纳米陶瓷ppt
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纳米陶瓷
• 2.等离子化学气相沉 淀法：等离子体是物质存在
的第四种状态，由电离的导电气 体组成，经成核，生长，形成超 细粉末。其优点：反应温度高、 升降温速率快；有较高的电离度 可得多种活性成分有利反应进行； 等离子反应空间大使反应完全。
还有激光诱导气相沉积法
⑵. 液相法
• 1.化学共沉淀法：
在金属盐溶液中，加入 适当的反应沉淀剂使其 反应，然后将沉淀煅烧 形成纳米陶瓷粉。为了 避免过程中形成严重的 硬团聚，往往会在过程 中加入冷冻干燥、超临 界干燥、共沸蒸馏等技 术。此法操作简单，成 本低，但易引进杂质。
• 3.喷雾热解法： 将金属溶液以雾状喷入 高温气氛中，使其立即 蒸发和金属盐热分解， • 4.水热法： 随后因过饱和而析出固 是指在密封的压力容器中，以 相，从而得到纳米陶瓷 水作为溶剂制备材料的方法。水 粉体。一般情况下要加 热法为反应和结晶提供一个在常 入可燃剂，利用其燃烧 压条件下无法得到的特殊故物理、 热分解金属盐。喷雾法 需要高温及真空条件， 化学环境，粉体的形成经历了溶 对设备要求和操作高， 解-结晶的过程。此法优点：原 易制的粒径小，分散性 料胶便宜晶粒发育完整，分布均 好的粉体。 匀，制的粉末有较高的烧结性； 但易引入杂质。
• 2.溶胶-凝胶法：
用高纯的原料配制成金属或金 属醇盐的前躯体，再溶于溶剂 中成均匀溶液，将溶质与溶剂 产生水解或醇解反应，生成经 凝聚后成凝胶。凝胶在真空低 温干燥，得到的疏松的干凝胶 经高温煅烧即可得到纳米陶瓷 粉末。此法存在原料价格贵， 且影响多种因素影响有：pH值、 浓度、温度、反应时间、有无 催化剂等。但其得到粉末粒径 较小，粒宽分布窄。
课题：纳米陶瓷
目录
四 . 课 题 总 结
③② ① 方 法 评 价 化 学 方 法 物 理 方 法
纳米生物医用陶瓷精品PPT课件
与人骨特性相当。
➢可与眼肌组织达到很好的融合, 并可
纳米 实现同步移动； 人工眼球 ➢可以通过电脉冲刺激大脑神经, 看到
精彩世界。
3. 用于生物材料的纳米陶瓷
• 3.2 纳米陶瓷微粒用作生物材料
纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红血 球小得多, 这就为生物学研究提供了一个新的研究 途径。目前, 关于这方面的研究还处于初始阶段。
2. 纳米陶瓷
纳米陶瓷为什么能够满足生物陶瓷所需的功能？ （1）纳米微粒的尺寸很小，一般在 1nm~100nm 之
间。与常规陶瓷材料相比，纳米陶瓷中的内在气 孔或缺陷尺寸大大减小，材料不易造成穿晶断裂， 有利于提高固体材料的断裂韧性。 （2）晶粒的细化使晶界数量大大增加，有助于晶界 间滑移，使纳米陶瓷材料表现出独特的超塑性。 （3）纳米材料固有的表面效应使其表面原子存在许 多悬空键，并且有不饱和性质，具有很高的化学 活性。这一特性可以增加该材料的生物活性和成 骨诱导能力，实现植入材料在体内的早期固定。
• 纳米材料的问世，使生物陶瓷材料的生物学性能 和力学性能大大提高成为可能。
2. 纳米陶瓷
定义：
纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中, 晶 粒、晶界及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平, 包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺 寸、缺陷尺寸都是纳米级。
2. 纳米陶瓷
陶瓷材料的性能取决于其微观组织结构, 纳米 陶瓷由于晶粒的细化, 晶界数目以及扩散蠕变速 率的增加, 可使材料的强度、韧性和超塑性大为 提高, 并对材料的电学、热学、磁学、光学等性 能产生重要的影响。
