡沫；用于光學(xué)應(yīng)用的納米復(fù)合材料；導(dǎo)電納米復(fù)合材料用于腐蝕防護(hù)、能量儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換裝置;用于組織工程腳手架、防護(hù)裝甲和生物傳感的納米纖維;以及相關(guān)的納米顆粒和納米復(fù)合材料的生命周期分析。
正在開發(fā)的納米顆粒和納米復(fù)合材料還可以用作諸如生物醫(yī)療裝置、藥物遞送裝置和包括光學(xué)顯示器、太陽能電池板等的光子學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域所需的功能材料。
為了幫助創(chuàng)造出“智能”涂料、新建筑材料、微型電子設(shè)備、“智能”醫(yī)用植入物化學(xué)/生物傳感器、快速/更高容量的“生物芯片”等所需的下一代先進(jìn)高性能復(fù)合材料，一些材料研究人員轉(zhuǎn)向了仿生學(xué)。
生物在納米尺度上創(chuàng)造和操縱復(fù)雜的結(jié)構(gòu)已經(jīng)長達(dá)數(shù)十億年之久。利用DNA、RNA和各種各樣的蛋白質(zhì)，活細(xì)胞構(gòu)建復(fù)雜的分子和納米級(jí)的細(xì)胞器，以及創(chuàng)造非生物材料，如具有納米級(jí)結(jié)構(gòu)的牙釉質(zhì)和海貝。
納米技術(shù)人員在邏輯上尋求復(fù)制由生物體設(shè)計(jì)的技術(shù)，從下往上創(chuàng)造新的納米復(fù)合材料和納米工具。一個(gè)特別有趣的領(lǐng)域是由海洋生物建造的礦物和生物聚合物，它們提供了獨(dú)特的力量組合、生物相容性、精確的納米尺度結(jié)構(gòu)控制，以及礦物/有機(jī)聚合階段之間的耦合系統(tǒng)，使它們成為新材料的特別有吸引力的模型。壁虎在幾乎任何表面上都能表現(xiàn)出非凡的能力，這是一種新的粘合表面的潛在模型。
隨著研究人員對(duì)納米世界的理解不斷增長，納米科學(xué)被應(yīng)用到許多產(chǎn)品和設(shè)備上，納米技術(shù)和納米復(fù)合材料的使用將給我們生活的許多細(xì)節(jié)帶來變化。我們已經(jīng)受益于這樣的成就。
汽車涂料中的特殊色彩效果就是基于納米復(fù)合材料，就像一種新的抗劃痕汽車涂料。某些輕質(zhì)車身板和玻璃和隱形眼鏡上的減反射涂層也得益于納米技術(shù)。
在未來，納米技術(shù)將對(duì)通信/信息技術(shù)和醫(yī)療設(shè)備/程序的許多方面產(chǎn)生重要影響。
新的納米材料和納米復(fù)合材料，如原子開關(guān)、存儲(chǔ)介質(zhì)能力的大幅提升、人體修復(fù)的納米機(jī)器人、人造機(jī)械鼻子和耳朵等，這只是科學(xué)家目前在世界各地研究中心所做的一些研究。許多其他的基于納米復(fù)合材料的想法正在展開。正如諾貝爾獎(jiǎng)得主蓋德賓寧所指出的，“納米時(shí)代才剛剛開始。”（文章來源于網(wǎng)絡(luò)）
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