机械力化学法制备纳米材料研究进展及发展趋势
纳米材料制备和应用技术研究

纳米材料制备和应用技术研究一、纳米材料制备技术纳米材料是以纳米尺度为特征尺度的物质,具有晶粒级数、尺寸等特殊性质,广泛应用于能源、材料、环境等领域。
纳米材料制备技术的发展极大地推动了纳米材料的应用。
目前,纳米材料的制备方法主要有几种:1. 物理制备法物理制备法主要包括机械法、蒸发凝聚法、纳米微影技术等。
其中,在机械法制备纳米材料的方法中,超声波震荡折叠技术是最常用的方法之一。
这种方法采用超声波高频震荡、牵引力和折叠等多种力学效应作用于金属,使其在有限次折叠后出现纳米晶粒,从而实现纳米材料制备。
2. 化学制备法化学制备法主要包括溶胶凝胶法、水热法、电化学制备法等。
其中水热法是较为常见的一种方法。
该方法通过控制温度、压力、pH值等参数,使单质或化合物在特定环境条件下热液处理,得到具有纳米特征的材料。
此外,还有微乳液法、胶体化学法、聚合物模板法等化学制备法。
二、纳米材料应用技术纳米材料应用技术在各种领域推动了革命性的变化,下面列举几种纳米材料的应用:1. 纳米催化剂技术纳米材料可以作为催化剂,在能源、环保、新材料等领域中发挥至关重要的作用。
利用纳米催化剂可实现对废水、废气的清洁处理,以及延长催化剂的使用寿命等。
2. 纳米材料在能源领域的应用纳米材料应用于能源领域是目前的研究热点,如纳米材料在生物燃料电池领域的应用、纳米太阳能电池等。
纳米材料大小、形态等方面的特性使其在能源领域具有广泛应用前景。
3. 纳米材料在生物医学领域的应用纳米材料在生物医学领域的应用是热点领域之一,如纳米药物在癌症治疗中的应用。
纳米材料通过其特异性的体内和体外分布,可在小剂量下达到较好的疗效。
4. 纳米传感器技术纳米传感器技术是当前应用前景广泛的领域之一。
纳米材料作为传感器材料,可以实现对环境、食品、化学品等多方面的监测,更好地维护人类的健康和环境的安全。
三、纳米材料市场发展前景随着纳米科技的飞速发展,国内外纳米材料技术研究越来越多,纳米材料的应用领域得到了极大的拓展,其市场发展前景也越来越受到关注。
纳米材料的研究进展与应用

纳米材料的研究进展与应用随着科技的不断发展,纳米科技的应用范围也越来越广泛,纳米材料也成为科学研究领域的热点之一。
纳米材料指分子组成的金属或非金属材料中,至少存在一个微小的维度小于100纳米的物质。
纳米材料的细小尺寸使其具有许多特殊的物理、化学和生物学性质,因此在能源、电子、医学等领域有着广泛的应用前景。
一、研究进展1.合成方法目前,纳米材料的制备方法主要分为物理法和化学法两种。
物理法包括蒸发冷凝法、溅射法等,这些方法已经广泛应用于半导体材料和金属氧化物的合成;而化学法包括溶剂热法、水热法等,这些方法已经发展成为制备全新材料的有力工具,具有制备精度高、成本低等优点。
2.性质特点纳米材料的独特性质主要来源于其表面效应、量子效应和缺陷效应。
在表面效应方面,由于纳米材料的表面积较大,表面能就会比普通材料大,表面位错和表面尺寸效应对其性质的影响也将更加明显。
此外,纳米粒子的量子效应体现在其光学、电学等方面,例如量子点可以作为荧光探针等。
缺陷效应是纳米材料的另一个独特性质,在制备过程中容易产生氧化物等缺陷结构,这些结构能够影响其机械、热学等性质。
二、应用研究1.催化剂纳米材料是优异的催化剂,能够提高催化反应速率和选择性,提高催化效率,降低催化剂用量等。
例如,纳米金属催化剂可用于CO和H₂O反应生成CO₂和H₂,广泛应用于环保领域。
2.生物医学应用纳米材料在癌症治疗、药物输送、光疗、核磁共振成像、生物传感器等方面都有广泛的应用。
例如,纳米粒子通过改变表面功能化基团实现具有肿瘤特异性的分子靶向治疗,可较好地避免正常细胞的损伤。
3.能源储存在绿色能源和新能源研究中,纳米材料是很重要的研究方向。
例如,利用石墨烯、纳米碳管等纳米材料设计超级电容器、超级电池、锂离子电池等,可以提高能量密度和导电性能。
4.环保领域纳米材料还可应用于净水和废气处理等方面。