生物陶瓷必须满足的生物学要求：
(1) 它是与生物机体相容的, 对生物机体组织无毒、 无刺激、无过敏反应、无致畸、致突变和致癌等 作用;
➢可与眼肌组织达到很好的融合, 并可
纳米 实现同步移动； 人工眼球 ➢可以通过电脉冲刺激大脑神经, 看到
精彩世界。
3. 用于生物材料的纳米陶瓷
• 3.2 纳米陶瓷微粒用作生物材料
纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红血 球小得多, 这就为生物学研究提供了一个新的研究 途径。目前, 关于这方面的研究还处于初始阶段。
2. 纳米陶瓷
纳米陶瓷为什么能够满足生物陶瓷所需的功能？ （1）纳米微粒的尺寸很小，一般在 1nm~100nm 之
间。与常规陶瓷材料相比，纳米陶瓷中的内在气 孔或缺陷尺寸大大减小，材料不易造成穿晶断裂， 有利于提高固体材料的断裂韧性。 （2）晶粒的细化使晶界数量大大增加，有助于晶界 间滑移，使纳米陶瓷材料表现出独特的超塑性。 （3）纳米材料固有的表面效应使其表面原子存在许 多悬空键，并且有不饱和性质，具有很高的化学 活性。这一特性可以增加该材料的生物活性和成 骨诱导能力，实现植入材料在体内的早期固定。
• 纳米材料的问世，使生物陶瓷材料的生物学性能 和力学性能大大提高成为可能。
2. 纳米陶瓷
定义：
纳米陶瓷是指在陶瓷材料的显微结构中, 晶 粒、晶界及它们之间的结合都处在纳米尺寸水平, 包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺 寸、缺陷尺寸都是纳米级。
2. 纳米陶瓷
陶瓷材料的性能取决于其微观组织结构, 纳米 陶瓷由于晶粒的细化, 晶界数目以及扩散蠕变速 率的增加, 可使材料的强度、韧性和超塑性大为 提高, 并对材料的电学、热学、磁学、光学等性 能产生重要的影响。
生物陶瓷必须满足的生物学要求：
(1) 它是与生物机体相容的, 对生物机体组织无毒、 无刺激、无过敏反应、无致畸、致突变和致癌等 作用;
纳米陶瓷
驱物，采用蒸发--凝聚工艺制备纳米级的 --Fe2O3、YxO2-y，SnO2、In2O3、ZnO和 ZnO + Bi2O3。
另外，还有气相燃烧合成技
术、超声等离子体沉积法、爆炸 法等方法。
⑵防止纳米粉体团聚的方法
然而在湿化学法中制备纳米粉体的过程 中存在的最大问题是粉末的团聚。
团聚体的存在无论对烧结过程还是对
微畴以及取向性等结构上的变化，使陶瓷
的结构行为出现突变。
(5)纳米化晶粒同样可引起材料中的内在 气孔或缺陷尺寸的减小。当这种尺寸小到一 定程度时，缺陷对材料性质产生的影响，无 论在宏观上还是微观上都将出现新的变化。
(6)晶粒纳米化的结果，
有可能使
陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在 性能上发生突变或呈现新的性能，这为陶
瓷的性能研究提供了新的内容。
(7)具有高性能或新性能的纳米陶瓷， 在应用上必将扩展到新的领域，这为材料 的应用提出了新的课题。
纳米陶瓷的提出将引起整个陶瓷研究领 域的扩展，无论从陶瓷的工艺、陶瓷学的
研究、陶瓷的性能及应用方面都将带来更
多更新的内容。
第二节 纳米陶瓷的制备
纳米陶瓷的制备在纳米材料研究中占
粉末的硬团聚体内除颗粒之间的范德华 力和库仑力外，还存在化学键作用，使颗粒 之间结合牢固。 在粉末成型过程中，硬团聚体也不易被
破坏，导致陶瓷性能变差。
硬 团 聚 的 形 成 机 理 模 型
自由水在干燥过程中被排除
进一步干燥使胶粒表面的结构水脱除
非架桥羟基转变为架桥羟基
因此要消除硬团聚应从两个方面着手：
所谓团聚体，是指微细粉料在一定的力 或键的作用下所结合成的微粒团。 团聚体根据团聚体的强度可分为软团聚
体和硬团聚体。
