納米金屬材料發展論文范文第1篇
納米材料自上個世紀問世以來一直被科學家廣泛研究,它是一種在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(0.1~100nm)或者它們由基本單元構成的材料。上個世紀60年代科學家就開始對納米粒子就行研究,并且認為如果能夠實現對納米級的物體操作和控制,可以讓材料在性能產生豐富的變化?？茖W家對于納米材料的研究的發展過程主要分為三個階段,第一階段是主要研究納米材料的制備以及對其特性的研究,主要研究單一組成的納米材料。第二階段研究人員則利用納米材料的特性進行復合材料的研究。第三階段則更注重于納米組裝體系的研究,二維納米材料就是在這個階段發現并且深入研究的?，F在,納米技術已經形成為高度交叉的綜合性科學技術,是一個融科學前沿和高技術于一體的完整的科學技術體系。
2. 納米二維材料的發展
自從2004年石墨烯被英國科學家Geim和Novoselov制備出來以后,二維材料引起了科學家們的研究熱潮。人們對于石墨烯的制備方法進行了研究,2006年W.A.Heer等人用標準的納米光刻技術在碳化硅襯底上外延生長得到石墨烯,K.Mullen等人則發現了一種可以制備出12nm寬的二維石墨烯納米帶的方法。D.Li課題組發現了一種大量制備石墨烯的方式,在不利用表面活性劑的條件下通過化學轉換的方式在靜電作用下制備石墨烯膠體,擴大了石墨烯的應用范圍。在研究制備方式的同時,也有很多研究人員對石墨烯的性質進行了研究,B.Uchoa等人發現石墨烯的電子性質與摻雜堿金屬或過渡金屬有很大的關系,過渡金屬和碳原子軌道的雜化作用可以導致磁性的不穩定,O.Leenaerts等人則發現了石墨烯對于小分子CO、NO等具有吸附性,可以應用于氣體分子的檢測[1]。
人們以石墨烯為起點,對納米二維材料進行了研究,發現了四類主要的納米二維材料,主要有類石墨烯家族,例如石墨烯、氮化硼都屬于這一類,二維過度金屬硫化物家族,這一類中主要是一些具有半導體性質的硫化物,還有二維氧化物家族和其他結構的層裝材料[2]。
納米二維材料被廣泛的關注和研究,目前二維納米材料的研究方向主要有三個。第一,二維材料的大量制備問題需要進行深入研究,目前許多二維納米材料不能夠進行大量的制備,這給材料的實際造成了很大的困難,尤其是晶圓級尺寸的二維材料,缺少大量制備的方法。第二,對二維材料的納米復合材料進行研究。那你二維材料本身具有很多優異的性質,進行二維材料的納米復合材料研究,可以在二維材料良好的性質基礎上,增加其他納米材料的優點,使材料的性質更加優良。第三,研究納米二維材料的應用。納米二維材料具有優異的性質,具有傳統材料不具有的優勢,深入挖掘其應用,使其應用更加廣泛,有利于對社會的發展進步。
3. 納米二維材料的應用
隨著科研工作者對二維材料的深入研究,很多二維材料被開發出來,并且被廣泛應用,下面對幾種二維材料的制備和應用進行介紹。
3.1 納米石墨烯復合材料
石墨烯的發現和不斷研究讓人們看到了它在應用方面的巨大價值,因此科學工作者對石墨烯復合材料也進行了深入的研究。目前人們已經發現了多種石墨烯的制備方法,包括機械剝離法、化學氣相沉積、化學剝離法等,其中機械剝離法就最先被發現的石墨烯制備方法,而化學剝離法則是目前制備石墨烯使用較多,效率較高的方法。
現在人們正在對納米石墨烯復合材料做深入的研究,其中納米石墨烯/聚合物復合材料和納米無機/石墨烯復合材料是現在研究的熱點[3]。制備納米石墨烯/聚合物復合材料對于制作方法有很高的要求,目前已經發展的制備方法包括熔融共混法、溶液共混法以及原位聚合法等。納米無機/石墨烯復合材料由于無機納米粒子的加入,使石墨烯有了更廣泛的應用。目前能夠被應用于這類材料制備的無機納米粒子主要有三類,金屬、金屬氧化物和硫化物納米粒子,在制備方法上,主要包括水熱法和電化學沉積等。
納米石墨烯復合材料能夠利用石墨烯獨特的結構特性和導熱導電能力對一些其他的材料進行修飾,石墨烯和無機材料的復合材料就在原有性質的基礎上具有了石墨烯的導熱導電性能和機械強度,例如石墨烯和一些金屬化合物符合,可以改善這些金屬化合物的結構,對其導電性能進行提升,使其在鋰離子電池和光催化方面更具應用前景。目前石墨烯復合材料在鋰離子電池、光敏儀器、微波吸收、凈水等方面都有廣闊的應用前景。
3.2 類石墨烯過渡金屬二硫化物
過渡金屬二硫化物是一種和石墨烯擁有類似的二維結構的材料,這類材料具有非常好的光學、電化學性質,這些特性吸引了很多科學工作者的注意和研究。過渡金屬二硫化物很早就開始被人們所研究,只是對二維過渡金屬二硫化物的研究是從近幾年才開始興起的,科研人員認為這類材料擁有很大的發展潛力。
目前這類材料的制備方法主要有剝離法、化學氣相沉積法和水熱法等[4],目前科研工作者還在研究其它的制備方法,以最大程度上保證這類材料的特性,以及在生產成本、質量和規模上取得突破,是這類材料能夠為人類社會的發發展做出應有的貢獻。
