納米復合材料與技術論文3000字
納米復合材料與技術論文3000字
納米材料技術作為一門高新科學技術，納米技術具有極大的價值和作用。下面小編給大家分享一些納米材料與技術3000字論文， 希望能對大家有所幫助！
納米材料與技術3000字論文篇一：《試談納米復合材料技術發展及前景》
[摘要]納米材料是指材料顯微結構中至少有一相的一維尺度在100nm以內的材料。納米材料由于平均粒徑微小、表面原子多、比表面積大、表面能高，因而其性質顯示出獨特的小尺寸效應、表面效應等特性，具有許多常規材料不可能具有的性能。納米材料由于其超凡的特性，引起了人們越來越廣泛的關注,不少學者認為納米材料將是21世紀最有前途的材料之一，納米技術將成為21世紀的主導技術。
[關鍵詞]高聚物納米復合材料
一、 納米材料的特性
當材料的尺寸進入納米級，材料便會出現以下奇異的物理性能：
1、尺寸效應
當超細微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導致聲、光電、磁、熱、力學等特性呈現出新的小尺寸效應。如當顆粒的粒徑降到納米級時，材料的磁性就會發生很大變化，如一般鐵的矯頑力約為80A/m，而直徑小于20nm的鐵，其矯頑力卻增加了1000倍。若將納米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力學性能，甚至還可以賦予其新性能。
2、表面效應
一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數之比將會增加，表面積也將會增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應。
納米微粒尺寸d(nm) 包含總原子表面原子所占比例(%)103×1042044×1034022.5×1028013099從表1中可以看出，隨著納米粒子粒徑的減小，表面原子所占比例急劇增加。由于表面原子數增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，很容易與其它原子結合。若將納米粒子添加到高聚物中，這些具有不飽和性質的表面原子就很容易同高聚物分子鏈段發生物理化學作用。
3、量子隧道效應
微觀粒子貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。納米粒子的磁化強度等也具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統的勢壘而產生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。它的研究對基礎研究及實際 應用，如導電、導磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。
二、高聚物/納米復合材料的技術進展
對于高聚物/納米復合材料的研究十分廣泛，按納米粒子種類的不同可把高聚物/納米復合材料分為以下幾類：
1、高聚物/粘土納米復合材料
由于層狀無機物在一定驅動力作用下能碎裂成納米尺寸的結構微區，其片層間距一般為納米級，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復合材料”。其中粘土易與有機陽離子發生交換反應，具有的親油性甚至可引入與聚合物發生反應的官能團來提高其粘結。其制備的技術有插層法和剝離法，插層法是預先對粘土片層間進行插層處理后，制成“嵌入納米復合材料”，而剝離法則是采用一些手段對粘土片層直接進行剝離，形成“層離納米復合材料”。
2、高聚物/剛性納米粒子復合材料
用剛性納米粒子對力學性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學性能的另一種可行性方法。隨著無機粒子微細化技術和粒子表面處理技術的 發展 ，特別是近年來納米級無機粒子的出現，塑料的增韌徹底沖破了以往在塑料中加入橡膠類彈性體的做法。采用納米剛性粒子填充不僅會使韌性、強度得到提高，而且其性價比也將是不能比擬的。
3、高聚物/碳納米管復合材料
碳納米管于1991年由S.Iijima 發現，其直徑比碳纖維小數千倍，其主要用途之一是作為聚合物復合材料的增強材料。
