纳米材料的应用目前最全详细讲解优秀PPT.ppt

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1、纳米材料的应用目前最全详细讲解第一页，本课件共有141页第第8章章 纳米材料与纳米技术的应用纳米材料与纳米技术的应用（一）教学基本要求（一）教学基本要求了解纳米技术在陶瓷领域、陶瓷工了解纳米技术在陶瓷领域、陶瓷工业环保领域、化工生产中、微电子业环保领域、化工生产中、微电子学、生物工程及医学、军事领域、学、生物工程及医学、军事领域、其他领域方面的应用其他领域方面的应用（二）教学重点难点（二）教学重点难点重点：纳米材料与纳米技术的应用重点：纳米材料与纳米技术的应用难点：纳米材料与纳米技术的应用难点：纳米材料与纳米技术的应用第二页，本课件共有141页 材料与社会的发展材料与社会的发展 材料是人类社会

2、进化和人类文明的里程材料是人类社会进化和人类文明的里程碑，是人类赖以生产和生活的物质基础，碑，是人类赖以生产和生活的物质基础，是社会进步的物质基础和先导。因为对材是社会进步的物质基础和先导。因为对材料的认识和利用能力，决定着社会的形态料的认识和利用能力，决定着社会的形态和人类生活的质量，所以，历史学家往往和人类生活的质量，所以，历史学家往往用制造工具的原材料作为历史分期的标志。用制造工具的原材料作为历史分期的标志。第三页，本课件共有141页化学与材料化学与材料化学化学化学化学：化学是化学是化学是化学是在原子、分子水平在原子、分子水平在原子、分子水平在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、件能、

3、反上研究物质的组成、结构、件能、反上研究物质的组成、结构、件能、反上研究物质的组成、结构、件能、反应和应用的学科。应和应用的学科。应和应用的学科。应和应用的学科。材料材料材料材料 ：材料是人们利用化合物的某些功能来制作物品、器件、材料是人们利用化合物的某些功能来制作物品、器件、材料是人们利用化合物的某些功能来制作物品、器件、材料是人们利用化合物的某些功能来制作物品、器件、构件、机器或其他产品时用的化学物质构件、机器或其他产品时用的化学物质构件、机器或其他产品时用的化学物质构件、机器或其他产品时用的化学物质，但不是所有物质都，但不是所有物质都，但不是所有物质都，但不是所有物质都可以称为材料。如燃

4、料和化学原料、工业化学品、食物和药物，可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。一般都不算是材料。一般都不算是材料。一般都不算是材料。化学与材料的关系：化学与材料的关系：化学与材料的关系：化学与材料的关系：化学是材料发展的源泉，而材料又为化学发化学是材料发展的源泉，而材料又为化学发化学是材料发展的源泉，而材料又为化学发化学是材料发展的源泉，而材料又为化学发展开辟了新的空间展开辟了新的空间展开辟了新的空间展开辟了新的空间。化学与材料保持着相互依存、相互促

5、进的关系。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。第四页，本课件共有141页材料的分类材料的分类 世界各国对材料的分类不尽相同，若按照材料的使用性能来看，可以分为结构材料和功能材料，从材料的应用对象来看有可以分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空材料等多种类别，但就大的类别可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。第五页，本课件共有141页无机非金属材料无机非金属材料 无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛酸

6、盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷及天然矿物材料等。第六页，本课件共有141页传统无机非金属材料传统无机非金属材料 水泥水泥 水泥呈粉末状，当它与水混合后成为可塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结硬化变成坚硬石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体。水泥浆体不仅能在空气中硬化，还能在水中硬化、保持并继续增长其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。第七页，本课件共有141页玻璃玻璃 玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。其内能和构形熵高于相应的晶体。其结构为短程有序，长程无序。从熔融态转变为固体时有一转变温度Tg。广义的玻璃包括无机玻璃、有机玻璃、金

7、属玻璃等；狭义上仅指无机玻璃，最常见的是硅酸盐玻璃。这里主要谈无机玻璃。第八页，本课件共有141页玻璃制品的分类玻璃制品的分类 无机玻璃的化学组成包括有众多元素的氧化物或非氧化物。无机玻璃的化学组成包括有众多元素的氧化物或非氧化物。（1 1）普通玻璃）普通玻璃 普通玻璃是以硅酸盐系统为主要基础的传统玻璃。包括有普通玻璃是以硅酸盐系统为主要基础的传统玻璃。包括有平板平板平板平板玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃纤维等