二維過渡金屬二硫化物電子能帶結構具有直接的帶隙,使其在光致發光、吸收光譜以及光伏效應等性質上相較于過渡金屬二硫化物都有所改變。直接的能帶帶隙對于光的吸收和發散都有很大的影響,其對于光的利用更加完全,利用二維結構對于這種材料對于光敏性能的提升,人們用單層Mo S2薄膜制作了光電晶體管,單層Mo S2薄膜也被用于制作LED器件。二維過渡金屬二硫化物還因為其電化學性被用于鋰離子電池和超級電容器等方面,利用其制作的鋰離子電池在使用壽命和電容等方面都很有優勢,因為其優良的電傳感性能它還被用來制作傳感器,這種材料制成的傳感器在檢測限、響應速率、識別度方面都具有很好的能力。
3.3 有機或金屬—有機二維材料
有機或金屬—有機二維層狀納米材料在化學可剪裁性方面性能優異[5],目前研究人員正在努力探索這類二維材料的制備方式,并且在有機基二維材料的制備上建立了自上而下和自下而上兩種類型的方法。在應用方面,這類二維材料有望被廣泛應用于電子器件、催化和小分子識別等諸多方面。目前這類有機或金屬—有機二維材料的制備技術還不是特別完備,還需要研究人員的改良,在性質方面也需要進行一定的改進。
5. 結論
納米二維材料具有優異的性質和應用前景,并且在許多領域的應用上已經取得了驚人的成就,但是還有許多性質和應用需要進行不斷的研究。如今各種類型的納米二維材料的研究都在不斷的進行當中,納米石墨烯復合材料、類石墨烯過渡金屬二硫化物、DNA納米技術和有機或金屬—有機二維材料等二維材料都在不斷的發現之中,在將來二維材料將在許多領域發揮作用。
摘要：納米二維材料自發現以來就受到人們的廣泛關注,經過十幾年的研究和發展,已經研究出很多種類的納米二維材料,本文對納米二維材料的發展進行了概述,并對納米二維材料制備和應用進行探究。
關鍵詞：納米,二維材料,應用探究
參考文獻
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[2]張克難.二硫化鉬二維材料及其異質結的制備和光電特性研究[D].中國科學院研究生院(上海技術物理研究所),2016.
[3]任芳,朱光明,任鵬剛.納米石墨烯復合材料的制備及應用研究進展[J].復合材料學報,2014,31(2):263-272.
[4]劉洋洋,陳曉冬,王現英,等.類石墨烯過渡金屬二硫化物的研究進展[J].材料導報,2014,28(3):23-27.
納米金屬材料發展論文范文第2篇
1 納米晶/微米晶復相概念的提出
為解決單相納米晶金屬材料室溫塑性差的問題,并把提高塑性的途徑建立在可靠的理論基礎上,根據理論模擬和實驗研究,國外學者近期提出了納米晶/微米晶復相復合,以提高材料塑性的概念:在高強度低加工硬化能力的納米晶基體相中加入低強度高加工硬化能力的微米晶相,形成復合組織來提高材料的均勻拉伸塑性。
J.Weertman等[4]報道,納米結構純銅由于存在一些大晶粒而具有了一定的塑性,與之相反,納米結構的純鎳由于晶粒較為均勻,沒有大晶粒的存在而表現出脆性。V.L.Tellkamp等[5],R.W.HAYES等[6],S.L.SEMIATIN等[7]通過低溫球磨+熱等靜壓+擠壓的工藝得到納米結構純鋁并具有較好的塑性,研究發現組織中存在一定量的大晶粒區域。Wang Y. M.等[8]報道了利用低溫軋制+短時退火的方法獲得了晶粒尺寸雙峰分布的純銅。材料的強度與完全納米晶銅的強度相比下降不多,但拉伸塑性卻明顯提高,已接近退火態粗晶銅的室溫塑性指標。該文中首次提出的通過實現晶粒尺寸雙峰分布結構來解決納米晶材料低拉伸塑性的途徑,引起了廣泛的關注。隨后,Ma E.[9]和Wang Y. M.等[10]提出了優化納米晶材料塑性的方法,并指出非均勻組織結構(納米晶+超細晶或微米晶)是納米晶材料增塑的有效措施。通過控制微米晶相的體積分數、形狀和分布,納米晶材料仍具有空間和機會來設計性能,得到期望的強度或塑性,亦或是二者的最優組合。利用具有雙峰分布的復相組織來提高納米結構材料塑性的方法較為簡捷,是大幅提高材料強度并使其保持較好塑性的可行路線。
2 納米晶/微米晶復相材料體系、制備方法和力學性能
現有納米晶/微米晶復相材料體系主要包括銅、鎳、鈦等純金屬[11,12,13,14,15],鋁基合金[7,16,17,18,19,20],鈦基合金[21,22],銅鋁合金[23,24]以及碳鋼[25,26]等。目前,制備納米晶/微米晶復相材料的方法與單相納米晶材料的制備方法類似,主要包括“由小到大”的合成法和“由大到小”的細化法。不同點是前者通過控制納米晶和微米晶的比例燒結得到塊體復相材料,后者則是在得到非平衡的納米結構后通過控制后續熱處理工藝,使部分納米晶粒優先長大為微米晶而獲得復相組織。表1是具有納米晶/微米晶復相組織的制備體系、典型材料、制備方法以及力學性能,并給出了與之對應的單相納米晶/微米晶材料的力學性能。
Note: σb-tensile strength; σbc-compressive strength; σ0.2-yield strength; δ-elongation.
