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什么是纳米材料?纳米材料的结构特征与应用

WaterOff
2022-08-08 12:33:37

什么是纳米材料?

纳米材料那么什么是纳米材料呢?纳米级结构的材料简称为纳米材料,因为纳米材料是近几年开始被关注和应用的材料,所以也理解为纳米结构的新材料,广义上是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围超邃密颗粒材料的总称。

纳米材料具有肯定的独特征,当物质尺度小到肯定程度时,则必须改用量子力学庖代传统力学的观点来描述它的举动,当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时,其粒径虽改变为1000倍,但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨,所以二者举动上将产生显明的差异。

 

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础,按肯定规律修建或营造的一种新系统。

 

介孔组装系统纳米微粒与介孔固体组装系统因为微粒自己的特征,以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应,也使其成为了研究热点,按照其中支持体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类,按支持体的状况又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。

 

外观与界面效应

超微颗粒的外观具有很高的活性,在空气中金属颗粒会敏捷氧化而燃烧。如要防止自燃,可采用外观包覆或故意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层,确保外观稳固化。行使外观活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂、贮气材料和低熔点材料。  

 

 

1、特别的光学性子

金属在超微颗粒状况都呈现为黑色

 

2、特别的热学性子

在研究纳米材料过程中科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。

行使磁性超微颗粒具有高矫顽力的特征,已作成高储存密度的磁记录磁粉,大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。行使超顺磁性,人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体。

美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而赓续裂。研究注解,人的牙齿之所以具有很高的强度,是由于它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~5倍。金属—陶瓷复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性子,其应用前景十分宽广。  
超微颗粒的小尺寸效应还体现在超导电性、介电性能、声学特征以及化学性能等方面。

量子尺寸效应当粒子的尺寸达到纳米量级时,费米能级附近的电子能级由延续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时,会出现纳米材料的量子效应,从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能转变。

量子尺寸效应: 当粒子的尺寸降落到某个值时,金属费米能级附近的电子能级由准延续变为离散能级的征象和半导体微粒存在不延续的最高被占有分子轨道和最低未被占有分子轨道能级之间的能隙变宽征象。

宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应,它们可以穿过宏观体系的势垒而产生转变,这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

上述的小尺寸效应﹑外观效应﹑量子尺寸效应﹑宏观量子隧道效应和介电限域应都是纳米微粒和纳米固体的基本特性,这一系列效应导致了纳米材料在熔点﹑蒸气压﹑光学性子﹑化学反应性﹑磁性﹑超导及塑性形变等很多物理和化学方面都表现出特别的性能。它使纳米微粒和纳米固体呈现很多奇异的物理﹑化学性子。

纳米涂料的制备技术与纳米涂料特征

 

纳米涂料纳米涂料的制备技术

 

因为纳米粒子外观存在等电点,通过调节pH值使之与等电点时pH值相差最大时,可增大纳米粒子分散的稳固性,但该法仅适用于纳米粒子在水中的分散。 

化学分散法即对纳米粒子的外观改性。行使硅烷偶联剂、钛酸酯、硬脂酸、外观活性剂和超分散剂等外观处理剂对纳米粒子进行外观改性处理,改善纳米粒子的分散性。

物理分散法包括使用高速剪切分散机的高速搅拌、用三辊机及研磨机的研磨分散、使用球磨机的球磨分散以及超声波分散。

 

 

 

 

它既能散射又能吸取紫外线,屏蔽紫外线的能力很强。通过研究发现纳米TiO2可以明显加强丙烯酸树脂的紫外线屏蔽性能。P1Stamatakis认为,衰减300~400 nm紫外线,球状TiO2最佳的颗粒尺寸是50~120 nm。纳米TiO2衰减长波紫外线时,散射起重要作用;纳米TiO2衰减短波紫外线时,吸取起重要作用经分光光度仪测试注解:纳米SiO2具有极强的紫外反射,对波长400n以内的紫外光反射率70%以上;在涂料中能形成屏蔽作用,达到抗紫外老化和热老化的目的;同时增长涂料的隔热性。因此,纳米SiO2是一种优秀的涂料抗老化添加剂。添加纳米SiO2制得的纳米涂料,可明显降低因为UV照射而造成的颜色衰减,大大进步涂料的抗老化性能,在苯丙涂料中加入0.15~2%纳米SiO2涂膜老化显明减缓。