另外，还有气相燃烧合成技
术、超声等离子体沉积法、爆炸 法等方法。
⑵防止纳米粉体团聚的方法
然而在湿化学法中制备纳米粉体的过程 中存在的最大问题是粉末的团聚。
团聚体的存在无论对烧结过程还是对
微畴以及取向性等结构上的变化，使陶瓷
的结构行为出现突变。
(5)纳米化晶粒同样可引起材料中的内在 气孔或缺陷尺寸的减小。当这种尺寸小到一 定程度时，缺陷对材料性质产生的影响，无 论在宏观上还是微观上都将出现新的变化。
(6)晶粒纳米化的结果，
有可能使
陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在 性能上发生突变或呈现新的性能，这为陶
瓷的性能研究提供了新的内容。
(7)具有高性能或新性能的纳米陶瓷， 在应用上必将扩展到新的领域，这为材料 的应用提出了新的课题。
纳米陶瓷的提出将引起整个陶瓷研究领 域的扩展，无论从陶瓷的工艺、陶瓷学的
研究、陶瓷的性能及应用方面都将带来更
多更新的内容。
第二节 纳米陶瓷的制备
纳米陶瓷的制备在纳米材料研究中占
粉末的硬团聚体内除颗粒之间的范德华 力和库仑力外，还存在化学键作用，使颗粒 之间结合牢固。 在粉末成型过程中，硬团聚体也不易被
破坏，导致陶瓷性能变差。
硬 团 聚 的 形 成 机 理 模 型
自由水在干燥过程中被排除
进一步干燥使胶粒表面的结构水脱除
非架桥羟基转变为架桥羟基
因此要消除硬团聚应从两个方面着手：
所谓团聚体，是指微细粉料在一定的力 或键的作用下所结合成的微粒团。 团聚体根据团聚体的强度可分为软团聚
体和硬团聚体。
《纳米陶瓷》幻灯片PPT
纳米陶瓷的应用
❖ 抗菌〔杀菌〕方面 ❖ 抗菌(杀菌)陶瓷是一种保护环境的新型功能
材料，是抗菌剂、抗菌技术与陶瓷材料结合 的产物，也是材料科学与微生物学相结合的 产物。
纳米陶 瓷抗菌 餐具
纳米陶瓷的应用
❖ 压电方面
❖ 由于纳米陶瓷晶体构造上没有对称中心， 具有压电效应。通过控制纳米晶粒的生长可 获得量子限域效应，以及性能奇异的铁电体， 以提高压电热解材料机电转换和热释性能。
优点：设备较简单，粉体较纯，团聚少， 易工业化生产
3、固相法：指纳米粉体是由固相原 料制得，按其加工的工艺特点可分 为机械粉碎法和固相反响法两 类。
优点：所用设备较简单，方便操作
缺点：纯度较低，料度分布较广
素坯成型:是将粉末转变成具有一定 形状、体积和强度的坯体的过程,素 坯的相对 密度和显微构造的均匀性 对陶瓷在烧结过 程中的致密化有极 大的影响
普通陶瓷材料高出4-5倍，如在 100度下，纳米 TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普 通TiO2陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。日 本的新原皓一制备了纳米陶瓷复合材料，并测 定了其相关的力学性能，研究说明纳米陶瓷复 合材料在韧性和强度上都比原来基体单相材料 均有较大程度的改善，对 Al2O3/SiC 系统来说， 纳米复合材料的强陶度比单相氧化铝的强度提 高了3-4倍。
米
米
传
电
感
容
器
纳米陶瓷的应用
❖ 涂料工业
纳米陶瓷粉末涂料在高温环境下具有优异的隔热保
温效果，不燃烧、不脱落、耐水、防潮、无毒，对
环境没有污染。
耐
纳
高 温 透 明
米 陶 瓷 粉 末
纳
涂
米
纳米陶瓷课件
3、研究纳米粉体对环境的污染机理，做好应用过程中 的环境保护； ? 在21世纪，纳米陶瓷粉体将飞速发展，在各领域的应 用将全面展开，并将产生一批新技术、新产品；在电子、 通信等高技术领域的广泛应用，将成为经济发展的新的增 长点。让我们一起期待。
力时可产生变形而表现出一定的韧性。如室温下
的纳米 TiO2陶瓷表现出很高的韧性，压缩至原长
度的 1/4 仍不破碎。
? 3、超塑性
?
