关键词：化学修饰电极；纳米材料；环境分析
一、碳纳米管修饰电极
1. 化学修饰电极的制备与分类
化学修饰电极的制备是化学修饰电极的关键问题，制备过程中关于修饰方法、过程步骤、制备的优劣都对化学修饰电极有着重要的影响。我们按照化学修饰电极上面固定材料的类型可以将其分为单分子层、多分子层以及组合型等三大类. [1]其中多分子层以聚合物薄膜为主。电极表面的修饰方法按照修饰类型的不同可以分为共价键合法、吸附法和聚合法三类。但是通常情况下我们不会使用单一的方法，而是这几种方法组合使用完成对化学电极的修饰过程。大体的分类如图1所示：
图1 化学修饰电极的制备和分类
（1）共价键合型
我们实际生活中经常用到的固体电极如金属、金属氧化物以及石墨等等，表面存在着多种含氧基。我们可以对其进行氧化还原处理增加含氧基的数目，让其与修饰化合物进行共价键合反应，把特定的功能基团留在电极的表面上。共价键合法的修饰物固定比较牢靠，但是修饰过程复杂，并且修饰效果不高。
（2）吸附型
吸附法最常见的应用是单分子层修饰电极的制备，有时也用于制备多分子层修饰电极。
（3）聚合物型
聚合物型是利用一些聚合方法方法在电极表面形成修饰膜。其中电化学聚合方法是很重要的薄膜合成法方法之一，它主要是利用氧化或者还原反应在电极上产生自由基，然后再经过缩聚反应制备该薄膜。聚合物方法形成的薄膜稳定，厚度均匀并且可控。因此在薄膜制备中得到了广泛的应用。
2. 碳纳米管修饰电极类型
纳米材料表面覆盖着的是一层非晶层，该层没有短程序和长程序。由于原子的周围原子很少，产生了许多悬空键表现出极大地极性。具有相当高的催化效率，因此其是一种很好的修饰材料，并且具有极大的潜力。现如今关于碳纳米管修饰材料的研究很热门。
鉴于碳纳米管的良好的电子特性，其进行化学反应时能很好地促进电子的迁移。关于单壁和多壁的纳米管都可以用来修饰电极和制备电极。其主要分为以下四种类型：
（1） 碳纳米管糊电极
Britto 在1996年将碳纳米管调匀后导入到玻璃管中，并用导线引出，制备出来了碳糊电极。这是碳纳米管在点分析中的最早应用，随后牛津大学、清华大学等也相继制备出了各种糊电极应用于各个领域。[2]但是上述几种纳米管普遍存在着重复性较差、寿命较短等，虽然制备过程较为简单，但是应用受到限制。因此，人们开始便致力于应用更广泛的碳纳米管薄膜修饰。
（2）碳纳米管薄膜修饰电极
碳纳米管有着诸多上述优良特性，但是其的不溶性大大限制了其在碳纳米管薄膜修饰电极方面的应用。碳纳米管的不溶性表现为其几乎不溶于所有溶剂。我们在制备前需要将其进行超声分散得到悬浮体系。根据所用分散剂的不同我们分为以下几个体系：碳纳米管-有机溶剂分散体系、碳纳米管-硫酸分散体系和碳纳米管-表面活性剂分散体系。
二、碳纳米管修饰电极在环境分析中的应用
1.碳纳米管修饰电极测定环境中的重金属阳离子
环境中的重金属阳离子Pb2+、Cd2+、Hg2+等是重金属污染物，严重危害着人们的健康发育，因此对其检测是至关重要的。利用纳米管―石墨糊电极对水体进行测定，性能稳定，使用寿命长，是一种较好的选择。
2. 碳纳米管修饰电极测定环境中的阴离子及其化合物
存在于工业废水以及食物中的亚硝酸根离子对人来有致癌的危险，研究其相关测定方法具有重大意义。人们借助一种对NO2-具有高灵敏度高选择性的壳聚糖-碳纳米管修饰电极可直接富集和测定水样中的NO2-，检测效果较好。
3.碳纳米管修饰电极测定环境中有机污染物
为了测定水环境中的苯酚含量，我们采用多壁纳米管修饰电极对其进行测定。该修饰电极具有较强的吸附特性，苯酚存在着较强的富集效率。使得苯酚在修饰电极上的氧化峰电流显著增加进行测定。
三、展望
碳纳米管修饰电极是一类新兴的电极，在环境分析中有广阔的应用前景。如能进一步研究碳纳米管的分散剂，使碳管和分散剂的作用结合起来，利用吸附和键合作用于待测物质以提高对其测定的灵敏度，必将使碳纳米管修饰电极的应用产生一个新的飞跃。
参考文献：
[1] 姚佳良，彭红瑞，张志琨1纳米碳管的性质及应用技术[J]1青岛化工学院学报，2002，23（2）：39～43
关键词：纳米氧化锌；制备；研究
前言
在林林总总的材料家庭成员中，纳米复合材料已是其中一位新成员。传统材料缺乏系统的理论支撑，纳米复合材料也需要新理论来加以完善及补充。纳米复合材料在这些新理论、新机理基础上将发展得更完善，并向多元化及功能化方向发展。纳米ZnO是一种具有特异性能且用途广泛的特殊材料，因此材质原因决定其超细的外型。世界各国都加大财务物力加以开发研制，这也是我国“863计划”中的一个重点课题。用它可以生产各种用于特殊环境的材料，如抗菌包装材料和抗菌塑料复合母料，可获得可观的经济效益。从纳米ZnO的用途及性能，人们看到了其广阔的经济利润及市场。我国广阔的土地上富含Zn资源，这对纳米ZnO的开发利用有很利。纳米ZnO粒子表面极性较高，表面没经过处理的纳米ZnO的表面能比处理过的高出很多且很容易团聚，但与聚合物几乎不相容，因此，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是得到性能优异的纳米复合材料的关键。表面处理即表面修饰，如此可以降低纳米材料的表面极性，提高纳米粒子在有机介质中的分散能力和亲和力，扩大纳米材料的应用范围。目前，利用化学方式在纳米表面添加适当覆盖层材料、改变纳米表面形貌使其表面钝化是纳米ZnO表面修饰的主要方法。
1 制备方法
1.1 反应机理
以七水合硫酸锌为锌源，以尿素为均相沉淀剂，采用均相沉淀法在微波辐射条件下制备纳米ZnO，反应机理为：
90℃时尿素发生分解：
CO（NH2）2+3H2O2NH4OH
3Zn2++4OH-+H2OZnCO3・2Zn（OH）2・H2O
450℃焙烧时：
ZnCO3・2Zn（OH）2・H2O3ZnO+CO2+2H2O
1.2 测试仪器、试剂及装置
微波炉（格兰仕）；磁力真空泵（上海西山泵业有限公司）；液体流量计（苏州流量计厂）；876-1型真空干燥器（上海浦东跃欣科学仪器厂）；721分光光度计（上海第三分析仪器厂）；循环水式多用真空泵（郑州市华科仪器厂）。
用日本日立公司的S-570 扫描电子显微镜和H-600 透射电子显微镜分析纳米颗粒的形态和尺寸；用美国Nicolet 公司的FT-IR Avatar 360 红外光谱仪分析纳米颗粒的化学组成；用美国Perkin-Elmer 公司的DeltaSeries 7 热分析系统分析中间产物。ZnSO4・7H2O，AR（上海金山区兴塔美兴化工厂）；尿素，AR（中国医药集团上海化学试剂公司）。
