芻議納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

芻議納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘要：自納米技術(shù)出現(xiàn)之后，納米材料隨之出現(xiàn)，納米材料的應(yīng)用，代表著機(jī)械工程行業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展領(lǐng)域。因此，在對(duì)機(jī)械工程行業(yè)發(fā)展進(jìn)行分析過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)納米技術(shù)的探討，對(duì)納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析是具有現(xiàn)實(shí)意義的。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；機(jī)械工程；應(yīng)用

00X701；000A

引言

納米技術(shù)是現(xiàn)今科技發(fā)展中的重要突破之一，在社會(huì)生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，納米技術(shù)的運(yùn)用十分的廣泛。而對(duì)于機(jī)械工程而言，納米技術(shù)的運(yùn)用更是成為其核心，這也表現(xiàn)在多個(gè)方面。我們公認(rèn)納米技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械工程的改變十分重大，我們要了解納米技術(shù)的內(nèi)涵，分析它的應(yīng)用，并且針對(duì)現(xiàn)在的應(yīng)用情況，提出對(duì)納米技術(shù)發(fā)展前景的展望和預(yù)測(cè)。納米材料自一九九零年起就成為材料科學(xué)的一個(gè)新的分支，從那時(shí)候開(kāi)始，我們的生產(chǎn)和生活就和納米材料息息相關(guān)了。我們通過(guò)研究納米物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題，來(lái)推動(dòng)著納米技術(shù)的不斷進(jìn)步?，F(xiàn)今，我們不能僅僅將納米技術(shù)看成一門單一的、新型的學(xué)科，它已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中去了，尤其對(duì)于機(jī)械工程領(lǐng)域，更是意義重大。

1納米技術(shù)主要內(nèi)容

在對(duì)納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析之前，應(yīng)先了解納米技術(shù)包括哪些內(nèi)容。第一，納米材料。納米材料是新型材料，這一材料在被合成的過(guò)程中，通過(guò)納米技術(shù)，對(duì)材料的內(nèi)部尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了控制，并沒(méi)有改變材料的物質(zhì)成分。第二，納米動(dòng)力學(xué)。納米動(dòng)力學(xué)又稱MEMS，其中含有微機(jī)械和微電視。這一技術(shù)屬于新型工藝，它的顯著優(yōu)勢(shì)在于部件體積小，寬度誤差小。而且這一新工藝還具有較大的潛力，具有科研的潛力，可以在以后的科學(xué)研究中將此工藝作為研究部分，一旦這一研究取得新成果，就會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。第三，納米生物學(xué)和藥物學(xué)。納米的廣泛應(yīng)用，不僅體現(xiàn)在工業(yè)行業(yè)中，在生物行業(yè)以及醫(yī)藥行業(yè)中同樣涉及。第四，納米光電學(xué)。在光電學(xué)中，納米技術(shù)在諸多內(nèi)容中展現(xiàn)了其表征，比如說(shuō)在納米電子器件、納米電子材料中。

2納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1納米磁性液體用于旋轉(zhuǎn)軸的動(dòng)態(tài)密封

通常靜態(tài)的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環(huán)作為密封元件。旋轉(zhuǎn)條件下的動(dòng)態(tài)密封一直是未能解決的問(wèn)題，無(wú)法在高速、高真空條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封。納米技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了磁性液體密封技術(shù)的產(chǎn)生。南京大學(xué)已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。

（1）納米技術(shù)的尺寸效應(yīng)。納米技術(shù)的主要效果之一便是縮小了傳統(tǒng)尺寸的單位，將毫米進(jìn)化為納米，1nm相當(dāng)于十億分之1m。納米技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械中，可以大大降低機(jī)械的體積，從而形成了新型機(jī)械——微型機(jī)械。這種不是傳統(tǒng)機(jī)械單純地在尺度上微小型化，而通常是指可以成批制作的集合微機(jī)構(gòu)、微驅(qū)動(dòng)器、微能源以及微傳感器和控制電路、信號(hào)處理裝置等于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。他們大部分都是運(yùn)用納米技術(shù)的成果，因而它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械的概念和范疇，而是基于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，并作為整個(gè)納米科技重要組成部分和用一種嶄新的思維方式與技術(shù)路線指導(dǎo)下的產(chǎn)物。

（2）納米技術(shù)使材料多元化，應(yīng)用多元化。納米技術(shù)是原材料形成更微小的形態(tài)，功能也更加強(qiáng)大，不僅能改良傳統(tǒng)材料，又能源源不斷地產(chǎn)生出新的材料。磁性液體密封技術(shù)便是證明，利用磁性液體可以被磁場(chǎng)控制的特性，將納米單位的液體置于磁場(chǎng)之內(nèi)，從而達(dá)到密封的效果。同時(shí)在材料運(yùn)用中可將微量的元素融入到基礎(chǔ)材料中，達(dá)到更好的效果。納米復(fù)合氧化鋯是成功應(yīng)用在工業(yè)上的納米材料，這種材料提高了材料的耐高溫性能和導(dǎo)氧及儲(chǔ)氧功能，因此廣泛運(yùn)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中。

