2012功能材料与应用 论文

功能材料与应用论文要求

结合自己的研究方向专业背景，通过文献，资料分析，写作关于某类或者某种功能材料的综述性论文

具体要求

1、该材料的物性和特性

2、制备、测试、与分析方法

3、应用情况

4、个人观点

纳米材料

摘要

综述了纳米材料的种类、结构特征、性能、制备方法及其应用前景。

1、纳米材料的基本概念

纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级(0.11 nm～ 100nm ) 的超微粒子(纳米微粒) 及由其聚集而构成的纳米固体材料。纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:

(1) 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;

(2) 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;

(3) 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;

(4) 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。

纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:

(1) 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;

(2) 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。

4.4、SPD 法

SPD( severe plast ic deform ation) 纳米化技术是近年来发展的一种力致材料纳米

化方法,该法克服了由粉体压合法带来的残余空隙、球磨法带来的杂质等不足,并且适用于不同形状尺寸的金属、合金、金属间化合物等。SPD 纳米结构材料表现了很好的低周疲劳性能, 弹性模量偏低, 超塑性等。SPD法包括剧烈扭转旋紧法(SPTS ) ,等通道挤压法( ECAP ), 多次锻造法(MF),超声喷丸法(USSP)四种方法。Huang等最近利用反复将金属折皱和拉直的方法也获得纳米机构材料。利用SPTS法获得平均晶粒度大约在50nm的Ni3A l在650°时具有超塑性。

4.5、超声场中湿法

超声场中湿法具有工艺简单、成本低、效果好的优点。传统的湿法制备超细粉末普遍存在的问题是易形成严重的团聚结构, 从而破坏了粉体的超细均匀特性。超声的空化效应很好的解决了这个问题, 该效应不仅促进晶核的形成, 同时起到控制晶核同步生长的作用, 为制备超细、均一纳米粉末获得了良好的基础。超声场中湿法包括超声沉淀- 煅烧法, 超声电解法,超声水解法,超声化学法, 超声雾化法等。王菊香等采用CuSO4和NiSO4溶液为电解液, 阳极为该金属的纯金属板, 阴极表面为钛合金, 电流密度约80mA /cm2, 超声频率为20 kHz, 最后得到平均粒径分别为70nm和90nm的铜粉和镍粉。Li等将0.55g In Cl4H2O和0.62g黄磷在超声搅拌下分别溶解于75mL乙醇和25mL苯中,将这两种溶液和0.80gKBH4放入120mL 的容器中, 在( 23-27)°下,用20 kHz的高密度超声辐射4h,得到黑褐色沉淀,乙醇、稀盐酸、蒸馏水清洗后,在60°下真空干燥4 h,得到平均粒径约为9nm的InP颗粒,经试验发现,使用乙醇与苯的体积比对产品粒径的影响显著, 产品粒径随乙醇比例增加而减小, 但苯的百分含量不能低于25%；其它条件不变的前提下,一定时间范围内,产品粒径随超声降解的时间增长而增大；

4.6、自组装法

自组装是在无人为干涉条件下, 组元通过共价键作用自发地缔结成热力学上稳定、结构上确定、性能上特殊的聚集体的过程。自组装过程一旦开始, 将自动进行到某个预期终点, 分子等结构单元将自动排列成有序的图形, 即使是形成复杂的功能体系也不需要外力的作用。

J S Y in等用自组装法制备了钴纳米晶体, 将100 mgCo2(CO)8和20 mg Na(AOT)加入到20mL甲苯中,在三种不同条件下自组装成钴纳米晶体,在二维自组装中平均粒径为9.2 nm,在加了外磁场的自组装中平均粒径为8 nm,一维组装中平均粒径为10~ 20nm;该研究表明控制温度和浓度可以得到理想的粒径,重力作用与表面活性剂对产品粒径的选择有较大的影响; 不同的粒径导致不同的晶体结构。

化、防止油漆脱落等。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段, 按照全新的理念来构造电子系统, 并开发物质潜在的储存和处理信息的能力, 实现信息采集和处理能力的革命性突破, 纳米电子学将成为下世纪信息时代的核心。

1.2、纳米材料的发展趋势

近年来引人注目的研究热点：

<1>新能源材料研究

日本科学家发现纳米多孔负极材料可将锂离子电池功率密度提高数十倍。2005 年 1 月，日本产业技术综合研究所的科学家研究发现：通过在负极中采用微细管结构的材料，可将锂离子充电电池的功率密度提高数十倍。负极采用结晶性金属氧化物复合纳米多孔材料。其结构由直径SNMP 左右的微细管规则地排列而成，通过这种微细管，不仅锂离子与电解液能够容易地流向电极内部，而且还具有增大锂离子吸附的表面面积的作用。由此，在维持与现有锂离子充电电池相同的能量密度的同时，还可提高功率密度。

<2>自组装设备

纳米技术的梦想是“一罐”合成：组合原始材料、混合、加热，以及纳米部件的工作设备。由于今天的半导体工业中的高温反应，这样的合成不需要更多的能源，还能减少有害溶剂使用，并且价格比较低廉。自组技术的出现使这成为了可能。自组装是在无人为干涉条件下,组元通过共价键作用自发地缔结成热力学上稳定、结构上确定、性能上特殊的聚集体的过程。自组装过程一旦开始,将自动进行到某个预期终点,分子等结构单元将自动排列成有序的图形,即使是形成复杂的功能体系也不需要外力的作用。其代表有纳米机械组装单分子存储设备。比如J.S.Yin 等用自组装法制备了钴纳米晶体。

<3>医学方面的应用