金属纳米材料的应用篇1
【关键词】纳米增强制备方法优缺点
随着科技进步，各个领域对于相关材料的性能要求日益提高。纳米增强技术是改善材料性能的重要方法之一，其在金属材料领域尤其应用广泛。在电子、汽车、船舶、航天和冶金等行业对高性能复合材料需求迫切，选用最佳制备方法制备出性能更优良的纳米材料是当前复合材料发展的迫切要求。
1纳米增强技术概述
纳米相增强金属材料是由纳米相分散在金属单质或合金基体中而形成的。由于纳米弥散相具有较大的表面积和强的界面相互作用，纳米相增强金属复合材料在力学、电学、热学、光学和磁学性能方面不同于一般复合材料，其强度、导电性、导热性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。
1.1机械合金化法
机械合金化法（ma）是一种制备纳米颗粒增强金属复合材料的有效方法。通过长时间在高能球磨机中对不同的金属粉末和纳米弥散颗粒进行球磨，粉末经磨球不断的碰撞、挤压、焊合，最后使原料达到原子级的紧密结合的状态，同时将颗粒增强相嵌入金属颗粒中。由于在球磨过程中引入了大量晶格畸变、位错、晶界等缺陷，互扩散加强，激活能降低，复合过程的热力学和动力学不同于普通的固态过程，能制备出常规条件下难以制备的新型亚稳态复合材料。
1.2内氧化法
内氧化法（internaloxidation）是使合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化，使增强颗粒转化为氧化物，之后在高温氢气气氛中将氧化的金属基体还原出来形成金属基与增强颗粒的混合体，最后在一定的压力下烧结成型。因将材料进行内氧化处理，氧化物在增强颗粒处形核、长大，提高增强粒子的体积分数及材料的整体强度，这样可以提高材料的致密化程度，且可以改善相界面的结合程度，使复合材料的综合力学性能得到提高。
1.3大塑性变形法
大塑性变形法（Severeplasticdeformation）是一种独特的纳米粒子金属及金属合金材料制备工艺。较低的温度环境中，大的外部压力作用下，金属材料发生严重塑性变形，使材料的晶粒尺寸细化到纳米量级。大塑性变形法有两种方法：等槽角压法（eCa）和大扭转塑性变形法（SptS）。
1.4粉末冶金法
粉末冶金法（pm）是最早制备金属基复合材料的方法，技术相对比较成熟。其工艺为：按一定比例将金属粉末和纳米增强颗粒混和均匀、压制成型后进行烧结。
1.5液态金属原位生成法
原位反应生成技术[2]（in-situsynthesis）是近年来作为一种突破性的金属基复合材料合成技术而受到国内外学者的普遍重视。其增强的基本原理是在金属液体中加入或通入能生成第二相的形核素，在一定温度下在金属基体中发生原位反应，形成原位复合材料。
除上述几种常用的纳米增强制备方法外，还有真空混合铸造法、纳米复合镀法等[3]。
2纳米增强制备工艺优缺点比较
对以上几种纳米增强制备技术在工艺及质量性能方面的优缺点进行分析：
2.1工艺复杂性及成本和产量方面
机械合金法：制备成本低、产量高、工艺简单易行，但是能耗高；内氧化法：制备工艺简单、有利于规模生产，但是生产成本高；大塑性变形法：制备工艺简单、成本低、不可规模生产；粉末冶金法：制备工艺复杂但成熟、生产成本高、效率低；原位生成法：工艺性差、制备成本高、不适于规模化生产。
2.2制备材料质量和性能
机械合金法：各项性能良好，硬度提高明显，能制备常规条件难以制备的亚稳态复合材料，但增强粒子不够细化，粒径分布宽，易混入杂质；内氧化法：提高增强粒子的体积分数，改善相界面结合程度，综合力学性能得到提高，但内部氧化剂难以消除，易造成裂纹、空洞、夹杂等组织缺陷；大塑性变形法：组织晶粒显著细化，无残留孔洞和夹杂，粒度可控性好，但粒度不均匀，增强粒子产生范围小；粉末冶金法：材料性能好，增强相含量可调，增强相分布均匀，组织细密，但材料界面易受污染；原位生成法：材料热力学稳定，力学性能优良，且界面无杂质污染，但增强颗粒限于特定基体中，增强相颗粒大小、形状受形核、长大过程影响。
上述分析可以得出，粉末冶金法技术最为成熟，机械合金法工艺最为简单易行，内氧化法有利于大规模生产，金属液态原位生成法最具有发展前景。王自东[4]等人应用金属液态原位生成纳米增强技术，使得金属材料强度大幅度提高的同时，塑性也能大幅度提高，解决了增强同时增韧或增强同时塑性不下降这一世界难题。以锡青铜为例：强度从270mpa提高至535mpa，延伸率从12%提高至38%，冲击韧性从14提高至39。这项技术成果独立于国外，优于国外，为我国原创。
3结语
纳米增强金属材料在工程方面具有广泛应用领域和前景，例如：我国目前建筑用钢约4亿吨，如采用该技术，至少可节约10%的用量，在节约资源，节能减排，提高效率等方面意义重大！其它主要应用领域有：铁路应用的高铁输电电缆、高铁车轴、轨道、车辆走行部分、车钩等需要满足强度要求又需满足如导电性、韧性、耐疲劳性、减轻结构重量等特殊要求的领域。船舶中大量的铜合金泵、阀和管材，材料大幅增强、增韧后可减少用材10%-20%。轧制低于8μm的铜箔用于柔性印刷电路板的覆铜，减少用铜、减轻重量、降低成本等。武器装备中装甲用钢、舰船壳体钢、飞机起落架用钢，以及航空、航天等领域都有着广泛的应用前景。
我们要继续开发新型的具有高性能价格比、工艺简单、适于大规模生产且符合我国工业现状的纳米增强制备技术。
参考文献：
[1]郝保红，喻强，等.颗粒增强金属基复合材料的研究（一）.北京石油化工学院学报，2003.
[2]王庆平，姚明，陈刚.反应生成金属基复合材料制备方法的研究进展[J].江苏大学学报，2003.
金属纳米材料的应用篇2
本书重点阐述了有关机械纳米结构化的先进研究方法和研究内容，如严重的塑性变形，包括高压扭转、等通道转角处理、循环挤压压缩、累积叠轧焊、表面机械研磨处理等。本书内容以工程应用为导向，提出的方法有利于集成到现有的生产工艺中。此外，为了发挥所期望的功能，本书也对结构―性质关系和影响纳米结构的方法进行了详细回顾。本书最后展望了未来发展，对机械工程和纳米结构各个领域的应用进行了概述。
本书共分三部分，31章：第一部分纳米材料的机械性能，含第1-10章：1.纳晶材料的机械性能；2.纳米结构轻金属材料的优越机械性能和创新潜力；3.认识纳米结构贝氏体的机械性能；4.纳晶材料的本征强度；5.现代光学显微镜技术和纳米结构材料基于aFm的测量；6.强度和电导率纳米铜和SpD115铜基合金；7.机械性能与等径弯曲通道挤压（eCap）过程的转位边界机制；8.纳米粒子的机械性能：在透射电子显微镜内部原位表征纳米压痕；9.提高纳米结构的机械特性―特别考虑动力荷载条件下；10.生物纳米材料的机械性能。
第二部分机械纳米结构化方法，含第11-21章：11.SpD过程-机械纳米方法；12.机械合金化/铣；13.等径弯曲通道挤压（eCap）；14.喷丸加工获取纳米结构表面：过程和处理的表面的性能；15.纳米晶化表面机械研磨处理；16.制备纳米材料的机械研磨；17超声冲击处理-适用于金属材料表面纳米结构的有效方法；18.压缩条件下的金属纳米结构；19.铣削在合成纳米结构金属基复合材料粉体的应用；20.通过铣削加工的合成与纳米粉体特性；21.来自活性球磨的纳米结构。
第三部分机械纳米结构化的应用与发展，含第22-31章：22.通向纳米级别的机械化学的途径（mechanochemicalRoute）；23.粉末微粒的气蚀解体；24.宝石中的金属纳米材料的独特性能应用；25.含高能球磨的电瓷复合材料混合处理过程；26.开发等径弯曲通道挤压技术应用于纳晶材料上细化；27.机械处理制备的双极氧化物纳米粉体；28作为纳米材料合成与加工的通用方法高能球磨；29.合并机械合金化产品/粉；30.喷丸加工衍生的表面纳米结构技术：最新进展；31.机械化学合成的纳米材料用于能量转换和存储设备。
金属纳米材料的应用篇3
40多年以前，科学家们就认识到实际材料中的无序结构是不容忽视的。许多新发现的物理效应，诸如某些相转变、量子尺寸效应和有关的传输现象等，只出现在含有缺陷的有序固体中。事实上，如果多晶体中晶体区的特征尺度（晶粒或晶畴直径或薄膜厚度）达到某种特征长度时（如电子波长、平均自由程、共格长度、相关长度等），材料的性能将不仅依赖于晶格原子的交互作用，也受其维数、尺度的减小和高密度缺陷控制。有鉴于此，HGleitCr认为，如果能够合成出晶粒尺寸在纳米量级的多晶体，即主要由非共格界面构成的材料[例如，由50％（invol．）的非共植晶界和50％（invol．）的晶体构成］，其结构将与普通多晶体（晶粒大于lmm）或玻璃（有序度小于2nm）明显不同，称之为"纳米晶体材料"（nanocrystallinematerials）。后来，人们又将晶体区域或其它特征长度在纳米量级范围（小于100nn）的材料广义定义为"纳米材料"或"纳米结构材料"（nanostructuredmaterials）。由于其独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前，广义的纳米材料的主要包括：
l）清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜；2）人造超晶格和量子讲结构；功半结晶聚合物和聚合物混和物；4）纳米晶体和纳米玻璃材料；5）金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。