8、纤维等纤维等纤维等。（2 2）特种玻璃）特种玻璃 随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于某些新随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于某些新品种是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制造工艺均与品种是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制造工艺均与一般工业和日用玻璃有所差别，它们往往被归入专门的一类，叫一般工业和日用玻璃有所差别，它们往往被归入专门的一类，叫做特种玻璃。这些特种玻璃逐渐脱离了传统玻璃的基础系统范围。做特种玻璃。这些特种玻璃逐渐脱离了传统玻璃的基础系统范围。常见的特种玻璃有常见的特种玻璃有光子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶凝胶光子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃

9、、溶胶凝胶光子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶凝胶光子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶凝胶玻璃等。玻璃等。玻璃等。玻璃等。第九页，本课件共有141页中空玻璃结构示意图图6中空玻璃结构示意图第十页，本课件共有141页 第十一页，本课件共有141页空心玻璃砖用于建筑隔断空心玻璃砖用于建筑隔断第十二页，本课件共有141页热反射玻璃在建筑物上大量使用热反射玻璃在建筑物上大量使用第十三页，本课件共有141页陶瓷陶瓷 陶瓷是指以天然或人工合成的无机非金属物质为原料，经过成形和高温烧结而制成的固体材料和制品。第十四页，本课件共有141页陶鹰鼎仰韶文化庙底沟类型 高36cm 三彩我国古代陶器中一颗璀灿的明珠

10、第十五页，本课件共有141页日用陶瓷盘子 建筑陶瓷墙面砖化工陶瓷 结构陶瓷陶瓷刀 功能陶瓷电子陶瓷 第十六页，本课件共有141页饰面瓦鱼鳞瓦图6-电瓷绝缘子氧化锌避雷器 第十七页，本课件共有141页新型无机非金属材料新型无机非金属材料 传统的无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。新型无机非金属材料继承了传统材料的许多优点，并克服某些弱点，使材料具有更加优异的特性，用途更加广泛。新型无机非金属材料的特性有：1能承受高温，强度高。2具有电学特性。3具有光学特性。4具有生物功能。第十八页，本课件共有141页 氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温

11、绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，以及原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势，已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。第十九页，本课件共有141页纺织瓷件 氧化铝陶瓷电阻 第二十页，本课件共有141页氧化铝髋关节 第二十一页，本课件共有141页高纯氧化铝透明陶瓷管 高压钠灯第二十二页，本课件共有141页氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷的性能：作为一种理想的高温结构材料，最氮化硅陶瓷的性能：作为一种理想的高温结构材料，最氮化硅陶瓷的性能：作为一种理想的高温结构材料，最氮

12、化硅陶瓷的性能：作为一种理想的高温结构材料，最主要的应具备如下性能：（主要的应具备如下性能：（主要的应具备如下性能：（主要的应具备如下性能：（1 1 1 1）强度好、韧性好；（）强度好、韧性好；（）强度好、韧性好；（）强度好、韧性好；（2 2 2 2）抗氧）抗氧）抗氧）抗氧化性好；（化性好；（化性好；（化性好；（3 3 3 3）抗热震性好；（）抗热震性好；（）抗热震性好；（）抗热震性好；（4 4 4 4）抗蠕变性好；（）抗蠕变性好；（）抗蠕变性好；（）抗蠕变性好；（5 5 5 5）结构稳）结构稳）结构稳）结构稳定性好；（定性好；（定性好；（定性好；（6 6 6 6）抗机械振动。）抗机械振动。）

13、抗机械振动。）抗机械振动。氮化硅除抗机械振动性能和韧性相对比较差外，其余几种氮化硅除抗机械振动性能和韧性相对比较差外，其余几种氮化硅除抗机械振动性能和韧性相对比较差外，其余几种氮化硅除抗机械振动性能和韧性相对比较差外，其余几种性能都优于一般陶瓷，曾被誉为性能都优于一般陶瓷，曾被誉为性能都优于一般陶瓷，曾被誉为性能都优于一般陶瓷，曾被誉为“像钢一样强，像金钢石一样像钢一样强，像金钢石一样像钢一样强，像金钢石一样像钢一样强，像金钢石一样硬，像铝一样轻硬，像铝一样轻硬，像铝一样轻硬，像铝一样轻”。由于制备工艺不同和所获得显微结构的差别，。由于制备工艺不同和所获得显微结构的差别，。由于制备工艺不同和所

14、获得显微结构的差别，。由于制备工艺不同和所获得显微结构的差别，Si3N4Si3N4Si3N4Si3N4陶瓷的综合性能有很大的变化。各中资料所提供的数陶瓷的综合性能有很大的变化。各中资料所提供的数陶瓷的综合性能有很大的变化。各中资料所提供的数陶瓷的综合性能有很大的变化。各中资料所提供的数据繁多，下面仅介绍一般参考值。据繁多，下面仅介绍一般参考值。据繁多，下面仅介绍一般参考值。据繁多，下面仅介绍一般参考值。第二十三页，本课件共有141页光导纤维 光导纤维是现代科学创造的奇迹之一，是使光像电流一样沿着导线传输。不过，这种导线不是一般的金属导线，而是一种特殊的玻璃丝，人们称它为光导纤维，又叫光学纤维，