碳納米管的力學性能相當突出。現已測出碳納米管的強度實驗值為30-50GPa。盡管碳納米管的強度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時就會斷裂，而碳納米管要到約18%變形時才斷裂。碳納米管的層間剪切強度高達500MPa，比傳統碳纖維增強環氧樹脂復合材料高一個數量級。
在電性能方面，碳納米管作聚合物的填料具有獨特的優勢。加入少量碳納米管即可大幅度提高材料的導電性。與以往為提高導電性而向樹脂中加入的碳黑相比，碳納米管有高的長徑比，因此其體積含量可比球狀碳黑減少很多。同時，由于納米管的本身長度極短而且柔曲性好，填入聚合物基體時不會斷裂，因而能保持其高長徑比。愛爾蘭都柏林Trinity學院進行的研究表明，在塑料中含2%-3%的多壁碳納米管使電導率提高了14個數量級，從10-12s/m提高到了102s/m。
三、前景與展望
在高聚物/納米復合材料的研究中存在的主要問題是：高聚物與納米材料的分散缺乏專業設備，用傳統的設備往往不能使納米粒子很好的分散，同時高聚物表面處理還不夠理想。我國納米材料研究起步雖晚但 發展 很快，對于有些方面的研究 工作與國外相比還處于較先進水平。如：漆宗能等對聚合物基粘土納米復合材料的研究;黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的研究都在學術界很有影響;另外，四川大學高分子 科學 與工程國家重點實驗室發明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復合材料也是一種很有前景的手段。盡管如此，在總體水平上我國與先進國家相比尚有一定差距。但無可否認，納米材料由于獨特的性能，使其在增強聚合物 應用中有著廣泛的前景，納米材料的應用對開發研究高性能聚合物復合材料有重大意義。特別是隨著廉價納米材料不斷開發應用，粒子表面處理技術的不斷進步，納米材料增強、增韌聚合物機理的研究不斷完善，納米材料改性的聚合物將逐步向 工業 化方向發展，其應用前景會更加誘人。
參考 文獻 ：
[1] 李見主編.新型材料導論.北京：冶金工業出版社，1987.
[2]都有為.第三期工程科技 論壇 ——‘納米材料與技術’ 報告會.
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納米材料與技術3000字論文篇二：《試論納米技術在新型包裝材料中的應用》
【摘 要】作為一門高新科學技術，納米技術具有極大的價值和作用。進入20世紀90年代，納米科學得到迅速的發展，產生了納米材料學、納米化工學、納米機械學及納米生物學等，由此產生的納米技術產品也層出不窮，并開始涉及汽車行業。
【關鍵詞】納米技術 包裝材料
1 納米技術促進了汽車材料技術的發展
納米技術可應用在汽車的任何部位，包括發動機、底盤、車身、內飾、車胎、傳動系統、排氣系統等。例如，在汽車車身部分，利用納米技術可強化鋼板結構，提高車體的碰撞安全性。另外，利用納米涂料烤漆，可使車身外觀色澤更為鮮亮、更耐蝕、耐磨。內裝部分，利用納米材料良好的吸附能力、殺菌能力、除臭能力使室內空氣更加清潔、安全。在排氣系統方面，利用納米金屬做為觸媒，具有較高的轉換效果。
由于納米技術具有奇特功效，它在汽車上得到了廣泛的應用，提升汽車性能的同時延長使用壽命。
2 現代汽車上的納米材料
(1)納米面漆。汽車面漆是對汽車質量的直觀評價，它不但決定著汽車的美觀與否，而且直接影響著汽車的市場競爭力。所以汽車面漆除要求具有高裝飾性外，還要求有優良的耐久性，包括抵抗紫外線、水分、化學物質及酸雨的侵蝕和抗劃痕的性能。納米涂料可以滿足上述要求。納米顆粒分散在有機聚合物骨架中，作承受負載的填料，與骨架材料相互作用，有助于提高材料的韌性和其它機械性能。研究表明，將10%的納米級TiO2粒子完全分散于樹脂中，可提高其機械性能，尤其可使抗劃痕性能大大提高，而且外觀好，利于制造汽車面漆涂料;將改性納米CaCO3以質量分數15%加入聚氨酯清漆涂料中，可提高清漆涂料的光澤、流平性、柔韌性及涂層硬度等。
納米TiO2是一種抗紫外線輻射材料，加之其極微小顆粒的比表面積大，能在涂料干燥時很快形成網絡結構，可同時增強涂料的強度、光潔度和抗老化性;以納米高嶺土作填料，制得的聚甲基丙烯酸甲酯納米復合材料不僅透明，而且吸收紫外線，同時也可提高熱穩定性，適合于制造汽車面漆涂料。
