我国第一家用均匀沉淀法生产纳米氧化锌(TiO2，)的高科技企业不久
前在江苏挂牌成立，这标志着我国采用新法研制生产的纳米材料不仅
各项指标均达世界领先水平，而且正式实现了工业化生产。

　　纳米TiO2，是一种面向21世纪的新型多功能精细产品，至白色粉
末状，其粒径介于1—100nm，具有抗茵、抗紫外等多种功能，可广泛
应用于电子、纺织、建材、生物医药及航天航空等领域。为使读者能
更深入地了解纳米TiO2的特点、用途以及与普通钦白粉(TiO2)相比具
有的一些特殊性能，我们特约研究开发和生产纳米TiO2，的江苏五菱
常泰纳米材料有限公司总经理吴金龙和西北大学纳米材料研究所教授
祖庸等人共同撰写此文。

　　 新型抗茵产品粉墨登场

　　纳米TiO2是基于光催化反应，使有机物分解而具有抗菌效果的。
纳米TiO2在水和空气的体系中，在阳光，尤其是在紫外线的照射下，
能够自行分解出移动的带负电的电子(e-)和带正电的空定(h＋)，发生
一系列化学反应，形成“空穴—电子”对。吸附溶解在TiO2表面的氧俘
获电子形成O2-，而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成HO，生
成的原子氧和氢氧自由基有很强的化学活性，特别是原子氧能与多数有
机物反应(氧化)，同时能与细菌内的有机物反应，生成CO2和H2O，从而
在短时间内就能杀死细菌，消除恶臭、烟臭、酒具和油污等。
抗菌卫生陶瓷洁具和地面砖由于漱洗室、卫生间等场所一般比较潮湿，
容易滋生细菌。因此，开发卫生陶瓷是很必要的。陶瓷的烧结温度很高
(1100℃——1300℃)，故只能添加高温下稳定的无机系抗菌剂，日本开
发出用TiO2被覆的抗菌陶瓷品，其制造工艺是先将TiO2加水制成浆料，
涂在陶瓷砖表面上，经高温燃烧即得到1μm厚具有杀菌性能的TiO2薄膜
产品。该产品在光照射下，能完全杀死表面细菌。若要使其在微弱光下
亦有抗菌性能，可在TiO2浆料中添加银、铜离子化合物。这种陶瓷耐久
性、耐酸性和耐碱性好，是医院、宾馆、家庭用浴缸、壁砖、地砖以及
漱洗设施等最理想的陶瓷。

　　日本现己将纳米TiO2的杀菌性能应用到餐具上，使得餐具带菌传染
疾病的可能性大大减少。

　　抗菌纤维进军纺织工业　抗菌纤维是将含有超细TiO2、ZnO和SiO2等
微粉掺入天然聚合物或长丝中，再纺制出各种抗菌和除臭纤维。日本自
1984年开发出除臭纤维以来，新产品不断面世。抗菌纤维具有优良的保
健功能，除用作医疗用品如手术服、护士服和手术巾外，还可制作抑菌
除臭的高级纺织品、成衣(如内衣、外装、鞋袜、睡衣、围裙、沙发布等)，
也可为长期卧床不起的病人制成服装和医院的消毒敷料、绷带、尿布、
床单及厕所用纺织品等。

　　抗菌玻璃、灯罩和荧光灯　隧道内照明灯罩玻璃上涂以纳米TiO2
涂层，可以除去由于各种汽车、摩托车排出的废气及尘埃所造成的污染，
这种灯罩玻璃能保持洁白如新，连续使用数日仍有效。

　　高层建筑的玻璃及汽车的玻璃窗极易污染，清洗极不方便，如果在
玻璃上烧结一层1μm的透明TiO2后，玻璃表面就不会形成“水汽”，油
污能自行分解，起到自洁作用和具有防雾功能。

　　而表面涂覆了TiO2光催化剂的新型荧光灯则具有寿命长、节能、易
清扫等特点，它还有分解灯表面的油渍、空气中的菌类异臭等功能，
是目前荧光灯器的代替品。

　　饮水处理　美国德克萨斯大学研究人员将大肠杆菌和TiO2混合液
在大于380nm的光照射下，发现大肠杆菌被迅速杀死，这种技术有可能
成为目前氯化法处理饮用水的代用技术。同济大学李田等人将TIO2固定
在玻璃纤维网上制成催化膜，用来深度净化饮用水，降低自来水中总有
机物量和细菌总数，全面改变水质，达到了直接饮用的要求。

