材料表面纳米化研究现状
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。
纳米材料与软物质的研究现状、应用及未来发展
纳米材料与软物质的研究现状、应用与未来发展1引言1990年，第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际扫描隧道显微学会议同时在美国巴尔的摩举办，《纳米技术》与《纳米生物学》两种国际专业期刊相继问世，标志一门崭新的科学技术——纳米科技的诞生。
从此纳米科技得到科技界的广泛关注，并迅猛发展。
1991年，诺贝尔得主、法国物理学家P.G. De Gennes在诺贝尔授奖会上以“软物质（Soft Matter）”为题进行演讲，提出了软物质的研究，统一了欧洲科学家笔下的“软物质”与美国科学家口中的“复杂流体”两个称呼。
从此，软物质研究作为物理学的一个重要研究方向得到了广泛的认可。
纳米材料与软物质的研究都是从20世纪80年代开始的，是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。
巨大的需求与技术支撑，使其在诞生之初就显现出蓬勃的生命力，而且对它们的研究经久不衰。
在知识与学科互相交叉的今天，纳米材料与软物质有可能相互结合，在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆，筑起21世纪工业革命的基石。
2纳米材料的概念广义的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或由它们作为基本单元构成的材料。
按照维数，纳米材料的基本单元可以分为三类：零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度的材料，如纳米尺度颗粒、原子团簇等；一维，指在空间有两维处于纳米尺度的材料，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；二维，指在三维空间中有一维在纳米尺度的材料，如超薄膜、多层膜、超晶格等。
纳米科技是面向纳米材料的运动规律和相互作用并在应用中实现特有功能和智能作用的技术问题，发展纳米尺度的探测和操纵。
纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征三个研究领域。
扫描隧道显微镜（STM）在纳米科技中占有重要的地位——它贯穿到七个分支领域中，以其为分析和加工手段所做的工作占一半以上。
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。
智能纳米材料的研究与应用
智能纳米材料的研究与应用随着科技的不断发展和进步，人类生活的质量也不断提高，科技的应用已经渗透到了我们的生活的方方面面。
其中，智能纳米材料的研究和应用受到了越来越多的关注。
本文将探讨智能纳米材料的定义、种类、研究现状和应用前景等相关问题。
一、智能纳米材料的定义智能纳米材料是指那些在经过一系列加工后，能够发挥出特殊性能和结构的纳米材料，通常是由纳米颗粒、纳米结构或具有纳米结构及功能的组成的有机或无机聚合物等构成。
智能材料是指那些能够感知外界环境及其改变，在不需要外部干预的前提下，产生特定作用和特殊性能的一类材料。
智能纳米材料就是将智能材料的特性与纳米科技结合起来，形成的一种能够感知并响应外部环境的材料。
二、智能纳米材料的种类目前，已经研发成功的智能纳米材料主要包括有机智能纳米材料和无机智能纳米材料两个大类。
其中，有机智能材料主要是指含有机物的材料，如高分子聚合物、碳纳米管等，可以通过引入可反应的基团来调节材料的物理化学性质或加工由环境刺激所致的响应行为。
例如，聚氨酯材料可以在环境温度变化下，发生相变，从而对周围环境进行响应。
另外，高分子材料可以通过改变电场或磁场，改变其光学和电学性质。
而无机智能材料，主要是指锂离子电池、Fe2O3光催化剂、纳米催化剂等，这些材料的特殊性质主要体现在其具有特殊的敏感性能和响应特性。
例如，功能化的纳米二氧化钛可通过光催化反应，将二氧化碳分解并转化为高能物质，实现太阳能转化。
三、智能纳米材料的研究现状目前，智能纳米材料已经成为了纳米材料研究的热点，吸引了众多科学家和学者的关注。
科学家们通过多种方法制备和研究智能纳米材料，掌握了许多有关纳米材料的信息。
例如，可以通过化学还原、微乳化、化学气相沉积等方法来制备有机纳米材料，利用制备出的智能纳米材料来实现荧光探针、光控反应、药物传递等应用。
而无机智能材料的开发则是从利用普通纳米材料开始，对其进行功能化改性，从而实现智能响应的品种。
材料论文：纳米材料表面化学在生物分析中的应用
纳米材料表面化学在生物分析中的应用1无机纳米材料表面化学分析纳米材料形成后,表现会完全呈现出无机界面,并且能有效包裹在表面活性剂中,其本身并不具备生物动能,且不能直接应用在细胞或者是生物活体上。
基于此,相关操作人员要对其进行表面化学的改性处理和修饰,保证纳米材料生物功能得以发挥。
