纳米技术在家电及日化中的应用

纳米技术在家电及日化中的应用

内容摘要：本文初步探讨了纳米材料和纳米技术在家电方面(电冰箱、空调器、洗衣机、电视机等)及日化（防晒品）中的应用，介绍了一些具体应用项目，指出了目前应用中存在的一些问题，并对今后纳米材料和纳米技术应用前景作了展望。

关键词：纳米技术：纳米材料；家用电器：防晒品；抗菌；应用

一、概述

纳米材料是二十世纪八十年代中期才发展起来的具有全新结构的材料，由极细晶粒组成，特征维度尺寸为Inm—lOOnm的单晶体或晶体。由于其量子尺寸

效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，纳米材料与相同成分的

微米晶粒材料相比具有许多奇异的光、热、电、磁等物理性能和新的规律，具

有自洁功能，防垢，防附着，韧性好，耐高温，耐摩擦，耐冲击。纳米技术现

已广泛应用于光学、医药、半导体、信息、通讯、家电、机械等领域。我国已

将纳米技术研究歹fj入国家“攀登计划”、“863计划”、“973计划”、“国家

计委产业化示范工程”和“火炬计划”等。本文就纳米材料及纳米技术在家用电器和日化中的应用现状及今后发展作一介绍及展望。

二、纳米材料及纳米技术在家用电器中的应用现状及领域

我国对纳米基础理论研究方面取得了丰富的科研成果，发表了许多高水平

的纳米科技论文．已步入纳米基础理论研究先进国家行业。但与此形成强烈反

差的是，我国的纳米材料产业化很不理想，成果先天不足，科研成果向应用技

术转化不畅。虽然国内已建立几十条纳米材料及技术生产线，创办了近百家以

生产和经营纳米材料及纳米技术的公司，但产品主要集中在纳米粉体的制各方

面，生产规模仅百吨／年上下。科研院所由于力不从心，往往是试管烧杯一出来，

就急忙“交货”，没有潜心于后续的应用开发和技术支持；而绝大部分企业是

生产型的，缺乏持续不断的创新和应用开发能力，只能接受非常成熟的技术。

纳米技术和纳米材料在家用电器中的应用领域主要有：

l、纳米电冰箱

纳米功能塑料在家电零部件中正扮演越来越重要的角色，由纳米材料改性的特殊功能塑料，如抗菌塑料、阻燃塑料、导电塑料、磁性塑料、增韧增强塑孝斗以及生物降解塑料等都己在家电领域发挥了愈加重要的作用。纳米抗菌塑料主要用于电冰箱的门把手、箱门内胆、棚架等附件以及沈衣机的不锈钢筒、洗涤水泵、波轮等部件，用于空调器的室内机外壳等塑料件和遥控器，在消毒碗柜、热水器上也有广泛的应用。增韧增强塑料主要用于电冰箱的门封条、洗衣机内筒等部分。纳米阻燃塑料则在电熨斗、微波炉、电饭煲等产品中具有广泛的用途。目前采用纳米抗菌机理大致如下：将抗菌塑料中的载体经过处理后变成纳米级颗粒，由于颗粒的减小，单位重量的无机抗菌剂颗粒数增多，或表面积加大，因而增加了与细菌的接触面积，从而大大提高了抗菌效果。家用电器中广泛应用的纳米除臭器的作用如下：

(1)、抗菌杀菌：纳米复合材料中的某一种离子具有较高的催化能力，由于其还原电势极高，在其周围空间产生活性氧．活性氧可灭菌。该离子渗透到绑胞内，起到阻碍细菌生长合成路径和阻碍能量系统的作用，造成酵素蛋白的变睦和细胞膜生物学性的损伤，抑制该细菌繁殖生长，甚至杀死细菌。

(2)、长效：当菌体被A离子杀灭后，离子又由细菌尸体游离出来，与其它

菌药接触，重复上述活动，所以具有长效杀菌能力。

(3)、广谱：纳米复合材料由多种材料复合而成，所以对广大范围的细菌、真菌(霉菌、酵母)类具有抗蕴性。冰箱内胆、储物棚架、门把手、空调器的换气过滤装置及遥控器均由于高频率流动或接触而造成污染传播，在上述零部件成型时加入纳米材料，成型后的上述零部件即具有抗菌作用。空调器的室外机壳中加入纳米材料。可使其具有孱蔽紫外线的作用，起到抗老化作用。纳米技术在家用电器领域主要应用于抗菌、抑菌等健康方面，比如纳米冰柜即在人手易接触及细菌易侵入的部位，使用了经纳米化处理的材料，这种材料可有效抑青9细菌的生长，从而大大提高了冰柜的抗菌功能。中科院工程塑料研究中心李毕忠课题组在纳米抗菌粉的母粒化技术、抗菌塑料等方面进行了适用化研究开发，并在海尔部分抗菌家电塑料部件中推广应用，取得一定效果。含有纳采粒子、具有自修补功能的油漆可用于冰箱或微波炉等外壳，油漆力一不小心被利器划开，可以像人的皮肤一样，过些日子能自动包含．对提高家电外观水平是个福音。