经过最近十多年的研究与探索，现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展，研究成果日新月异，研究范围不断拓宽。本文主要从材料科学与工程的角度，介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。
2纳米材料的制备与合成
材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。这些方法可大致归类为"两步过程"和"一步过程"。"两步过程"是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积（pVD）、化学气相沉积（CVD）、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等，其中，pVD法以"惰性气体冷凝法"最具代表性。"一步过程"则是将外部能量引入或作用于母体材料，使其产生相或结构转变，直接制备出块体纳米材料。诸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前，关于制备科学的研究主要集中于两个方面：l）纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量；2）纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。
3纳米材料的奇异性能
1）原子的扩散行为
原子扩散行为影响材料的许多性能，诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14～16个量级，比Cu的晶界自扩散系数大3个量级。wurshum等最近的工作表明：Fe在纳米晶n中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散，这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。他们还报道了Fe在非晶FeSiBnbCu（Finemete）晶化形成的复相纳米合金（由Fe3Si纳米金属间化合物和晶间的非晶相构成）中的扩散要比在非晶合金中快10～14倍，这是由于存在过剩的热平衡空位。Fe在Fe-Si纳米晶中的扩散由空位调节控制。
2）力学性能
目前，关于纳米材料的力学性能研究，包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有（或很少）孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷，早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展，使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。
许多纳米纯金属的室温硬度比相应的粗晶高2～7倍。随着晶粒的减小，硬度增加的现象几乎是不同方法制备的样品的一致表现。早期的研究认为，纳米金属的弹性模量明显低于相应的粗晶材料。例如，纳米晶pd的杨氏和剪切模量大约是相应全密度粗晶的70％。然而，最近的研究发现，这完全是样品中的缺陷造成的，纳米晶pd和Cu的弹性常数与相应粗晶大致相同，屈服强度是退火粗晶的10～15倍。晶粒小子50nm的Cu韧性很低，总延伸率仅1％～4％，晶粒尺寸为110nm的Cu延伸率大于8％。从粗晶到15urn，Cu的硬度测量值满足Hallpetch关系；小于15nm后，硬度随晶粒尺寸的变化趋于平缓，虽然硬度值很高，但仍比由粗晶数据技Hallpetch关系外推或由硬度值转换的估计值低很多。不过，纳米晶Cu的压缩屈服强度与由粗晶数据的HallpetCh关系外推值和测量硬度的值（Hv／3）非常吻合，高密度纳米晶Cu牙Dpd的压缩屈服强度可达到1Gpa量级。
尽管按照常规力学性能与晶粒尺寸关系外推，纳米材料应该既具有高强度，又有较高韧性。但迄今为止，得到的纳米金属材料的韧性都很低。晶粒小于25nm时，其断裂应变仅为＜5％，远低于相应粗晶材料。主要原因是纳米晶体材料中存在各类缺陷、微观应力及界面状态等。用适当工艺制备的无缺陷、无微观应力的纳米晶体Cu，其拉伸应变量可高达30％，说明纳米金属材料的韧性可以大幅度提高。纳米材料的塑性变形机理研究有待深入。
纳米晶金属间化合物的硬度测试值表明，随着晶粒的减小，在初始阶段（类似于纯金属盼情况）发生硬化，进一步减小晶粒，硬化的斜率减缓或者发生软化。由硬化转变为软化的行为是相当复杂的，但这些现象与样品的制备方法无关。材料的热处理和晶粒尺寸的变化可能导致微观结构和成份的变化，如晶界、致密性、相变、应力等，都可能影响晶粒尺寸与硬度的关系。
研究纳米晶金属间化合物的主要动机是探索改进金属间化合物的室温韧性的可能性。Bohn等首先提出纳米晶金属化合物几种潜在的优越性。其中包括提高强度和韧性。Haubold及合作者研究了iGC法制备的nial的力学性能，但仅限于单一样品在不同温度退火后的硬度测量。Smith通过球磨nial得到晶粒尺寸从微米级至纳米级的样品，进行了"微型盘弯曲试验"，观察到含碳量低的材料略表现出韧性，而含碳多的材料没有韧性。最近Choudry等用"双向盘弯曲试验"研究了纳米晶nial，发现晶粒小于10nm时，屈服强度高干粗晶nial，且在室温下有韧性，对形变的贡献主要源于由扩散控制的晶界滑移。室温压缩实验显示由球磨粉末固结成的纳米晶Fe-28al-2Cr具有良好的塑性（真应变大于1．4），且屈服强度高（是粗晶的1o倍）。测量tial（平均晶粒尺寸约10nm）的压缩蠕变（高温下测量硬度随着恒载荷加载时间的变化）表明，在起始的快速蠕变之后，第二阶段蠕变非常缓慢，这意味着发生了扩散控制的形变过程。低温时（低于扩散蠕变开始温度），纳米晶的硬度变化很小。观察到的硬度随着温度升高而下降，原因之一是压头载荷使样品进一步致密化，而主要是因为材料流变加快。mishra等报道，在750～950°C，10-5～10-3s-1的应变速率范围，纳米晶ti-47．5al-3Cr（g-tial）合金的形变应力指数约为6，说明其形变机制为攀移位错控制。
值得注意的是，最近报道了用分子动力学计算机模拟研究纳米材料的致密化过程和形变。纳米Cu丝的模拟结果表明，高密度晶界对力学行为和塑性变形过程中的晶界迁移有显著影响。纳米晶（3～5nm）ni在低温高载荷塑性变形的模拟结果显示，其塑性变形机制主是界面的粘滞流动、晶界运动和晶界旋转，不发生开裂和位错发散，这与粗晶材料是截然不同的。
3）纳米晶金属的磁性
早期的研究发现。纳米晶Fe的饱和磁化强度试比普通块材a-Fe约低40％。wagner等用小角中子散射（SanS）实验证实纳米晶Fe由铁磁性的晶粒和非铁磁性（或弱铁磁性）的界面区域构成，界面区域体积约占一半。纳米晶Fe的磁交互作用不仅限于单个晶粒，而且可以扩展越过界面，使数百个晶粒磁化排列。
Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸（50mm～7nm）无关，但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小，矫顽力显著增加。Schaefer等报道，纳米晶ni中界面原子的磁拒降低至0.34mB／原子（块状ni为0．6mB／原子），界面组份的居里温度（545K）比块状晶体ni的（630K）低。最近的研究还发现，制备时残留在纳米晶ni中的内应力对磁性的影响很大，纳米晶ni的饱和磁化强度与粗晶ni基本相同。
Yoshizawa等报道了快淬的FeCunbSiB非晶在初生晶化后，软磁性能良好，可与被莫合金和最好的Co基调合金相媲美，且饱和磁化强度很高（Bs约为1．3t）。其典型成份为Fe73.5Cu1nb3Si13.5B9称为"Finemet"。性能最佳的结构为a-Fe（Si）相（12～20nm）镶嵌在剩余的非晶格基体上。软磁性能好的原因之一被认为是铁磁交互作用。单个晶粒的局部磁晶体各向异性被有效地降低。其二是晶化处理后，形成富Si的a-Fe相，他和磁致伸缩系数ls下降到2′10-6。继Finemet之后，90年代初又发展了新一族纳米晶软磁合金Fe-Zr-（Cu）-B-(Si)系列（称为''''nanoperm"）。退火后，这类合金形成的bcc相晶粒尺寸为10～20nm，饱和磁化强度可达1．5～1．7t，磁导率达到48000（lkHz）。铁芯损耗低，例如，Fe86Zr7B6Cu1合金的铁芯损耗为66mw·g-1（在1t，50Hz条件下），比目前做变压器铁芯的Fe78Si9B13非晶合金和bccFe-3．5％Si合金小45％和95％，实用前景非常诱人。
4）催化及贮氢性能
在催化剂材料中，反应的活性位置可以是表面上的团簇原子，或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置，因此很适宜作催化材料。事实上，早在术语"纳米材料"出现前几十年，已经出现许多纳米结构的催化材料，典型的如Rh／al2o3、pt／C之类金属纳米颗粒弥散在情性物质上的催化剂。已在石油化工、精细化工合成、汽车排气许多场合应用。
