铝纳米晶的正电子湮没研究论文

纳米材料技术作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。下面我给大家分享一些纳米材料与技术3000字论文， 希望能对大家有所帮助！纳米材料与技术3000字论文篇一：《试谈纳米复合材料技术发展及前景》 [摘要]纳米材料是指材料显微结构中至少有一相的一维尺度在100nm以内的材料。纳米材料由于平均粒径微小、表面原子多、比表面积大、表面能高，因而其性质显示出独特的小尺寸效应、表面效应等特性，具有许多常规材料不可能具有的性能。纳米材料由于其超凡的特性，引起了人们越来越广泛的关注,不少学者认为纳米材料将是21世纪最有前途的材料之一，纳米技术将成为21世纪的主导技术。 [关键词]高聚物纳米复合材料 一、 纳米材料的特性 当材料的尺寸进入纳米级，材料便会出现以下奇异的物理性能： 1、尺寸效应 当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。 2、表面效应 一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。 纳米微粒尺寸d(nm) 包含总原子表面原子所占比例(%)103×1042044××1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与 其它 原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。 3、量子隧道效应 微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际 应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。 二、高聚物/纳米复合材料的技术进展 对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类： 1、高聚物/粘土纳米复合材料 由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。 2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料 用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性 方法 。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的 发展 ，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。 3、高聚物/碳纳米管复合材料 碳纳米管于1991年由 发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。 碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30-50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。 在电性能方面，碳纳米管作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此其体积含量可比球状碳黑减少很多。同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林Trinity学院进行的研究表明，在塑料中含2%-3%的多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。 三、前景与展望 在高聚物/纳米复合材料的研究中存在的主要问题是：高聚物与纳米材料的分散缺乏专业设备，用传统的设备往往不能使纳米粒子很好的分散，同时高聚物表面处理还不够理想。我国纳米材料研究起步虽晚但 发展 很快，对于有些方面的研究 工作与国外相比还处于较先进水平。如：漆宗能等对聚合物基粘土纳米复合材料的研究;黄锐等利用刚性粒子对聚合物改性的研究都在学术界很有影响;另外，四川大学高分子 科学 与工程国家重点实验室发明的磨盘法、超声波法制备聚合物基纳米复合材料也是一种很有前景的手段。尽管如此，在总体水平上我国与先进国家相比尚有一定差距。但无可否认，纳米材料由于独特的性能，使其在增强聚合物 应用中有着广泛的前景，纳米材料的应用对开发研究高性能聚合物复合材料有重大意义。特别是随着廉价纳米材料不断开发应用，粒子表面处理技术的不断进步，纳米材料增强、增韧聚合物机理的研究不断完善，纳米材料改性的聚合物将逐步向 工业 化方向发展，其应用前景会更加诱人。 