当前课程知识点：工程材料 > 第7章功能材料及新材料 > 7.3纳米材料 > 纳米材料
下面我们学习第七章第五节
纳米材料
第一部分纳米材料及其特性
所谓纳米材料是指其颗粒尺寸
或晶粒尺寸为纳米级的超细材料
其晶粒尺寸和颗粒尺寸
一般为1到100纳米
1纳米为10的负9次方米
在这种情况下
它的界面原子
或者晶界原子所占的比例极大
纳米材料它有以下
两个重要的特征
第一个是晶粒或者颗粒
为纳米尺度
第二个是高浓度的晶界或者表面
有这样一些特征
导致纳米材料它的力学性能
磁学性能 介电性能
超导性能 光学性能
热力学性能等等
会发生显著的变化
二 纳米材料的特性
一 小尺寸效应
当纳米材料的尺寸
与光的波长
德布罗意波长
以及超导态的相干长度
等物理特征尺寸相当
或者说更小的时候
晶体的周期性的边界条件被破坏
非晶态纳米颗粒表面层
附近的原子密度减小
从而出现光 磁 电 热 力
等特殊的性能
二 量子尺寸效应
对于金属的纳米材料
金属费米能级附近的电子能级
会由准连续态变为离散态
对于半导体纳米材料
它的能隙宽度会展宽
这样一些效应被称为
量子尺寸效应
三 宏观量子隧道效应
所谓隧道效应是指微观粒子
具有贯穿势垒的能力
宏观量子隧道效应是指
一些宏观量
如微粒子的磁化强度
量子相干器件中的磁通量
电荷等它的隧道效应
表面效应
纳米粒子的表面原子数
与总的原子数的比值
会随着尺寸的变小
而急剧的增大
由于纳米粒子表面原子数量增多
表面原子的配位数不足
和高的表面能
会使这些原子与其他的原子
相结合而稳定下来
因此会使它具有很高的化学活性
因而具有特异的催化
和光催化的性质
同时还会使材料具有
强度显著提高
熔点降低等特性
因此纳米材料具有特殊的
声 光 电 磁 热力学等性能
下面我们学习这一节的第二部分
碳纳米材料
一 富勒烯又称碳60
我们看这样一个球
像个足球一样
它是由20个六边形和
12个五边形构成
每个碳原子有三个键
碳原子进行碱金属掺杂后
会具有导电性 超导性
和高温超导性
碳60是唯一不含金属原子的
磁性物质
可以制成有机的磁性材料
碳60具有很宽的应用前景
例如可望制成量子效应器件
可以在内部包收金属
或放射性原子
成为微型放射源
可以进入病毒的蛋白质结构
阻碍病毒的复制
甚至可以用于艾滋病
等疾病的治疗
二 碳纳米管
碳纳米管实际上是
石墨层卷曲成的无缝管
根据石墨层的数量
可以有单壁的碳纳米管
双壁的碳纳米管
和多壁的碳纳米管
也就是说石墨层的数量为多层时
就是多壁的碳纳米管
多壁碳纳米管可以看作
由单壁碳纳米管套装组成
管壁层片间距为0.34纳米
稍大于石墨层片间距
1 碳纳米管的性能
它的杨氏模量很大
可以达到1T帕
抗拉强度可以达63G帕
是超高强度合金钢的几十倍
碳纳米管的密度仅为
每立方厘米1.33至1.4克
是铝的密度的一半
是非常理想的高强材料
碳纳米管还具有超导电性
2 碳纳米管的应用前景
它可以应用于制备
高性能的复合材料
可以应用于制成低功耗
高亮度的场发射光源
像素管和平面显示器等器件
在超导领域也有良好的应用前景
下面我们学习这一节的
第三部分纳米陶瓷材料
它的特征是在较低的温度下
烧结就能达到致密化
其烧结温度比工程陶瓷
低400至600度
低温烧结即能获得好的力学性能
纳米陶瓷材料具有
大大优于普通陶瓷材料的硬度
断裂韧性和低温的延展性
它的高温硬度 强度
都有较大的提高
我们下面介绍几种典型的
纳米陶瓷材料
一 氮化硅碳化硅纳米颗粒
晶须增强陶瓷
氮化硅 碳化硅纳米颗粒
晶须分布在陶瓷材料内
它能够增强晶界
能够提高材料的力学性能
使易脆的陶瓷
变成有韧性的材料
二 氧化锆纳米陶瓷材料
有粒径为300纳米左右的氧化锆
加入三氧化二钇稳定剂
就可以出现超塑性现象
再加入20%的三氧化二铝
制成的陶瓷材料的压缩塑性
可达500%
三 纳米二氧化钛陶瓷
它可以用做外墙的陶瓷材料
它具有自洁净和防雾的功能
二氧化钛是良好的光催化材料
它通过光催化可以获得一些
杀菌的功能
下面我们学习本节的第四部分
纳米复合材料
主要有纳米微粒
与纳米微粒的复合材料
纳米微粒与常规块体复合材料
纳米复合薄膜材料
