纳米材料应用现状及发展趋势
纳米技术的发展现状与未来趋势分析
纳米技术的发展现状与未来趋势分析纳米技术是近年来备受关注的领域，它将科学与技术相结合，通过控制物质的结构和性质，制造出尺寸在纳米尺度范围内的材料和器件。
随着研究的不断深入，纳米技术在许多领域展现出了巨大的潜力，例如能源、医药、材料等。
本文将对纳米技术的发展现状与未来趋势进行分析，以期为读者带来关于纳米技术的一些思考。
第一部分：纳米技术的发展现状随着纳米技术的快速发展，各种纳米材料的制备和应用得到了极大的推进。
在能源领域，纳米技术被用于提高太阳能电池的效率和储能设备的性能。
通过利用纳米颗粒的特殊光学和电子性质，太阳能电池的能量转换效率得到了显著提高。
此外，纳米材料的储能性能也引起了广泛关注，纳米结构能够增加电池的容量并提高充放电速度，因此在电动汽车和可再生能源存储方面具有重要应用价值。
在医药领域，纳米技术也有着广泛的应用。
纳米材料可以用于制造高效的药物传递系统，通过合理设计纳米载体，可以使药物在体内更好地释放，提高药效并减少副作用。
此外，纳米技术还可用于制造纳米传感器，用于早期疾病诊断和治疗。
纳米生物传感器具有高灵敏度、高选择性和快速响应等特点，可用于检测微量分子、病原体和肿瘤标志物，为医学诊断和治疗提供了新的手段。
纳米材料的开发还具有广泛的材料领域的应用前景。
纳米技术可以改变材料的物理、化学和力学性能，使其具有更高的强度、硬度和导电性能。
纳米材料还在光电子、光伏、化学催化等领域具有丰富的应用。
例如，纳米线材料可用于高效光伏电池的制备，纳米催化剂可以提高化学反应的效率。
这些领域的研究和应用对于推动纳米技术的发展具有重要意义。
第二部分：纳米技术的未来趋势分析纳米技术的发展前景广阔，未来的发展方向也具有很大的潜力。
首先，纳米技术将进一步推动信息技术领域的发展。
纳米电子器件和存储器件可以实现更高的密度、更快的速度和更低的能耗。
通过利用纳米材料的特殊性质，例如量子效应和磁性特性，可以制造更小、更快的计算机和数据存储设备，为信息技术的发展提供新的可能性。
纳米材料现状特点及趋势
纳米材料研究的现状、特点和发展趋势文/中国科学院固体物理研究所张立德一、纳米材料研究的现状自70年代纳米颗粒材料问世以来，80年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有20多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在80年代中期以后。
从研究的内涵和特点大致可划分为三个阶段。
第一阶段（1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。
对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。
研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。
第二阶段（1994年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。
第三阶段（从1994年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。
国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。
它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，基保包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。
纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。
如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。
著名诺贝尔奖金获得者，美国物理学家费曼曾预言“如果有一天人们能按照自己的意愿排列原子和分子…，那将创造什么样的奇迹”。
