龔壟，鄒靜，龍楊俊，曹曉和

一、納米技術(shù)簡(jiǎn)介

納米技術(shù)是以掃描探針顯微鏡等技術(shù)為手段，在納米尺度(0．1nm~1OOnm)上研究利用原子、分子結(jié)構(gòu)的特性及其相互作用原理，并按人類的需要，在納米尺度上直接操縱物質(zhì)表面的分子、原子、乃至電子來制造特定產(chǎn)品或創(chuàng)造納米級(jí)加工工藝的一門新興學(xué)科技術(shù)。

納米技術(shù)包括納米結(jié)構(gòu)和納米材料兩部分。納米結(jié)構(gòu)指的是在納米尺度上構(gòu)架功能性結(jié)構(gòu)，比如單電子開關(guān)，納米元器件等；納米材料指的是構(gòu)成材料的結(jié)構(gòu)單元的尺度是納米尺度，并且用到的材料性質(zhì)是這個(gè)尺度上物質(zhì)特有的非常規(guī)性質(zhì)。納米尺度的物質(zhì)顆粒比宏觀尺度(微米)小，比微觀尺度(0．1納米)原子大，此時(shí)量子效應(yīng)開始影響到物質(zhì)的性能和結(jié)構(gòu)。由納米結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的納米材料，在機(jī)械性能、光、電、磁、熱等方面與普通材料有很大不同，具有輻射、吸收、催化、吸附以及二元協(xié)同性等新特性。從某種意義上說，納米材料的出現(xiàn)極有可能改變能源消費(fèi)與環(huán)境保護(hù)之問長(zhǎng)期存在的矛盾。

納米材料的化學(xué)活性和大比表面決定了它超強(qiáng)的吸附能力。我們知道，紡織工業(yè)的污水中通常含有有毒有害物質(zhì)，包括有機(jī)物和重金屬等，污水治理就是將這些物質(zhì)從水中去除。由于傳統(tǒng)的水處理方法效率低，成本高、存在二次污染等問題，污水治理一直得不到很好解決。納米催化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用很可能徹底解決這一難題。

納米材料在節(jié)能方面同樣有著巨大的應(yīng)用前景。對(duì)于我國(guó)而言，煤、石油、天然氣在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍是主要的燃料能源，納米材料的引入能夠有效地提高能量利用率，減少有害氣體的排放。


二、納米材料在紡織領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保方面的具體應(yīng)用

1．納米催化劑

納米材料的比表面積大，表面活性中心多，為其做催化劑提供了必要條件，國(guó)際上已把納米材料作為第四代催化劑進(jìn)行了研究與開發(fā)。納米催化劑具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)及表面特性，如表面鍵態(tài)與內(nèi)部不同、表面原子配位不全等，因而，其催化活性和選擇性都大大優(yōu)于常規(guī)催化劑，甚至使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)也能完全進(jìn)行。目前的研究表明，納米催化材料對(duì)催化氧化、還原，裂解反應(yīng)都具有很高的活性和選擇性，對(duì)光解水制氫及一些有機(jī)合成反應(yīng)也具有明顯的光催化活性。 納米材料的催化劑在紡織工業(yè)中有諸多應(yīng)用實(shí)例。例如，納米氧化鋅、納米二氧化鈦對(duì)于水中的鹵代脂肪烴、染料，硝基芳烴、取代苯胺、多環(huán)芳烴、雜環(huán)芳烴化合物，烴類，酚類、表面活性劑，農(nóng)藥等都能有效的進(jìn)行光催化反應(yīng)，通過除毒、脫色、礦化，最終分解為二氧化碳和水，從而消除有機(jī)物對(duì)環(huán)境的污染。不僅如此，納米二氧化鈦對(duì)水中的重金屬離子有很強(qiáng)的還原能力，通過光催化可使85％的六價(jià)鉻被還原，這在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)處理含鉻廢水有著重要意義。



