NanoST 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: NanoST
标  题: 几种典型的纳米材料
发信站: BBS 哈工大紫丁香站 (Fri Mar 18 18:54:51 2005)


按照材料的形态，可将其分四种。
　　１.纳米颗粒型材料:应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料。被称为
第四代催化剂的超微颗粒催化剂，利用甚高的比表面积与活性可以显著地提高催化效率
，例如，以粒径小于0．3微米的镍和钢-锌合金的超微颗粒为主要成分制成的催化剂可使

有机物氯化的效率达到传统镍催化剂的10倍；超细的铁微粒作为催化剂可以在低温将二
氧化碳分解为碳和水，超细铁粉可在苯气相热分解中起成核作用，从而生成碳纤维。
　　录音带、录像带和磁盘等都是采用磁性颗粒作为磁记录介质。随着社会的信息化，
要求信息储存量大、信息处理速度高，推动着磁记录密度日益提高，促使磁记录用的磁
性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属磁粉（20纳米左右的超微磁性颗粒）制成的金属磁
带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达4′106～4′107位／厘米（107～108位／
英寸），即每厘米可记录4百万至4千万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高密度、
低噪音和高信噪比等优点。
　　
　　超细的银粉、镍粉轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池中的电极，可以
增大与液体或气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于电池的小型化。超微颗粒的
轻烧结体可以生成微孔过滤器。例如，超微镍颗粒所制成的微孔过滤器平均孔径可达10
纳米，从而可用于气体同位素、混合稀有气体、有机化合物的分离和浓缩，也可用于发
酵、医药和生物技术中。磁性超细微粒作为药剂的载体，在外磁场的引导下集中于病患
部位，利于提高药效，这方面的研究国内外均在积极地进行。采用超微金颗粒制成金溶
轻烧结体可以生成微孔过滤器。例如，超微镍颗粒所制成的微孔过滤器平均孔径可达10
胶，接上抗原或抗体就能进行免疫学的间接凝集试验，可用于快速诊断。如将金溶胶妊
娠试剂加入孕妇尿中，未妊娠呈无色，妊娠则呈显著红色，仅用0．5克金即可制备1万毫

升的金溶胶，可测1万人次，其判断结果清晰可靠。有一种超微颗粒乳剂载体，极易和游

散于人体内的癌细胞溶合，若用它来包裹抗癌药物，可望制成克癌"导弹"。
　　在化学纤维制造工序中掺入铜、镍等超微金属颗粒，可以合成导电性的纤维，从而
制成防电磁辐射的纤维制品或电热纤维，亦可与橡胶、塑料合成导电复合体。
　　
　　1991年春的海湾战争，美国执行空袭任务的F－117A型隐身战斗机，其机身外表所包

覆的红外与微波隐身材料中亦包含有多种超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的
吸收能力。在火箭发射的固体燃料推进剂中添加l％重量比的超微铝或镍颗粒，每克燃料

的燃烧热可增加l倍。此外，超细、高纯陶瓷超微颗粒是精密陶瓷必需的原料。因此超微

颗粒在国防、国民经济各领域均有广泛的应用。

２.纳米固体材料：纳米固体材料通常指由尺寸小于15纳米的超微颗粒在高压力下压
制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固体材料。
　　纳米固体材料的主要特征是具有巨大的颗粒间界面，如5纳米颗粒所构成的固体每立

方厘米将含1019个晶界，原子的扩散系数要比大块材料高1014～1016倍，从而使得纳米
材料具有高韧性。通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蚀等优点，但又具有脆性和难
以加工等缺点，纳米陶瓷在一定的程度上却可增加韧性，改善脆性。
　　
　　如将纳米陶瓷退火使晶粒长大到微米量级，又将恢复通常陶瓷的特性，因此可以利
用纳米陶瓷的范性对陶瓷进行挤压与轧制加工，随后进行热处理，使其转变为通常陶瓷
，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐
蚀性。电子陶瓷发展的趋势是超薄型（厚度仅为见微米），为了保证均质性，组成的粒
子直径应为厚度的1％左右，因此需用超微颗粒为原材料。随着集成电路、微型组件与大

