納米材料應用淺析

朱曉剛　張昊　張廣城

摘 要：納米技術的發展水平決定了一個國家的工業技術發展水平。結合納米技術的定義，簡單介紹了納米材料的主要性能和具體應用，最后展望了納米材料的發展應用前景。

關鍵詞：納米材料；納米技術；粒子；光波

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0042-01

1 納米材料概況

廣義上的納米材料是指組成物質的粒子至少有一維尺寸處于納米級別。按照納米粒子單元三維空間尺寸，納米材料可以分為三類，分別是：①一維納米材料，主要包括納米顆粒和原子團；②二維納米材料，其知粒子僅有一維尺寸處于納米級別，例如納米絲；③三維納米材料，其粒子僅有二維尺寸處于納米級別，例如薄膜材料。

2 納米材料的發展和應用前景

2l世紀的三大技術支柱是指新材料技術、生物技術和信息技術，而納米技術的問世則顯著地提升這三大支柱技術的性能指標。

2.1 納米切削刀具納米化

我國第一把納米涂層金剛石刀具是在合肥工業大學問世的，這標志著納米材料已成功地應用到了機械加工領域。納米材料涂層刀具與硬質合金刀具的比較如圖1所示。

與硬質合金道具相比，納米涂層的金剛石刀具是在工具鋼的基體上，在真空狀態下，利用金屬原子的電沉積性質，將特殊性能的化合物氮化鈦或氮化鋁鈦形成厚度為2～3 μm的硬質涂層。其表層的硬度可達到HRC90，心部材料為工具鋼硬度HRG55，有一定的韌性，因此可以在切削加工時，減少因軸向切削力作用而產生崩刃或斷刀等情況。由于納米涂層的金剛石刀具表層有足夠的硬度，因此不但可以切削硬度較高的材料，而且還可以提高切削的效率。納米涂層在提高刀具表面硬度的同時，還提高了刀具表面的耐磨性。這樣就可以減少刀具的磨刀次數，進而延長刀具的壽命。對于刀具材料來說，具有足夠的熱硬性是不可或缺的，而涂覆納米涂層可使刀具的使用溫度達到750 ℃，同時刀具的切削表面硬度仍能保持在HRC80以上，這樣，刀具就有了持續切削的能力。

2.2 納米隱身技術

正是由于具有高超的納米隱身技術，因此以美國為首的多國部隊的戰機才在第一次海灣戰爭中成功地避開了伊拉克雷達的監控，并以迅雷不及掩耳之勢出現在伊拉克首都的上空，一舉摧毀了伊拉克的重要目標，那么，納米隱身技術的原理是什么呢？其原理就是：當材料粒子的尺寸小于或接近光波的波長時，粒子吸收光波的能力就會明顯增強，從而使光波的反射能力大幅衰減，這樣，雷達就無法接受反射波，進而達到了隱身的目的。另外，由于納米添加劑的尺寸很小，因此增加了基體的表面積，也就是說，位于基體表面積的原子數量與原子總數量的比值將大幅度提高。研究表明，在加入納米添加劑后，原子數比值增加了100倍左右，從而提高了基體的表面能，加強了原子的表面活性和粒子的吸附能力。

2.3 能源產業納米化

絕大多數能源，如煤炭、石油和天然氣等都是不可再生資源，照目前的能耗情況發展下去，地球可能會出現能源枯竭的現象，因此，可再生能源的發展受到了各國的重視，而納米能源材料的研究也已經成為了世界上發達國家研究的重要課題。近年來，我國開發和利用的新能源材料的研究獲得了新的突破，主要表現在納米催化材料和光電轉換材料上。由于納米染料敏化太陽電池具有充電快、容量高、壽命長等特點，因此國內一些高校和科研院所也都致力于納米Ti02染料敏化太陽電池的研究。

3 結束語

納米技術的發展與工業領域中其他技術的發展是密不可分的，同時，納米技術的發展已經滲透到其他各種技術的發展中，特別對信息工程、生物工程和機械工程中的技術變革起到了至關重要的作用。隨著納米技術研究的不斷深入，它會在各領域的發展中起到越來越大的作用。

參考文獻

[1]孫權，李志.納米科技應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]杜鋒.微納米刀具材料成分及其性能M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]白文平，王永新.納米科材料的發展[M].長春：吉林大學出版社，2002.

〔編輯：王霞〕

Abstract： The level of development of nanotechnology determines the level of industrial technology development of a country. Combined with the definition of nanotechnology， introduces the main performance and application of nanomaterials， the development of nanometer materials application prospect are discussed.