1.3 制备过程
实验过程分四个步骤：（1）准备好一定量的蒸馏水，将事先称取好的适量硫酸锌、尿素分别加入蒸馏水中，将以上蒸馏水倒入三颈烧瓶中使之充分混合后放入微波反应器中；（2）接温度计和冷凝管，不断搅拌三颈烧瓶中的混合物，使之升温，在升温过程中尿素逐渐分析，溶液变浑浊，随之出现大量白色深沉，在一定的微波辐射下，反应一定时间后停止。（3）将三颈烧瓶放入冷水中冷却至室温后过滤，用pH=9的氨水和无水乙醇分别润洗、抽滤，再经真空干燥24h。（4）将粉末取出、研磨，放入马弗炉，在450℃下灼烧两小时，研磨后可得纳米ZnO。
2 结果与讨论
2.1 粉体的SEM分析
硫酸锌浓度0.15 mol/L[1]，温度93℃，时间2h[1]，在不同硫酸锌与尿素摩尔比下制备纳米ZnO[2]。可见粒子形态是长条形并且随着摩尔比的增加其长度明显增加。
图1（b）中的颗粒宽为30～40 nm，图1（c）中的颗粒宽为50 nm，而图1（a）中纳米颗粒粒径为30 nm左右，这是由微波的非热效应决定的。在微波炉内存在着一个交变电磁场，在电场力作用下，CO32-会沿着电场方向排列，使晶粒优先沿电场方向生长，可得到形状规则的长条形纳米ZnO，且随着尿素浓度的增加，长度也明显增加。在此反应中，过量的CO32-还会一定程度地阻止纳米ZnO 颗粒间的凝并现象，使细长的晶粒得以保存下来。
2.2 样品的IR分析
纳米ZnO的IR分析见图2。由图可知，3513.46cm-1处的吸收峰为氢键的O-H 伸缩振动吸收带；1523.18cm-1处为自由水的H-O-H弯曲振动峰，表明纳米ZnO容易吸水；216.77cm-1处为ZnO的特征吸收峰；1415.14cm-1处的吸收峰可能是少量的碳酸锌。
图2纳米ZnO的IR谱图
3 结束语
纳米ZnO具有较高的表面极性，部分保留原始状态，未经修改的纳米ZnO的表面能高，非常容易团聚，几乎不与其他聚合物相容，由此可知，实现纳米ZnO粒子的超细微分散是生产出性能优异的纳米复合材料的关键。
参考文献
[1]张兴法.磷石膏综合利用产出的氯化钙深加工研究[J].非金属矿，2004，27（6）：6-7.
关键词：纳米Si3N4 甲基乙烯基硅橡胶 力学性能 耐热老化性能
随着科技的发展，复合材料越来越吸引大家的关注，经过复合以后的材料会表现出其各个组分所没有的特定的性能，正因为如此，复合材料在很多领域都得到了重用。所谓橡胶基纳米复合材料是指纳米尺寸的无机填充物分散在橡胶基体中。张立群等人在前人大量理论和实验研究的基础上提出了高效补强必须是“纳米”补强的观点，认为采用纳米补强技术可制得性能优异的橡胶基纳米复合材料。
一、实验
原材料：甲基乙烯基硅橡胶（VMQ）、白炭黑、羟基硅油、硬脂酸锌，纳米Si3N4（平均粒径
基本配方：采用了沉淀法白炭黑，硅橡胶生胶，150份；白炭黑，65份；羟基硅油，4.2份 ；硬脂酸锌，0.35份；氮化硅，0%～3.5% ；硫化剂 ，1%。
工艺流程：采用分段投胶两段混炼法，第一段混炼分两步，首先在密炼机上进行，将生胶、相关加工助剂和填料加入密炼机中升温至150℃，抽真空1h，然后搅拌1h，在混炼过程中一直保持在150℃—170℃，出胶后停放24h，然后进行反炼、过滤；然后在开炼机上进行，在第一步混炼出的胶料中加入纳米Si3N4，开炼光滑，下片停放。第二段混炼是在开炼机上进行，把第一段混炼的两种胶料按不同的比例在开炼机上开炼，并同时加入双—2，5硫化剂下片，停放12h后，制样。橡胶基纳米复合材料样品制备：混炼工艺在密炼机上进行，硅橡胶硫化条件为175℃×5min。
测试与分析：1、采用S—4800扫描式电子显微镜对橡胶机纳米复合材料新鲜撕裂面进行扫描拍照，观察纳米Si3N4在硅橡胶中的分散性，不喷金；2、按照GB/T528在Instron—112型电子拉力机上进行拉伸强度，直角撕裂强度，断裂伸长率等性能测试；耐热老化性能条件为200℃×75h。3、Pyris—1型热重分析仪对各不同的硅橡胶进行分析耐高温性能。
二、结果与讨论
纳米Si3N4在VMQ中的分散情况
分析：这是由于大分子表面改性剂HSi—g—A151改性纳米Si3N4后，能使其与硅橡胶有更强的相互作用、更好的相容性，说明所合成的大分子表面改性剂HSi—g—A151在纳米Si3N4与硅橡胶之间起到了很好的架桥（偶联）作用。
VMQ/纳米Si3N4复合材料的性能
物理性能：在研究的纳米Si3N4的占生胶的比例0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 （%）比例范围内，随着纳米Si3N4比例的增加，橡胶的邵A硬度有小幅上升，撕裂强度、断裂伸长率、扯断强度在纳米Si3N4比例为0.5%时达到最大值，随后又呈下降趋势，分析认为，在纳米Si3N4粉体表面包覆了大分子表面改性剂HSi—g—A151后，与硅橡胶基体在界面上产生了良好的相互作用，从而在一定用量范围内使复合材料的物理性能得以提高。
耐热老化性能：分别取纳米Si3N4的占生胶的比例0、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 （%）在200℃下热空气老化75h后，测试试样的扯断强度和扯断伸长率，结果在硅橡胶基体中加入纳米Si3N4明显地提高老化后的硅橡胶的扯断强度和扯断伸长率，相对于未加纳米Si3N4的原混炼胶可以看出，随着纳米Si3N4质量分数的增加，老化后硅橡胶的扯断强度降低值以及扯断伸长率均是先减小后增大，扯断强度和扯断伸长率均在0.5%达到一个峰值，可见，纳米Si3N4的加入，能够明显地改变硅橡胶耐热老化性能，当纳米Si3N4粉体添加量低于某一个值时（0.5%），复合材料的那热老化性能随着纳米Si3N4粉体量的增加而提高，这是由于添加的粉体越多对于其性能的提高越明显，当纳米Si3N4粉体添加量高于某一个值时（0.5%），随着粉体量的增加而降低，这是由于当添加过多的粉体时，粉体不能很好的分散在硅橡胶基体中，在做拉伸和撕裂时容易局部断裂而降低了复合材料的耐热老化性能。
耐高温性能：分别对混炼胶、复合材料以及生胶进行热重分析，各种硅橡胶分解速率最大时的温度为：生胶（435℃）、混炼胶（502℃）、复合材料（511℃）如图2.
