［摘要］ 文章闡述了納米技術(shù)的基本概念及研究?jī)?nèi)容、納米粒子的特性及納米技術(shù)在包裝工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。
　�。坳P(guān)鍵詞］ 納米技術(shù)；納米粒子；包裝工業(yè)
　　納米技術(shù)是21世紀(jì)科技發(fā)展的制高點(diǎn)，是新工業(yè)革命的主導(dǎo)技術(shù)，它將引起一場(chǎng)各個(gè)領(lǐng)域生產(chǎn)方式的變革，也將改變未來(lái)人們的生活方

式和工作方式。
　　納米技術(shù)基本概念
　　納米技術(shù)是以納米科學(xué)為基礎(chǔ)，研究結(jié)構(gòu)尺度在0.1～100nm范圍內(nèi)材料的性質(zhì)及其應(yīng)用，制造新材料、新器件、研究新工藝的方法和手

段。納米技術(shù)以物理、化學(xué)的微觀研究理論為基礎(chǔ)，以當(dāng)代精密儀器和先進(jìn)的分析技術(shù)為手段，是現(xiàn)代科學(xué)（混沌物理、量子力學(xué)、介觀物

理、分子生物學(xué)）和現(xiàn)代技術(shù)（計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子和掃描隧道顯微鏡技術(shù)、核分析技術(shù)）相結(jié)合的產(chǎn)物。在納米領(lǐng)域，各傳統(tǒng)學(xué)科之間的

界限變得模糊，各學(xué)科高度交叉和融合。
　　納米技術(shù)研究的內(nèi)容主要有納米材料學(xué)（研究由納米結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的任何類(lèi)型的材料，通過(guò)改變納米結(jié)構(gòu)單元的大小，控制內(nèi)部和表面

的化學(xué)性質(zhì)，控制它們的組合，設(shè)計(jì)材料的特性和功能）；納米動(dòng)力學(xué)（研究微機(jī)械和微電機(jī)，采用一種類(lèi)似于集成電路設(shè)計(jì)和制造的新工

藝，將傳感器、電動(dòng)機(jī)和各種處理器都放在一個(gè)硅芯片上形成一個(gè)系統(tǒng)）；納米生物學(xué)和納米醫(yī)藥學(xué)（研究生物分子之間的相互作用，研究

磷脂、脂肪酸雙層平面生物膜和DNA的精細(xì)結(jié)構(gòu)等，還可用自組裝方法在細(xì)胞內(nèi)放入零件或組件構(gòu)成新的材料）；納米電子學(xué)（包括基于量子

效應(yīng)的納米電子器件、納米結(jié)構(gòu)的光性質(zhì)與電性質(zhì)、納米電子材料的表征以及原子操縱和原子組裝）等。
　　納米粒子性質(zhì)
　　納米粒子一般是指尺寸在0.1～100nm之間的粒子，具有下述效應(yīng)，并由此派生出傳統(tǒng)固體不具有的許多特性。
　�。�1）表面效應(yīng)：材料粒子直徑減少到納米級(jí)，表面原子數(shù)迅速增加，化學(xué)活性增高，納米材料的表面積、表面能及表面結(jié)合能都迅速增

大。
　　（2）體積效應(yīng)（小尺寸效應(yīng)）：當(dāng)納米材料的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓

、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等與普通晶粒相比都有很大變化。
　　（3）量子尺寸效應(yīng)：納米粒子尺寸下降到一定值時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象，使納米粒子具有高的光

學(xué)非線性、特異催化性和光催化性質(zhì)等。
　　（4）宏觀量子隧道效應(yīng)：微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘能力的效應(yīng)。
　�。�5）光學(xué)效應(yīng)：當(dāng)金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級(jí)時(shí)，其顏色大都變成黑色，且粒徑越小，顏色越深，表明納米粒子的吸光能力很

強(qiáng)。
　　（6）電磁性質(zhì)：金屬材料中的原子間距會(huì)隨粒徑的減小而變小，當(dāng)金屬晶粒處于納米范疇時(shí)，其密度隨之增加，導(dǎo)致電導(dǎo)率降低；磁性

材料的磁有序狀態(tài)也發(fā)生根本的改變，粗晶狀態(tài)下為鐵磁性的材料，當(dāng)粒徑小于某一臨界值時(shí)可以轉(zhuǎn)變?yōu)槌�順磁狀態(tài)。
　�。�7）化學(xué)和催化性能：納米材料由于其粒徑的減小，表面原子數(shù)所占比例很大，吸附力強(qiáng)，具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性。
　�。�8）H-P關(guān)系：當(dāng)晶粒減小到納米級(jí)時(shí)，材料的強(qiáng)度和硬度隨粒徑的減小而增大，近似遵從經(jīng)典的Hall-Petch關(guān)系式。
　�。�9）熱性質(zhì)：當(dāng)組成相的尺寸足夠減小時(shí)，由于在限制的原子系統(tǒng)中的各種彈性和熱力學(xué)參數(shù)的變化，平衡相的關(guān)系將被改變。固體物