Key words： nanomaterials； nanotechnology； particles； lightwave

摘 要：納米技術的發展水平決定了一個國家的工業技術發展水平。結合納米技術的定義，簡單介紹了納米材料的主要性能和具體應用，最后展望了納米材料的發展應用前景。

關鍵詞：納米材料；納米技術；粒子；光波

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0042-01

1 納米材料概況

廣義上的納米材料是指組成物質的粒子至少有一維尺寸處于納米級別。按照納米粒子單元三維空間尺寸，納米材料可以分為三類，分別是：①一維納米材料，主要包括納米顆粒和原子團；②二維納米材料，其知粒子僅有一維尺寸處于納米級別，例如納米絲；③三維納米材料，其粒子僅有二維尺寸處于納米級別，例如薄膜材料。

2 納米材料的發展和應用前景

2l世紀的三大技術支柱是指新材料技術、生物技術和信息技術，而納米技術的問世則顯著地提升這三大支柱技術的性能指標。

2.1 納米切削刀具納米化

我國第一把納米涂層金剛石刀具是在合肥工業大學問世的，這標志著納米材料已成功地應用到了機械加工領域。納米材料涂層刀具與硬質合金刀具的比較如圖1所示。

與硬質合金道具相比，納米涂層的金剛石刀具是在工具鋼的基體上，在真空狀態下，利用金屬原子的電沉積性質，將特殊性能的化合物氮化鈦或氮化鋁鈦形成厚度為2～3 μm的硬質涂層。其表層的硬度可達到HRC90，心部材料為工具鋼硬度HRG55，有一定的韌性，因此可以在切削加工時，減少因軸向切削力作用而產生崩刃或斷刀等情況。由于納米涂層的金剛石刀具表層有足夠的硬度，因此不但可以切削硬度較高的材料，而且還可以提高切削的效率。納米涂層在提高刀具表面硬度的同時，還提高了刀具表面的耐磨性。這樣就可以減少刀具的磨刀次數，進而延長刀具的壽命。對于刀具材料來說，具有足夠的熱硬性是不可或缺的，而涂覆納米涂層可使刀具的使用溫度達到750 ℃，同時刀具的切削表面硬度仍能保持在HRC80以上，這樣，刀具就有了持續切削的能力。

2.2 納米隱身技術

正是由于具有高超的納米隱身技術，因此以美國為首的多國部隊的戰機才在第一次海灣戰爭中成功地避開了伊拉克雷達的監控，并以迅雷不及掩耳之勢出現在伊拉克首都的上空，一舉摧毀了伊拉克的重要目標，那么，納米隱身技術的原理是什么呢？其原理就是：當材料粒子的尺寸小于或接近光波的波長時，粒子吸收光波的能力就會明顯增強，從而使光波的反射能力大幅衰減，這樣，雷達就無法接受反射波，進而達到了隱身的目的。另外，由于納米添加劑的尺寸很小，因此增加了基體的表面積，也就是說，位于基體表面積的原子數量與原子總數量的比值將大幅度提高。研究表明，在加入納米添加劑后，原子數比值增加了100倍左右，從而提高了基體的表面能，加強了原子的表面活性和粒子的吸附能力。

2.3 能源產業納米化

絕大多數能源，如煤炭、石油和天然氣等都是不可再生資源，照目前的能耗情況發展下去，地球可能會出現能源枯竭的現象，因此，可再生能源的發展受到了各國的重視，而納米能源材料的研究也已經成為了世界上發達國家研究的重要課題。近年來，我國開發和利用的新能源材料的研究獲得了新的突破，主要表現在納米催化材料和光電轉換材料上。由于納米染料敏化太陽電池具有充電快、容量高、壽命長等特點，因此國內一些高校和科研院所也都致力于納米Ti02染料敏化太陽電池的研究。

3 結束語

納米技術的發展與工業領域中其他技術的發展是密不可分的，同時，納米技術的發展已經滲透到其他各種技術的發展中，特別對信息工程、生物工程和機械工程中的技術變革起到了至關重要的作用。隨著納米技術研究的不斷深入，它會在各領域的發展中起到越來越大的作用。

參考文獻

[1]孫權，李志.納米科技應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]杜鋒.微納米刀具材料成分及其性能M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]白文平，王永新.納米科材料的發展[M].長春：吉林大學出版社，2002.

〔編輯：王霞〕

Abstract： The level of development of nanotechnology determines the level of industrial technology development of a country. Combined with the definition of nanotechnology， introduces the main performance and application of nanomaterials， the development of nanometer materials application prospect are discussed.