图2 硅橡胶热重曲线（a生胶 b混炼胶 c复合材料）
三、结论
通过对硅橡胶/Si3N4纳米复合材料的常规力学性能和热空气老化性能的研究表明：经过大分子表面改性剂HSi—g—A151改性后的纳米Si3N4粉体在一定程度上提高了硅橡胶的常规力学性能和耐热空气老化性能。当Si3N4的添加量在0.5%时，物理性能和耐热老化性能达到一个最优值。从对各个不同硅橡胶的TG分析可以看出，添加了适量的经分子表面改性剂HSi—g—A151改性后的纳米Si3N4粉体，可以使硅橡胶的耐高温性能有小幅度的上升。
参考文献：
[1]杨伟燕 橡胶纳米复合材料研究进展及其发展前景[J].甘肃科技，2006，9
食品安全检测中的检测对象主要包括重金属离子、食品添加剂、生物毒素、致病菌、农药残留、动物性食品中兽药和违禁药物残留等。与传统检测方法相比较，利用纳米金检测有着不可比拟的优势和广阔的应用潜力，在国内外研究已取得了较大的进展。现结合其特性，将其在食品安全检测中的应用进行如下综述。
1.1利用胶体金聚集状态引起颜色变化检测这一类检测方法主要依据纳米金的表面等离子共振效应。当入射光电磁波照射到纳米金时，会使纳米金中的自由电子发生移动，导致纳米金不同位置的电荷分布不均，因而在库伦排斥力以及原子核引力的作用下，迫使电子朝向相反的方向运动，最终使电子在两个不同方向的作用下形成振荡。由于纳米金的尺寸小于入射光的波长，因此会使电子的振荡主要表现在纳米金粒子的表面。当纳米金表面电子的振荡频率与入射光电磁波的振荡频率相同时，这一现象即为表面等离子共振效应。照射在纳米金粒子上的光波，一部分被纳米金粒子吸收掉，并转化为共振的能量，即为表面等离子共振吸收效应；还有一部分被散射掉，即为表面等离子共振散射效应。在对光的吸收和散射两种效应共同作用下，会使胶体金溶液在宏观上表现出不同的颜色，其颜色与纳米金的尺寸、形状及纳米金之间的距离有关。通过在纳米金表面修饰特定物质，当待测物质存在时，会与纳米金表面的配体作用，使纳米金发生聚集而显示出溶液颜色变化。通过肉眼即可实现可视化检测，利用分光光度计也可进行定量分析。此检测方法简便、快速，具有极高的灵敏度和选择性，检测成本低，适合于现场实时检测。利用该方法检测食品中重金属离子方面已取得较大进展，研究人员发现，将巯基丙酸、4-巯基丁醇、三甘醇、肽、寡聚核苷酸、DNA或DNAzymes、氨基吡唑的衍生物、Hg2＋的核酸适体[15]等分子修饰在纳米金表面，根据胶体金溶液颜色变化即可检测Hg2+。2010年，DingNan等提出一种检测Pb2+的方法，以鞣酸（tannicacid，GA）作为还原剂和稳定剂一步法合成纳米金，而Pb2+的存在会导致Pb-GA复合物的形成，致使纳米金发生聚集，溶液颜色由酒红色变为紫色，最终变为蓝色，检测限为5.8μg/L。该方法的优势在于无需在纳米金粒子表面修饰配体，在合成纳米金的过程中即可完成对Pb2+的检测。在检测食源性致病菌方面，2012年SuHaichao等提出一种检测大肠杆菌O157∶H7的方法。巯基乙胺（mercaptoethylamine，MEA）能通过巯基结合到纳米金上，同时MEA能通过静电吸附作用和大肠杆菌O157∶H7结合。因此以MEA修饰的纳米金检测大肠杆菌O157∶H7，当大肠杆菌O157:H7存在时MEA-AuNP会聚合到一起，溶液颜色由红色变为蓝色。MEA-AuNP的A625nm/A520nm与大肠杆菌的浓度呈线性相关。该法在5min内通过肉眼观察颜色变化即可完成检测，适合于现场即时检测。检测食品添加剂方面，2009年，Weston等合成由苯胺纳米金和萘纳米金两种金纳米粒子组成的胶体金溶液来检测饮用水中亚硝酸盐的含量。由于此胶体金溶液在520nm波长处具有强烈的表面等离子共振吸收而显现出红色。酸性条件下，当亚硝酸盐存在时，两种纳米金颗粒紧密的结合在一起并快速沉淀，胶体金溶液颜色由红色变为无色。当溶液中存在质量浓度超过1μg/mL的亚硝酸盐时，就可观察到颜色变化，硝酸盐的质量浓度在1.86μg/mL时溶液几乎透明。2012年ZhangJia等合成由三聚氰胺修饰的胶体金溶液来检测亚硫酸盐，在Tris-HCl缓冲液中，碳酸盐会导致纳米金聚集，而亚硫酸盐的存在会抑制纳米金的聚集，使纳米金的颜色由蓝色变为紫色，最终变为红色。根据此机理来检测亚硫酸盐，当亚硫酸盐质量浓度为24μg/L时既可观察到明显的颜色变化，检测时间仅为5min。该方法也可检测瘦肉精，如：HePingli等在2011年，报道了一种比色法来检测β-兴奋剂，并成功的在猪的体液中检测到β-兴奋剂，其原理是β-兴奋剂能直接还原氯金酸到金原子并自发的形成红色纳米金溶液，肉眼可直接分辨，这个方法可通过检测血清、尿液等液体样品检测β-兴奋剂及其类似物，具有较大的应用潜力。
1.2利用纳米金的荧光特性检测由于纳米金是一种较强的能量受体，与作为能量给体的荧光团的激发光谱发生重叠时，会发生荧光共振能量转移，最终导致供体荧光分子自身的荧光强度衰减。当荧光团吸附在纳米金上时，会使荧光团的发光发生猝灭，即为纳米金的荧光猝灭效应；另一方面，纳米金表面覆盖有大量的阴离子，当在其表面修饰某些物质时，也会使其表面的电子分布发生改变，进而会影响纳米金和所修饰物质的荧光特性。因此可以应用荧光分析法用于食品安全检测中，该方法具有灵敏度高，选择性好等优点。Huang等利用罗丹明B（rhodamineB，RB）标记的胶体金溶液来检测Hg2+。RB具有较强的荧光特性，但吸附在纳米金表面后会发生荧光猝灭，而Hg2+的存在使RB从纳米金表面脱落而恢复荧光特性。通过在纳米金表面修饰巯基丙酸和2,6-二吡啶羧酸来提高该方法对Hg2+检测的选择性，该法对水体的检测限为2.0μg/L。WeiHui等利用溶菌酶作为还原剂和稳定剂制备尺寸为1nm的金团簇，当激发波长为360nm时，在657nm波长处具有较强的荧光强度，而Hg2+会专一性地猝灭此发射峰，以此为依据来检测Hg2+，检测限为2.0μg/L，该方法具有较高的选择性和灵敏度。LiuDingbin等在2012年提出一种基于RB标记的纳米金（RB-AuNP）的分析法，通过荧光和比色两种分析手段来检测有机磷和氨基甲酸酯农药残留。将硫代乙酰胆碱（acetylthiocholine，ATC）和乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）加入到RB-AuNP溶液中，AChE催化ATC水解产生硫代胆碱，硫代胆碱与RB相比更易结合到纳米金表面，将部分RB从纳米金表面取代，RB进入到溶液中后恢复荧光特性，同时纳米金在硫代胆碱和RB的静电作用下发生聚集，溶液颜色由红色迅速变为紫色。而此两类杀虫剂均能抑制AChE的活性，因此阻碍了硫代胆碱的产生，RB-AuNP溶液的颜色仍然为红色，同时RB的荧光性被猝灭。该检测具有较高的灵敏度和选择性，西维因、二嗪农、马拉硫磷、甲拌磷几种农药的最低检测质量浓度分别为0.1、0.1、0.3、1μg/L。
