納米材料在金屬上的應(yīng)用

1納米材料在金屬上的應(yīng)用當(dāng)今世界，高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用日益突出。我國將高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)，從各方面給予了扶持。如何界定與高技術(shù)產(chǎn)業(yè)相關(guān)的各類概念，客觀反映我國高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，已成為統(tǒng)計(jì)部門面臨的重要課題之一。而隨著我國科技的進(jìn)步，納米材料作為新興的高科技技術(shù)，在中國也漸漸發(fā)展起來了。它在各個(gè)領(lǐng)域都起著越來越重要的作用了。也讓我們得到了許多好的材料。我所講的是關(guān)于它在我所學(xué)的專業(yè)的中國墨是由煙復(fù)這種超細(xì)微粒作為重要原料，再加上黏結(jié)劑和添加劑按適當(dāng)比例制成的。雖然還算不上現(xiàn)代所說的純納米材料，但的確開創(chuàng)了納米材料的先河。現(xiàn)代的納米材料是近一一十年才發(fā)展起來的。它的起源來自一個(gè)科學(xué)家在國外旅游中產(chǎn)生的聯(lián)想。名的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室用納米大小的超細(xì)粉末制成的金屬材料，其硬度要比普通粗晶粒金屬如果用只有納米大小的陶土粉末燒結(jié)成陶瓷制品，卻有良好的韌性。更有趣的是，納米材料的熔點(diǎn)會(huì)隨超細(xì)粉末的直徑的減小而大大降低。例如，金的熔點(diǎn)本是1064℃,但制成10納米左右的金粉末后，熔點(diǎn)降到940℃:而5納米的金粉末熔點(diǎn)降至830℃;2納米的金粉末熔點(diǎn)只有33℃,你說神不神?這一特點(diǎn)對(duì)人們大有用處。例如，許多高熔點(diǎn)陶瓷材料很難用一般的方法生產(chǎn)出用于發(fā)動(dòng)機(jī)的零件，但只要事先制成納米大小的陶土粉末，就可以在較低的溫度下燒結(jié)成高溫發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱零件。1納米只有1米的1/109,人們要問，像納米那么微小的粉末是怎樣制造出來的呢?德國的材料科學(xué)家在90年代初發(fā)明了一種生產(chǎn)金屬超細(xì)粉末的方法。即在一個(gè)封閉室內(nèi)放進(jìn)金屬，然后充滿惰性氣體氨，再將金屬加熱變成蒸氣，于是金屬原子在氨氣中冷卻成金屬煙霧，并使金屬煙霧粘附在一個(gè)冷卻棒再把棒上像碳黑一樣的納米大小的粉末刮到一個(gè)容器內(nèi)。如果要用這些粉末做成零件，就可以將它們模壓成零件形狀，通過一道燒結(jié)工序，即可制成納米材料零件。應(yīng)用領(lǐng)域納米材料的用處多得很。如高密度磁性記錄帶就是用納米大的粉末制成的：有些新藥物制成納米顆粒，可以注射到血管內(nèi)順利進(jìn)入微血管；納米大的催化劑分散在汽油中可提高內(nèi)燃機(jī)的效率，把納米大的鉛粉末加入到固體燃料中，可使固體火箭的速度增加，這是因?yàn)樵郊?xì)的粉末，表面積越大，能使表面活性增強(qiáng)，加大了燃燒的力度?？傊?，納米材料2磁流體。用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于密封減震、用。鐵、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可作為軍事用高性能毫米波隱形材料、可見光-紅外線隱形材料和結(jié)構(gòu)式隱形材料，以及手機(jī)輻射屏蔽材料。金屬和非金屬的表面導(dǎo)電涂層處理。納米鋁、銅、鎳粉體有高活化表面，在無氧條件化劑。銅及其合金納米粉體用作催化劑，效率高、選擇性強(qiáng)，可用于二氧化碳和氫合成甲米銅在室溫下可拉長50多倍而不出現(xiàn)裂紋。高性能磁記錄材料。利用納米鐵粉的矯頑力高、飽和磁化強(qiáng)度大(可達(dá)1477km2/kg)、用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)療器械、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可作為軍事用高性能毫米波隱形材料、可見光-紅外線隱集于體內(nèi)的局部，從而對(duì)病理位置進(jìn)行高濃度的藥物治療，特別適于癌癥、結(jié)核等有固定流體。用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，廣泛應(yīng)用于密封減震、醫(yī)子器件的小型化起著重要作用。