纳米材料在金属上的应用.docx

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1、纳米材料在金属上的应用当今世界，高技术产业在经济进展中的作用日益突出。我国将高技术产业作为经济进展的重点，从各方面赐予了扶持。如何界定与高技术产业相关的各类概念，客观反映我国高技术产业的进展状况，已成为统计部门面临的重要课题之一。而随着我国科技的进步，纳米材料作为兴的高科技技术，在中国也渐渐进展起来了。它在各个领域都起着越来越重要的作用了。也让我们得到了很多好的材料。我所讲的是关于它在我所学的专业的应用。当纳米材料应用在金属上时，金属能得到很多我们得不到的优点。中国墨是由烟炱这种超微小粒作为重要原料，再加上黏结剂和添加剂按适当比例制成 的。虽然还算不上现代所说的纯纳米材料，但确实开创了纳米材料

2、的先河。现代的纳米材料是近一二十年才进展起来的。它的起源来自一个科学家在国外旅游中产生的联想。生产工艺从今，由德国到美国，一大批科学家都着了迷似地争辩起纳米材料来。比方，美国有名的阿贡国家试验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料，其硬度要比一般粗晶粒金属的硬度高 24 倍。在低温下，纳米金属竟然由导电体变成了绝缘体。一般的陶瓷很脆，但假设用只有纳米大小的陶土粉末烧结成陶瓷制品，却有良好的韧性。更好玩的是，纳米材料的熔点会随超细粉末的直径的减小而大大降低。例如，金的熔点本是 1064，但制成 10 纳米左右的金粉末后，熔点降到 940；而5 纳米的金粉末熔点降至 830；2 纳米的金粉末熔点只有

3、 33，你说神不神？这一特点对人们大有用处。例如，很多高熔点陶瓷材料很难用一般的方法生产出用于发动机的零件，但只要事先制成纳米大小的陶土粉末，就可以在较低的温度下烧结成高温发动机的耐热零件。 1 纳米只有 1 米的 1/109，人们要问，像纳米那么微小的粉末是怎样制造出来的呢？德国的材料科学家在 90 年月初制造了一种生产金属超细粉末的方法。即在一个封闭室内放进金属，然后布满惰性气体氦，再将金属加热变成蒸气，于是金属原子在氦气中冷却成金属烟雾，并使金属烟雾粘附在一个冷却棒上，再把棒上像碳黑一样的纳米大小的粉末刮到一个容器内。假设要用这些粉末做成零件，就可以将它们模压成零件外形，通过一道烧结工序

4、，即可制成纳米材料零件。应用领域纳米材料的用处多得很。如高密度磁性记录带就是用纳米大的粉末制成的；有些药物 制成纳米颗粒，可以注射到血管内顺当进入微血管；纳米大的催化剂分散在汽油中可提高内 燃机的效率，把纳米大的铅粉末参加到固体燃料中，可使固体火箭的速度增加，这是由于越细的粉末，外表积越大，能使外表活性增加，加大了燃烧的力度。总之，纳米材料前途无量，1用途会越来越广。磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调整、光显示等。吸波材料。金属纳米粉体对电磁波有特别的吸取作用。铁、钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光-红

5、外线隐形材料和构造式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。金属和非金属的外表导电涂层处理。纳米铝、铜、镍粉体有高活化外表，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。 高效催化剂。铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反响过程中的催化剂。 导电浆料。用纳米铜粉替代贵金属粉末制备性能优越的电子浆料，可大大降低本钱。此技术可促进微电子工艺的进一步优化。 超塑延展性。纳米铜在室温下可拉长 50 多倍而不消灭裂纹。高性能磁记录材料。利用纳米铁粉的矫顽力高、饱和磁化强度大可达 1477km2/kg、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善

6、磁带和大容量软硬磁盘的性能。磁流体。用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调整、光显示等领域。吸波材料。金属纳米粉体对电磁波有特别的吸取作用。铁、 钴、氧化锌粉末及碳包金属粉末可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光-红外线隐形 材料和构造式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料。导磁浆料。利用纳米铁粉的高饱和磁化强度和高磁导率的特性，可制成导磁浆料，用于精细磁头的粘结构造等。纳米导向剂。一些纳米颗粒具有磁性，以其为载体制成导向剂，可使药物在外磁场的作用下聚拢于体内的局部，从而对病理位置进展高浓度的药物治疗，特别适于癌症、结核等有固定病灶的疾病。流体。用铁、