Key words： nanomaterials； nanotechnology； particles； lightwave

摘 要：納米技術的發展水平決定了一個國家的工業技術發展水平。結合納米技術的定義，簡單介紹了納米材料的主要性能和具體應用，最后展望了納米材料的發展應用前景。

關鍵詞：納米材料；納米技術；粒子；光波

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）13-0042-01

1 納米材料概況

廣義上的納米材料是指組成物質的粒子至少有一維尺寸處于納米級別。按照納米粒子單元三維空間尺寸，納米材料可以分為三類，分別是：①一維納米材料，主要包括納米顆粒和原子團；②二維納米材料，其知粒子僅有一維尺寸處于納米級別，例如納米絲；③三維納米材料，其粒子僅有二維尺寸處于納米級別，例如薄膜材料。

2 納米材料的發展和應用前景

2l世紀的三大技術支柱是指新材料技術、生物技術和信息技術，而納米技術的問世則顯著地提升這三大支柱技術的性能指標。

2.1 納米切削刀具納米化

我國第一把納米涂層金剛石刀具是在合肥工業大學問世的，這標志著納米材料已成功地應用到了機械加工領域。納米材料涂層刀具與硬質合金刀具的比較如圖1所示。

與硬質合金道具相比，納米涂層的金剛石刀具是在工具鋼的基體上，在真空狀態下，利用金屬原子的電沉積性質，將特殊性能的化合物氮化鈦或氮化鋁鈦形成厚度為2～3 μm的硬質涂層。其表層的硬度可達到HRC90，心部材料為工具鋼硬度HRG55，有一定的韌性，因此可以在切削加工時，減少因軸向切削力作用而產生崩刃或斷刀等情況。由于納米涂層的金剛石刀具表層有足夠的硬度，因此不但可以切削硬度較高的材料，而且還可以提高切削的效率。納米涂層在提高刀具表面硬度的同時，還提高了刀具表面的耐磨性。這樣就可以減少刀具的磨刀次數，進而延長刀具的壽命。對于刀具材料來說，具有足夠的熱硬性是不可或缺的，而涂覆納米涂層可使刀具的使用溫度達到750 ℃，同時刀具的切削表面硬度仍能保持在HRC80以上，這樣，刀具就有了持續切削的能力。

2.2 納米隱身技術

正是由于具有高超的納米隱身技術，因此以美國為首的多國部隊的戰機才在第一次海灣戰爭中成功地避開了伊拉克雷達的監控，并以迅雷不及掩耳之勢出現在伊拉克首都的上空，一舉摧毀了伊拉克的重要目標，那么，納米隱身技術的原理是什么呢？其原理就是：當材料粒子的尺寸小于或接近光波的波長時，粒子吸收光波的能力就會明顯增強，從而使光波的反射能力大幅衰減，這樣，雷達就無法接受反射波，進而達到了隱身的目的。另外，由于納米添加劑的尺寸很小，因此增加了基體的表面積，也就是說，位于基體表面積的原子數量與原子總數量的比值將大幅度提高。研究表明，在加入納米添加劑后，原子數比值增加了100倍左右，從而提高了基體的表面能，加強了原子的表面活性和粒子的吸附能力。

2.3 能源產業納米化

絕大多數能源，如煤炭、石油和天然氣等都是不可再生資源，照目前的能耗情況發展下去，地球可能會出現能源枯竭的現象，因此，可再生能源的發展受到了各國的重視，而納米能源材料的研究也已經成為了世界上發達國家研究的重要課題。近年來，我國開發和利用的新能源材料的研究獲得了新的突破，主要表現在納米催化材料和光電轉換材料上。由于納米染料敏化太陽電池具有充電快、容量高、壽命長等特點，因此國內一些高校和科研院所也都致力于納米Ti02染料敏化太陽電池的研究。

3 結束語

納米技術的發展與工業領域中其他技術的發展是密不可分的，同時，納米技術的發展已經滲透到其他各種技術的發展中，特別對信息工程、生物工程和機械工程中的技術變革起到了至關重要的作用。隨著納米技術研究的不斷深入，它會在各領域的發展中起到越來越大的作用。

參考文獻

[1]孫權，李志.納米科技應用[M].北京：清華大學出版社，2008.

[2]杜鋒.微納米刀具材料成分及其性能M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]白文平，王永新.納米科材料的發展[M].長春：吉林大學出版社，2002.

〔編輯：王霞〕

Abstract： The level of development of nanotechnology determines the level of industrial technology development of a country. Combined with the definition of nanotechnology， introduces the main performance and application of nanomaterials， the development of nanometer materials application prospect are discussed.

Key words： nanomaterials； nanotechnology； particles； lightwave