1.3利用纳米金的表面增强拉曼散射特性检测光通过介质时，与介质分子的运动相互作用引起光的频率发生变化，即为拉曼散射。通过测试样品的拉曼散射光谱是对样品进行化学成分分析的常用方法，但是由于样品拉曼散射的现象较弱，因此该方法的精确度较低，应用范围有一定的局限。由于纳米金有着较强的表面局域电场，尺寸较小、较大的比表面积、较粗糙的表面，因此当纳米金表面吸附化合物时，会引起化合物的拉曼散射发生显著的增强，即为表面增强拉曼散射效应。利用纳米金的此效应可以有效地增强纳米金表面待测物的拉曼散射，进而实现对待测物质的高精度的检测[27-28]。ZhuGuichi等在2011年，报道了一种通过竞争性表面增强拉曼散射免疫分析法来检测克伦特罗，在胶体金溶液中纳米金表面修饰4,4’-联吡啶（4,4’-dipyridyl，DP）和克伦特罗抗体，DP作为标记分子，将这种纳米金作为增强拉曼散射探针，克伦特罗和固定在基底表面上的克伦特罗-牛血清白蛋白竞争结合克伦特罗抗体，经洗涤后，通过测试DP的拉曼光谱信号强度就可检测克伦特罗质量浓度，检测限为0.1pg/mL。同年，LouTingting等利用4-巯基吡啶（4-mercaptopyridine，MPY）修饰的纳米金建立的表面增强拉曼散射分析法检测奶粉中的三聚氰胺，由于三聚氰胺诱导MPY标记的纳米金发生聚集，导致MPY的SERS信号增强，同时使溶液颜色由红色变为蓝灰色。利用该方法检测快速，灵敏度高，专一性好，检测限低至0.1ng/mL。
1.4利用纳米金为免疫标记物的检测技术1971年，Faulk等首次采用免疫金染色将兔抗沙门氏菌抗血清与纳米金颗粒结合来检测沙门氏菌的表面抗原，把胶体金引入免疫化学，由此开创了免疫胶体金技术。免疫胶体金（immunecolloidalgold，ICG）技术是以胶体金为标记物，利用特异性抗原抗体反应，在光镜电镜下对抗原或抗体物质进行定位、定性乃至定量研究的标记技术。利用该技术制成的胶体金免疫层析试纸，以条状纤维层析材料为固相载体，样品溶液通过毛细作用在层析材料上向前移动，样品中待测物与包被在层析材料上针对待测物的经胶体金标记的受体（通常是一些抗原或抗体）结合后移动至特异性的抗原或抗体区域，结合物与抗原或抗体发生特异结合而被截留在固定的位置，富集在检测带上，并通过胶体金的颜色而显现出来。此法具有操作简便、检测快速、现象明显和经济适用等优点，适合于现场快速检测。胶体金免疫层析试纸在食品安全检测方面的应用已有较深入的研究。2008年，杨挺等根据竞争式胶体金免疫层析实验原理，研制了检测氯霉素的免疫试纸条。该金标试纸条适用于动物源食品中氯霉素残留的快速检测，对虾肉、蜂蜜样品的最低检出限为1.5�g/L，对鲜奶的最低检出限为3�g/L，检测时间只需5～8min。Liu等在2013年，制备了山羊抗兔IgG-纳米金探针，并以此为基础制成了检测黄曲霉毒素B1（aflatoxinB1，AFB1）的金标记抗体的免疫层析试纸，在食品和饲料中成功的检测出了AFB1，检测限为2.0ng/mL，10min内即可完成检测。与传统的直接竞争酶联免疫吸附剂测定（cdELISA）相比，有着现象更明显，条件更简单，适用性更强等优点。利用胶体金免疫层析技术检测玉米赤霉烯酮[35]、赭曲霉素A、黄曲霉毒素M1也有很多报道。2010年LiFeng等[39]结合胶体金标记技术和电感耦合等离子质谱（inductivelycoupledplasma-massspectrometry，ICP-MS）来检测食品中的大肠杆菌。首先在纳米金表面修饰大肠杆菌O157∶H7的单克隆抗体，制成金标探针，然后将其加入到待测溶液中进行细胞培养，离心、酸解后，利用ICP-MS测定Au的强度就可得知大肠杆菌O157∶H7的浓度。该方法充分利用纳米金放大信号的特性以及ICP-MS高灵敏度的特性，使检测限低至500CFU/mL。在检测农药残留方面，该方法已经达到了实用化的阶段，已有多种基于该方法检测农药残留的仪器在市面上出现，如克百威农残速测试纸条等。Kaur等在2007年制作了一种通过色层分析法检测莠去津除草剂残留的免疫层析试纸及其组件。这种试纸以蛋白质-半抗原结合物标记的纳米金为基础制备试纸条，纳米金提高了试纸条的灵敏度，使在水样中的检测限低至1.0�g/mL。
1.5利用纳米金的电化学特性检测纳米金拥有较大的比表面积，优良的导电性和电催化特性，优异的生物相容性，这些特性使纳米金有着较好的电化学性质，用来提高电化学法分析生物分子的检测限。将纳米金修饰在电极表面，可以显著增加电极的表面积，加速电子的转移，加快响应速度，增强检测的选择性。金纳米颗粒较大的比表面积能够提高生物分子的固载量，使电流信号响应增强，提高传感器的灵敏度。同时，纳米金具有与生物分子相似的尺寸，组装到电化学传感器后，其活性中心更容易接近电极表面进行电子传递。改变纳米金表面修饰的分子，可以对不同的样品进行检测。该方法具有经济、操作简便和结果可靠等优点。2008年，Jena等在金电极表面固载3-（巯基丙基）三甲氧基硅烷（（3-mercaptopropyl）trimethoxysilane，MPTS）溶胶，再将纳米金结合在该溶胶上，将电极浸在待测溶液中，通过对电流的测量来检测Cr6+，检测限为0.1�g/mL。用此电极检测水体中超痕量的Hg2+，检测限低至0.2�g/mL。2009年YangGongjun等[45]设计制作一种电容型免疫传感器检测沙门氏菌。将乙二胺修饰在玻璃碳电极上，通过纳米金将沙门氏菌的单克隆抗体（monoclonalantibody，McAbs）固定在电极上，由于沙门氏菌和McAbs相互作用，利用电化学阻抗谱（electrochemicalimpedancespectroscopy，EIS）技术可以直接检测沙门氏菌，当沙门氏菌的浓度在1.0×102～1.0×105CFU/mL范围内，电容的相对变化与沙门氏菌浓度的对数值成正比，检测限为1.0×102CFU/mL。2012年，SunXiulan等基于阻抗滴定电化学技术，将寄生曲霉产生的细胞外抗原的多克隆抗体标记在纳米金表面，并将这些纳米金修饰在L-半胱氨酸涂层电极上，制成免疫传感器，在制备酱油的发酵过程中实现对黄曲霉毒素的检测，结果表明这种免疫传感器具有极高的灵敏度，检测时间仅为30min，比传统的基于培养基技术和聚合酶链式反应（polymerasechainreaction，PCR）检测方法更快速。此免疫传感器长期稳定、专一性强、灵敏度高、重现性好。XiaoFei等在2007年，制作出一种新型的玻璃碳电极，利用电化学法来检测食物中的兽药残留——氯霉素。该电极由单壁碳纳米管、纳米金和离子液体共同组成，对氯霉素有着较准确和灵敏的检测能力，检测限为1.6�g/L，检测时间仅为150s，该电极再现性好，具有较高的灵敏度，因此检测氯霉素残留有潜在的应用前景。