就像目前用STM操纵原子一样，人工地把纳米微粒整齐排列就是实现费曼预言，创造新奇迹的起点。
美国加利福尼亚大学洛伦兹伯克力国家实验室的科学家在《自然》杂志上发表论文，指出纳米尺度的图案材料是现代材料化学和物理学的重要前沿课题。
纳米材料的应用现状及发展趋势最终版
纳米材料的应用现状及发展趋势罗新中2007440375摘要作为一种新型的材料，纳米材料曾经引起了一场巨大的科技的革命，它的特殊性能、规模化制备和生产引起了人们对其不懈的探索。
纳米材料的研发制备是其应用的基础，而规模化产业化的应用才是研究的最终目的。
因此，如何使纳米材料由科学研究转化为大规模的产业化生产才是重中之重。
文章分别从纳米材料的制备、纳米材料的应用以及纳米材料未来的发展方向三个方面对其进行总结。
介绍了其研究现状及应用前景，分析了目前在纳米材料研究方面所存在的问题，并对以后的研究提出了自己的看法。
关键词纳米材料制备应用前景纳米材料是指物质的粒径至少有一维在1～100 nm 之间，具有特殊物理化学性质的材料。
如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。
纳米材料独特的纳米晶粒及高浓度特征以及由此产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、光、电、声、磁等性能，在电子信息、生物工程、航空航天、国防科技及日常生活中有着广阔的应用前景。
因此，近年来关于纳米材料的研究及其制备技术引起了世界各国的普遍重视，对纳米材料的制备、结构、性能及其应用的研究也成为2O 世纪90年代材料科学研究的热点，继而在整个社会中形成了“纳米热”。
1 纳米材料的制备技术1.1 现阶段纳米材料的制备技术纳米材料的制备从制备手段来分一般可归纳为物理方法和化学方法。
1.1.1 物力制备方法物理制备纳米材料的方法有：粉碎法、高能球磨法、惰性气体发、溅射法等。
粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。
高能球磨法是利用球磨机的转动或震动对原料进行强烈的撞击，研磨和搅拌，将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。
高能球磨法可以将相图上几乎不相互融的几种元素制成纳米固溶体，为发展新材料开辟了新途径。
惰性气体凝聚蒸发法是在以充满惰性气体的超高真空室中将蒸发源加热蒸发，产生原子雾，原子雾再与惰性气体碰撞失去能量，骤冷后形成纳米颗粒。
2024年纳米材料市场分析现状
纳米材料市场分析现状概述纳米材料是在尺寸范围为1到100纳米之间的材料，具有独特的物理、化学和生物学性质。
随着科技的不断发展和应用领域的不断拓展，纳米材料的市场需求也逐渐增长。
本文将对纳米材料市场的现状进行分析。
市场规模根据市场研究机构的数据显示，全球纳米材料市场规模近年来呈现稳定增长的趋势。
2018年全球纳米材料市场规模达到1000亿美元，预计到2025年将达到2000亿美元。
纳米材料市场的高速增长主要受益于电子、医疗、能源和材料领域的需求增加。
应用领域纳米材料的应用领域非常广泛，包括电子、医疗、能源、材料等多个行业。
电子领域在电子领域，纳米材料被广泛应用于半导体芯片、显示屏和太阳能电池等。
纳米材料的独特性能可以提高电子设备的性能和效率。
医疗领域在医疗领域，纳米材料可以用于制造生物传感器、药物传递系统和生物成像。
纳米材料具有较大比表面积和更好的生物相容性，可以提高医疗设备的效果和治疗效果。
能源领域在能源领域，纳米材料可以应用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等。
纳米材料的光吸收和电导特性使其成为能源转换和存储领域的理想材料。
材料领域在材料领域，纳米材料可以用于制造高性能复合材料、涂层和陶瓷等。
纳米材料的高强度和耐磨性能可以提升材料的性能和耐久性。
竞争态势纳米材料市场存在着激烈的竞争，主要厂商涉及到国内外诸多企业。