用鎳、銅、鋁納米粉體制成的電子漿料性能優(yōu)越，有利于面原子所占比例都很大，所以具有高的能量狀態(tài)，在較低溫度下便有強(qiáng)的燒結(jié)能力，是一和非金屬的表面導(dǎo)電涂層處理。由于納米鋁、銅、鎳有高活化表面，在無氧條件下可以在低于粉體熔點(diǎn)的溫度實(shí)施涂層。此技術(shù)可應(yīng)用于微電子器件的生產(chǎn)。高效催化劑。鋅及其合金納米粉體用作催化劑，效率高、選擇性強(qiáng)，可用于二氧化碳3食了大量可供消費(fèi)的水資源。全世界每天約有200噸垃圾倒進(jìn)河流、湖泊和小溪；所有流經(jīng)亞洲城市的河流均被污染；美國40%的水資源流域被加工食品廢料、金屬、肥料和殺蟲劑污染。2007年底，美國科學(xué)家在為包括首都華盛頓等地區(qū)提供飲用水的波托馬克河發(fā)現(xiàn)奇怪現(xiàn)象，河中一些黑鱸兼具雄性和雌性生理特征，成為雙性“陰陽魚”,而水污染就是最大元兇。過去十年，水污染中的激素成分已在不同國家導(dǎo)致鱷魚、青蛙、北極熊和其他動(dòng)物發(fā)生畸形變異，給全世界敲響了警鐘。我國目前也已經(jīng)進(jìn)入水污染密集爆發(fā)階段，江河湖庫及近海海域普遍受到不同程度的污染，總體上呈加重趨勢。不適合作飲用水源的河段已接近40%;工業(yè)較發(fā)達(dá)城鎮(zhèn)河段污染突出，城市河段中90%的河段不適合作飲用水源；城市地下水50%受到污染，水污染加劇了我國水資源短缺的矛盾，對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活造成危害。中國環(huán)境監(jiān)測總站2008年一至四月對(duì)全國地表水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，長江安徽段的巢湖全湖平均為V類；黃河支流渭河的渭南市、淮河支流沙穎河的周口市的國控?cái)嗝嫒繛榱覸類。2、過渡金屬系列納米材料的應(yīng)用基礎(chǔ)研究以新型化學(xué)法合成納米材料及其應(yīng)用為目標(biāo)，研究了系列過渡金屬納米材料的制備方納米金屬塊體材料是指由納米粒子或晶粒構(gòu)成的三維固體材料，與普通粗晶材料相比，其晶粒細(xì)小(<100nm),大量原子處在高度無序的晶界中，材料呈現(xiàn)出一種亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致納米塊體材料在力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等方面具有優(yōu)于常規(guī)材料的性能。近年來，國內(nèi)外學(xué)者也對(duì)納米金屬塊體材料進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究[1-8]。納米金屬塊體材料的制備技術(shù)，是當(dāng)今納米金屬材料的研究熱點(diǎn)。該問題的解決不僅能促進(jìn)納米金屬塊體材料的制備、物性和微結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)研究的發(fā)展，而且還可以為三維納米金屬塊材的工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用打下基礎(chǔ)。自懸浮-冷壓法[9-11]采用自懸浮-定向流法制備納米金屬粉體和壓制成型工藝，制備出了相對(duì)密度為97%的納米金屬Cu塊體，但由于壓制過程是在室溫及常壓下進(jìn)行的，樣品中不可避免會(huì)含有一定數(shù)量的吸附氣體，導(dǎo)致樣品的密度低于其理論密度。通過真空溫壓技術(shù)可以提高樣品的密度[12-13]。為此，本文作者采用自懸浮-真空溫壓工藝制備納米Cu塊體材料，使其平均晶粒尺寸控制在納米級(jí)，考察工藝參數(shù)對(duì)納米金屬塊體樣品密度和顯微硬度的影響。4納米氧化鋅是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，又稱為超微細(xì)氧化鋅。由于顆粒尺寸的細(xì)微化，比表面積急劇增加，使得納米氧化鋅產(chǎn)生了其本體塊狀材料所不具備的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。因而，納米氧化鋅在磁、光、電、化學(xué)、物理學(xué)、敏感性等方面具有一般氧化鋅產(chǎn)品無法比擬的特殊性能和新用途。納米氧化鋅是由極細(xì)晶粒組成的白色(或微黃色)超微細(xì)粉末，其粒徑介于1~100納米，具有無毒性、無味、無刺激性、非遷移性、非線性光傳導(dǎo)、熒光性、壓電性、靜電屏蔽、納米氧化鋅在化學(xué)性能方面具有抗菌防霉、特異催化和光催化等特性。應(yīng)用于橡膠制品，硫化速度快，反應(yīng)溫域?qū)?，硫化鋅轉(zhuǎn)化率高，用量僅為普通氧化鋅的50—65%。