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仲恺农业工程学院 院 系: 机电工程学院 班 级:_ 机械082班 姓 名: 丘伟坚 学 号: 10824232 纳米材料应用摘要: 充满生机二十一世纪,以知识经济为主旋律和推进力正引发一场新工业革命,节省资源、合理利用能源、净化生存环境是这场工业革命关键,纳米技术在生产方法和工作方法变革中正发挥关键作用,它对化工行业产生影响是无法估量。关键介绍纳米材料在化工领域中多个应用。 关键词: 纳米材料;化工领域;应用 纳米材料(又称超细微粒、超细粉末)是处于原子簇和宏观物体交界过渡区域一个经典系统,其结构既不一样于体块材料,也不一样于单个原子。其特殊结构层次使它含有表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,拥有一系列新奇物理和化学特征,在众多领域尤其是在光、电、磁、催化等方面含有很重大应用价值。 一、纳米材料特殊性质 1.1 力学性质。高韧、高硬、高强是结构材料开发应用经典专题。含有纳米结构材料强度和粒径成反比。纳米材料位错密度很低,位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型,其临界位错圈直径比纳米晶粒粒径还要大,增殖后位错塞积平均间距通常比晶粒大,所以纳米材料中位错滑移和增殖不会发生,这就是纳米晶强化效应。 1.2 磁学性质。现代计算机硬盘系统磁统计密度超出1.55Gb/cm2,在这情况下,感应法读出磁头和一般坡莫合金磁电阻磁头磁致电阻效应为3%,已不能满足需要,而纳米多层膜系统巨磁电阻效应高达50%,能够用于信息存放磁电阻读出磁头,含有相当高灵敏度和低噪音。 磁性纳米材料1.3 电学性质。因为晶界面上原子体积分数增大,纳米材料电阻高于同类粗晶材料,甚至发生尺寸诱导金属绝缘体转变(SIMIT)。利用纳米粒子隧道量子效应和库仑堵塞效应制成纳米电子器件含有超高速、超容量、超微型低能耗特点,有可能在很快未来全方面替换现在常规半导体器件。 1.4 热学性质。纳米材料比热和热膨胀系数全部大于同类粗晶材料和非晶体材料值,这是因为界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱结果。所以在储热材料、纳米复合材料机械耦合性能应用方面有其广泛应用前景。 二、纳米材料在工程上应用 纳米材料小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结材料如Si C,BC等在纳米尺度下在较低温度下即可烧结,其次,纳米材料作为烧结过程中活性添加剂使用也可降低烧结温度,缩短烧结时间。因为纳米粒子尺寸效应和表面效应,使得纳米复相材料熔点和相转变温度下降,在较低温度下即可得到烧结性能良好复相材料。由纳米颗粒组成纳米陶瓷在低温下出现良好延展性。纳米Ti O2陶瓷在室温下含有良好韧性,在180C下经受弯曲而不产生裂纹。纳米复合陶瓷含有良好室温和高温力学性能,在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面含有广泛应用,在很多超高温、强腐蚀等很多苛刻环境下起着其它材料无法替换作用。伴随陶瓷多层结构在微电子器件包封、电容器、传感器等方面应用,利用纳米材料优异性能来制作高性能电子陶瓷材料也成为一大热点。有些人估计纳米陶瓷很可能发展成为跨世纪新材料,使陶瓷材料研究出现一个新飞跃。纳米颗粒添加到玻璃中,能够显著改善玻璃脆性。无机纳米颗粒含有很好流动性,能够用来制备在一些特殊场所下使用固体润滑剂。 陶瓷轴承 三、纳米材料在在催化方面应用 催化剂在很多化学化工领域中起着举足轻重作用,它能够控制反应时间、提升反应效率和反应速度。大多数传统催化剂不仅催化效率低,而且其制备是凭经验进行,不仅造成生产原料巨大浪费,使经济效益难以提升,而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多,为它作催化剂提供了必需条件。纳米粒于作催化剂,可大大提升反应效率,控制反应速度,甚至使原来不能进行反应也能进行。纳米微粒作催化剂比通常催化剂反应速度提升1015倍。 纳米微粒作为催化剂应用较多是半导体光催化剂,尤其是在有机物制备方面。分散在溶液中每一个半导体颗粒,可近似地看成是一个短路微型电池,用能量大于半导体能隙光照射半导体分散系时,半导体纳米粒子吸收光产生电子空穴对。在电场作用下,电子和空穴分离,分别迁移到粒子表面不一样位置,和溶液中相同组分进行氧化和还原反应。 四、纳米材料在涂料方面应用 纳米材料因为其表面和结构特殊性,含有通常材料难以取得优异性能,显示出强大生命力。表面涂层技术也是当今世界关注热点。纳米材料为表面涂层提供了良好机遇,使得材料功效化含有极大可能。借助于传统涂层技术,添加纳米材料,可取得纳米复合体系涂层,实现功效飞跃,使得传统涂层功效改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功效涂层。结构涂层是指涂层提升基体一些性质和改性;功效涂层是给予基体所不含有性能,从而取得传统涂层没有功效。结构涂层有超硬、耐磨涂层,抗氧化、耐热、阻燃涂层,耐腐蚀、装饰涂层等;功效涂层有消光、光反射、光选择吸收光学涂层,导电、绝缘、半导体特征电学涂层,氧敏、湿敏、气敏敏感特征涂层等。在涂料中加入纳米材料,可深入提升其防护能力,实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等,在卫生用具上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层,可利用其光学特征,达成储存太阳能、节省能源目标。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜纳米材料,能够达成降低光透射和热传输效果,产生隔热、阻燃等效果。 五、纳米材料在精细化工方面应用 精细化工是一个巨大工业领域,产品数量繁多,用途广泛,而且影响到人类生活方方面面。纳米材料优越性无疑也会给精细化工带来福音,并显示它独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域,纳米材料全部能发挥关键作用。如在橡胶中加入纳米SiO2,能够提升橡胶抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3,和SiO2,加入到一般橡胶中,能够提升橡胶耐磨性和介电特征,而且弹性也显著优于用白炭黑作填料橡胶。塑料中添加一定纳米材料,能够提升塑料强度和韧性,而且致密性和防水性也对应提升。 Al2O3-SiC纳米复合陶瓷 纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体新兴科学,关键包含纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。二十一世纪将是纳米技术时代,为此,国家科委、中科院将纳米技术定位为“二十一世纪最关键、最前沿科学”。纳米材料应用包含到各个领域,在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛应用前景。纳米科学技术诞生,将对人类社会产生深远影响,并有可能从根本上处理人类面临很多问题,尤其是能源、人类健康和环境保护等重大问题。 参考文件: 1张立德,牟季美,纳米材料和纳米结构,科学出版社,. 2严东生,冯端,材料新星纳米材料科学,湖南科学技术出版社,1998年.