簡(jiǎn)析納米技術(shù)及其發(fā)展

　　納米技術(shù)是近年來(lái)出現的一門(mén)高新技術(shù)，簡(jiǎn)析納米技術(shù)及其發(fā)展就是小編為各位正在探究納米材料的物理學(xué)的同學(xué)推薦的論文，歡迎大家閱讀!

　　摘要納米技術(shù)在全球迅猛發(fā)展，其巨大的潛在利益和發(fā)展前景吸引了政府和企業(yè)的巨額投資。本文主要介紹了納米技術(shù)的基本概念;納米材料的物理特性，以及納米技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應用。

　　關(guān)鍵詞納米技術(shù);納米材料;焊接技術(shù)

　　納米技術(shù)的內涵在自然界中無(wú)處不在。不僅人類(lèi)或動(dòng)物的牙齒和骨骼表面具有納米結構，大量維系著(zhù)地球生態(tài)的樹(shù)木也擁有納米結構。而自然界中的生命，更是由最基本的生命物質(zhì)蛋白質(zhì)、RNA等“納米機器”組成的組合體。如今，納米技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)的實(shí)質(zhì)性影響和對未來(lái)工業(yè)的潛在革新似已毋庸置疑，因此人們普遍認為，納米技術(shù)將和信息技術(shù)一道，成為現代高科技和新興學(xué)科發(fā)展的基礎。

　　1納米技術(shù)的基本概念

　　納米是一個(gè)尺度概念，是一米的十億分之一。當物質(zhì)到納米尺度以后，大約是在1～100納米這個(gè)范圍空間，物質(zhì)的性能就會(huì )發(fā)生突變，出現特殊性能。所謂納米材料，就是這種既具有不同于原來(lái)組成的原子、分子，也不同于宏觀(guān)的物質(zhì)的特殊性能構成的材料。人們往往只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個(gè)中間領(lǐng)域，而這個(gè)領(lǐng)域實(shí)際上大量存在于自然界。納米材料向各個(gè)領(lǐng)域應用的技術(shù)(含高科技領(lǐng)域)，在納米空間構筑一個(gè)器件實(shí)現對原子、分子的翻切、操作以及在納米微區內對物質(zhì)傳輸和能量傳輸新規律的認識等等。納米技術(shù)是一門(mén)以許多現代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為基礎的科學(xué)技術(shù)，是現代科學(xué)(量子力學(xué)、分子生物學(xué))和現代科技(微電子技術(shù)。計算機技術(shù)、高分辨顯微技術(shù)和熱分析技術(shù))結合的產(chǎn)物。

　　2納米材料的性能

　　由于納米材料和粗晶材料存在很大的結構上的差距，大量的界面原子，很大的表面積/體積比，高密度的晶界存在等，使納米材料出現了獨特的力學(xué)、電磁、光、熱學(xué)性能。

　　2.1力學(xué)性能

　　納米晶體材料的超細晶粒及多界面特征使其表現出不同于普通多晶體材料的力學(xué)性能，其硬度/強度既有遵循正常的Hall-petch關(guān)系(σ=σα+kd1/2)，也有表現為偏離正常的Hall-petch規律，甚至有個(gè)別納米材料如納米pd材，表現為反“Hall-petch行為”。但通常來(lái)說(shuō)，大多數納米材料表現出良好韌性、極好塑性和高強度。如納米Fe的斷裂應力比一般Fe材高12倍，通常表現為脆性的陶瓷材料TIO2、CaFe通過(guò)細化晶粒后，可能變?yōu)轫g性材料，納米TIO2、CaFe可在80～180°范圍內彎曲塑性變形達100%。

　　2.2電磁、光、熱學(xué)性能

　　納米材料晶粒尺寸小于電子平均自由粒時(shí)表現出的宏觀(guān)性能是電阻高于粗晶材料。但存在一種所謂的L?5GMR現象(磁場(chǎng)中材料電阻減小)非常明顯，磁場(chǎng)中粗晶材料一般電阻僅下降1%，而納米材料的電阻可下降50%～80%。納米材料的小尺寸效應還表現在磁學(xué)、光學(xué)性能方面，當晶粒尺寸小于單磁疇的尺寸時(shí)，每個(gè)晶粒也就成為一個(gè)單磁疇，由于晶粒取向的無(wú)序性，導致磁矩的混亂排列，使一些粗晶狀態(tài)下是鐵磁性的物質(zhì)轉變成了超順磁性，如當α-FE的晶粒尺寸為5nm時(shí)轉變?yōu)轫槾判裕?5nm的Ni的矯頑力Hc→O，表現出超順磁性。納米材料引起光的吸取、反射和散射性能異常，金屬納米粉幾乎不呈黑色，對可見(jiàn)光幾乎不反射。