比如引入纳米银材料,能够有效杀灭细菌、减小污染物浓度。
纳米材料在环境净化领域的应用深受关注,并在实际中展现出良好的发展前景。
机械工程中的材料研究进展

机械工程中的材料研究进展近年来,随着先进制造技术的不断发展和机械工程领域的突破性进展,材料科学研究日益成为该领域的关键。
机械工程中的材料研究致力于发现新的材料、改进基础材料的特性以及开发新的制造工艺。
这些研究对于提高机械制造过程的效率、减少能源消耗、提高产品质量和延长使用寿命都具有重要意义。
一、新材料的发现机械工程中,新材料的发展一直是研究人员关注的焦点。
近年来,一些新材料的出现给机械工程领域带来了巨大的变革。
例如,纳米材料被发现具有惊人的力学性能,比如高强度和韧性,同时具有轻质和耐腐蚀的特点,广泛应用于航空航天、汽车制造等领域,大大提高了产品的性能。
此外,复合材料也成为机械工程领域的一个热门研究方向。
利用纳米技术和增强材料之间的结合,复合材料在轻量化和高强度方面显示出了潜在的巨大优势。
二、改进基础材料的特性在机械工程中,改进基础材料的特性可以提高产品的性能,并使其适应更多的工作环境和应用。
例如,钢材是机械工程中最基础的材料之一,对于提高强度和耐磨性一直是研究人员的关注点。
通过应用现代材料科学研究的成果,研究人员不断改进钢材的制备工艺,改变其微观结构,提高其强度和硬度。
此外,在增材制造领域,研究人员利用3D打印技术,结合合金材料的研究,开发出了一系列能够满足不同工业领域需求的特殊合金材料。
三、开发新的制造工艺机械工程中的材料研究还致力于开发新的制造工艺,以提高产品的制造效率和质量。
例如,超塑性成形技术是一种能够在低温下对金属材料进行成形的新型制造工艺。
通过应用超塑性成形技术,金属制品可以获得更高的形状复杂度和优良的力学性能,满足高端产品的需求。
此外,激光切割技术也成为当今机械工程中研究的热点。
激光切割技术可以对不同材料进行无接触、精密的切割,不仅提高了生产效率,还减少了废料的产生。
总的来说,机械工程中的材料研究取得了一系列重要的进展。
新材料的发现、改进基础材料的特性以及开发新的制造工艺,都为机械工程领域带来了巨大的推动力。
纳米制造技术的现状与未来趋势

纳米制造技术的现状与未来趋势随着科学技术的不断进步,纳米科技也越来越受到关注。
纳米技术作为一种新型的材料制造技术,不仅能够大幅度提高材料的性能,还可以带来更好的经济效益。
近年来,纳米制造技术在各个领域都有着不同的应用,包括电子、医药、能源、材料等。
本文将对纳米制造技术的现状和未来趋势进行探讨。
一、纳米制造技术的现状近几年来,越来越多的公司和研究机构投入了大量的资源和精力开展纳米制造技术的研究和开发。
纳米制造技术与传统制造技术相比,其最大的优势就是可以使用纳米级别的材料进行制造,这样制造出来的产品具有更加优异的性能和更高的可靠性。
电子行业是纳米制造技术最早应用的领域。
目前,许多公司都开始使用纳米制造技术制造高性能的电子产品。
借助纳米材料的优异性能和特点,纳米材料可以制造出更小、更轻、更快的芯片和其他电子元器件。
此外,纳米制造技术还在医疗领域、能源领域、材料领域等领域得到了广泛的应用。
在医药领域,纳米制造技术已经被广泛应用于药物输送系统的制造。
这些纳米药物可以通过血液进入人体,通过专门的目标化技术来靶向治疗某些疾病,取得了良好的治疗效果。
例如,通过纳米药物可以更加精确地治疗肿瘤疾病,从而减少对正常人体细胞的侵害。
二、纳米制造技术的未来趋势纳米制造技术虽然在许多领域已经取得了显著的进展,但是仍然有很多可开发的领域。
未来,纳米制造技术将会在以下几个方面取得更好的发展。
1、绿色制造绿色制造是未来纳米制造技术发展的一个重点。
绿色制造是指以节约能源、减少废物排放、降低环境污染和改进生产工艺为目标的制造方式。
绿色制造逐渐得到重视,使得各种精细制造技术得到了很大的改进。
2、纳米传感器未来,纳米传感器将是纳米制造技术的重点研究方向之一。