　　抗菌建材和抗菌涂料　抗菌钛可杀死周围的菌类，具有抗菌、防锈、
分解异臭、防污等功能。不仅能将房间内新建材、粘接剂等产生的甲醛、
吸烟产生的乙醛、家庭灰尘产生的甲硫醇等有机异臭在紫外线照射下分
解而消除掉，还能分解油分和有机的表面污染。利用这种性能，可将抗
菌钦用作外壁和内壁装饰材料。在建筑物的屋顶和外墙上，医院手术室
的手术台和墙壁上常附着细菌，如果涂刷光催化剂TiO2涂层，墙砖在阳
光或室内弱光照射下，细菌能很快消灭。

　　塑造美好生活

　　纳米TiO2由于尺寸小，比表面积大，表面的键态与颗粒内部的不同，
表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增多，形成了凹凸不平的原子
台阶，加大了反应接触面。有人预计，超微粒子催化剂在下一世纪可能成
为催化反应的主要角色。

　　传统的催化科学为人类做出了极为重要的贡献。在面向21世纪的过程
中，光催化可能是处理各种环保(废气、废水)问题最有希望的新技术之一。
纳米TiO2光催化技术工艺简单、成本低廉，在常温常压下就可氧化分解结
构稳定的有机物、利用太阳光作为光源、无二次污染、无毒、无刺激性、
耐热性好，因而有诱人的应用前景。

　　日本原来专供涂料、油墨、合成纤维、纸的TiO2粗粒料的工厂，今天
已转向生产光催化剂TiO2的超大型微细材料。目前日本已有1000多家企业
在进行应用开发，已有10多家企业在自治材料市场上提供具有商品牌号的商品。

　　尽情享受清新空气　纳米TiO2光催化剂可以处理大气中的酒味、烟味、
细菌、油污及臭味、异味等。三菱制纸研制的空气净化除臭机，是用TiO2和
无机吸附剂的复合材料制成。富士电机综合研究所研制的对NOx浓度进行分
解的空气净化器、除臭冷藏车等供应市场需要。日本石原公司与丰田汽车
公司和Equos研究公司，联合开发成功利用TiO2光催化反应，高效率地除掉
空气中有害成分的空气清新机，它的净化能力为现有的3倍。

　　处理含有机污染废水　用TiO2光催化剂处理有机污染物的废水被认为是
最有前途、最有效的处理手段，是近几年国内外研究的热点。大量的研究工
作发现，该方法对水中卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、染料、硝基芳烃
、取代芳胺、多环芳烃、杂环化合物、烃类、酚类、表面活性剂、农药等都
能有效地进行光催化反应，进行除毒、脱色、矿化，最终分解为CO2和H2O，
从而消除其对环境的污染。

　　防紫外线化妆品　纳米TiO2不仅具有很强的抗菌除臭能力，而且还有很
强的紫外线屏蔽能力。紫外线会使肉类食品自动氧化变色，还会破坏食品中
的维生素和芳香化合物，从而降低食品的营养价值。若用添加0．1％—0．5％
超细TiO2的透明塑料包装材料包装食品，那么不仅能从外面看到里面的食品，
而且还能使食品长期不变质，明显优于添加有机紫外吸收剂制造的塑料薄膜。

　　70年代前，晒黑皮肤曾作为健美的标准，但今天人们逐渐认识到过度曝晒
是皮肤保健的大敌。因此以防止紫外线伤害为目的的防晒产品发展很快。纳米
TiO2由于无毒、对皮肤无刺激、热稳定性好、高温不分解等优点而脱颖而出。
据预测，在化妆品方面，日本每年作为防晒剂、化妆粉底和口红等产品的添加
原料。就需纳米TiO21000吨。

　　增添爱车光彩　当超细TiO2与铝粉颜料或云母珠光颜料以1：1或2：1拼合
于涂料体系时，所形成的涂层，从不同的方向均能观察到不同的闪色。在照光
区呈现出一种多黄色亮点，而在侧光区则呈现了与兰色相似的乳光，并能增加
金属面漆颜色的饱和度和视角闪色性。由于超细TiO2这一独特的光学性能，使
它备受汽车行业的青睐而一跃成为当代最高档次的颜料。