参考 文献 ： [1] 李见主编.新型材料导论.北京：冶金工业出版社，1987. [2]都有为.第三期工程科技 论坛 ——‘纳米材料与技术’ 报告 会. [3]rohlich J，Kautz H，Thomann R[J].Polymer，2004，45(7)：2155-2164. 纳米材料与技术3000字论文篇二：《试论纳米技术在新型包装材料中的应用》 【摘 要】作为一门高新科学技术，纳米技术具有极大的价值和作用。进入20世纪90年代，纳米科学得到迅速的发展，产生了纳米材料学、纳米化工学、纳米机械学及纳米生物学等，由此产生的纳米技术产品也层出不穷，并开始涉及汽车行业。 【关键词】纳米技术 包装材料 1 纳米技术促进了汽车材料技术的发展 纳米技术可应用在汽车的任何部位，包括发动机、底盘、车身、内饰、车胎、传动系统、排气系统等。例如，在汽车车身部分，利用纳米技术可强化钢板结构，提高车体的碰撞安全性。另外，利用纳米涂料烤漆，可使车身外观色泽更为鲜亮、更耐蚀、耐磨。内装部分，利用纳米材料良好的吸附能力、杀菌能力、除臭能力使室内空气更加清洁、安全。在排气系统方面，利用纳米金属做为触媒，具有较高的转换效果。 由于纳米技术具有奇特功效，它在汽车上得到了广泛的应用，提升汽车性能的同时延长使用寿命。 2 现代汽车上的纳米材料 (1)纳米面漆。汽车面漆是对汽车质量的直观评价，它不但决定着汽车的美观与否，而且直接影响着汽车的市场竞争力。所以汽车面漆除要求具有高装饰性外，还要求有优良的耐久性，包括抵抗紫外线、水分、化学物质及酸雨的侵蚀和抗划痕的性能。纳米涂料可以满足上述要求。纳米颗粒分散在有机聚合物骨架中，作承受负载的填料，与骨架材料相互作用，有助于提高材料的韧性和其它机械性能。研究表明，将10%的纳米级TiO2粒子完全分散于树脂中，可提高其机械性能，尤其可使抗划痕性能大大提高，而且外观好，利于制造汽车面漆涂料;将改性纳米CaCO3以质量分数15%加入聚氨酯清漆涂料中，可提高清漆涂料的光泽、流平性、柔韧性及涂层硬度等。 纳米TiO2是一种抗紫外线辐射材料，加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，可同时增强涂料的强度、光洁度和抗老化性;以纳米高岭土作填料，制得的聚甲基丙烯酸甲酯纳米复合材料不仅透明，而且吸收紫外线，同时也可提高热稳定性，适合于制造汽车面漆涂料。 (2)纳米塑料。纳米塑料可以改变传统塑料的特性，呈现出优异的物理性能：强度高，耐热性强，比重更小。随着汽车应用塑料数量越来越多，纳米塑料会普遍应用在汽车上。主要有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃烧时，超细的纳米材料颗粒能覆盖在被燃材料表面并生成一层均匀的碳化层，起到隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的作用，从而起到阻燃作用。 目前汽车设计要求规定，凡通过乘客座舱的线路、管路和设备材料必须要符合阻燃标准，例如内饰和电气部分的面板、包裹导线的胶套，包裹线束的波纹管、胶管等，使用阻燃塑料比较容易达到要求。增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等，这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉强度、抗冲击韧性和弹性模量上升，使塑料的物理性能得到明显改善。 抗紫外线老化塑料是将纳米级的TiO2、ZnO等无机抗紫外线粉体混炼填充到塑料基材中。这些填充粉体对紫外线具有极好的吸收能力和反射能力，因此这种塑料能够吸收和反射紫外线，比普通塑料的抗紫外线能力提高20倍以上。据报道这类材料经过连续700小时热光照射后，其扩张强度损失仅为10%，如果作为暴露在外的车身塑料构件材料，能有效延长其使用寿命。抗菌塑料是将无机的纳米级抗菌剂利用纳米技术充分地分散于塑料制品中，可将附着在塑料上的细菌杀死或抑制生长。这些纳米级抗菌剂是以银、锌、铜等金属离子包裹纳米TiO2、CaCO3等制成，可以破坏细菌生长环境。据介绍无机纳米抗菌塑料加工简单，广谱抗菌，24小时接触杀菌率达90%，无副作用。 (3)纳米润滑剂。纳米润滑剂是采用纳米技术改善润滑油分子结构的纯石油产品，它不会对润滑油添加剂、稳定剂、处理剂、发动机增润剂和减磨剂等产品产生不良作用，只是在零件金属表面自动形成纯烃类单个原子厚度的一层薄膜。由于这些微小烃类分子间的相互吸附作用，能够完全填充金属表面的微孔，最大可能地减小金属与金属间微孔的摩擦。