纳米陶瓷在高温下具有类似与金属的超塑性，
纳米 TiO2 陶瓷在室温下就可发生塑性形变，在
180℃下塑性形变可达100%。
? 4、烧结特性
?
纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料
纳 米 陶 瓷 灯 泡 纳米陶瓷刀具
陶瓷纳米节能灯
纳米陶瓷轴承风扇
? 1、高强度
?
纳米陶瓷材料在压制 烧结后 其强度比普通
陶瓷材料高出 4~5倍 ，如在100℃下 纳米 TiO2
陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普通 456) 陶
瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。
? 2、高韧性
?
纳米陶瓷由于其晶粒尺寸小至纳米级，在受
纳米陶瓷轴承（NCB）的风扇：耐高温，纳米级的 粒子润滑剂性能好， 寿命成倍延长。防止温度过 高而卡住轴心的现象
富士 康 全 世 界 第 一 款 纳 米 陶 瓷
7、航空领域
1、纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开 发；开发高效率、低成本的制备技术；
2、应用方面，智能化敏感陶瓷元件计算机用光纤陶瓷 材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器；
制备方法
凝聚相合成（溶胶一凝胶法）
是指在水溶液中加入有机配体与金属 离子形成配合物，通过控制PH值、反应 温度等条件让其水解、聚合，经溶胶→ 凝胶而形成一种空间骨架结构，再脱水 焙烧得到目的产物的一种方法。此法在 制备复合氧化物纳米陶瓷材料时具有很 大的优越性。凝聚相合成已被用于生产 小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米物领域 ? 3、更坚硬的切削工具 ? 4、抗菌 ? 5、高灵敏度的传感器 ? 6、汽车工业 ? 7、航空领域
力时可产生变形而表现出一定的韧性。如室温下
的纳米 TiO2陶瓷表现出很高的韧性，压缩至原长
度的 1/4 仍不破碎。
? 3、超塑性
?
纳米陶瓷在高温下具有类似与金属的超塑性，
纳米 TiO2 陶瓷在室温下就可发生塑性形变，在
180℃下塑性形变可达100%。
? 4、烧结特性
?
纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料
纳 米 陶 瓷 灯 泡 纳米陶瓷刀具
陶瓷纳米节能灯
纳米陶瓷轴承风扇
? 1、高强度
?
纳米陶瓷材料在压制 烧结后 其强度比普通
陶瓷材料高出 4~5倍 ，如在100℃下 纳米 TiO2
陶瓷的显微硬度为13000KN/mm2，而普通 456) 陶
瓷的显微硬度低于2000KN/mm2。
? 2、高韧性
?