并且,在纳米材料表面化学研究体系内,主要是对生物相容性、生物稳定性以及生物分散性等进行集中传递,保证纳米颗粒研究效果更加直观[1]。
1)表面物理化学性质出现变动,多数无机纳米材料都是非极性物质,基本的沸点较高,要求在高温环境中形成,表面都会出现油胺、油酸以及三辛基氧膦等物质,能溶于非极性溶剂中。
在对生物应用进行分析的过程中,纳米材料溶解在水相中,具备非常好的分散性以及稳定性,为了其能发挥实际价值,就要对溶解性等数据等予以综合处理,整合表面改性。
目前,较为有效地表面改性处理机制就是替代法,能和无机材料亲和力更好的分子进行处理,完善替代性处理效果。
2)进行靶向修饰操作,主要是借助靶向功能分子完成基础的处理工作,利用识别靶细胞的过程有效对受体进行识别处理,将定位体系确定在目标组织中,并且有效发挥相关物质的治疗和诊断功能。
3)生物传感和检测。
因为纳米材料本身具备光信号、电信号的传递能力,因此,在生物电子和生物传感器设计工作中,要发挥纳米材料的生物相容性特征,规避生物识别能力较差的弱项,合理性完善纳米材料生物功能水平。
并且,进行生物传感处理后就能提升生物分子和组织细胞的固定能够效果,也能借助生物高特异性判定相关数据,构建更加有效的生物传感系统。
2纳米材料表面化学在生物分析中的应用2.1细胞分析伴随着科学技术的发展,将技术应用在生物体系中,主要利用的就是生物传感机制。
目前,生物体传感项目主要分为细胞结构、活体结构等,相较于传统的研究项目和分子结构探针元素,纳米材料能有效提升影像信号的强度,并且整体细胞结构的靶向性能更加突出,能为代谢动力学可控效果优化奠定基础。
纳米材料和技术的现状和发展
纳米材料和技术的现状和发展北京大学生命科学学院尹汉维关键词：纳米，隧道显微镜，纳米材料背景：纳米，是衡量物质在微观世界中长度的度量单位。
正如同物质在接近于光速的环境下会表现出很强的相对论效应一样，物质的尺寸在接近于纳米数量级时，其物理化学性质也会出现很大的变化。
现代的纳米技术正是利用了在纳米数量级时物质表现出的特异性，而发展出的相应的科学研究方法。
在化学，生物，物理等多学科的研究中，纳米技术已经被用于非常广泛的领域。
因为，纳米尺度是原子、分子、蛋白质等重要的生命基本物质所存在的尺度。
换句话说，对纳米尺度下物质的观察和对纳米尺度下物质的操控对各个科学学科的研究具有重要的意义。
如果我们能够准确的得到分子原子运动的规律，蛋白质构象的变化规律，我们就能准确地把握很多基本的化学和生命现象，并得到合理的解释。
一、 纳米技术研究的工具和手段1．SPM系列扫描隧道显微镜是一种在纳米尺度下的先进的科研仪器。
它可以使研究者在纳米的层次观察物质的形态，结构，运动和变化，如果我们能够在纳米尺度上对物质进行操纵，那么我们就能将理论化为实践，将纳米的研究转化为技术，为人类造福。
从这一点上来说，扫描隧道显微镜是具有相当大的理论研究和科学技术价值的。
这也就是其发明者Gerd Bining和Heinrich Rohrer获得诺贝尔奖的原因。
值得注意的是，这一研究成果的发明时间（1982）和获奖时间（1986）仅仅间隔了4年，比许多他领域的研究成果获奖都要迅速，这也从另一个侧面说明了这一发明的重要性。
扫描隧道显微镜的原型仪器为Scanning tunneling microscope(STM) 和Atomic force microscope(AFM)，扩展型仪器包括MFM、EFM、SNOM、C-AFM、SKM、SKN，它们统称为SPM。
扫描隧道显微镜的制作原理是遵循电子的量子隧道效应。
STM的分辨能力很强，水平分辨率小于0.1纳米，垂直分辨率小于0.001纳米。
纳米光学技术的研究现状和应用前景
纳米光学技术的研究现状和应用前景纳米光学技术是指将光学器件或现象纳米化，即在尺寸范围为1-1000纳米的区间内实现光学性质的设计、制备和控制。
这一技术的出现，对光学、电子、信息等领域的发展产生了深远的影响。
本文将从纳米光学技术的研究现状和应用前景两个方面进行讨论。
一、纳米光学技术的研究现状1、表面等离子体对于纳米光学技术而言，表面等离子体是一种非常重要的现象。
表面等离子体是在表面和介质中产生的一种宏观和微观的极化现象，是光子-电子相互作用的结果。
表面等离子体以其超高分辨率、高灵敏度和高效率等特性被广泛应用于生物分子检测、纳米光电子学、光电器件等领域。
有关表面等离子体的研究，主要集中在表面等离子体共振和局域表面等离子体共振。
表面等离子体共振是指当金属表面被激发时，产生表面等离子体波。
这样的波的振幅最大，因此能够检测到的分子数量最多。
局域表面等离子体共振是指当光在纳米结构表面上反射时，局部产生的强电场导致分子的振动。
这种局部场增强效应一般产生在纳米颗粒直径小于100 nm时，因此被称为“局域表面等离子体振荡”。
2、金属纳米颗粒金属纳米颗粒是指直径在1-100纳米范围内的金属粒子。
除了化学物质的本身外，金属纳米颗粒的大小、形状和成分都非常重要。