与高级润滑油或固定添加剂相比，其极压可增加3倍-4倍，磨损面减小16倍。由于金属表面得到了保护，减小了磨损，使用寿命成倍增加。 另外，由于纳米粒子尺寸小，经过纳米技术处理的部分材料耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍。目前纳米陶瓷轴承已经应用在奔驰等高级轿车上，使机械转速加快、质量减小、稳定性增强，使用寿命延长。 (4)纳米汽油。纳米汽油最大优点是节约能源和减少污染，目前已经开始研制。该技术是一种利用现代最新纳米技术开发的汽油微乳化剂。它能对汽油品质进行改造，最大限度地促进汽油燃烧，使用时只要将微乳化剂以适当比例加入汽油便可。交通部汽车运输节能技术检测中心的专家经试验后认为，汽车在使用加入该微乳化剂的汽油后，可降低其油耗10%～20%，增加动力性能25%，并使尾气中的污染物(浮碳、碳氢化合物和氮氧化合物等)排放降低50%～80%。它还可以清除积碳，提高汽油的综合性能。更令人注意的是，纳米技术应用在燃料电池上，可以节省大量成本。因为纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力。根据实验结果，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，故其能替代昂贵的超低温液氢储存装置。 (5)纳米橡胶。汽车中橡胶材料的应用以轮胎的用量最大。在轮胎橡胶的生产中，橡胶助剂大部分成粉体状，如炭黑、白炭黑等补强填充剂、促进剂、防老剂等。以粉体状物质而言，纳米化是现阶段橡胶的主要发展趋势。新一代纳米技术已成功运用其它纳米粒子作为助剂，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，汽车中最大的改变即是，轮胎的颜色已不再仅限于黑色，而能有多样化的鲜艳色彩。另外无论在强度、耐磨性或抗老化等性能上，新的纳米轮胎均较传统轮胎都优异，例如轮胎侧面胶的抗裂痕性能将由10万次提高到50万次。 (6)纳米传感器。传感器是纳米技术应用的一个重要领域，随着纳米技术的进步，造价更低、功能更强的微型传感器将广泛应用在社会生活的各个方面。半导体纳米材料做成的各种传感器，可灵敏地检测温度、湿度和大气成分的变化，这在汽车尾气和大气环境保护上已得到应用。纳米材料来制作汽车尾气传感器，可以对汽车尾气中的污染气体进行吸附与过滤，并对超标的尾气排放情况进行监控与报警，从而更好地提高汽车尾气的净化程度，降低汽车尾气的排放。我国纳米压力传感器的研制已获得成功，产品整体性能超过国外的超微传感器，缩小了我国在这一技术领域与世界先进国家存在的差距。有专家认为，到2020年，纳米传感器将成为主流。 (7)纳米电池。早在1991年被人类发现的碳纳米管韧性很高，导电性极强，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍， 密度只有钢的1/6。我国科学家最近已经合成高质量的碳纳米材料，使我国新型储氢材料研究一举跃入世界先进行列。此种新材料能储存和凝聚大量的氢气，并可做成燃料电池驱动汽车，储氢材料的发展还会给未来的交通工具带来新型的清洁能源。 结语 随着材料技术的发展，纳米技术已成为当今研究领域中最富有活力，对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象。纳米科技正在推动人类社会产生巨大的变革，未来汽车技术的发展，有极大部分与纳米技术密切相关，纳米材料和纳米技术将会给汽车新能源、新材料、新零部件带来深远的影响。对于汽车制造商而言，纳米技术的有效运用，有效地促进技术升级、提升附加价值。相信在不久的将来，纳米技术必将在汽车的制造领域得到更广泛的应用。 参考文献 [1]肖永清.纳米技术在汽车上的应用[J].轻型汽车技术，. [2]潘钰娴，樊琳.纳米材料的研究和应用[J].苏州大学学报(工科版)，2002. [3]周李承，蒋易，周宜开，任恕，聂棱.光纤纳米生物传感器的现状及发展[J].传感器技术，2002，(1)：18～21 纳米材料与技术3000字论文篇三：《试谈纳米技术及纳米材料的应用》 摘要：本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望，以供与大家交流。 关键词：纳米材料;应用;前景展望 1.纳米技术引起纳米材料的兴起 1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初，德国科学家成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的 热点 。