2.1 “由小到大”的合成法
由小到大法的主要過程是將納米粉末和微米粉末按一定比例混合,球磨然后燒結,再經熱擠壓等手段得到規則的塊體材料,其優點是易于控制納米晶與微米晶的相對比例,進而控制材料的力學性能,該方法也可用于制備納米晶/微米晶復相陶瓷材料[28]。D.Witkin等[29]利用低溫球磨法將Al-7.5Mg合金粉末制備成晶粒尺寸小于80nm的顆粒,再將其與未經球磨的微米晶粉末均勻混合后在400℃真空條件下燒結成塊,經擠壓變形獲得規則試樣。微觀組織分析表明,球磨獲得的納米顆粒在高溫條件下保持了很好的熱穩定性,在燒結過程中并未發生晶粒長大,從而獲得了具有雙峰分布組織的Al-7.5Mg合金。隨著大晶粒加入量的不斷增加,它們與完全納米晶組織的Al-7.5Mg相比,材料的抗拉強度由847MPa(純納米晶組織)降低至734MPa(含有30%的微米晶),但斷裂伸長率由1.4%大幅升高至5.4%,具有較好的綜合力學性能。Zhao Y.等[13]直接將不同粒徑的Ni粉按一定比例混合,其中低溫球磨得到的納米晶粉末(10nm)占50%,微米晶粉末占50%。將混合好的粉末在一定條件下燒結成型,也得到了具有納米晶/微米晶復相分布的納米晶純Ni材料。由表1可知,單相納米晶Ni雖然強度很高但屬于脆性材料,與之相比具有雙峰分布的納米晶Ni的拉伸屈服強度是傳統微米晶金屬Ni的兩倍以上,而斷裂伸長率基本保持不變。
Lui E.W.等[22]通過將微米級粉末高能球磨至納米顆粒而后等徑角擠壓的方法,得到了具有復相增強增塑的Ti-Al合金。高能球磨后的Ti粉與Al粉被打碎并相互冷焊在一起,從而形成新的具有Ti、Al雙相組織的顆粒。將球磨好的粉末放入90°的等徑角擠壓機中在350℃以20mm/min的速率反復擠壓12道次,Ti-Al合金的密度達到99%以上。球磨后經12道次等徑角擠壓后的合金的壓縮屈服強度是未經球磨的材料的3倍以上。
2.2 “由大到小”的細化法
“由大到小”的細化法是指普通塊體試樣經大塑性變形(如低溫冷軋、等徑角擠壓、高壓扭轉、平面應變壓縮等方法)以獲得亞穩態的納米結構,再通過熱處理工藝使部分納米晶粒優先長大至微米晶(微米晶由再結晶或二次再結晶得到)而獲得復相組織,其優點是不宜引入缺陷和雜質且界面清潔。Wang Y. M. 等[8]采用低溫軋制+短時退火的方法獲得了具有晶粒尺寸雙峰分布的納米晶純銅,具體工藝路線如下:將純銅在液氮溫度下軋制至較大變形量,并形成高密度的納米級位錯網絡。在低溫下軋制是為了抑制動態回復,并積累更多的位錯以達到比室溫變形更穩定的狀態。經短時退火后,再結晶晶粒具有完美的大角晶界,且大部分晶粒的尺寸處于納米晶到超細晶的范圍之內。通過力學性能測試,發現材料的強度與完全納米晶銅相比略有下降,但拉伸塑性卻明顯提高,其室溫條件下的斷裂伸長率已接近退火態粗晶銅的室溫塑性指標。WEN C.E.等[30]通過相似方法制備了具有復相結構的納米晶金屬Ti,經低溫冷軋(變形量83%)和300℃退火1h后,得到屈服強度926MPa、均勻伸長率為11%的高強度和良好塑性兼備的納米晶金屬Ti材料。
H.Azizi-alizamini等[25]發明了一種新方法來制備具有雙峰晶粒分布的超細晶低碳鋼(0.17 C,0.74 Mn,0.04 Al,0.008 P,0.009 S,0.0047 N,Fe余量(質量分數/%))。他將熱處理工藝和軋制工藝相結合,得到了具有雙峰鐵素體-馬氏體雙相組織。首先,材料在1000℃保溫30min后冰鹽水淬火以得到馬氏體組織。然后在740℃保溫10min后進行第二次冰鹽水淬火以得到鐵素體-馬氏體雙相組織。再經50%冷軋變形后,雙相組織中的鐵素體在500~600℃等溫退火不同時間后水冷,可以再結晶從而長大形成微米晶并控制其晶粒大小。變形、破碎的馬氏體晶粒以再結晶的形式形成超細晶鐵素體和馬氏體。與單相馬氏體超細晶鋼相比,具有雙峰分布結構的低碳鋼具有穩定而連續的屈服現象,沒有呂德斯帶的產生。S.M.Hosseini等[26]利用相似的方法得到了具有雙峰分布的回火馬氏體-鐵素體雙相納米晶的低碳鋼,兼備高強度和良好塑性。材料的強度提高1倍以上(1135MPa),而均勻伸長率仍可達11.6%。
WANG J.T.等[31]研究發現,將亞共析Cu-Al合金以5GPa高壓扭轉,并經過不同溫度和時間的退火處理,可以得到具有雙峰晶粒分布的納米晶/微米晶組織。該方法首先選擇諸如共晶或共析體系合金,制備出含有一定體積分數先析出相(如先共晶相或先共析相)的材料;其次,利用劇烈塑性變形使組織細化至亞微米甚至納米尺度;最后,將變形后的材料進行退火,使先析出相(先共析或先共晶相)區域的晶粒長大到微米級,而共析或共晶區域的納米晶/超細晶組織則由于兩相的交互釘扎作用而保持在納米/亞微米尺度,由此獲得雙峰分布組織。