　　BASF的SVI Panush是将超细TiO2用到金属色轿车面漆的首创者。1985年申
请专利，1987年由Ford公司在金属闪光轿车面漆中首先使用。到1999年世界已
有11种含有超细TiO2的金属闪光面漆被应用。目前世界上有一半以上的轿车均
用金属闪光面漆涂料，其中包括Ford、Chryaet、Toyota、Mazda等著名汽车制
造公司。到2000年，仅我国汽车年产量便可达300万辆，可想而知，对含超细
TiO2的金属闪光面漆的需求量将会很大。

　　高新技术魅力无穷

　　气体传感器和湿度传感器传感器是纳米微粒最有前途的应用领域之一。
TiO2气体传感器己成功地应用于汽车排气传感器。此外，还有利用电阻变化
而制成了超细TiO2湿度传感器。

　　红外线反射材料　由于超细微粒的小尺寸效应，具有特殊的光学性能，
如光学非线性、光吸收、光反射、光传输过程中的能量损耗等都与超细粒的
尺寸有很大的关系。用超细TiO2制成的光学材料将在日常生活和高技术领域
得到广泛的应用。有人用超细TiO2—SiO2制成多层干涉膜(电介质——电介质)
和用TiO2—Ag—TiO2、TiO2—MSF，—Ge—MgF2制成多层干涉膜
(电介质—金属—电介质)等红外反射膜。前者用于衬在灯泡罩内壁，
不仅透光率好，而且与传统的卤素灯相比可省电15%

　　浅色导电材料　高分子材料具有优良的电绝缘性能，因而广泛地应用于
工农业生产和生活的各个领域。但是，由于一般高分子材料的高电阻率，其
制品受物流的磨擦、撞击，易产生静电。静电聚焦到一定程度就会引起放电，
甚至会引起击穿或火灾，也会对无线电接收机产生强烈干扰，使雷达无法正
常工作。因此，防止产生静电和消除静电就是一件十分重要的事情。如果能在
高分子材料中掺入导电微粒，使之具备一定的传导电流和消散电荷的能力，
通过接地就可消除静电引起的聚积电荷，从而消除和防止静电带来的危害。

　　常用的导电粉末有金属系粉末(如铜粉、银粉等)、碳系粉末(如碳黑、石墨等)
和金属氧化物系粉末(如TiO2、ZnO等)。目前大量使用的导电材料是前两种，
它们的电阻非常低、性能优良。但它们的缺点是价格昂贵，对无线电波有屏蔽
干扰作用和颜色深，使其在某些领域不能选用。而浅色的、白色的乃至透明的
导电金属氧化物粉末具有装饰作用和高反射作用。因此纳米TiO2被广泛地用于
电子工业和航空航天工业，用于电子原件、电器表面、飞机、导弹、卫星的非
金属制件表面以及印刷电路、静电复印、导电纸等方面。

　　自80年代以来，各种浅色的抗菌素静电涂料、导电塑料和导电橡胶应运而
生。据1981年《三井金属矿业资料》统计，日本浅色导电粉末的总产量约220吨，
大部分出口美国、欧洲、韩国等国家和地区。在我国，浅色导电粉末尚属空白。

　　磁性材料　国外一些磁性材料生产公司开发的纳米TiO2，用于制造直立磁
性录音带，可以明显提高录音磁带的密度，随着我国磁性记录工业的发展，应
大力发展高性能的磁性记录工业。

　　新型的涂料、塑料、油墨　为防止电磁波的干扰，电子屏蔽涂料应运而生。
许多国家研究出性能好，价格便宜的导电涂料，如日本三菱金属公司推出了用
氧化锡包膜的导电TiO2。

　　利用特殊处理的纳米TiO2配制耐久型外用面漆，借以保护其包覆的各种功
能性材料。

　　利用纳米TiO2可以制成钛系珠光颜料——云母钻。云母钛是将云母粉碎为
极薄的薄片，用细小的TiO2颗粒在其表面进行覆盖处理而制成的一种珠光颜料。
该颜料于1963年由美国杜邦公司创世以来发展迅速。后来日本帝国化工公司也生
产此产品。这些产品淘比铅系或铋系珠光颜料的毒性小，而且其耐光、耐热以及
耐酸碱等化学性能都非常好。

　　以上仅仅介绍了纳米TiO2的一些主要用途，而超微细TiO2的特殊功能远不
止这些。随着应用研究的进行，它的用途必将越来越广泛。我国钛资源丰富，
当前，我们应从纳米TiO2的制备研究转向纳米TiO2的应用研究和市场开发。使
纳米TiO2材料取得更大发展