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一. 新材料技术在纺织上的应用
纳米材料被誉为21世纪的新材料,诺贝尔奖获得者罗雷尔曾说过,20世纪70年代重视微粒的国家如今都成为了发达国家,现在重视纳米材料的国家很有可能成为21世纪的先进国家。同样,纳米材料在纺织上的应用,也能使传统的纺织业焕发青春,它是纺织业提高科技含量,创造多功能纺织品最有发展前途的发展方向之一。
1.纳米材料:
纳米材料是指在某一维上的尺寸在1-100nm之间,并能产生区别于微观和宏观物质的超常规物性的材料。比如:金属在宏观上是导电的,有些金属制成纳米材料后就变成了绝缘体;而有些在宏观上是绝缘体的材料,制成纳米材料后,就变成了导体;有些化合物在微观时能参与某些化学反应,而当把它制成纳米材料时,就变成了催化剂,这些就是别于微观和宏观物质的超常规的物性。
纳米材料从原子排列的角度来说,是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质,一些研究人员把纳米材料称为晶态和非晶态之外的"第三态晶体材料"。正是由于纳米材料这种特殊的结构,使之产生三大效应,即表面和界面效应、小尺寸效应、量子效应。
①表面效应(界面效应)
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。由于纳米粒子表面原子数增加,使得表面原子配位不足,因而其表面能大幅提高,使这些表面原子极易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很高的化学活性。例如金属纳米微粒在空气中会燃烧;一些氧化物纳米微粒暴露在大气中会吸附气体,并与气体进行反应等。正是由于纳米微粒的高表面能使得颗粒间的吸附作用很强,极易集聚,难以稳定保存,这也是目前制备纳米材料遭遇的一大难题之一。
②小尺寸效应(体积效应)
小尺寸效应是指纳米微粒随着尺寸减小,体积缩小,粒内的原子数迅速减少而造成的效应。由于纳米粒子体积小,所包含的原子数很少,相应的质量极小,因此许多现象就与通常有很多个原子的块状物质的性质完全不同了。如:金属纳米微粒,随着直径减少,能级间隔增大,电子移动困难,电阻率增大,从而使金属导体变为绝缘体。
③ 量子尺寸效应
当纳米粒子的尺寸下降到某一值时,金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级,并且纳米半导体微粒存在能隙变宽的现象,被称为纳米材料的量子尺寸效应。量子尺寸效应使纳米材料的声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。如光吸收显著增加,金属熔点降低,微波吸收增强等。
纳米材料应用在纺织品上,会使纺织材料具有许多奇特的性质,成为多功能、高附加值的功能性纺织品。如:青岛喜盈门集团研制的"纳米抗菌毛巾",是用TiO2纳米材料制成涂料,再以各种的图案印在毛巾上,使之具有抗菌功能;安美尔集团与中纺大合作,将30nm的纳米微粒与合成纤维原料共混纺丝制成抗菌复合纤维;厦门华普高技术产业公司与清华大学合作,把纳米陶瓷微粒植入棉纤维中,制成了具有抗紫外降温凉爽的棉织物;中科院化学所研制出了具有双亲性、双疏性、防电磁辐射的织物,据称其双疏织物不仅具有防水、防油的功能,也能防墨水、果汁
、酱油等液体,还具有杀菌防霉、防辐射等多种功能,用这种织物做成的衣服,基本不用水洗,即使洗,也只需用水一冲即可,可大量节水。
纳米材料与纺织材料结合,目前主要有两种方法,一是用纳米材料作为填料加到纺织纤维中去,制成纳米复合纤维,这可以有两种方法:利用溶液共混方法,使纳米微粒直接在合成纤维的反应过程中加入,制成纳米复合纤维;或采用熔融共混方法,把纳米微粒与聚合物共混熔融纺制成纳米复合纤维。二是将纳米微粒加到织物整理剂或涂料中,通过对织物进行后整理,将纳米材料结合到纺织品上。
纳米材料在纺织行业的应用,将大大提高纺织品的科技含量,增加附加值,创造出许多具有特种功能的纺织品,这也使今后纺织行业发展的主要方向之一。
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