［摘要］ 文章闡述了納米技術的基本概念及研究內容、納米粒子的特性及納米技術在包裝工業領域中的應用。
　　［關鍵詞］ 納米技術；納米粒子；包裝工業
　　納米技術是21世紀科技發展的制高點，是新工業革命的主導技術，它將引起一場各個領域生產方式的變革，也將改變未來人們的生活方

式和工作方式。
　　納米技術基本概念
　　納米技術是以納米科學為基礎，研究結構尺度在0.1～100nm范圍內材料的性質及其應用，制造新材料、新器件、研究新工藝的方法和手

段。納米技術以物理、化學的微觀研究理論為基礎，以當代精密儀器和先進的分析技術為手段，是現代科學（混沌物理、量子力學、介觀物

理、分子生物學）和現代技術（計算機技術、微電子和掃描隧道顯微鏡技術、核分析技術）相結合的產物。在納米領域，各傳統學科之間的

界限變得模糊，各學科高度交叉和融合。
　　納米技術研究的內容主要有納米材料學（研究由納米結構單元構成的任何類型的材料，通過改變納米結構單元的大小，控制內部和表面

的化學性質，控制它們的組合，設計材料的特性和功能）；納米動力學（研究微機械和微電機，采用一種類似于集成電路設計和制造的新工

藝，將傳感器、電動機和各種處理器都放在一個硅芯片上形成一個系統）；納米生物學和納米醫藥學（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的精細結構等，還可用自組裝方法在細胞內放入零件或組件構成新的材料）；納米電子學（包括基于量子

效應的納米電子器件、納米結構的光性質與電性質、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
　　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，并由此派生出傳統固體不具有的許多特性。
　　（1）表面效應：材料粒子直徑減少到納米級，表面原子數迅速增加，化學活性增高，納米材料的表面積、表面能及表面結合能都迅速增

大。
　　（2）體積效應（小尺寸效應）：當納米材料的尺寸與傳導電子的德布羅意波長相當或更小時，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內壓

、光吸收、熱阻、化學活性、催化性及熔點等與普通晶粒相比都有很大變化。
　　（3）量子尺寸效應：納米粒子尺寸下降到一定值時，費米能級附近的電子能級由連續能級變為分立能級的現象，使納米粒子具有高的光

學非線性、特異催化性和光催化性質等。
　　（4）宏觀量子隧道效應：微觀粒子具有貫穿勢壘能力的效應。
　　（5）光學效應：當金屬材料的晶粒尺寸減小到納米量級時，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。
　　（6）電磁性質：金屬材料中的原子間距會隨粒徑的減小而變小，當金屬晶粒處于納米范疇時，其密度隨之增加，導致電導率降低；磁性

材料的磁有序狀態也發生根本的改變，粗晶狀態下為鐵磁性的材料，當粒徑小于某一臨界值時可以轉變為超順磁狀態。
　　（7）化學和催化性能：納米材料由于其粒徑的減小，表面原子數所占比例很大，吸附力強，具有較高的化學反應活性。
　　（8）H-P關系：當晶粒減小到納米級時，材料的強度和硬度隨粒徑的減小而增大，近似遵從經典的Hall-Petch關系式。
　　（9）熱性質：當組成相的尺寸足夠減小時，由于在限制的原子系統中的各種彈性和熱力學參數的變化，平衡相的關系將被改變。固體物

質超微化后，熔點降低；納米材料的比熱容也大于同類粗晶材料。
　　（10）其他性質：金屬通常是延展的，當晶體尺寸減少到其本身的應力不能再開動位錯源時，就變得相當堅硬，在這種情況的臨界長度

下，打開這個位錯源的應力變得比已知金屬的屈服應力大。
　　納米技術在包裝工業中的應用
　　由于納米粒子具有許多特殊性能，因此納米技術在包裝工業中正從各個方面發揮著巨大的作用：
　　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，能產生消除異味、殺菌消毒的作用，提高包裝品質和延長貨架壽命。納米層狀銀系無機抗