2、纳米洗衣机

在洗衣机(特别是滚筒洗衣机)、热水器的使用过程中，由于该类产品长期处于潮湿的工作环境中，使其成为细菌及霉菌等微生物滋生的温床，长期使用后会藏污纳垢，不利于人体健康。为解决此问题，人们通过应用新材料，来改变内胆表面的张力，使其不粘脏。采用复合型纳米抗菌材料，将具有抗菌作用的某一种金属离子(主要是纳米氧化银材料中的银离子)充注到洗衣机外桶基材的微孔中，再经过一种材料添加剂将其稳定住，以达到缓慢释放的效果．最后形成抑菌、抗菌的功效。含有复合型纳米材料的洗衣机，在保证原有功能的同时，本身还具有自清自洁功能，并防垢。防附着，耐高温，耐摩擦，抗冲击。所以，用这种材料制成的洗衣机，就能最大限度地减少交叉感染及二次污染的可能，具有长效抑菌作用，不产生霉变，不滋生细菌。据报道，小鸭集团已成功将纳米抗菌粉用于搪瓷釉料中．生产出防霉、抗菌的滚筒洗衣机，并经有关卫生防疫部门检测，抗菌作用明显。但纳米抗菌粉在搪瓷釉料中的使用条件较苛刻，必须在碱性较强的液体中和高温(9000。C左右)烧结后仍保持很强的抗菌性能，这是其它抗菌粉望尘莫及的。

3、纳米电视机

普通塑料加入纳米粒子后强度和耐冲击均增加，可用于制备超大屏幕的电

视机壳体。电视机等影音家电一般都是黑色外壳．又称黑色家电，这是由于外壳材料中需加入碳黑进行静电屏蔽。利用纳米技术己研制出可静电屏蔽的纳米涂料，通过控制纳米微粒的种类，人们可对涂料颜色进行控制。如氧化物纳米微粒的颜色不同，Ti02、Si02纳米粒子为白色。Cr03为绿色，Fe203为褐色，这样就可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，使黑色家电变成彩色家电。纳米级的Ti02粒子具有自催化作用，它在紫外线照射下能分解油脂和细菌，因而表面上附有这种薄膜的材料，可以达到不沾水、消毒、杀菌的目的，在家用电器上很有用。数码高清晰度电视(HDTV)必须使用纳米技术，采用光致变色材料(粒度要求lOnm数量级)的兰光DVD可单面存储133min的电影，线数为1024—1800线，

能满足HDTV的要求，其清晰度高，无辐射，耗电低。

三、纳米技术在防晒产品中的应用

l、纳米ZnO防晒产品的功能是防晒、抗紫外线，纳米中的无机材料在防晒产品中有广泛的应用，它不但可以很好的克服有机紫外线吸收剂的缺点，还可以提高防晒剂的防晒效果。纳米ZnO可以采用固相反应(高温热解法、均匀沉淀法)的方法来制备。纳米ZnO很小，还不到1纳米，它的特点是渗透性与分散能力很强，可见光可以穿过它，因此在防晒产品及其它产品的配置中能充分发挥防晒能力。纳米ZnO在阳光、尤其是紫外线的照射下、在水和氧气中，还能自行分解出自由移动的带负电荷的电子，并将带正电荷的空穴留下。这种空穴不但可以激发活性氧，还能杀死病毒和细菌。

2、纳米Ti02

纳米技术运用在化妆品防晒剂中，还能够防止产生毒副作用。因为纳米原料是属于无机惰性原料，它的活性和刺激性比较小，不会对肌肤产生副作用，也非常的安全。纳米仿生原料中的Ti02粒子对长波有屏蔽的作用，它自身的颜色为白色，可以随意配色。因此，这种粒子在防晒产品中得到了广泛的应用。此外，Ti02对紫外线的吸收能力也是很强的，在防晒剂里面添加纳米Ti02的时候，为了提高纳米Ti02的持久性和稳定性，还需要对其进行加工处理，但是国际上对纳Ti02的卫生要求很高。想要提高此种材料的高吸收性，还要进行复配，将具有防晒作用的植物进行提取和复配之后，再加入纳米Ti02，吸收紫外线的效果会更好。

