納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

朱小東

摘要：作為一項重大的科技突破，納米枝術(shù)的研發(fā)已經(jīng)應(yīng)用到了社會的各個領(lǐng)域中之中，在機(jī)械工程中，應(yīng)用納米技術(shù)已經(jīng)成為了核心，其外在的表現(xiàn)存在于各個方面。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù);納米材料

前言

自從1990年7月在美國召開的第一屆國際納米科學(xué)技術(shù)會議上，正式宣布納米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個新分支開始，納米技術(shù)便一步一步進(jìn)入人們的生活。納米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之間的物質(zhì)組成的體系運動規(guī)律和相互作用，以及實際應(yīng)用中的技術(shù)問題的科學(xué)技術(shù)。從材料的結(jié)構(gòu)層次來說，它介于宏觀物質(zhì)和微觀原子、分子的中間領(lǐng)域。納米技術(shù)不是一門單一的新型學(xué)科或者技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于各類學(xué)科中，其中在機(jī)械工程中的應(yīng)用對于機(jī)械工程學(xué)科的技術(shù)變革起到了不可估量的作用。納米技術(shù)運用到機(jī)械方面尤其是產(chǎn)生了微型機(jī)械技術(shù)已經(jīng)成為21世紀(jì)研究的核心技術(shù)，很多國家在納米技術(shù)上開始了越來越多的研究。

1.關(guān)于納米技術(shù)

所謂的納米技術(shù)就是指用單一的分子、原則制造物質(zhì)的一種科學(xué)技術(shù)，納米科學(xué)技術(shù)已經(jīng)成為了將很多現(xiàn)代的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)作為了基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)，并且成為了現(xiàn)代科學(xué)和現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行組合的重要產(chǎn)物之一，現(xiàn)代科學(xué)主要包括分子生物學(xué)、介觀物理、量子力學(xué)和混沌物理，現(xiàn)代技術(shù)主要包括核分析技術(shù)、掃描隧道顯微鏡技術(shù)，微電子技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)，納米技術(shù)一定會引發(fā)起一系列的全新的科學(xué)技術(shù)，比如納米機(jī)械學(xué)、納米材科學(xué)以及納電子學(xué)等等。

2.微型納米軸承

在沒有納米技術(shù)之前，軸承的體積都很大，因此會有較大的摩擦力，一般都是依靠潤滑油減少摩擦力，但減少并不意味著可以避免摩擦力。運用納米技術(shù)開發(fā)的微型納米軸承幾乎沒有摩擦力，美國科學(xué)家研制的這種微型軸承具有兩個明顯的特點，首先是非常小，該軸承的直徑僅有一根頭發(fā)的萬分之一，而運用在機(jī)電系統(tǒng)中的其直徑更是只有1nm。僅有微型機(jī)械的千分之一。其次，幾乎沒有摩擦力，這種納米微型軸承的摩擦力比起以往研制的微型軸承，納米微型軸承的摩擦力都不到其最小值的千分之一。

3.納米材料運用

合肥大學(xué)研制成功了納米新型陶瓷刀具，這標(biāo)志著利用納米材料制作新型金屬陶瓷刀具的問世。這項研究史載金屬彈詞中加入了納米氧化鈦從而細(xì)化品粒。因為對于品粒的細(xì)化可以增加材料的硬度和甚至斷裂任性。同時，這種納米技術(shù)的應(yīng)用也大大優(yōu)化了其力學(xué)性能，納米材料加入到傳統(tǒng)的金屬陶瓷中對其力學(xué)性能來說是個很大的提供，刀具的壽命也提高到2倍以上。

4.納米耐磨復(fù)合涂層的應(yīng)用

由于納米材料的顆粒之間往往都存在著庫侖力、范德華力，有些顆粒甚還與化學(xué)鍵結(jié)合，這也就導(dǎo)致了陶瓷的顆粒極其容易團(tuán)聚，并且顆粒之間越小其進(jìn)行的團(tuán)聚就越緊，也就使其應(yīng)有的性能很難得到充分的發(fā)揮，這個問題也就能夠通過施加機(jī)械能和化學(xué)作用這兩種力式來進(jìn)行解決，但是，硬團(tuán)聚的顆粒之間緊密結(jié)合，僅僅通過化學(xué)作用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須要對其輔助很大的機(jī)械力，這些機(jī)械力主要包括剪切力和撞擊力。

5.納米技術(shù)馬達(dá)