由于纳米颗粒具有特殊的电子结构、光学性质和化学反应性，因此其在催化、生物医学、纳米光学、光学传感等领域中被广泛应用。
3、表面等离子体共振表面等离子体共振是一种高灵敏和高分辨率的传感技术，广泛地应用于生物和化学传感领域。
该技术基于表面等离子体与特定分子间的相互作用。
表面等离子体共振技术不需要标记分子，因此反应的灵敏度和选择性非常高。
二、纳米光学技术的应用前景1、生物医学领域纳米光学技术在生物医学领域有着广泛的应用。
比如，纳米颗粒在癌症治疗方面有着良好的应用前景。
此外，表面等离子体共振技术则可以帮助生物学家研究分子相互作用和受体的结构。
2、能源观测领域在能源观测领域，光子和光学器件可以用于光伏、燃料电池和电池等方面。
纳米科技的发展现状及前景
纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。
1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。
因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。
纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。
纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。
这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。
纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。
其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念：第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。
根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。
这种概念的纳米技术还未取得重大进展。
第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。
也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。
这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。
现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。
此外，还有发热和晃动等问题。
为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。
第三种概念是从生物的角度出发而提出的。
本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。
DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。
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金属材料表面纳米化研究现状 摘要：金属材料的表面纳米化处理是近几年表面强化方法研究的热点之一。这种技术将纳米晶体材料的优异性能与传统工程金属材料相结合，在工业应用上具有广阔的应用前景。通过对表面纳米化的基本原理、制备方法、结构特征和功能特性的综述 ,提出要实现这种新技术的工业应用需要解决的问题，如影响因素，表面纳米化形成动力学等。
关键词：表面纳米化；金属材料；研究现状 1、介绍
表面工程是21世纪工业发展的关键技术之一，它是先进制造技术的重要组成部分，同时又可为先进制造技术的发展提供技术支撑。表面工程，是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等，以获得所需要表面性能的系统工程。表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，赋予零件耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能。这层表面材料与部件的整体材料相比，厚度薄、面积小，但却承担着工作部件的主要功能[1-3]。 从19世纪80年代表面工程的诞生到现在，经历了三个发展阶段，第一代表面工程是指传统的单一表面工程技术，包括热喷涂、电刷镀、、激光熔覆、PVD(物理气相沉积)技术、CVD(化学气相沉积)技术以及激光束、离子束、电子束三束表面改性等[4-5]。第二代表面工程又称复合表面工程，是指将两种或多种传统的表面技术复合应用，起到“1+l>2”的协同效果[6]。例如，热喷涂与激光(或电子束)重熔的复合，热喷涂与电刷镀的复合，化学热处理与电镀的复合，多层薄膜技术的复合等。第三代表面工程即纳米表面工程，是指纳米材料和纳米技术有机地与传统表面工程的结合与应用。 纳米表面工程是以纳米材料和其他低维非平衡材料为基础，通过特定的加工技术或手段，对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表面新功能的系统工程。简言之，纳米表面工程就是将纳米材料和纳米技术与表面工程交叉、复合、综合并开发应用[7-9]。 在服役环境下，金属材料的失效多始于表面，因此只要在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层，即实现表面纳米化，就可以通过表面组织和性能的优化提高材料的整体性能和服役行为。与其它纳米材料制备方法相比，表面纳米化技术 - 2 -
