[精品]材料科学概论.doc

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1、材料科学概论结课论文—酣来材料纳米本是一个尺度，纳米科学技术是一个融科学前沿的高技术于一体的完整体系，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创新物质。纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个方面。纳米材料是纳米科技领域屮最富活力、研究内涵十分丰富的科学分支。用纳米來命名材料是20世纪80年代，纳米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料，其屮纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米。纳米材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向，虽然在样站的合成上取得了一些进展，但至今仍不能制备出大量的

2、块状样甜，因此研究纳米材料的制备对其应用起着至关重要的作用。一、纳米材料的性能物化性能纳米颗粒的熔点和晶化温度比常规粉末低得多，这是由于纳米颗粒的表而能高、活性大，熔化吋消耗的能量少，如-•般铅的熔点为600K,而20mn的铅微粒熔点低于288K；纳米金属微粒在低温下呈现电绝缘性；钠米微粒具有极强的吸光性，因此各种纳米微粒粉末几乎都呈黑色；纳米材料具有奇异的磁性，主要表现在不同粒径的纳米微粒具有不同的磁性能，当微粒的尺寸高于某一临界尺寸时，呈现出高的矫顽力，血低于某一尺寸时，矫顽力很小，例如，粒径为85nni的银粒，矫顽力很高，而粒径小于15nm的鎳微粒矫顽力接近于零；

3、纳米颗粒具有大的比表而积，其表而化学活性远大于正常粉末，因此原来化学惰性的金属钠制成纳米微粒（钠黑）后却变为活性极好的催化剂。扩散及烧结性能纳米结构材料的扩散率是普通状态下晶格扩散率的1014〜1020倍，是晶界扩散率的102、104倍，因此纳米结构材料可以在较低的温度下进行有效的掺杂，可以在较低的温度下使不混溶金属形成新的合金相。扩散能力提高的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大降低，因此在较低温度下烧结就能达到致密化的H的。力学性能纳米材料与普通材料相比，力学性能有显著的变化，一些材料的强度和硬度成倍地提高；纳米材料还表现出超塑性状态，即断裂前产生很大的仲长

4、量。二、纳米材料的应用纳米金属：如纳米铁材料，是由6纳米的铁晶体压制血成的，较Z普通铁强度提高12倍，硬度提高个数量级，利用纳米铁材料，可以制造出高强度和高韧性的特殊钢材。对于高熔点难成形的金展，只要将其加工成纳米粉末，即可在较低的温度下将其熔化，制成耐高温的元件，用于研制新一代高速发动机中承受超高温的材料。纳米陶瓷：首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。纳米碳管纳米碳管的直径只有1.4nm,仅为计算机微处理器芯片上最细电路线宽的1%,其质量是同体积钢

5、的1/6,强度却是钢的100倍，纳米碳管将成为未来高能纤维的首选材料，并广泛用于制造超微导线、开关及纳米级电子线路。纳米催化剂由于纳米材料的表面积大大增加，而且表而结构也发生很大变化，使表面活性增强，所以可以将纳米材料用作催化剂，如超细的硼粉、高锯酸鞍粉可以作为炸药的有效催化剂；超细的钠粉、碳化餌粉是高效的氢化催化剂；超细的银粉可以为乙烯氧化的催化剂；用超细的Fe304微粒做催化剂可以在低温下将C02分解为碳和水；在火箭燃料小添加少量的葆粉便能成倍地提高燃烧的效率。量子元件制造量子元件，首先要开发量子箱。量子箱是直径约10纳米的微小构造，为把电子关在这样的箱子里，就会因

6、量子效应使电子有异乎寻常的表现，利用这一现象便可制成量子元件，量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的，从而它能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。另外，量子元件还可以使元件的体积大大缩小，使电路大为简化，因此，量子元件的兴起将导致一场电子技术革命。人们期待着利用量子元件在21世纪制造出16GB（吉字节）的DRAM,这样的存储器芯片足以存放10亿个汉字的信息。H前小国已经研制岀一种用纳米技术制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可使象桑塔纳一类的轿车降低10%左右的耗油量；纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料屮得

7、以释放，可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。三、研究情况及成果纳米技术作为一•种最具有市场应用潜力的新兴科学技术，其潜在的重要性毋庸置疑，一些发达国家都投入大量的资金进行研究工作。如美国最早成立了纳米研究屮心，日本文教科部把纳米技术，列为材料科学的四大重点研究开发项H之一。在徳国，以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究屮心，政府每年出资6500万美元支持微系统的研究。在国内，许多科研院所、高等院校也组织科研力量，开展纳米技术的研究工作，并取得了一定的研究成果，主要如下：定向纳米碳管阵列的合成，由屮国科学院物理研究所解思深研究员等完成。他们利用