2结语
关键词：聚吡咯 纳米线 AAO模板
中图分类号：O646
文献标识码：A
文章编号：1007-3973（2012）006-001-03
1 引言
自1977年Shirakawa, Heeger和Macdiarmid首次发现导电聚乙炔以来，导电聚合物领域的基础和应用研究引起了人们的广泛关注。相比无机半导体材料而言，导电聚合物具有能带可调、高机械柔韧性、稳定性和生物相容性高等优点。导电聚合物本身所具有的特点，可以很好地弥补无机材料的不足，广泛应用于电子和光电子等领域。在导电聚合物中，聚吡咯由于其单体（吡咯）易氧化、可溶于水、商业化生产等独特优势，成为人们研究的热点。
本文通过氧化铝模板辅助电化学沉积原位生长方法，成功制备了导电聚合物（聚吡咯）纳米线。通过扫描电子显微镜与透射电子显微镜观测聚吡咯纳米线形貌及尺寸，这种纳米线具有均匀的直径与长度，并且可以控制聚吡咯沉积过程中通过氧化铝模板的总电荷数量，来调控聚吡咯纳米线的沉积长度。更为重要的是，在微观纳米尺度上，我们采用独特的顶端接触的上电极构造方法，对单根聚吡咯纳米线的电学性能进行分析表征。结果表明，单根聚吡咯纳米线展示出半导体的特性，并且在酸和碱不同条件处理下，电化学性质发生改变，展现出酸碱响应活性。
2 实验部分
2.1 实验材料及实验仪器
高氯酸锂，吡咯，乙腈，氢氧化钠，盐酸，铂丝购于北京化工厂，分析纯。无机氧化铝多孔滤膜(AAO)购于英国 Whatman Ltd. (Anodisc13)，孔径200 nm。
使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）HITACHI F-4800观察所制得PPy纳米线形貌及尺寸，加速电压15.0 kV。样品制备过程如下：使用6 M NaOH 溶解AAO模板，2 h 后取出样品，固定样品台上，并且样品表面离子溅射一层铂以防扫描电镜采图时发生放电现象。红外光谱测试使用Bruker TENSOR 27。样品制备过程如下：PPy纳米线与KBr按质量比1:100混合研磨，压片。I/V性能使用Keithley 4200 SCS数控电源在室温和暗室条件测得。我们试验中器件均为上电极构型。器件构筑在Sutter MPC-200探针微操作台上进行。具体方法如下：(1)将制备好聚吡咯纳米线超声均匀分散在水中；(2)用滴管吸取一滴聚吡咯纳米线的胶体溶液滴在SiO2基底上；(3)真空烘箱60℃干燥2 h后，在机械探针的帮助下降两片非常小的金膜分别贴在聚吡咯纳米线的两端构成电极。金膜和基底靠范德华力相互作用紧紧压在纳米线上。
2.2 聚吡咯纳米线的制备
聚吡咯(PPy)纳米线的制备步骤如图1所示。首先在三电极体系中，以铂为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，镀有导电层的氧化铝模板为工作电极的三电极体系中，采用阳极氧化的方法制备。具体方法：将镀有铂的AAO模板作为工作电极，以0.5 M 吡咯和0.1 M 高氯酸锂的乙腈溶液为电解液，在0.85 V的恒电位的条件下聚合3 h。聚吡咯被填充到AAO模板中，形成聚吡咯纳米线。
3 结果与讨论
图 2为AAO模板的扫描电镜图片。模板孔径大小均匀，孔径大约200 nm。模板截面的看出模板厚度可达60 %em表明，放大图片显示模板孔洞畅通，并且孔洞垂直于模板表面平行排列。
以AAO为模板，通过电化学沉积的方法，得到了聚吡咯纳米线。图3显示的是聚吡咯米线的扫描电子显微镜图像。 图3a和b分别显示溶解AAO模板后的聚吡咯纳米线阵列的横截面图和顶端俯视图。从图中可以看出，纳米线排列致密，均一，有序。图3c显示单根聚吡咯纳米线扫描电镜图像。从图中可以看出，聚吡咯纳米线沿长度方向具有均一的直径，长度在10 %em左右，直径在200-300 nm，这与AAO模板的孔径相一致。为了证实纳米线元素组成，我们对其进行了EDS能谱分析，图3d展示了单根聚吡咯纳米线EDS能谱分析的结果。在EDS能谱中，主要归属于碳元素和氮元素的特征峰，少量铂元素为在EDS测试前，防止采集图像发生放电现象，离子溅射在样品上少量铂金属。扫描电镜以及EDS能谱的结果说明：基于AAO模板的电化学沉积的方法，我们可以得到聚吡咯纳米线，并且纳米线排列规整，直径均一。
九台地区农业技术，机械化水平，相对全国玉米种植区属于较为落后的水平，在调研过程中发现，九台地区农业经营主体拥有的农用机械还是拖拉机、卡车一类农用动力机械和农业运输机械。相对科技含量较高的土壤耕作机械、农田建设机械、灌溉机械、收割机械以及农产品加工机械（如脱籽机、粉碎机）持有量较少。在已经存在化肥农药过度施用情况的地区，化肥技术已经将现有生产潜能开发到极致，其边际效益降低严重，提高农药以及化肥用量，根本难以再提高玉米种植户收入。九台地区从事玉米种植的农业经营主体想提高收入，只能通过采纳更先进的农业技术提高种植活动中的科学技术含量、提高机械化水平，提高玉米品种质量，并提高玉米种植户收入水平。
2九台地区玉米品种采纳情况现状
2．1调查对象
我国是世界上第二大玉米生产国，吉林省是地处北方的春玉米区，是世界第三大玉米带的核心区域，地处吉林省中部的长春市九台区（原九台县）春季升温快，夏季湿热多雨水资源充足，土壤多为适合耕种的草甸土、冲积土和灰棕壤，耕地面积255万亩，玉米种植面积达到216万亩。由于九台区地势原因导致东西部播种环境有所差异，东部山区与西部平原地区温度湿度降雨量都有所不同，与地区气候相适应的品种也不同。因此本文选择九台地区玉米种植户作为调查对象，对影响其采纳玉米品种行为的影响因素进行分析。