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。 2.纳米材料及其性质表现 纳米材料 纳米(nm)是长度单位，1纳米是10-9米(十亿分之一米)，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级;对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。 纳米材料的特殊性质 纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并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。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。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、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。 3.纳米材料的应用示例 目前纳米材料主要用于下列方面： 高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料 纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和;喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末;再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。 纳米结构软磁材料 Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals，德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。 电沉积纳米晶Ni 电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。 基纳米复合材料 Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500%。 4.纳米材料的前景趋向 经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生;用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用;分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。 近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向，如：(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头;(2)巨电导的发现;(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力;(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。

21世纪新产品诞生的源 一、神奇的介观世界 直到80年代，科学家们才惊奇地发现，在宏观与微观之间的纳米体系（介观）中，许多我们认为理所应当的性质都完全变了模样：在介观状态时，金属银竟会失去了典型金属特征；纳米二氧化硅比典型的粗晶二氧化硅的电阻下降了几个数量级；常态下电阻较小的金属到了纳米级电阻会增大，电阻温度系数下降甚至出现负数；原是绝缘体的氧化物到了纳米级，电阻却反而下降；10-25nm的铁磁金属微粒，其矫顽力比相同的宏观材料大1000倍，而当颗粒尺寸小于10nm，矫顽力变为零，表现为超顺磁性。 进一步的研究证实，由于纳米材料尺寸小，电子被局限在一个体积十分微小的纳米空间，电子运输受到限制，电子平均自由程短，电子的局域性和相干性增强。尺度下降使纳米体系包含的原子数大大降低，宏观固定的准连续能带消失了，而表现为分裂的能级，量子尺寸效应十分显著，这便使纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常规材料不同，出现许多新奇特性。 随着物质粒径的减小，比表面积大大增加。粒径5nm的颗粒，表面占50％，粒径2nm时，表面的体积百分数增加到80％。庞大的比表面，键态严重失配，出现许多活性中心，使纳米材料具有极强的吸附能力。