纳米材料的特点和用途

纳米材料的特点：

当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来得到不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望得到新的用途。

我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以得到带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术得到了全新的材料。

纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千平方米，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。

“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。

无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。

纳米材料的用途：

纳米材料的应用前景是十分广阔的，如：纳米电子器件，医学和健康，航天、航空和空间探索，环境、资源和能量，生物技术等。我们知道基因DNA具有双螺旋结构，这种双螺旋结构的直径约为几十纳米。

用合成的晶粒尺寸仅为几纳米的发光半导体晶粒，选择性的吸附或作用在不同的碱基对上，可以“照亮”DNA的结构，有点像黑暗中挂满了灯笼的宝塔，借助与发光的“灯笼”，我们不仅可以识别灯塔的外型，还可识别灯塔的结构。

简而言之，这些纳米晶粒，在DNA分子上贴上了标签。 目前，我们应当避免纳米的庸俗化。尽管有科学工作者一直在研究纳米材料的应用问题，但很多技术仍难以直接造福于人类。2001年以来，国内也有一些纳米企业和纳米产品，如“纳米冰箱”，“纳米洗衣机”。

这些产品中用到了一些“纳米粉体”，但冰箱和洗衣机的核心作用任何传统产品相同，“纳米粉体”赋予了它们一些新的功能，但并不是这类产品的核心技术。

因此，这类产品并不能称为真正的“纳米产品”，是商家的销售手段和新卖点。现阶段纳米材料的应用主要集中在纳米粉体方面，属于纳米材料的起步阶段，应该指出这不过是纳米材料应用的初级阶段，可以说这并不是纳米材料的核心，更不能将“纳米粉体的应用”等同与纳米材料。

扩展资料：

纳米材料应用范围

1、 天然纳米材料

海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。

生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。

2、 纳米磁性材料

在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

3、 纳米陶瓷材料

传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、纳米传感器

纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。

5、 纳米倾斜功能材料

在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。

如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。

6、纳米半导体材料

将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。

7、纳米催化材料

纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。

镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600 ℃降低到室温。

8、 医疗上的应用

血液中红血球的大小为6 000～9 000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。

参考资料：百度百科-纳米材料

上世纪80年代末，中国政府开始重视纳米材料和技术的研究，90年代中期之后，从事纳米材料生产开发的公司不断增多，社会资金投入也不断增加，纳米材料应用产业兴起。进入二十一世纪，中国纳米材料产业进入稳定、健康的发展阶段。文章通过分析纳米材料重点细分市场情况预见整体行业市场市场的发展现状与前景。

纳米材料产业主要上市公司：贝特瑞(835185)、方大碳素(353917)、银基烯碳(400070)、碳元科技(603133)、沃特新材料(002886)、常州二维碳素(833608)、安泰科技(000969)、金发科技(600143)、中伟股份(300919)、沃特股份(002886)、中科三环(000970)、二维碳素(833608)等

本文核心数据：中国纳米材料市场规模、碳纳米管、石墨烯、纳米级蒙脱土、纳米碳酸钙市场数据

产业发展现状

1、整体市场情况：受技术需求双轮驱动，产业较快增长

近年来，随着纳米材料生产技术的改良及下游需求增加的拉动，纳米材料的市场规模呈现了较快的增长趋势。中国纳米材料产业市场规模由2014年的481.3亿元增长到了2018年的791.0亿元，年复合增长率为13.2%。随着下游市场需求进一步扩大以及相关技术的逐渐成熟，2019年起中国纳米材料产业市场规模增速有所提升，前瞻根据纳米材料产业市场发展情况估计2020年中国纳米材料产业市场规模达到1068.4亿元，同比增速达16.2%。

2、细分市场情况

——碳纳米管：下游产业调整导致短期产品供需失衡

近两年中国新能源汽车市场由于补贴大幅退坡及其他因素影响，市场进入短暂调整期，导致动力电池出货量增速放缓，甚至出现下滑，这导致碳纳米管导电剂出现短期供需失衡，但受益于技术升级的带动，该材料市场增速表现好于下游锂电池市场。同样受益于动力电池市场规模需求的增长，近几年碳纳米管出货量呈现快速增长态势。结合高工产研锂电研究所(GGII)年复合增长率数据，前瞻测算2020年国内碳纳米管出货量达到7.97万吨。