Sakas等报道了纳米晶5％（inmass）Li-mgo（平均直径5．2nm，比表面面积750m2·g-1）的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好，催化激活温度比普通Li浸渗的mgo至少低200°C，尽管略有烧结发生，纳米材料的平均活性也比普通材料高3．3倍。
Ying及合作者利用惰性气氛冷凝法制成高度非化学当量的Ceo2-x纳米晶体，作为Co还原So2、Co氧化和CH4氧化的反应催化剂表现出很高的活性。活化温度低于超细的化学当量Ceo2基材料。例如，选择性还原So2为S的反应，可在500°C实现100％转换，而由化学沉淀得到的超细Ceo2粉末，活化温度高达600°C。掺杂Cu的Cu-Ceo2-x纳米复合材料可以使So2的反应温度降低到420°C。另外，Ceo2-x纳米晶在So2还原反应中没有活性滞后，且具有超常的抗Co2毒化能力。还能使Co完全转化为Co2的氧化反应在低于100°C时进行，这对冷起动的汽车排气控制非常有利。值得注意的是这样的催化剂仅由较便宜的金属构成，毋须添加资金属元素。
Feti和mg2ni是贮氢材料的重要候选合金。其缺点是吸氢很慢，必须进行活化处理，即多次地进行吸氢----脱氢过程。Zaluski等最近报道，用球磨mg和ni粉末可直接形成化学当量的mg2ni，晶粒平均尺寸为20～30nm，吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶mg2ni的吸氢只能在高温下进行（如果氢压力小于20pa，温度必须高于250°C），低温吸氢则需要长时间和高的氢压力，例如200°C、120bar(lbar＝0．1mpa)，2天。纳米晶mg2ni在200°C以下，即可吸氢，毋须活化处理。300°C第一次氢化循环后，含氢可达～3.4％（inmass）。在以后的循环过程中，吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶Feti的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶Feti的活化过程是：在真空中加热到400～450℃，随后在约7pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高（35～65pa）的氢中，激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶Feti只需在400℃真空中退火0.5h，便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶Feti合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域（约占材料的20％～30％）构成。
4纳米材料应用示例
目前纳米材料主要用于下列方面：
l）高硬度、耐磨wC-Co纳米复合材料
纳米结构的wC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的wC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成wC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和；喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末；再经流床热化学转化成为纳米晶wC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。wC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。
2)纳米结构软磁材料
Finemet族合金已经由日本的HitachiSpecialmetals，德国的VacuumschmelzeGmbH和法国的imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的alpselectricCo．一直在开发nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。
3)电沉积纳米晶ni
电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall－petch强化行为、纯ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为eectrosleevetm工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造ni的两倍，延伸率为15％。晶间开裂抗力大为改善。
4）al基纳米复合材料
al基纳米复合材料以其超高强度（可达到1.6Gpa）为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-al粒子，合金元素包括稀土（如Y、Ce）和过渡族金属（如Fe、ni）。通常必须用快速凝固技术（直接淬火或由初始非晶态通火）获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化（导致拉神状态下的塑性不稳定性）。这类纳米材料（或非晶）可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8～1Gpa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤al基纳米复合材料已经商业化，注册为Gigastm。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500％。
5结语
在过去十多年里，尽管纳米材料的研究已经取得了显著进展，但许多重要问题仍有待探索和解决。诸如，如何获得清洁、无孔隙、大尺寸的块体纳米材料，以真实地反映纳米材料的本征结构与性能？如何开发新的制备技术与工艺，实现高品质、低成本、多品种的纳米材料产业化？纳米材料的奇异性能是如何依赖于微观结构（晶粒尺寸与形貌、晶界等缺陷的性质、合金化等）的？反之，如何利用微观结构的设计与控制，发展具有新颖性能的纳米材料，以拓宽纳米材料的应用领域？某些传统材料的局域纳米化能否为其注入新的生命力？如何实现纳米材料的功能与结构一体化？如何使纳米材料在必要的后续处理或使用过程中保持结构与性能的稳定性？等等。这些基本问题是进一步深入研究纳米材料及其实用化的关键，也是纳米材料研究被称为"高风险与高回报并存"的原因。
金属纳米材料的应用篇4
关键词：碳纳米管；填充；应用前景
中图分类号：tp601文献标识码：a
自从碳纳米管被S.iijima[1]发现以来，由于其独特的力学、热学、电学和机械性能使其成为纳米科学研究领域的重要组成部分。1993年，碳纳米管填充现象被报道，大量的理论计算和实验研究表明，在碳纳米管的量子内腔中，不仅填充物质自身的形态结构和理化性质与其宏观状态相比发生了变化，而且在一定程度上也对碳纳米管的性质产生了很大影响。因此，对碳纳米管的填充以及对形成复合材料的物性研究是目前碳纳米管研究的热点。本文综述了国内外学者在碳纳米管内填充方向开展的研究工作，探讨了不同制备方法的优点及其不足，并展望了该研究领域的发展前景及该复合材料的应用。
1碳纳米管内填充的实验研究
按照碳纳米管的制备与填充过程是否同步完成，可将这些制备方法分为两大类：两步法和一步法。所谓两步法是指先制备出碳纳米管，然后再采用适当的方法打开碳纳米管的端帽，将第二相物质填充到其管腔里；而一步法则是指在制备碳纳米管的过程中同时实现第二相物质的填充，即制备和填充一步完成。下面将按照此分类对近年来有关金属填充碳纳米管的不同制备方法进行综述，并对今后该领域的研究方向进行初步的展望。
1.1两步法填充碳纳米管
目前为止，制备金属填充碳纳米管的两步法主要有以下两种：毛细填充法和溶液化学法，下面将分别叙述。
1.1.1毛细管作用诱导填充法
碳纳米管具有纳米尺度的中空内腔，亦称为"最细的毛细管"。在适当的条件下，某些外来物质可以在毛细管作用诱导下进入碳纳米管内腔，从而达到使碳纳米管填充的目的。这就是碳纳米管的毛细管作用填充方法。要想将液体（或熔融金属）通过毛细作用填充到碳纳米管的管腔里，其前提是液体与碳纳米管的内表面之间的作用力要足够大，二者能够发生浸润。要使浸润现象发生，"固-液"接触角应小于90°。
1.1.2溶液化学法（湿化学技术填充法）
所谓溶液化学法，通常是指将碳纳米管和待填充金属的盐类一起加到强酸（如浓硝酸、盐酸等）溶液中，通过强酸溶液的作用打开碳纳米管的端帽进行填充的一种方法。碳纳米管的端帽打开后，金属盐溶液的溶质在毛细作用力驱动下填入管内，然后再在惰性气氛中进行退火处理，即可得到金属氧化物填充的碳纳米管。之所以不把此类方法归入"毛细填充法"的范畴，是为了强调打开碳纳米管端帽的过程不是在气相中进行，而是在溶液中完成的。
科学家同时致力探索了是否可以将碳管的合成与填充一次性地完成，即在生长碳管的同时，就将外来物质填充在管的中空腔内的一步法。