2、纳米隐身涂料

纳米隐身涂料(雷达波吸取涂料)指能有用地吸入雷达波并使其散射衰减的一类功能涂料。当纳米级的羟基铁粉、镍粉、铁粉末改性的有机涂料涂到飞机、导弹、军舰等武器装备上,可使这些装备具有隐身性能。其原理是:一方面,纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波长,对这种波的透过率比常规材料要强得多,大大削减波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到的反射旌旗灯号变得很薄弱,从而达到隐身作用;另一方面,纳米微粒材料的比外观积比常规材料大得多,使得红外探测器及雷达得到的反射旌旗灯号强度大大降低,因此很难发现被探测目标,起到了隐身作用。

 

根据Rayleigh光散射理论,纳米TiO2对可见光呈透明性,在与铝粉等混用时,入射光一部分在散光铝粉外观发生镜面反射,另一部分透过纳TiO2发生色散后,在纳米TiO2与铝粉界面反射,形成散光涂层,因而具有独特的颜色效应。纳米TiO2闪光铝粉或云母珠光颜料用于涂料系统中,能在涂层的照光区呈现一种金黄色的亮光,而在侧光区反射蓝色乳光,能增长金属面漆颜色的丰满度。牛健发明了一种纳米金属汽车面漆,它是采用多种纳米金属粉体材料,与引进国外先辈纳米金属汽车面漆制作技术相结合研制成功的新一代高级汽车涂料,它具有极强的附着力和耐酸、耐碱、抗氧化等耐化学药品性能;具有随角异色效应,并具有抗磨、抗刮碰等优秀的抗外界物理冲击性能,还吸取有害射线对人体及底漆的辐射,能珍爱人体健康,延伸面漆的使用寿命。美国人则普拉尚特卡马特向导的科研小组在纳米月刊上写道,这种涂料含有半导体微粒这种被称为量子点的纳米微粒由二氧化钛组成将二氧化钛纳米微粒涂上硫化镉或硒化镉,然后将其放入酒精和水的混合液中就形成了浓厚的糊状物涂到透明的导电物质上以后,这种涂料就会把光转化为电能这种涂料不用特别工具就能涂抹在任何导电外观上卡马特说他的研究工作得到了美国能源部的资助。

4、特别纳米界面涂料

在实验中发现,纳米材料与某些树脂经过特别复合后,其外观会具有一些特别的物理化学性能,比如可同时存在疏水、疏油征象,这种性能可应用于开发超双亲界面物性材料和超双疏界面物性材料,应用于建筑涂料中可以进步涂料的耐污染性能。

 

光照可引起TiO2外观在纳米区域形成亲水性及亲油性两相共存的二元协同纳米界面结构,即在紫外光照射下,TiO2价带电子被激发到导带,在其外观生成电子空穴对,电子与四价钛反应,空穴与外观桥氧离子反应,分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时外观吸附的空气中的水在氧空位离解成为化学吸附水(外观羟基),化学吸附水可进一步吸附空气中的水分形成物理水吸附层,如许就构成了均匀分布纳米尺寸星散的亲水和亲油微区,类似二维的毛细管征象,在宏观的TiO2外观将体现出奇妙的超双亲性。行使这个性子可制作新型装修材料,如可应用于高层建筑大厦、运输工具等的窗玻璃、挡风玻璃的后视镜、浴室镜子、眼镜片、测量仪器的玻璃罩外观,使之具有自洁和防污、防雾等结果。另外用于轮船等外观摩擦阻力可削减10~15%,节约能源并进步运行速度。

6、超双疏性界面物性材料 

7、纳米高强度涂料 

8、保型隔热纳米涂 

9、其他纳米改性涂料 

 

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