15、简称光纤。第二十四页，本课件共有141页n n光纤通信的特点光纤通信的特点n n（1）传输频带极宽，通信容量很大。）传输频带极宽，通信容量很大。n n（2 2）传输衰减小，可用于远距离无中断传输。）传输衰减小，可用于远距离无中断传输。n n（3）信号串扰少，传输质量高。）信号串扰少，传输质量高。n n（4）抗电磁干扰，保密性好。n n（5 5）光纤尺寸小，质量轻，便于运输和铺设。）光纤尺寸小，质量轻，便于运输和铺设。n n（6 6）耐化学侵蚀，适用于特殊环境。）耐化学侵蚀，适用于特殊环境。n n（7）原料资源丰富。n n（8）节约有色金属。）节约有色金属。第二十五页，本课件共有141页光纤导管

16、胃镜光纤导管胃镜 利用光纤作手术 第二十六页，本课件共有141页光纤式传感器 光纤式传感器 第二十七页，本课件共有141页金属材料金属材料 金属是指具有良好的导电性和导热性，有一定的强度和塑性的并具有光泽的物质，如铜、锌和铁等。而金属材料则是指由金属元素或以金属元素为主组成的具有金属特性的工程材料，它包括纯金属和合金两类。第二十八页，本课件共有141页 纳米材料的纳米材料的概念概念 从迄今为止的研究状况看，关于纳米技术分为三种概念。第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在创造的机器一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造

17、出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术未取得重大进展。第二十九页，本课件共有141页 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即便发展下去，从理论上讲终将会达到限度。这是因为，如果把电路的线幅变小，将使构成电路的绝缘膜的为得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。第三十页，本课件共有141页 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。所谓纳米技术，是指在0.1100

18、纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术。第三十一页，本课件共有141页纳米材料纳米材料的性质和的性质和应用应用 力学性质：力学性质：纳米结构的材料强度与粒径成反比。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等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。第三十二页，本课件共有141页 磁学性质磁学

19、性质磁学性质磁学性质 ：利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑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、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。目前的常规半导体器件。热学性质：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的值，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。第三十三页，本课件共有141页 光学性质光学性质 ：由于量子尺

20、寸效应，纳米半导体微粒的：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。应用于红外线感测器材料。生物医药材料应用生物医药材料应用生物医药材料应用生物医药材料应用：纳米粒子比红血细胞（6 69nm9nm）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

21、内的输运更加方便。第三十四页，本课件共有141页 第第8章章 纳米材料与纳米技术的纳米材料与纳米技术的应用举例应用举例1 1、纳米啤酒瓶、纳米啤酒瓶纳米复合材料纳米复合材料米勒醇酒公司采用黏黏土土纳纳米米材材料料制造塑料啤酒瓶，可保留二氧化碳，不让氧气轻易进入，避免啤酒变质，而且不易碎裂。但一些消费者关注纳米材料用于食食物物包包装装是是否否安安全全，是否它们会像灰尘一样对人体无害。第三十五页，本课件共有141页2 2 纳米防弹衣及其他服装纳米防弹衣及其他服装因纳米碳管既轻又强度极高，是钢的10100倍，用它来作防弹衣就像用羽绒做成的防寒服一样，既可折来叠去，又能抵御强大的子弹的冲击力。第三十六

22、页，本课件共有141页二个月不用洗二个月不用洗信不信由你信不信由你纳米服装第三十七页，本课件共有141页3、纳米电池、纳米电池日日常常充充电电电电池池中中，锂锂离离子子从从钴钴酸酸锂锂正正极极快快速速地地穿穿过过隔隔膜膜抵抵达达碳碳负负极极，这这种种传传统统充充电电电电池池功功率率较较低低，很很快快就就会耗完电，使用时还很容易会耗完电，使用时还很容易着火或爆炸着火或爆炸。美美国国MITMIT的的常常业业明明教教授授采采用用新新型型纳纳米米材材料料磷磷酸酸铁铁锂锂代代替替正正极极，可可以以大大幅幅改改善善充充电电电电池池的的性性能能。目目前前，一一些些公公司司现现已已开开始始使使用用这这种种纳纳

