纳米材料美学

纳米材料美学【摘要】材料是产品得以成型的物质基础，是产品的造型和功能得以维持的条件。在使用产品的过程中，人的感官和材料建立了一种较为固定的关系——材料感觉特性。这种感觉特性与人的心理感受和审美感受有着直接的联系，我们可以利用这种特性来增强设计的感染力。作为一种新型材料，纳米材料有其特殊的物理及化学性能。纳米产品设计已经广泛的应用在信息、制药与生物、航空航天、健康医疗、农业、环境能源等多个领域。纳米产品设计将会成为未来产品设计的一个发展方向。【关键词】纳米材料；物理性能；化学性能；产品设计1.前言在产品设计中材料的美感有着重要作用，材料的美感能够影响产品的艺术风格和人对产品的感受。优秀的产品设计离不开优美的材质。人类在造物活动中发明了各种各样的材料，并用这些材料来建造我们的生活，使我们的生活更加美好。据统计，现在世界上的材料达到了36万种，也就是几乎每天都会有新的材料诞生。纳米材料是2l世纪的新型材料之一，它具有特殊的物理及化学性能。纳米材料可以替代很多现存的传统材料，应用到产品设计上，实现产品“更轻、更高、更强”的发展目标。目前，几乎所有的发达国家都已经意识到纳米材料和纳米科技的重要性，并陆续加大对纳米科技研发的资金投入及人才投入，纳米科技必然会引发21世纪新一轮的工业革命。2.纳米材料分类材料是划分时代的标志，是高新技术发展以及现代文明的重要物质基础之一。随着现代科学技术的迅速发展，对各类材料的要求愈来愈高，纳米材料就是在这种高技术需求的背景下产生的。广义而言,纳米材料是指在3维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料。按材料物性可分为:纳米半导体、纳米磁性材料、纳米非线性光学材料、纳米铁电体、纳米超导材料、纳米热电材料等。按应用可分为纳米电子材料、纳米光电子材料、纳米微粒显示图纳米生物医用材料、纳米敏感材料、纳米储能材料等。纳米材料大部分都是人工制备的,属于人工材料,但是自然界中早就存在纳米微粒和纳米固体。例如天体的陨石碎片,人体和兽类的牙齿都是由纳米微粒构成的。3.纳米材料的化学及物理性能（1）光学性能当物质在纳米尺寸范围内，某些材料会具备宏观材料所不具备的光学特质。例如几乎所有的富有光泽的金属粒子在纳米尺寸状态下都会失去了光泽显色为黑色。利用纳米金属材料的这一特性可以制作很多纳米产品。比如纳米二氧化硅材料用于光电转换设备的制作不仅有效吸收太阳光而且不会反射光线造成能源上的浪费。某些纳米材料还具有吸光作用使物质处在人类肉眼不可见的范围之内，利用纳米材料特殊光学性质可能达到隐身的目的。（2）热学性能当颗粒处于纳米尺寸状态下其熔点会显著降低，特别是在尺寸小于10nm的情况下。低熔点的物质可以作为很好的热敏材料，比如电器、消防、火灾报警等家电或装置中的保险丝等。（3）磁学性能当物质的颗粒在纳米级别时候，其所具备的磁性会比普通的大块材料磁性高出几十倍。如鸽子能够在磁场中辨别方向，飞到目的地。（4）力学性能一般情况下纳米颗粒的直径越小则纳米结构的材料强度越强。金属材料和陶瓷在纳米尺寸下其韧性、强度和硬度都会有极高的提升。利用纳米技术制作的陶瓷纤维比传统的钢材更具有强度和韧性且更加轻便，目前已经广泛应用在航空航天航海领域中。曾有医学家研究表明：人的牙齿之所以有较高的强度的原因就是构成牙齿的材料中含有纳米磷酸钙等纳米材料。（5）电学性能任何材料都具备介电特性。一般讲，纳米材料比块体材料的介电常数要大，介电常数大的材料可以用于制造大容量的电容器。相同电容量下，纳米材料的电容器体积大大减小，这对电子设备的小型化来讲很有用。纳米材料制作的电子器件具有低耗能、超高速、超容量、超微型的优良特点，碳纳米晶体管就是典型代表。4.纳米材料在产品设计中的运用（1）纳米陶瓷刀具纳米陶瓷刀具主要原料是纳米氧化锆。纳米氧化锆没有普通刀具所含有的重金属成分，无毒安全，对人体没有不良影响。纳米陶瓷刀具有以下优良性能：①纳米陶瓷刀具具有防污抗菌的特性，比普通刀具更适合食物的切割食用；②陶瓷刀的硬度仅次于世界上最硬的物质——钻石的硬度。