1.2一步法填充碳纳米管
制备金属填充碳纳米管的一步法目前主要有以下四种：电弧放电法、熔盐电解法、模板法和热解金属有机物法，下面将逐一叙述。
1.2.1电弧放电法
电弧放电法又称石墨电弧法或直流电弧法，是最早用于制备碳纳米管的方法。此方法是将石墨阳极钻一个孔，将待填充的金属物质或它们的化合物的粉末填到这个小孔内，然后进行电弧放电，在阴极石墨棒上即可收集到填充有金属或金属化合物的碳纳米管产物。优点是可以在制备碳纳米管的过程中实现原位填充，缺点是需要高温，填充效率低，而且主要是形成金属碳化物，从而限制了其应用范围。
1.2.2熔盐电解法
这种技术既可以制备碳纳米管，又可制备碳纳米管内填充材料。所谓熔盐电解法通常是指以将一种或几种无机盐类置于一个作为阳极的碳坩埚中，加热使之熔融作为液态电解质，以另外一根石墨棒作为阴极进行电解反应来制备填充碳纳米管的一种方法。碳坩埚通常是将一根高纯石墨棒的一端钻一个有一定深度的孔而加工得到的。电解装置的阴极石墨棒在碳坩埚中的插入深度通过一个螺钉来调节。熔盐电解法对于制备低熔点金属填充的碳纳米管是有效的，但应用于高熔点金属（如Zn、Cu等）时的效果并不理想，得到的主要是颗粒状产物，而且得到的碳层的石墨化程度很差。
1.2.3模板填充法
模板法是制备纳米结构较为常用的一种方法。近年来许多研究者采用模板技术制备出一维纳米尺度的材料，如纳米碳管、纳米线有序阵列等，特别是该技术使得纳米碳管包覆材料变得更容易实现。该方法一般需要先合成出适宜尺寸和结构的模板，然后利用物理或化学的方法向其中填充各种金属、非金属或半导体材料，从而获得所需特定尺寸和功能的纳米结构。这种方法的优点在于对制备条件要求不高，操作较为简单，通过调整模板制备过程中的各种参数可制得粒径分布窄，尺寸可控、易掺杂和反应易控制的超分子纳米材料。
2应用前景
在填充碳纳米管应用研究领域，目前最引人注目的是填充有铁磁性金属Fe、Co、ni及其合金的碳纳米管，其矫顽力可到250-1000oe左右，高于宏观状态金属的几十倍甚至一百倍以上。另外，这些铁磁性金属或合金填充碳纳米管在沿填充方向上还具有良好的单轴磁畴各向异性，是目前超高密度磁性存储器制造业关注焦点之一。碳纳米管填充的另一基本的潜在应用方向是利用碳纳米管的纳米级空腔作为模板，制备一维形态的金属纳米线以应用与纳米电路和纳米电子元器件的构筑。在碳纳米管的一维限域空腔内，填充物原子在碳纳米管内部的排列方式与宏观空间可能会有不同，这将使制备出的金属纳米导线具有奇异的电性质，从而可应用于未来的电子工业，如计算机芯片等。在其他方面，Kumar等将Sn填充的碳纳米管应用于锂离子电池制造研究，他们发现：Sn填充碳纳米管具有相当高的可逆电容量，可以作为锂离子电极的阳极材料使用。Garcia-Vidal等发现ag填充的碳纳米管具有非常好的线性光学响应性，可以用作分光镜增强器。此外，金属填充碳纳米管在化学传感器、微电极制造等其他方面也大有用武之地。
结语
综上所述，对碳纳米管内填充的方法主要有毛细管作用诱导填充法、溶液化学法（湿化学技术填充法）、电弧放电法、熔盐电解法、模板填充法、热解金属有机物法等。将外来物质包覆或填充进纳米碳管中，会出现许多新奇的物理现象。开发成熟的纳米碳管内填充技术，按照材料使用性能的要求填充不同的材料，使表层和芯部具有良好的综合性能，也是亟待解决的难题。
参考文献
金属纳米材料的应用篇5
随着社会经济的发展，复合材料增强有色金属材料在生产中的实际应用，满足了当下发展需要，更好地促进了相关产业的发展和进步。复合材料增强有色金属材料应用，就是在有色金属材料中添加非金属增强材料，这样一来，可以更好地对原有材料的性能进行改变，形成一种新的复合材料。这种复合材料将比原来的材料具有更好的性能，能够满足更深层次的有色金属材料应用。本文对复合材料增强有色金属材料研究，将注重分析有色金属材料性能的加强分析，希望本文的研究，能够为有色金属材料的发展，提供一些参考和建议。
关键词：
复合材料；有色金属材料；性能分析；
就有色金属材料的发展情况来看，目前在航空航天、机械制造以及交通运输领域，得到了较为广泛的应用。随着社会经济的发展，有色金属材料在相关产业中的应用变得越发广泛，加强有色金属材料性能，对于提升相关产业进步来说，具有着一定的积极意义。科学技术的发展和进步，为提高有色金属材料性能打下了坚实的基础，进一步提升有色金属材料的性能，可以更好地促进机械制造业、航空航天事业的发展，满足当下人们对有色金属材料的实际需要。因此，提升有色金属材料性能，利用复合材料增强其性能的研究，成为当下有色金属材料发展的一个热门议题。本文对有色金属材料性能的研究，主要分析了有色金属材料在添加非金属增强材料后，形成的复合材料效果检测，阐述了复合型的有色金属材料在相关产业中应用的优势，以期更好地促进有色金属材料性能的提升。
1有色金属材料SiC的复合材料增强效果研究
本文对SiC这一有色金属材料的增强性研究，主要探讨了非金属材料Za22锌基合金的添加。Za22锌基合金添加到SiC中，可以增强其性能，具有较好的强化效果。
1.1SiC添加Za22锌基合金的加入量和加入方式分析SiC颗粒是国产a型砂轮磨料，在实际生产过程中得到了广泛的应用。这种有色金属材料的应用，主要是通过添加Za22锌基合金，增强了其性能，让SiC颗粒能够更好地应用于砂轮磨料当中。在进行SiC增强过程中，Za22锌基合金的加入量应为复合材料铸锭的5%、10%、20%，在添加过程中，要使Za22锌基合金形成的合金浆料，均匀地分布在合金之中，并且在加入后，对浆料进行升温浇注，保证加强后的SiC能够具有较好的性能。SiC通过添加Za22锌基合金后，将形成SiCp/Za22复合材料，这种材料对于实际生产更具优越的性能，能够更好地满足砂轮磨料实际需要[1]。
1.2SiC增强效果分析SiC在添加Za22锌基合金后，具有了更加强大的性能，其增强体的性能在基体中均匀分布，使SiC颗粒能够更好地分布在复合材料当中，并且其强度要比复合材料的抗拉强度提升许多。就相关测试数据显示，这种添加了Za22锌基合金的SiC复合材料，抗拉强度要比原来提升了百分之四十七。同时，SiCp/Za22复合材料的抗压值为518，Za22锌基合金的抗压值为352；SiCp/Za22复合材料的Gpa为105e，而Za22锌基合金的Gpa则为66e。除了SiCp/Za22复合材料的抗拉强度提升之后，其耐磨损性能也得到了显著地提升。Za22锌基合金添加SiC后，具有了更为强大的耐磨锁性能，能够更好地应用于实际生产当中。关于SiC的耐磨损性能测试数据显示，磨环的淬火数值为GCrl5，磨损测试时间为40分钟，正向压力数值为392n，通过磨损试验后，复合材料会随着SiC的体积分数增加而有所变化，对比Za22锌基合金的磨损数据，磨损的损失量仅为Za22锌基合金的一半左右。由此可见，在有色金属材料中添加非有色金属材料，可以更好地提升材料性能，形成一种增强型的复合型材料后，更加有利于实际生产应用。
2关于纳米三氧化二铝（al2o3）增强铜基材料的应用分析
纳米三氧化二铝的增强型铜基材料，在机械化生产中得到了较为广泛的应用，通过提升纳米三氧化二铝的性能，使其具有更好的硬度和抗弯强度，能够很好地保证有色金属材料性能在实际使用中发挥应有的作用，从而更好地促进我国相关产业的发展和进步[2]。
2.1关于纳米al2o3加入量以及相应加入方式的分析纳米三氧化二铝在选择试验材料时，主要涉及到铜粉、纳米、石墨等材料。其中铜粉占有试验量的百分之七十，纳米三氧化二铝则为1%~5%，剩余的则为石墨的含量。在进行实际试验过程中，主要进行了摩擦实验，摩擦实验的进行条件如下：设置摩擦的滑动速度为5*10-3m/s，载荷数值为5000n，在实际测试过程中，要注意磨损稳定值，当磨损稳定值的摩擦系数和磨损率保持一致时，对纳米三氧化二铝增强铜基材料进行抗弯强度试验，其试验则在5000n的拉力试验机上进行。纳米三氧化二铝增强铜基材料的实验，主要是为了测试其在拉力试验机上的磨损程度，比较复合材料与单一材料的磨损能力以及相应的硬度、抗弯强度数值[3]。关于纳米三氧化二铝质量分数的磨损值我们可以从图中看出：通过对比磨损值与纳米三氧化二铝的质量分数关系，我们不难看出，载荷为5000n下，纳米三氧化二铝增强铜基材料的磨损量更少，其性能更加优越。
2.2纳米al2o3的增强性能分析关于纳米三氧化二铝增强性能的分析，我们可以从上述的实验中看出，纳米三氧化二铝增强铜基材料要比传统的纳米三氧化二铝具备更好的硬度和抗弯强度。试验过程中，纳米三氧化二铝的体积分数小于4%时，纳米三氧化二铝增强铜基材料的强度会随着纳米三氧化二铝的质量分数增强而提升；当纳米三氧化二铝的体积分数小于4%时，铜基复合材料的抗弯强度也会有所增强。
3铝合金复合材料的增强性能研究
铝合金这种复合材料我们并不陌生，在实际应用过程中，铝合金的应用范围更加广泛。随着社会经济的发展，对铝合金这种材料的要求也随之升高，提升铝合金复合材料的整体性能，对于促进相关产业的发展来说，具有着重要的意义。铝合金材料在实际应用过程中，在不同温度条件下，其抗拉强度有着明显的变化，为了更好地应用铝合金，了解其材料特性的时候，就要加强铝合金材料的抗拉强度，使之具备更强大的性能，这样一来，才能更好地满足实际生产需要。就相关数据实验显示，三种铝合金复合材料在100度的抗拉强度如下：铝合金（ZL109）抗拉强度为294mpa，K2o.6tio2/ZL109抗拉强度为296mpa，al2o3/ZL109抗拉强度为311mpa。由此可见，我们不难看出，铝合金复合材料的抗拉强度明显要强于铝合金材料[4]。