23、米米电电池池应应用用于于高高功功率率电电器器和和仪仪器器，这这种种电电池池安安装装在在雪雪佛佛莱莱电电动动汽汽车车，该该款款汽车于汽车于20102010年上市。年上市。第三十八页，本课件共有141页4、金纳米微粒用于遗传基因测试、金纳米微粒用于遗传基因测试VerigeneVerigene医医疗疗系系统统采采用用金金纳纳米米微微粒粒涂涂层层对对DNADNA分分子子鉴鉴别别关关键键性性的的蛋蛋白白质质和和重重要要基基因因，仅仅仅仅按按一一下下按按钮钮便便能能进进行行复复杂杂的的血血液液测测试试，完完成成医医学学诊断。诊断。第三十九页，本课件共有141页5、纳米等级汽车光泽剂、纳米等级汽车光泽剂如如

24、果果汽汽车车使使用用普普通通光光泽泽剂剂，涂涂上上之之后后会会出出现现漩漩涡涡状状痕痕迹，或者出现难看的迹，或者出现难看的光泽或雾状结构光泽或雾状结构。汽汽车车美美容容公公司司“神神鹰鹰1 1号号”称称，使使用用纳纳米米等等级级巴巴西西棕棕榈榈蜡蜡将将永永远远保保持持清清洁洁。由由于于棕棕榈榈蜡蜡微微粒粒非非常常小小，它它们们呈呈现现出出透透明明状状。它它们们的的分分子子尺尺寸寸大大小小能能够够填填充充细细微微的的瑕瑕疵疵。目目前前，防防晒晒霜霜制制造造商商在在生生产产防防晒晒霜霜时时也也采采用用了了纳米等级的氧化锌。纳米等级的氧化锌。第四十页，本课件共有141页6 6、纳米太阳能电池板、纳米

25、太阳能电池板太阳能电池的价格非常昂贵，其原因是太阳能电池的价格非常昂贵，其原因是它们很难它们很难制造制造。多数太阳能电池是在。多数太阳能电池是在真空室真空室制造的。制造的。目前，目前，纳米太阳能技术纳米太阳能技术可将太阳能电池技术实现得可将太阳能电池技术实现得更加便捷，该技术可以在更加便捷，该技术可以在廉价金属薄片上打印纳米微廉价金属薄片上打印纳米微粒粒，制造出可打印的太阳能电池板。，制造出可打印的太阳能电池板。第四十一页，本课件共有141页目目前前的的太太阳阳能能电电池池受受到到多多方方面面限限制制，比比如如相相对对较较低低的的产产电电效效率率（15%15%左左右右）和和较较高高的的制制造造

26、成成本本。在在传传统统太阳能电池中，一个光子只能精确释放出一个电子。太阳能电池中，一个光子只能精确释放出一个电子。一一种种可可能能的的改改进进就就是是，利利用用半半导导体体纳纳米米晶晶体体来来制制造造新新型型太太阳阳能能电电池池。在在一一些些半半导导体体纳纳米米晶晶体体材材料料中中，一一个个光光子子可可以以释释放放出出两两到到三三个个电电子子，这这也也就就是是所谓的所谓的“雪崩效应雪崩效应”。在在这这种种情情况况下下，太太阳阳能能电电池池理理论论上上的的最最大大效效率率可可以以达到达到44%44%。此外，它们的造价更便宜。此外，它们的造价更便宜。20082008年年5 5月月，荷荷兰兰Laur

27、ens Laurens SiebbelesSiebbeles教教授授证证实实，硒硒化化铅铅(PbSe)(PbSe)纳纳米米晶晶体体中中确确实实会会发发生生雪雪崩崩效效应应。Nano Nano Lett.,2008,8(6),pp 17131718Lett.,2008,8(6),pp 17131718。第四十二页，本课件共有141页7 7、金纳米微粒女性验孕纸、金纳米微粒女性验孕纸 女女性性验验孕孕纸纸测测试试条条码码上上覆覆盖盖抗抗体体的的一一些些金金纳纳米米微微粒粒可可以以快快速速锁锁定定绒绒毛毛膜膜促促性性腺腺激激素素,从从而而使使验验孕孕测测试试更更加加快快速有效。速有效。第四十三页，本

28、课件共有141页8、纳米网球、纳米网球威威尔尔逊逊体体育育用用品品公公司司采采用用由由纳纳米米科科技技公公司司InMatInMat研研制制的的纳纳米米技技术术制制造造出出高高端端双双核核网网球球，这这种种黏黏性性纳纳米米微微粒粒技术将使网球更加坚硬、使用时间更长技术将使网球更加坚硬、使用时间更长。但但是是美美国国网网球球爱爱好好者者们们并并不不想想购购买买价价格格昂昂贵贵的的网网球球，威尔逊公司不得不停止这种纳米网球的制造生产。威尔逊公司不得不停止这种纳米网球的制造生产。第四十四页，本课件共有141页9 9、纳米止血绷带、纳米止血绷带美美国国加加州州大大学学圣圣塔塔芭芭芭芭拉拉分分校校化化学学