——石墨烯：进入产业化关键期

目前，石墨烯产业已经到了从实验室走向产业化的关键时期，石墨烯产业已经成为了中国新材料产业乃至制造业实现弯道超车的突破口。

中国石墨烯产业正处于市场导入期，产品尚未成熟，产业利润率较低，但市场增长率较高。2018年以来，石墨烯粉体和薄膜的生产规模进一步扩大。粉体方面，常州第六元素、青岛昊鑫、宁波墨西等多家企业已拥有国内领先的石墨烯粉体生产线。薄膜方面，长沙暖宇新材料科技公司年产量100万平方米的石墨烯膜生产线已开建，预计建成后将成为国内第二大石墨烯膜生产线。

2015年到2018年，中国石墨烯产业处于高速发展期。据中国经济信息社数据统计，2015年石墨烯市场规模仅为6亿元，2018年中国石墨烯产业规模约为111亿元，复合增长率高达117%。

在高速发展后，从2019年开始石墨烯产业进入快速平稳发展期，增速有所降低。《2020年中国石墨烯产业发展形势展望》中估算2019年中国石墨烯规模达到120亿元，考虑到疫情的影响，前瞻测算2020年石墨烯市场增速将有所下降，石墨烯市场规模达到126亿元。

——纳米级蒙脱土：产业结构升级优化逐步完成

纳米级蒙脱土在橡胶中应用主要用于橡胶制品改性，主要包括气密性，定伸引力和耐磨性、防腐性、耐侯性、耐化学性等方面的改善。通过加入少量(如3%-5%)的纳米蒙脱土，可以使橡胶的强度、伸长率等性能大幅度提高，有的性能可提高数倍，可替代目前的白碳黑，甚至彻底取代传统的碳黑及其它填料，大大减少污染，是二十一世纪橡胶工业的一场革命。

现阶段，中国橡胶消费量不断增长，纵观2015-2020年中国合成橡胶供需变化情况，结合纳米蒙脱土渗透率，前瞻测算得出2015-2020年中国纳米蒙脱土市场需求量波动上升，2020年约为22.51万吨，由于未来合成橡胶性能改进需求潜力巨大，前瞻认为纳米蒙脱土市场未来景气度较高。

——纳米碳酸钙：市场需求量逐步增长

纳米碳酸钙在国外已有五十年的应用历史，广泛应用于橡胶、塑料、造纸、油墨、涂料、密封胶黏材料等产业。

2016-2019年纳米碳酸钙市场需求量稳步上升，2019年全球纳米碳酸钙市场需求量约为2645万吨。据美国市场研究公司Grand View

Research发布的《纳米碳酸钙市场分析及2016-2024年前景预测报告》显示，2016-2024年全球纳米碳酸钙需求量年复合增长率为8.7%，塑料领域纳米碳酸钙用量占市场总量的20%以上，按此Grand

View Research预测的趋势，2020年全球纳米碳酸钙需求量约为2883万吨。

具体分析中国纳米碳酸钙市场情况，国外企业依靠强大的研发能力、稳定可靠的产品质量、精良的仪器、良好的品牌信誉，占据了国内大部分高端市场，价格普遍比国产同类产品高1-3倍。近年来国内企业综合竞争实力持续提升，一批实力较强的本土企业也相继涌现，低端、中低端、中端产品市场几乎全部被国内企业占领，中高端产品市场份额也明显提升，高端产品市场正逐步打破外资企业或其在华企业的垄断局面。

结合碳酸钙主要应用产业市场产量增速情况，前瞻经测算，认为目前造纸产业仍是碳酸钙最大的应用领域。2020年中国造纸产业碳酸钙需求占比最大，约为46%第二大消费领域是塑料产业，消费占比为17%橡胶产业需求占比约13%。

结合中国造纸工业协会发布的产业碳酸钙需求及纳米碳酸钙渗透率数据，前瞻测算得出，近年中国纳米碳酸钙需求量逐年上升，由2016年的321万吨逐渐增长至2020年需求量约为448万吨。