4镁基复合材料和铝硅合金的增强性能分析
镁基复合材料和铝硅合金的增强，使其在实际应用中具备更好的性能，能够在实际生产中，满足实际需要，更好地促进相关产业的发展和进步。
4.1镁基复合材料增强性能分析镁基复合材料的应用，主要是镁合金基体和非有色金属材料的结合，这种复合型材料更好地提升了镁合金的强度。一般来说，镁基复合材料在应用过程中，主要添加了碳纤维、氧化铝、碳化硼颗粒等。镁基复合材料在制造行业得到了较为广泛的应用。有关镁基复合材料的性能，在添加体积分数为30%的碳纤维后，可以增强镁合金的剪切强度，镁基复合材料的强度为40mpa，而镁合金材料的强度则为20mpa，对比两个数据，我们不难看出，镁基复合材料的性能要超出镁合金性能太多。
4.2铝硅合金增强性能分析铝硅合金增强性能，主要是利用石墨复合材料阻尼性能，增强铝硅合金的自滑性，降低铝硅合金的摩擦性，使铝硅合金能够在内燃机活塞以及轴承中得到广泛的应用。针对于铝硅合金增强性能的研究分析，主要选择7.5%的铝硅合金作为试验材料，并添加石墨，其粒度为60~200um。在实际实验过程中，将石墨均匀加入铝硅中，并且将其铸造成型，对其阻尼性能以及相关化学性能进行有效的检测。关于铝硅合金增强性能的实验结果，如下所示：7.5%铝硅合金的内耗为0.83*10-2，Ga-1的内耗为2.26*10-2，Ga-2的内耗为3.17*10-2。由此可见，当铝硅合金内的石墨含量增加后，铝硅-石墨复合材料的内耗增大，可以更好地实现减震目标。
5结束语
金属纳米材料的应用篇6
关键词:纳米材料;模板法;制备工艺;化合聚合;溶胶-凝胶沉积;化学气相沉积
中图分类号:0614文献标识码:a文章编号:1009-2374(2010)03-0178-02
自20世纪70年代纳米颗粒材料问世以来,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料,至今已有20多年的历史,但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。纳米材料的研究大致可划分为三个阶段:第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评价表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,这一阶段纳米复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段(从1994年到现在)纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注,正在成为纳米材料研究的新的热点。本文所要介绍的模板法制备纳米材料即为纳米组装体系的一种。
一、模板合成中常用的模板
(一)高分子模板
高分子模板通常是通过采用厚度为6～20μm的聚碳酸脂、聚脂和其它高分子材料经过核裂变碎片轰击使其出现损伤的痕迹,再用化学腐蚀方法使这些痕迹变成孔洞。膜中孔径可以达到微米级,甚至达到纳米级(最小达到10nm),孔率可达到109/cm2,孔分布是随机的、不均匀且无规律,并且很多孔洞与膜面倾斜和相互交叉。
由于高分子模板自身这些特征,使得用这些模板组装的纳米结构不能形成有序的阵列体系。同时由于存在很多的孔之间斜交现象,当人们理论模拟模板合成的纳米微粒的光学特性时,就会出现理论预计和现实情况不相符合的情形,例如,理论预示独立的金属微粒在某个特殊的波段吸收最强,然而,模板合成的这种金属纳米微粒间的物理接触可使这个最大吸收带移动200nm或更多。
(二)阳极氧化铝模板
阳极氧化铝模板(anodicaluminumoxide,aao)的制备,一般选用高纯铝片(99.9%以上),在硫酸、草酸、磷酸水溶液中经过阳极氧化后得到的。其纳米孔道内径统一,而且呈六方排列,管道密度可达1011/cm2,孔径可在几纳米到几百纳米之间可调。像六方液晶一样,aao也能提供呈六方排布的孔道,因此用它可合成呈六方对称排列的纳米结构体系。
二、常用的模板合成方法
模板合成方法适用的范围很广,根据模板种类的不同,在合成时必须注意以下方面:(1)化学前驱溶液对孔壁是否浸润,亲水或疏水性质是合成组装能否成功的关键;(2)应控制在孔洞内沉积速度的快慢,沉积速度过快会造成孔洞通道口堵塞,致使组装失败;(3)控制反应条件,避免被组装介质与模板发生化学反应,在组装过程中保持模板的稳定性是十分重要的。下面介绍几种常用的合成方法:
(一)电化学沉积
在孔道内进行材料的电化学沉积需要在模板膜的一个表面上涂一层金属膜(通过离子溅射或热蒸发)作为电镀的阴极,用这种方法己经在多孔聚合物膜、多孔al2o3膜和多孔玻璃膜中制备出各种金属纳米线阵列,如金、银、铜、铂、镍、铁及某些合金等。这种方法的一个突出优点是这些纳米线的长度可以通过改变实验条件加以控制,例如可通过控制沉积金属的量来获得具有不同长径比的金属纳米线阵列。控制金属纳米线的长度或长径比对光学、磁学性质的研究特别重要,因为长径比对金属纳米粒子的这些性质有重要影响。
电化学沉积还可被用来在这些模板孔内合成导电聚合物(如聚毗咯、聚苯胺和聚甲基噻吩)。当在蚀刻聚碳酸酯膜孔内合成这些聚合物时聚合物优先在孔壁成核和生长。通过控制聚合时间,可以得到薄壁管、厚壁管或固体丝。聚合物优先在孔壁成核和生长的原因是简单明了的,因为尽管单体是可溶的,但这些聚合物阳离子是完全不溶的。因此在聚合物和孔壁之间是子憎溶剂性相互作用。当然还有静电作用力,因为聚合物是阳离子,孔壁是带负电荷的。
(二)化学镀
化学镀就是使用化学还原剂将金属从溶液中镀到表面上去。该方法不同于电化学沉积,被镀的表面不必是导体。将金和其它金属从溶液中镀到塑料和a12o3膜孔道上去的方法已被开发。这种方法包括用敏化剂(典型的如Sn2+离子)处理膜表面(孔壁和膜表面),敏化剂通过同膜表面的氨基、羰基和羟基等基团键合,然后将这敏化过的膜暴露于ag+液中,膜表面形成了不连续的纳米级银粒子,最后将镀了银的膜浸于含有au+1和还原剂的镀金液中,得到了膜表面和孔壁镀金的复合材料。这种方法的特点是金属沉积是从孔壁开始的。调节沉积时间,既可以得到中空的金属管,也可以得到实心的纳米线。与电化学沉积法不同,金属纳米线的长度不能调控,但管的内径可以通过改变金属沉积时间而任意控制。外径由模板膜孔道的直径决定。
(三)化合聚合
只要将模板插入到含有要聚合的单体和引发剂的溶液中,在膜孔中就能形成所需要的纳米聚合物材料,这种方法己用来合成导电聚合物。正像电聚合沉积一样,单体在孔壁上优先成核井生长其结果是通过控制聚合时间来合成不同结构的纳米材料。电绝缘的塑料也能用模板法来合成,如将氧化铝膜插入到含丙烯腈单体和引发剂的溶液中即可制备聚丙烯腈的纳米管,其内径是随膜在溶液中沉浸时间的变化而变化。而且,若在氢气气氛或真空中将聚丙烯腈/a12o3复合膜加热到700℃则可得到管或线型的石墨导电纳米材料。
(四)溶胶-凝胶沉积
首先将前体分子溶液水解得到溶胶,再将a12o3模板浸入溶胶中,溶胶沉积到孔壁,经热处理后在孔内就可得到管状或线状的产物。用这种方法已合成得到了一些无机半导体材料如tio2,Zno和wo3的纳米管或纳米线。用溶胶-凝胶法在a12o3膜孔内制得的是纳米管还是纳米线,取决于模板在溶胶中的浸渍时间,浸渍时间短,得到纳米管而浸渍时间长则得到纳米线。这表明溶胶粒子首先是被吸附在a12o3膜孔壁上,因为孔壁是带电荷的,带有相反电荷的溶胶粒子易被孔壁吸附。还发现在孔内胶凝的速率要比在体溶液中快,这可能是由于胶粒吸附到a12o3膜孔壁上,使溶胶粒子的局部浓度增大而造成的。
(五)化学气相沉积
在放置孔性氧化铝模板的实验装置中通入易于分解或反应的气体,这些气体在通过模板孔壁时发生热解或化合。可在孔道内形成纳米管、纳米线或者纳米粒子。影响化学气相沉积方法应用于模板合成的一个主要障碍是其沉积速度常常太快,以至在气体分子进入孔道之前,表面的孔就已被堵塞。使得蒸汽无法进入整个柱形孔洞,也就无法形成丝和管。Kyotani等人将氧化铝膜插入700℃的熔炉中并通过乙烯或丙烯气体,气体受热分解使孔壁土沉积一层碳膜,由此而合成出纳米碳管,管的厚度与反应时间和通过气体的压力有关。
三、结语
模板合成方法作为纳米结构的组装体系合成方法中重要的一个方面,又由于自身的优异特性吸引了大批从事纳米材料研究的学者。
用模板合成方法制备纳米材料具有如下优点:
1.利用模板可以制备各种材料,例如金属、合金、半导体、导电高分子、氧化物、碳及其他材料的纳米结构。
2.可以合成分散性好的纳米结构材料以及它们的复合体系,例如p-n结,多层管和丝等。
3.可以获得其他手段难以得到的直径极小的纳米管和纳米纤维,还可以改变模板柱形孔径的大小来调节纳米管和纳米纤维的直径。
4.可以根据模板内被组装物质的成分以及纳米管和纳米纤维的纵横比的改变对纳米结构性能进行调节。可见,模板合成纳米结构是一种物理、化学等多种方法集成的合成策略,使人们在设计、制备、组装多种材料纳米结构及其阵列体系上有了更多的自由度,在纳米结构制备科学上占有极其重要的地位和广阔的应用前景。