29、家家莎莎拉拉贝贝克克 等等意意识识到到铝铝矽矽酸酸盐盐纳纳米米微微粒粒可可影影响响人人体体自自然然的的凝凝血血进进程程，并并已已经经使使用用铝铝矽矽酸酸盐盐纳纳米米微微粒粒测测试试了了患患者者的的凝凝血功能。血功能。这这种种纳纳米米绷绷带带已已申申请请了了专专利利权权，预预计计在在战战场场上上可可以以止止住住严重的伤口流血，能够有效地挽救战场上的受伤士兵。严重的伤口流血，能够有效地挽救战场上的受伤士兵。*第四十五页，本课件共有141页 8 纳米材料的具体应用 纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科技现在已经包括纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米机械学

30、、纳米化学等学科。从包括微电子等在内的微米科技到纳米科技，人类正越来越向微观世界深入，人们认识、改造微观世界的水平提高到前所未有的高度。第四十六页，本课件共有141页8.1 8.1 纳米技术在陶瓷领域方面的应用纳米技术在陶瓷领域方面的应用8.1 8.1 纳米技术在陶瓷领域方面的应用纳米技术在陶瓷领域方面的应用 纳米纳米Ti0Ti02 2陶瓷材料在室温下具有优良的韧性陶瓷材料在室温下具有优良的韧性，在，在180180经受弯曲而不产生裂纹。许多专家认为，如能解决单相经受弯曲而不产生裂纹。许多专家认为，如能解决单相纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术问题，从而纳米陶瓷的烧结过程中抑制晶粒长大的技术

31、问题，从而控制陶瓷晶粒尺寸在控制陶瓷晶粒尺寸在50nm50nm以下的纳米陶瓷，则它将具有以下的纳米陶瓷，则它将具有的的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等传统陶瓷无等传统陶瓷无与伦比的优点与伦比的优点 第四十七页，本课件共有141页 8.1.1 8.1.1 纳米技术在纳米技术在普通陶瓷普通陶瓷中的应用中的应用 纳米陶瓷粉的尺寸在纳米陶瓷粉的尺寸在1 1100nm100nm之间，因此之间，因此晶粒间滑移容易，因晶粒间滑移容易，因而能改善陶瓷坯体的脆性，增加其塑性而能改善陶瓷坯体的脆性，增加其塑性，同时，也能提高材料，同时，也能提高材料致密性致密性，降低烧结温度降

32、低烧结温度。8.1.28.1.2纳米技术在纳米技术在特种陶瓷特种陶瓷中的应用中的应用特种陶瓷特种陶瓷分为分为结构陶瓷和功能陶瓷结构陶瓷和功能陶瓷两大类。两大类。功能陶瓷包括热学功能陶瓷、生物功能陶瓷、化学功能陶瓷、功能陶瓷包括热学功能陶瓷、生物功能陶瓷、化学功能陶瓷、电功能陶瓷、光功能陶瓷、涂层薄膜等。电功能陶瓷、光功能陶瓷、涂层薄膜等。随着纳米技术在特种陶瓷领域研究的不断深入和拓展，特种陶随着纳米技术在特种陶瓷领域研究的不断深入和拓展，特种陶瓷表现出了许多奇异的性能，其应用范围也以前所未有的速度瓷表现出了许多奇异的性能，其应用范围也以前所未有的速度延展。延展。第四十八页，本课件共有141页8

33、.1.2.1 8.1.2.1 结构陶瓷结构陶瓷中的应用中的应用使用纳米材料制备的陶瓷刀具与传统的陶瓷刀具相比显示出更优使用纳米材料制备的陶瓷刀具与传统的陶瓷刀具相比显示出更优异的性能，它扩大了现有陶瓷刀具的加工范围，能够提高刀具的异的性能，它扩大了现有陶瓷刀具的加工范围，能够提高刀具的力学性能、切削速度、增加切削可靠性和刀具的寿命力学性能、切削速度、增加切削可靠性和刀具的寿命，同时大大，同时大大提高生产率。目前使用纳米技术制备的陶瓷刀具材料主要有两种：提高生产率。目前使用纳米技术制备的陶瓷刀具材料主要有两种：纳米复合陶瓷刀具材料和纳米涂层陶瓷刀具材料。纳米复合陶瓷刀具材料和纳米涂层陶瓷刀具材料