包括美国的Nanosys、韩国的Nanoco、日本的NanoInk等。
这些企业在纳米材料的研究、生产和销售方面具有一定的优势。
同时，新兴的创业公司也进入到纳米材料市场。
这些创业公司通常专注于特定领域的纳米材料研发，希望通过创新的产品和技术来取得竞争优势。
发展趋势纳米材料市场的发展趋势主要包括以下几个方面：1.多功能化：纳米材料将发展为具有多种功能的产品，例如具有抗菌、防火、自修复等功能。
2.环保可持续性：纳米材料的研发将注重环境友好和可持续性，减少对环境的不良影响。
3.创新应用：随着科研水平的提高，纳米材料将推动更多领域的创新应用，例如纳米机器人和纳米传感器等。
纳米技术的发展现状和应用前景
纳米技术的发展现状和应用前景随着科技的不断发展，纳米技术已经成为科学界和工业界的一个重要领域。
纳米技术指的是利用纳米尺寸级别的材料进行研究和开发，并将这些纳米材料应用于各个领域。
纳米技术的发展现状目前，纳米技术已经成为一个研究热点。
科学家们正在研究各种纳米材料的性质和制备方法，并探究这些纳米材料在不同领域中的应用。
纳米技术不仅在科学领域受到关注，工业界也对其十分关注。
许多大型企业都在投入大量的资金进行纳米技术的研究和开发，以期获得竞争优势。
纳米技术的应用领域纳米技术已经得到了广泛的应用。
以下是一些纳米技术应用的领域：医学领域纳米技术在医学领域中有广泛的应用，例如药物传递、诊断和治疗。
纳米材料可以通过改变其大小和形状来改变其化学和物理性质，从而使其具有不同的药物传递、诊断和治疗能力。
环境领域纳米技术在环境监测和清洁方面具有重要作用。
纳米材料可以用于污染物的检测和分离，也可以用于水净化和空气净化。
电子领域纳米技术在电子领域中有重要应用，如纳米处理器、纳米电池、纳米传感器、纳米存储器等。
纳米材料可以使电子元件更小、更轻、更快，并提高电子元件的性能和效率。
能源领域纳米技术在能源领域中有广泛应用，如太阳能电池、燃料电池、储能材料、化学传感器等。
纳米材料可以增强能源转换效率、提高能源密度，并降低能源的成本。
纳米技术的未来前景纳米技术已经成为未来科技发展的重要方向。
随着科技的不断进步，纳米技术的应用领域也将逐渐扩大。
在医学领域，纳米技术将越来越重要，并且将推动医学的发展。
例如，纳米材料可以结合光学、生物医学、化学和物理学等学科，开发出新型的诊断和治疗方法。
在环境领域，纳米技术将继续发挥作用，帮助我们更好地了解和控制环境污染，并提供新的环保解决方案。
在电子领域，纳米技术将推动电子元件的发展，从而提高电子产品的性能和效率。
在能源领域，纳米技术将有助于解决能源储存和转换的问题，并加速可再生能源的发展。
结论纳米技术是未来科技发展的重要领域。
纳米材料技术的发展现状与未来趋势分析
纳米材料技术的发展现状与未来趋势分析近年来，纳米材料技术以其独特的性质和广泛的应用前景，成为了科技领域中备受瞩目的研究方向。
纳米材料，指的是颗粒尺寸在1-100纳米的物质，具有相对传统材料不可比拟的优势。
通过调控纳米材料的尺寸和结构，可以实现对其光、电、热、力等物理和化学性质的精确控制，从而为新一代高科技产品的开发提供了基础材料。
本文将就纳米材料技术的当前发展现状和未来趋势进行分析和探讨。
一、纳米材料技术的发展现状纳米材料技术的快速发展离不开先进的科学研究手段和先进的合成制备工艺。
当前，纳米材料技术在多个领域都取得了显著的进展。
例如，在电子领域，纳米材料被广泛应用于高性能电子器件，如纳米晶体管、纳米电容器等，其小尺寸和高表面积与体积比使得电子器件在体积、功耗和性能方面有了质的突破；在能源领域，纳米材料技术被用于开发高效的太阳能电池、储能材料和催化剂等，提高了能源转换效率和利用效率；在医学领域，纳米材料被广泛应用于生物分子探测、靶向药物输送和生物成像等，为疾病的诊断和治疗提供了新的手段。
除了应用领域的拓展，纳米材料技术的研究也在不断深入和细化。
目前，研究者们已经能够制备各种纳米材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米管等，并通过结构设计和控制，实现了对纳米材料性能的精确调控。