和表面纳米化材料有许多独特之处:①表面纳米化采用常规表面机械处理方法(或对其进行改进)即可实现，且对所有金属材料均具有普适性，在工业上应用不存在明显的技术障碍；②表面纳米化在明显提高材料表面和整体的力学性能及化学性能的同时，不损害材料的韧性，从而有效地解决了纳米材料强度升高与韧性明显下降之间的矛盾；③材料高性能纳米结构表层与基体之间的结构和性能均呈梯度变化，二者之间不存在明显的界面，因此在使用过程中不会因为温度和应力等的变化而发生剥层和分离等；④表面纳米化在材料表面产生的高体积分数界面为扩散提供了理想的通道，能大幅度地降低化学处理的温度和时间，解决了低温化学处理这一技术“瓶颈”，使得精密零部件的化学处理成为可能；⑤表面纳米化可以制各出表面为纳米晶、晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大的梯度结构，这种结构反映出材料通过塑性变形由粗晶逐渐演变成纳米晶的过程，据此可以探索出形变诱发的纳米化机理，并可以排除制备条件(包括方法和参数)和材料内部缺陷(如空隙、裂纹和污染等)的影响，在一块样品上研究宽尺寸范围内(从微米到纳米量级)的组织与性能的关系[11]。
2、表面纳米化的制备方法及基本原理
在金属材料表面获得纳米结构表层的主要途径有三种[12]：表面涂覆或沉积、表面自身纳米化、混合纳米化。如图 1 所示，以下分别作以介绍。
2.1表面面涂层或沉积 首先制备出具有纳米尺度的颗粒， 再将这些颗粒固结在材料的表面，在材料上形成一个与基体化学成分相同(或不同)的纳米结构表层。这种材料的主要特征是：纳米结构表层内的晶粒大小比较均匀，表层与基体之间存在着明显的界面，材料的外形尺寸与处理前相比有所增加，图 1(a)。 - 3 -
许多常规表面涂层和沉积技术都具有开发、应用的潜力，如 PVD、CVD、溅射、电镀和电解沉积等。通过工艺参数的调节可以控制纳米结构表层的厚度和纳米晶粒的尺寸。整个工艺过程的关键是，实现表层与基体之间以及表层纳米颗粒之间的牢固的结合，并保证表层不发生晶粒长大。目前这些技术经不断的发展、完善，已经比较成熟。
2.2表面自身纳米化 对于多晶材料， 采用非平衡处理方法增加材料表面的自由能，使粗晶组织逐渐细化至纳米量级。这种材料的主要特征是：晶粒尺寸沿厚度方向逐渐增大，纳米结构表层与基体之间不存在界面，与处理前相比，材料的外形尺寸基本不变，如图 1 (b)。 由非平衡过程实现表面纳米化主要有两种方法：表面机械加工处理法和非平衡热力学法，不同方法所采用的工艺技术和由其所导致的纳米化的微观机理均存在着较大的差异。(1) 表面机械加工处理法：在外加载荷的重复作用下，材料表面的粗晶组织通过不同方向产生的强烈塑性变形而逐渐细化至纳米量级。这种由表面机械加工处理导致的表面自身纳米化的过程包括：材料表面通过局部强烈塑性变形而产生大量的缺陷，如位错、孪晶、层错和剪切带；当位错密度增至一定程度时，发生湮没、重组，形成具有亚微米或纳米尺度的亚晶，另外随着温度的升高，表面具有高形变储能的组织也会发生再结晶，形成纳米晶；此过程不断发展，最终形成晶体学取向呈随机分布的纳米晶组织。(2) 非平衡热力学法：将材料快速加热，使材料的表面达到熔化或相变温度，再进行急剧冷却，通过动力学控制来提高形核率、抑制晶粒长大速率，可以在材料的表面获得纳米晶组织。用于实现快速加热－冷却的方法主要有激光加热和电子辐射等。 2.3混合方式 将表面纳米化技术与化学处理相结合， 在纳米结构表层形成时、 或形成后， 对材料进行化学处理，在材料的表层形成与基体成分不同的固溶体或化合物，图 1(c)。由于纳米晶的组织形成，晶界的体积分数明显增大，为原子扩散提供了理想的通道，因此化学处理更容易进行。 将前两种方法进行比较可以看出， 由表面机械加工处理导致的表面自身纳米化更具有开发应用的潜力，这一方面是由于表面机械加工处理法在工业上应用不存在明显的技术障碍，克服了目前三维大尺寸纳米晶体材料制备的技术困难，另一方面是由于材料的组织沿厚度方向呈梯度变化，纳米结构表层与基体之间无明显界面，处理前后材料的外形尺寸基本不变。在使用过程不会发生剥层和分离，将纳米材料的优异性能应用到了传统工程材料的表面改性技术中。因此，目前的表面纳米化研究多数集中在由表面机械加工处理导致的表面自身纳米化。 - 4 -