3 納米晶/微米晶復相材料的變形機制
納米晶材料由于晶粒細小導致位錯的相互作用較少甚至沒有,因而造成加工硬化能力的缺失,在彈性階段結束后,塑性變形以局部變形帶的形式展開。宏觀的拉伸失效在微觀上表現為局部切變帶的失效[27,32]。研究發現,局部變形帶是高強度低塑性的納米晶材料的典型變形特征。如果不能限制這些局部變形帶的迅速擴展,就會造成納米晶材料過早發生塑性失穩,并發生斷裂[9,10]。而非均勻的納米組織結構,即納米晶/微米晶復相組織中的微米晶區可以通過抑制局部變形帶的快速擴展并激發出更多的變形帶,從而改善材料的宏觀塑性[33]。Lui E.W.等[22]認為納米晶/微米晶復相材料的變形機制仍以位錯滑移為主,而多尺度雙相結構能夠阻礙裂紋的快速擴展。Tellkamp等[5,6,7]研究指出,由于裂紋快速貫穿納米晶區域在抵達微米晶區域后,裂紋尖端受到抑制并發生鈍化,借助于位錯增殖才能通過微米晶區,因而減緩了裂紋擴展,在宏觀上提高材料的塑性。Lee Z.等[34]研究了細晶/粗晶復相材料的拉伸變形和斷裂的機制,他認為變形過程分為四個階段。首先,材料中的粗晶區域沿著擠壓方向被伸長,當應力達到粗晶的屈服強度時,粗晶區域首先開始發生塑性變形。第二階段,當應力繼續增加而達到納米晶的屈服強度時,在超細晶區域或超細晶與粗晶的界面上產生空位,同時微米晶帶被拉長。第三階段,隨著拉伸應變的增加,裂紋開始從空位延伸到橫向載荷軸。然而,裂紋只位于局部的細晶和粗晶區域。裂紋有效地被粗晶帶鈍化和彌合,偏向和分層在粗晶區和超細晶與粗晶的界面處。最終,各個裂紋相互連接而使粗晶區無法承受更多的載荷時,材料即發生整體斷裂。因此,納米晶/微米晶復相材料的變形機制一般為:由于微米晶相加工硬化能力強,納米晶基體相內的局部變形帶擴展到微米晶相時受到抑制而難以繼續失穩發展,使材料的整體塑性失穩得到抑制,并形成更多新的變形帶,從而改善復相材料的塑性。當材料中某一處變形帶所遇到的微米晶加工硬化能力耗盡,無法再抑制變形帶的失穩擴展時,材料的均勻塑性變形就會終止,材料整體因塑性失穩而導致最終斷裂[24,35]。
4 現有制備方法存在的問題
通過比較目前的納米晶/微米晶復相材料的制備方法,可以看到它們各具特色,所制備出的各種納米晶/微米晶復相材料在綜合性能上與傳統材料以及單相納米晶材料相比均有大幅度的提高,在發展傳統復合材料與開發新型復合材料方面起著巨大的推動作用。但同時也應該認識到,這些制備技術均存在自身的局限性,其中大多數由于設備昂貴、工藝復雜且難以控制而仍處于實驗室研究階段。“由小到大”法如高能球磨+熱等靜壓等,雖然可以精確控制納米晶/微米晶相的體積分數等,進而控制復相材料的力學性能,但由于該方法屬于合成法,容易在顆?；旌蠒r引入缺陷、雜質及較大的內應力,引起非本征低塑性。而“由大到小”法如低溫軋制+短時退火、等徑角擠壓、高壓扭轉擠壓等要求原始材料的強度較低且易于變形(如純金屬或有色合金),制備的材料種類明顯受到限制,且制備出的材料尺寸十分有限。通過該方法得到雙峰分布組織還存在較高的內應力和非平衡組織不穩定等缺點。
5 結束語
目前,鐵基材料仍舊是應用最為廣泛的結構材料,通過納米化可以優化鐵基材料的綜合性能,并進一步擴大其使用范圍。單相納米晶鐵基材料強度高但塑性差,因此利用具有雙峰分布的復相組織來提高納米結構材料塑性的方法是大幅提高材料強度并使其保持較好塑性的可行路線。但由于鐵基材料自身特點(較高的強度和復雜的相變結構),使“由小到大”的納米晶/微米晶復相金屬材料的制備方法很難在鐵基材料中得到應用。雖然通過“由大到小”法可以制備出具有雙峰分布的納米晶碳鋼材料,但工藝復雜,材料的宏觀尺寸較小(直徑小于100mm,厚度小于10mm),無法得到實際應用。喇培清等[36]發展出的新穎的鋁熱反應熔化法則可以簡單快速地一步制備出大尺寸的納米晶/微米晶復相鐵基材料(直徑大于200mm,厚度大于10mm)。鋁熱反應熔化技術很容易獲得具有高冷卻速率的純凈的材料液相,由于鋁熱反應熔化技術通過選用具有較高純度的反應物料,在惰性氣氛保護下低溫進行反應,通過控制熔體冷卻過程,延長熔體凈化時間和凝固時間,可使熔體中先期有一定的晶核先析出,長大為微米晶相,微米晶間的熔體在后期大量形核時可形成納米晶相,一步便可形成具有微米晶相和納米晶相同時存在的復相組織的材料,并使具有納米晶/微米晶復相組織的鐵基材料應用于工業生產成為可能。但該方法仍處于實驗室階段,如何能夠批量生產是其亟待解決的問題。