質(zhì)超微化后，熔點(diǎn)降低；納米材料的比熱容也大于同類(lèi)粗晶材料。
　�。�10）其他性質(zhì)：金屬通常是延展的，當(dāng)晶體尺寸減少到其本身的應(yīng)力不能再開(kāi)動(dòng)位錯(cuò)源時(shí)，就變得相當(dāng)堅(jiān)硬，在這種情況的臨界長(zhǎng)度

下，打開(kāi)這個(gè)位錯(cuò)源的應(yīng)力變得比已知金屬的屈服應(yīng)力大。
　　納米技術(shù)在包裝工業(yè)中的應(yīng)用
　　由于納米粒子具有許多特殊性能，因此納米技術(shù)在包裝工業(yè)中正從各個(gè)方面發(fā)揮著巨大的作用：
　　1．包裝材料方面
　�。�1）在包裝材料中加入納米二氧化鈦等微粒，能產(chǎn)生消除異味、殺菌消毒的作用，提高包裝品質(zhì)和延長(zhǎng)貨架壽命。納米層狀銀系無(wú)機(jī)抗

菌材料可用于抗菌除味塑料成品、抗菌紙杯等許多產(chǎn)品。將30～40nm的二氧化鈦分散到樹(shù)脂中制成對(duì)光有強(qiáng)烈吸收能力的紫外線吸收薄膜，

可用于食品殺菌袋和保鮮袋。
　　（2）納米涂料具有變化的光學(xué)性能，它的光學(xué)透射譜可從紫外波段一直延伸到遠(yuǎn)紅外波段。納米多層復(fù)合涂料經(jīng)處理后在可見(jiàn)光范圍內(nèi)

出現(xiàn)熒光，在各種標(biāo)牌表面施以納米材料涂層，成為發(fā)光、反光標(biāo)牌；改變納米涂層的組成和特性，產(chǎn)生光致變色、溫致變色、電致變色等

效應(yīng)，是特殊的防偽、識(shí)別手段。
　�。�3）納米二氧化鈦、納米碳酸鈣等納米材料能使塑料改性。通過(guò)對(duì)塑料進(jìn)行填充改性，可以提高塑料的力學(xué)性能，還可以開(kāi)發(fā)各種功能

塑料，如導(dǎo)電塑料、磁性塑料、抗降解塑料、抗紫外耐老化塑料等。在塑料中均勻分散無(wú)機(jī)納米材料所制成的納米塑料具有優(yōu)異的物理力學(xué)

性能、強(qiáng)度高、耐熱性好、密度較低，良好的透明度和較高的光澤度。
　�。�4）用納米氧化硅系列微粒作為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和抗老化劑；用納米氧化鋁大幅度提高橡膠的耐磨性和介電特性，使其使用壽命明顯延長(zhǎng)

，性能大為提高。
　�。�5）以廉價(jià)的硅基化合物為原料，使異常細(xì)小的懸膠體粒子（溶膠）連接在一起（凝膠），從而由液體變?yōu)楣腆w，并生成出溶膠-凝膠

玻璃，此玻璃的質(zhì)量?jī)H為普通玻璃的一半；80nm的氧化釔可作為紅外屏蔽涂層，反射熱的效率很高，在諸如玻璃等產(chǎn)品表面上涂納米材料涂

層，可以達(dá)到減少光的透射和熱傳遞效果，產(chǎn)生隔熱作用。
　�。�6）由于陶瓷材料通常呈脆性，由納米粒子壓制成的納米陶瓷材料卻有良好的韌性；將陶瓷加工成納米粉末，只需不高的溫度即可將其

熔化并燒結(jié)面耐高溫的元件；納米氧化鋁添加到陶瓷中，起增強(qiáng)和增韌作用，從而提高陶瓷材料的可靠性；另外，還有高熱導(dǎo)率的陶瓷如金

剛石及氮化鋁等。
　�。�7）納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。納米鐵材料由納米鐵晶體壓制而成，較之普通鐵強(qiáng)度提高12倍，硬度提高2～3個(gè)

數(shù)量級(jí)。利用納米鐵材料可制成高強(qiáng)度、高韌性的特殊鋼材。金屬—陶瓷等復(fù)合材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)。
　　（8）兩種性質(zhì)不同的材料做到納米尺度時(shí)，在特定的條件下有協(xié)同作用。在玻璃、瓷磚等表面采用超雙親性界面材料后，實(shí)現(xiàn)自清潔及

