涂銘旌，唐 英，王召東

(1.重慶文理學(xué)院新材料研究中心，重慶 永川 402160;2.重慶市高校微納米材料工程與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 永川 402160;3.四川大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610064)

1 納米技術(shù)和納米材料

納米技術(shù)(Nanotechnology)，也稱毫微技術(shù)，是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1～100 nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù).納米技術(shù)是以納米材料為基礎(chǔ)的.納米材料通常被定義為顆?；虺叽缰辽僭谝痪S尺度上小于100 nm且具有優(yōu)于一般材料的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)或力學(xué)性能的一類材料體系.納米技術(shù)是一門通過組建和利用納米材料來實(shí)現(xiàn)特有功能和智能作用的高科技先進(jìn)技術(shù).納米材料學(xué)科是一門在原子級(jí)設(shè)計(jì)和組建新型材料的學(xué)科.納米材料在晶粒尺寸、表面與體內(nèi)原子數(shù)比和晶粒形狀等方面與一般材料都有所不同，這些材料的奇異性能是由其本身原子尺度上的結(jié)構(gòu)、特殊的界面和表面結(jié)構(gòu)等眾多因素所共同決定的［1］.納米技術(shù)是一門交叉性很強(qiáng)的綜合學(xué)科，研究的內(nèi)容涉及現(xiàn)代科技的眾多領(lǐng)域.納米科學(xué)與技術(shù)主要包括:納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)等.正是基于其所具有的獨(dú)特性能和可能的廣泛應(yīng)用，納米技術(shù)被譽(yù)為繼蒸汽機(jī)和晶體管出現(xiàn)后的第三次產(chǎn)業(yè)革命.

2 以納米技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)的點(diǎn)“技”成金

納米材料作為一種新興的材料，具有一些獨(dú)特的功能和性質(zhì).如果把納米技術(shù)應(yīng)用于一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，可能大大提升其產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和效益，從而收到點(diǎn)石成金的奇效.作者所在的四川大學(xué)稀土及納米材料研究所開展了相應(yīng)的實(shí)踐工作(圖1).工作涉及到不同的物質(zhì)，從常見的綠石巖、石英石到稀土材料.以綠豆巖原礦為例(圖2)，從中可以提取金屬鉀、金屬鎂以及二氧化硅等.其中的SiO2經(jīng)過進(jìn)一步處理可以得到活性SiO2.經(jīng)過機(jī)械粉碎等方法可以獲得顆粒大小不同的微米SiO2和納米分子篩等.顆粒大小在2～60 nm范圍內(nèi)的介孔可以經(jīng)過一系列的處理而最終獲得納米SiO2，其應(yīng)用價(jià)值也有了根本性的改變.這充分體現(xiàn)了納米技術(shù)可以對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行提升.

