[精品]材料科學(xué)論文

1、納米材料綜述摘要：21世紀(jì)，納米技術(shù)、納米材料在科技領(lǐng)域?qū)缪葜匾巧＜{米技術(shù)是 當(dāng)今世界最有前途的決定性技術(shù)之一。納米技術(shù)的誕生和發(fā)展，對(duì)材料科學(xué)、生 命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、電子領(lǐng)域的研究產(chǎn)生了極大地影響，對(duì)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生 了巨大的推動(dòng)作用。本文簡(jiǎn)單綜述了納米材料的發(fā)展、分類、特性、制備方法、 應(yīng)用以及其廣大的發(fā)展前景和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)納米材料有了一個(gè)大概的認(rèn)識(shí)。 關(guān)鍵詞：納米材料，性質(zhì)，制備方法，應(yīng)用引言：納米材料具有許多傳統(tǒng)材料無(wú)法媲美的奇異特性和特殊功能，具有廣闊的 應(yīng)用前景，納米科學(xué)與技術(shù)的概念和研究方法已經(jīng)融入很多科學(xué)和領(lǐng)域。納米材 料在整個(gè)新材料的研究及應(yīng)用領(lǐng)域山據(jù)了越來(lái)越重要

2、的位置。隨著納米材料的研 究深入以及廣泛的應(yīng)用，加上納米的概念已經(jīng)深入我們的生活，作為一個(gè)工科類 的學(xué)生，我認(rèn)為非常有必要對(duì)材料有一定的了解。納米材料的定義納米(nm)是長(zhǎng)度單位，1納米是109米(十億分之一米)，對(duì)宏觀物質(zhì)來(lái) 說(shuō)，納米是一個(gè)很小的單位。例如，人的頭發(fā)絲的直徑一般為30000-50000nm, 人體紅細(xì)胞的直徑一般為2000nm, 一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小， 金屬的晶粒尺寸一般在微米量級(jí);對(duì)于微觀物質(zhì)如原子、分子等以前用埃來(lái)表示, 1埃相當(dāng)于1個(gè)氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認(rèn)為納米材料應(yīng)該包括兩個(gè)基本條件：一是材料的特征尺寸在1-loonm 之間，二是材料此時(shí)

3、具有區(qū)別常規(guī)尺寸材料的一些特殊物理化學(xué)特性。納米材料的性質(zhì)1 力學(xué)性質(zhì)具有納米結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度與粒徑成反比。納米材料的位錯(cuò)密度很低，位錯(cuò)滑 移和增殖符合frank-reed模型，其臨界位錯(cuò)圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大， 增殖后位錯(cuò)而積的平均間距一般比晶粒大，所以納迷材料屮位錯(cuò)滑移和增殖不會(huì) 發(fā)生，這就是納米晶強(qiáng)化效應(yīng)。金屬陶瓷作為刀具材料已有50多年歷史，由于 金屬陶瓷的混合燒結(jié)和晶粒粗大的原因其力學(xué)強(qiáng)度一直難以有大的提高。應(yīng)用納 米技術(shù)制成超細(xì)或納米品粒材料時(shí)，其韌性、強(qiáng)度、硬度大幅捉高，使英在難以 加工材料刀具等領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位。使用納米技術(shù)制成的陶瓷、纖維廣泛地應(yīng) 用于航空、航天、航海、