参考文献
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金属纳米材料的应用篇7
关键词技术材料；应用；热处理技术
中图分类号tG1文献标识码a文章编号1674-6708（2013）97-0105-02
金属材料作为一种热门应用材料，每年全球范围内拥有数以亿计的使用量，金属经过采矿、冶炼、轧制等一系列工艺后广泛应用于个各行业，为了提高金属的工艺性能和产品质量，通常要对金属材料进行热处理。以下简单介绍金属材料热处理的传统技术和新型技术。
1金属材料的运用
1.1多孔金属材料的应用
作为一种新兴的功能性材料，多孔金属材料具有渗透性好、耐高温、耐腐蚀等特性，目前在工业领域，通讯领域、国防领域和环保领域有着广泛的应用。
1）过滤与分离
多孔金属良好的渗透性决定其成为过滤器的理想制备材料，多孔金属用作分离媒介，其孔道对固体粒子进行阻流和捕集，对气体或液体进行过滤分离，进而实现其过滤分离作用。多孔金属制成的过滤器还可以用于厌氧细菌的生长、钢铁厂中高炉煤气的净化、原子能工业中硫化床尾气过滤、纺织和造纸业中去除染料颗粒和污水处理、石化行业中排除石油钻井的泥沙等。
2）能量吸收
汽车的防冲挡、宇宙飞船的起落架等能量吸收装置都是利用多孔材料的能量吸收性质，基于这一性质，多孔材料还可以作为燃气轮机等排气系统的消音材料等，展现了良好的消音效果。
3）电极材料
蓄电池、燃料电池、空气电池中的电极大多采用多孔镍制成，用轻质高孔率的发泡沫基板等金属材料代替传统烧结基板可减少镍的消耗，并且提高能量密度。
4）流体分布与控制
石油化工和冶金工业中青铜、镍、不锈钢等烧结成的多孔板作为流体分布板；多孔不锈钢用于控制火箭鼻链体偏航指示仪外壳的冷却液；多孔材料还可用于制作自动化系统中的信号控制延时器。
5）热交换
多孔金属是热交换器和加热器的理想材料，气孔体可作为热交换器和散热器，并且具有较高的效率和使用性能。此外，泡沫钢可以用来制作汽车发动机的排气支管；多孔金属还可以用来制作灭火器。
6）电磁屏蔽
目前电磁波辐射日益严重，信息外漏和信号干扰情况普遍，三维网状的铜和镍空隙之间互相连通，具有电磁波吸收性能，可用于电磁屏蔽，小巧轻便、散热、且屏蔽效果好。
1.2纳米金属材料的应用
纳米金属材料具有纳米级尺寸的组织结构，具有良好的力学性能和功能特性，在航航天事业中，用于航天飞行器机身以及辅助装置的制造材料。目前，纳米金属材料主要应用于以下几种领域。
1）高硬度和耐磨wC—Co纳米复合材料
纳米结构的wC—Co硬度高，且耐磨性能好，目前应经广泛应用于保护涂层和切削工具的制造，工业中，wC—Co纳米合金的使用量非常大。
2）铝基纳米复合材料
铝基纳米复合材料在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a—al粒子，具有极高的强度和抗疲劳性能，通过加工，部分非晶态合金可以转变为晶体，是高强度部件的首选材料。
3）电沉积纳米晶体镍
电沉积薄膜具有柱状晶结构，在350K时径粒长大，通过加入溶质使其结构稳定，适合用作管材内部的涂覆材料。
2热处理技术
金属材料经过热处理技术可以提高金属质量性能，增强可塑性，但是材料内部化学组成和化学性质并未发生改变。传统热处理分为基本热处理、表面热处理和化学热处理，随着金属材料与现代科学技术的发展，许多新型热处理工艺相继出现，如真空热处理技术、感应淬火热处理等。
2.1传统热处理技术
1）基本热处理
基本热处理是通过适当的加热处理改善工件的组织和结构性能，其温度区间变化如图所示。
退火过程是将工件加热到一定温度后，再进行缓慢冷却，从而使工件硬度降低，可塑性增强。正火是将金属材料加热到ac3以上温度，此温度下保持一段时间后，将其取出，在空气中冷却。与退火相比，其强度、硬度、韧性较高。猝火是将金属材料加热到ac3或acl以上某一温度，大于临界冷却速度获得马氏体组织，淬火后必须配以适当的回火工艺，增强工件性能，延长使用寿命，常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火和等温淬火。
2）表面热处理
表面热处理主要对工件裹层进行热处理，表面淬火处理前需要进行正火处理或调质处理，然后快速加热使金属材料迅速升温，直至猝火温度，材料内部尚未存在热量传导时，冷却，进行低温回火处理。此时材料表层获得硬而耐磨的马氏体组织，且材料内部性能完好。通常中碳或中碳合金钢材料适合表面淬火工艺。
3）化学热处理
化学热处理是将介质中的活性原子加入材料表面，从而改变材料表面的结构性能，使其抗疲劳性、耐磨性和抗蚀能力增强。化学热处理常用方法有渗碳、渗氮和碳氮共渗等。
2.2热处理新工艺
1）真空热处理技术
真空热处理是将真空技术与热处理技术相结合，其部分在真空状态下进行的，几乎所有的处理工艺均可通过真空人处理来解决。它是在压强低于一个大气压的条件下，进行气氛控制热处理。真空热处理可以使金属材料表面洁净明亮，改善材料外观的同时提高材料性能。
2）感应热处理
感应热处理是通过电磁感应使金属材料内部产生漩涡，将其加热，工业生产中，通过感应热处理可以提高生产效率，减少能耗、降低成本，减轻污染，所以感应热处理技术是今后的发展方向。
3）热处理新设备
随着热处理技术的发展，许多节能高效的新设备不断更新，如真空加热高压气淬设备。低压渗碳双室高压气淬炉、密封渗碳高压气淬炉、马氏体分级淬火生产线等，这些进设备的产生极大地改善了金属热处理技术，标志着热处理技术的重大进步。
4）热处理新材料
生态淬火剂作为热处理的新材料对热处理的工艺效果发挥重要作用，它是向植物油中加入添加剂，提高热处理工件寿命和渗碳温度。常用淬火剂的有水、盐水、熔盐、冷热矿物油和nial金属键化合物，
3结论
金属材料由于其优异的性能和广泛的来源使其在全球各个领域得到普遍的应用，具有良好的应用前景。金属材料的热处理工艺是改善金属性能的重要手段，所以我们要不断地进行金属材料和热处理技术的研究创新，不断完善设备功能、控制手段和工艺技术，通过新型热处理技术，促进我国工业，航天、医疗事业的发展。
金属纳米材料的应用篇8
1概述
以制造纳米级新材料为目的的科学和技术应用使得纳米技术有了飞速的发展。“纳米”嘲是指十亿分之一米或10-9米。“纳米技术”最早于1974年由东京理科大学的noriotaniguchi教授提出，用以描述纳米级材料制造的精度。Feynman教授曾在“there’splentyofroomattheBottom”演讲中提出了纳米技术的概念。生物纳米技术整合了生物技术和纳米技术用于发展纳米材料的生物合成和环保领域应用。纳米粒子是指尺寸范围在1～100nm的原子簇。“纳米”是一个希腊单词，意指非常的小。纳米颗粒因其独特的化学、光学和机械属性，在21世纪发展迅速。金属纳米颗粒由于其较大的表面积与体积比，显示出了卓越的抗菌活性，因其对金属微粒耐药的微生物、抗生素及耐药菌株所显示出的抗菌能力，使其越来越受到研究者的青睐。不同的纳米材料，如：铜、锌、钛、镁、金和银等均已实现，但与其他纳米材料相比银纳米颗粒在抗细菌、病毒及原核生物效果方面显示出了最佳疗效。然而，纳米银颗粒作为药用消毒剂存在一些危险性，如：暴露在银环境下可导致银中毒，并对哺乳动物细胞存在毒性。目前研究显示，采用银离子或金属银以及纳米银颗粒可用于治疗烧伤、制成牙科材料、不锈钢材料涂层，纺织面料，水处理及防晒乳液等，且对人体细胞毒性较低，具有高热稳定性以及低波动性。
2银作为抗菌材料
银用于治疗烧伤和慢性伤口已有数百年历史。最早在公元前1000年，银就被用于饮用水的处理。硝酸银是以固体形式被应用的，其有不同的短语形式，英语中称为“Lunarcaustic”，拉丁语中称为“Lapisinfernale”，而法语中称为“pierreinfernale”。1770年，硝酸银开始用于治疗性病、唾液腺瘘、肛周脓肿以及骨脓肿。19世纪，采用硝酸银除去肉芽组织，并促进上皮细胞再生，使创面得以愈合。不同浓度的硝酸银可用于新鲜烧伤的治疗。1881年，Crede等使用硝酸银滴眼液治愈了新生儿眼炎。Crede设计了银浸渍敷料用于植皮治疗。20世纪40年代，青霉素诞生后，银在细菌感染治疗中的作用大大降低。20世纪60年代，moyer采用0.5%硝酸银用于烧伤的治疗，使得银再次得到使用。这一方法不会影响表皮细胞的增殖，同时能够具有抗金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌的作用。1968年，硝酸银联合磺胺合成了磺胺嘧啶银乳膏，它可作为一种广谱抗菌剂，并被用于烧伤的治疗。磺胺嘧啶银对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、克雷伯菌和假单胞菌均具有有效的抗菌作用。并且，还具有一定的抗真菌和抗病毒活性。近年来，由于抗生素耐药菌的出现，以及临床上抗生素使用的局限性，使得含有不同水平银的银伤口敷料重新得到重视。
3作用机制
银对微生物的确切作用机制目前尚不完全明了，但根据研究发现在细菌细胞形态和结构方面发生变化，从而提出了金属银、银离子、纳米银粒子可能的作用机制。