纳米陶瓷由于其晶粒尺寸小至纳米级，在受
纳米陶瓷轴承（NCB）的风扇：耐高温，纳米级的 粒子润滑剂性能好， 寿命成倍延长。防止温度过 高而卡住轴心的现象
富士 康 全 世 界 第 一 款 纳 米 陶 瓷
7、航空领域
1、纳米陶瓷粉体新的制备方法和工艺条件的研究与开 发；开发高效率、低成本的制备技术；
2、应用方面，智能化敏感陶瓷元件计算机用光纤陶瓷 材料、计算机硬盘和高稳定性陶瓷电容器；
制备方法
凝聚相合成（溶胶一凝胶法）
是指在水溶液中加入有机配体与金属 离子形成配合物，通过控制PH值、反应 温度等条件让其水解、聚合，经溶胶→ 凝胶而形成一种空间骨架结构，再脱水 焙烧得到目的产物的一种方法。此法在 制备复合氧化物纳米陶瓷材料时具有很 大的优越性。凝聚相合成已被用于生产 小于10nm的SiO2、Al2O3和TiO2纳米物领域 ? 3、更坚硬的切削工具 ? 4、抗菌 ? 5、高灵敏度的传感器 ? 6、汽车工业 ? 7、航空领域
纳米陶瓷
纳米陶瓷前言纳米材料之所以在近几十年来受到世界各国多方面的广泛关注，其根本原因是人们在研究中发现，纳米材料存在小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及量子隧道效应等基本特性。
这些特性使得纳米材料有着传统材料无法比拟的独特性能和极大的潜在应用价值。
由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性和强度都较差，因而使其应用受到了较大的限制。
随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生。
目前，虽然纳米陶瓷还有许多关键技术需要解决，但其优良的保温和高温力学性能，使其在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等许多方面都有广泛的应用，并在许多超高温、强腐蚀等苛刻环境下起着其他材料不可替代的作用。
•利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料，也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上（1～100nm），使得材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响。
纳米陶瓷材料的结构与常规材料相比发生了很大变化，颗粒组元细小到纳米数量级，比表面积大幅度增加，可使材料的强度、韧性和超塑性等力学性能大为提高，并对材料的热学、光学、磁学、电学等性能产生重要的影响。
1、高强度纳米陶瓷材料在压制烧结后，其强度比普通陶瓷材料高出4~5倍，如在100℃下纳米TiO2陶瓷的显微硬度为13000KN/mm²，而普通陶瓷的显微硬度低于2000KN/mm²。
2、高韧性纳米陶瓷由于其晶粒尺寸小至纳米级，在受力时可产生变形而表现出一定的韧性。
如室温下的纳米TiO2陶瓷表现出很高的韧性，压缩至原长度的1/4 仍不破碎。
3、超塑性纳米陶瓷在高温下具有类似与金属的超塑性，纳米TiO2 陶瓷在室温下就可发生塑性形变，在180℃下塑性形变可达100%。
4、烧结特性纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料约低600℃，烧结过程也大大缩短。
12nm的TiO2粉体，不加任何烧结助剂，可在低于常规烧结温度400~600℃下进行烧结，同时陶瓷的致密化速率也迅速提高。
纳米陶瓷材料ppt课件
汽车工业
利用纳米陶瓷材料的耐磨、耐高温和绝缘性能，应用于汽车发动 机、刹车片和传感器等领域。
能源领域
利用纳米陶瓷材料的优异电学性能，应用于太阳能电池、燃料电 池和超级电容器等新能源领域。
加强纳米陶瓷材料的基础研究
深入研究纳米陶瓷材料的制备原理和工艺控制
探索更高效、环保的制备方法和工艺参数，为大规模生产和应用提供技术支持。
药物载体
纳米陶瓷材料可用于药物载体，通过控制药物释放速度和靶向作用，实现药物的定向输送 和治疗。
医学诊断
纳米陶瓷材料可用于医学诊断试剂的标记和分离，提高检测灵敏度和特异性，如免疫分析 、核酸检测等。
05
纳米陶瓷材料的未来展望
