纳米晶体材料的研究进展

目录

一引言 (2)

二纳米晶体材料的种类及用途 (3)

2.1 纳米晶体材料的种类 (3)

2.2 纳米晶体材料的用途 (4)

三性质特点 (4)

3.1耐腐蚀性能 (5)

3.2 力学性能 (5)

3.3 延展性 (6)

3.4 光学性质 (6)

四纳米晶体材料的研究展望 (7)

4.1纳米晶体相与应变速率、晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程 (7)

4.2晶界相与应变速率、晶粒尺寸相关的变形机理和本构方程 (7)

致谢 (8)

参考文献 (8)

纳米晶体材料的研究进展

摘要：纳米晶体材料具有优异的力学性能，近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料进行了深入的研究。本文主要是对纳米晶体材料的种类及用途、性质特点、纳米晶体材料的本构模型研究进展等进行研究，并进一步分析纳米晶体材料在标记生物材料、发光材料、国防的应用，以及制备方法进行探究，指出了纳米晶体材料的发展方向。

关键词：纳米晶体材料性质特点本构模型研究展望

Research Progress of Nanocrystalline Materials

Wu Changxuan

(China university of geosciences (Beijing) Materials Science and Engineering 10031011 class)

Abstract：Nanocrystalline materials have excellent mechanical properties, in recent years, many researchers at home and abroad studied on nanocrystalline materials. This article is mainly to the category of nanocrystalline materials、property and characteristic、Nanocrystalline material constitutive model of research progress were studied and so on, and further analysis of nanocrystalline materials in marker of biological materials, luminescence materials, national defense applications, as well as preparation methods, points out the development direction of nanocrystalline materials.

Key words：Nanocrystalline Materials properties Constitutive model Research prospects

一引言

纳米晶体材料是由纳米尺度的晶体组成的单相或多相多晶体材料，一般其晶体尺寸在100 nm以下。由于晶粒极细，大量的原子处于晶粒之间的界面上。这种独特的结构特征使得纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态国体的一种新材料，使它们具有高强度、良好的塑性变形能力、高比热等优良的性能，特别是纳米晶体表现出的超塑性行为使得陶瓷材料增韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了可能性，由此它被广泛用于医学、国防和现金纳米陶瓷等领域。所以，纳米晶体材料被誉为“21世纪的新材料”。

随着现代技术的高速发展，它的用途将会变得越来越广泛，也因此变成目前国内外研究新功能材料的热点。现今已有许多技术被用来制备纳米晶体材料，如X-射线衍射分析、扫描隧道电子显微镜（STM）、透射电子显微术（TEM）、场离子显微术、电子探针等技术。[3]

二纳米晶体材料的种类及用途

2.1 纳米晶体材料的种类

纳米晶体材料包括晶体、赝晶体、无定形金属、陶瓷和化合物，按照结构形态，纳米晶体材料可以分为四类：

（1）零维纳米晶体，即纳米尺寸超维粒子，如图①所示；

（2）一维纳米晶体，即在一维方向上晶粒尺寸在纳米量级，如纳米厚度的薄膜或层片结构，如图

②所示；

（3）二维纳米晶体，及在二维方向上晶粒尺寸在纳米量级，如直径在纳米量级的线状结构，如图③；

（4）三维纳米晶体，指晶粒在三维方向上均为纳米尺寸，如图④，一般所说的纳米晶体材料即为三维纳米晶体材料0.；

图①图②

图③图④

维数标记典型合成法

3 晶体气体凝结、机械合金

2 纤维状化学气相沉积

1 层状气相沉积、电沉积

0 族溶胶、凝胶

纳米晶体材料分类

2.2 纳米晶体材料的用途

纳米晶体材料经过十多年的发展，已经开始在现实生活中有了应用。它的应用主要有两部分：一是纳米粉体的直接应用：二是纳米晶体块的应用。它们主要用在制备国体润滑剂、油墨、超塑性高性能抛光剂等。利用其独特的小尺寸（比一般生物体内细胞小得多），进行细胞分裂、细胞染色以及将纳米晶体制成特殊药物进行局部定向治疗等。除此之外，纳米晶体材料已经开始在生物医学、国防中也有了应用。[1]

在生物医学领域：半导体纳米晶体可以特异性地用于标记生物材料如细胞、蛋白质和核酸,并具有更好的荧光特性。它的发光寿命比普通荧光标记染料的寿命长1～2个数量级，可采取时间分辨技术来检测信号，这样可大幅度降低背景的强度,获得较高的信噪比。半导体纳米晶体在生物材料荧光标记领域中的主要应用优点是可以使用同一激发光源同时进行多通道的检测。半导体纳米晶体组成和粒径大小不同时可发出不同波长的光，发射光谱峰半宽比普通荧光染料窄，且峰形对称，这样，在一个可检测到的光谱范围内可同时使用多个探针。

在发光材料领域：纳米发光晶体材料，这种材料能在吸收能量后持续保持发光状态，而不是像以前那样将能量通过发热方式耗散掉，可以应用于高亮度LED照明，廉价激光器制造等领域。这种纳米晶体可以在4个小时内保持在无闪烁状态下，而在通常的纳米材料上这个时间只有数微秒至数分钟之间。这种材料的核心采用镉和硒制作，表壳材料则使用锌与硒，并在内部采用将这些半导体材料均匀过渡的结构，而在一般的纳米晶体内部，不同材料之间则存在较为明显的分界结构。而正是这种均匀过渡的结构使纳米晶体上放射出的光子与吸收的光子数量能保持一致。[4]在国防领域，纳米晶体材料依据其自身独特性质用来制作高性能的武器装备，利用它对波的吸收和折射率高的特点，作为隐身材料泛应用于隐形飞机和超音速飞机，在航天领域，利用其良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，从而使燃烧效率更高。

虽然纳米晶体材料在一些领域里有了应用，但是，由于技术还不成熟，它的很多性能目前还没在工业上得到广泛的实际应用，但随着研究的深入，纳米晶体材料将会有很广泛的应用前景。

三性质特点

由于非常细小的晶粒尺寸，纳米晶体材料具有异于体相晶体材料的诸多特性。