2．納米潤(rùn)滑油添加劑

美國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，生物關(guān)節(jié)的骨滑液中膽甾醇分子以長(zhǎng)軸沿軟骨表面的微溝槽“自組織”排列，使得骨液中的其他潤(rùn)滑分子沿著膽甾醇分子的長(zhǎng)軸排列，導(dǎo)致固體表面形成潤(rùn)滑劑的中介態(tài)，從而使摩擦力減小。納米潤(rùn)滑技術(shù)吸收借鑒了生物骨骼滑液的減磨潤(rùn)滑原理，模仿膽甾醇分子的分子結(jié)構(gòu)及納米尺寸大小開發(fā)出了納米潤(rùn)滑油，并且加入活性納米金剛石滾珠，直徑僅約為10納米，并且都呈完美的球形。將其按1：1000的比例添加至潤(rùn)滑油中后，在“布朗運(yùn)動(dòng)”的作用下，活性納米金剛石滾珠會(huì)有每秒十余米的熱運(yùn)動(dòng)速度，使其得以在潤(rùn)滑油中均勻、穩(wěn)定的分布。

為了驗(yàn)證納米潤(rùn)滑油的性能，我們與英國(guó)利茲(LEEDS)大學(xué)歐洲潤(rùn)滑油研究中心合作，對(duì)普通礦物潤(rùn)滑油與加入納米添加劑的潤(rùn)滑油進(jìn)行摩擦系數(shù)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下： 試驗(yàn)采用“pin-on-plate”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用的英國(guó)殼牌公司購(gòu)買的礦物潤(rùn)滑油“XHVI8．2”空白油樣，最后發(fā)現(xiàn)加入納米添加劑(1：300比例)的潤(rùn)滑油摩擦系數(shù)平均下降17％，而且長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)性能穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了納米添加劑減摩的效果。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證納米潤(rùn)滑油添加劑在實(shí)際工廠使用的效果，我們選擇了紡織工業(yè)企業(yè)最常使用的減速機(jī)試驗(yàn)。 通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入納米潤(rùn)滑油添加劑后，可以使得工業(yè)減速機(jī)的摩擦和磨損減小，也就反應(yīng)在負(fù)載電流上，出現(xiàn)下降。通過基線比較，可以看出試驗(yàn)添加前后，電流下降6％~12％，按照平均節(jié)能8％計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)省3度電，每天可節(jié)省72度電，一年內(nèi)一臺(tái)這樣的減速機(jī)就可節(jié)省26280度電。 我們通過參考納米摩擦學(xué)的研究，對(duì)于到達(dá)節(jié)能減磨的納米添加劑原理進(jìn)行初步的探討。認(rèn)為在嚙合摩擦副表面的油膜中，由于呈完美的圓球形的納米金剛石顆粒的存在，當(dāng)臨界摩擦產(chǎn)生時(shí)，納米金剛石會(huì)以類似“軸承滾珠”的原理變?cè)镜?ldquo;滑動(dòng)摩擦”為“滾動(dòng)摩擦”，摩擦系數(shù)大大下降。在降低摩擦和消除磨損的同時(shí)，由此帶來的摩擦性內(nèi)耗亦獲得有效控制。

其次，油膜中大量納米金剛石顆粒的存在會(huì)顯著提升油膜強(qiáng)度(支撐力)。以類似水泥加入石子和鋼筋會(huì)變成強(qiáng)度更高的水泥混凝土的原理，使異常極壓狀態(tài)下的油膜仍不至破裂，避免了齒輪表面膠合、磨損、塑性變形、齒輪疲勞和折斷等損傷。

密度為10 16次方的巨量納米金剛石在常溫下同時(shí)作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，在齒輪油中形成特有的“攪動(dòng)清洗效應(yīng)”，使得齒輪油在提高油膜強(qiáng)度的同時(shí)粘度大為降低。此舉可使油品自身粘滯阻力帶來的能耗損失獲得進(jìn)一步控制，齒輪箱油溫得以有效控制。



三、結(jié)束語(yǔ)
隨著人們對(duì)納米技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，納米技術(shù)在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。紡織工業(yè)作為能耗和污染大戶，納米材料的節(jié)能環(huán)保作用將會(huì)極大地促進(jìn)紡織工業(yè)的發(fā)展，并大大改善人們的生活環(huán)境。