34、。第四十九页，本课件共有141页 8.1.2.2 8.1.2.2 功能陶瓷中的应用功能陶瓷中的应用 (l)(l)在生物功能陶瓷方面在生物功能陶瓷方面 在在人工器官制造、临床应用人工器官制造、临床应用等方面，纳米陶瓷将比传统陶瓷有更等方面，纳米陶瓷将比传统陶瓷有更广泛的应用和极大发展前景。李玉宝等用硝酸钙、磷酸铵为原料，广泛的应用和极大发展前景。李玉宝等用硝酸钙、磷酸铵为原料，二甲基甲酰胺为分散剂，在常压下制备出晶体结构类似于人骨组二甲基甲酰胺为分散剂，在常压下制备出晶体结构类似于人骨组织的纳米级羟基磷灰石针状晶体，可用做人骨组织修复材料；织的纳米级羟基磷灰石针状晶体，可用做人骨组织修复材料；J

35、 JH.LuoH.Luo等用正硅酸乙酯在氢氟酸催化下，经溶胶一凝胶法制得等用正硅酸乙酯在氢氟酸催化下，经溶胶一凝胶法制得纳米孔结构的纳米孔结构的Si0Si02 2，再用聚四乙二醇一二甲基乙酰胺经光引发原，再用聚四乙二醇一二甲基乙酰胺经光引发原位聚合制得位聚合制得Si0Si02 2PTEGDMAPTEGDMA纳米复合材料，其比传统的牙科用复合纳米复合材料，其比传统的牙科用复合材料具有更优异的耐磨性及韧性。材料具有更优异的耐磨性及韧性。第五十页，本课件共有141页(2)在光功能陶瓷方面 目前正在研制的纳米目前正在研制的纳米吸波陶瓷材料不仅具有良好的吸波吸波陶瓷材料不仅具有良好的吸波性能，而且还有功

36、能丰性能，而且还有功能丰 富、频带宽、省材、轻便富、频带宽、省材、轻便等特等特点。纳米陶瓷吸波材料主要有点。纳米陶瓷吸波材料主要有SiCSiC、Si3N4Si3N4及复合物及复合物Si/C/NSi/C/N、Si/C/N/OSi/C/N/O筹，其主要成分为碳化硅、氮化硅筹，其主要成分为碳化硅、氮化硅和无定形碳，具有耐高温、质量轻、强度大吸波性能好和无定形碳，具有耐高温、质量轻、强度大吸波性能好等优点。等优点。(3)(3)在电功能陶瓷方面在电功能陶瓷方面 利用纳米技术制备的纳米陶瓷在电学方面具有优异的性利用纳米技术制备的纳米陶瓷在电学方面具有优异的性能，可以利用其制作能，可以利用其制作导电材料、绝

37、缘材料、电极、超导导电材料、绝缘材料、电极、超导体、量子器件、静电屏蔽材料、压敏和非线性电阻以及体、量子器件、静电屏蔽材料、压敏和非线性电阻以及热电和介电材料热电和介电材料等。等。第五十一页，本课件共有141页(4)(4)在涂层薄膜方面在涂层薄膜方面 热喷涂纳米涂层热喷涂纳米涂层的纳米颗粒由于比表面积大、活性高的纳米颗粒由于比表面积大、活性高而极易被加热熔融。在热喷涂过程中，纳米颗粒将均匀而极易被加热熔融。在热喷涂过程中，纳米颗粒将均匀地熔融。由于地熔融。由于熔融程度好，纳米颗粒在碰到基材后变熔融程度好，纳米颗粒在碰到基材后变形剧烈，平铺性明显形剧烈，平铺性明显优于微米级颗粒。热喷涂纳米结优于

38、微米级颗粒。热喷涂纳米结构涂层构涂层熔滴接触面更多，涂层孔隙率低熔滴接触面更多，涂层孔隙率低，表现在性，表现在性能上就是纳米结构涂层的能上就是纳米结构涂层的结合强度大、硬度高、断裂结合强度大、硬度高、断裂强度好和耐腐蚀强度好和耐腐蚀好。好。第五十二页，本课件共有141页8.1.3 8.1.3 纳米技术在陶瓷应用中的问题纳米技术在陶瓷应用中的问题 (l)(l)纳米材料纳米材料与基体的相容性与基体的相容性 对于纳米添加材料，除了要考虑是否适于与工件材料的对于纳米添加材料，除了要考虑是否适于与工件材料的黏结等问题外，黏结等问题外，最为关键的问题是纳米材料与基体材料之最为关键的问题是纳米材料与基体材料

39、之间界面的相互作用间界面的相互作用，即，即分散介质与基体材料的相容性（一分散介质与基体材料的相容性（一般被分散介质最好不要集中（团聚）在基体的一个地方，般被分散介质最好不要集中（团聚）在基体的一个地方，亲和性强）亲和性强）。第五十三页，本课件共有141页 (2)(2)添加纳米材料的分散性添加纳米材料的分散性 纳米材料具有极微小粒度、高比表面积、高表面延伸。纳米材料具有极微小粒度、高比表面积、高表面延伸。随着随着纳米粉体颗粒尺寸的减小，其比表面积和表面能增纳米粉体颗粒尺寸的减小，其比表面积和表面能增大大。在制备和应用的过程中，由于颗粒间普遍存在的。在制备和应用的过程中，由于颗粒间普遍存在的范范德