纳米复合涂层材料
具有高强度 高韧性
高硬度的特点
在材料表面防护和表面改性上
有广泛的应用前景
我们下面介绍几种典型的
纳米复合材料
一 钼硅二/碳化硅
复合纳米涂层
经500度一小时热处理
涂层硬度可以达到20.8G帕
比碳钢提高了几十倍
还具有良好的抗氧化性
和耐高温性能
二 高分子基纳米复合材料
纳米晶的铁铜粉
和环氧树脂进行混合
可以制成具有极高硬度的
类金刚石的刀片
三 树脂基纳米氧化物复合材料
它具有优于常规树脂基
碳黑复合材料的静电屏蔽性能
可以根据氧化物的类型
来改变颜色
在电器外壳涂层方面
具有广阔的应用前景
四 纳米氧化钛粉体复合材料
它具有良好的紫外吸收特性
还可以制成防晒伤膏等化妆品
好 下面我们对第七章
进行一下小结
在这一章我们介绍了
以下几部分内容
一 功能材料
是指具有特殊物理性能
或功能性能的材料
在生产和生活中具有重要的应用
我们主要介绍了电功能材料中的
超导材料
磁功能材料中的信息磁材料
热功能材料中的形状记忆材料
光功能材料中的固体激光器材料
光纤材料
以及新材料 纳米材料
在纳米材料中
我们介绍了碳纳米材料
纳米陶瓷材料 纳米复合材料
好 同学们这一章就学习到这里
同学们再见
-0.1中华民族对材料发展的重大贡献
-0.2材料的结合键
-0.3工程材料的分类
-习题--作业
-1.1金属材料的结构与组织
-第1章材料的结构与性能特点--1.1金属材料的结构与组织
-1.2金属材料的性能特点
-第1章材料的结构与性能特点--1.2金属材料的性能特点
-2.1纯金属的结晶
-2.1纯金属的结晶--作业
-2.2合金的结晶1
-2.2合金的结晶1--作业
-2.2合金的结晶2
-2.2合金的结晶2--作业
-2.3金属的塑性加工
-2.3金属的塑性加工--作业
-2.4钢的热处理
--钢的热处理（1）
--钢的热处理（2）
--钢的热处理（3）
--钢的热处理（4）
--钢的热处理（5）
--钢的热处理（6）
--钢的热处理（7）
-第2章金属材料组织和性能的控制--2.4钢的热处理
-2.5钢的合金化
--钢的合金化（1）
--钢的合金化（2）
--钢的合金化（3）
--钢的合金化（4）
-2.5钢的合金化--作业
-2.6表面技术
--表面技术（1）
--表面技术（2）
--表面技术（3）
--表面技术（4）
-2.6表面技术--作业
-3.1碳钢
--碳钢
-3.1碳钢--作业
-3.2合金钢
--合金钢（1）
--合金钢（2）
--合金钢（3）
--合金钢（4）
--合金钢（5）
--合金钢（6）
--合金钢（7）
-第3章金属材料--3.2合金钢
-3.3铸钢与铸铁
--铸钢与铸铁（1）
--铸钢与铸铁（2）
--铸钢与铸铁（3）
-第3章金属材料--3.3铸钢与铸铁
-3.4有色金属及其合金
-第3章金属材料--3.4有色金属及其合金
-4.1工程塑料
--工程塑料（1）
--工程塑料（2）
-4.2合成纤维
--合成纤维
-4.3合成橡胶
--合成橡胶
-习题--作业
-5.1普通陶瓷
--普通陶瓷（1）
--普通陶瓷（2）
-5.2特种陶瓷
--特种陶瓷
-习题--作业
-6.1复合材料的复合原则
-6.2复合材料的性能特点
-6.3非金属基复合材料
--非金属基复合材料
-6.4金属基复合材料
--金属基复合材料
-第6章复合材料--习题
-7.1电功能与磁功能材料
-7.2热功能与光功能材料
-7.3纳米材料
--纳米材料
-第7章功能材料及新材料--习题
-8.1机械零件的失效
-8.2机械零件失效分析
--机械零件失效分析
-8.3机械零件选材原则
--机械零件选材原则
-第8章零件失效分析与选材原则--习题
-9.1齿轮选材
--齿轮选材
-9.2轴类零件选材
--轴类零件选材
-9.3弹簧选材
--弹簧选材
-9.4刃具选材
--刃具选材
-第9章典型工件的选材及工艺路线设计--习题
-10.1汽车用材
--汽车用材
-10.2热能设备用材
--热能设备用材
-10.3航空航天器用材
-第10章工程材料的应用--习题
-全课总结
--全课总结
-期末考试--试卷