(2)納米塑料。納米塑料可以改變傳統塑料的特性，呈現出優異的物理性能：強度高，耐熱性強，比重更小。隨著汽車應用塑料數量越來越多，納米塑料會普遍應用在汽車上。主要有阻燃塑料、增強塑料、抗紫外線老化塑料、抗菌塑料等。阻燃塑料是燃燒時，超細的納米材料顆粒能覆蓋在被燃材料表面并生成一層均勻的碳化層，起到隔熱、隔氧、抑煙和防熔滴的作用，從而起到阻燃作用。
目前汽車設計要求規定，凡通過乘客座艙的線路、管路和設備材料必須要符合阻燃標準，例如內飾和電氣部分的面板、包裹導線的膠套，包裹線束的波紋管、膠管等，使用阻燃塑料比較容易達到要求。增強塑料是在塑料中填充經表面處理的納米級無機材料蒙脫土、CaCO3、SiO2等，這些材料對聚丙烯的分子結晶有明顯的聚斂作用，可以使聚丙烯等塑料的抗拉強度、抗沖擊韌性和彈性模量上升，使塑料的物理性能得到明顯改善。
抗紫外線老化塑料是將納米級的TiO2、ZnO等無機抗紫外線粉體混煉填充到塑料基材中。這些填充粉體對紫外線具有極好的吸收能力和反射能力，因此這種塑料能夠吸收和反射紫外線，比普通塑料的抗紫外線能力提高20倍以上。據報道這類材料經過連續700小時熱光照射后，其擴張強度損失僅為10%，如果作為暴露在外的車身塑料構件材料，能有效延長其使用壽命。抗菌塑料是將無機的納米級抗菌劑利用納米技術充分地分散于塑料制品中，可將附著在塑料上的細菌殺死或抑制生長。這些納米級抗菌劑是以銀、鋅、銅等金屬離子包裹納米TiO2、CaCO3等制成，可以破壞細菌生長環境。據介紹無機納米抗菌塑料加工簡單，廣譜抗菌，24小時接觸殺菌率達90%，無副作用。
(3)納米潤滑劑。納米潤滑劑是采用納米技術改善潤滑油分子結構的純石油產品，它不會對潤滑油添加劑、穩定劑、處理劑、發動機增潤劑和減磨劑等產品產生不良作用，只是在零件金屬表面自動形成純烴類單個原子厚度的一層薄膜。由于這些微小烴類分子間的相互吸附作用，能夠完全填充金屬表面的微孔，最大可能地減小金屬與金屬間微孔的摩擦。與高級潤滑油或固定添加劑相比，其極壓可增加3倍-4倍，磨損面減小16倍。由于金屬表面得到了保護，減小了磨損，使用壽命成倍增加。
另外，由于納米粒子尺寸小，經過納米技術處理的部分材料耐磨性是黃銅的27倍、鋼鐵的7倍。目前納米陶瓷軸承已經應用在奔馳等高級轎車上，使機械轉速加快、質量減小、穩定性增強，使用壽命延長。
(4)納米汽油。納米汽油最大優點是節約能源和減少污染，目前已經開始研制。該技術是一種利用現代最新納米技術開發的汽油微乳化劑。它能對汽油品質進行改造，最大限度地促進汽油燃燒，使用時只要將微乳化劑以適當比例加入汽油便可。交通部汽車運輸節能技術檢測中心的專家經試驗后認為，汽車在使用加入該微乳化劑的汽油后，可降低其油耗10%～20%，增加動力性能25%，并使尾氣中的污染物(浮碳、碳氫化合物和氮氧化合物等)排放降低50%～80%。它還可以清除積碳，提高汽油的綜合性能。更令人注意的是，納米技術應用在燃料電池上，可以節省大量成本。因為納米材料在室溫條件下具有優異的儲氫能力。根據實驗結果，在室溫常壓下，約2/3的氫能可以從這些納米材料中得以釋放，故其能替代昂貴的超低溫液氫儲存裝置。
(5)納米橡膠。汽車中橡膠材料的應用以輪胎的用量最大。在輪胎橡膠的生產中，橡膠助劑大部分成粉體狀，如炭黑、白炭黑等補強填充劑、促進劑、防老劑等。以粉體狀物質而言，納米化是現階段橡膠的主要發展趨勢。新一代納米技術已成功運用其它納米粒子作為助劑，而不再局限于使用炭黑或白炭黑，汽車中最大的改變即是，輪胎的顏色已不再僅限于黑色，而能有多樣化的鮮艷色彩。另外無論在強度、耐磨性或抗老化等性能上，新的納米輪胎均較傳統輪胎都優異，例如輪胎側面膠的抗裂痕性能將由10萬次提高到50萬次。
(6)納米傳感器。傳感器是納米技術應用的一個重要領域，隨著納米技術的進步，造價更低、功能更強的微型傳感器將廣泛應用在社會生活的各個方面。半導體納米材料做成的各種傳感器，可靈敏地檢測溫度、濕度和大氣成分的變化，這在汽車尾氣和大氣環境保護上已得到應用。納米材料來制作汽車尾氣傳感器，可以對汽車尾氣中的污染氣體進行吸附與過濾，并對超標的尾氣排放情況進行監控與報警，從而更好地提高汽車尾氣的凈化程度，降低汽車尾氣的排放。我國納米壓力傳感器的研制已獲得成功，產品整體性能超過國外的超微傳感器，縮小了我國在這一技術領域與世界先進國家存在的差距。有專家認為，到2020年，納米傳感器將成為主流。
