简析纳米技术及其发展

时间：2021-07-28 15:40:42 物理学毕业论文我要投稿

简析纳米技术及其发展

　　纳米技术是近年来出现的一门高新技术，简析纳米技术及其发展就是小编为各位正在探究纳米材料的物理学的同学推荐的论文，欢迎大家阅读!

　　摘要纳米技术在全球迅猛发展，其巨大的潜在利益和发展前景吸引了政府和企业的巨额投资。本文主要介绍了纳米技术的基本概念;纳米材料的物理特性，以及纳米技术在焊接领域的应用。

　　关键词纳米技术;纳米材料;焊接技术

　　纳米技术的内涵在自然界中无处不在。不仅人类或动物的牙齿和骨骼表面具有纳米结构，大量维系着地球生态的树木也拥有纳米结构。而自然界中的生命，更是由最基本的生命物质蛋白质、RNA等“纳米机器”组成的组合体。如今，纳米技术对传统产业的实质性影响和对未来工业的潜在革新似已毋庸置疑，因此人们普遍认为，纳米技术将和信息技术一道，成为现代高科技和新兴学科发展的基础。

　　1纳米技术的基本概念

　　纳米是一个尺度概念，是一米的十亿分之一。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。所谓纳米材料，就是这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料。人们往往只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界。纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。纳米技术是一门以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，是现代科学(量子力学、分子生物学)和现代科技(微电子技术。计算机技术、高分辨显微技术和热分析技术)结合的产物。

　　2纳米材料的.性能

　　由于纳米材料和粗晶材料存在很大的结构上的差距，大量的界面原子，很大的表面积/体积比，高密度的晶界存在等，使纳米材料出现了独特的力学、电磁、光、热学性能。

　　2.1力学性能

　　纳米晶体材料的超细晶粒及多界面特征使其表现出不同于普通多晶体材料的力学性能，其硬度/强度既有遵循正常的Hall-petch关系(σ=σα+kd1/2)，也有表现为偏离正常的Hall-petch规律，甚至有个别纳米材料如纳米pd材，表现为反“Hall-petch行为”。但通常来说，大多数纳米材料表现出良好韧性、极好塑性和高强度。如纳米Fe的断裂应力比一般Fe材高12倍，通常表现为脆性的陶瓷材料TIO2、CaFe通过细化晶粒后，可能变为韧性材料，纳米TIO2、CaFe可在80～180°范围内弯曲塑性变形达100%。

　　2.2电磁、光、热学性能

　　纳米材料晶粒尺寸小于电子平均自由粒时表现出的宏观性能是电阻高于粗晶材料。但存在一种所谓的L?5GMR现象(磁场中材料电阻减小)非常明显，磁场中粗晶材料一般电阻仅下降1%，而纳米材料的电阻可下降50%～80%。纳米材料的小尺寸效应还表现在磁学、光学性能方面，当晶粒尺寸小于单磁畴的尺寸时，每个晶粒也就成为一个单磁畴，由于晶粒取向的无序性，导致磁矩的混乱排列，使一些粗晶状态下是铁磁性的物质转变成了超顺磁性，如当α-FE的晶粒尺寸为5nm时转变为顺磁性，15nm的Ni的矫顽力Hc→O，表现出超顺磁性。纳米材料引起光的吸取、反射和散射性能异常，金属纳米粉几乎不呈黑色，对可见光几乎不反射。

　　3纳米技术在焊接领域的应用

　　纳米材料和纳米技术以其蓬勃的生命力和广阔的发展前景，渗透到陶瓷、微电子、生物工程、化工等几乎所有的研究领域，焊接领域对纳米材料及纳米技术的关注，也在不断的发展和完善中。

　　3.1在焊接材料中的应用

　　3.1.1在焊丝涂层中的应用

　　焊丝表面处理的主要目的在于防止焊丝生锈，增加焊丝润滑性和导电性。目前气体保护焊丝所采用的方法主要是表面镀铜，但是镀铜焊丝的缺点是焊接烟尘中有毒物质Cu元素含量高;焊接飞溅大;焊接成形差;防锈性能仍不理想易发生点蚀等;随着材料强度的提高，过渡到焊缝的Cu元素可能削弱焊缝性能，因而高强钢焊丝尽量避免采用镀铜工艺，这就需要开发新的焊丝涂层工艺。天津大学运用现代金属表面工程技术和纳米技术，采用特殊的表面处理工艺，在焊丝表面涂敷一层极薄的特殊物质，从根本上解决了传统镀铜焊丝的上述缺点。

　　3.1.2在焊剂制造中的应用

　　由于合金元素烧损少，成分较易控制，烧结温度低，能耗小，烧结焊剂正逐渐代替传统的熔炼焊剂。但是其烧结温度一般在400C～1000C之间，仍然会消耗大量的能源，且一些必要的组成物如碳酸盐在较高温度烧结时会发生分解，从而降低焊剂性能。纳米材料的体积效应及表面效应使得在低温时各组成物就可充分烧结而不发生分解，同时由于纳米材料优异的活性，可加快烧结过程、缩短烧结时间，从而降低能源消耗。

　　3.1.3在电极材料中的应用

　　常用电极中钨的熔点和沸点很高，逸出功较高(4.54eV)，为提高电子发射能力，通常通过加入低逸出功的氧化物如氧化钍(2.7eV)或稀土氧化物等来降低逸出功。但是普通的氧化物尺寸较大，在钨基内的分布不均匀，电子发射位置主要分布在低逸出功的氧化物及其边缘处，致使阴极斑点分布不均，局部电流密度大，烧损严重。利用纳米氧化物代替普通氧化物与钨粉烧结，可获得氧化物分布均匀、细小的复合钨—氧化物，改变了尺寸较大氧化物的缺点，改善了电极的烧蚀状况，从而达到提高电极寿命的目的。

　　3.2在焊接结构中的应用

　　焊接接头具有组织及性能不均匀的特点，各项性能难以与母材相匹配，因而容易在接头区域发生腐蚀及疲劳等破坏，而大部分该类破坏又是从接头表面开始的。工程上常常采用喷丸、渗透有用元素等方法提高接头表面的性能，而接头表层组织的纳米均一化处理为提高接头性能开辟了新的路径。接头表层自身纳米化处理是采用非平衡处理方法，主要是表面机械加工处理、非平衡热力学方法，增加材料表面能，使接头各个区域(焊缝、热影响区、母材)表面组织逐渐细化至纳米量级，从而赋予普通金属表层一些纳米材料的特殊性能。经纳米化处理的接头主要具有改善接头组织不均匀性、提高焊接接头的抗磨损性能，延长工件使用寿命、提高焊接接头疲劳寿命、改善接头抗应力腐蚀性能的优点。

　　4结束语

　　纳米技术以其带给人类的全新的对物质领域的认识，无疑正在掀起一场技术革命。纳米技术已经向我们初步展示了在新材料、新能源、计算机技术、生物医学以及航天领域中的应用。同时，纳米技术并不是孤立的，它涉及到如量子力学、材料科学、胶体化学、物理化学、高分子化学、生物化学、凝聚态物理和微电子技术学等诸多领域学科，因此，只有进行多学科的交叉渗透，才能更好地有助于我们认识纳米科学，掌握纳米技术。

　　参考文献

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