当前位置:主页 > 资讯 > 供应商产品

论我国纳米技术包装应用研究

时间:2010-06-02 08:28:48来源:科印网作者:陈希荣

  一、纳米技术概述与发展态势

  纳米技术是21世纪最活跃的三大前沿研究领域,将成为今后二三十年科学发展的主导技术,而受到全世界的关注。美国科学技术委员会2000年3月向美国政府提出报告,把启动纳米技术的计划看作是下一次工业革命的核心,世界各先进国家也都从未来发展战略的高度,重新布局纳米材料研究,加强纳米技术的开发和应用。我国纳米材料的研究已经具有了很好的基础,一直受到国家的高度重视和支持。

  在纳米科技诞生之初,就有许多专家预测,纳米科技必将成为21世纪的主导新技术之一。STM(scanningtunnelingmicroscopy,扫描隧道电子显微镜)的发明者之一、诺贝尔奖获得者H.Rohrer博士在给江泽民的信中说:“150年前,微米成为新的精度标准,奠定了工业革命的基础。最早和最好学会使用微米科技的国家,都在工业发展中占据了巨大的优势。同样,未来的科技将属于那些明智地接受纳米作为新标准并首先学习和使用的国家”。

  2001年,江泽民曾在接见“国际纳米材料高层论坛于技术应用研讨会”的代表时强调“材料是人类赖以生存和发展的物质基础和先导,谁掌握了新材料,谁就掌握了二十一世纪高新技术竞争的主导权。纳米材料是新材料的主要组成部分,被认为是新世纪新材料发展的重要标志,受到全世界的关注,将成为今后二、三十年科技发展的主导技术。”

  科学概念是科学家创造的术语,纳米概念是1959年末,诺贝尔奖获得者理查德·弗曼在一次题为《在物质底层有大量空间》的演讲中预言:“就我所知,物理学的原理并没有否认一个个移动原子的可能性”。这是最早具有现代纳米概念的思想。可纳米物质却不是人类的新发明,纳米材料在自然界早就存在。纳米世界的确是真实存在的物质层次。纳米技术是用于处理纳米世界的技术。

  纳米技术(nanotecnnology)是一个含义其极丰富的术语。它的基本涵义是在纳米尺寸(10-10~10-7m)尺度空间内认识和改造自然,研究通过直接操作和安排原子、分子运动规律和特性,创造新物质。这意味着人们可以生产出极纯的材料、丰富多样的新产品,并且能大大提高机器效率。纳米技术是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究与应用的一门综合性的技术体系,其最终目的是操纵与控制原子、分子制备成人工功能材料。纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术、纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于材料生产(超微粉、镀膜等),性能检测技术(化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热、及光学等性能)。纳米加工技术包含精密加工技术(能量束加工等)及扫描探针技术。

  纳米技术应用的最重要的领域,是制造具有特异物理、化学性质的新型功能材料。最典型的应用是将两种不同性质的材料制成纳米复合颗粒。欧盟早在1995年就发表报告称:予测在今后20年内纳米技术的开发将仅次于芯片制造业。根据历史经验和最新的科技发展,世界各国的很多科学家都认定:纳米技术正昭示着产业革命的曙光,其影响将比20世纪后叶,微电子技术引发了信息革命一样。纳米科学技术的发展有十分重要的意义。首先它将改观人类传统的生产模式和空前地提高社会生产力,并有可能从根本上解决目前人类所面临的环境污染,生态平衡破坏、原材料与能源消耗等诸多严重的问题,同时,纳米科技能够开发物质潜在的信息和结构潜力,使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上。因而它必然会成为世界第二大制造业。纳米技术未来的应用远远超过计算机工业。

  纳米技术的研究和应用,意味着人们将可能从原子、分子的水平上识别探测和控制物质,在纳米尺度上研究原子、分子行为和相互作用的规律,使得人类在认识和改造自然、征服自然和应用自然的能力再一次迎来一个惊人的飞跃。

  本世纪的技术革新,很大程度上是靠弄清更加微观的现象和据此发展操作技术来支撑的,但是,基于宏观的角度,追求更加微观的世界,这种传统的技术开发,在很多领域将迎来极限。如果没有与传统根本不同的新发现,就无法登上新的台阶,纳米技术就是发现这种效果与人工的独特的结构技术,人们正是充分掌握和利用先进的现代科学技术使对纳米技术的预言和研究成为可能。