7、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调整、光显示等。高效催化剂。由于比外表巨大和高活性，纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反响、汽车尾气处理等。高效助燃剂。将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推动剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率 ,改善燃烧的稳定性。导电浆料。电子浆料广泛应用于微电子工业中的布线、封装、连接等，对微电子 器件的小型化起着重要作用。用镍、铜、铝纳米粉体制成的电子浆料性能优越，有利于线路进一步微细化。高性能电极材料。用纳米镍粉辅加适当工艺，能制造出具有巨大外表积的电极，可大幅度提高放电效率。活化烧结添加剂。纳米粉末由于外表积和外表原子

8、所占比例都很大，所以具有高的能量状态，在较低温度下便有强的烧结力量，是一种有效的烧结添加剂，可大幅度降低粉末冶金产品和高温陶瓷产品的烧结温度。金属和非金属的外表导电涂层处理。由于纳米铝、铜、镍有高活化外表，在无氧条件下可以在低于粉体熔点的温度实施涂层。此技术可应用于微电子器件的生产。高效催化剂。锌及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反响过程中的催化剂。1、纳米材料在重金属水处理方面的应用水资源污染现状人类对水资源的需求正在以惊人的速度扩大,同时日益严峻的水污染蚕2食了大量可供消费的水资源。全世界每天约有 200 吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪;全部流经亚洲城市

9、的河流均被污染;美国 40%的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染。2023 年底,美国科学家在为包括首都华盛顿等地区供给饮用水的波托马克河觉察惊异现象,河中一些黑鲈兼具雄性和雌性生理特征,成为双性“阴阳鱼”,而水污染就是最大元凶。过去十年,水污染中的激素成分已在不同国家导致鳄鱼、青蛙、北极熊和其他动物发生畸形变异, 给全世界敲响了警钟。我国目前也已经进入水污染密集爆发阶段,江河湖库及近海海疆普遍受到不同程度的污染,总体上呈加重趋势。不适合作饮用水源的河段已接近 40%;工业较兴旺城镇河段污染突出,城市河段中 90%的河段不适合作饮用水源;城市地下水 50%受到污染,水污染加剧了我

10、国水资源短缺的冲突,对工农业生产和人民生活造成危害。中国环境监测总站2023 年一至四月对全国地表水水质监测结果说明,长江安徽段的巢湖全湖平均为 V 类;黄河支流渭河的渭南市、淮河支流沙颍河的周口市的国控断面全部为劣 V 类。2、过渡金属系列纳米材料的应用根底争辩争辩利用型化学法合成钛、锰、铁、钴、镍、铜、锌等系列过渡金属纳米氧化物和超细非晶态合金，以型化学法合成纳米材料及其应用为目标，争辩了系列过渡金属纳米材料的制备方法、性能和应用，本成果主要包括两局部内容： 一、系列过渡金属纳米材料的型化学法合成与表征借用现代分析技术对其进展了表征，并争辩了合成机理，改善了传统化学技术制备纳米材料的过程中

11、存在粒径不均匀和易团聚的问题，取得以下主要成果： 1. 深入争辩了溶胶-凝胶技术在系列过渡金属纳米氧化物化学合成中的应用，首次合成出在功能陶瓷材料领域有宽阔应用前景的 BaTiO3 系 PTCR正温度系数热敏陶瓷纳米晶粉体，优化了工艺路线，探讨了掺杂机理和晶粒尺寸效应。该技术已在陕西安康和贵州等地投资试产。围绕该技术的源头原料合成，自制了高纯羧酸钡，并获得授权专利。该成果对纳米陶瓷粉料的研发具有重要理论价值和实际意义。 2. 争辩了超声辐射、半化学法和绿色化学合成等技术在上述系列过渡金属纳米氧化物、非晶态合金的合成中的规律和特点，获得了最正确工艺，并深入争辩了纳米氧化物的谱学特征，为纳米材料的

12、合成和应用拓宽了的视野。二、系列过渡金属纳米材料的应用探究争辩 纳米材料的实际应用是争辩该类材料的终极目的。以溶胶-凝胶一步法制备的 BaTiO3 系 PTCR 纳米晶粉体为原料制备出到达国内领先水平的低阻 PTCR 陶瓷材料，正与贵州红星进展股份合作进展后期开发。半化学法、超声辐射沉淀法、溶胶-凝胶和绿色化学合成等方法制备的钛、钴、镍和铜基纳米材料在光催化降解、分解 H2O2、油脂催化加氢、高介电材料等方面呈现了良好的应用前景，这些成果也是对根底争辩成果的验证，为纳米材料的应用供给了重要科学依据。3、用真空温压技术制备纳米金属铜块体材料纳米金属块体材料是指由纳米粒子或晶粒构成的三维固体材料,