2．2农业经营主体基本特征
性别比例基本持平；受访年龄集中在30～50岁之间相比于年龄更大的种植者，年龄较小的种植者更有采纳新品种更为积极；受教育水平集中在小学与初中文化；专业农户与兼业农户数量基本持平另有3户为专业示范户；平均种植规模在15．75亩，中位数在15～20亩之间。
2．3玉米品种采纳现状
在实地调查过程中发现，九台地区玉米种植户种植的玉米品种主要还是国内在2003年通过审核的“先玉335”。由于该品种种植方便，收获相对容易，在层出不穷的新品种中，一直是玉米种植户种植的品种之一。在实地调查中发现25．2％的种植户仍在种植该品种。除了产量相对于稳定的“先玉335”，九台区玉米种植户也在种植一些国内农业技术研发公司研制的玉米品种，如“优迪919”、“翔玉998”、“银河165”、“德丰77”、“登海605”和“金园”系列由全国各地选育的相对优秀的食用玉米品种。
3变量设计及采纳意愿回归分析
3．1提出假设
参考Ajzen提出的计划行为理论模型以及理性行为理论，从行为态度、主观规范以及知觉行为控制为出发点，对农业经营主体对玉米品种采纳意愿影响因素的分析并提出假设：根据行为态度理论提出假设H1：农业经营主体采纳玉米品种的行为态度正向影响农业经营主体的采纳意愿。由假设H1提出以下四个问题：一是所采纳的玉米品种是否适合在自家土地种植对采纳意愿是否重要；二是了解该玉米品种的种植成本对采纳该品种是否重要；三是了解该玉米品种的销路对采纳该品种是否重要；四是能明显提高收入对采纳该品种是否重要。根据主观规范理论提出假设H2：农业经营主体采纳玉米品种的主观规范正向影响农业经营主体的采纳意愿。由H2提出以下三个问题：一是周围农业经营主体的采纳意愿对本人的采纳意愿是否重要；二是各级推广单位的推广力度对采纳意愿是否重要；三是政府补贴对于采纳品种是否重要。根据知觉行为控制理论提出假设H3：农业经营主体采纳玉米品种的知觉行为控制正向影响农业经营主体的采纳意愿。由H3提出问题：自身掌握的农业技术对玉米品种的采纳是否重要。因此本文从行为态度、主观规范和知觉行为控制三个方面定立假设并提出问题，分析该地区玉米品种采纳意愿具有差异化的原因，并根据问卷的分析，对玉米种植户的采纳意愿现状进行了回归分析。
3．2模型选择
由于被解释变量为“是否愿意采纳玉米品种”，愿意采纳取值为1，不愿意采纳取值为2，是较为典型的二元分类变量，因此选择Logistic二元回归模型来分析影响农业经营主体采纳玉米品种的影响因素。假设分析农业经营主体对玉米品种采纳的影响因素的模型构建如下：式中Corn－Adoption表示被解释变量玉米品种采纳的意愿，其中Character表示个体与家庭特征；Atti－tude表示行为态度，分别包括“对该品种种植特征的了解”、“对于该品种种植成本的了解”、“对该品种销路的了解”、“对该品种能带来收入预期的了解”；Subjective表示主观规范，分别包括“周围农业经营主体的采纳意愿对本人的采纳意愿是否重要”、“各级推广单位的推广力度对采纳意愿是否重要”、“政府补贴对于采纳品种是否重要”；Control表示知觉行为控制，为“自身掌握的农业技术对玉米品种的采纳是否重要”。β0表示常数量，β1、β2、β3、β4分别表示系数，μ表示随机误差项。
3．3模型运算结果及分析
被解释变量均值为1．21，标准差为0．406，其中79．31％的农业经营主体进行了采纳玉米品种的行为，说明样本中农业经营主体的采纳意愿较高。
3．4回归分析结果
Logistic模型回归显示影响九台地区农业经营主体对玉米品种采纳意愿的因素分为以下四个方面：（1）种植类型，专业农户是采纳玉米品种行为中最积极的种植类型；（2）周围玉米种植户的种植情况也对玉米种植户的采纳意愿起到了影响作用；（3）回归分析结果显示，政府补贴情况与采纳意愿呈正相关；（4）自身掌握的农业技术对玉米品种采纳意愿有显著影响，并呈正相关。回归结果显示自身农业技术掌握的水平越高对玉米品种的采纳意愿越积极。
4提高九台地区对优良玉米品种采纳意愿的政策建议
4．1提高农技水平同时拓宽采纳玉米品种宽度
随着的农业技术的高速发展，玉米品种层出不穷，就本文调研地区而言农业经营主体在评价玉米品种优劣时，由于文化水平的不足以及接触信息的闭塞，无法对玉米品种做出客观合理的评价，为提高农业经营主体采纳更优秀品种的积极性，政府部门以及各类农业公司可在农闲期间组织农技培训，组织农业经营主体进行有关选中方面的学习以及对市场的了解，提高信息透明程度，即可帮助种植户达到提高收入目的。
4．2提高政策性投入增强采纳意愿
从实证结果看出，相对于兼业农户，专业农户更倾向于对未种植过的玉米品种进行采纳。为提高种植户种植的积极性，政府部门可以在增加财政补贴的同时，提高个别经过农业研究所等涉农单位确认的单一高质量品种进行补贴，前文中实证结果也证明了，政府补贴是影响农业经主体采纳玉米品种的重要影响因素之一，且效果十分显著。
关键词 理论与实践 纳米材料 教学改革
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2016.10.027
Abstract The significance of introducing the nano-scale concepts into theory-practical course for our undergraduate learners’ understanding of instrumental analysis of a given substance and the quantitative analysis from the theory. Combined with the experience in nanomaterial and nanotechnology of our research group， we point out how to help students really establishing clear nano-scale concept in the “Instrumental Analysis Ⅱ” （bilingual instruction） courses， which will combine theory and practice better.