就純金屬和有色合金而言,通過大塑性變形和后續退火處理得到的雙峰組織熱穩定性較差,且納米晶/微米晶復相材料的組織參數對加工條件和退火工藝參數較為敏感,相似組織和塑性提升的重現性低,因此有必要進一步優化現有制備工藝并開發新的納米晶/微米晶復相材料的制備方法。另外,納米晶/微米晶復相材料的組織參數,如微米晶的體積分數、晶粒形態、納米晶平均晶粒尺寸、納米晶/微米晶晶粒雙峰分布的寬度等特征,對材料力學性能及其變形機制的影響還缺乏系統的研究?？傊?加強納米晶/微米晶復相材料的制備工藝研究,并尋找性能最優的復相組織參數,研究出兼備高強度和良好塑性的納米晶/微米晶復相鐵基材料是以后的發展重點之一。
摘要：本文綜述了納米晶/微米晶復相金屬材料的發展歷程、微觀組織設計、制備方法及其力學性能與變形機制。概述了現有材料體系和制備方法的優點與不足,指出開發新工藝和進一步優化納米晶/微米晶復相金屬材料的綜合性能是未來的發展趨勢。
納米金屬材料發展論文范文第3篇
盧磊，1970年生，中國科學院金屬研究所研究員。2003年11月-2004年9月，2008年5月-2008年10月，兩次赴美國麻省理工學院做高級訪問學者。
第九屆中國青年女科學家獎評審會評語：
盧磊針對金屬材料高強度和高導電性相互矛盾這一難題，巧妙利用納米孿晶強化機制，成功實現了銅的超高強度和高導電性，有可能為高強高導電材料的開發提供一個新途徑。
盧磊寄語青年人：
科研需要有一定的天賦，但更需要執著?？蒲惺且粋€漫長的過程，一次次失敗，摸爬滾打，對各個方面的能力都是很大的挑戰。但如果在經歷了無數次失敗以后，你依然能夠堅持下來，回頭看看整個過程，你會發現你的個人能力得到了升華。
“魚與熊掌不可兼得”，這是我們在日常生活中時常面臨的困境，因此在很多時候，我們不得不做選擇題。而有時，這種難題也會出現在科學研究中，但科學家卻沒有選擇，因為現實情況要求他們“魚”與“熊掌”必須兼得。
強度和導電性，是導體材料的2個至關重要的性能，因此在工業應用中，往往需要導體材料同時具有高強度和高導電性。例如，導電磁鐵線圈中的導線既要承受巨大的電磁作用力，又要保持較低電阻，以降低電流導致的溫度升高。故而，高強度和高導電性是超導磁鐵中導線必不可少的重要性能。
然而，“魚與熊掌不可兼得”的難題，恰好就出現在這里。因為在常規金屬材料中，這2種性能往往相互抵觸，不可兼得。通常，純金屬（如銀、銅等）都具有很高的電導率，但它們的強度卻很低。通過一些強化手段，我們可以提高金屬的強度，如合金化（添加合金元素）、晶粒細化或加工強化，但問題在于，通過這些技術手段進行強化后，金屬材料的強度會有所提高，但電導率卻會大幅度降低。其原因在于，這些強化技術會在金屬材料中引入各種缺陷，這些缺陷會顯著增加材料對電子的散射，從而降低導電性能，使電阻增大。還有一些方法，比如復合材料法，雖然可以把材料的強度增強很多，導電性也有一定的提高，但這種方法的工藝非常復雜，得到的產品在性能上也不穩定，最關鍵的是成本非常高。因此，如何同時實現金屬材料的高強度和高導電性，一直是一個懸而未決的科學難題。
2000年，這個難題也擺在了盧磊面前。經過一段時間的摸索，她決定跳出既有方法的限制，在以前研究納米晶體金屬的基礎上，她和同事決定嘗試一種特殊的低能共格結構：納米孿晶（如果2個晶體沿1個公共晶面構成鏡面對稱的位向關系，這2個晶體稱互為“孿晶”，這個鏡面即為孿晶界面）。
正是基于這種開創性的想法，盧磊和她的團隊經過4年的不斷嘗試和努力，終于把不可能變成了可能，實現了“魚”與“熊掌”的兼得。
他們制備出的納米孿晶純銅體現出了極其優良的特性，不僅具有高強度、高導電性，而且還解決了另一個矛盾：納米孿晶純銅在具有高強度的同時，還具有很好的塑性和韌性。而通常，高強材料的韌性一般都很低，而高韌材料的強度又很低。
在高強高導材料領域，盧磊的研究是一個非常重要的突破，開辟了一個新的材料研究領域，未來的納米孿晶結構材料不僅能夠減少輸電線的電能損耗，而且應用在微電子領域后，這些材料還能讓我們的電腦、手機等產品越來越薄、越來越小，使用壽命也會越來越長。
納米金屬材料發展論文范文第4篇