这使得纳米粒子对于无论是促使物质腐败的氧原子、氧自由基，还是产生其他异味的烷烃类分子等，均具有极强的抓俘能力，使其具有防腐抗菌功能；还使纳米材料具有作为催化剂的基本条件。 二、巨大的应用价值 早在1959年，美国物理学家理查得范曼大胆地提出了一个设想：“如果有一天可以按照人的意志安排-个个原子的话，将会产生怎样的奇迹？”终于，在1989年，美国IBM公司的科学家实现了用单个原子排列写出IBM的商标，日本科学家用单个原子排列了汉字“原子”的字型。到了这时候，科学家们的热情也由最初的探索纳米颗粒制备方法和其不同于常规材料的特殊性能，转向了如何利用它的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料、设计纳米组装体系和纳米结构材料，并应用到各个领域中去。 让我们看看在轻工领域纳米材料的应用吧。 把金属的纳米颗粒放人常规的陶瓷中，可大大改善材料的力学性质；纳米Si203和SiO2粒子放入橡胶中可提高橡胶的介电性和耐磨性；放入金属或合金中可以使晶粒细化，大大改善力学性质；既不影响透明度又提高了高温冲击韧性；美国成功地把纳米粒子用于磁制冷上；纳米氧化铝的悬浮液被用于高级光学玻璃、石英晶体及各种宝石的抛光；纳米微粒加入油墨中可改善油墨的流动性，美国已出现了纳米微粒生产颜料的专利。 目前，由于需要树脂加碳黑来进行静电屏蔽，一般彩电等家用电器只能是黑色，被称为是黑色家电。日本松下公司已研制成功具有良好静电屏蔽作用的纳米涂料，可以通过控制纳米微粒的种类来控制涂料的颜色。 金属纳米微粒为解决化纤制品静电问题提供了一条新途径。日本和德国已开发出了相应的产品。在化纤制品和纺织品中添加纳米微粒还有除味杀菌作用，把银纳米微粒加人到袜子中去，可以清除脚臭味；医用纱布中放人纳米Ag粒子有消毒杀菌作用。 三、产品创新的好思路 具有如此广泛应用价值的纳米技术得到各国的一致肯定，纷纷投人巨资进行开发。人们普遍认为，纳米技术将是21世纪新产品诞生的源泉，纳米技术会引起新一轮的产业革命，必将推动生产力的发展，改善人类生活环境。 对传统材料的制造，如在陶瓷、塑料、玻璃等制造中运用纳米技术，通过变化其添加量使其性能根据需要进行不同程度的改善，并得到合理的性能／价格比，是纳米技术应用领域的一个重要方面。英国制定了一个很庞大的纳米材料发展计划，重点制备纳米氧化铝+纳米氧化锆，纳米氧化铝+纳米氧化硅，纳米氧化铝+纳米氮化硅等新型纳米复合陶瓷。美国、日本也投入了相当大的力量在将纳米材料添加到电子陶瓷研究方面。我国在1995年就开始了纳米添加到传统材料中改进功能的研究工作，有的已获得中试研究成果，总体研究水平处于国际前列。 让许多企业更感兴趣的是，通过纳米技术对传统产品改性并不见得非常昂贵，往往价格只是略有上升，但性能却要好得多。这意味着这样的产品更具有市场竞争力。 上述信息对于我国许多苦于无好项目、无好产品的企业来说，无疑是一大好消息。据了解，已有不少企业发现了这个很有市场前景的发展空间，正积极采取行动。更有一些敏感的企业已将一些成熟产品推向了市场：不少国产的无菌冰箱上用了纳米材料制成的抗菌塑料；深圳一家公司推出了包括了无菌餐具、无菌扑克牌在内的一系列纳米材料制作的产品；合肥纳米保健食品公司生产的纳米硒产品已通过鉴定......。 不难预见，纳米技术将会被越来越多的企业所接受，引起新一轮产品创新革命。受到各国关注的新科技 日本在1974年底最早将"纳米这个尺度术语用到技术上,但是，以“纳米”命名的材料则出现在80年代，它作为一种材料的定义，把纳米颗粒限制在1一lOOnm范围。 事实上，人们对这一尺度范围纳米微粒在60年代初期由日本科学家首先在实验室制备成功，60年代的稍晚些时候德国科学家也在实验室获得纳米微粒。直到80年代，人们才意识到，其实在自然界早就有纳米微粒存在。科学家们发现，由几千个原子组成的纳米微粒，不同于宏观大分子，也不同于单个的原子和分子，它具有许多新的特性，是人类从未探索过的非宏观非微观的萨尔兰大学的格莱特教授以及美国阿贡实验室的席格尔相继以纳米微粒作为结构单元成功地合成了纳米块体材料。令人振奋的是，他们得到的纳米氟化钙离子晶体和纳米二氧化钛陶瓷材料在室温下表现出了良好的韧性甚至在1800C经受弯曲时而不产生裂纹。这一突破性的进展，使那些为陶瓷增韧奋斗了近一个世纪的材料科学家看到了希望。英国著名材料科学家卡恩在《自然》杂志上撰文说：纳米陶瓷是陶瓷脆性的战略途径。1989年有文献又提出了纳米结构材料的新概念，它包括零维、二维和三维材料。在这个时期，国际上把1一lOOnm的技术加工的公差作为纳米技术的标准。