所以纳米陶瓷刀具有很强的硬度和高耐磨性；③纳米陶瓷刀具不用磨刀始终保持锋利状态，省时省力；④纳米陶瓷刀具有安全无毒、抗腐蚀性、永不生锈的特性，不会给食物带来异味；⑤陶瓷刀刀身经过1700℃高温烧结，密度高、完全致密、无孔隙、无磁性、表面几乎没有毛细孔，具有不粘污，易于清洁且抑菌的功能；⑥纳米陶瓷刀具可以实现花纹设计等视觉处理，和传统刀具相比更具审美性和情趣性。（2）纳米玻璃杯纳米玻璃是指从lnm左右到数百纳米大小的特殊的玻璃材料。纳米玻璃很好的改善了传统玻璃脆性大、抗冲击差的劣势，大大增强了玻璃制品的强度和韧性，避免了传统玻璃破碎时碎片飞溅的现象，减少了对人体的伤害；纳米玻璃具有隔热恒温的特性，冬暖夏凉，隔热保温效果很好，是普通玻璃的3-4倍；纳米玻璃具有防紫外线的性能，避免了产品的老化，保持产品色彩光鲜，延长产品的使用寿命。（3）纳米冰箱人们习惯将各种食物一股脑的全塞进冰箱小小的空间中，但是随着食物的变质以及不同食物之间的串味让冰箱很容易滋生病菌并产生难闻的气味。人们只能定时打扫冰箱，使其保持干净的状态。纳米氧化锌涂层的冰箱有效解决了这个问题，此冰箱具有有效的杀菌抑菌功能，能有效减少食物的细菌滋长并且减少难闻的气味。纳米陶瓷刀具纳米玻璃杯（4）纳米涂层键盘据科学家发现电脑键盘是细菌最容易滋生的地方，键盘表面有多种致病细菌，如链球菌、绿脓杆菌、以及沙眼衣原体等。据不完全统计，平均每个电脑键盘上存在的细菌数量是可以达到公共厕所的400倍，纳米二氧化硅具有良好的生理惰性，具有优良的化学稳定性和吸附性能，常被用在杀菌剂制备的载体中。纳米二氧化硅作载体时，可吸附抗菌离子从而达到杀菌抗菌的目的。纳米二氧化硅为涂料的电脑键盘可以起到杀菌抑菌的功效，减少了细菌对人体的危害。（5）纳米灯具纳米科技在照明节能上的应用技术主要是光学反射。纳米镜面尽量对光源进行全反射，使光源无损耗。目前纳米镜面的发射率可以达99.6%以上。传统灯管是圆柱形设计，光源朝周围360度进行照射，而其射向天花板或墙面的灯光若不折射到地面被人所用，则就白白浪费掉了。灯罩的作用就是利用光的反射，将射向天花板和墙面的光反射到地面，达到节能的作用。但是普通灯罩的涂层一般是白色油漆或者是银色金属的涂层，由于灯光产生很强的热量，灯罩涂料日久会变黄和剥落、金属涂层也会氧化和生锈，其反光率会随着时间而不断下降，因此白色油漆或者是银色金属的涂层不是最好的反光材料。纳米节能反射片使用纳米镀膜制造，表层经过电镀多层纳米处理，具有耐热、纳米灯具纳米涂层键盘纳米冰箱防氧化等特性，而且能发挥99．6％以上的反光率，能把光线均匀聚集后反射回地面，可以产生超过一倍的反光，为目前世界性反光性能最佳、最便利的节能产品。5.纳米产品未来发展方向（1）安全、耐用纳米牙膏、纳米护肤品、纳米衣物、纳米防晒霜等与人体细胞或人们表皮直接接触的产品，在带给人惊喜效果的同时，更要求不会产生毒性，对人体造成损害或产生副作用。（2）小巧、便携纳米产品的便携性主要体现在纳米产品质量轻、小巧及可塑方面。纳米太阳能电池的厚度仅有2-6nm，非常轻薄小巧，方便携带；纳米电子显示屏具有良好的柔软性、可弯折性且质量轻，能方便用户随身携带，使电子产品与人之间的距离更紧密。（3）节能、环保纳米电线比普通电线导电效率更高而且纳米电线的热交换低，更加节能；纳米太阳能电池具有良好的光电转换功能是典型的环保产品；纳米涂层灯具具有高聚光、高反光特点，省电节能。结语纳米技术的发展与工业领域中其他技术的发展是密不可分的。纳米技术的发展已经渗透到其他各种技术的发展中，特别对信息工程、生物工程和机械工程中的技术变革起到了至关重要的作用。随着纳米技术研究的不断深入，它会在工业设计领域有所发展，实现产品“更轻、更高、更强”的发展目标。【参考文献】【1】沈海军、时东陆著，纳米艺术概论【M】，清华大学出版社，2010【2】Guozhong著，纳米结构与纳米材料合成、性能及应用【M】，科学出版社2012【3】MichelFAshby，Ferrira著，纳米材料、纳米技术与设计【M】，科学出版社，2010【4】(美)大卫．E．牛顿，新材料化学【M】，上海科学技术文献出版社，2011【5】2011高技术发展报告，中国科学院科学出版社，2011【6】沈辉、刘勇、徐雪青著，纳米材料与太阳能利用，化学工业出版社，2012【7】唐元洪主编，纳米材料导论，湖南大学出版社，2011