應(yīng)用于抗菌產(chǎn)品的開發(fā)，具有鋅離子、原子氧和光催化三重抗菌功能，具有滅殺細(xì)菌、病毒的廣譜性，1、納米磁性材料在實(shí)際中應(yīng)用的納米材料大多數(shù)都是人工制造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學(xué)性質(zhì)，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結(jié)構(gòu)和矯頑力很高的特性，用它磁的強(qiáng)磁性納米顆粒還可制成磁性液體，用于電聲器件、阻尼器件、旋轉(zhuǎn)密封及潤滑和選結(jié)溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運(yùn)動(dòng)，因此，納米陶瓷材料具有極高的強(qiáng)度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進(jìn)行冷加工。如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然后做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規(guī)陶瓷材料的硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，而內(nèi)部仍具有納米材料的對(duì)溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們制作溫度傳感器、紅外傾斜功能材料在航天用的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)中，燃燒室的內(nèi)表面需要耐高溫，其外表面要與5冷卻劑接觸。因此，內(nèi)表面要用陶瓷制作，外表面則要用導(dǎo)熱性良好的金屬制作。但塊狀陶瓷和金屬很難結(jié)合在一起。如果制作時(shí)在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續(xù)變化，讓其中的成分變化像一個(gè)傾斜的梯子。當(dāng)用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混半導(dǎo)體材料將硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成納米材料，具有許多優(yōu)異性能。例如，納米半導(dǎo)體中的量子隧道效應(yīng)使某些半導(dǎo)體材料的電子輸運(yùn)反常、導(dǎo)電率降低，電導(dǎo)熱系數(shù)也隨顆粒尺寸的減小而下降，甚至出現(xiàn)負(fù)值。這些特性在大規(guī)模集成電路器件、光電器件陰雨天也能正常工作的新型太陽能電池。由于納米半導(dǎo)體粒子受光照射時(shí)產(chǎn)生的電子和空穴具有較強(qiáng)的還原和氧化能力，因而它能氧化有毒的無機(jī)物，降解大多數(shù)有機(jī)物，最終生成無毒、無味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半導(dǎo)體納米粒子利用太陽能催化分解無粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表而的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表而原鋅化合物的納米粒子對(duì)某些有機(jī)物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化的應(yīng)用血液中紅血球的人小為6000～9000nm,而納米粒子只有幾個(gè)納米大小，實(shí)際上比紅血球小得多，因此它可以在血液中自由活動(dòng)。如果把各種有治療作用的納米粒子注入到人體各個(gè)部位，便可以檢查病變和進(jìn)行治療，其作用要比傳統(tǒng)的打針、吃藥的效果好。使用納米技術(shù)能使藥品生產(chǎn)過程越來越精細(xì)，并在納米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的藥品。納米材料粒子將使藥物在人體內(nèi)的傳輸更為方便，用數(shù)層納米粒子包裹的智能藥物進(jìn)入人體后可主動(dòng)搜索并攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織。使用納米技術(shù)的新型診斷儀器只需檢測少量血液，就能通過其中的蛋白質(zhì)和DNA診斷出各大學(xué)和陸軍部共同研制成功的，一共用了18000個(gè)電子管，總6m,可以算得上一個(gè)龐然大物了，可是，它在1s內(nèi)只能完成5000次運(yùn)算。