纳米材料的应用

纳米材料的性质与应用 近年来，随着科学技术尤其是纳米技术的发展，纳米材料已经从高精尖领域逐渐走到百姓的生活之中，它的科学价值及应用价值逐渐被发现和认识。纳米技术的研究得到了更多的关注。纳米技术指在1 nm—l00 nm研究物质结构和性质的多学科交叉的前沿技术，它是用单个原子、分子制造物质的科学技术。因纳米材料的制备技术改变了材料本身的物理、化学以及生物性质和材料原有的功能，使得材料的应用范围更广、效果更好。 弥散性强、界面多为纳米材料原子提供了短程扩散途径，从而导致了高扩散率，并且它们对蠕变，超塑性有显著影响，使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现的力、热、声、光、电磁等性质，往往与粗晶状态时不同。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 一、力学性质 高韧性、高硬度、高强度是结构材料开发的经典主题。纳米结构的材料强度与其粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，且晶粒粒径小于临界位错圈的直径，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料不会发生位错滑移和增殖，这就是纳米晶强化效应。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，金属陶瓷刀具材料的韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。 超塑性也是纳米材料的一个重要特性。典型的例子当属利用电解沉积技术制备出的高纯度、高密度的电沉积块体纳米晶Cu样品，由于减少了污染及孔隙对晶界运动的阻碍和钉扎，从而表现出较好的塑性变形，经室温下冷轧，延伸率可高达5100%。在 Ti合金中加入Si和In元素，使得合金的变形机制发生很大的变化，在-Ti(Ta、Nb)中固溶In，不仅仅软化了晶格(体现在低模量和屈服强度上)，并且在初始位错硬化之后增加了大量的孪晶，从而使得该合金在室温下通过纳米孪晶形变而实现超塑性变形，塑性率超过100%。 二、 磁学性质 当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过1．55Gb／cm2，在这情况下，感应法读出磁头和普通坡莫合金磁电阻磁头的磁致电阻效应为3％，已不能满足需要，而纳米多层膜系统的巨磁电阻效应高达50％，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。目前巨磁电阻效应的读出磁头可将磁盘的记录密度提高至4 1.71Gb／cm。同时纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低三个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。 三、 电学性质 由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的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)。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。 介电特性是材料的重要性能之一, 当材料处于交变电场下, 材料内部会发生极化, 这种极化过程对交变电场有一个滞后响应时间, 即弛豫时间。弛豫时间长, 则会产生较大的介电损耗。一般来讲, 纳米材料的介电常数比块体材料要大,可以应用于制造大容量电容器, 或者说相同电容量下可减小体积, 这对电子设备的小型化来讲很有用。 四、热学性质 纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料，这是由于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的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr—Cr203颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 与常规粉体材料相比，由于纳米微粒的颗粒小，其表面能高、比表面原子数多。这些表面原子近邻配位不全，活性大，以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需增加的内能小得多，从而使纳米微粒的熔点急剧下降。