材料學(xué)論文納米材料在陶瓷中的應(yīng)用
簡要：納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，以下是小編搜集整理的一篇 材料學(xué)論文 ：探究納米材料在陶瓷應(yīng)用的論文范文，供大家閱讀參考。 摘 要：納米材料具有獨(dú)
納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué)，以下是小編搜集整理的一篇材料學(xué)論文：探究納米材料在陶瓷應(yīng)用的論文范文，供大家閱讀參考。
摘 要：納米材料具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，它的發(fā)展可能給物理、化學(xué)、材料、生物、醫(yī)藥等學(xué)科的研究帶來新的機(jī)遇。本文主要綜述了納米材料在陶瓷方面的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：納米材料;陶瓷;應(yīng)用
自80年代初，德國科學(xué)家提出納米晶體材料的概念以來，世界各國科技界和產(chǎn)業(yè)界對(duì)納米材料產(chǎn)生了濃厚的興趣并引起廣泛關(guān)注。到90年代，國際上掀起了納米材料制備和研究的高潮。納米微晶隨其尺寸的減小，顯示出與體材料截然不同的特異性質(zhì)，如各種量子效應(yīng)、非定域量子相干效應(yīng)、量子漲落和混沌、多體關(guān)聯(lián)效應(yīng)和非定域線性光學(xué)效應(yīng)等。正是由于納米材料這種獨(dú)特的效應(yīng)，從而使得納米材料具有一系列優(yōu)異的功能特性。納米材料在陶瓷方面的應(yīng)用已成為陶瓷行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。
1 應(yīng)用方式
納米材料在陶瓷方面的應(yīng)用方式，根據(jù)材料使用性能的要求，可采用兩類方法。一種是制備陶瓷復(fù)合材料，另一種是將納米材料以一定方式加入釉中。納米陶瓷復(fù)合材料是指在陶瓷中加入納米級(jí)第二相顆粒從而提高其性能的材料。制備納米陶瓷復(fù)合材料的目標(biāo)是把納米級(jí)顆粒均勻分散到微米陶瓷基體中，并使其進(jìn)入基體晶體內(nèi)部，形成/ 晶內(nèi)型0結(jié)構(gòu)。Bowen指出： 能生產(chǎn)出等軸的、窄粒子分布的、分散的、不團(tuán)聚的、化學(xué)結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷亞微米粒子，是非常有用的。例如，由這些細(xì)陶瓷粒子固化的坯體可以在較低的溫度下燒結(jié)，化學(xué)合成陶瓷的進(jìn)展已有人評(píng)述。當(dāng)材料其它性能符合要求，可僅對(duì)陶瓷的表面進(jìn)行加工，此時(shí)，可將納米材料加入釉中。加入時(shí)，可經(jīng)干法混合制成熔塊，以熔塊形式加入到釉中，也可將所有納米材料配成懸濁液，代替部分水加入到釉中制成釉漿。
2 在功能陶瓷方面的應(yīng)用
通過控制納米晶粒的生長來獲得量子限域效應(yīng)，從而制得性能奇異的鐵電體。鐵電體具有豐富的物理性質(zhì)，包括介電、壓電、熱釋電、光學(xué)效應(yīng)。鐵電體有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值，如BaTiO3 是電容器中重要的電介質(zhì)材料，PbTiO3，Pb( Zr; Ti) O3是重要的熱電或熱釋電材料。而傳統(tǒng)的BaTiO3、PbTiO3，( Ba、Sr、Pb) Nb2O6 等陶瓷，由于其晶粒尺寸在微米量級(jí)難以滿足薄層電容器電介質(zhì)均勻的要求，鐵電體納米復(fù)合材料則不同。用簡并四波混頻法對(duì)PTS，PZTS等材料的非線性響應(yīng)進(jìn)行了研究，這些材料的三階非線性系數(shù)高達(dá)10- 11eus。電學(xué)性能測試也觀測到電滯回線，介電常數(shù)則降到10- 100，表明鐵電納米復(fù)合結(jié)構(gòu)可提高壓電熱釋材料機(jī)電轉(zhuǎn)換和熱釋電性能。利用超微顆粒的大比表面積，可制成溫敏、壓敏、氣敏等多種傳感器，優(yōu)點(diǎn)是僅需微量的超微顆粒便可發(fā)揮大的功能。有人利用溶膠) 凝膠技術(shù)制得了LiCl/ SiO2納米復(fù)合薄膜溫敏材料，取得了較好的結(jié)果。用硬脂酸鹽
( SAG) 法和So-l Gel 法合成的BaTiO3 納米晶，由于電導(dǎo)率隨溫度變化顯著，可逆性好，也成為一種優(yōu)秀的溫敏材料。用一價(jià)離子摻雜法制得的納米ZnO陶瓷的非線性指數(shù)高，浪涌吸收能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，是一種良好的壓敏陶瓷。山西煤化所等用超臨界流體干燥法制備納米SnO2 粉末并經(jīng)過摻雜PdCe2，SiO2 制成氣敏陶瓷元件，對(duì)CO具有很高的靈敏度，具有低功耗的特點(diǎn)。
3 在結(jié)構(gòu)陶瓷方面的應(yīng)用