纳米传感器可以用于检测和监测各种化学分子、生物分子等微小的物质。
这些纳米传感器可以广泛应用于环境监测、食品安全、健康医疗等领域,使得人们的生活更加便利和安全。
3、生命科学生命科学领域是未来纳米制造技术的重要研究领域。
纳米材料的研究进展以及应用前景研究

纳米材料的研究进展以及应用现状1.绪论从概念来说,纳米材料是由无数个晶体组成的,它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度,它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料,试图打造一种全新的新技术材料,将来为人类创造更大的价值。
纳米科学技术也引起了科学家的重视,在当代的科学界有着举足轻重的地位。
纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术,纳米材料技术等。
其中纳米材料技术主要应用于材料的生产,主要包括航天材料、生物技术材料,超声波材料等等。
从1861年开始,因为胶体化学的建立,人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。
然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”,由于当时科技水平落后研究失败。
2.纳米材料的应用现状研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒,不仅可以除去异味和消毒。
还使得衣服不易出现折叠的痕迹。
很多衣服都是纤维材料制成的,通常衣服上都会出现静电现象,在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料,冰箱可以消毒。
利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。
另外利用纳米粉末,可以快速使废水彻底变清水,完全达到饮用标准。
这个技术可以提高水的重复使用率,可以运用到化学工业中。
比如污水处理厂、化肥厂等,一方面使得水资源可以再次利用,另一方面节约资源。
纳米技术还可以应用到食品加工领域,有益健康。
纳米技术运用到建筑的装修领域,可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。
玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦洗。
这样就可以节约成本,提高装修公司的经济效益。
使用纳米微粒的建筑材料,可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。
纳米材料可以提高汽车、轮船,飞机性能指标。
未来纳米材料科学发展方向展望

未来纳米材料科学发展方向展望随着科技的飞速发展,纳米材料科学已经成为当前研究的热点领域之一。
纳米材料的独特性能和应用潜力已经引起了全球科学家和工程师的广泛关注。
未来的纳米材料科学发展将进一步加强对纳米材料的研究,通过改进材料结构和性能,推动纳米材料应用于诸如能源、环境、生物医学、电子器件等领域的突破性创新。
一、改善纳米材料的可控性制备纳米材料的可控性制备是纳米科技的关键。
随着纳米加工技术的不断发展,纳米材料的制备方法越来越多样化,但仍存在一些挑战和困难。
因此,未来纳米材料科学发展的重要方向之一是改善纳米材料的可控性制备。
这需要开发出更加高效、环境友好、一致性较好的制备方法,实现对纳米材料形貌、尺寸、结构和性能的有效控制。
二、探索纳米材料的新型性能及应用纳米材料的尺寸效应、界面效应和量子效应等独特性质使其在传统材料无法达到的领域展现出巨大的应用潜力。
未来纳米材料科学的发展方向之一是探索纳米材料的新型性能及应用。
例如,制备具有特殊光学、电学、磁学、热学性质的纳米材料,以及设计可调控的纳米结构和纳米器件等。