4、石油鉆探等惡劣環(huán)境下使用。2 磁學(xué)性質(zhì)納米巨磁電阻材料的磁電阻與外磁場(chǎng)間存在近似線性的關(guān)系，所以也可以用 作新型的磁傳感材料。高分子復(fù)合納米材料對(duì)可見(jiàn)光具有良好的透射率，對(duì)可見(jiàn) 光的吸收系數(shù)比傳統(tǒng)粗品材料低得多，而冃對(duì)紅外波段的吸收系數(shù)至少比傳統(tǒng)粗 晶材料低3個(gè)數(shù)量級(jí)，磁性比f(wàn)ebch和fef3透明體至少高1個(gè)數(shù)量級(jí)，從而在 光磁系統(tǒng)、光磁材料中有著廣泛的應(yīng)用。3 電學(xué)性質(zhì)由于晶界面上原子體積分?jǐn)?shù)增大，納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至 發(fā)生尺寸誘導(dǎo)金屬絕緣體轉(zhuǎn)變（simit）。利用納米粒了的隧道量了效應(yīng)和 庫(kù)侖堵塞效應(yīng)制成的納米電子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特點(diǎn)， 有可能在不久

5、的將來(lái)全面取代目前的常規(guī)半導(dǎo)體器件。2001年用碳納米管制成 的納米晶體管，表現(xiàn)出很好的晶體三極管放大特性。4 熱學(xué)性質(zhì)納米材料的比熱和熱膨脹系數(shù)都大于同類粗晶材料和非晶體材料的值，這是 由于界面原了排列較為混亂、原了密度低、界面原了耦合作用變?nèi)醯慕Y(jié)果。因此 在儲(chǔ)熱材料、納米復(fù)合材料的機(jī)械耦合性能應(yīng)用方面有其廣泛的應(yīng)用詢景。例如 cr-cr2o3顆粒膜對(duì)太陽(yáng)光有強(qiáng)烈的吸收作用，從而有效地將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換為熱 能。納米材料的合成與制備方法納米材料的形態(tài)和狀態(tài)取決于納米材料的制備方法，所以納米材料的制備技術(shù)一 直是納米科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要研究課題。一般來(lái)說(shuō)，納米材料的制備方法可以分 為：化學(xué)法、物理法

6、和綜合法。（1）化學(xué)法：采用化學(xué)合成的方法。1水熱法，包括水熱沉淀、合成、分解和 結(jié)晶法，適宜制備納米氧化物；2水解法，包括溶膠-凝膠法、溶劑揮發(fā)分解法、 乳膠法和蒸發(fā)分離法等（2）物理法：最早采用的納米制備方法。例如，球磨法、電弧法、惰性氣體下 蒸發(fā)凝聚法。就惰性氣體蒸發(fā)法而言，通常由具有清潔表面的、粒度為ll（）0nm 的微粒經(jīng)高壓成形而成，納米陶瓷還需要燒結(jié)。國(guó)外用上述惰性氣體蒸發(fā)和真空 原位加壓方法已研制成功多種納米固體材料，包括金屬和合金，陶瓷、離子晶體、 非晶態(tài)和半導(dǎo)體等納米固體材料。我國(guó)也成功的利用此方法制成金屈、半導(dǎo)體、 陶瓷等納米材料。（3）綜合方法。結(jié)合物理氣相法和化學(xué)沉積

7、法所形成的制備方法。其他一般還 有球磨粉加工、噴射加工等方法。納米材料的應(yīng)用1 納米技術(shù)在微電子學(xué)上的應(yīng)用納米電了學(xué)是納米技術(shù)的重要組成部分，其主耍思想是基于納米粒了的量了 效應(yīng)來(lái)設(shè)計(jì)并制備納米量子器件，它包括納米冇序（無(wú)序）陣列體系、納米微粒 與微孔固體組裝體系、納米超結(jié)構(gòu)組裝體系。納米電子學(xué)的最終fi標(biāo)是將集成電 路進(jìn)一步減小，研制岀由單原子或單分子構(gòu)成的在室溫能使用的各種器件。2 納米技術(shù)在生物工程上的應(yīng)用分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)不變的最小單位。生物分子是很好的信息處理材 料，每一個(gè)生物大分子本身就是一個(gè)微型處理器，分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中以可預(yù)測(cè)方 式進(jìn)行狀態(tài)變化，其原理類似于計(jì)算機(jī)的邏輯開(kāi)關(guān)，