Keywords theory and practice； nanomaterial； reform in education
目前全国高校的本科生已有很多的理论结合实践课程，而就化学专业尤其是分析花絮专业的学生而言，仪器分析类课程是必修的理论结合实践的课程。不论是教学中还是毕业后走上就业岗位，很多学生面临着接触或从事仪器类尤其是对材料进行表征类仪器有关工作。
早在150年前，微米成为了新的精度标准，这样的技术给人类带来了巨大的发展，也奠定了世界工业化的基础。但是，随着人们对提高材料的性能、推动高新技术发展的需求不断增长，各类材料的制备技术和表征技术也在日新月异。自1861年胶体化学建立后，科学家们开始对小尺寸的粒子（1～100 nm）展开研究，由此引出了“纳米”这一新概念。纳米（nm），又称毫微米，是长度的度量单位，1纳米=10-9米。纳米颗粒一般也就是指直径在1～100 nm范围的粒子。能够对纳米颗粒的尺寸、形貌、结构和组成进行表征的仪器有光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）等等。①而今本科教学课程中所涉及的这些显微技术虽然在学生实验室中常见，但因缺乏纳米尺寸以及原子概念的教育，所以仍有很多学生在学习中接触到这样的尺度概念时理解不清晰，这也引发了许多教学工作者对这一现象的思考。②③④
1 在本科教学中引入纳米概念的必要性
在本科学习阶段，本科生是否有必要对纳米这样极小尺寸甚至原子理论这些抽象概念进行了解呢？其实很有必要。因为不论在何种材料中，其最小基本组成（原子或分子）的存在本身就是一个不容忽视的化学概念。即使是对头发这样已知并可见的物质，本科学生不一定能准确回答其尺寸大小是多少或者什么数量级。教学实验中的常见光学显微镜虽然可以用来检查物体的轮廓及细节，但只有当该物的尺寸比光的波长还要大，才能观察到该物质，而小到几个纳米甚至原子级别则无法达到可视化。
在《Instrumental Analysis Ⅱ》双语课程中有一章节将库伦分析法这样的电化学方法理论知识与纳米级别以下的原子数目建立了关联。原题是这样描述的：“A monolayer （single layer of atoms） of Cu on the crystal face shown in the margin has 1.53 x 1015 atoms/cm2 = 2.54 x 10-9 mol/cm2. Question： What current can deposit one layer of Cu atoms on 1 cm2 in 1 s？”这个题目在问：当电流和时间一定时，在面积为1cm2中能够沉积铜原子的数目（图1为“100”晶面排列的铜原子在1cm2的个数示意图）；或者一定数目的铜原子在一定的时间里能够沉积满一个单原子层/1cm2则需要的电流为多少？由于发现本科生对纳米以下的原子概念理解甚少，所以对这一量化计算显得茫然。为了培养我们的学生能够成功塑造完整的知识面和知识体系，达到学科不断发展的需要，教学人员决定在《Instrumental Analysis Ⅱ》这门课程中引进纳米以及原子尺寸的概念。
2 引入纳米概念的教育方式
如何在教学中能够引入抽象的纳米概念，又能激发本科生对此概念的兴趣，是成功展开这方面教育的一个重要开始。普遍理论与具体实践相结合的“理论联系实际”原则可以达到主观和客观、理论和实践、知和行的统一。那么关于纳米的尺寸虽然小之又小，但是从人们所熟悉的头发可以引起一个人们在日常生活中所熟知的最小尺寸概念。在课堂中，首先让本科生思考“细如发丝”的问题：头发到底有多细？直径大约在哪个数量级？这一问题的抛出，引起了学生们在课堂上的热闹讨论。结果有这样几种答案：0.1-0.01毫米、1-10个微米、10-100个微米。那么在《泰山医学院学报》上的《国人头发直径的调查》⑤中一文指出：“显微镜目镜测微尺对571人的4272根头发的直径进行了测量，发现其平均直径为84.01？3.07微米。”答案揭晓后，学生们对微米概念显得饶有兴趣，并对人体眼睛的分辨率有了一定的了解。
此后，再次以学生们所熟悉的足球为例，让其讨论一个足球的大小，结果学生们很快就能给出正确答案：十几个厘米。当这个简单问题回答后，立即让其讨论我们和所有生物赖以生存的地球直径是多少。这样的例子对于本科生并不陌生，却又难以捉摸正确答案。在经过一段时间的思考后，课堂的本科生表现出强烈的求知欲望，希望能够获知答案。对于这一现象，教学者不是直接给出答案，而是将此问题上升为：如果将足球扩大上亿倍，将接近地球的尺寸，此时，本科生们对“一亿”这样的数量级有了一个模糊的概念。
实际上，一个地球的尺寸缩小一亿倍，接近一个足球的尺寸，而一个足球同样缩小一亿倍，将是一个纳米的尺寸。当这一概念在课堂上给出后，本科生们觉得震撼，深切感叹纳米尺寸的渺小同时体会到纳米尺寸的发现、发展的不易，以及对发明纳米尺寸表征技术的仪器创造者们表示由衷的敬佩。
3 对纳米概念的巩固
在理论联系实际的教学方式中介绍纳米尺寸后，进一步对原子概念进行阐述。纳米粒子也是由原子构成的。但一纳米相当于多少个原子的直径总和这一问题要结合元素周期表中具体原子的大小等因素来考虑，因为不同的原子大小不一。通过概念讲解前的提问引发本科生们的思考，再经过由大到小的尺寸数量级概念演变并结合生活中的实例，之后为了对新鲜知识的巩固，我们又设计了一些涉及到纳米及原子尺寸概念的问题。我们发现通过这些练习使得学生们对纳米尺寸和原子尺度概念的感知有了显著的改善。
4 结束语
总之，我们已经在《Instrumental Analysis Ⅱ》双语课程中引入纳米尺寸和原子尺寸，使得本科生对尺度概念有了新的认识，为日后的科研和工作奠定了一定的理论基础，学生们在本科教学中掌握了纳米尺寸和原子尺度的概念将会对其未来的探究性学习和实验活动有所帮助，同时也培养他们积极思考的好习惯。我们鼓励将本科生纳米概念教育的方式引入到教学中来。
注释
① 任庆云，王松涛，张大飞.纳米材料的结构表征方法[J].广州化工，2014.42（5）：34-35.
② 李明，张晓波，李洪俊，刘亲壮.《纳米材料》课程设计探讨[J].吉林师范大学学报，2011.3：145-147.
③ 王燕民，潘志东.本科生纳米技术的工程教育[J].化工高等教育，2010.6：12-15.
