纳米陶瓷粉体的发展和制备

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1、纳米陶瓷粉体的发展和制备专业：材料学姓名：余文鹏学号：08102033摘要：纳米材料是21世纪的高新技术，它主要是研究电子、原子和分子在0.1～100nm空间运动的规律和特征，并按照人的意志操纵电子、原子和分子，制备人们所需要的具有预定特殊功能特征的产品和材料简单介绍了纳米材料的产生和定义，陶瓷材料的发展以及纳米陶瓷的定义、发展和现状。纳米陶瓷制造必须的原料有纳米陶瓷粉体，这种粉体的制备技术主要介绍的是水热法制备技术，文章介绍了水热法的分类和制备粉体的特点。关键字：纳米材料；纳米陶瓷粉体；水热法；材料制备前言20世纪末，物理学、化学、生物学、材料科学、地质科学等学科的发展，促进了纳米材料

2、和纳米技术的产生，催生了纳米物理学、纳米化学、纳米材料科学、纳米矿物学等新型学科[1]。纳米材料是21世纪的高新技术，它主要是研究电子、原子和分子在0.1～100nm空间运动的规律和特征，并按照人的意志操纵电子、原子和分子，制备人们所需要的具有预定特殊功能特征的产品和材料[2]。1.1纳米材料定义纳米科学技术是指在纳米尺寸范围认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创造新物质[3]。1.1.1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。1.

3、1.2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。1.1.3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。1.1.4量子效

4、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特性，即量子效应。1.1.5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。1.2陶瓷的发展历程中国的陶器可追溯到9000年前，瓷器也早在4000年前出现。最初利用火煅烧粘土制成陶器。经历了漫长的发展，陶瓷质量有了很大提高。后来提高燃烧温度的技术出现，发现高温烧制的陶器，由于局部熔

5、化而变得更加致密坚硬，完全改变了陶器多孔、透水的缺点。以粘土、石英、长石等矿物原料烧制而成的瓷器登上了历史舞台。新型陶瓷诞生于2O世纪二三十年代，科学技术高速发展，对材料提出了更高的要求。在传统陶瓷基础上，一些强度高、性能好的新型陶瓷不断涌现。它们的玻璃相含量都低于传统陶瓷。纳米陶瓷的研究始于8O年代中期。所谓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。1.3

6、纳米陶瓷粉体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。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

7、效应，所以纳米粉体表现出强吸光能力、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。纳米粉体的所具有的特异性能使其潜在应用价值极大。纳米粉体由于尺寸小，具有高比表面积和表面能，活性点多，因而其催化活性和选择性大大高于传统的催化剂，纳米粉体的熔点较低，能在比微米粉体烧结温度低500-600℃的温度下绕结致密；利用纳米粉体薄而均匀的界面膜，可作火箭燃料助剂(在临界温度所有的粒子瞬间发生反应)；利用纳米粉体可均匀分布