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簡析納米技術(shù)及其發(fā)展
納米技術(shù)是近年來出現(xiàn)的一門高新技術(shù)，簡析納米技術(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(yīng)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(nèi)涵在自然界中無處不在。不僅人類或動物的牙齒和骨骼表面具有納米結(jié)構(gòu)，大量維系著地球生態(tài)的樹木也擁有納米結(jié)構(gòu)。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(tǒng)產(chǎn)業(yè)的實質(zhì)性影響和對未來工業(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(xiàn)代高科技和新興學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。
1納米技術(shù)的基本概念
納米是一個尺度概念，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納米這個范圍空間，物質(zhì)的性能就會發(fā)生突變，出現(xiàn)特殊性能。所謂納米材料，就是這種既具有不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質(zhì)的特殊性能構(gòu)成的材料。人們往往只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領(lǐng)域，而這個領(lǐng)域?qū)嶋H上大量存在于自然界。納米材料向各個領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)(含高科技領(lǐng)域)，在納米空間構(gòu)筑一個器件實現(xiàn)對原子、分子的翻切、操作以及在納米微區(qū)內(nèi)對物質(zhì)傳輸和能量傳輸新規(guī)律的認識等等。納米技術(shù)是一門以許多現(xiàn)代先進科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，是現(xiàn)代科學(xué)(量子力學(xué)、分子生物學(xué))和現(xiàn)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(jié)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)為偏離正常的Hall-petch規(guī)律，甚至有個別納米材料如納米pd材，表現(xiàn)為反“Hall-petch行為”。但通常來說，大多數(shù)納米材料表現(xiàn)出良好韌性、極好塑性和高強度。如納米Fe的斷裂應(yīng)力比一般Fe材高12倍，通常表現(xiàn)為脆性的陶瓷材料TIO2、CaFe通過細化晶粒后，可能變?yōu)轫g性材料，納米TIO2、CaFe可在80～180°范圍內(nèi)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表現(xiàn)出的宏觀性能是電阻高于粗晶材料。但存在一種所謂的L?5GMR現(xiàn)象(磁場中材料電阻減小)非常明顯，磁場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(yīng)還表現(xiàn)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，每個晶粒也就成為一個單磁疇，由于晶粒取向的無序性，導(dǎo)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(zhuǎn)變成了超順磁性，如當α-FE的晶粒尺寸為5nm時轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕?5nm的Ni的矯頑力Hc→O，表現(xiàn)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，對可見光幾乎不反射。
3納米技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)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?qū){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(yīng)用
3.1.1在焊絲涂層中的應(yīng)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(dǎo)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)生點蝕等;隨著材料強度的提高，過渡到焊縫的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，這就需要開發(fā)新的焊絲涂層工藝。天津大學(xué)運用現(xiàn)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(tǒng)鍍銅焊絲的上述缺點。
3.1.2在焊劑制造中的應(yīng)用
由于合金元素?zé)龘p少，成分較易控制，燒結(jié)溫度低，能耗小，燒結(jié)焊劑正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熔煉焊劑。但是其燒結(jié)溫度一般在400C～1000C之間，仍然會消耗大量的能源，且一些必要的組成物如碳酸鹽在較高溫度燒結(jié)時會發(fā)生分解，從而降低焊劑性能。納米材料的體積效應(yīng)及表面效應(yīng)使得在低溫時各組成物就可充分燒結(jié)而不發(fā)生分解，同時由于納米材料優(yōu)異的活性，可加快燒結(jié)過程、縮短燒結(jié)時間，從而降低能源消耗。
3.1.3在電極材料中的應(yīng)用
常用電極中鎢的熔點和沸點很高，逸出功較高(4.54eV)，為提高電子發(fā)射能力，通常通過加入低逸出功的氧化物如氧化釷(2.7eV)或稀土氧化物等來降低逸出功。但是普通的氧化物尺寸較大，在鎢基內(nèi)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(jié)，可獲得氧化物分布均勻、細小的復(fù)合鎢—氧化物，改變了尺寸較大氧化物的缺點，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(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
焊接接頭具有組織及性能不均勻的特點，各項性能難以與母材相匹配，因而容易在接頭區(qū)域發(fā)生腐蝕及疲勞等破壞，而大部分該類破壞又是從接頭表面開始的。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，使接頭各個區(qū)域(焊縫、熱影響區(qū)、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，延長工件使用壽命、提高焊接接頭疲勞壽命、改善接頭抗應(yīng)力腐蝕性能的優(yōu)點。
4結(jié)束語
納米技術(shù)以其帶給人類的全新的對物質(zhì)領(lǐng)域的認識，無疑正在掀起一場技術(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(yī)學(xué)以及航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。同時，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?qū)W科，因此，只有進行多學(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)。
參考文獻
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