提高纳米陶瓷材料的性能
增强韧性
通过优化制备工艺和添加增韧剂 ，提高纳米陶瓷材料的韧性，使 其在承受冲击和压力时不易破裂 。
机械合金化法
原理
通过高能球磨将陶瓷粉末与金属粉末混合并进行 机械合金化，制备出纳米复合材料的方法。
优点
可制备出具有优异力学性能和抗氧化性能的纳米 复合材料，且工艺简单、成本低。
缺点
球磨过程中容易引入杂质和缺陷，影响材料的性 能。
04
纳米陶瓷材料的应用实例
在航空航天领域的应用
高强度与轻量化
纳米陶瓷材料具有高强度和轻量化的特点，适用于航空航 天器的结构部件，如发动机部件和机身材料，可有效减轻 整体重量，提高飞行性能。
耐高温性能
纳米陶瓷材料具有出色的耐高温性能，能够在高温环境下 保持稳定的物理和化学性质，适用于航空发动机的耐高温 部件。
抗氧化和抗腐蚀性能
纳米陶瓷材料具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能，能够抵抗 极端环境下的氧化和腐蚀作用，提高航空航天器的使用寿 命。
利用纳米陶瓷材料的耐磨、耐高温和绝缘性能，应用于汽车发动 机、刹车片和传感器等领域。
能源领域
利用纳米陶瓷材料的优异电学性能，应用于太阳能电池、燃料电 池和超级电容器等新能源领域。
加强纳米陶瓷材料的基础研究
深入研究纳米陶瓷材料的制备原理和工艺控制
探索更高效、环保的制备方法和工艺参数，为大规模生产和应用提供技术支持。
药物载体
纳米陶瓷材料可用于药物载体，通过控制药物释放速度和靶向作用，实现药物的定向输送 和治疗。
医学诊断
纳米陶瓷材料可用于医学诊断试剂的标记和分离，提高检测灵敏度和特异性，如免疫分析 、核酸检测等。
05
纳米陶瓷材料的未来展望
提高纳米陶瓷材料的性能
增强韧性
通过优化制备工艺和添加增韧剂 ，提高纳米陶瓷材料的韧性，使 其在承受冲击和压力时不易破裂 。
机械合金化法
原理
通过高能球磨将陶瓷粉末与金属粉末混合并进行 机械合金化，制备出纳米复合材料的方法。
优点
可制备出具有优异力学性能和抗氧化性能的纳米 复合材料，且工艺简单、成本低。
缺点
球磨过程中容易引入杂质和缺陷，影响材料的性 能。
04
纳米陶瓷材料的应用实例
在航空航天领域的应用
高强度与轻量化
纳米陶瓷材料具有高强度和轻量化的特点，适用于航空航 天器的结构部件，如发动机部件和机身材料，可有效减轻 整体重量，提高飞行性能。
耐高温性能
纳米陶瓷材料具有出色的耐高温性能，能够在高温环境下 保持稳定的物理和化学性质，适用于航空发动机的耐高温 部件。
抗氧化和抗腐蚀性能
纳米陶瓷材料具有优异的抗氧化和抗腐蚀性能，能够抵抗 极端环境下的氧化和腐蚀作用，提高航空航天器的使用寿 命。
功能无机材料课件 纳米陶瓷
纳米陶瓷的应用：
1、应用于提高陶瓷材料的机械强度
短片
结构陶瓷是以强度、刚度、韧性、耐磨性、 硬度、疲劳强度等力学性能为特征的材料。
用纳米陶瓷粉体制备的陶瓷材料能有效减 少材料表面的缺陷，获得形态均一和平滑的表 面，能增强界面活性，提高材料单晶的强度， 还能有效降低应力集中，减少磨损,特别是可以 有效提高陶瓷材料的韧性。
2、应用于提高陶瓷材料的超塑性
只有陶瓷粉体的粒度小到一定程度才能在陶 瓷材料中产生超塑性行为， 原因：晶粒的纳米化有助于晶粒间产生相对 滑移,使材料具有塑性行为。
3、应用于制备电子(功能)陶瓷
纳米陶瓷粉体广泛地用于制备电子陶瓷。 原因：在于陶瓷粉体晶粒的纳米化会造成晶界 数量的大大增加，当陶瓷中的晶粒尺寸减小一个 数量级,则晶粒的表面积及晶界的体积亦以相应的 倍数增加
纳 米 陶 瓷 的 定 义
纳米陶瓷是指显微结构中，晶粒、晶界 以及它们之间的结合都处于纳米尺寸水平 的陶瓷材料。包括晶粒尺寸、晶界宽度、 第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都是纳 米级。 由于纳米陶瓷的晶粒细化，晶界数量大幅 度增加，可使材料的韧性和塑性大为提高， 并对材料的电学、热学、磁学、光学等性 能产生重要的影响，甚至出现许多特殊的 物理与化学性质。 。
这些都确认了纳米陶瓷材料存在着拉伸超塑性。
