1、納米材料的性能及應用展望1引言納米材料是指納米粉末，或用納米粉末經過一系列制備工藝而得到的薄膜材料或塊體材料，由于納米材料的晶粒尺寸，晶界尺寸，缺陷尺寸均處在100nm及其以下，且晶界數量大幅度增加，使得材料的強度，韌性和超塑性大為提高。對于材料的電學，磁學,光學等性能產生重要的影響。本文根據大量資料，對納米材料所具有的一些獨特性能進行綜述，對其應用及前景進行了介紹和展望。2納米材料的性能21納米材料的力學性能大量研究表明，納米陶瓷材料具有超塑性性能，所謂超塑性是指材料在一定的應變速率下產生較大的拉伸應變。納米TiO2陶瓷在室溫下就能發生塑性形變，在180c下塑性變形可達100%。若試樣中存在

2、微裂紋，在180c下進行彎曲時，也不發生裂紋擴展4。摻雜Y203的四方氧化錯多晶體納米陶瓷材料（YTZP）當晶粒尺寸為150nm時，材料可在1250c下呈現超塑性。且起始應變速率達到3X10-2S-1,壓縮應變量達380%5。對晶粒尺寸為350nm的3Y-TZD陶瓷進行循環拉伸試驗，發現在室溫下就已出現形變現象。另外納米ZnO陶瓷也具有超塑性性能。納米Si3N4陶瓷在1300c下。即可產生200%以上的形變。關于納米陶瓷產生超塑性的原因，一般認為是擴散蠕變引起晶界滑移所致。擴散蠕變速率與擴散系數成正比，與晶粒尺寸的三次方成反比，當納米粒子尺寸減小時，擴散系數非常高，從而造成擴散蠕變異常高。因此

3、，在較低溫度下，因材料具有很高的擴散蠕變速率，當受到外力后能迅速做出反應，造成晶界方向的平移，從而表現出超塑性：塑性的提高也使其韌性大為提高。納米陶瓷的硬度和強度也明顯高于普通材料。在100c下，納米TiO2陶瓷的顯微硬度為1300kgf/mm2,而普通TiO2陶瓷的顯微硬度低于200kgf/mm26。在陶瓷基體中引入納米分散相進行復合，對材料的斷裂強度，斷裂韌性會有大幅度的提高，還能提高材料的硬度，彈性模量，抗熱震性以及耐高溫性能。又例如納米S1C彌散到S13N4基體中形成的納米復合材料，其韌性常數KiC為4.57.5MPam1/2，斷裂強度（rS為8501400MPa,最高工作溫度可達12

4、00-1500Co另據報道7,用燒結技術制成的碳纖維增強S1C/Sialon納米復合陶瓷材料與碳纖維增強S1a1on微米復合材料相比，其強度和韌性也得到較大改善，性能對比見表1。表1碳纖維增強SiC/Sialon納米復合陶瓷與碳纖維增強Sial加微米復合材料性能對比性能納米復合材料微米復合材料強度/MPa705314韌性;MP'23.59.822納米材料的其它性能納米材料由于晶粒尺寸的減小，對磁學性能，電學性能等也產生一些影響。研究表明：Fe,Co,N1超微粉的矯頑Hc隨平均粒徑的減小而增大，當這三種金屬粉末的平均粒徑分別達到14nm,14nm和18nm時，Hc達到最大。上述粒徑分別相

5、當于Fe,Co,Ni的單磁疇的臨界尺寸。某些納米材料與一般固體材料的飽和磁化強度、磁化率、超導臨界溫度也不同（見表2）。表2納米材料與一般材料性質比較材料杰別性質納米材料幗體材料%飽和戚化強度4©x3A葭130222肺磁化率（4K）+201A1超臨界溫度,K3.21,23納米材料的應用及展望納米材料的實際應用還不多，但由于它具有獨特的性能，可以預料其應用前景應是非常廣闊的。31高韌、高強納米結構陶瓷材料陶瓷具有很高的硬度，耐磨性，耐熱性和耐腐蝕性能，但致命弱點是脆性。改善脆性，增加韌性一直是材料科學工作者關注的焦點。用納米碳化物，氮化物，氧化物彌散到陶瓷基體中去，可以顯著改善陶瓷的韌

6、性。用納米復合陶瓷來制備發動機的部件，可以省去冷卻系統，從而可以大大提高發動機的熱效率。32高性能磁性材料以納米級磁性粉末作為磁記錄材料，研究表明，記錄密度和矯頑力高，可以達到很高的信噪比和穩定性。用以制造視頻磁帶，計算機磁帶和磁盤，其性能和工作壽命高于現在使用的a一Fe203廣品。美國Xerox公司采用含磺酸鹽的離子交換樹脂與Fe2+和Fe3+交換，再加入濃NaOH，產生Fe（OH）2再加入H202和腫，變為210的m的VFe203,將其分散到聚合物基體中，得到在磁場中顯示磁性，且室溫磁性為FeBO3或FeF2十倍多的材料。在彩色圖象，計算機磁性主記憶，磁性流體與磁性致冷方面均有廣泛的應用。

7、33電磁波吸收材料納米級的默基鐵粉，饃粉，和鐵氧體粉末具有電磁波吸收能力。用該種納米粉配制的涂料涂到飛機、導彈、軍艦等武器裝備上，使該裝備具有隱身性能。納米級超細粉末不僅能吸收雷達波，也能吸收可見光和紅外線，用該種粉末配制成隱身材料不僅能在很寬的頻帶范圍內逃避雷達的偵察，而且能起到紅外隱身作用。34做催化劑由于納米顆粒表面是一層既無長程序，又無短程序的非晶層，表面上的原子周圍缺少相鄰原子,有許多懸空鍵，因而具有極大的活性，催化效率相當高8。用納米1102從硫化氫中除去硫的量比用傳統T1O2的除硫量增加近5倍,該現象有助于將來發展用于環境保護的廢氣轉換器。用納米T1O2可使有機磷殺蟲藥水在陽光的照射下半小時內全部分解；利用納米饃粉作為火箭固體燃料反應觸媒，可使燃燒效率提高近100倍;用納米鉗黑作催化劑可以使乙稀氫化反應從600c降至室溫。35納米級微粒傳感器納米級微粒傳感器是利用了表面與外界環境，如溫度，光，氣體，水分子之間的相互作用，當外界環境發生改變時，迅速引起表面或界