功率半导体器件的迅速发展，对高热导率的陶瓷基片的需求量日益增长，高热导率的陶
瓷材料有金刚石、碳化硅、氮化铝等，用超微氮化铝所制成的致密烧结体的导热系数为
100～220瓦／（K·米），较通常产品高2 5～5．5倍。用超微颗粒制成的精细陶瓷有可
能用于陶瓷绝热涡轮复合发动机，陶瓷涡轮机，耐高温、耐腐蚀轴承及滚球等。
　　
　　复合纳米固体材料亦是一个重要的应用领域。例如含有20％超微钻颗粒的金属陶瓷
是火箭喷气口的耐高温材料；金属铝中含进少量的陶瓷超微颗粒，可制成重量轻、强度
，或进行表面热处理，使材料内部保持韧性，但表面却显示出高硬度、高耐磨性与抗腐
高、韧性好、耐热性强的新型结构材料。超微颗粒亦有可能作为渐变（梯度）功能材料
的原材料。例如，材料的耐高温表面为陶瓷，与冷却系统相接触的一面为导热性好的金
属，其间为陶瓷与金属的复合体，使其间的成分缓慢连续地发生变化，这种材料可用于
温差达1000°C的航天飞机隔热材料、核聚变反应堆的结构材料。渐变功能材料是近年来

发展起来的新型材料，预期在医学生物上可制成具有生物活性的人造牙齿、人遗骨。人
造器官，可制成复合的电磁功能材料、光学材料等。

３.颗粒膜材料:颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成的复合薄膜，通常选用两
种在高温互不相溶的组元制成复合靶材，在基片上生成复合膜，当两组份的比例大致相
当时。就生成迷阵状的复合膜，因此改变原始靶材中两种组份的比例可以很方便地改变
颗粒膜中的颗粒大小与形态，从而控制膜的特性。对金属与非金属复合膜，改变组成比
例可使膜的导电性质从金属导电型转变为绝缘体。
　　颗粒膜材料有诸多应用。例如作为光的传感器，金颗粒膜从可见光到红外光的范围
内，光的吸收效率与波长的依赖性甚小，从而可作为红外线传感元件。铬一三氧化二铬
颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，可以有效地将太阳光转变为热能；硅、磷、硼颗粒
膜可以有效地将太阳能转变为电能；氧化锡颗粒膜可制成气体一湿度多功能传感器，通
过改变工作温度，可以用同一种膜有选择地检测多种气体。颗粒膜传感器的优点是高灵
敏度、高响应速度、高精度、低能耗和小型化，通常用作传感器的股重量仅为0．5微克
，因此单位成本很低。超微颗粒虽有众多优点，但在工业上尚未形成较大的规模，其主
要原因是价格较高，两颗粒膜的应用则不受价格因素的影响，这是超微颗粒实用化的很
重要方向。


４.纳米磁性液体材料：磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高
度弥散于一定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。它可以在外磁场作用下整体地运
动，因此具有其他液体所没有的磁控特性。常用的磁性液体采用铁氧体微颗粒制成，它
的饱和磁化强度大致上低于0．4特。目前研制成功的由金属磁性微粒制成的磁性液体，
其饱和磁化强度可比前者高4倍。国外磁性液体已商品化，美、日、英等国均有磁性液体

公司，供应各种用途的磁性液体及其器件。磁性液体的用途十分广泛。
　　（1）旋转轴动态密封
　　旋转轴转动部分的动态密封一直是工程界较为困难的课题。磁性液体用于旋转轴的
动态密封是较为理想的一种方式。用环状的静磁场将磁性液体约束于被密封的转动部分
，形成液体的"O"环，可以进行真空、加压、封水、封油等情况下的动态密封，目前已广

泛用于机械、电子、仪器、宇航、化工、船舶等领域，如计算机硬盘转轴处的防尘密封
，单晶炉转轴处的真空密封及X光机转靶部分的密封等。
　　
　　（2）提高扬声器输出功率
　　
　　为了增进扬声器中青圈的散热，可在音圈部分填充磁性液体，由于液体的导热系数
比空气高5～6倍，从而使得在相同结构的情况下，使扬声器的输出功率增加1倍。
　　
　　（3）各种阻尼器件
　　
　　
　　如在步进电机中滴加磁性液体，就可阻尼步进电机的余振，使步进电机平滑地转动
。用磁性液体所构成的减震器可以消除极低频率的振动。
　　
　　（4）分离不同比重的非磁性金属与矿物
　　
　　物体在磁性液体中的浮力是随着磁性液体的磁化状态而改变的，因此可采用一梯度
磁场，控制磁场的强弱就可以分离不同比重的非磁性金属与矿物。
　　磁性液体的可能应用面十分广，如射流印刷用的磁性墨水、超声波发生器、X射线造

影剂（代替钡剂）、磁控阀门、磁性液体研磨、磁性液体的光学与微波器件、磁性显示
器、火箭和飞行器用的加速计、磁性液体发电机、定位润滑剂等。
--
╔═══════════════════╗
║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
╚═══════════════════╝

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 天外飞仙]


※ 来源:·哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.229.*]