此外，通过与其他材料的复合，纳米材料的性能和功能进一步得到了拓展和提升。
例如，石墨烯与纳米颗粒复合形成的纳米复合材料，具有优异的导电性、导热性和力学性能，被广泛应用于柔性电子和传感器领域。
二、纳米材料技术的未来趋势分析纳米材料技术的发展仍然充满潜力，可以预见，未来纳米材料技术将在以下几个方面取得更大突破。
首先，纳米材料的合成和制备技术将更加成熟和可控。
目前纳米材料的制备过程中存在一些困难和挑战，如纳米材料的分散性、稳定性和尺寸均一性问题，制备过程中的高能耗和高成本等。
未来，研究者将进一步改进合成方法，提高纳米材料的制备效率和产品质量，并开发出更加环保和低成本的制备工艺。
纳米技术的发展现状及未来发展趋势
纳米技术的发展现状及未来发展趋势随着科技的不断进步和人类对材料和工艺的深入研究，纳米技术逐渐成为当前科技界研究的热点之一。
纳米技术是一种能够在纳米尺度（一纳米等于十亿分之一米）上操作和控制物质的技术。
随着纳米技术的广泛应用，它正在改变着我们的生活，并为未来的发展打开了无限的可能性。
“纳米”这个词来源于希腊语“nanos”，意为“矮小”。
纳米技术是在纳米尺度上进行研究和应用的技术。
纳米技术的发展主要基于材料科学、物理学、化学和生物学等学科，涉及到控制和利用各种材料和技术，包括碳纳米管、纳米颗粒、纳米晶体等。
纳米技术的应用领域非常广泛，涵盖了医疗、电子、能源、材料、环境等多个领域。
例如，在医疗领域，纳米技术被应用于癌症治疗、药物传输、生物传感器等方面。
纳米材料的特殊性质使得药物可以更精确地向病灶部位输送，提高治疗效果。
此外，纳米技术还被应用于传感器的开发，可以高灵敏地检测环境中的污染物，为环境保护提供了新的解决方案。
随着纳米技术的发展，未来的发展趋势将更加注重纳米材料的制备和性能的控制。
例如，研究人员正在努力开发出更高效的纳米材料合成方法，以满足各种应用的需求。
同时，人们还在研究如何通过控制纳米材料的结构和组织来调控其性能，以实现更多样化的应用。
此外，纳米技术还将与人工智能、大数据、云计算等技术相结合，为未来的创新提供更强大的支持。
未来，纳米技术有望在能源领域发挥更重要的作用。
纳米材料的独特性质使其在太阳能电池、储能设备等领域具有巨大的潜力。
例如，通过纳米技术制备的太阳能电池可以提高光电转换效率，使得太阳能的利用更加高效。
此外，纳米材料还可以用于制造新型的电池材料，提高储能设备的容量和充放电速度。
纳米技术还有望改变材料科学领域的研究和开发方式。
传统上，材料的性能往往受到其晶体结构和组织的限制。
然而，纳米技术的发展提供了一种新的思路，即通过控制材料的纳米结构和界面来实现性能的调控。
例如，通过制备纳米晶体材料，可以提高材料的强度、硬度和导电性能。
全球纳米技术的发展现状
全球纳米技术的发展现状近年来，纳米技术发展迅速，已经逐渐渗透至多个领域。
从医药、电子、化妆品到食品等，纳米技术的应用已经跨足许多不同行业。
纳米技术的研究和应用在国际上也备受关注。
本文将重点介绍全球纳米技术当前的发展现状，其中包括纳米材料、纳米制造、纳米应用等方面的内容。
一、纳米材料的发展纳米材料是指具有纳米级尺寸的物质，其尺寸为 1 -100 纳米，且具有与体积和表面积相关的特殊物理和化学性质。
通过纳米技术的手段，可以制备出多种不同的纳米材料，如氧化物纳米颗粒、纳米纤维、碳纳米管、金属纳米颗粒等。
现在，全球对纳米材料的研究已经趋于深入。
从材料制备和性能调控等方面来看，纳米材料的研究已经展开到多个子领域，如核壳结构的合成、多元纳米材料的构筑、纳米材料的模拟和预测等。
此外，还有一些纳米材料的研究重点集中在环境和生物应用领域，如去除污染物、抗菌材料、治疗癌症等方面。
二、纳米制造的发展纳米制造是指以纳米材料为基础，通过相应的制造工艺和方法，制备出纳米尺度的器件、材料和结构。
纳米制造技术是纳米技术的核心，它是纳米材料实现应用的基础。
当前，全球的纳米制造技术已经相当成熟。
主要的纳米制造方法包括化学合成、物理制备、生物合成等。