8、利用該特性并結(jié)合納米技術(shù), 可以此來(lái)設(shè)計(jì)量子計(jì)算機(jī)。3 納米技術(shù)在光電領(lǐng)域的應(yīng)用納米技術(shù)的發(fā)展，使微電了和光電了的結(jié)合更加緊密，在光電信息傳輸、存 貯、處理、運(yùn)算和顯示等方面，使光屯器件的性能大大提高。將納米技術(shù)用于現(xiàn) 有雷達(dá)信息處理上，可使其能力提高10倍至幾百倍，甚至可以將超高分辨率納 米孔徑雷達(dá)放到衛(wèi)星上進(jìn)行高精度的對(duì)地偵察。4 納米技術(shù)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用納米粒子作為光催化劑，有著許多優(yōu)點(diǎn)。首先是粒徑小，比表面積大，光催 化效率高。另外，納米粒了生成的電了、空穴在到達(dá)表面z前，大部分不會(huì)重新 結(jié)合。因此，電子、空穴能夠到達(dá)表面的數(shù)量多，則化學(xué)反應(yīng)活性高。其次，納 米粒子分散在介質(zhì)中往往具有

9、透明性，容易運(yùn)用光學(xué)手段和方法來(lái)觀察界面間的 電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)了轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)與表面態(tài)密度的影響。目而，工業(yè)上利用 納米二氧化鈦三氧化二鐵作光催化劑，用于廢水處理（含so2或cdo廠體系）, 己經(jīng)取得了很好的效果。5 納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)學(xué)上該技術(shù)也開(kāi)始嶄霜頭腳。研究人員發(fā)現(xiàn)，生 物體內(nèi)的rna蛋口質(zhì)復(fù)合體，其線度在15-20nm之間，并ii生物體內(nèi)的多種病 毒，也是納米粒了。10nm以卜的粒了比血液中的紅血球還耍小，因而可以在血 管中自曲流動(dòng)。如果將超微粒子注入到血液中，輸送到人體的各個(gè)部位，作為監(jiān) 測(cè)和診斷疾病的手段?？蒲腥藛T己經(jīng)成功利用納米sio?微粒進(jìn)行了細(xì)

10、胞分離， 用金的納米粒了進(jìn)行定位病變治療，以減少副作用等。另外，利用納米顆粒作為 載體的病毒誘導(dǎo)物已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)在已用于臨床動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，估計(jì)不久 的將來(lái)即可服務(wù)于人類。結(jié)束語(yǔ)納米材料曲于具有特異的光、電、磁、催化等性能，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍事 和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。它不僅在高科技領(lǐng)域有不町替代的作用，也為傳統(tǒng)的產(chǎn) 業(yè)帶來(lái)生機(jī)和活力。隨著納米材料制備技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)及應(yīng)用范圍的拓展，工業(yè) 化生產(chǎn)納米材料必將對(duì)傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)和其它產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生重大影響。作為機(jī)械類的學(xué)生，我認(rèn)為學(xué)好材料這一門課是很重要的，i大i為機(jī)械與材料 是分不開(kāi)的，材料是機(jī)械的載體，它們是相輔相成的，如果只懂得機(jī)械而不懂材 料z間的匹配和應(yīng)用，就相當(dāng)只學(xué)了一個(gè)空架了，沒(méi)有任何實(shí)際用處，所以這門 課程應(yīng)當(dāng)給予重視。在課堂上，老師講的很生動(dòng)，因?yàn)樗粌H將材料的知識(shí)介紹 給大家，而口將材料之間的關(guān)系與社會(huì)及家庭巧妙地聯(lián)系起來(lái)，這種將高深的知 識(shí)與實(shí)際生活緊密聯(lián)系起來(lái)的方法很容易讓人接受和理解，我想如杲把這種方法 運(yùn)用到其它學(xué)科上，也會(huì)得到顯著的成效。使得我們不僅對(duì)材料冇了一定的了解, 而且對(duì)家庭乃至人生也有了深