产业发展前景

1、整体市场前景：千亿元纳米材料产业市场有待挖掘

“十四五”期间，3D打印用材料、超导材料和智能仿生材料等前沿新材料在工业、电力、通信、军事以及医疗等领域具有巨大商业价值及战略意义，投资关注度将进一步提高。因此，为满足市场应用的迫切需求，金属材料、有机高分子材料、生物材料和复合材料等3D打印用材料将成为未来投资关注热点，随着这些具有颠覆性的前沿新材料关注度将进一步提高，作为相关材料领域内应用频率极高的纳米材料，未来纳米材料产业市场潜力将进一步提升。

根据国家开发投资集团有限公司预测，未来几年，中国新材料产业将延续过去高速增长的强劲势头，到2025年产值将突破10万亿元，发展前景十分广阔前瞻在此基础上进一步预测，到2026年中国新材料产值将达到11.7万亿元左右。伴随新材料产业市场发展，未来纳米材料市场规模也将进一步提升。在生产技术的积累以及下游应用市场进一步推广的环境下，纳米材料未来有望在基础工业材料以及显示器零件的细分市场上有所突破，带动整体市场规模在2025年突破3000亿元，2026年预计突破3700亿元。

——碳纳米管：长期保持高增长趋势

碳纳米管具有很广阔的研究前景，除了在复合材料、显示器、储氢、电容器等方面具有应用潜力外，在半导体电子器件、传感器、吸附材料、电池、催化剂载体等领域也具有非常广阔和诱人的应用前景，具有巨大的开发潜力。未来随着对碳纳米管的相关研究更加深入，碳纳米管将会在更多的领域中产生深远的影响。

根据GGII数据预计，未来中国碳纳米管市场销量将保持高增长趋势，2021年CNT整体市场规模将达10万吨。且随着磷酸铁锂材料的逆袭与高镍材料需求的飞速增长，结合能量密度提升需求，CNT添加比例逐步增加，有望从1.5%逐步提升至2%，结合中国动力电池协会发布的锂电池产业数据，前瞻预测未来CNT市场年均复合增长率将达到58%，2026年将突破90万吨，有望逼近100万吨大关。

——石墨烯：保持中高速稳定增长态势

2021年，除了已经实现商用的锂电池储能和防腐涂料领域，中国石墨烯产业在柔性控制屏和压力传感领域布局正逐步展开，石墨烯产业将进一步完善。下游新兴领域的发展将直接促进中游制造市场的增长，根据中国炭素产业协会《中国炭素产业“十四五”及长远发展规划》听证会议内容纪要数据，预计未来五年中国石墨烯市场规模年复合增长率达到16.57%，2026年中国石墨烯产业市场规模有望突破300亿元。

——纳米蒙脱土：市场前景广阔

由于蒙脱土丰富的资源、便宜的价格和广泛的用途，再加上超常的性能，市场前景非常广阔。蒙脱土的发现和应用是纳米材料研究史上的一个重要的里程碑。结合中国橡胶工业协会发布的下游主要应用市场合成橡胶市场规模预测进行分析，假设纳米级蒙脱土市场渗透率达到4%，对中国纳米级蒙脱土市场规模进行合理预测。2021年整体市场将达到24.55万吨，2026年预计突破40万吨。

——纳米碳酸钙：保持稳定增长趋势

亚太地区经济发展快速，塑料、橡胶、涂料等产业对纳米碳酸钙的需求快速增长，成为全球纳米碳酸钙市场增长的重要动力。据美国市场研究公司Grand View

Research发布的纳米碳酸钙预测数据，未来全球纳碳酸钙需求仍将持续稳步增长，年均复合增长率保持在8.5-9.0%左右，前瞻保守估计中国纳米碳酸钙年复合增长率为8.5%，预计到2026年中国纳米碳酸钙需求量将突破730万吨。

2、纳米材料产业发展趋势：下游应用领域需求增长带动市场发展

前瞻基于上述细分市场与竞争格局分析，结合目前中国纳米材料产业技术创新情况，归纳该产业三大发展趋势如下：

更多产业相关数据请参考前瞻产业研究院《中国纳米材料行业发展前景与投资预测分析报告》。

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