纳米材料是从什么时候开始发展的?

作者&投稿:微希 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
纳米材料与纳米技术的现状、应用、发展趋势及存在问题是什么?~


21世纪是一个科学技术飞速发展的时代,人类却面临着许多资源(如:海洋资源、森林资源、水资源等)的挑战。然而,纳米材料的出现也是人类对能源现状的挑战。纳米材料是尺度在1-100nm的微小颗粒组成的体系,它由于具有独特的性能而倍受关注。本文综述了近几年来纳米材料的研究进展,着重从纳米材料的制备、微观结构、力学性能等的研究现状作了一个概述,并简述了纳米材料的应用及面临的问题。纳米材料将成为新世纪信息时代的核心。
纳米材料的应用
  由于纳米材料有着许多优越的性能,所以它具有广泛的应用前景。例如:大块硅是不发光的,当它体积缩小到纳米尺度时,它会发光。采用纳米硅材料制成的高效电子元件,其功效可以超过普通单晶硅的几十倍。钢是一种多晶体物质,如果把它的单个晶体压缩小到纳米规模或者更小时,它的硬度就会大幅度提高。碳纳米材料诞生于1991年,是目前研究较多的纳米材料之一。由于石墨原子层卷曲成碳纳米管(直径一般为几纳米到几十纳米,壁厚仅几纳米),其韧性极高,强度比钢铁高100倍,比重才是钢的1/6,它还具有非常好的储氢性能。
  纳米复合材料能改善聚合物的性能。美国一些公司现正利用这一原理研究开发热塑性树脂纳米复合材料。通用汽车公司和蒙特尔公司联合研究小组已利用纳米复合材料试制成功汽车的车身后侧板件和车门板件,并已将这种材料投入性能鉴定试验。
  在军事方面,利用纳米材料可以改善和提高某些武器表面的性能。有些纳米材料可使某些武器装备表面有灵敏的"感觉"。例如利用纳米材料制成的潜艇蒙皮可灵敏的"感觉"水流、水波、水压、水温等极微小的变化,并及时反馈到中央计算机以调整潜艇的运动状态、侦察和躲避敌方鱼雷。利用纳米材料制造的军用机器人的"皮肤"有比真人皮肤还灵敏的"感觉",能更好的完成各类军事任务。纳米固体材料在较宽频谱范围内,对电磁波又有很强的均匀吸收性能。仅几十纳米厚的纳米薄膜与比它厚1000倍的现有吸收材料具有相同的吸收效果。因此采用纳米薄膜吸波材料将会使隐形武器的实战能力大为提高。
  彩电与家电一般都是黑色的,被称为黑色家电,因为材料中加入碳黑进行静电屏蔽。而利用纳米技术人们已研究出可静电屏蔽的纳米涂料,通过控制涂料颜色,黑色家电将变成彩色家电。轮胎通常也是黑色的,但利用纳米材料生产的轮胎不仅色彩鲜艳,性能也大大提高;轮胎侧面胶的抗折性能由10万次提高到50万次。
  一系列研究成果表明:随着纳米材料的深入研究和不断扩大应用,将会对整个世界的面貌带来相当大的改观;因此,纳米材料被誉为21世纪最有前途的材料。

纳米材料,也叫做超微粒材料。它是一种小而又小,难以想像的细小粒子或粉末,所以称为超微粒子或超微粉末。

通常,把1毫米分割为1000份,每1份就叫做1微米;再把1微米分割为1000份,每1份就是1纳米。超微粒子就是指直径大小为纳米的固体颗粒,“纳米材料”的名字也便由此而来。