（3）納米材料摩擦性能。納米技術(shù)最顯著的特性就是其擦性能，在機(jī)械中，各種軸承等都存在著摩擦，但是納米材料的出現(xiàn)，使得各類機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸便小，同時(shí)對(duì)于過(guò)小的零件，摩擦力便顯的尤為重要，摩擦力如果相對(duì)較大，則零件便會(huì)造成磨損。但是納米技術(shù)也同樣克服了這一問(wèn)題，現(xiàn)已出現(xiàn)納米材料幾乎無(wú)摩擦的狀態(tài)。美國(guó)科學(xué)家研制的這種微型納米軸承可在運(yùn)動(dòng)是無(wú)磨損和撕裂，達(dá)到了理想的效果。

2.2納米材料的應(yīng)用

在對(duì)納米技術(shù)進(jìn)行深入研究后，研究人員研制出了新型陶瓷工具。這一種新工具的出現(xiàn)，向人們傳遞了新的觀念，陶瓷工具行業(yè)迎來(lái)了新的時(shí)代。傳統(tǒng)陶瓷在使用過(guò)程中，最主要的問(wèn)題就是硬度不夠，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)破損，影響其使用壽命。但在納米陶瓷工具中，納米氧化鈦能夠起到對(duì)品粒進(jìn)行細(xì)化到目的，經(jīng)過(guò)細(xì)化后的品粒，可以有效地提高材料的硬度，這樣一來(lái)，陶瓷工具的使用壽命就會(huì)更長(zhǎng)久。因此，在納米技術(shù)研究中，應(yīng)在納米陶瓷方面投入更多的精力，早日完善這一方面的納米技術(shù)。

2.3微型納米軸承

在機(jī)械工程中，軸承的應(yīng)用是比較普遍的，在很多機(jī)械設(shè)備中都需要使用軸承。傳統(tǒng)的軸承不僅體積比較大，而且在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦力，使用起來(lái)不夠順暢，而為了減小摩擦，在應(yīng)用軸承過(guò)程中還需要使用潤(rùn)滑油，但總體來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)軸承的應(yīng)用效果并不是很理想。此種情況在納米技術(shù)的應(yīng)用中得到了解決。通過(guò)納米技術(shù)，研發(fā)出了微型納米軸承。這一軸承的體積十分小，直徑是一根頭發(fā)的萬(wàn)分之一，在機(jī)電系統(tǒng)中所使用的軸承，其直徑更小，僅有1nm。在體積大幅度減小的情況下，軸承應(yīng)用中的摩擦力也比較小。就微型納米軸承的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行分析后可以確定，微型納米軸承的應(yīng)用效果更突出，克服了傳統(tǒng)軸承中的問(wèn)題，在機(jī)械工程中的應(yīng)用前景廣闊。

2.4納米技術(shù)馬達(dá)

在納米技術(shù)研究過(guò)程中，美國(guó)研究公司研發(fā)出了新的馬達(dá)，即納米技術(shù)馬達(dá)。這一馬達(dá)較以往的馬達(dá)相比較，其體積十分小，僅有傳統(tǒng)馬達(dá)的1/20，同時(shí)這一新款馬達(dá)的長(zhǎng)度較短，但其承重能力不容小覷，可以承重4千克。納米技術(shù)馬達(dá)的使用壽命比傳統(tǒng)馬達(dá)的使用壽命長(zhǎng)，而且其造價(jià)少，在使用過(guò)程中產(chǎn)生的噪音也比較小。綜合來(lái)說(shuō)，納米技術(shù)馬達(dá)相比較傳統(tǒng)馬達(dá)，其優(yōu)勢(shì)十分顯著，在以后的機(jī)械工程行業(yè)中，這一新型馬達(dá)的應(yīng)用較為十分普遍。

3納米技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的發(fā)展前景

我們認(rèn)為，納米技術(shù)作為科學(xué)研究中一項(xiàng)很重要的突破性成果，如果合理加以利用，能夠在機(jī)械行業(yè)中展示出很強(qiáng)的利用潛力，為企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。納米技術(shù)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用程度有待擴(kuò)大和加深，它的發(fā)展前景是十分廣闊的，我們必須看到納米技術(shù)的科研潛力和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和在實(shí)際利用中出現(xiàn)的問(wèn)題，不斷的進(jìn)行研究和創(chuàng)新，深入的促進(jìn)納米技術(shù)和機(jī)械行業(yè)的緊密結(jié)合。我們可以在機(jī)械行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域去應(yīng)用納米技術(shù)，如：機(jī)械及汽車工業(yè)的滑配原件、射出成型時(shí)發(fā)生的粘模以及塑膠流道的低粘應(yīng)用等。

結(jié)束語(yǔ)

納米技術(shù)的應(yīng)用可以說(shuō)是現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的結(jié)合。當(dāng)前階段納米技術(shù)已經(jīng)逐漸的趨于發(fā)展上的成熟化，這將帶來(lái)