納米技術(shù)馬達(dá)的最新一代是由一家美國公司生產(chǎn)的，Mano Muscle公司生產(chǎn)這款納米技術(shù)馬達(dá)首先亮世于中國的深圳，從體積方面測量，新一款的納米技術(shù)馬達(dá)僅有傳統(tǒng)電磁馬達(dá)體積的二十分之一。其功率能夠負(fù)載大約四千克的重量，使用壽命更是達(dá)到了100萬次，性能如此良好，但其長度卻不到一根火柴桿的長度。該馬達(dá)通過采用納米技術(shù)制造的智能材料，將傳統(tǒng)的銅、鐵、磁等材料替代，因此，新一代的馬達(dá)相比于傳統(tǒng)馬達(dá)具有許多優(yōu)點。重量更輕，幾乎沒有噪音，而制造成本也更低。目前這種微型馬達(dá)在機(jī)械中的運用并不是很廣泛，主要運用于汽車的電動車窗方面。

6.納米磁性液體用于旋轉(zhuǎn)軸的動態(tài)密封

通常靜態(tài)的密封都是采用橡膠、塑料或金屬等材料制成的“O”形環(huán)作為密封元件。旋轉(zhuǎn)條件下的動態(tài)密封一直是未能解決的問題，無法在高速、高真空條件下進(jìn)行動態(tài)密封。納米技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了磁性液體密封技術(shù)的產(chǎn)生。南京大學(xué)已試制成水基、烷基、二脂基、硅油等多種類型的磁性液體。在電子計算機(jī)的硬盤轉(zhuǎn)處已普遍采用磁性液體的防塵密封，除此之外磁性液體還可于制造新型潤滑劑，巧妙利用磁場原理改善潤滑效果。納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用舉不勝舉，通過以上這些新型技術(shù)的產(chǎn)生，我們不難看出納米技術(shù)對于機(jī)械工程的發(fā)展有著深遠(yuǎn)影響。同時，相對于傳統(tǒng)機(jī)械工程來說，也正是因為納米技術(shù)有很多優(yōu)勢才能取得這樣顯著的成果。

6.1納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用的尺寸效應(yīng)

在納米技術(shù)領(lǐng)域，其顯著成果之一就是在旋轉(zhuǎn)軸中，對傳統(tǒng)的尺寸單位進(jìn)行了縮小，以前的計量單位級為毫米，而今則是納米級，而1納米僅相當(dāng)于1毫米的百萬分之一，如果運用在機(jī)械工程之中，那么機(jī)械的體積會因為納米技術(shù)的應(yīng)用而極大的降低，在此基礎(chǔ)上就有了微型機(jī)械為代表的新型機(jī)械的誕生和生產(chǎn)。實際上，這種微型化并不僅僅是單純意義上的尺度上發(fā)生了重大變化，而更多的是指可以成批進(jìn)行制作生產(chǎn)微傳感器、集合微結(jié)構(gòu)、微驅(qū)動器、微電路等處置裝置于一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。

6.2 納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用的摩擦性能

納米技術(shù)最為顯著的一個特征就是其摩擦性能，在機(jī)械工程中，特別是結(jié)構(gòu)和尺寸比較大的機(jī)械，由于摩擦力的影響，各種軸承對會因摩擦出現(xiàn)損傷，對機(jī)械的磨損非常嚴(yán)重。而納米材料，則幾乎處在一種無摩擦的狀態(tài)，非常好的克服了摩擦的問題。

6.3 納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用的材料以及多元化

納米技術(shù)的應(yīng)用使原材料能夠以一種更加微小的形態(tài)出現(xiàn)，而且性能強(qiáng)大。其首先不僅改良了傳統(tǒng)的材料，同時通過采用納米科技，更多更新的新材料也不斷涌現(xiàn)。磁性液體密封技術(shù)證明了磁性液體能夠能夠被磁場控制的特性，另外在材料的應(yīng)用過程中，通過向其添加一定的微量元素，還能夠使材料獲得更好的效果。

7.結(jié)語

納米材料在機(jī)械工程中改變甚至顛覆了傳統(tǒng)模式的運轉(zhuǎn)，顯示了其強(qiáng)大的科技含量，但是在其運用中，我們?nèi)杂泻芏喾矫尕酱鉀Q：如何準(zhǔn)確表征納米材料的各種精細(xì)結(jié)構(gòu);怎樣從結(jié)構(gòu)上分析、解釋納米材料的新特性;能否利用某種標(biāo)準(zhǔn)來預(yù)測微區(qū)尺寸減少到多大時，材料表現(xiàn)出特殊的性能等等。對于這些問題，我們?nèi)孕枭钊胙芯浚员慵{米技術(shù)更好地服務(wù)于機(jī)械工程領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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