【关键词】纳米材料；文物科技保护；应用
0 前言
我国历史悠久，文物资源丰富。随着时间的流逝他们都在经受着不同程度的损害，文物保护工作任重而道远。文物保护是应用自然科学的手段对文物进行调查研究和保护修复，其中材料科学对其起着重要的作用[1]。随着科学技术的不断发展，越来越多的新材料被应用于文物科技保护领域，纳米材料就是其中之一。
纳米材料[2]由纳米微粒构成，纳米微粒的尺寸范围是1～l00 nm，它是由数目较少的原子或分子组成的原子群或分子群，其表面是既无长程序又无短程序的非晶层；而在粒子内部是具有长程序的晶状结构，由于这种特殊的结构，导致了纳米微粒的表面效应、体积效应和量子尺寸效应[3]，并由此产生许多与常规材料不同的物理、化学特性，许多高性能产品将有机会在纳米科技领域中实现。
1 纳米复合材料用于文物保护的优势
利用纳米材料特殊的性能，通过把某些纳米材料与传统有机高分子聚合物复合，用于文物保护，主要有以下几大优势：
1.1 疏水疏油性
纳米微粒尺寸小，比表面积大，表面能高，这种表面效应，使其具有很高的物理化学活性和很强的吸附性，可强力吸附气体分子，在材料表面形成一层稳定的气体薄膜，就使得水和油无法在其表面展开[4]。
如今随着工业化的发展，环境污染对文物古迹造成的危害日益严峻，纳米复合材料的疏水疏油性将为发展新型文物保护层材料提供新的方法，该类材料在阻止水蒸气，有机物，酸雨等有害物质对文物的侵蚀方面将会起到不可估量的作用。
1.2 减小光辐射
光辐射是影响文物寿命的重要环境因素，特别是紫外线照射能加速文物的老化[5]。纳米微粒的直径小，材料以离子键和共价键为主要结合力，对光的吸收能力较强，能够有效屏蔽光线，将其应用于文物表面保护，有利于文物抗紫外线和抗老化。例如纳米TiO2[6]，被广泛用做抗紫外线吸收剂，具有优良的吸收紫外线的功能。
1.3 透明度好
文物保护用封护材料要求要透明无眩光，能够清晰显示文物本体的面貌。基于纳米材料的体积效应，人类可以通过控制纳米材料的大小与形状，达到对同一种化学组成材料的基本特性如颜色、光、电、磁等性质的控制的目的。比如，TiO2抗紫外线，无毒且透明，可探索用于文物展陈的箱体，灯光等设施，国内已有相关的研究[7]。
1.4 杀菌及防治微生物
细菌等微生物危害会引起文物特别是有机质文物的糟朽霉烂。封护材料要求具有一定的防腐性能。由于纳米材料有强大的吸附性，可用做抗菌材料，纳米二氧化钛，二氧化硅等抗菌性较好[8]，可设计制备含有抗菌性纳米材料的复合材料用于文物保护。
2 纳米复合材料在文物保护中的具体应用
纳米复合材料作为一种很具发展前途的新型材料，在多种类别的文物中都已经显示出巨大的应用前景。
2.1 在金属类文物中的应用
纳米复合材料在金属类文物保护中具有广发的应用前景。对于青铜文物来说，青铜病是青铜器保存的大敌，而发生青铜病腐蚀的根本原因是在外界环境的作用下，青铜器本体发生了电化学腐蚀[9]。纳米复合材料的疏水性将有效阻止外界环境中的水分对文物本体的侵蚀，减缓电化学反应的发生。众所周知被称为铜镜中精品的“黑漆古”铜镜，表面层耐腐蚀性能优异，其耐腐蚀机理和形成机制受到了广泛的关注。相关实验和科学仪器分析表明[10]，黑漆古铜镜表层就是由单一物相纳米SnO2组成的。
2.2 在石质文物中的应用
石质文物的病害主要来自自然界的风化作用和环境污染的侵蚀，该类文物的保护需要对其表层进行防护。同传统的表面防护剂相比，纳米复合材料优势明显。邵高峰[11]等人研制了一种环保型石质文物防风化材料，他们把纳米TiO2和SiO2改性以后将其分散于水性氟碳树脂中，通过多组实验得到了最佳复合体系，分析数据表明该防风化剂具有很好的防紫外线和防水耐蚀性能，且无毒环保，是一种综合性能良好的防风化材料。
2.3 在纸质文物中的应用
纸质文物由于材质本身和环境的影响易发生严重损害，特别是纸张的酸化加剧了其老化，人们也一直在探索研究各种脱酸技术[12]。意大利的 Rodorico Giorgi 等就成功的将纳米技术应用于纸质文物脱酸[13]。他们通过均相合成等方法制备了氢氧化钙在异丙醇溶剂中的纳米分散体系，将此体系应用于纸质样品中，不仅有效的降低了纸的酸度，同时多余的氢氧化钙通过和空气中的二氧化碳反应，会在纸纤维中形成一个碳酸钙储备层，能够长时期控制纸张的酸度，有利于纸质文物的长期保存。
2.4 在纺织品类文物保护中的应用
纺织品一般属于天然高分子材料，由于天然的降解和氧化作用以及外界环境的影响，变得极其脆弱。该类文物的保存与保存环境息息相关，特别是紫外线和霉菌对其损伤巨大。挑选兼具抗紫外线和抗菌性能的纳米材料，可设计合成纳米液相分散体系。据文献报道，纳米Ti02在古代纺织品保护中的应用研究工作已经展开[14]，实验结果表明，经纳米材料处理后的纺织文物有更好的屏蔽紫外线和抗菌能力。
3 纳米材料在文物保护中的应用展望
二十一世纪将是“纳米的世纪”，纳米技术和纳米材料也给文物保护技术的发展提供了新的思路，这方面的研究工作国内外均已展开。作为一种新型学科，其基础理论研究还在逐步发展之中，对于文物这种不可再生资源，纳米材料的真正应用还需要在理论和技术经过反复验证并且相当成熟的时候实施。随着研究的不断深入，纳米材料在文物科技保护中的应用将会更加广泛。
【参考文献】
[1]周双林.文物保护用有机高分子材料及要求[J].四川文物，2003，3：94-96.
[2]白春礼.纳米科学与技术[M].云南科学技术出版社，1995.
[3]张中太，林元华，唐子龙，张俊英.纳米材料及其技术的应用前景[J].材料工程，2000，3：42-48.
[4]王苏新，张玉珍.纳米材料的特性及作用[J].江苏陶瓷，2001，34（2）：5-6.
[5]王庆喜.文物环境与文物保护综论[J].湖南科技学院学报，2009，30（6）：65-68.
[6]汪斌华，黄婉霞，李彦峰，郑洪平，涂铭旌.纳米TiO2和ZnO的抗老化性应用研究[J].四川大学学报：工程科学版，2003，35（4）：103-105.
[7]王君龙，孙红梅，祝宝林.文物防紫外线保护新材料研究[J].渭南师范学院学报，2004，19（2）：28-29.
[8]邱松山，姜翠翠，海金萍.纳米二氧化钛表面改性及其抑菌性能研究[J].食品与发酵科技，2010，46（6）：5-7.
[9]傅丽英，陈中兴，蔡兰坤，祝鸿范，周浩.溶液pH值与氯离（下转第91页）（上接第62页）子对青铜腐蚀的影响[J].腐蚀与防护，2000，21（7）：294-296.
[10]刘世伟，王世忠，王昌燧，周贵恩.“黑漆古”铜镜表层的结构分析[J].中国科学技术大学学报，2000，30（6）：740-743.
[11]邵高峰，许淳淳.环保型石质文物防风化剂的研制[J].腐蚀与防护，2007，28（11）：562-565.
[12]奚三彩.纸质文物脱酸与加固方法的综述[J].文物保护与考古科学，2008，20（z1），85-94.
