纳米技术在材料科学中的应用专利申请书.docxVIP

PAGE

1-

纳米技术在材料科学中的应用专利申请书

一、背景技术

(1)随着科技的不断发展，材料科学在各个领域中的应用越来越广泛。纳米技术作为一种前沿技术，通过控制材料的纳米结构，可以实现传统材料无法达到的性能。特别是在高性能复合材料、智能材料和生物医用材料等领域，纳米技术的应用已经取得了显著的成果。例如，纳米复合材料因其优异的力学性能、导电性能和热导性能，被广泛应用于航空航天、汽车制造和电子设备等领域。

(2)在材料科学中，纳米技术的应用不仅能够提高材料的性能，还可以改变材料的制备工艺，实现绿色环保的制造过程。纳米技术通过控制纳米粒子的尺寸和形貌，可以显著提高材料的强度、韧性、耐腐蚀性和耐磨损性。例如，纳米氧化锌作为一种新型环保材料，其粒径小于100纳米时，具有优异的光催化性能，可以用于水处理和空气净化。

(3)纳米技术在生物医学领域的应用也日益受到关注。纳米药物载体可以将药物精确地输送到病变部位，提高药物的靶向性和生物利用度，减少药物的副作用。据统计，纳米技术在生物医学领域的应用已经超过1000种产品，其中包括抗癌药物、疫苗和诊断试剂等。此外，纳米技术在组织工程和再生医学中的应用也取得了突破性进展，如纳米支架材料可以促进细胞生长和血管生成，为组织修复和再生提供了新的可能性。

二、发明内容

(1)本发明涉及纳米技术在材料科学中的应用，旨在提供一种新型纳米复合材料，该复合材料具有优异的力学性能、导电性能和热导性能。通过在传统材料中引入纳米尺寸的增强相，本发明能够显著提高材料的综合性能。例如，在聚酰亚胺（PI）基体中引入纳米碳管（CNTs）作为增强相，可以使得复合材料的拉伸强度提高50%，断裂伸长率提高30%，同时保持良好的热稳定性。这一改进使得该复合材料在航空航天、汽车制造和电子设备等领域具有广阔的应用前景。

(2)本发明进一步提供了一种基于纳米技术的智能材料制备方法，该方法能够实现材料性能的实时调控。通过在材料中引入纳米尺寸的传感器和执行器，可以实现对材料性能的智能调控，如温度、湿度、压力等环境因素的变化可以触发材料的性能变化。例如，在聚合物基体中嵌入纳米尺寸的加热元件和温度传感器，可以制备出一种自加热智能材料，该材料在温度低于设定值时自动加热，达到预定温度后自动关闭加热功能，适用于智能服装和医疗设备等领域。

(3)本发明还提供了一种基于纳米技术的生物医用材料制备方法，该方法能够有效提高材料的生物相容性和生物降解性。通过在材料中引入纳米尺寸的生物活性物质，如纳米羟基磷灰石（HA）和纳米胶原蛋白，可以使得生物医用材料与人体组织更好地相容，同时保持材料的生物降解性。例如，在制备骨科植入材料时，引入纳米HA可以显著提高材料的生物相容性，降低植入物周围的炎症反应，有助于骨组织的再生和修复。此外，纳米胶原蛋白的引入可以改善材料的力学性能，使其更适合作为组织工程支架材料。

三、技术方案

(1)本技术方案涉及纳米复合材料的设计与制备，首先采用溶胶-凝胶法或化学气相沉积法等手段，制备纳米尺寸的增强相，如纳米碳管、纳米氧化锌等。然后将这些纳米增强相均匀分散于聚合物基体中，通过高温高压或机械搅拌等方法实现增强相与基体的良好结合。接着，通过控制反应条件，如温度、时间和反应物浓度等，优化纳米复合材料的结构，以达到预期的性能目标。

(2)为了实现智能材料的制备，本技术方案采用纳米尺寸的传感器和执行器的制备技术。首先，利用化学或物理方法合成纳米尺寸的传感器材料，如纳米氧化锌、纳米二氧化锡等，并将其嵌入到聚合物基体中。然后，通过微电子加工技术制备纳米尺寸的执行器，如纳米加热元件和纳米冷却元件。最后，通过控制纳米传感器和执行器的分布和密度，实现对材料性能的实时调控。

(3)在生物医用材料的制备方面，本技术方案采用纳米技术将生物活性物质引入材料中。首先，利用纳米技术制备纳米羟基磷灰石和纳米胶原蛋白等生物活性物质。然后，通过静电纺丝、溶液浇铸或化学沉淀等方法，将纳米生物活性物质均匀分散到聚合物基体中。通过优化纳米尺寸、分布和含量，实现生物医用材料的生物相容性和生物降解性的提高，以满足临床应用的需求。

四、实施例

(1)实施例1：采用溶胶-凝胶法，以聚酰亚胺（PI）为基体，制备了一种含有纳米碳管（CNTs）的纳米复合材料。通过优化CNTs的掺杂浓度和分散性，成功制备出拉伸强度为150MPa，断裂伸长率为40%的复合材料。该复合材料在电子设备领域中的应用，如柔性电路板和触摸屏，表现出良好的导电性和机械性能。

(2)实施例2：制备了一种智能材料，通过在聚合物基体中嵌入纳米尺寸的加热元件和温度传感器。在室温下，该材料能够通过外部电流的输入实现自加热功能，加热温度可达60℃。在达到预定温度后，智能材料能够自动关闭加热功能，保持温度稳定。该材料在智