3对表面纳米化的展望 近些年来，已经有文献报道了关于在不同金属表面上成功制备表面纳米层及对表面纳米层组织结构的研究，所研究的金属材料包括纯铁[7]、不锈钢[12] (如:AISI304、316L、OCrl8NigTi等)、低碳钢(如:SM400、55400等)、低合金钢(如:16MnR等)、高锰钢[15]、中碳钢及中碳低合金钢(如:40Cr等)以及铝合金、工业纯钦等有色合金[16-18]。研究表明，材料表面纳米化后性能得到极大的提高，如强度、硬度、耐磨性以及防腐性能等。此外，材料表面纳米化后，氮化过程中氮化速率高，氮化温度明显降低等。 表面纳米化为将纳米技术与常规金属材料的结合提供了切实可行的途径，这种表面被赋予独特的结构和良好性能的新材料在工业上有着巨大开发应用潜力。它既着眼于目前的科学技术水平，又面向实际工程应用，因此有可能为利用纳米技术明显地提高传统工程金属材料的性能和使用寿命提供一条切实可行的途径。目前表面纳米化的研究还处于起步阶段，要想实现这种新技术的工业应用，需要解决以下问题：①加工工艺、参数及材料的组织、结构和性能对纳米化的影响；②表面纳米化的微观机制及形成动力学；③纳米结构表层的组织与性能的关系；④纳米结构表层的热稳定性与化学性能。
参考文献 [1]中国表面工程编辑部，徐滨士院士谈纳米表面工程 [J] .中国表面工程 ,2002 ,( 2) : 47 .
[2]吕德隆. 表面工程技术的发展与应用 [J] . 国外金属热处理 ,2002 , ( 5) : 132 15.
[3]欧忠文，徐滨士，马世宁，等. 纳米材料在表面工程中应用的研究进展[J ] . 中国表面工程 ,2000 , ( 2) : 529 .
[4]李 瑛，王福会，等. 表面纳米化对金属材料电化学腐蚀行为的影响[J ] . 腐蚀与防护 ,2003 , ( 1) .
[5]杨邦朝，陈金菊，韩丽坤，等. 纳米技术在表面处理中的应用[J ] . 表面技术 ,2003 , ( 3) : 60 2 61 .
[6]张聪慧 ,刘研蕊 , 兰新哲 , 等. 钛合金表面高能喷丸纳米化后的组织与性能[J ] . 热加工工艺 , 2006 , ( 1) : 528 .
[7] N.R. Tao, Z.B. Wang. An investigation of surface nanocrystallization mechanism in Fe induced by surface mechanical attrition treatment[J]. Acta Materialia 50 (2002) 4603–4616 - 5 -
[8] W.L. Li, N.R. Tao and K. Lu. Fabrication of a gradient nano-micro-structured surface layer on bulk copper by means of a surface mechanical grinding treatment[J], Scripta Materialia 59 (2008) 546–549
[9] Chao Yuan, Ruidong Fu. Microstructure evolution and mechanical properties of nanocrystalline zirconium processed by surface circulation rolling treatment[J]. Materials Science & Engineering A 565 (2013) 27–32
[10] K. Lu, J. Lu, J. Mater. Sci. Technol. 15 (1999) 193–197. [11] N.R. Tao, Z.B. Wang, W.P. Tong, M.L. Sui, J. Lu, K. Lu, Acta Mater. 50 (2002) 4603–4616. [12] L. Zhang, Y. Han, J. Lu, Nanotechnology 19 (2008) 165706. [13] G. Liu, S.C. Wang, X.F. Lou, J. Lu, K. Lu, Scr. Mater. 44 (2001) 1791–1795. [14] G. Liu, J. Lu, K. Lu, Mater. Sci. Eng. A 286 (2000) 91–95. [15] W.L. Li, N.R. Tao, K. Lu, Scr. Mater. 59 (2008) 546–549. [16] T.H. Fang, W.L. Li, N.R. Tao, K. Lu, Science 331 (2011) 1587–1590. [17] R.Z. Valiev, R.K. Islamgaliev, I.V. Alexandrov, Prog. Mater. Sci. 45 (2000) 103–189. [18] K. Lu, J. Lu, Mater. Sci. Eng. A 375–377 (2004) 38–45.