纳米材料及其应用前景

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1、纳米材料及其应用前景引言诺贝尔奖获得者Feyneman在六十年代曾经预言：如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性，就会看到材料的性能产生丰富的变化。他所说的材料就是现在的纳米材料。材料与社会的发展材料是人类社会进化和人类文明的里程碑，是人类赖以生产和生活的物质基础，是社会进步的物质基础和先导。因为对材料的认识和利用能力，决定着社会的形态和人类生活的质量，所以，历史学家往往用制造工具的原材料作为历史分期的标志。化学与材料化学：化学是在原子、分子水平上研究物质

2、的组成、结构、件能、反应和应用的学科。材料：材料是人们利用化合物的某些功能来制作物件时用的化学物质。化学与材料的关系：化学是材料发展的源泉，而材料又为化学发展开辟了新的空间。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。材料的分类世界各国对材料的分类不尽相同，若按照材料的使用性能来看，可以分为结构材料和功能材料，从材料的应用对象来看有可以分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空材料等多种类别，但就大的类别可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。无机非金属材料无机非金属材料指某些

3、元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷及天然矿物材料等。传统无机非金属材料水泥水泥呈粉末状，当它与水混合后成为可塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结硬化变成坚硬石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体。水泥浆体不仅能在空气中硬化，还能在水中硬化、保持并继续增长其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。通用水泥、专用水泥和特性水泥三大类。通用水泥用于大量土建工程的一般用途；有硅酸盐

4、水泥、普通硅酸盐水泥以及矿渣的、火山灰质的、粉煤灰的、复合的硅酸盐水泥六个品种。专用水泥则指有专门用途的水泥如油井的、大坝的、砌筑的等。特性水泥是指某种性能较突出的水泥，如快硬的、低热的、抗硫酸盐的、膨胀的、自应力的等。按水硬性矿物分类，有硅酸盐的、铝酸盐的、硫酸盐的、少（无）熟料的等。水泥品种已有100多种。玻璃玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。其内能和构形熵高于相应的晶体。其结构为短程有序，长程无序。从熔融态转变为固体时有一转变温度Tg。广义的玻璃包括无机玻璃、有机玻璃、金属玻璃等；狭义上

5、仅指无机玻璃，最常见的是硅酸盐玻璃。这里主要谈无机玻璃。玻璃制品的分类无机玻璃的化学组成包括有众多元素的氧化物或非氧化物。（1）普通玻璃普通玻璃是以硅酸盐系统为主要基础的传统玻璃。包括有平板玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃纤维等。（2）特种玻璃随着社会和科学的发展，在玻璃材料科学领域中，由于某些新品种是根据特殊用途专门研制的，其成分、性能、制造工艺均与一般工业和日用玻璃有所差别，它们往往被归入专门的一类，叫做特种玻璃。这些特种玻璃逐渐脱离了传统玻璃的基础系统范围。常见的特种玻璃有光

6、子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶－凝胶玻璃等。中空玻璃结构示意图图6－中空玻璃结构示意图空心玻璃砖用于建筑隔断热反射玻璃在建筑物上大量使用陶瓷陶瓷是指以天然或人工合成的无机非金属物质为原料，经过成形和高温烧结而制成的固体材料和制品。陶鹰鼎——仰韶文化庙底沟类型高36cm三彩——我国古代陶器中一颗璀灿的明珠日用陶瓷－盘子建筑陶瓷－墙面砖化工陶瓷结构陶瓷－陶瓷刀功能陶瓷－电子陶瓷饰面瓦－鱼鳞瓦图6-电瓷绝缘子氧化锌避雷器新型无机非金属材料传统的无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起

7、热冲击等弱点。新型无机非金属材料继承了传统材料的许多优点，并克服某些弱点，使材料具有更加优异的特性，用途更加广泛。新型无机非金属材料的特性有：1．能承受高温，强度高。2．具有电学特性。3．具有光学特性。4．具有生物功能。氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能，以及原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势，已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航空航天等行业，成为目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。纺织瓷件

8、氧化铝陶瓷电阻氧化铝髋关节高纯氧化铝透明陶瓷管高压钠灯氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷的性能：作为一种理想的高温结构材料，最主要的应具备如下性能：（1）强度好、韧性好；（2）抗氧化性好；（3）抗热震性好；（4）抗蠕变性好；（5）结构稳定性好；（6）抗机械振动。氮化硅除抗机械振动性能和韧性相对比较差外，其余几种性能都优于一般陶瓷，曾被誉为“像钢一样强，像金钢石一样硬，像铝一样轻”。由于制备工艺不同和所获得显微结构的差别，Si3N4陶瓷的综合性能有很大的变