(7)納米電池。早在1991年被人類發現的碳納米管韌性很高，導電性極強，兼具金屬性和半導體性，強度比鋼高100倍， 密度只有鋼的1/6。我國科學家最近已經合成高質量的碳納米材料，使我國新型儲氫材料研究一舉躍入世界先進行列。此種新材料能儲存和凝聚大量的氫氣，并可做成燃料電池驅動汽車，儲氫材料的發展還會給未來的交通工具帶來新型的清潔能源。
結語
隨著材料技術的發展，納米技術已成為當今研究領域中最富有活力，對未來經濟和社會發展有著十分重要影響的研究對象。納米科技正在推動人類社會產生巨大的變革，未來汽車技術的發展，有極大部分與納米技術密切相關，納米材料和納米技術將會給汽車新能源、新材料、新零部件帶來深遠的影響。對于汽車制造商而言，納米技術的有效運用，有效地促進技術升級、提升附加價值。相信在不久的將來，納米技術必將在汽車的制造領域得到更廣泛的應用。
參考文獻
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納米材料與技術3000字論文篇三：《試談納米技術及納米材料的應用》
摘要：本文主要論述了納米材料的興起、納米材料及其性質表現、納米材料的應用示例、納米材料的前景展望，以供與大家交流。
關鍵詞：納米材料;應用;前景展望
1.納米技術引起納米材料的興起
1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼預言，人類可以用小的機器制作更小的機器，最后實現根據人類意愿逐個排列原子、制造產品，這是關于納米科技最早的夢想。80年代初，德國科學家H.V.Gleiter成功地采用惰性氣體凝聚原位加壓法制得純物質的塊狀納米材料后，納米材料的研究及其制備技術在近年來引起了世界各國的普遍重視。由于納料材料具有獨特的納米晶粒及高濃度晶界特征以及由此而產生的小尺寸量子效應和晶界效應，使其表現出一系列與普通多晶體和非晶態固體有本質差別的力學、磁、光、電、聲等性能，使得對納米材料的制備、結構、性能及其應用研究成為90年代材料科學研究的熱點。1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，并發現其質量僅為同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之為超級纖維.這一納米材料的發現標志人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。
2.納米材料及其性質表現
2.1納米材料
納米(nm)是長度單位，1納米是10-9米(十億分之一米)，對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭發絲的直徑一般為7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般為3000-5000nm，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;對于微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當于1個氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認為納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
2.2納米材料的特殊性質
納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴散途徑，導致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，并使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、化學活性增大、耐腐蝕性增強。因此納米材料所表現的力、熱、聲、光、電磁等性質，往往不同于該物質在粗晶狀態時表現出的性質。與傳統晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數、低熱導率、強軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用于高力學性能環境、光熱吸收、非線性光學、磁記錄、特殊導體、分子篩、超微復合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結助劑、潤滑劑等領域。