摘要：金屬材料對我國工業發展有著極為重要的影響，需要加強對金屬材料熱處理工藝技術的研究，不斷優化金屬材料熱處理工藝及技術，使其能夠更好地服務于行業及社會發展。目前金屬材料熱處理工藝及技術的種類較多，需要提高對工藝和技術的了解，把握好金屬材料熱處理工藝及技術的發展趨勢，以便做出有效的改進，促進金屬材料熱處理工藝及技術的良性發展。因此，本文針對金屬材料熱處理工藝及技術進行分析，進一步分析探究金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢，期望能為相關人員提供一些可靠的參考依據。
關鍵詞：金屬材料;熱處理工藝;技術;發展趨勢
近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，各個行業對金屬材料的需求顯著提升，需要進一步提高金屬材料的性能，使其能夠滿足工業生產的要求。而金屬材料熱處理工藝及技術是提高材料性能的主要手段，應加強對金屬材料熱處理工藝及技術的研究，其中包括了涂層處理工藝、化學滲透工藝、激光處理工藝、熱處理CAD工藝、真空熱處理工藝等，進而根據工業生產的需要進行工藝技術的創新，促進金屬材料熱處理工藝技術的不斷發展。
1.金屬材料熱處理工藝及技術分析
1.1涂層處理工藝
在金屬材料熱處理中應用涂層處理技術，主要就是將不同的涂層技術結合起來，將硬度較高的涂層涂抹到金屬材料的表面結構上，使金屬材料的整體性能得到改善。常用的涂層以氧化金屬、氧化碳、納米晶、氧化金屬、碳化金屬等物質成分構成，與一定的超硬涂層物質配合，之后在材料表面結構進行涂層處理，保證涂抹物質能夠與金屬材料的表面結構緊密融合。與一般技術相比，涂層處理技術能夠對材料的硬度系數進行有效提升。同時，可以將自動化控制技術與涂層處理技術結合起來，實現自動化處理的模式，有效提高金屬材料熱處理的效率，保證金屬材料的整體性能達到要求[1]。
1.2化學滲透工藝
在金屬材料熱處理中應用化學滲透工藝，主要就是將化學薄膜覆蓋到金屬材料的表層結構，改善金屬材料的硬度、柔韌性等等，借助薄膜滲透的方法來改變金屬材料的表面形態，使金屬材料本身的性能得到改善，提高金屬材料的利用效率，且能夠減少金屬材料加工中的損耗。與一般的工藝技術相比，化學滲透工藝體現出成本低、效益高等優勢，還可以起到一定的節能環保作用，降低材料處理中的資源消耗，避免金屬材料熱處理中出現嚴重的環境污染。同時，化學滲透工藝的操作流程比較簡單，可以有效提高材料處理的整體效率。
1.3激光處理工藝
在金屬材料熱處理中應用激光處理工藝，可以充分發揮先進設備在這一過程的優勢，借助設備發射出的激光照射金屬材料的表面結構，使金屬材料的表面溫度得以提升，直到金屬材料的表面溫度達到要求，才能夠關閉設備，那么金屬材料受到熱傳導作用的影響，金屬材料的表面結構出現一層薄薄的表面組織，能夠起到改善材料硬度及其他性能的作用。一般在金屬材料的表面結構比較堅硬的時候，經常使用激光處理工藝技術，可以有效降低金屬材料熱處理消耗的時間，提高金屬材料熱處理的經濟效益[2]。同時，激光處理工藝體現出較大的適用范圍，可以充分滿足金屬材料熱處理的需要，且能夠與自動化控制技術相結合，使金屬材料熱處理作業得以順利完成。
1.4熱處理CAD工藝
在金屬材料熱處理中應用熱處理CAD工藝，主要就是利用計算機控制系統完成建模計算，預測金屬材料熱處理中可能出現的問題，以及不同問題能夠造成的影響，之后調整金屬材料熱處理的工藝參數，起到優化加工工藝的作用，使金屬材料熱處理的有效性得以提升。同時，將CAD工藝使用到金屬材料熱處理中，可以及時掌握整個處理過程的情況，做到及時發現問題，并采取具有針對性的措施進行處理。此外，可以將熱處理CAD工藝與其他工藝相結合，進一步提升金屬材料熱處理的效果[3]。
1.5真空熱處理工藝
在金屬材料熱處理中應用真空熱處理工藝，主要就是借助一定的技術手段對金屬材料熱處理的環境進行改造，構建出一個真空環境，之后在真空環境下進行金屬材料熱處理。通過對真空熱處理工藝進行有效應用，金屬材料熱處理工藝將朝著無脫碳、無滲碳、無氧化的方向發展，且能夠將工件表面結構、金屬材料表面結構的磷屑去除，還可以起到脫脂去氣的效果。同時，真空熱處理工藝體現出材料表面的潔凈度高、工藝操作的靈活性大、處理效果良好、工作畸變較小、處理效率高、節能環保等特點，可以有效提高金屬材料熱處理的經濟效益。
2.金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢
2.1金屬材料熱處理工藝技術的創新