1990年在美国巴尔的摩召开的第一届纳米科技会议上统一了概念，正式提出纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学和纳米机械学的概念，并决定出版纳米结构材料、纳米生物学和纳米技术的正式刊物。从此，这些术语广泛应用在国际学术会议、研讨会和协议书中,人类对于这种介于原子、分子和宏观物质之间的纳米技术研究成为国际科技的一大热点。 从那时起，纳米技术的发展引起世界国际组织的极大关注，其中，欧盟委员会在1995年的一项研究报告中预测：国际纳米技术市场价值10年内将达到400亿英镑(约900亿美元)。纳米技术也受到世界各国的重视，特别是美国、日本、德国和英国等发达国家和地区，都不惜巨资进行研究开发。以谋求在国际竞争中处于主导地位。我国1997年评选的十大新闻中, “我国科学家成功地用纳米材料制成了计算机元件”就占了其中的一条。 纳米技术也引起我国政府科学界及社会各界的重视和关注。80年代末,我国政府把纳米技术列入国家“攀登计划”和国家“重大攻关项目”，并委托科学院等一些科研机构、大专院校通过召开纳米技术专门会议，制定计划、部署方案、调拨资金等大规模进行纳米技术研制工作。我国从90年代初开始申请纳米材料的专利，90年代中期形成了高潮。目前有关纳米材料的专利有几十个，大部分都集中在研究所和大学。1997年以来，我国纳米材料的应用出现可喜势头，大的集团公司已经开始介入纳米材料和纳米技术的开发。据不完全统计，全国已有7条纳米材料的生产线已经投入或正在开发之中。目前，纳米材料还被列入S-863计划范围，纳米材料在研究和应用领域里的开发正蓬勃展开。纳米二氧化钛在有机物废水处理中的应用 随着我国工业的飞速发展，环境污染问题日益突出，一些洗涤剂厂、食品厂、化工厂、造纸厂的有机物废水排放受到环境保护法规的制约，面临严峻考验。 目前国内常用的有机物废水处理技术难以达到有效的治理：物理吸附法、混凝法等非破坏性的处理技术，只是将有机物从液相转移到固相，如何解决二次污染问题，使吸附剂、混凝剂再生是一难题。而化学、生化等处理技术虽是破坏性的，但除净度低，废水中的有机物的含量仍远远高于国家废水的排放标准。 与上述方法相比，纳米二氧化钛光催化降解有机物水处理技术具有明显的优势?无二次污染，除净度高。它的制造成功无疑为该项目的研究注人了生机。此纳米材料具有以下优点：具有巨大的比表面积，因而具有与废水中有机物更充分的接触，可将有机物最大限度地吸附在它的表面； 具有更强的紫外光吸收能力，因而具有更强的光催化降解能力，可快速将吸附在其表面的有机物分解掉。 采用这种表面活性很强的纳米二氧化钛作为光催化剂，可望利用更经济的太阳辐射源来替代紫外汞灯电源。该技术以其特有的广泛的适用性、较强的降解效率，日益引起各国环境科学和材料科学工作者的日益关注。 据报道，日本石产业公司与一家大型工厂率先开发利用二氧化钛的光催化作用建立了一个新型的废水处理系统，用于降低废水中的COD和BOD。国内浙江农大等单位利用二氧化钛的光催化活性降解久效磷农药废水。中科院一研究所采用纳米二氧化钛粉末，利用太阳光进行光催化降解苯酚水溶液和十二烷基苯磺酸纳水溶液的实验获得成功，在多云——阴天的条件下，光照12小时，浓度为／1的苯酚已降解为零，浓度为lmmol／1的十二烷基苯磺酸钠也基本降解。初步表明，这是一项极有前途的实用性水处理技术。纳米陶瓷极具市场潜力 陶瓷业是我国一个比较古老的行业。近年来，世界上一些国家陶瓷产品的需求大幅度增加，国际陶瓷市场一片兴旺。目前，国际陶瓷市场需求最大的建筑陶瓷年贸易额达50亿美元，并以每年12％一15％的速度增长。但我国无论是信息功能陶瓷、基片及厚膜材料这类高科技陶瓷还是建筑卫生陶瓷和日用陶瓷都还停留在较低的发展水平上，远不能满足日益发展的市场需要。专家指出，将纳米材料应用到陶瓷工艺中去，生产纳米复合或纳米改性的高技术陶瓷，将使这一现状得到改变。 信息功能陶瓷。1995年全世界信息功能陶瓷材料及其制品的销售额约210亿美元，预计每年的增长率为15％一20％。我国的传统电子陶瓷材料相当落后，无法参与国际竞争。目前，高性能的电子陶瓷材料一个重要的发展趋势是：用纳米粉体作为原材料生产诸如陶瓷电容器、压电陶瓷、高性能PTC陶瓷和铁氧体等电子产品以及导电、绝缘浆料。 基片及厚膜材料。厚膜电路是电子元件集成的重要基础，其中基片和集成电路封装材料质量的提高是当前国内厚膜电路待解决的问题之一。氧化铝基片主要用于厚膜电路和家用电器，前者是我国电子产品的主要出口创汇产品，年耗用基片10万平方米。国内基片经多次烧结，变形大、易热解、基板材料的热稳定性不好，出口厚膜电路多采用日本（京都陶瓷厂）的产品。纳米氧化铝的添加不仅可以改善基片的烧结性能，而且可以大幅度地提高氧化铝基板材料的热稳定性。