4、扩散与烧结特性 纳米陶瓷材料的烧结温度比传统陶瓷材料约低600℃， 烧结过程也大大缩短。 例如：12 nm的TiO2粉体，不加任何烧结助剂，可以 在低于常规烧结温度 400-600℃下进行烧结，同时陶瓷的 致密化速率也迅速提高。 合理控制烧结的条件，可获得晶粒分布均匀的纳米陶 瓷块体。 原因：纳米陶瓷材料存在大量界面，这些界面为原子提供 了短的扩散途径。不仅使烧结时间缩短，也使得烧结温度 下降。
纳米陶瓷
二、表面效应 纳米微粒尺寸小，表面积大，位于表面的原子 占相当大的比例。随着粒径减小，表面积急剧变大， 引起表面原子数迅速增加，粒子活性随之增加。 三、量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到最低时，费米能级附近的电 子能级发生了由准连续变为离散能级的现象，即能 级发生分裂。
上述三个效应是纳米微粒与纳米固体的基本特 性。它使纳米微粒和纳米固体呈现出许多奇异的物 理、化学性质，出现了一些“反常现象”。 如：金属为导体，但纳米金属微粒在低温下呈 现绝缘性；当粒径为十几纳米时，氮化硅组成纳米 陶瓷时电阻变小；化学惰性的金属铂制成的纳米微 粒后即成为活性很高的催化剂。
稀土氧化物巨磁阻材料是指在外加磁场下，材料 电阻极大下降的一类稀土锰氧化物。 Jin等人利用脉冲激光沉积结合热处理在LaAlO3单 晶基体上制得La-Ca-Mn-O单晶薄膜，其磁阻比为 100 000%。
R R0 RH 磁阻比定义： CMR R R H H
R0为零外加磁场下的电阻，RH为外加磁场下的电 阻。
碳 纳 米 管 显 微 结 构
碳 纳 米 管 立 体 结 构 想 像 图
1.导电性
CNT导电性的显著特点是其不确定性。虽 然石墨是电的良导体，但CNT导电性会随着其 结构改变而改变，它可能是半导体，也可能是 导体，甚至可能是超导体。 2.场致发射特性 场致发射电流密度的值越大，表明材料场 致发射能力越强，如果将其制成显示器或发光 器件，其亮度就越大。场致发射电流密度越稳 定，表明其发射性能的稳定性和可靠性越好。 而CNT及其阵列——薄膜的场致发射特性正好 具有上述特点。其电流密度高达1A/cm2，相比 之下金属Mo微尖的电流密度在1×10-3 A/cm2左 右，整整低了3个数量级。
纳米陶瓷的成形
纳米陶瓷成形过程中，为了提高坯体密度，通常有 以下几种方法。 干法成形： （1） 连续加压成形。第一次加压导致软团聚体的破 碎。第二次加压导致颗粒的重排，使颗粒之间很好的 接触。 （2） 脉冲电磁力成形。 （3） 超高压成形。
第二讲纳米材料及其应用PPT课件
宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的光泽，表明它们对可
见光范围各种颜色（波长）的反射和吸收能力不同， 而当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都 呈黑色，它们对可见光的反射率极低，例如铂金纳 米粒子的反射率为l%，金纳米粒子的反射率小于 10％。这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子 变黑。
纳米氮化硅、SiC及A12O3粉对红外有一个宽频 带强吸收谱。这是由于纳米粒子大的比表面导致了 平均配位数下降，不饱和键和悬键增多。
例：
• 常规 A12O3 烧结温度在2073—2l73K，在一定条 件下纳米A12O3 ，可在1423K至1773K烧结，致密 度可达99．7％。 • 常规Si3N4烧结温度高于2272K，纳米氮化硅烧 结温度降低673-773K。
• 纳米TiO2在773K时加热，呈现出明显的致密 化，而晶粒仅有微小的增加，致使纳米微粒 TiO2在比大晶粒样品低873K的温度下烧结就能 达到类似的硬度。
I
2434NV2 nn1122
n22 n22
I0
乳光强度与入射光的波长的四次方成反比。
故入射光的波长愈短，散射愈强。例如照射在溶
胶上的是白光，则其中蓝光与紫光的散射较强。
故白光照射溶胶时，侧面的散射光呈现淡蓝色，
而透射光呈现橙红色。
光学性能
纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物理 的特征量相差不多，例如，当纳米粒子的粒径与 超导相干波长、玻尔半径以及电子的德布罗意波 长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显著。与 此同时，大的比表面使处于表面态的原子、电子 与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有很大的 差别，这种表面效应和量子尺寸效应对纳米微粒 的光学特性有很大的影响。甚至使纳米微粒具有 同样材质的宏观大块物体不具备的新的光学特性。 主要表现为以下几方面。
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纳米粉体的制备方法及其对比
优点 缺点
气相法
纯度高、团聚较少、 设备昂贵，产量较低 烧结性较好 ，不易普及 设备简单、无需高真 暂无 空等苛刻的物理条件 、易放大、纯净、团 聚小，容易实现工业 化生产
液相法
固相法
设备简单、操作方便 纯度不高、粒度分布 较大
从表中可以看出，液相法优势明显
纳米陶瓷的制作流程
从纳米粉制成块状纳米陶瓷材料，就是通过某种工艺 过程，除去孔隙，以形成致密的块材，而在致密化的 过程中，又保持了纳米晶的特性。
纳米陶瓷粉体的制备
成型
烧结
成型方法
纳米陶瓷的应用及 前景
下一代电脑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ片
纳米陶瓷由于具有超高纯度，良好的导热性和长久的 抗干扰性，可以使微处理器集成化更高，运行速度更 快。
消除环境污染
纳米材料具有特别大的晶界表面，其物理，化学，机械性能特别活跃， 因此可以用作有毒
气体如一氧化碳，
氮氧化物的催化剂， 用于汽车或能源装 置中，可以消除污染
医用植入体
纳米氧化锆陶瓷坚硬、耐磨、耐腐蚀且具有生物相容 性有溶胶-凝胶法制成的陶瓷具有多孔、承载能力强 等特点，代替传统医用植入体中的材料，可以提高使 用效果。
纳米材料是指晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶 体，是介于宏观和微观之间的一种介观体系。
纳米数量级的介观粒子具有的独特性质，主要包括 表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧 道效应、KUBO效应等。
纳米陶瓷，是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒尺寸、 晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸都在 纳米尺(1—100nm)度上。纳米陶瓷复合材料通过 有效的分散、复合而使异质纳米颗粒均匀弥散地保 留于陶瓷基质结构中，这大大改善了陶瓷材料的强 度、韧性、耐磨性、超塑性和高温力学性能，克服 了工程陶瓷的许多不足，并对材料的力学、电学、 热学、磁学和光学等性能产生重要影响，它被认为 是陶瓷研究发展的第三个台阶，因此纳米陶瓷被认 为是解决陶瓷脆性的战略途径。
良好的保温材料
通过溶胶-凝胶法制成的陶瓷具有
多孔，且特别的轻，能承受自重 100倍以上的力，它可以广泛用于 隔热，承载节能又环保。
更坚硬的切割工具
采用高科技精密加工制造而成，具有金属刀具 所无法比拟的优点，具有高密度、无孔隙、无磁性、 高硬度、耐腐蚀性强、化学稳定性好、高耐磨性等 特点，使用时不粘污，易于清洁且抑菌，刃口锋利 无比，是真正意义上的永不磨损、永不腐蚀的“贵 族刀”。
所具有的性能：高强度、高韧性（一般比普通陶瓷 高出3～5倍。）、致密性、超塑性、烧结特性（纳 米陶瓷烧结温度约比传统晶粒陶瓷低600℃，不需 任何添加剂，就能很好地完成烧结过程，达到高致 密化，形成高密度、细晶粒的材料。）、磁学性能 （磁化过程由晶粒的磁各向异性和晶粒间的磁相互 作用所决定。晶粒的磁各向异性与颗粒的形状、晶 体结构内应力以及晶粒表面的原子状况有关。）
要做纳米陶瓷，首先必须制备纳米陶瓷粉体， 而要真正得到纳米陶瓷，并且达到人们所期望 的性能，就必须对纳米陶瓷粉体有一些必要的 要求。首先必须保证陶瓷粉体到达纳米级别； 其次要求纳米粉体纯度高及表面的清洁度高、 尺寸分布狭窄、几何形状归一(接近球形)、晶相 稳定；另外一个重要的要求就是无团聚或团聚 低。