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1、实用标准文案研究生课程（论文类）试卷2014/2015学年第1学期课程名称：材料表面工程课程代码：27000013论文题目：纳米表面工程学生姓名：董瑞学专业﹑学号：机电功能材料、142312114学院：材料工程学院课程（论文）成绩：课程（论文）评分依据（必填）：任课教师签字：日期：年月日精彩文档实用标准文案课程（论文）题目：纳米表面工程1引言表面工程技术是表面处理、表面涂镀层及表面改性的总称。表面工程技术是运用各种物理、化学和机械工艺过程来改变基材表面的形态、化学成分组织结构或应力状态而使其具有某种特殊
2、性能，从而满足特定的使用要求。随着纳米科技的发展,微机电系统的设计、制造日益增多,制造技术与加工技术已由亚微米层次进入到原子、分子级的纳米层次。如日本已研制成功直径只有1mm～2mm的静电发动机、米粒大小的汽车。美国已研制成功微型光调器,并计划研制微电机化坦克、纳米航天飞机、微型机器人。在光电子领域,日本NEC公司在GaAs基体表面上,利用分子外延技术,把所需的原子喷射到一块半导体表面上,形成特定的岛状晶体而成功制作出具有开关功能的量子点阵列。美国已制造出可容纳单个电子的量子点,而量子点小到可在一个针尖
3、上容纳几亿个。这些技术都是在特定表面上实现的,属表面工程范畴。但随着尺度的减少,表面积与体积之比相对增大,表面效应增强,表面影响加大,传统的表面设计和加工方法已不再适用。为适应纳米科技发展带来的变化,需建立与之相适应的表面工程——纳米表面工程。纳米粒子的表面效应使杂质在界面的浓度大大降低,从而改善了材料的力学性能。同一材料,当尺寸减小到纳米级时,由于位错的滑动受到限制,表现出比基体相材料高得多的硬度,其强度和硬度可提高4一5倍。如n一Fe晶断裂强度比普通铁高12倍;纳米碳管密度仅为钢的1/6,但其强度比
4、钢高100倍,杨氏模量估计可高达5TPa,这是目前可制备的最高比强度的材料12,3]。研究发现,骨、牙、珍珠和贝壳之所以具有很高的强度,是因它们由纳米轻基磷酸钙、纳米磷酸三钙与少量的生物高分子复合组合而成。纳米材料界面量大,界面原子排列混乱,原子受外力作用产生变形时,很容易迁移、扩散,表现出甚佳的塑性、韧性、延展性,比粗晶高1016-1019倍的扩散系数。如28nm的n一20Ni一P在280oC时的伸长极限比257nm的高3.7倍,n-euFZ和n-TIOZ室温下的塑性变形也有类似现象。具有高强度、高塑
5、性甚至超塑性的纳米材料,对材料的表面改性具有特殊意义。小尺寸效应使纳米材料的热容和散射率比同类其它材料大,其熔点和烧结温度显著下降,在常温和次温条件下加工陶瓷和合金成为可能。另外,纳米材料电磁性能的改变及极高的光吸收率(夕99%),可用于制作红外敏感元件、雷达波吸收材料等J军事上有特殊的应用前景。纳米材料在力电声光热磁等方面的许多特性,对加工具有特殊表面功能的材料提供了前所未有的机遇。纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础,通过特定的加工技术或手段对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表
6、面新功能的系统工程。简言之,纳米表面工程就是将纳米材料和纳米技术与表面工程交叉、复合、综合并开发应用。因纳米表面工程以具有许多特质的低维非平衡材料为基础,它的研究和发展将产生具有力、热、声、光、电、磁等性能的许多低维度、小尺寸、功能化表面。与传统表面工程相比,纳米表面工程取决于基体性能和功能的因素被弱化,表面处理、改性和加工的自由度扩大,表面加工技术的作用将更加突出。2国内外发展现状：2.1纳米结构电镀层精彩文档实用标准文案众所周知,镀锌经常作为钢铁材料表面的有效保护涂层。它的耐腐蚀性决定了镀层的使用寿
7、命。HEjian-ping等在电镀液中添加5g.dm3的CeO2纳米颗粒后,所得镀层中Ceo2的含量为0.22%,此时镀锌层的耐蚀性比纯锌镀层的提了40%八60%。分析其原因,认为这是由于Ceo2纳米颗粒的存在使得电镀层的微观结构更加均匀、细密,并使得晶面生长的择优取向由纯锌的(101)和(103)变为单一的(101)所致。2.2利用碳纳米管制备复合涂层纳米碳管(CbaronNnoaubtes,简称CNTs)即管状的纳米级石墨晶体,是单层或多层石墨片围绕中心轴,按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管。它具
8、有特殊的力学、电学和化学性质以及独特的准一维管状。在未来高科技领域中具有许多潜在的应用价值。清华大学在利用CNTs熔覆制备表面材料方面取得了卓有成效的研究结果。魏秉庆等用激光熔覆和后续淬火处理对以45钢为基体的CNTs涂层进行改性,在基体表面形成了CNTs一45钢复合材料。2.3金属材料的表面自身纳米化众所周知,大多数材料在服役时的失稳始于其表面,因此只要在材料的表面制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现表面纳米化,就能够通过表面组织和性能的