它们分别具有自己的优势，例如，化学合成方法可以高效地控制纳米粒子的形貌和尺寸；物理制备方法可以制备出高质量、高稳定性的纳米材料；生物合成方法则可以利用生物体内的成分来制备纳米材料。
此外，纳米制造技术还在不断地完善和升级。
例如，新型的制造方法，如液相削蚀、黄金膜生长、等离子体光刻和3D打印技术等，都在不断地被研究和应用。
三、纳米应用的发展随着纳米技术的日益成熟，纳米材料和纳米制造技术已经被广泛应用于多个领域。
1、医药领域。
纳米技术已经成为治疗癌症、传递药物和诊断疾病的新方法。
例如，利用纳米材料制成的纳米颗粒可以在癌症细胞内定位，实现精准治疗。
2、电子领域。
纳米材料已经得到广泛应用于半导体器件、薄膜电池、传感器、量子点电视和显示器件等方面。
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NANO MATERIAL NANO MATERIAL NANO MATERIAL 纳米材料应用现状及发展趋势北京有色金属研究总院李明怡摘要纳米材料是近期发展起来的多功能材料,本文概述了纳米材料的结构特性、主要制备工艺及应用现状和发展趋势,由于纳米材料具有许多特殊功能和效应,将在工业和国防等领域中发挥巨大潜力,并将为人类社会带来巨大影响。
关键词纳米结构功能材料制备工艺应用现状发展趋势1前言纳米材料是指由极细晶粒组成,特征维度尺寸在1~100纳米范围内的一类固体材料,包括晶态、非晶态和准晶态的金属、陶瓷和复合材料等,是80年代中期发展起来的一种新型多功能材料。
由于极细的晶粒和大量处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子,纳米材料在物化性能上表现出与微米多晶材料巨大的差异,具有奇特的力学、电学、磁学、光学、热学及化学等诸方面的性能,目前已受到世界各国科学家的高度重视。
以纳米材料及其应用技术为重要组成部分的纳米科学技术,被认为对当代科学技术的发展有着举足轻重的作用。
美国IB M公司首席科学家Ar mstrong认为:/正像70年代微电子技术产生了信息革命一样,纳米科学技术将成为下一代信息的核心。
0我国科学家钱学森也指出:/纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科学技术发展的重点,会是一次技术革命,从而将引起21世纪又一次产业革命。
0由于纳米科学技术具有极其重要的战略意义,美、英、日、德等国都非常重视这一技术的研究工作。
美国国家基金会把纳米材料列为优先支持项目,拨巨款进行专题研究。
英国从1989年起开始实施/纳米技术研究计划0。
日本把纳米技术列为六大尖端技术探索项目之一,并提供1187亿美元的专款发展纳米技术。
我国组织实施的新材料高技术产业化专项中也将纳米材料列为其中之一。
纳米材料正在向国民经济和高技术各个领域渗透,并将为人类社会进步带来巨大影响。
2纳米材料的结构和特性我们所使用的常规材料在三维方向上都有足够大的尺寸,具有宏观性。
纳米材料则是一些低维材料,即在一维、二维甚至三维方向上尺寸极小,为纳米级(无宏观性),故纳米材料的尺寸至少在一个方向上是几个纳米长(典型为1~10nm)。
如果在三维方向上都是几个纳米长,为3D纳米微晶,如在二维方向上是纳米级的,为2D纳米材料,如丝状材料和纳米碳管;层状材料或薄膜等为1D纳米材料。
纳米颗粒可以是单晶,也可以是多晶,可以是晶体结构,也可以是准晶或无定形相(玻璃态);可以是金属,也可以是陶瓷、氧化物或复合材料等。
纳米微晶的突出特征是晶界原子的比例很大,有时与晶内的原子数相等。
这表明纳米微晶内界面很多,平均晶粒直径越小,晶界20越多,在晶界面上的原子也越多;此外,晶粒越小,比表面积越大,表面能也越高。
近几年来的研究结果表明,在纳米微晶内,所有的晶间区域包括晶界、三角结合处(即三个或更多的相邻晶粒的交线)甚为重要。
晶界上原子的排列结构相当复杂,到目前为止还没能获得准确的结论。
据分析认为,晶界上的原子排列类似于气态而不同于晶态或玻璃态。