陶瓷材料在通常情況下呈現(xiàn)脆性，而由納米超微粒制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。這是由于納米超微粒制成的固體材料具有大的界面，界面原子排列相當(dāng)混亂，原子在外力變形條件下自己容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性和一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性能。對(duì)納米復(fù)相陶瓷的研究表明，通過對(duì)顯微結(jié)構(gòu)不同相互間的化學(xué)共存和物理性能匹配的適當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)，可制備出具有較高力學(xué)性能的復(fù)相陶瓷材料。我國科學(xué)家已研制出摔不碎的納米陶瓷碗。用硬脂酸凝膠法制備的Y2O3 納米晶彌散到金屬中，得到強(qiáng)化的超導(dǎo)耐熱合金以及制備高強(qiáng)、高韌的穩(wěn)定氧化鋯陶瓷。美國學(xué)者報(bào)道，CaF2納米材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂。人的牙齒之所以有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。納米金屬固體的硬度要比傳統(tǒng)的粗晶材料硬3～5倍，而金屬陶瓷復(fù)合材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì)，應(yīng)用前景十分廣闊。納米相陶瓷一次成形塑性形變的可能性也是可以實(shí)現(xiàn)的。Karch和Bringger在900e 已把納米相TiO2 比形變到所希望得到的形狀，且表面光滑，并發(fā)現(xiàn)斷裂韌性增加了015。H. hahn和他的同事們已做出了納米相TiO2 在高溫( 800e ) 無裂縫的形變。崔作林的試驗(yàn)也表明納米結(jié)構(gòu)陶瓷在熔點(diǎn)以下的溫度能被使用拉伸應(yīng)力塑性形變。雖然總的應(yīng)變?nèi)匀皇切〉模f明實(shí)現(xiàn)納米陶瓷的較大的形變和次成形的形變是可能的。
4 在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用
以修復(fù)骨骼為目的的陶瓷研究陸續(xù)開展，其中納米級(jí)陶瓷的研究最引人矚目。如把初稱作人體活性陶瓷的Na2O-CaO-SiO2-P2O5 系的生物玻璃，燒結(jié)羥基磷石灰[ Ca10( PO4)6( OH)2] ，析出磷石灰和硅灰石( CaO#SiO2) 微晶玻璃等，制成顆粒在納米級(jí)的陶瓷顆粒或多孔體埋入骨骼的缺損部，新生骨就會(huì)侵入顆粒的縫隙間或多孔中和陶瓷形成一體，漸漸成為骨骼。具有梯度構(gòu)造的CaO-P2O5-Al2O3-B2O3系生物納米陶瓷，與天然牙齒有相近的色澤和外觀，可用于人工齒冠修復(fù)。對(duì)體內(nèi)癌部進(jìn)行局部放射線照射方面，如把直徑為20～ 30Lm的Y2O3-Al2O3-SiO2 系玻璃球用中子束照射，成分中只有89Y被放射化。如把這種顆粒分散到生理食鹽水中，送入患癌部，可阻塞毛細(xì)血管，從而斷絕癌部由毛細(xì)血管供給的營養(yǎng)，同時(shí)又只會(huì)對(duì)周圍癌進(jìn)行直接照射，不會(huì)照射到遠(yuǎn)處的正常組織( B線的射程只有1cm左右) 。另外，鐵鈣硅鐵磁體微晶陶瓷可將磁帶生熱所需要的強(qiáng)磁性和良好的生物相容性結(jié)合，能滿足溫?zé)嶂伟┑囊蟆?/div>
5 總結(jié)
納米科學(xué)是一門將基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)集于一體的新興科學(xué) ，主要包括納米電子學(xué)納米材料學(xué)和納米生物學(xué)等。21世紀(jì)是納米技術(shù)的時(shí)代，國家科委中科院將納米技術(shù)定位為“21世紀(jì)最重要最前沿的科學(xué)”納米材料的應(yīng)用涉及到各個(gè)領(lǐng)域，在機(jī)械、電子、光學(xué)、磁學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景納米科學(xué)技術(shù)的誕生，將對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源人類健康和環(huán)境保護(hù)等重大問題。21世紀(jì)初的主要任務(wù)是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學(xué)特性，設(shè)計(jì)出各種新型的材料和器件通過納米材料科學(xué)技術(shù)對(duì)傳產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結(jié)構(gòu)的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)新增長點(diǎn)的基礎(chǔ)。
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