在我國科學技術不斷發展的背景下，金屬材料熱處理工藝技術也得到了進一步優化和創新，比如可控氣氛熱處理工藝技術，可以對氣氛進行保護及控制，使金屬材料表面結構的性能得到保護，還可以對金屬材料熱處理過程的完整性及穩定性進行提升。特別在鋼制品的加工中，可以對鋼材料進行保護，杜絕出現材料表面受損的情況，將鋼的氧化率控制在最小程度。雖然可控氣氛熱處理工藝技術體現出一定的優勢，但是也存在一定不足，需要進一步加大技術研究的力度，以便更好地應用可控氣氛熱處理工藝技術，促進金屬材料熱處理工藝技術的進步和發展。
2.2金屬材料熱處理工藝技術的發展趨勢
隨著金屬材料熱處理工藝技術的不斷發展，可以為群眾的生產生活提供更多便利，且這一技術將朝著自動化及無氧化處理的方向不斷發展。從金屬材料熱處理工藝技術的自動化發展這一方面來講，在應用金屬材料熱處理工藝技術的時候，普遍需要大量的人力及資金投入，且人為因素對金屬材料熱處理的影響較大，無法保證金屬材料熱處理的效果[4]。而金屬材料熱處理工藝技術的自動化發展能夠解決這一問題，對金屬材料熱處理的效果進行提升，使傳統的工藝技術與計算機信息技術等現代化技術有效結合，有效提升金屬材料熱處理的工作效率。從金屬材料熱處理工藝技術的無氧化處理這一方面來講，可以借助可控氧技術對鋼的氧化率進行控制，提升金屬材料熱處理過程的完整性及穩定性。通過對無氧化處理工藝技術進行深入研究，可以為金屬材料熱處理提供更加可靠的技術支持，推動工業及社會整體的發展。
3.結語
綜上所述，金屬材料熱處理工藝及技術對我國工業發展有著較大的影響，需要提高對金屬材料熱處理工藝及技術的重視性，熟練掌握不同的金屬材料熱處理工藝及技術，并根據實際需要對其進行創新，使其能夠朝著更好的方向不斷發展，從而發揮金屬材料熱處理工藝及技術的整體價值，促進社會的穩定發展。
參考文獻：
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[2]薛勇.金屬材料熱處理工藝以及技術發展趨勢探索[J].設備管理與維修，2021（06）：75-76.
[3]姚洪利.淺談金屬材料熱處理工藝與技術發展趨勢探索[J].中國金屬通報，2020（07）：1-2.
[4]徐堅，李世顯.試析金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢[J].冶金與材料，2019，39（06）：65-66.
納米金屬材料發展論文范文第5篇
摘 要：鋰離子電池在實際應用過程中，電極材料會因為鋰離子的應用，出現電池失效現象。應用中空無機非金屬納米材料可實現鋰離子電池電極空腔體積與殼層厚度的調整，以滿足電極材料在充放電過程中的膨脹、收縮需求，提升鋰離子電池使用性能，降低電池失效現象的產生?；诖?，從中空無機非金屬納米材料相關概述出發，在文獻資料梳理下，就鋰離子電池的中空無機非金屬納米材料制作方法進行了簡要分析，以供參考。
關鍵詞：鋰離子電池;中空無機非金屬納米材料;材料研究
引言：鋰離子電池作為二次電池，興起于上世紀九十年代，在不斷發展過程中具備了大能量密度、充電快速、充電效率高、輸出功率大、低環境污染、自放電小等特征，并被廣泛應用于日常生產與生活中。在鋰離子電池應用過程中，其性能的優化與作用的發揮與電極材料存在密切關聯性。加強鋰離子電池電極材料的研究已經成為人們關注的重點。鑒于此，本文主要對用于鋰離子電池的中空無機非金屬納米材料如下分析，以期明確中空無機非金屬納米材料應用優勢，探尋電極材料制備創新方法。
1中空無機非金屬納米材料
“中空無機非金屬納米材料”主要是指具備中空結構的無機非金屬材料。而為無機非金屬材料（inorganic nonmetallic materials）是除有機高分子材料、金屬材料外，對其他材料的統稱，主要以一些元素的氧化物、氮化物、硼化物、硅酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽等構成，最早形成于上世紀四十年代，并在不斷發展中得到進步與完善，成為當前生活與生產中應用較為廣泛的材料之一[1]。而在無機非金屬材料應用過程中，利用模板法能夠制備具有納米級三維中空體系的無積分金屬材料，可有效提升無機非金屬性能，使其在能量存儲、能量轉化、氣體探測中得到廣泛應用。以鋰離子電池為例，應用中空無機非金屬納米材料制備電極可有效增大電極與電解液之間的接觸面積，增強反應活性位點。與此同時，中空無機非金屬納米材料功能化殼層，能夠有效適應鋰離子電池充放電過程中顆粒的膨脹、收縮，降低電池失效現象的產生，以推動鋰離子電池優化發展，為能源應用與節約提供創新發展路徑。