13、与一般粗晶材料相比,其晶粒细小(100 nm),大量原子处在高度无序的晶界中,材料呈现出一种亚稳构造,导致纳米块体材料在力学、电学、光学、磁学等方面具有优于常规材料的性能。近年来 ,国内外学者也对纳米金属块体材料进展了大量的理论和试验争辩1-8。纳米金属块体材料的制备技术,是当今纳米金属材料的争辩热点。该问题的解决不仅能促进纳米金属块体材料的制备、物性和微构造等根底争辩的进展,而且还可以为三维纳米金属块材的工业化生产和应用打下根底。自 悬浮-冷压法9-11承受自悬浮-定向流法制备纳米金属粉体和压制成型工艺,制备出了相对密度为 97%的纳米金属 Cu 块体,但由于压制过程是在室温及常压下进展的,

14、样品中不行避开会含有肯定数量的吸附气体,导致样品的密度低于其理论密度。通过真空温压技术可以提高样 品的密度12-13。为此,本文作者承受自悬浮-真空温压工艺制备纳米 Cu 块体材料,使其平均晶粒尺寸把握在纳米级,考察工艺参数对纳米金属块体样品密度和显微硬度的影响。34、纳米氧化锌纳米氧化锌是一种面对 21 世纪的型高功能精细无机产品，又称为超微细氧化锌。由于颗粒尺寸的微小化，比外表积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备 的外表效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因而，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比较的特别性能和用途。【物理性质】：纳

15、米氧化锌是由极细晶粒组成的白色或微黄色超微细粉末，其粒径介于1100纳米， 具有无毒性、无味、无刺激性、非迁移性、非线性光传导、荧光性、压电性、静电屏蔽、屏蔽紫外线、反射红外线等特性。【化学性质】：纳米氧化锌在化学性能方面具有抗菌防霉、特异催化和光催化等特性。应用于橡胶制品， 硫化速度快，反响温域宽，硫化锌转化率高，用量仅为一般氧化锌的5065%。应用于抗菌 产品的开发，具有锌离子、原子氧和光催化三重抗菌功能，具有灭杀细菌、病毒的广谱性， 并且由于其海绵状多孔微构造而具有缓释长效性。5、在金属材料的应用1、 纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料 具有格外特别的磁

16、学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴构造和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。2、 纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒简洁在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进展冷加工。如 果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做外表退火处理，就可以使纳米材料成为一种 外表保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳

17、米材料的延展性的高性能陶 瓷。3、纳米传感器纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外 线以及汽车尾气都格外敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比一般的同类陶瓷传感器高得多。4、 纳米倾斜功能材料在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内外表需要耐高温，其外外表要与冷却剂接触。因此，内4外表要用陶瓷制作，外外表则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一 起。假设制作时在金属和陶瓷之间使其成分渐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我 中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜 的梯子。当用金属和陶瓷

18、纳米颗粒按其含量渐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能到达燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。5、纳米半导体材料将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有很多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至消灭负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的型太阳能电 池。由于纳米半导体粒子受光照耀时产生的电子和空穴具有较强的复原和氧化力量，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以

19、， 可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。6、纳米催化材料纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、外表的体积分数较大、外表的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、外表原子配位不全，导致外表的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的根本条件。镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反响是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反响的温 度从600 降低到室温。7、 医疗上的应用血液中红血球的大小为6 0009 000 nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活 动。假设把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体

20、各个部位，便可以检查病变和进展治疗， 其作用要比传统的打针、吃药的效果好。使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细， 并在纳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药品。纳米材料粒子 将使药物在人体内的传输更为便利，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜寻 并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过 其中的蛋白质和 DNA 诊断出各种疾病。8、纳米计算机世界上第一台电子计算 机诞生于1945年，它是由美国的大学和陆军部共同研制成功的，一共用了18 000个电子管， 总重量30 t，占地面积约170 m，可以算得上一个庞然大物了，可是，它

21、在1 s 内只能完成55000次运算。经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的进展，使计算机技术有了飞速的进展。今日的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算 机。假设承受纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种将来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍的程度又远非今日的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会 带来格外可观的效益。可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍承受纳米材料后，可以缩小成为“掌上电 脑”。参考文献1、中国高科技企业2023 年第 11 期2、中国化工信息中心国家科技成果3、国家标准纳米氧化锌4、中国科技报5、现代纳米材料6、纳米进展史7、纳米在生活领域的应用8、纳米科学技术9、材料科学技术根底6