納米材料高度的彌散性和大量的介面爲原子提供了短程擴散途徑，以下是小編蒐集整理的一篇探究納米材料應用的論文範文，供大家閱讀參考。
摘要：本文主要論述了納米材料的興起、納米材料及其性質表現、納米材料的應用示例、納米材料的前景展望，以供與大家交流。
關鍵詞：納米材料;應用;前景展望
1.納米技術引起納米材料的興起
1959年，著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼預言，人類可以用小的機器製作更小的機器，最後實現根據人類意願逐個排列原子、製造產品，這是關於納米科技最早的夢想。80年代初，德國科學家ter成功地採用惰性氣體凝聚原位加壓法制得純物質的塊狀納米材料後，納米材料的研究及其製備技術在近年來引起了世界各國的普遍重視。由於納料材料具有獨特的納米晶粒及高濃度晶界特徵以及由此而產生的小尺寸量子效應和晶界效應，使其表現出一系列與普通多晶體和非晶態固體有本質差別的力學、磁、光、電、聲等性能，使得對納米材料的製備、結構、性能及其應用研究成爲90年代材料科學研究的熱點。1991年，美國科學家成功地合成了碳納米管，並發現其質量僅爲同體積鋼的1/6，強度卻是鋼的10倍，因此稱之爲超級纖維.這一納米材料的發現標誌人類對材料性能的發掘達到了新的高度。1999年，納米產品的年營業額達到500億美元。
2.納米材料及其性質表現
2.1納米材料
納米(nm)是長度單位，1納米是10-9米(十億分之一米)，對宏觀物質來說，納米是一個很小的單位，不如，人的頭髮絲的直徑一般爲7000-8000nm，人體紅細胞的直徑一般爲3000-5000nm，一般病毒的直徑也在幾十至幾百納米大小，金屬的晶粒尺寸一般在微米量級;對於微觀物質如原子、分子等以前用埃來表示，1埃相當於1個氫原子的直徑，1納米是10埃。一般認爲納米材料應該包括兩個基本條件：一是材料的特徵尺寸在1-100nm之間，二是材料此時具有區別常規尺寸材料的一些特殊物理化學特性。
2.2納米材料的特殊性質
納米材料高度的彌散性和大量的介面爲原子提供了短程擴散途徑，導致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著影響，並使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、化學活性增大、耐腐蝕性增強。因此納米材料所表現的力、熱、聲、光、電磁等性質，往往不同於該物質在粗晶狀態時表現出的性質。與傳統晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹係數、低熱導率、強軟磁性能。這些特殊性能使納米材料可廣泛地用於高力學性能環境、光熱吸收、非線性光學、磁記錄、特殊導體、分子篩、超微複合材料、催化劑、熱交換材料、敏感元件、燒結助劑、潤滑劑等領域。
3.納米材料的應用示例
目前納米材料主要用於下列方面：
3.1高硬度、耐磨WC-Co納米複合材料
納米結構的WC-Co已經用作保護塗層和切削工具。這是因爲納米結構的WC-Co在硬度、耐磨性和韌性等方面明顯優於普通的粗晶材料。其中，力學性能提高約一個量級，還可能進一步提高。高能球磨或者化學合成WC-Co納米合金已經工業化。化學合成包括三個主要步驟：起始溶液的製備與混和;噴霧乾燥形成化學性均勻的原粉末;再經流牀熱化學轉化成爲納米晶WC-Co粉末。噴霧乾燥和流牀轉化已經用來批量生產金屬碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氫氣氛下液相燒結成塊體材料。VC或Cr3C2等碳化物相的摻雜，可以抑制燒結過程中的晶粒長大。
3.2納米結構軟磁材料
Finemet族合金已經由日本的Hitachi Special Metals，德國的Vacuumschmelze GmbH和法國的 Imply等公司推向市場，已製造銷售許多用途特殊的小型鐵芯產品。日本的 Alps Electric Co.一直在開發Nanoperm族合金，該公司與用戶合作，不斷擴展納米晶Fe-Zr-B合金的應用領域。
3.3電沉積納米晶Ni
電沉積薄膜具有典型的柱狀晶結構，但可以用脈衝電流將其破碎。精心地控制溫度、pH值和鍍池的成份，電沉積的Ni晶粒尺寸可達10nm。但它在350K時就發生反常的晶粒長大，添加溶質並使其偏析在晶界上，以使之產生溶質拖拽和Zener粒子打軋效應，可實現結構的穩定。例如，添加千分之幾的磷、流或金屬元素足以使納米結構穩定至600K。電沉積塗層脈良好的控制晶粒尺寸分佈，表現爲Hall-Petch強化行爲、純Ni的耐蝕性好。這些性能以及可直接塗履的工藝特點，使管材的內塗覆，尤其是修復核蒸汽發電機非常方便。這種技術已經作爲 EectrosleeveTM工藝商業化。在這項應用中，微合金化的塗層晶粒尺寸約爲100nm，材料的拉伸強度約爲鍛造Ni的兩倍，延伸率爲15%。晶間開裂抗力大爲改善。
3.4Al基納米複合材料
Al基納米複合材料以其超高強度(可達到1.6GPa)爲人們所關注。其結構特點是在非晶基體上彌散分佈着納米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和過渡族金屬(如 Fe、Ni)。通常必須用快速凝固技術(直接淬火或由初始非晶態通火)獲得納米複合結構。但這隻能得到條帶或霧化粉末。納米複合材料的力學行爲與晶化後的非晶合金相類似，即室溫下超常的`高屈服應力和加工軟化(導致拉神狀態下的塑性不穩定性)。這類納米材料(或非晶)可以固結成塊材。例如，在略低於非晶合金的晶化溫度下溫擠。加工過程中也可以完全轉變爲晶體，晶粒尺寸明顯大幹部份非晶的納米複合材料。典型的Al基體的晶粒尺寸爲100～200nm，鑲嵌在基體上的金屬間化合物粒子直徑約50nm。強度爲0.8～1GPa，拉伸韌性得到改善。另外，這種材料具有很好的強度與模量的結合以及疲勞強度。溫擠Al基納米複合材料已經商業化，註冊爲Gigas TM。霧化的粉末可以固結成棒材，並加工成小尺寸高強度部件。類似的固結材料在高溫下表現出很好的超塑性行爲：在1s-1的高應變速率下，延伸率大於500%。
4.納米材料的前景趨向
經過我國材料技術人員多年對納米技術的研究探索，現在科學家已經能夠在實驗室操縱單個原子，納米技術有了飛躍式的發展。納米技術的應用研究正在半導體芯片、癌症診斷、光學新材料和生物分子追蹤4大領域高速發展。可以預測：不久的將來納米金屬氧化物半導體場效應管、平面顯示用發光納米粒子與納米複合物、納米光子晶體將應運而生;用於集成電路的單電子晶體管、記憶及邏輯元件、分子化學組裝計算機將投入應用;分子、原子簇的控制和自組裝、量子邏輯器件、分子電子器件、納米機器人、集成生物化學傳感器等將被研究製造出來。
近年來還有一些引人注目的發展趨勢新動向，如：(1)納米組裝體系藍綠光的研究出現新的苗頭;(2)巨電導的發現;(3)顆粒膜巨磁電阻尚有潛力;(4)納米組裝體系設計和製造有新進展。
總之，近年來，雖然納米材料的研究已經取得了顯著進展，但許多重要問題仍有待探索和解決。