纳米陶瓷材料

纳米陶瓷材料陶瓷材料作为材料的三大支柱之一，在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。但是，由于传统陶瓷材料质地较脆，韧性、强度较差，因而使其应用受到了较大的限制。随着纳米技术的广泛应用，纳米陶瓷随之产生，希望以此来克服陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金属一样的柔韧性和可加工性。与传统陶瓷相比，纳米陶瓷的原子在外力变形条件下自己容易迁移，因此表现出较好的韧性与一定的延展性，因而从根本上解决了陶瓷材料的脆性问题。英国著名材料科学家卡恩在Nature杂志上撰文道“纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径。”所谓纳米陶瓷，就是晶体粒度1nm~100nm范围内的陶瓷材料。这里有两个要素：首先材质是陶瓷的，其次晶粒在1-100nm，严格说来，应要求其内部各种物相的显微尺寸包括晶粒度、晶界宽度、第二相粒子以及缺陷尺寸都在纳米尺度。正是由于纳米陶瓷晶粒的细化，晶界数量大幅度增加，使得材料的韧性和塑性大为提高并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响，从而呈现出与传统陶瓷不同的独特性能，成为当今材料科学研究的热点。纳米陶瓷材料的性能当普通陶瓷成为纳米陶瓷后，因晶粒尺寸减小，故材料的硬度和强度提高，一般要高出4～5倍。在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合，所制得的纳米陶瓷复合材料的综合力学性能更是得到大幅度提高。现已成功制备出多种体系的纳米陶瓷复合材料，材料的力学性能得到明显改善。按形态的不同：1.零维陶瓷材料即纳米陶瓷粉2.一维陶瓷材料即纳米陶瓷纤维或纳米陶瓷管3.二维陶瓷材料即纳米陶瓷膜4.三维陶瓷材料即纳米陶瓷块材纳米陶瓷材料分类零维纳米陶瓷材料零维纳米陶瓷材料即纳米陶瓷颗粒，它们的集合就是纳米陶瓷粉体。大多数纳米粒子呈现为理想单晶。尺寸在60nm左右，也有非晶态或亚稳态的纳米粒子。由于粒度在1nm~100nm之间，所以有很多独特的性质。主要有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，并由此派生出许多传统固体不具备的特殊性。一维纳米材料所谓一维纳米材料即指材质为陶瓷、径向尺度（直径或宽度）为100nm以下的棒（丝、管）状材料。一维纳米材料尺寸微小、量子限域影响显著，而且表面原子份额很大。迄今为止，在所有一维纳米陶瓷材料中，人们研究得最多、寄托希望最大的仍然是纳米碳管（CNT）。碳纳米管立体结构想像图碳纳米管显微结构二维纳米陶瓷材料二维陶瓷材料主要指纳米陶瓷薄膜，一般的共识是厚度在1~100nm的纳米陶瓷薄膜。薄膜材料可以是无支撑基体自由存在的，也可以是附着在基体上的，一般称为涂层。陶瓷材料由于其脆性，比较难以自由薄膜形式存在。三维纳米陶瓷材料三维纳米陶瓷即纳米陶瓷块体材料。通常简称纳米陶瓷，是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料纳米陶瓷与传统陶瓷精细陶瓷相比，有许多特殊性能，对结构陶瓷来说，最引人瞩目的是超塑性，所谓超塑性是指材料在断裂前产生大的伸长量。但纳米粉体的烧结速率非常快，晶粒尺寸在短时间内迅速长大，很难保持纳米级的显微结构。所以制备出超塑性的纳米陶瓷材料是非常困难的。纳米陶瓷材料的相关应用贴有纳米陶瓷防爆膜的车纳米陶瓷手链纳米陶瓷不粘锅纳米陶瓷节能环保灯尽管纳米陶瓷材料研究了才十几年，还处于初始研究阶段，在工业上还未得到广泛应用，但它具有许多传统晶体和非晶体材料所没有的独特性能，已取得的研究成果表明，纳米陶瓷将有很大的应用前景，这将驱使更多的人走向纳米陶瓷的研究。谢谢观看