这样细小的颗粒,相当于袅袅轻烟中飘浮的炭黑颗粒。实际上,我国的古墨就是用天然的超微粒子——烟制成的,从而开创了纳米材料的先河。

现代的纳米材料是从20世纪80年代发展起来的,而且它的出世是和一位科学家在旅游中产生的大胆设想连在一起的。

那是1980年的一天,一位叫格莱特的德国物理学家到澳大利亚去旅游。当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时,眼前的景象使他突发奇想,将茫茫的大漠和材料中的晶粒联系起来。他是从事晶体材料研究的,知道晶体中的晶粒大小对材料性能有极大的影响,晶粒越小材料的强度就越高。于是他就想,如果组成材料的晶粒细小到只有几分纳米那么小,材料会是个什么样子呢?或许会发生“天翻地覆”的变化呢?!在异国他乡旅行中冒出这个想法使他兴奋不已。回国后,他立即开始试验和研究。经过近4年的努力,终于在1984年得到了只有几个纳米大的超细粉末。在研究中他发现,任何金属和有机、无机材料都可以制成纳米大小的粉末。更有趣的是,材料一旦变成纳米大小的粉末,无论是金属还是陶瓷从颜色上看都是黑的(由于超微粒子吸光能力强所致),其性能还真的发生了“天翻地覆”的变化。

格莱特研制超微粒子成功的消息传开后,德国和美国都有一大批科学家着了迷似地研究起纳米材料来。例如,美国著名的阿贡国家实验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料,其硬度比普通粗晶粒金属的硬度要高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,但用只有纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品,却有良好的韧性。更使人感兴趣的是,纳米材料的熔点随超微粒子的直径减小而大大降低。比如,金的熔点是1064℃,但制成10纳米左右的金粉末后,熔点降到940℃;而5纳米大小的金粉末熔点降至830℃;2纳米金粉末的熔点只有33℃。这一特点对研制新材料大有用处。例如,许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,但只要事先将陶瓷制成纳米大小的粉末,就可以在较低的温度下烧结成发动机的耐热零件。

用一般机械粉碎法很难获得超微粒子。通常采用熔融金属雾化法和气体沉积法来制取超微粒子。雾化法凝结力强,产量高,但颗粒不太均匀;气体沉积法能获得清洁的超微粒子,而且颗粒大小易于控制。

80年代末,日本研制成一种冲击式超微粉碎机,能制造直径1微米以下的超微粉末。德国科学家于90年代初发明了一种生产金属超微粒子的新方法,是在一个封闭室内放进金属,然后充满惰性气体氦,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;如果要用这些粉末制作零件,就可将它们模压成零件形状,通过烧结即可制成纳米材料零件。

这种奇特的超微粒子神通广大,应用面广。例如,将金属铝和镍的超微粒子掺到火箭的固体燃料中,就可使燃烧效率提高100倍左右。美国和俄罗斯的火箭中已普遍使用了这种办法。将超微粒子均匀地涂到磁带、录像带和磁记录器上,能使记录磁信息的能力大大增强。有些新药物制成纳米颗粒,注射到血管内可顺利进入微血管,大大提高了药物疗效。

目前,对纳米材料的研究已在世界范围内形成热潮,有许多研究小组开发出制造超微粒子的新方法,其中包括用化学或物理手段从原子或分子原始粒子合成纳米材料。一般来说,最好用原子或分子这样的原始粒子来制造纳米材料,因为这样可对材料的结构和性能进行最有效的控制。一场纳米材料革命已经开始。在不久的将来,人们将用更聪明和更有效的方法在原子、分子级控制物质,创造出更适合需要的性能优异的新材料。




米和千米是什么意思
“米”的定义起源于法国。1米的长度最初定义为通过巴黎的子午线上从地球赤道到北极点的距离的千万分之一,并与随后确定了国际米原器。随着人们对度量衡学的认识加深,米的长度的定义几经修改。定义:1983年起,米的长度被定义为“光在真空中于1\/299,792,458秒内行进的距离”。二、发展历程:(一)、...

什么东西长度大约是1米?
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(1\/3)急!!!语文作文!!关于材料作文。 作文的材料是 大师跟一个年轻人...
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大米生产线从原材料到大米要多久?
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原米材料是什么意思?
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玉米什么时候引进中国
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生活用品哪些是汭米材料
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