理论教育 纳米材料的特殊性质与应用

纳米材料的特殊性质与应用

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:目前,国际上将处于1~100nm尺度的超微颗粒及其致密的聚集体以及由纳米微晶构成的材料统称为纳米材料,它包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍。纳米材料的熔点大大降低,如纯金的熔点是1 064℃,但2nm的金粉末熔点只有327℃。纳米材料具有特殊的磁性,如20nm的铁粉,其磁矫顽力可增加1 000倍。纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高10倍。

纳米材料的特殊性质与应用

纳米是一种度量单位,1纳米(nm)=10-9m,即百万分之一毫米、十亿分之一米。目前,国际上将处于1~100nm尺度的超微颗粒及其致密的聚集体以及由纳米微晶构成的材料统称为纳米材料,它包括金属、非金属、有机、无机和生物等多种粉末材料。

纳米材料具有四大效应,即小尺寸效应、量子效应(含宏观量子隧道效应)、表面效应和界面效应,具有传统材料所不具备的物理性能、化学性能,表现出独特的光、电、磁和化学特性。

(1)纳米材料具有高比热、高导电率、高扩散率,对电磁波具有强吸收特性,据此可制造出具有特定功能的产品(如电磁波屏蔽、隐形飞机涂料等)。

(2)纳米材料对光的反射能力非常低,低到仅为原非纳米材料的百分之一。

(3)气体在纳米材料中的扩散速度比在普通材料中快几千倍。

(4)纳米材料的力学性能成倍增加,具有高强度、高韧性及超塑性,如纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍。(www.daowen.com)

(5)纳米材料与生物细胞的结合力很强,为人造骨质的应用拓宽了途径。

(6)纳米材料的熔点大大降低,如纯金的熔点是1 064℃,但2nm的金粉末熔点只有327℃。

(7)纳米材料具有特殊的磁性,如20nm的铁粉,其磁矫顽力可增加1 000倍。纳米磁性材料的磁记录密度可比普通的磁性材料提高10倍。

纳米结构材料具有十分优异的力学性能及热力学性能,可使结构件重量大大减轻;纳米催化、敏感、储氢材料可用于制造高效的异质催化剂、气体敏感器及气体捕获剂,用于汽车尾气净化、环境保护石油化工、新型洁净能源等多个领域;纳米光学材料可用于制作多种具有独特性能的光电子器件,如蓝光二极管、量子激光器、单电子晶体管等;纳米技术电子器件工作速度快,是硅器件的1 000倍,可大幅度提高产品性能;纳米生物与医学材料可清除心脏动脉脂肪沉积物,甚至还能吞噬病毒、杀死癌细胞;纳米硬质合金具有极高的硬度和韧性,可拓宽硬质合金的应用范围。

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