在能源领域,纳米材料可以用于提高太阳能电池的效率、储能材料的性能以及电池的稳定性。
在环境保护方面,纳米材料可以被应用于污水处理、污染物检测和气体吸附等。
在生物医学领域,纳米材料可以应用于肿瘤治疗、疾病诊断以及生物传感器等。
在电子器件方面,纳米材料可以用于柔性电子器件和高速电子器件等新型技术的开发。
三、研究纳米材料的可持续性与环境友好性随着纳米材料的广泛应用,人们也越来越关注纳米材料的可持续性和环境友好性。
未来纳米材料科学将继续研究纳米材料在生命周期中的生产、使用和废弃过程中对环境和人体健康的潜在影响。
通过合理设计纳米材料的制备方法和使用方式,减少对环境的污染和危害,实现纳米材料的可持续发展。
此外,还需要加强纳米材料的毒理学研究,评估纳米材料对人体健康的潜在风险,并开发相关的监测和管理技术。
通过制定严格的标准和规范,确保纳米材料的安全使用和管理。
纳米材料行业发展现状及前景趋势分1

纳米材料行业发展现状及前景趋势分析纳米材料行业发展现状及前景趋势分析纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料,大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米材料行业发展现状:在充满生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。
新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术、新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。
纳米材料自问世以来,受到科学界追捧,成为材料科学现今最为活跃的研究领域。
纳米材料根据不同尺寸和性质,在电子行业、生物医药、环保、光学等领域都有着开发的巨大潜能。
在将纳米材料应用到各行各业的同时,对纳米材料本身的制备方法和性质的研究也是目前国际上非常重视和争相探索的方向。
中国在纳米科技领域的研究起步较早,基本上与国际发展同步。
中国已经初步具备开展纳米科技的研究条件,国家重点研究机构及相关高科技技术企业对纳米材料的研究步伐不断加快;在纳米科技领域,我国“十五”、“十一五”期间取得了一批重要的研究成果,在部分领域已达到国际先进水平。
这些都为实现跨越式发展提供了可能。
中国在经济高速发展、在节省能源和资源方面,纳米材料和纳米技术将发挥重要作用。
结合国家战略需求,纳米材料和纳米技术在能源、环境、资源和水处理产业应用近年来出现了良好的开端。
纳米净化剂、纳米助燃剂、纳米固硫剂、用于水处理的纳米絮凝剂等新型产品相继开发成功,在这些产品基础上,发展了一些新型纳米产业,前景看好。
纳米材料行业前景趋势分析:市场成长迅速、国家对高科技新材料产业的重视、中国的纳米材料技术水平的进一步突破、纳米材料与日常起居结合紧密、纳米材料应用领域不断开拓等等这些因素必将使中国的纳米产业未来更加光明。
纳米材料制备和应用技术

纳米材料制备和应用技术随着科技的进步,纳米材料的制备和应用技术越来越成熟,正在成为重要的技术领域之一。
纳米材料是指粒径小于百纳米的物质,具有很多特殊的物理、化学和生物学性质,并具有广泛的应用前景。
本文将介绍纳米材料的制备和应用技术的发展情况和现状。
一、纳米材料的制备技术1、传统制备方法传统制备方法主要包括物理法、化学法、生物法等。
物理法包括溅射法、光化学合成法、热蒸发法、机械合成法等,化学法包括溶胶凝胶法、水热法、组装法、电化学法等,生物法包括基因工程法、细胞工程法等。
这些方法虽然成本比较低,但是制备的纳米材料品质不稳定,品纯度低,且容易受到环境污染,不适用于一些高质量要求或特殊用途的纳米材料制备。
2、先进制备方法随着纳米材料制备和应用技术的发展,先进制备方法逐渐被广泛应用。
其中,纳米结构模板法、分子束外延法、激光化学气相沉积法、磁控溅射法、离子束沉积法等已经成为制备高品质、高稳定性、高纯度、高晶化度纳米材料的有效手段。