3.1银的作用机制：根据细菌细胞呼吸酶研究的发现结果提示，银的作用机制与银和巯基化合物的相互作用联系在了一起。银可与细菌细胞壁和细胞膜相结合，参与移植呼吸过程。大肠杆菌中，银通过抑制磷的吸收，释放磷、甘露醇、琥珀酸盐、脯氨酸及谷氨酸而发挥作用。
3.2银离子的作用机制：银离子的抗菌作用机制可能尚不明确，但是可以通过观察细菌结构和形态学的变化情况研究银离子的作用机制。这就提示当Dna分子处于放松状态时，Dna的复制能够有效的进行。但是当Dna处于凝集形式时，就失去了复制能力，当银离子渗透进入细菌细胞内后，Dna分子变为凝集形式并使其复制能力丧失，进而导致细胞的死亡。此外，已有研究报道称重金属通过与巯基粘附，与蛋白起反应，进而使蛋白灭活。银离子在银沸石的抗菌活性中起关键作用。matsumura等曾报道，银沸石的作用可能是由于细菌细胞摄取了银离子，使银沸石与细菌接触，抑制细胞功能，使细胞破坏。其次，银沸石可以通过产生活性氧分子，抑制呼吸作用。
3.3纳米银粒子的作用机制：纳米银粒子的抗菌性能要优于其他盐类，这主要是由于其具有极大的表面积，使之能够更好地与微生物所接触。纳米粒子能够附着于细胞膜，也能够渗透入细菌细胞内。细菌细胞膜具有含硫蛋白，而纳米银粒子能够与细胞内的这些蛋白相互作用，同时也能够与含磷化合物相互作用，如Dna。当纳米银粒子进入细菌细胞后，可在细菌的中心形成一个低分子量区域，细菌向该区域聚集，使Dna免受银离子损害。纳米银粒子有效攻击呼吸链、细胞的分化，最终导致细胞的死亡。纳米银粒子可向细菌细胞中释放银离子，增强杀菌活性。
4应用
已知银以金属纳米形式均具有较强的抗菌性能，因此银已在不同的领域得到广泛使用。Fe3o4附着纳米银粒子可用于水处理并通过磁场可容易清除，以避免对环境造成污染。磺胺嘧啶银由于其能够缓慢而稳定地与血清及其他体液反应，可使烧伤创面较好的愈合。纳米银敷料、药膏及凝胶可减少慢性伤口的细菌感染。含纳米银粒子的聚醋酸乙烯纳米纤维作为创面敷料已显示出了卓越的抗菌性能。报道称，在动物模型研究中，纳米银粒子显示出了较好的创面愈合性能，使创面更为美观、瘢痕愈合。银浸渍医用设备如外科口罩及可植入性医疗设备等均显示出了良好的抗菌效应。环保型抗菌纳米涂料也已得到开发。无机复合材料用做各种产品的防腐剂。硅凝胶微球与硅硫代硫酸混合具有长效抗菌活性。治疗烧伤和各种感染，银沸石被应用于食品的保存、消毒以及产品的净化。纳米银粒子可用于水的过滤。
5小结
金属纳米材料的应用篇9
纳米技术是在0.1～100nm尺寸空间内研究电子、原子和分子运动规律和特性的科学技术。纳米微粒是指尺寸介于1～100nm之间的金属或半导体的细小微粒。纳米微粒所具有的特殊结构层次赋予了它许多特殊的性质和功能，如表面效应，小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。这一系列新颖的物理化学特性使它在众多领域，特别是光、电、磁、催化等方面有着重大的应用价值。
纳米材料是纳米科技的一个分支，它是纳米科技的一个分支，它是纳米技术发展的基础。科学家们正致力于研究对纳米材料的组成、结构、形态、尺寸、排列等的控制，以制备符合各种预期功能的纳米材料。纳米材料的制备方法有很多，制备纳米材料中最基本的原则有二：一是将大块固体分裂成纳米微粒；二是由单个基本微粒聚集形成微粒，并控制微粒的生长，使其维持在纳米尺寸。
二、纳米材料制备方法简述
（一）传统的物理方法
1.粉碎法
粉碎法制备纳米材料属于物理方法，主要包括低温粉碎法，超声粉碎法，爆炸法，机械球磨法等，这些方法操作简单成本低，但产品纯度不高，颗粒分布不均匀，形状难以控制。
2.凝聚法
凝聚法制备纳米材料也是属于一种物理方法，主要包括真空蒸发凝聚和等离子体蒸发凝聚
（二）传统的化学法
1.气相沉积法
该法是利用挥发性金属化合物蒸气的化学反应来合成所需物质的方法，它的优点主要在于：①金属化合物原料具有挥发性，容易提纯，而且生成粉料不需进行粉碎，因而生成物纯度高；②生成颗粒的分散性好；③控制反应条件可以得到颗粒直径分布范围较窄的超微细粉；④容易控制气氛；⑤特别适合制备具有某些特别用途的碳、氮、硼化合物超细微粉。
2.化学沉淀法
沉淀法主要包括共沉淀法、均匀沉淀法、直接沉淀法等，这些方法都是利用生成沉淀的液相反应来制取。
3.胶体化学法
该法首先采用离子交换法、化学絮凝法、溶胶法制得透明的阳性金属氧化物的水溶胶，以阴离子表面活性剂进行处理，然后用有机溶剂冲洗制得有机溶胶，经脱水和减压蒸馏在低于所有表面活性剂热分解温度的条件下制得无定型球形纳米颗粒。
（三）纳米材料制备的新进展
目前，纳米材料制备新方法、新工艺不断涌现，发展方向是能使产物颗粒粒径更小，且大小均匀、形貌均匀、粒径和形貌均匀可调控、性质稳定且成本降低，并可推向产业化。
1.模板法
模板法所选用的模板可以是固体基质，单层或多层膜，有机分子或生物分子等。根据模板限域能力的不同，可以把各种模板分为硬模板和软模板。硬模板主要包括以碳纳米管、多孔al2o3等为模板制备纳米线的技术，可以有效的控制直径、长度和长径比，软模板法是近几年发展起来的技术，主要包括高分子模板，液相反应体系中的表面活性剂为模板以及其他液相控制合成技术。与硬模板技术相比，它有时尚不能严格控制产物几何形貌，但操作简单，成本较低。
2.水热/溶剂热合成技术
水热合成技术是指在密封反应釜（高压釜）中，以水作为溶媒，通过对反应体系加热至临界温度（或接近临界温度），以高压的环境下进行无机合成与材料制备的一种有效的方法，但是一些对水敏感的化合物如氮化物、磷化物等则不能用水热合成的方法制备，因此以有机溶剂代替水的溶剂热合成技术发展起来，大大的扩大了水热法的应用范围，是水热法的发展。
3.溶胶-凝胶法
该法作为低温或温和条件下合成化合物已广泛应用于制备纳米微粒，其过程是首先将原料分散在溶剂中，形成溶液，然后经水解反应成为溶胶，进而生成具有一定结构的凝胶而固化，最后干燥或低温处理制得纳米微粒。
（四）纳米材料性能表征
随着科学技术的发展，大型精密仪器的不断涌现，纳米材料的性能的表征手段越来越多。
1.纳米材料的粒度分析
纳米材料的粒度主要可以采用电镜观察粒度分析和激光粒度分析法（激光衍射光谱粒度分析法、激光光散射粒度分析法、激光相关光谱粒度分析法等）。
2.纳米材料的形貌分析
纳米材料的形貌可以用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、原子力显微镜、扫描探针显微镜（扫描隧道显微镜等）等方法进行表征。
3.纳米材料的成分分析
纳米材料的成分分析可以用体相成分分析法（原子吸收光谱、电感耦合等离子体发射光谱、X射线荧光光谱）、表面与微区成分分析方法（电子能谱分析方法、电镜能谱分析方法、电子探针分析方法）等。
4.纳米材料的结构分析
纳米材料的结构可以用X射线衍射物相结构分析、激光拉曼物相分析等常量结构分析法，也可用电子衍射微区结构分析法进行分析。
5.纳米材料的表面与界面分析
纳米材料的表面与界面可用X射线光电子能谱、俄歇电子能谱等手段进行分析。
金属纳米材料的应用篇10
关键词纳米陶瓷，团聚，表面改性，应用
1前言
纳米材料为颗粒或尺寸在一维尺度上小于100nm，并且具有截然不同于块状材料的电学、磁学、光学、热学或力学性能的一类材料体系[1]。其介于团簇与体相之间的特殊状态，具有宏观体相的元胞和键合结构[2]，赋予了纳米微粒许多优异的性能，如小尺寸效应、表面与界面效应、体积效应、宏观量子隧道效应等。
Si3n4、aln、tin、SiC、Bn等陶瓷纳米粉体是一类高性能的纳米材料，除了具备纳米级材料所特有的效应，还保持了陶瓷材料的高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能。目前，科研工作者已研究了其在塑料、橡胶、聚氨酯等材料中的应用，制备了一系列性能优异的复合材料。但是由于纳米粒子的比表面积大，表面能高，具有很高的活性，处于非热力学稳定状态，且在使用过程中分散性差，易于团聚[3～4]，所以在应用上还存在着技术瓶颈。因此，在制备和应用的过程中需要通过对其进行表面改性处理，以更好地发挥其特殊的功能效应。
2陶瓷纳米粉体的表面改性与应用
2.1纳米氮化硅（Si3n4）
纳米Si3n4表面呈叔胺结构（Si3n），由于其表面积大，表面硅原子的化学键得不到饱和，存在着许多硅悬键（n3Si0）。当它们暴露于空气中时，该结构具有很高的反应活性，能与空气中的水和氧发生缓慢的反应，而在粉体的颗粒表面生成一系列的表面活性基团。对纳米氮化硅粉体的XpS和FtiR分析表明，颗粒表面的吸附杂质主要是o2及Co2、H2o。
纳米Si3n4的改性方法有化学方法和物理方法两种，其中化学方法有偶联剂法、表面活性剂法、大分子法等。王君等人[5]用硅烷偶联剂缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH-50）对纳米氮化硅进行表面改性，实验证明该方法有效、可行，并且KH-50的最佳用量为氮化硅用量的1%。田春燕[6]通过实验发现加入适量的表面活性剂能改善纳米Si3n4的分散效果，阳离子型表面活性剂聚甲基丙烯酸胺的分散效果优于非离子型表面活性剂吐温280；分散体系的pH值也影响纳米Si3n4粉的分散效果。张卫昌[7]等人用液体羧基丁腈橡胶对纳米Si3n4粉体表面进行改性研究，处理过的Si3n4粉体粒径明显减小，在有机溶剂中的分散性良好；亲水性减小，亲油性增加，表面自由能明显降低，处理后的纳米Si3n4粉体更容易在聚合物中分散。
