纳米(Namometer)是一种长度计量单位,1纳米等于10-9米,一个原子约为0.2-0.3nm。纳米结构是指尺寸在1-100nm 的微小结构[1]。纳米技术是在100nm 以下的微小结构上对物质和材料进行研究处理,即用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米材料是一种全新的超微固体材料,它是由尺寸为1-100nm 的纳米微粒构成的。纳米材料的特征是既具有纳米尺度(1-100nm),又具有特异的物理化学性质。纳米微粒是由数目较少的原子和分子组成的原子群或分子群,它是介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域,是一种典型的介观系统。
纳米技术,根据最近的共识是指“操作和控制lnm-l00nm规模的原子或分子,从而可改变物质的结构和排列而制造出具有新功能和更优特性的技术”。纳米纤维是指“具有纳米级尺寸的纤维”,更严格说来可定义为直径为lnm-l00nm、长度为直径的100倍以上的纤维状物质。按照日本东京工业大学谷冈明彦教授的看法,包括直径lnm左右、长100nm 以上的碳纳米管以及直径数十纳米、长数千纳米的银制纳米线或纤维,而且不仅仅是纤维的大小,还包括通过在其内部、外部和表面进行纳米尺寸控制的精密结构设计而发现新功能的材料,统称为“纳米结构纤维”。例如与纳米粒子相复合的纳米复合材料,以及在纤维表面或内部具有纳米空隙的纤维。直径为lμm基准的亚微米纤维,现已有可能进行工业生产,而纳米纤维及高分子链大小的纤维,尚在研发之中。
纳米技术的发展为开发功能性纺织品提供了新的途径。功能性纤维是指具有某些特殊的不同于一般纤维所固有的性能,能满足特殊需求的纤维,如抗菌、除臭、抗紫外线辐射、抗静电、防微波、远红外、拒水拒油等纤维。纳米微粒有特殊的抗紫外线、吸收可见光和红外线的性能,同时还具有抗老化、高的强度和韧性、良好的导电性和静电屏蔽效应,较强的抗菌防臭功能以及吸附性能等。通过把具有这些特殊功能的纳米微粒与纺织原料进行复合,可以开发出多功能、高附加值的纺织品,有效地改善织物性能,已成为目前纺织品开发的新热点。将纳米纤维或纳米微粒加入到纺织品中,可赋予该产品某种或多种新的功能。可以想像未来纳米纤维的制成品其强度会超过钢,弹性如橡胶、耐磨如陶瓷,导电赛铜银,保暖似羽绒,同时还可能集多种功能于一身,兼具阻燃、抗菌、远红外、负离子等功能,将广泛应用于航空、航天、交通、医疗、体育、电子、生物、建材、环保等领域[2-4]。
纳米材料是指非常微小的材料,其两维方向小于100nm左右。当材料的粒度小到纳米尺度后,可产生特殊的效应[5],主要有:
(1)量子尺寸效应:当粒子尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级而使能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应,此时将导致纳米微粒的催化、电磁、光学、热学和超导等性能与宏观块材料的性能相比,出现异常的情况。如原为导体的物质有可能变为绝缘体;反之,绝缘体有可能变为超导体。
(2)小尺寸效应:当超细微粒的尺寸小到与光波的波长、传导电子的德布罗意波长和超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸近似或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏;非晶态纳米微粒的颗粒表面层原子密度减小,会引起材料物理、化学性质的变化,导致声、光、电磁、力学、热力学性质等的改变,如陶瓷材料呈韧性和延展性,有的材料熔点降低、呈强磁性、吸收紫外线、屏蔽电磁波等。
(3)表面效应:纳米粒子的表面原子与总原子数之比,随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加,粒子的表面能及表面张力也随之增加,从而引起一系列变化。颗粒越小,比表面积越大,表面原子数迅速增加,且表面具有很高的活性,极不稳定,很容易与其它原子结合,因而极易与其它物质反应,有时还会迅速燃烧、加速催化等。如用金属铜、铝等做成纳米级的颗粒,一遇空气就会猛烈地燃烧和爆炸;无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体,并与气体进行反应。
(4)宏观量子的隧道效应:“隧道效应”是指微观粒子具有在一定情况下贯穿势垒的能力。电子具有粒子性和波动性,因此可产生此种现象,就象里面有了隧道一样可以通过。这种效应将是未来微电子器件的基础。
总之,上述综合效应的结果,在微观世界中会使化学结合与物理结合混杂化,形成超高强度、超塑性、高磁性、吸波性等不同于常规材料的性能。而研制开发功能性纺织品,就是要利用这些纳米材料的特殊性能,使之在纺织品上体现出来。


