40、华力和库仑力，纳米颗粒极易凝聚并团聚形成二德华力和库仑力，纳米颗粒极易凝聚并团聚形成二次颗粒，即所谓的软团聚次颗粒，即所谓的软团聚，使粒子粒径增大。如果，使粒子粒径增大。如果不不加以分散而直接混料，大团聚颗粒的存在会使制备加以分散而直接混料，大团聚颗粒的存在会使制备的材料在最终使用时失去纳米材料所具备的特性。的材料在最终使用时失去纳米材料所具备的特性。因此，纳米材料在添加之前能否均匀、稳定地分散是因此，纳米材料在添加之前能否均匀、稳定地分散是其应用所要解决的首要问题。其应用所要解决的首要问题。第五十四页，本课件共有141页(3)(3)纳米技术在陶瓷中的工业化纳米技术在陶瓷中的工业化 例如，纳米

41、技术应用于特种陶瓷中制成的烧结体可作为例如，纳米技术应用于特种陶瓷中制成的烧结体可作为储气材料、热交换器、微孔过滤器以及检测温度气体的多储气材料、热交换器、微孔过滤器以及检测温度气体的多功能传感器功能传感器。它的发展使陶瓷材料跨入了一个新的历史时。它的发展使陶瓷材料跨入了一个新的历史时期。期。第五十五页，本课件共有141页8.2 8.2 纳米技术在工业环保领域的应用纳米技术在工业环保领域的应用8.2.1 8.2.1 纳米材料对大气污染的治理纳米材料对大气污染的治理 陶瓷工业对大气的污染，主要有三个方面：陶瓷工业对大气的污染，主要有三个方面：一是燃料燃烧产生的硫氧化物一是燃料燃烧产生的硫氧化物(

42、SOx)(SOx)、氮氧化物、氮氧化物(NOx)(NOx)、一氧、一氧化碳化碳(CO)(CO)、碳氢化合物等、碳氢化合物等有毒气体有毒气体；二是陶瓷窑炉高温熔制时产生的毒性烟尘，主要二是陶瓷窑炉高温熔制时产生的毒性烟尘，主要有镉、铅的有镉、铅的化合物化合物；三是原料加工、配料制备以及熔制、燃烧过程产生的三是原料加工、配料制备以及熔制、燃烧过程产生的粉尘粉尘。由于燃料燃烧和陶瓷坯釉料发生氧化分解反应时所释放出的二氧化碳由于燃料燃烧和陶瓷坯釉料发生氧化分解反应时所释放出的二氧化碳(CO2)(CO2)，其，其大部分升入高空并造成对臭氧层的破坏，从而引起温室效应；燃烧产物二大部分升入高空并造成对臭氧层

43、的破坏，从而引起温室效应；燃烧产物二氧化硫氧化硫(SO2)(SO2)和三氧化硫和三氧化硫(S03)(S03)遇到水汽后可转化成酸雾，会对人体健康和动植遇到水汽后可转化成酸雾，会对人体健康和动植物生长造成严重危害，甚至还会腐蚀暴露在大气中的金属材料；未燃尽的碳素和物生长造成严重危害，甚至还会腐蚀暴露在大气中的金属材料；未燃尽的碳素和燃烧产生的灰尘不仅会使烟气的林格曼黑度居高不下，而且还会对人体的呼吸系燃烧产生的灰尘不仅会使烟气的林格曼黑度居高不下，而且还会对人体的呼吸系统造成较大危害。统造成较大危害。第五十六页，本课件共有141页(l)(l)空气中硫氧化物的净化空气中硫氧化物的净化 二氧化硫、一

44、氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物是影响人类健康的有害气体，如果气体，如果在燃料燃烧的同时加入一种纳米级助烧在燃料燃烧的同时加入一种纳米级助烧催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气催化剂不仅可以使煤充分燃烧，不产生一氧化硫气体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫体，提高能源利用率，而且会使硫转化成固体的硫化物，不产生二氧化硫气体化物，不产生二氧化硫气体，从而杜绝有害气体的，从而杜绝有害气体的产生。产生。如如用用纳米纳米Fe203Fe203作为催化剂作为催化剂，经纳米材料催化的燃料中硫，经纳米材料催化的燃料中硫的含量小于的含量小于0.01%0.01%，不