3.納米材料的應用示例
目前納米材料主要用于下列方面：
3.1高硬度、耐磨WC-Co納米復合材料
納米結構的WC-Co已經用作保護涂層和切削工具。這是因為納米結構的WC-Co在硬度、耐磨性和韌性等方面明顯優于普通的粗晶材料。其中，力學性能提高約一個量級，還可能進一步提高。高能球磨或者化學合成WC-Co納米合金已經工業化。化學合成包括三個主要步驟：起始溶液的制備與混和;噴霧干燥形成化學性均勻的原粉末;再經流床熱化學轉化成為納米晶WC-Co粉末。噴霧干燥和流床轉化已經用來批量生產金屬碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氫氣氛下液相燒結成塊體材料。VC或Cr3C2等碳化物相的摻雜，可以抑制燒結過程中的晶粒長大。
3.2納米結構軟磁材料
Finemet族合金已經由日本的Hitachi Special Metals，德國的Vacuumschmelze GmbH和法國的 Imply等公司推向市場，已制造銷售許多用途特殊的小型鐵芯產品。日本的 Alps Electric Co.一直在開發Nanoperm族合金，該公司與用戶合作，不斷擴展納米晶Fe-Zr-B合金的應用領域。
3.3電沉積納米晶Ni
電沉積薄膜具有典型的柱狀晶結構，但可以用脈沖電流將其破碎。精心地控制溫度、pH值和鍍池的成份，電沉積的Ni晶粒尺寸可達10nm。但它在350K時就發生反常的晶粒長大，添加溶質并使其偏析在晶界上，以使之產生溶質拖拽和Zener粒子打軋效應，可實現結構的穩定。例如，添加千分之幾的磷、流或金屬元素足以使納米結構穩定至600K。電沉積涂層脈良好的控制晶粒尺寸分布，表現為Hall-Petch強化行為、純Ni的耐蝕性好。這些性能以及可直接涂履的工藝特點，使管材的內涂覆，尤其是修復核蒸汽發電機非常方便。這種技術已經作為 EectrosleeveTM工藝商業化。在這項應用中，微合金化的涂層晶粒尺寸約為100nm，材料的拉伸強度約為鍛造Ni的兩倍，延伸率為15%。晶間開裂抗力大為改善。
3.4Al基納米復合材料
Al基納米復合材料以其超高強度(可達到1.6GPa)為人們所關注。其結構特點是在非晶基體上彌散分布著納米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和過渡族金屬(如 Fe、Ni)。通常必須用快速凝固技術(直接淬火或由初始非晶態通火)獲得納米復合結構。但這只能得到條帶或霧化粉末。納米復合材料的力學行為與晶化后的非晶合金相類似，即室溫下超常的高屈服應力和加工軟化(導致拉神狀態下的塑性不穩定性)。這類納米材料(或非晶)可以固結成塊材。例如，在略低于非晶合金的晶化溫度下溫擠。加工過程中也可以完全轉變為晶體，晶粒尺寸明顯大干部份非晶的納米復合材料。典型的Al基體的晶粒尺寸為100～200nm，鑲嵌在基體上的金屬間化合物粒子直徑約50nm。強度為0.8～1GPa，拉伸韌性得到改善。另外，這種材料具有很好的強度與模量的結合以及疲勞強度。溫擠Al基納米復合材料已經商業化，注冊為Gigas TM。霧化的粉末可以固結成棒材，并加工成小尺寸高強度部件。類似的固結材料在高溫下表現出很好的超塑性行為：在1s-1的高應變速率下，延伸率大于500%。
4.納米材料的前景趨向
經過我國材料技術人員多年對納米技術的研究探索，現在科學家已經能夠在實驗室操縱單個原子，納米技術有了飛躍式的發展。納米技術的應用研究正在半導體芯片、癌癥診斷、光學新材料和生物分子追蹤4大領域高速發展。可以預測：不久的將來納米金屬氧化物半導體場效應管、平面顯示用發光納米粒子與納米復合物、納米光子晶體將應運而生;用于集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學組裝計算機將投入應用;分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學傳感器等將被研究制造出來。
近年來還有一些引人注目的發展趨勢新動向，如：(1)納米組裝體系藍綠光的研究出現新的苗頭;(2)巨電導的發現;(3)顆粒膜巨磁電阻尚有潛力;(4)納米組裝體系設計和制造有新進展。
總之，近年來，雖然納米材料的研究已經取得了顯著進展，但許多重要問題仍有待探索和解決。
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