  二、纳米包装技术溯源

  人工制备纳米材料的历史至少可以追溯到1000多年前,我们的祖先就有了制造和使用纳米材料的历史。如我国古代利用燃烧蜡烛的烟雾制成炭黑作为墨的原料以及用于作色的染料,就是最早的纳米材料。

  由于科学技术的限制,近世纪实用的超细材料一般由微米级构成。当超细材料达到纳米状态时,它将呈现新的特异功能。纳米科学技术是研究0.1~100纳米范围(1um=1000nm)内的特殊现象。

  洛依是二十世纪末期最著名的材料专家,科学家洛依专门从事高新材研究。1984年洛依(RustunRoy)首先提出纳米材料新理论。他的纳米理论开创了包装材料的纳米新时代--纳米包装。1989年,美国IBM公司率先用隧道扫描显微镜(STM)探针“移植”氙原子,将其拼成IBM公司的标识,成功地实现了世界上最小的纳米级商标图案。日本丰田中央研究所也应用高新技术研究纳米包装材料。

  在纳米理论的指导下,1990年日本宗部兴产公司首先研制成功(可用于包装的)纳米复合包装材料PA/Mt(蒙脱石约5%并进行工业规模生产)。不久纳米液晶(nmLCP)复合的PET聚酯材料在美国问世,它的性能比层状复合包装材料优异,其包装应用指日可待。

  1990年,由日本合成企业(MP611,620)以合成法制备环氧树脂/交联NBR(-10%),产品具耐冲击、耐热性、用作高性能粘接剂。1991年,Amoco公司合成法,制成PA6/PPTA(5%),PPTA(5%),作为高强度包装材料。1991年至1993年间,日本以合成法制备EPR(30%)即共聚物(60%)/PE/滑石粉(10%),在导弹包装上应用,Hocnse使用熔融共混法,制备TLCP/PA12、TLCP/PEEK、TLCPPA用于军品包装。还用同一方法,生产TLCP/PL其双轴取向膜用于食品包装。1994年,国际标准化组织ISO开始制订降解塑料(包装)材料标准。美国开发成功PET/LCP纳米复合包装新材料,商品名为Vectra。1995年,欧盟将“纳米新材料”列入“第二大制造业”。美国Amoco公司开始工业化生产PEN聚酯新包材。1996年,日本一家公司采用直接分散法,制成PE等/超微粒子(碳黑)应用于军品包装、防电磁包装。还用同一方法,制备PP等/Tio2(3.5W%),用于防紫外包装。

  综观国外在1996年前,已经有众多与包装有关的高分子复合材料实现了商品化和产业化。1996年来,我国中科院化学所应用天然丰产的蒙脱土层状硅酸盐作为无机分散相,发明了一步法制备PA6纳米塑料(nC-PA6)、PET纳米塑料(nc-PET)。

  2000年,我国研制成功有机纳米功能材料20纳米活性有机高分子,可望用于导电包装、隐身包装等高功能特殊包装。事实上,我国在20世纪80年代就有人研究开发出了长轴40nm-60nm,短轴为14nm-16nm的纺锤状纳米Fe2O3,其具有透明、耐候、屏蔽紫外线等特点,应用于造币油墨,以提高其耐沾污性;用于金属闪光漆,明显提高涂膜的随角异色性。

  自1981年Gleiter等人率先制得纳米材料以来,经过20多年的发展,纳米材料有了长足的进步。如今纳米材料种类较多,在包装领域的应用,例如纳米高阻隔密封包装材料、纳米防静电包装材料既有比原材料好的高性能,又可以在常规下进行加工,还具有高的表面光泽度,为我们的应用提供了良好的前景。纳米材料由于纳米级晶粒,高浓度晶界和晶界的原子状况三方共同造就了其性能优于一般材料的优点。

  在分子以上到微米以下或是在1-100纳米量级尺度范围由研究应用所产生了纳米包装这一新学科,它和其他的纳米学科一样,并不拘泥于尺寸和尺度上的分界,而是着眼于小尺寸所引起的物质的变异行为和新的物性。

推荐专题

2020科印传媒活动

以会凝智,以展聚力。...[详细]

展望数字包装发展

《2022年数字印刷在包装领域的增长报告》的...[详细]

2019科印游学

科印游学起始于2007年,经过十多年的资源积...[详细]