菌材料可用于抗菌除味塑料成品、抗菌紙杯等許多產品。將30～40nm的二氧化鈦分散到樹脂中制成對光有強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性能，它的光學透射譜可從紫外波段一直延伸到遠紅外波段。納米多層復合涂料經處理后在可見光范圍內

出現熒光，在各種標牌表面施以納米材料涂層，成為發光、反光標牌；改變納米涂層的組成和特性，產生光致變色、溫致變色、電致變色等

效應，是特殊的防偽、識別手段。
　　（3）納米二氧化鈦、納米碳酸鈣等納米材料能使塑料改性。通過對塑料進行填充改性，可以提高塑料的力學性能，還可以開發各種功能

塑料，如導電塑料、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機納米材料所制成的納米塑料具有優異的物理力學

性能、強度高、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強劑和抗老化劑；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

，性能大為提高。
　　（5）以廉價的硅基化合物為原料，使異常細小的懸膠體粒子（溶膠）連接在一起（凝膠），從而由液體變為固體，并生成出溶膠-凝膠

玻璃，此玻璃的質量僅為普通玻璃的一半；80nm的氧化釔可作為紅外屏蔽涂層，反射熱的效率很高，在諸如玻璃等產品表面上涂納米材料涂

層，可以達到減少光的透射和熱傳遞效果，產生隔熱作用。
　　（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

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

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，較之普通鐵強度提高12倍，硬度提高2～3個

數量級。利用納米鐵材料可制成高強度、高韌性的特殊鋼材。金屬—陶瓷等復合材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質。
　　（8）兩種性質不同的材料做到納米尺度時，在特定的條件下有協同作用。在玻璃、瓷磚等表面采用超雙親性界面材料后，實現自清潔及

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

超雙疏性界面物性材料技術處理后，能提高金屬的防腐效果。
　　（9）中空納米材料屬無機化合物納米材料，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，并且此納米材料構型與剛玉一樣，對塑料、橡膠、化纖等高

分子材料進行改性后，其強度、韌性、耐磨性等的提高大大高于實心納米材料。
　　（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

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

動控制系統提高到一個新水平。另外，納米材料涂層的光學特性，也可用于傳感器等光學應用器件。
　　（2）由于納米陶瓷具有良好的耐磨性、較高的強度及較強的韌性，可用于制造刀具、包裝機械的密封環及軸承等，以提高其耐磨性、耐

蝕性，也可用于制作包裝輸送機械和沸騰干燥床關鍵部件的表面涂層。
　　（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

質包括油污、細菌等進一步氧化變成氣體或者很容易被擦掉的物質，具有防污、防塵、耐刮、耐磨及防火功能，可用于食品包裝機械上與食

品直接接觸的零部件的表面涂層，或用于制作包裝容器，機械箱體和生產車間等。
　　（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，可節省電能，適用于包裝機械的紅外干燥和

紅外殺菌設備上。
　　（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、有機物的濃縮和分離，可應用于純凈水、軟飲料

等膜過濾和殺菌設備上。
　　（6）在高硬度的耐磨涂料中加入納米相，可進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，可達到減小磨擦系數的效果，形成自潤滑材料；如將碳化鎢加入到鐵、鈷、鎳中，可形成硬質合

金材料，具有高的硬度、耐磨性能，同時又有更低的脆性。對包裝機械關鍵零部件進行金屬表面納米涂層處理，可提高機械設備的耐磨性、

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

基液亦可用潤滑油，只要采用合適的磁場就可以將磁性潤滑油約束在所需的部位，能保證機器的正常運轉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械應用較多的原材料，但通常的橡膠是靠加入炭黑來提高其強度、耐磨性和抗老化性，制品為黑色，不適宜用

在食品包裝機械上。新的納米改性橡膠各項指標均有大幅度提高，尤其抗老化性能提高3倍，使用壽命長達30年以上，且色彩艷麗，保色效果

優異。