正是由于纳米微晶在结构上与组成上的特殊性,使得纳米材料具有许多与众不同的特异性能,主要表现在以下几方面:211力学性能许多纳米金属的室温硬度比相应粗晶高2~7倍;纳米材料具有更高的强度,例如,6nm的纳米铁晶体的强度比多晶铁提高12倍,硬度提高了2~3个数量级;韧性更大,如美国Argonnel实验室制成的纳米CsF2陶瓷晶体在室温下可弯曲100%。
室温下的纳米TiO2陶瓷晶体表现出很高的韧性,压缩至原长度的1P4仍不破碎。
212热学性能一般纳米金属材料的热容是传统金属的2倍;直径为10nm的Fe、Au和Al熔点分别由其粗晶熔点的1540e、1063e和660e降到33e、27e和18e。
2nm 的金的颗粒熔点仅为330e,比通常金的熔点低700e以上,而纳米银粉的熔点仅为100e;此外,纳米材料的热膨胀可调,可用于具有不同热膨胀系数的材料的连接。
213磁学性能当晶粒尺寸减小到纳米级时,晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有重要影响,使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力,低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍,而饱和磁矩是普通金属的1P2。
214光学性能各种纳米微粒几乎都呈黑色,它们对可见光的反射率将显著降低,一般低于1%。
粒度越细,光的吸收越强烈,利用这一特性,纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料。
215电学性能电导率低,纳米固体中的量子隧道效应使电子运输表现出反常现象,例如,纳米硅氢合金中的氢含量大于5%(原子分数)时,电导率下降2个数量级,并出现通道电阻效应。
纳米材料的电导率随颗粒尺寸的减小而下降。
216高扩散性纳米晶体的自扩散速率为传统晶体的1016至1019倍,是晶界扩散的100倍。
高的扩散速率使纳米材料的固态反应可在室温或低温下进行。
217表面活性随着纳米微粒粒径减小,比表面积增大,表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等,使得纳米微粒具有高的表面活性,适于作催化剂和贮氢材料。
例如,纳米晶Li-MgO对甲烷向高级烃转化的催化激活温度比普通Li浸渗的MgO至少低200e;又如,普通多晶Mg2Ni的吸氢只能在高温下进行,低温吸氢需长时间或高压力,而纳米晶Mg2Ni在200e以下,即可吸氢,无须活化处理。
3纳米材料的制备方法由于纳米材料具有独特的结构和特征,使其表现出一系列与普通多晶体和非晶物质不同的力学、磁、光、电、声等性能,使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。
纳米材料的合成与制备包括粉体、块体及薄膜材料的制备,其制备方法有物理法、化学法、物理-化学法和机械法等,也可以按照制备环境对一些常用的合成和制备纳米材料的方法进行分类。
目前应用较广的制备方法主要有以下几种:311惰性气体凝聚原位加压成形法该法首先由H.V.Gleiter教授提出,其装置主要由蒸发源、液氮冷却的纳米微粉收集系统、刮落运输系统及原位加压成形(烧结)系统组成。
其制备过程是:在高真空反应室中惰性气体保护下使金属受热升华并在液氮冷却镜壁上聚集、凝结为纳米尺寸的超微粒子,刮板将收集器上的纳米微粒刮落进入漏斗并导入模具,在10-6Pa高真空下,加压系统以1-5GPa的压力使纳米粉原位(加压)烧结成块。
采用该法已成功制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、Sb、Ni3Al、Ni A l、Ti A l、Fe5Si95等合金块状纳米材料。
近年来,在该装置基础之上,通过改进金属升华的热源及方式(如采用感应加热、21等离子法、电子束加热法、激光热解法、磁溅射等)以及改良其它装备,可以获得克级到几十克级的纳米晶体样品。
