龔壟，鄒靜，龍楊俊，曹曉和

一、納米技術(shù)簡介

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與環(huán)境保護之問長期存在的矛盾。

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。對于我國而言，煤、石油、天然氣在一個相當(dāng)長的時間內(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，國際上已把納米材料作為第四代催化劑進行了研究與開發(fā)。納米催化劑具有獨特的晶體結(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，甚至使原來不能進行的反應(yīng)也能完全進行。目前的研究表明，納米催化材料對催化氧化、還原，裂解反應(yīng)都具有很高的活性和選擇性，對光解水制氫及一些有機合成反應(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)用實例。例如，納米氧化鋅、納米二氧化鈦對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，從而消除有機物對環(huán)境的污染。不僅如此，納米二氧化鈦對水中的重金屬離子有很強的還原能力，通過光催化可使85％的六價鉻被還原，這在實際應(yīng)用中對處理含鉻廢水有著重要意義。



2．納米潤滑油添加劑

美國生物醫(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軸沿軟骨表面的微溝槽“自組織”排列，使得骨液中的其他潤滑分子沿著膽甾醇分子的長軸排列，導(dǎo)致固體表面形成潤滑劑的中介態(tài)，從而使摩擦力減小。納米潤滑技術(shù)吸收借鑒了生物骨骼滑液的減磨潤滑原理，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的比例添加至潤滑油中后，在“布朗運動”的作用下，活性納米金剛石滾珠會有每秒十余米的熱運動速度，使其得以在潤滑油中均勻、穩(wěn)定的分布。

為了驗證納米潤滑油的性能，我們與英國利茲(LEEDS)大學(xué)歐洲潤滑油研究中心合作，對普通礦物潤滑油與加入納米添加劑的潤滑油進行摩擦系數(shù)測定。實驗結(jié)果如下： 試驗采用“pin-on-plate”實驗平臺，采用的英國殼牌公司購買的礦物潤滑油“XHVI8．2”空白油樣，最后發(fā)現(xiàn)加入納米添加劑(1：300比例)的潤滑油摩擦系數(shù)平均下降17％，而且長時間試驗性能穩(wěn)定。實驗證實了納米添加劑減摩的效果。

為了進一步驗證納米潤滑油添加劑在實際工廠使用的效果，我們選擇了紡織工業(yè)企業(yè)最常使用的減速機試驗。 通過實驗發(fā)現(xiàn)，加入納米潤滑油添加劑后，可以使得工業(yè)減速機的摩擦和磨損減小，也就反應(yīng)在負(fù)載電流上，出現(xiàn)下降。通過基線比較，可以看出試驗添加前后，電流下降6％~12％，按照平均節(jié)能8％計算，每小時可節(jié)省3度電，每天可節(jié)省72度電，一年內(nèi)一臺這樣的減速機就可節(jié)省26280度電。 我們通過參考納米摩擦學(xué)的研究，對于到達(dá)節(jié)能減磨的納米添加劑原理進行初步的探討。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，納米金剛石會以類似“軸承滾珠”的原理變原本的“滑動摩擦”為“滾動摩擦”，摩擦系數(shù)大大下降。在降低摩擦和消除磨損的同時，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顯著提升油膜強度(支撐力)。以類似水泥加入石子和鋼筋會變成強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作不規(guī)則運動，在齒輪油中形成特有的“攪動清洗效應(yīng)”，使得齒輪油在提高油膜強度的同時粘度大為降低。此舉可使油品自身粘滯阻力帶來的能耗損失獲得進一步控制，齒輪箱油溫得以有效控制。



三、結(jié)束語
隨著人們對納米技術(shù)研究的進一步深入，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)保作用將會極大地促進紡織工業(yè)的發(fā)展，并大大改善人們的生活環(huán)境。