二、纳米材料的应用技术1、纳米材料在能源领域的应用纳米材料在能源领域的应用有着广泛的前景。
例如,利用纳米材料制备太阳能电池、燃料电池、超级电容器、锂离子电池等,不仅可以提高能量密度和电化学性能,更可以节约能源消耗和提高能源利用效率。
2、纳米材料在材料领域的应用纳米材料在材料领域的应用同样有着广泛的发展前景。
例如,利用纳米材料制备高强度、高韧性、高导电性、高导热性的材料,可以大幅提高机械强度、导电性、传热性等性能,为电子、光电、精密机械等领域提供高品质的材料选择。
3、纳米材料在医学领域的应用近年来,纳米材料在医学领域的应用愈发受到重视。
利用纳米材料制备生物传感器、纳米药物、纳米成像等,不仅可以提高治疗效果和生物检测灵敏度,更可以实现针对性治疗、高通量筛选等特殊功能。
三、纳米材料应用面临的挑战纳米材料的应用虽然在取得巨大成功的同时也面临着一些挑战。
例如,纳米材料对环境和人体的生态安全具有一定的潜在危害,纳米材料分散性、稳定性、可控性也有待进一步提高,纳米材料的现有制备和应用技术亟待研究,等等。
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机械力化学法制备纳米材料的研究进展作者:熊夏华(201020117451)指导老师:刘仲武教授广州市华南理工大学材料科学与工程学院摘要:机械力化学技术是一门新兴交叉学科,已成为制备纳米材料的一种重要方法,尤其是在制备纳米陶瓷材料和纳米复合材料上的应用更加广泛。
本文主要综述了近几年来利用机械力化学法在制备纳米材料方面的研究现状,并总结了其优势和不足,进而展望了其发展趋势。
关键词:机械力化学法;纳米材料;研究现状;发展趋势Research Progress of Preparing Nano-materials byMechanochemical ProcessStudent:X.H. Xiong(201020117451) Instructor:Prof. LiuSchool of Material Science and Engineering,SCUT,GuangzhouAbstract:Mechanochemical Process is a new cross-disciplinary.It has been an important way of preparing naomaterials,especially in the application of preparing nano-ceramics and nano-composites.This paper aims to review the current research status of obtaining nano-materials via mechanochemical synthesis.What’s more,its merits and demerits are summarized in this paper in order to well prospect its development trend.Key words:mechanochemical method;nano-materials;research status;development trend1.概述机械力化学技术(Mechanochemical Process)也称高能球磨法(high-energy ball milling)是利用机械能诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能的变化,来制备新材料或对材料进行改性处理。
机械力化学技术从人们开始研究至今,已发展成为一门古老而又新兴的科学,也因此越来越引起材料、冶金、生物等行业研究者的广发兴趣。
尤其是成为了制备超细材料的一种重要途径,随着研究不断深入,现已广泛用于制备各种纳米材料。
1.1机械力化学技术的发展机械力化学法发展历史已久,早在原始社会人们就利用钻木取火,这也是机械力化学法最早的应用之一。