3、Ti02纳米ZnO的抗菌性

纳米ZnO属于重金属离子，能与病毒和细菌内部蛋白质的巯基相结合，从而抑制细菌的生长和繁殖。另外，纳米ZnO紫外线的照射之下，还会产生空穴，空穴和电子分别从纳米纳米ZnO价带、导带迁移到粒子表面，把表面吸附的水转变为氢氧自由基。氢氧自由基有很强的的氧化能力，能杀死大多数的细菌和病毒。纳米ZnO的杀菌效果好于其他材料，因为纳米ZnO的粒径很小，空穴和电子从晶体内部达到晶体表面的时间很短，这样就降低了空穴和电子重新结合的机率。纳米ZnO能在五分钟之内杀掉98．7％的金黄色葡萄球菌、沙门氏菌和99．12％的大肠杆菌。也因此，防晒产品中加入纳米ZnO，能通过杀菌消毒来抗炎症，还能吸收肌肤分泌的油脂。

4、几种纳米技术的复合使用为了能提高防晒产品的性能，研制的人一直在试图解决复合使用防晒剂的问题。这包括了中波280—320纳米防晒剂和长波320400纳米防晒剂之间的复合，以及有机防晒霜和无机防晒霜之间的复合，并且希望通过复合能够提高产品的安全性，降低防晒产品开发的成本。目前已经研制出来的是由甲氧基肉桂酸锌酯和ZnO、Ti02等几种纳米材料复合在一起的防晒剂，ZnO、Ti02的防晒效果好，但稳定性不强，甲氧基肉桂酸锌酯的防晒效果不如ZnO和Ti02，这几种材料配合使用可以得到广谱保护功能。

5、纳米Ti02的分散性和透明性纳米Ti02的原始粒径小于100纳米，它在完全分散的状态下可以透过可见光，所以是透明的。因为纳米Ti02具有透明的特质，所以加入防晒产品中不会对肌肤产生任何遮盖作用，这样也可以展现肌肤的自然美。尽管如此，纳米Ti02却并不是完全透明的，因为纳米Ti02的粒子小、比表面积大、表面能极高，所以极其容易形成团聚体，这样就影响到产品的分散性和透明性。此外，纳米Ti02的透明性和紫外线屏蔽能力与其在应用体系分散的均匀程度有很大关系，原始粒径和分布相同及数量相等的纳米Ti02在应用体系分散得越好，它的防晒功能和透明性能就越强。也因此，防晒产品中的纳米7ri02

都要经过特殊的处理。

4、纳米技术应用前景

当前诸多家电企业与纳米科技企业携手，与网络、基因技术一样，是高科技与资本紧密结合，发展前景无疑十分光明，但必须认识到，纳米技术毕竟还处于起步阶段，面临较大的技术风险与市场风险，前进道路不可能一帆风顺。纳米专家指出，纳米科技要像信息技术一样产生广泛而深刻的影响，那将是二三十年以后的事情。家电产业的纳米时代并不遥远，但也未曾到来．真正有志于发展纳米产业的家电企业应沉下心来，以严谨的态度对待科学，为我国纳米技术的发展作出自己的贡献。纳米防晒产品未来的发展趋向纳米ZnO、Ti02具有光催化的性质，在日光的照射下，它们会产生自由基，自由基会对人体细胞产生一定的伤害。因此，必须要开发出新的纳米防晒产品，在新型的纳米防晒研究中，有一种物质值得被注意和研究，那就是稀土纳米氧化物。这种物质不但能够高强度的吸收紫外线，而且它吸收的紫外线还会被转化为无辐射弛豫，所以这是一种安全而高效的防晒剂。还有核苷，因为人体细胞对紫外线能量吸收很快，所以使用纳米技术对核苷进行朝伟乳化后制成的纳米微胶囊，可以更好的防晒。同时，纳米脂质载体NLC和SLN本身也有吸收紫外线的功效和作用，它主要针的是UVB的防护，所以在防晒产品中，也得到了广泛的使用。我们用足够的理由相信，纳米技术将会为化妆品行业带来又一次飞跃和进步。

参考文献：

[1]郝瑗．纳米技术在防晒产品中的应用[J]．中国化妆品，2010(4)：33—35．

[2]张立德、牟季美．纳米材料与纳米结构.科学出版社，2001(2)．

[3]赵新宇．纳米世纪：奇迹、革命与未来世界．广州出版社，2001(2)．

[4]张雷，魏少敏，武利民，郭奕光，林欣荣，杜华．分子筛基纳米复合防晒剂的制备和表征及应用研究[J]．日用化学工业，2005．35(3)：160～163．

[5]李俊芳，贺燕婷，闫妍，卢晓静，王星，王超．防晒化妆品中纳米TiO-2的检测技术研究[J]．分析仪器，2011(3)：52—56．

[6]丁克祥，董萍，杨永鹏，朱晓亮，左夏林，丁宇，梁虹．高效、双重防晒及皮肤修复的新型美容化妆品——一种防护中长波紫外线损伤的防晒复合纳米乳[J]．中国化妆品，2012(19)：80—87．

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/b8f5d9a7b84ae45c3a358caf.html