而在鋰離子電池中空無機非金屬納米材料制備過程中，傳統模板法所制備材料多為球體結構，在實際應用過程中存在一定的限制。對此，如何在改變形貌的同時，有效控制高曲率與殘余應力的影響，實現冗長殼沉積的去除，提升操作簡便性，實現產品質量、經濟、品質的協調發展成為人們關注的重點。對此，有必要對用于鋰離子電池中空無機非金屬納米材料進行研究，在明確其應用價值的同時，創新實用性強、操作簡便的中空無機非金屬納米材料制備方法。
2用于鋰離子電池的中空無機非金屬納米材料制備方法
2.1中空無機非金屬納米材料制備之“柯肯達爾效應”
柯肯達爾效應（kirkendall effect）是現階段中空無機非金屬納米材料制備的重要方法之一。它能夠使兩種或兩種以上擴散速率不同的金屬在一定條件下產生缺陷，從而使原本實心的顆粒成為具備中空結構的納米材料。在用于鋰離子電池的中空無機非金屬納米材料制備過程中，應用柯肯達爾效應具有顯著的優勢。一方面，在材料制備過程中無需利用模板，實現制備步驟的縮減，有利于節約電極材料制作成本，提升材料制備的可操作性，滿足電極材料大規模生產需求;另一方面，柯肯達爾效應基于固態物質擴散現象，能夠在不利用層狀材料的情況下，實現二元及以上復雜結構材料的合成，簡化材料制備條件[2]。例如，可根據Mn與Ni原子向外擴散與O原子向內擴散存在的速率差，進行具備中空結構0.3Li2MnO3·0.7Li Ni0.5Mn0.5O2鋰離子電池負極材料的制作。該材料的應用可有效提升鋰離子電池放電性能，實現室溫條件下200mAh/g的放電電流密度，并在100次循環后仍具備201mAhg-1可逆比容。由鋰離子電池工作原理可知，鋰離子電池在充分放電過程中，鋰離子會在正負電機之間進行嵌入和脫嵌。在此過程中，鋰離子的嵌入和脫嵌性能與鋰離子電池正負電機內部結構存在密切關聯性。而
黑鐵釩礦VOOH與次鐵釩礦VO2由于具備高離子導電率、高能量密度等優勢，應用于鋰離子電池電極材料制備中，可有效提升鋰離子電池性能，增強鋰離子電池應用安全性。對此，可利用柯肯達爾效應進行鋰電池電極材料制備，如利用L-半胱氨酸將V（IV）O（acac）2還原成V10O14（OH）2，并使其在水解作用下生成黑鐵釩礦VOOH片狀結構，使其附著在V10O14（OH）2表面，與V10O14（OH）2之間形成空隙，隨著V10O14（OH）2的消失以及黑鐵釩礦VOOH的部分氧化，將得到具有中空海膽狀結構的次鐵釩礦VO2納米材料，用作于鋰離子電池電極材料，實現與電解液接觸面積的擴大，促進鋰離子嵌入、脫嵌效率的提升。
2.2中空無機非金屬納米材料制備之“溶劑熱法”
溶劑熱法（solvothermal method）是基于水熱法發生下形成的一種合成方法，主要以有機物或非水溶媒為溶劑，在一定條件下使混合物發生反應形成所需材料。在鋰離子電池中的中空無機非金屬納米材料制備過程中，可應用溶劑熱法進行實踐。例如，Tang等學者在研究過程中，以水和乙醇混合溶液為介質，在溶劑熱法作用下制備了具有中空結構的Li4Ti5O12并將其作為鋰離子電池負極材料，實驗表明，該材料的電化學性能相對較好，其電容量達到了114mAhg-1，在循環200次后，電容量仍可達到125mAhg-1。
3結論
總而言之，中空無機非金屬納米材料所具有的結構與功能可有有效提升鋰離子電池電極材料與電解液接觸面積，加快電解液擴散從而縮短鋰離子遷移距離，降低鋰離子電池充放電過程中鋰離子嵌入與脫嵌的不利影響。對此，有必要認知中空無機非金屬納米材料制備方法，以提升材料應用性能，為鋰離子電池優化發展奠定良好基礎。
參考文獻：
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[2]王杰，何歡，李龍林，王得麗.用于鋰離子電池的中空無機非金屬納米材料的研究進展[J].中國科學：化學，2014，44（08）：1313-1324.
納米金屬材料發展論文范文第6篇
新華網倫敦4月26日電(記者黃)英國約克大學26日發布公報說，該校研究人員開發出一種能幫助病患手術后血液恢復凝結能力的新型納米材料，它有望替代目前常用且有副作用的凝血藥物。
在一些手術中，為保持病患血液循環暢通，往往要使用肝素等抗凝劑防止血液凝結，但在手術結束后，又需要恢復患者的血液凝結能力，以加快傷口愈合，因此又要用其他藥物來中和肝素的效果，如魚精蛋白，但它有一定副作用。
約克大學的戴維史密斯教授等研究人員在德國期刊《應用化學》上發表研究報告說，他們研發出一種與魚精蛋白在結構上類似的納米材料，實驗顯示它可以很好地中和肝素。
史密斯說，有望利用這種材料制造出適用于人體且可降解的藥物，它不僅可以中和肝素，還可以避免魚精蛋白的副作用，加快患者的手術后康復。
（新華網）