如今,机械力化学仍在人们许多活动领域取得了广泛的应用。
在传统的采矿和军事技术中,爆炸对撞击和摩擦的敏感性的利用就是很好的一个例子。
1893年Lea是最早进行有关机械力化学实验的,在研磨HgCl2时观察到有少量Cl2逸出,说明HgCl2有部分分解,而HgCl2在蒸发的状态下不发生分解,这说明局部温升不是引发分解的原因。
20世纪2 0年代德国的Osywald对机械力化学的发展做出了重要的贡献,他根据化学能量来源的不同对化学学科进行了分类,首次提出了机械力诱发化学反应的机械化学的分支,并对机械能和化学能之间的联系进行了理论分析,但对机械力化学的基本原理尚不十分清楚。
20世纪50年代,Peters和Cremer对机械力化学反应进行系统研究并发表了《机械力化学反应》的论文。
直到60年代末期,机械力化学在材料科学和应用领域取得了关键性的进步,并已经通过球磨技术制备了镍基和铁基氧化物弥散强化合金。
随后几十年,机械力化学法广泛用于非晶材料、纳米材料、陶瓷材料和纳米复合材料制备的研究[1,2]。
1.2机械力化学制备纳米材料的基本原理机械力化学方法制备纳米材料的基本原理[3]是利用机械能来诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能变化,以此来达到制备纳米材料的目的。
一般来说,有固相参加的多相化学反应过程是反应剂之间达到原子级别结合、克服反应势垒而发生化学反应的过程,其特点是反应剂之间有界面存在。
影响反应速度的因素有反应过程的自由能变化、温度、界面特性、扩散速度和扩散层厚度等。
粉末颗粒在高能球磨过程中机械力化学作用使晶格点阵排列部分失去周期性,形成晶格缺陷,发生晶格畸变。
粉末颗粒被强烈塑性变形,产生应力和应变,颗粒内产生大量的缺陷,颗粒非晶化。
这显著降低了元素的扩散激活能,使得组元间在室温下可显著进行原子或离子扩散;颗粒不断冷焊、断裂和组织细化,形成了无数的扩散/反应偶,同时扩散距离也大大缩短。
应力、应变、缺陷和大量纳米晶界、相界的产生,使系统储能很高(达十几kJ/mol),粉末活性大大提高,甚至产生多相化学反应,从而成功合成新物质。
1.3 固体物质在机械力作用下的变化物质受到机械力作用时尤其是受到粉碎材料的机械力时,如球磨、冲击等,常因此受到激活作用并使固体物质产生一系列变化[4]。
若体系的化学组成不发生变化时称为机械激活;若化学组成或结构发生变化,则称之为机械化学激活。
1.3.1 物理效应固体物质受到球磨冲击等机械作用时,其物理状态发生一系列变化,其最初表现出的就是颗粒粒径变小,相应的比表面积增大,根据相关文献记载和以往的研究表明,颗粒粒径虽然随着粉磨时间的增加而不断地减少,然而比表面积却会在经过一定球磨时间后下降。
其中典型的一个例子是利用粉磨方法制备Al2O3粉末,根据图1中Al2O3粉末比表面积与粉磨时间的关系可知:所处理的Al2O3粉末经120 min粉磨之后,比表面积达到最大值,之后继续粉磨比表面积急剧下降,甚至比原来的比表面积还小,其原因是颗粒发生了严重团聚。
因此,为了提高物料细度,从而提高物料的活化程度,应该选择合适的处理时间[5]。
图1 Al2O3粉末比表面积与粉磨时间之间的关系Fig.1 Relationship between specific surface area and grinding time 此外,在细化的过程当中,颗粒粒径的减少,伴随着颗粒裂纹的产生。
裂纹的存在,使颗粒产生应力集中,当应力积累到一定程度时,就会使材料发生破碎而产生粒度的细化,必然导致物料密度的变化。
如图2所示,物料密度随着球磨时间减少而减少,其外观密度的变化是由于颗粒大小级配不一造成的;而真密度的变化则是由于晶体物质结构的变化或是发生了化学反应。
粉磨作用可能会使体系结晶程度减弱,或是发生化学变化生成新生物。