纳米粒子物理改性的手段可分为机械力分散法、超声波分散法、高能处理法等。F.Brenscheidt[8]等人用高强度脉冲法对Si3n4陶瓷的纳米粉体进行表面修饰，发现其力学性能尤其是抗磨性能得到很大的提高。
氮化硅[9]既可作发动机零部件和刀具材料，又可做抗腐蚀和电磁方面的材料，但其塑性变形能力差、韧性低、不易形变。由于纳米粉末具有巨大的比表面积，使作为粉末性能驱动力的表面能剧增，扩散速率增大，路径变短，因而烧结致密化速度加快，温度下降，烧结时间缩短，既可获得很高的致密化又可获得纳米级尺度的显微结构，这样的纳米陶瓷具有最佳的力学性能，还有利于减少能耗，降低成本。纳米Si3n4的烧结温度比微米级的降低了400～500℃。许多研究还发现，将纳米氮化硅粉体加入聚合物中也有望提高聚合物复合材料的相关性能：夏茹等[10]用粒径为20nm的纳米氮化硅(Si3n4)填充丁腈橡胶(nBR)制备纳米橡胶复合材料，用大分子偶联剂对纳米Si3n4进行表面处理，研究了复合材料的力学性能和热老化性能等。结果表明，纳米Si3n4的加入一定程度上提高了nBR的撕裂强度、拉伸强度、耐磨性等，明显降低了内耗，改善了橡胶的动态力学性能和耐热老化性能。董英鸽等人[11]以微米级氮化硅为起始原料，加入纳米氮化硅来增强基体，随着加入量的增加，显气孔率增加，吸水率增加；加入3wt%的纳米氮化硅时，试样的体积密度最大，抗弯强度、洛氏硬度、断裂韧性最好，具有较理想的显微结构。
对纳米Si3n4粒子进行适当的表面改性可有效阻断在高表面能作用下的团聚现象，继续保持纳米Si3n4粒子的特有性能，从而拓展了纳米Si3n4的应用领域。
2.2纳米氮化铝（aln）
红外光谱测出在氮化铝粉末表面存在着-oH、-nH-和-nH2等活性基，因此可以认为在氮化铝表面同样发生了类似于氮化硅表面所发生的表面化学反应。此外，氮化铝粉末由于表面活性较高，易与空气中的水蒸气发生反应，因此氮化铝粉末表面还会包覆al(oH)3或alooH（铝水合物）的薄膜。
徐征宙[12]等人用硅烷偶联剂KH-550对纳米aln粉末表面进行修饰改性并采用XRD和红外光谱分析了硅烷处理aln粉末的修饰机理。马文石[13]对纳米aln粉用偶联剂-苯乙烯接枝进行表面修饰，显著提高了其抗水解的能力，室温下长达一个月遇水不发生变化；在70℃的热水浴浸泡24h，其悬浮液pH值仍能保持在7.0。其最佳工艺条件是：以无水乙醇为溶剂、处理剂的加入量为5wt%、70℃反应3h，活化指数可以达到1.0。
aln陶瓷纳米粉体本身具有极好的热稳定性和优良的导热性，当表面经修饰处理的纳米陶瓷粉体在橡胶基体中均匀地分散并达到良好的相容时，不仅对橡胶具有明显的补强效果，而且能将橡胶动态内耗生热有效导出，从而提高橡胶耐动态热老化性能，延长其寿命，特别适合制造汽车橡胶减震件。王涂根[14]研究了纳米aln含量对复合材料性能的影响和Cu/aln复合材料的软化温度特性。结果表明，在烧结过程中，弥散分布在铜基体中的纳米aln颗粒对致密化以及晶粒长大都有阻碍作用。随着复合材料中aln颗粒质量分数的增加，材料的密度和导电性呈下降趋势，而硬度出现极大值。复合材料的软化温度达到700℃，远远高于纯铜的软化温度(150℃)，从而提高了材料的热稳定性。
2.3纳米氮化钛（tin）
氮化钛具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗热震、密度低且硬度高等优异性能，用它作为增强相，可有效提高金属、陶瓷基体材料的力学性能和导电性能。它的熔点比大多数过渡金属氮化物高，而密度却比大多数过渡金属氮化物低，因而它是一种很有特色的陶瓷材料，可用以制造汽车橡胶减震件。
许育东[15]等人运用超声分散技术研究了纳米tin粉的分散性能并得到了优化的超声及分散工艺参数：分散介质为无水乙醇，加入量为3wt%，超声时间为30～40min。实验发现，分散体系中表面活性剂的引入是必要的，且加入量要合适。加入吐温-80等非离子型表面活性剂比加入十二烷基苯璜酸等阴离子表面活性剂的效果更好。分散体系的pH值对分散状况有一定的影响。
刘宁[16]等人研究了纳米tin改性tiC基金属陶瓷刀具与普通ti(C，n)基金属陶瓷刀具及硬质合金刀具在切削正火态45钢时的磨损曲线及磨损机理。结果表明：纳米tin改性tiC基金属陶瓷刀具的效果明显；与硬质合金刀具相比，纳米改性金属陶瓷刀具优良的综合性能使其具有更高的耐磨性。夏法锋[17]等人研究的含有纳米tin粒子的ni2tin复合镀层，不仅具有细密的显微结构，而且表现出优良的性能，如较高的硬度以及良好的耐磨性能和耐腐蚀性能。ni2tin复合镀层的磨损量大约为纯镍镀层的1/5，其平均腐蚀速率为纯镍镀层的1/3左右，20钢的1/5。
2.4纳米氮化硼（Bn）
氮化硼是由氮原子和硼原子所构成的晶体，化学组成为43.6%的硼和56.4%的氮，具有四种不同的变体：六方氮化硼(hBn)、菱方氮化硼(rBn)、立方氮化硼(cBn)和纤锌型氮化硼(wBn)。其中立方氮化硼的硬度仅次于金刚石，但热稳定性和化学惰性远高于金刚石。具有弱铁磁性，在573～973K有氧化性，表面有B2o3保护层（反应式为2Bn+3/2o2=B2o3+n2）。而六方氮化硼的突出特点是具有类似石墨的层状结构和很好的性。
王向东[18]以氢氧化法制备出纳米氮化硼包覆微米氮化硅的Si3n4/Bn纳米复合粉体，氮气氛下处理后，所得复合粉体经1800℃热压烧结可获得加工性能良好的复相陶瓷。李永利等通过原位化学包覆工艺制备的可加工al2o3/Bn纳米复合材料的抗热震性能明显优于al2o3基体材料，其热震温差Δtc从195℃提高到约395℃，抗热震损伤性能也得到相应的改善。
2.5纳米碳化硅（SiC）
碳化硅为共价化合物，Si-C之间的键合力很强，属于金刚石结构。它的高温强度大，一般陶瓷在1200℃～1400℃时强度显著下降，而碳化硅的抗弯强度在1400℃时仍保持在500～600mpa。碳化硅的热传导能力很高，热稳定性、耐蚀性、耐磨性也很好。作为陶瓷材料，它具有高硬度、高热稳定性及抗腐蚀性；作为半导体材料，它有宽的带隙、耐电击穿、热稳定性好等特点。
李超[19]等人根据置换反应的原理将Cu2+还原为Cu原子，在纳米SiC颗粒表面成核，实现了Cu包覆纳米SiC颗粒。分析表明：复合粉体包覆完全、分散均匀、无明显团聚、大部分呈球形。在空气中会部分氧化，生成一定量的Cu2o，应用时可根据需要进行适当处理。纳米SiC颗粒表面改性后，可以改善其在Cu基合金中的分散性和相容性，满足了表面改性的要求。
车剑飞[20]采用缩聚法在纳米SiC表面接枝了聚缩醛。分析结果表明，纳米SiC表面形成了良好的表面修饰层，接枝物聚缩醛以化学键结合于纳米SiC表面。张巨先、候耀永[21]以pH值缓冲溶液作为沉淀剂，利用非均匀成核法在纳米SiC微粒表面均匀涂覆一层al(oH)3。通过控制al(oH)3的生成量，控制涂层的厚度。涂覆后的SiC粒子表面性质被改变，其水悬浮液表现出类似al2o3的胶体特性，并且其在水中的分散状况也得到改善。此外，涂覆后的SiC粒子，在1000℃以下具有很强的抗氧化能力。
李建卫[22]等人采用改性纳米SiC粉体对球墨铸铁进行了强韧化处理，研究了不同的纳米SiC粉体加入量对球墨铸铁的微观组织、力学性能以及耐磨损性能的影响。结果表明，经改性的纳米SiC粉体强韧化处理后，球墨铸铁的韧性和耐磨损性能提高，其中的石墨球尺寸减小，圆整度提高，铁素体含量增多。当粉体加入量为0.11%(质量分数)时，其延伸率和冲击功分别增加了19%和194%。耐磨损性能提高的原因是石墨球形态的改善和基体组织韧性的提高。
喻丽华[23]用分散良好、界面结合良好的纳米SiC改性酚醛树脂，用超声波对纳米SiC进行物理分散，用偶联剂对其进行表面化学改性。经表面改性的SiC纳米粒子酚醛树脂较纯酚醛树脂的热稳定性要好。
由于SiC纳米粉制得的涂层具有更为优良的耐高温强度、耐磨性，可作为结构材料广泛应用于航空、航天、汽车、机械、石化等工业领域；SiC材料的高热导率和高绝缘性等特性，使其可在电子工业中作大规模的集成电路的基片和封装材料；SiC纳米涂层也是高温结构陶瓷的理想材料，可涂覆在高温燃气轮机的转子、喷嘴、燃烧器、高温气体的热交换器部件上，以及发动机的汽缸和活塞等部件上，还可作为核反应堆材料及火箭头部雷达天线罩等。高热辐射性是SiC纳米涂层的一个很有实用价值的特性。将SiC纳米涂层喷涂于各种加热炉的内衬上，可增加炉壁的热辐射能力，提高加热元件或炉体与工件之间的热交换强度和速度，实现高效节能的目的[24]。致密的SiC纳米涂层光散射小、在宽电磁波范围内反射率高，因此是迄今为止最为理想的卫星反射镜材料[25]。
3结论
只有解决好纳米粒子在材料中的团聚问题，纳米粒子的特殊效应才会在材料中得到很好的体现，从而使材料的力学、光学、热学等方面的性能得到较大的提高。由于纳米材料表面处理技术复杂、成本高，以及在不同的应用领域往往需要不同的改性方法，这为改性纳米陶瓷工业化推广带来诸多不便，需要不断探索更简便、更有效的改性方法，从而更广泛地推进纳米陶瓷的应用。
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