造型材料與工藝5(參考版)
2025-03-02 15:10本頁面
【正文】 新材料的開發(fā)方向 二、納米（加工）材料 納米加工技術的核心是原子或分子位置的控制、具有特殊功能的原子或分子集團的自復制和自組裝。例如，在制造半導體集成電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸大概在 0． 25微米。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應，稱之為宏觀的量子隧道效應。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規(guī)律已不再成立。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應。 新材料的開發(fā)方向 宏觀量子隧道效應 各種元素的原子具有特定的光譜線，如鈉原子具有黃色的光譜線。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進入了 “ 沸騰 ” 狀態(tài)，尺寸大于 10納米后才看不到這種顆粒結構的不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有穩(wěn)定的結構狀態(tài)。對直徑大于 ，當尺寸小于 ，其表面原子百分數激劇增長，甚至 1克超微顆粒表面積的總和可高達 100米 2，這時的表面效應將不容忽略。 新材料的開發(fā)方向 表面效應 球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積／體積）與直徑成反比。至于金屬一陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為 80安／米，而當顆粒尺寸減小到 2′102微米以下時，其矯頑力可增加 1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小于 6′103微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。例如，在鎢顆粒中附加 ％～ ％重量比的超微鎳顆粒后，可使燒結溫度從 3000℃ 降低到 1200～ 1300℃ ，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導體管的基片。日本川崎制鐵公司采用 0． 1～ 1微米的銅、鎳超微顆粒制成導電漿料可代替鈀與銀等貴金屬。因此，超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。 小尺寸效應 新材料的開發(fā)方向 小尺寸效應 （ 2） 特殊的熱學性質 固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低，當顆粒小于 10納米量級時尤為顯著。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮?、電能。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。 新材料的開發(fā)方向 （ 1） 特殊的光學性質 當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。這是由于納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，以及其特有的三大效應：小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應。當人們將宏觀物體細分成超微顆粒（納米級）后，它將顯示出許多奇異的特性，即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。 納米顆粒材料又稱為超微顆粒材料，由納米粒子 (nano particle)組成。由于它的尺寸已經接近電子的相干長度，它的性質因為強相干所帶來的自組織使得性質發(fā)生很大變化。 新材料的開發(fā)方向 納米材料與納米技術 納米材料與納米技術是一種基于全新概念而形成的材料和材料加工技術，是當前國際前沿研究課題之一。從這一角度來說，復合材料的回收處理較為困難，易引起環(huán)境問題。然面復合材料的產品化過程則不同，它的這兩個基本過程是同時實現(xiàn)的，所以復合材料的設計就是產品的設計，并且不同的產品即使采用相同的復合材料也有不同的成型方法與條件。 2 按添加物
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