45、仅节约了能源，提高能源的综合利用，不仅节约了能源，提高能源的综合利用率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且率，也减少了因为能源消耗所带来的环境污染问题，而且使废气等有害物质再利用成为可能。使废气等有害物质再利用成为可能。第五十七页，本课件共有141页(2)(2)空气中氮氧化物的净化。空气中氮氧化物的净化。氮氧化物是大气中主要的气态污染物之一，它的主要来源是矿物燃料的燃烧。氮氧化物是大气中主要的气态污染物之一，它的主要来源是矿物燃料的燃烧。燃烧过程中，在高温情况下空气中的氮与氧化合而生成氮氧化物，其中主要是燃烧过程中，在高温情况下空气中的氮与氧化合而生成氮氧化物，其中主要是一氧化氮。

46、一氧化氮还可以进一步被氧化成二氧化氮、三氧化氮和五氧化二氮一氧化氮。一氧化氮还可以进一步被氧化成二氧化氮、三氧化氮和五氧化二氮等，等，它们溶于水后可生成亚硝酸和硝酸，通过氧化反应也可以在大气中生成气它们溶于水后可生成亚硝酸和硝酸，通过氧化反应也可以在大气中生成气态态HNO3HNO3，与水形，与水形成酸雨和酸雾成酸雨和酸雾后，会对地表水、土壤、森林、植物等造成严重后，会对地表水、土壤、森林、植物等造成严重的危害。另外，氮氧化物与其他污染物共存时，在阳光照射下可产生强氧化性的危害。另外，氮氧化物与其他污染物共存时，在阳光照射下可产生强氧化性的的光化学烟雾光化学烟雾，造成橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害

47、植物的叶子，并使大气能见，造成橡胶开裂，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，并使大气能见度降低。度降低。利用利用Ti0Ti02 2光催化剂和空气中的氧可直接实现光催化剂和空气中的氧可直接实现NOxNOx的光催化氧化，的光催化氧化，反应式为：反应式为：2N0+02N0+02 22N02N02 2 4N0 4N02 2+0+02 2+2H+2H2 204HN004HN03 3 第五十八页，本课件共有141页8.2.28.2.2纳米材料对废水的治理纳米材料对废水的治理 陶瓷工业废水主要来自于原料加工和坯釉料制备，陶陶瓷工业废水主要来自于原料加工和坯釉料制备，陶瓷工业对水造成污染的物质主要有瓷工业对水造成污

48、染的物质主要有重金属铅、镉、钡和锌重金属铅、镉、钡和锌等金属的化合物，污水中通常等金属的化合物，污水中通常含有毒有害物质、悬浮物、含有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒泥沙、铁锈、异味污染物、细菌病毒等。由于传统的水处等。由于传统的水处理方法理方法效率低、成本高、存在二次污染效率低、成本高、存在二次污染等问题，污水治理等问题，污水治理一直得不到很好解决。污水中的一直得不到很好解决。污水中的重金属重金属是对人体极其有害是对人体极其有害的物质，重金属从污水中流失，也是资源的浪费。的物质，重金属从污水中流失，也是资源的浪费。第五十九页，本课件共有141页(l)(l)纳米材料可以纳米

49、材料可以对污水中有害物质的吸附对污水中有害物质的吸附 纳米材料拥有纳米材料拥有庞大的比表面积，出现了许多活性中心，使其庞大的比表面积，出现了许多活性中心，使其具有极强的吸附能具有极强的吸附能力，这使得纳米粒子对无论是促使腐败的氧力，这使得纳米粒子对无论是促使腐败的氧原子或氧自由基，还是对产生其他异味的烷烃类分子等，均具原子或氧自由基，还是对产生其他异味的烷烃类分子等，均具有极强的抓俘能力，能迅速清除废水中的杂质和异味，使废水有极强的抓俘能力，能迅速清除废水中的杂质和异味，使废水中的杂质和异味很快被吸附消除。中的杂质和异味很快被吸附消除。一种新型的纳米级净水剂具有很强的一种新型的纳米级净水剂具有

50、很强的吸附能力，它的吸附吸附能力，它的吸附能力和絮凝能力是普通净水剂（三氯化铝）的能力和絮凝能力是普通净水剂（三氯化铝）的10102020倍倍。因此，。因此，它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，先使水中不含悬浮它能将污水中悬浮物完全吸附并沉淀下来，先使水中不含悬浮物，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置，能有物，然后采用纳米磁性物质、纤维和活性炭的净化装置，能有效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。效地除去水中的铁锈、泥沙以及异味等污染物。第六十页，本课件共有141页(2)(2)纳米材料可以对污水中重金属离子的转化纳米材料可以对污水中重金属离子的转化 陶瓷工业常采用陶瓷工业常采用