如采用等离子喷射加热法,可使高熔点的W、Mo、Ta、Al2O3、SiO2和C等物质稳定地蒸发;美国采用激光加热制备出Si3N4、SiC、B N、非晶Si等无机非金属纳米粉;日本则在激光制备纳米金属粉末方面取得了显著成果,已制备出Fe、Ti、Ni、Cr、Sn、Zr、Mo、Ta、W及其化合物,平均粒度在4-100nm范围内。
纳米超饱和合金、纳米复合材料等也正在利用此法进行研究。
目前该法正向多组分、计量控制、多副模具、超高压力等方向发展。
这种方法的特点是适用范围广,微粉表面洁净,有助于纳米材料的理论研究。
但工艺设备复杂,产量极低,很难满足性能研究及应用的要求。
近年来,尽管发展了一些新的纳米粉制备方法如电化学沉积、电火花侵蚀,但与这些方法相衔接的纳米粉的分散、表面处理及成形方法尚未得到发展。
312机械合金化法机械合金化法是INC O公司于60年代末发展起来的技术。
将合金粉末或预合金粉末在氩气等保护性气氛中,通过机械研磨过程中高速运行的硬质钢球与研磨体之间相互碰撞,对粉末粒子反复进行熔结、断裂、再熔结的过程使晶粒不断细化,达到纳米尺寸。
此方法可将金属粉末、金属间化合物粉末或难混溶粉末研磨成纳米颗粒。
在大多数情况下,只需研磨几个小时或十几个小时就足以形成要求的纳米颗粒。
如钛合金采用机械合金法可制得10nm左右的颗粒。
通过高能球磨已制备出纳米晶纯金属如C、Si、Ge;金属间化合物如Ti N i、Al3Fe、Ni3Al、Ti3Al;过饱和固溶体如Ti-Mg、Fe-Al、Cu-Ag;复合材料如Fe-SiC、Al-SiC、Cu-Fe3O4等。
机械合金化可以使相图上几乎互不相溶的几种元素制成固溶体,这是常规熔炼方法无法做到的。
机械合金化法工艺简单、体系广、产量大、操作成分可连续调节,特别是在难熔金属的合金化、非平衡相的生成及开发特殊使用合金等方面显示出较强的活力,该法在国外已进入实用化阶段。
如美国INC O 公司使用的球磨机直径为2m,长3m,每次可处理约1000kg粉体。
该法在我国也受到重视,但该法也存在一些问题,如晶粒尺寸不均匀、球磨及氧化带来污染等,很难得到洁净的纳米晶体界面,对一些基础性研究工作不适宜。
313非晶合金晶化法该法是近年来发展极为迅速的一种新工艺,它是通过控制非晶态固体的晶化动力学过程使晶化的产物为纳米尺寸的晶粒。
非晶晶化法制备纳米材料的前提是将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜,然后控制退火条件,使非晶全部或部分晶化,生成晶粒尺寸保持在纳米级。
晶化通常采用等温退火法,近年来还发展了分级退火、脉冲退火、激波诱导等方法。
目前利用该法已制备出Ni、Fe、Co、Pd基等多种合金系列的纳米晶体,也可制备出金属间化合物和单质半导体纳米晶体。
此法在纳米软磁材料的制备方面应用最为广泛。
该法的特点是成本低、产量大、界面清洁致密,样品中无微孔隙,晶粒度变化易控制,并有助于研究纳米晶的形成机理及用来检验经典的形核长大理论在快速凝固条件下应用的可能性。
其局限性只适用于非晶形成能力较强的合金系。
314高压高温固相淬火法该法是将真空电弧炉熔炼的样品置于高压腔体内,加压至数GPa后升温,通过高压控制原子的长程扩散及晶体的生长速率,从而实现晶粒的纳米化,然后再从高温下固相淬火以保留高温、高压组织。
该法的特点是工艺简单,界面清洁,能直接制备大块致密的纳米晶,但需很高的压力,大块尺寸获得困难。
315大塑性变形法早在90年代初,俄罗斯科学院的R.Z.Valiev等人即发现采用纯剪切大变形方法可获得亚微米级晶粒尺寸的纯铜组织,近年来,他们在发展多种塑性变形方法的基础上,已成功制备出晶粒尺寸为20-30纳米的纯Fe、Fe-C-Mn-Si-V低合金钢、Al-Cu-Zr、Al-Mg-Li-Zr、Ti-Al-Mo-Si等合金的块体纳米材料。
这种方法使用范围宽,可制造大体积试样,试样无残留缩孔,特别有利于研究其组织与性能关系的特点并可采用多种变形方法制备界面清洁的纳米材料,是今后制备块体金属纳米材料很有潜力的一种方法。