　　3納米技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應用

　　納米材料和納米技術(shù)以其蓬勃的生命力和廣闊的發(fā)展前景，滲透到陶瓷、微電子、生物工程、化工等幾乎所有的研究領(lǐng)域，焊接領(lǐng)域對納米材料及納米技術(shù)的關(guān)注，也在不斷的發(fā)展和完善中。

　　3.1在焊接材料中的應用

　　3.1.1在焊絲涂層中的應用

　　焊絲表面處理的主要目的在于防止焊絲生銹，增加焊絲潤滑性和導電性。目前氣體保護焊絲所采用的方法主要是表面鍍銅，但是鍍銅焊絲的缺點(diǎn)是焊接煙塵中有毒物質(zhì)Cu元素含量高;焊接飛濺大;焊接成形差;防銹性能仍不理想易發(fā)生點(diǎn)蝕等;隨著(zhù)材料強度的提高，過(guò)渡到焊縫的Cu元素可能削弱焊縫性能，因而高強鋼焊絲盡量避免采用鍍銅工藝，這就需要開(kāi)發(fā)新的焊絲涂層工藝。天津大學(xué)運用現代金屬表面工程技術(shù)和納米技術(shù)，采用特殊的表面處理工藝，在焊絲表面涂敷一層極薄的特殊物質(zhì)，從根本上解決了傳統鍍銅焊絲的上述缺點(diǎn)。

　　3.1.2在焊劑制造中的應用

　　由于合金元素燒損少，成分較易控制，燒結溫度低，能耗小，燒結焊劑正逐漸代替傳統的熔煉焊劑。但是其燒結溫度一般在400C～1000C之間，仍然會(huì )消耗大量的能源，且一些必要的組成物如碳酸鹽在較高溫度燒結時(shí)會(huì )發(fā)生分解，從而降低焊劑性能。納米材料的體積效應及表面效應使得在低溫時(shí)各組成物就可充分燒結而不發(fā)生分解，同時(shí)由于納米材料優(yōu)異的活性，可加快燒結過(guò)程、縮短燒結時(shí)間，從而降低能源消耗。

　　3.1.3在電極材料中的應用

　　常用電極中鎢的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)很高，逸出功較高(4.54eV)，為提高電子發(fā)射能力，通常通過(guò)加入低逸出功的氧化物如氧化釷(2.7eV)或稀土氧化物等來(lái)降低逸出功。但是普通的氧化物尺寸較大，在鎢基內的分布不均勻，電子發(fā)射位置主要分布在低逸出功的氧化物及其邊緣處，致使陰極斑點(diǎn)分布不均，局部電流密度大，燒損嚴重。利用納米氧化物代替普通氧化物與鎢粉燒結，可獲得氧化物分布均勻、細小的復合鎢—氧化物，改變了尺寸較大氧化物的缺點(diǎn)，改善了電極的燒蝕狀況，從而達到提高電極壽命的目的。

　　3.2在焊接結構中的應用

　　焊接接頭具有組織及性能不均勻的特點(diǎn)，各項性能難以與母材相匹配，因而容易在接頭區域發(fā)生腐蝕及疲勞等破壞，而大部分該類(lèi)破壞又是從接頭表面開(kāi)始的。工程上常常采用噴丸、滲透有用元素等方法提高接頭表面的性能，而接頭表層組織的納米均一化處理為提高接頭性能開(kāi)辟了新的路徑。接頭表層自身納米化處理是采用非平衡處理方法，主要是表面機械加工處理、非平衡熱力學(xué)方法，增加材料表面能，使接頭各個(gè)區域(焊縫、熱影響區、母材)表面組織逐漸細化至納米量級，從而賦予普通金屬表層一些納米材料的特殊性能。經(jīng)納米化處理的接頭主要具有改善接頭組織不均勻性、提高焊接接頭的抗磨損性能，延長(cháng)工件使用壽命、提高焊接接頭疲勞壽命、改善接頭抗應力腐蝕性能的優(yōu)點(diǎn)。

　　4結束語(yǔ)

　　納米技術(shù)以其帶給人類(lèi)的全新的對物質(zhì)領(lǐng)域的認識，無(wú)疑正在掀起一場(chǎng)技術(shù)革命。納米技術(shù)已經(jīng)向我們初步展示了在新材料、新能源、計算機技術(shù)、生物醫學(xué)以及航天領(lǐng)域中的應用。同時(shí)，納米技術(shù)并不是孤立的，它涉及到如量子力學(xué)、材料科學(xué)、膠體化學(xué)、物理化學(xué)、高分子化學(xué)、生物化學(xué)、凝聚態(tài)物理和微電子技術(shù)學(xué)等諸多領(lǐng)域學(xué)科，因此，只有進(jìn)行多學(xué)科的交叉滲透，才能更好地有助于我們認識納米科學(xué)，掌握納米技術(shù)。

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