图2 密度随粉磨时间的变化Fig.2 Density of the mixture as a function of grinding time1.3.2 结构的变化固体物质经过机械力作用引起的结构变化直接影响到随后化学反应的进行,主要体现在物体结晶度的退化,表面层结构发生破坏,并趋于无定形化和晶形转变,同时内部缺陷增多,晶格发生畸变。
从而使表面位能更高,活化能更小,表面活性更强[6]。
雪硅钙石C5S6H5经过240 min粉磨后,粉末产物已完全无定形化。
1.3.3 化学变化混合物料间的反应主要有含结晶水或者OH羟基的脱水,体系反应活化能的降低,形成新化合物的晶核或细晶,形成合金或固溶体以及化学键的断裂以至体系发生通常条件下不会发生的化学反应。
可是机械处理的过程冗长,耗能极大导致反应往往不能进行完全,因此,常通过后续热处理或者粉磨中加入其他物质加速反应的进行。
例如利用高岭土、CaO、Ca(OH)2和Al2O3合成C3AH6水合物中,加入三水铝石后的反应更加完全,如下面的方程式所示:1/ 2[Al4Si4O10 (OH) 8 ] + 3Ca (OH) 2 + H2O=3CaO · Al2O3 ·6H2O + 2SiO22Al (OH) 3 + 3Ca (OH) 2=3CaO · Al2O3 ·6H2O2.机械力化学法制备纳米材料的研究进展利用机械力化学法制备纳米材料,可采用常用的化学原料,具有成本低、易工业化等特点。
采用机械力化学技术已经制造出了Fe、Ti、Cu、Ni等纯金属纳米材料和一系列合金纳米材料,如Fe-Al、Ni-Si、Fe-Cu 等以及纳米复合材料,如金属碳化物、氮化物、氧化物、硅化物纳米材料。
此外,采用高能球磨技术处理金属与陶瓷混合粉末,制得了纳米陶瓷复合材料,如Iwase等球磨Ti/Si3N4时,制得了TiN-TiSi2复合纳米粉末,进一步制备出了纳米陶瓷复合材料,这种材料在高温下具有很强的超塑性质[7]。
2.1 机械力化学法制备纳米陶瓷材料的研究进展Daniel Michel,Francoise Faudot,Eric Gaffe等[8]掺入各种外加剂机械力化学法制备出多种稳定立方ZrO2,将单斜型ZrO2分别与MgO,CaO,Y2O3外加剂放入行星磨的球磨罐内,氩气气氛,进行混合,经24 h粉磨,发生如下反应:0.8ZrO2+0.2CaO→Ca0.2Zr0.8O1.8(萤石型)0.8ZrO2+0.2MgO→Mg0.2Zr0.8O1.8(萤石型)0.8ZrO2+0.09Y2O3→Y0.18Zr0.82O1.81(萤石型)0.6ZrO2+0.2CaZrO3→Ca0.2Zr0.8O1.8(萤石型)经XRD及透射电镜分析,制备的各种稳定ZrO2的颗粒尺寸为10~40 nm,具有较大的形变,达0.7%~1.5%。
利用该原理还制备了纳米Al2O3和TiO2粉体。
近几年,利用机械力化学法制备纳米陶瓷材料有了进一步的发展,如BaTiO3晶体、PZT陶瓷、尖晶石型铁酸盐等。
2.1.1 BaTiO3纳米晶BaTiO3晶体[9]是最早被发现的铁电陶瓷,具有良好的介电性、铁电性和压电性能。
利用其电阻-温度特性、电压-电阻特性以及电流时间特性,BaTiO3分别在生产压电驱动器、多层陶瓷电容器以及具有正的温度系数的电阻器和各种家用电器上得到广泛的应用。
吴其胜等[3]已经利用机械力化学法制备了单相的BaTiO3纳米晶体。
在氮气保护或者真空条件下下,以BaO (粒度d50= 351 μm)和锐钛矿型TiO2 (粒度d50= 0. 39 μm)混合粉体为主要原料,采用ND2型行星球磨机,磨机的操作参数为公转转速为300 r/ min,自转转速为75 r/ min,球料质量比为20:1,并以三乙醇胺为助磨剂进行高能球磨,在机械力化学作用下成功合成了BaTiO3纳米晶并讨论了其反应机制。
其机制为机械力的作用使混合物粉体颗粒细化,晶粒尺寸减小,转变为无定形化,提高了粉体的反应活性,并可能形成BaTiO3 晶核;无定形混合物——晶核基元在机械力作用下发生固相反应,机械力通过增加扩散系数,降低固相反应的活化能来促进固相反应。