纳米陶瓷概述

纳米陶瓷
概述
• 纳米陶瓷的定义 • 纳米陶瓷的发展
纳米陶瓷定义
• 纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中，晶 粒、晶界以及它们之间的结合都处于纳米 尺寸水平。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。
• ④探索纳米材料不同于常规材料的特殊性 能。
• 第二阶段(1990—1994年)，人们关注的热点 是如何利用纳米材料奇特的物理、化学和 力学性能，设计纳米复合材科。
• 第三阶段(1994年到现在)，纳米组装体系、 人工组装合成的纳米结构的材料体系越来 越受到人们的关注。纳米陶瓷是纳米材料 的重要组成部分，纳米陶瓷的发展基本上 和与纳米材料同步进行的。
量子效应
介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒， 将大块材料中连续的能带分裂成分立的能 级，能级问的间距随颗粒尺寸减小而增大。 当热能、电场能或磁能比平均的能级间距 还小时。就会呈现一系列与宏观物体截然 不同的反常性，即量子效应。
幻数结构
粒径小于2nm的纳米粒子往往被称为原子簇。 当原子簇含有某些原子数目时，显得特别 稳定，这个特别数目称为幻数。原子簇的 幻数与相应粒子的对称性、相互作用势有 关。
• 纳米陶瓷粉体是介于固体与分子之间的具有纳 米尺寸（0.1-lOOnm)的亚稳态中间物质。随着 粉体的超细化，其表面电子结构和晶体结构发 生变化，产生了块状材料所不具有的特殊的效 应： • 1具有极小的粒径、大的比表面积和高的化学 性能。可以降低材料的烧结致密化程度，节约 能源。 • 2.使材料的组成结构致密化、均匀化，改善陶 瓷材料的性能，提高其使用可靠性。
纳米陶瓷的发展
• 自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来， 80年代中期在实验室合成了纳米块体材料。 纳米材料已有近30多年的发展历史，其发 展历程，大致可以分为以下三个阶段：
• 第一阶段(1990年以前)，主要是指实验室的 工作研究，具体包括： • ①探索用各种手段制备各种各样的纳米粉 末； • ②合成块体(包括薄膜)纳米材料； • ③研究评估表征的方法；
• 3.可以从纳米材料的结构层次(0.1-100nm)上 控制材料的成分和结构，有利于充分发挥 陶瓷材料的潜在性能。而使定向设计纳米 材料的组织结构和性能成为可能。
• 纳米粉体又是制造纳米陶瓷的必须原料， 具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应、 介电限域效应等各种效应，所以纳米粉体 表Leabharlann Baidu出强吸光能力、高活性、高催化性、 高选择性、高扩散性、高磁化率和矫顽力 等奇特理化性能。
尺寸效应
• 颗粒尺寸变小引起的宏观物理性质的变化 称为尺寸效应。随着纳米微粒尺寸的减小。 与体积成比例的能量亦相应降低。当体积 能与热能相当或更小时。会发生强磁状态 向超顺磁状态转变：当颗粒尺寸与光波的 波长、传导电子德布罗意波长、超导体的 相干长度或投射深度等物理特征尺度相当 或更小时，会产生光的等离子共振频率、 介电常数与超导性能的变化。
表面效应
纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面 原子数与总原子数之比随粒径的变小而急 剧增大后所引起的性质上的变化。由于纳 米粒子表面原子数增多，带来表面原子配 位数不足，使之具有很高的表面化学活性。
体积效应
由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很 少，因此，许多现象如与界面状态有关的 吸附、催化、扩散、烧结等物理、化学性 质将显著与大颗粒传统材料的特性不同， 就不能用通常有无限个原子的块状物质的 性质加以说明，这种特殊的现象通常称之 为体积效应。