圖2 用精細(xì)化工技術(shù)點(diǎn)“綠豆巖”為金

稀土是化學(xué)元素周期表中鑭系元素——鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu)，以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的兩個(gè)元素——鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素，稱為稀土元素(Rare Earth).稀土元素在石油、化工、冶金、紡織、陶瓷、玻璃、永磁材料等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用.隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用技術(shù)的不斷突破，稀土氧化物的價(jià)值將越來越大.一些稀土元素因?yàn)槠洫?dú)特的光、電、磁特性而在新材料領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用.近年來，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米晶稀土永磁材料［2-4］成為一種新型的永磁體，具有高剩磁、高磁能積和相對(duì)高的矯頑力以及低的稀土含量和較好的化學(xué)穩(wěn)定性，是一種有廣泛應(yīng)用前景的廉價(jià)稀土永磁材料.納米晶稀土永磁與傳統(tǒng)永磁不同，隨著晶粒尺寸的減小，比表面積增大，晶間交換耦合作用顯著增強(qiáng)，在傳統(tǒng)永磁中可以合理忽略的晶間交換耦合作用，在納米晶稀土永磁中則顯得十分重要.納米晶稀土永磁材料就是以輕稀土為原材料，運(yùn)用納米新材料技術(shù)而獲得的.具體的流程如圖3所示.首先從輕稀土中提取稀土氧化物Nd2O3，然后從其氧化物中得到純的金屬釹，通過一系列的化學(xué)工藝熔體快淬法或者機(jī)械合金化法制備出NdFeB磁粉，然后可以通過燒結(jié)、粘結(jié)、熱壓等方法制成納米晶稀土永磁體.以500 t的產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，500 t NdFeB磁粉的產(chǎn)值在5 000～8 000萬元，而相應(yīng)的粘結(jié)納米晶稀土永磁體的產(chǎn)值可達(dá)到1.5～2億元，其產(chǎn)值增加了3倍，由此足以看到該項(xiàng)技術(shù)所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益.作者已經(jīng)和一些企業(yè)合作開發(fā)出相應(yīng)的最終產(chǎn)品，主要合作企業(yè)包括成都銀河磁體股份公司和綿陽思創(chuàng)科技公司;而且已經(jīng)形成了具有一定生產(chǎn)規(guī)模的納米晶稀土永磁材料產(chǎn)品鏈及產(chǎn)業(yè)鏈.總之，作者所做的工作中還有其它眾多的通過納米技術(shù)而點(diǎn)石成金的例子，不在此一一列舉.

圖3 運(yùn)用新材料技術(shù)點(diǎn)“稀土”成金

3 結(jié)語

納米科學(xué)作為一門新興的學(xué)科，它的蓬勃發(fā)展為人類提供了一些前所未有的歷史機(jī)遇.納米材料作為一種性質(zhì)獨(dú)特的功能性材料而備受關(guān)注，它的合成要求達(dá)到結(jié)構(gòu)、形狀和表面狀態(tài)等多個(gè)方面可控.只有達(dá)到結(jié)構(gòu)可控才能實(shí)現(xiàn)其性能可控.性能的功能化和智能化是納米材料的兩個(gè)基本特點(diǎn);而要達(dá)到上述要求，其發(fā)展還有很長(zhǎng)的路要走.納米技術(shù)對(duì)人類文明提出挑戰(zhàn)但也給予了機(jī)遇.納米技術(shù)要求從納米尺度去設(shè)計(jì)和創(chuàng)造世界.這么高的要求迫使人們開發(fā)新的材料，探索新的器件，創(chuàng)造史無前例的科學(xué).隨著納米技術(shù)的發(fā)展和日益完善成熟，越來越多的新技術(shù)可以用來作為點(diǎn)石成金的武器，為社會(huì)創(chuàng)造更多的財(cái)富，更好地為人類健康和生活服務(wù).

作者在“從點(diǎn)石成金到現(xiàn)代點(diǎn)金術(shù)(一)”和“從點(diǎn)石成金到現(xiàn)代點(diǎn)金術(shù)(二)”兩文中，分別通過不同的實(shí)例闡釋了其中的思想和精髓.只要把握了其中的精髓，任何有價(jià)值的普通物質(zhì)都可以經(jīng)過技術(shù)或者思想創(chuàng)新而轉(zhuǎn)化為具有更高附加值的市場(chǎng)化的商品或者產(chǎn)品，為社會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益.

［1］王中林.納米科學(xué)和納米技術(shù)——挑戰(zhàn)和機(jī)遇［J］.中國科學(xué)基金，2001(5)：272-275.

［2］王爾德，石剛，郭斌，等.稀土永磁材料研究新進(jìn)展［J］.粉末冶金技術(shù)，2005(1)：55-61.

［3］沈保根，張宏偉，張文勇，等.納米晶稀土永磁材料的制備和磁性［J］.中國稀土學(xué)報(bào)，2004(1)：28-33.

［4］李麗婭，易健宏，彭元東，等.納米晶稀土永磁材料的制備技術(shù)研究進(jìn)展［J］.粉末冶金工業(yè)，2005(5)：35-40.