防霧效果；在紙張制品、紙箱薄膜等經(jīng)超雙疏性界面物性材料技術(shù)處理后也都獲得超疏水及超疏油效果；在金屬加工領(lǐng)域，各種金屬表面經(jīng)

超雙疏性界面物性材料技術(shù)處理后，能提高金屬的防腐效果。
　�。�9）中空納米材料屬無(wú)機(jī)化合物納米材料，中空棱狀，可在高聚物的單體或單體之一中先加入本納米材料1%～4%，再聚（縮）合，使高

聚物的線形分子穿過(guò)納米材料的晶隙，增加納米材料與高聚物之間的極性鍵力，并且此納米材料構(gòu)型與剛玉一樣，對(duì)塑料、橡膠、化纖等高

分子材料進(jìn)行改性后，其強(qiáng)度、韌性、耐磨性等的提高大大高于實(shí)心納米材料。
　　（10）另外，由于納米材料具有較小的顆粒尺寸，且納米微粒表面形態(tài)隨著粒徑的減小，表面光滑程度變差，形成了凹凸不平的原子臺(tái)

階，催化作用增強(qiáng)。納米二氧化鈦在光照條件下能將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機(jī)酸，能凈化空氣，改善空氣質(zhì)量。
　　2．包裝機(jī)械方面
　　（1）由納米微晶磁阻抗材料制成的納米磁敏開(kāi)關(guān)和傳感器，由于具有靈敏度高、線性度好及穩(wěn)定性好等特性，在包裝機(jī)械中應(yīng)用將使自

動(dòng)控制系統(tǒng)提高到一個(gè)新水平。另外，納米材料涂層的光學(xué)特性，也可用于傳感器等光學(xué)應(yīng)用器件。
　�。�2）由于納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強(qiáng)度及較強(qiáng)的韌性，可用于制造刀具、包裝機(jī)械的密封環(huán)及軸承等，以提高其耐磨性、耐

蝕性，也可用于制作包裝輸送機(jī)械和沸騰干燥床關(guān)鍵部件的表面涂層。
　�。�3）以納米材料制成的特種不污染耐磨透明涂料，涂在玻璃、塑料等物體上，在光的照射下，由于納米微粒的催化作用，使表面上的物

質(zhì)包括油污、細(xì)菌等進(jìn)一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質(zhì)，具有防污、防塵、耐刮、耐磨及防火功能，可用于食品包裝機(jī)械上與食

品直接接觸的零部件的表面涂層，或用于制作包裝容器，機(jī)械箱體和生產(chǎn)車(chē)間等。
　　（4）納米二氧化鈦和納米二氧化錫制成多層干涉膜能提高透光率，而且紅外反射能力很強(qiáng)，可節(jié)省電能，適用于包裝機(jī)械的紅外干燥和

紅外殺菌設(shè)備上。
　�。�5）用納米金屬粉末制成的微孔氣體分離膜，可用于氣體同位素、混合氣體、高分子、有機(jī)物的濃縮和分離，可應(yīng)用于純凈水、軟飲料

等膜過(guò)濾和殺菌設(shè)備上。
　�。�6）在高硬度的耐磨涂料中加入納米相，可進(jìn)一步提高涂層的硬度和耐磨性能，防止金屬材料的腐蝕和延緩復(fù)合材料的老化，并保持較

高的韌性。將納米顆粒加入到表面涂層中，可達(dá)到減小磨擦系數(shù)的效果，形成自潤(rùn)滑材料；如將碳化鎢加入到鐵、鈷、鎳中，可形成硬質(zhì)合

金材料，具有高的硬度、耐磨性能，同時(shí)又有更低的脆性。對(duì)包裝機(jī)械關(guān)鍵零部件進(jìn)行金屬表面納米涂層處理，可提高機(jī)械設(shè)備的耐磨性、

硬度和使用壽命。
　　（7）包裝機(jī)械對(duì)潤(rùn)滑劑要求較高，而通常潤(rùn)滑劑易損耗、易污染環(huán)境，而納米磁性液體中的磁性顆粒尺寸僅為10nm，不會(huì)損壞軸承，而

基液亦可用潤(rùn)滑油，只要采用合適的磁場(chǎng)就可以將磁性潤(rùn)滑油約束在所需的部位，能保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)并能顯著降低高頻噪音、抑制溫升

、減少材料的耗損。
　�。�8）橡膠和塑料是包裝機(jī)械應(yīng)用較多的原材料，但通常的橡膠是靠加入炭黑來(lái)提高其強(qiáng)度、耐磨性和抗老化性，制品為黑色，不適宜用

在食品包裝機(jī)械上。新的納米改性橡膠各項(xiàng)指標(biāo)均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上，且色彩艷麗，保色效果

優(yōu)異。