此外，纳米粒子尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散、界面中的空洞收缩及空位团的湮没。因此，在较低温度下烧结就能达到致密化目的，即烧结温度降低。 五、光学性质 纳米粒子的粒径远小于光波波长：与入射光有交互作用，光透性可以通过控制粒径和气孔率而加以精确控制，在光感应和光过滤中应用广泛。由于量子尺寸效应，纳米半导体微粒的吸收光谱一般存在蓝移现象，其光吸收率很大，所以可应用于红外线感测器材料。 碳纳米管的光学性质具有诱人的应用前景。自1991年日本电镜学家I in1a发现碳纳米管(CNTs)以来，在世界范围内引起了研究碳纳米管的热潮。碳纳米管光学性质的研究虽然开始不久，但其所表现出的奇异特性越来越引起人们的关注，比如光学偏振性，特别是紫外区的高偏振度，与其他偏振材料相比更有应用潜力；它的电致发光和光致发光性，具有更优异的发光性能：发光光效高、电阻相对恒定、结构比较稳定。碳纳米管天线可以进行能量转换、光波传输；碳纳米管红外探测器具有响应时间快、灵敏度高的优点；碳纳米管超快光学开光的时间延迟达到亚皮秒级。 六、生物医药材料 纳米粒子比红血细胞(6—9nm)小得多，可以在血液中自由运动，如果利用纳米粒子研制成机器人，注入人体血管内，就可以对人体进行全身健康检查和治疗，疏通脑血管中的血栓，清除心脏动脉脂肪沉积物等，还可吞噬病毒，杀死癌细胞。在医药方面，可在纳米材料的尺寸上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品纳米材料粒子将使药物在人体内的输运更加方便。 七、催化性 纳米材料的比表面积大，表面活性中心多，为做催化剂提供了必要条件。同时纳米材料的表面效应和体积效应决定了它具有良好的催化活性和催化反应选择性。目前在高分子聚合物氧化、还原及合成反应中可直接用纳米态铂黑、银、氧化铝、氧化铁等做催化剂，大大提高了反应效率；利用纳米镍作为火箭固体燃料反应催化剂，燃烧效率可提高100倍。纳米材料催化剂的催化反应选择性还表现出特异性，如用硅载体纳米镍催化剂对丙醛的氧化反应研究表明，镍粒径在5 nm以下时，反应选择性发生急剧变化——醛分解得到控制，生成乙醇的选择性迅猛上升。 　　利用纳米材料的光催化性质来处理废水和改善环境是一种行之有效的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。将醇盐法合成的掺杂Fe2O3的TiO2光催化剂用于处理含SO2-3和Cr2O2-7的废水，发现纳米TiO2的催化活性比普通TiO2粉末(约为10 μm)高得多。另外，由于纳米半导体材料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，能氧化有毒的无机物、降解大多数有机物［2］，最终生成无毒无味的CO2、H2O及一些简单的无机物。所以借助纳米半导体材料利用太阳能光催化分解无机物和有机物的方法已受到广泛重视。光电催化中研究最多的是光分解水的反应H2O→H2+O2，其中以在纳米半导体材料表面担载贵金属、金属氧化物或在半导体表面修饰染料、导电高聚物等来逐步提高光分解水的效率的方法较多。如果纳米材料的光催化活性能使光分解水的效率成倍或几十倍地增大，那将会对太阳能的光化学存贮起巨大的推动作用。 八、光电性质 纳米材料的特殊光学性质和光电化学性质在日常生活和高科技领域具有广泛的应用前景。已有研究表明，利用半导体纳米材料可以制备出光电转化效率更高的即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。传统的非晶膜液体太阳能电池的工作电极主要由半导体材料组成，工作电极同时要担负吸收光能和产生、传导光生电荷两个功能，因而不可避免地存在着工作电极易于被光腐蚀(如选择窄禁带宽度半导体材料)或损失大量可见光能(如选择宽禁带宽度半导体材料)的弱点，而且其稳定性问题也不易解决，所以转换效率较低。纳米材料在光电转换效应方面有很多特有的性能, 当金属纳米微粒埋藏于半导体介质中, 纳米微粒要向周围介质输运电子, 在微粒表面形成电荷积累, 于是界面的等效位垒高度降低, 当电子受到光的激发, 电子容易逸出薄膜表面而发射到真空中去。 金属纳米微粒埋藏于半导体介质中的薄膜, 由于金属纳米微粒与介质间的相互作用, 以及纳米微粒的表面效应和量子尺寸效应,使这种薄膜具有独特的光学、电学和光电转换性能, 在激光脉冲作用下, 它具有多光子光电发射特性, 在飞秒超短激光脉冲作用下, 它表现了超快时间响应的光学瞬态弛豫, 这类薄膜在超高速光学和超快光电子器件中有很强的应用背景。