国内已有研究机构研究证实，上述方法可以将热稳定性提高2-3倍，平整度提高倍，而每片基板材料的成本仅提高元人民币。 近十年来，我国陶瓷墙地砖就产量而言，已成为世界大国。但不少功能特性的品种、高档墙地砖的彩色釉料须进口；卫生陶瓷无论是结构、功能，还是造型、色调、釉面质量等方面的差距更大，高档卫生陶瓷仍大量采用进口货。纳米添加对墙地砖釉料的改性，纳米复合功能建筑卫生陶瓷的开发，将使功能性建筑卫生陶瓷得到发展，例如荧光墙地砖、氧敏变色和具有保洁、抗菌功能特性的墙地砖。产品形成系列应用前景看好 浙江舟山走产学研结合的道路，在与中国科学院固体物理研究所合作设计制造出国内第一条具有自主知识产权的纳米硅基氧化物百吨生产线后，又相继开发出纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化铈、纳米氧化钇等新产品，现已形成纳米粉体材料、功能复合材料、亚微米复合材料等三大系列、十多个品种、30多种型号的产品格局，并在橡胶、塑料、玻璃钢、涂料、陶瓷、黏结剂行业开始应用，相关企业利用纳米材料诸多奇异的理化性能使这些行业的传统产品得到改性，有的行业已取得传统产品升级换代的显著成效。 在橡胶行业，通常都是加人碳黑来提高制品的强度、耐磨性和抗老化性，但制品均为黑色。因一直找不到合适的材料替代碳黑作为补强剂和抗老化剂，所以过去研究出来的彩色橡胶制品的强度、抗老化性能都较差。纳米材料的问世使这一问题迎刃而解。金鼎新材料产业化中心的专家们只用了半年时间就开发出填补国内市场空白的纳米改性彩色氯化聚乙烯防水卷材，引起海内外专家、学者的关注。西北橡胶总厂应用纳米材料开发出新一代高性能彩色胶管。这些新型彩色橡胶制品的主料是丁苯橡胶、天然橡胶等，但产品的各项性能指标均有大幅度地提高，尤其是抗老化性能可达到并超过三元乙丙橡胶制品，使用寿命长达30年以上，且色彩艳丽，保色效果优异。 浙江明日公司与江苏扬州颜料有限公司合作，利用纳米材料的光学性能成功地合成出高性能纳米系列复合颜料。这种颜料色彩艳丽，保色持久，且极易分散，实际使用效果超过国外同类产品。 普通塑料产量大、应用广、价格低，但性能逊于工程塑料，而工程塑料虽性能优越，但价格较高，限制了大范围应用。浙江绍兴铁道器件厂更是大胆出新，用纳米材料对普通塑料聚丙烯进行改性，达到工程塑料尼龙6的性能指标，而成本却降低了1／3，产品供不应求，为企业创造了可观的经济效益。 我国是涂料生产和消费大国，但传统涂料普遍存在悬浮稳定性和触变性差、不耐老化、光洁度不高等缺陷。浙江淳安雄峰涂料厂和江苏宜兴鑫乐化工厂添加纳米材料改性，生产出的新涂料一改传统产品的不足，经实际使用效果优异，现已投放市场。 将纳米粉体添加到陶瓷中制成的纳米陶瓷制品，其硬度、耐磨性、韧性、抗冷热疲劳等性能均可得到明显提高。章丘福利刚玉厂、济南圣泉集团公司等企业研制出纳米复合陶瓷过滤网、刚玉球等新一代产品，各项性能指标已超过可以代表国际最先进水平的德国同类产品。 此外，在密封胶、粘结剂、化妆品、抛光浆料以及医学、冶金等诸多行业中，也已有人着手纳米材料的应用研究，相信在不久的将来，应用纳米材料的产品将不断问世，纳米材料对传统产品的改造、产业结构的调整将起到不可估量的作用。

（一）力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。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。 （二）磁学性质 当代计算机硬盘系统的磁记录密度超过，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到。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3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的三极管放大特性，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。 （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。例如Cr-Cr2O3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。

硅铝合金是用量最大的硅合金。硅铝合金是一种强复合脱氧剂，在炼钢过程中代替纯铝可提高脱氧剂利用率，并可净化钢液，提高钢材质量。硅铝合金密度小，热膨胀系数低，铸造性能和抗磨性能好，用其铸造的合金铸件具有很高的抗击冲击能力和很好的高压致密性，可大大提高使用寿命，常用其生产航天飞行器和汽车零部件。