纳米陶瓷
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纳米陶瓷范文第1篇
1 前言
陶瓷材料作为材料业的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用。陶瓷又可分为结构陶瓷和功能陶瓷,结构陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀以及质量轻、导热性能好等优点;功能陶瓷在力学、电学、热学、磁光学和其它方面具有一些特殊的功能,使陶瓷在各个方面得到了广泛应用。但陶瓷存在脆性(裂纹)、均匀性差、韧性和强度较差等缺陷,因而使其应用受到了一定的限制。
随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生。利用纳米技术开发的纳米陶瓷材料是利用纳米粉体对现有陶瓷进行改性,通过在陶瓷中加入或生成纳米级颗粒、晶须、晶片纤维等,使晶粒、晶界以及他们之间的结合都达到纳米水平,使材料的强度、韧性和超塑性大幅度提高,克服了工程陶瓷的许多不足,并对材料的力学、电学、热学、磁光学等性能产生重要影响,为陶瓷的应用开拓了新领域。
2 纳米陶瓷的特性
纳米陶瓷是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说陶瓷的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上。由于纳米陶瓷的界面占有可与颗粒相比拟的体积百分比、表面活性高、小尺寸效应以及界面的无序性使它具有不同于传统陶瓷的独特性能.
2.1纳米陶瓷的超塑性
所谓超塑性是指在拉伸试验中,在一定的应变速率下,材料产生较大的拉伸形变。一般陶瓷中,并不具备金属那样的晶格滑移系统,因此,陶瓷材料在通常情况下呈脆性,很难具备超塑性。因为纳米材料具有较大的界面和表面众多的不饱和化学键,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与延展性。同时在纳米陶瓷材料中,晶界相所占的体积分数很大[1]。例如,Nieh 等人在3Y- TZP (3mol%氧化钇的四方多晶氧化锆陶瓷)的陶瓷材料中观察到超塑性达800%。国内的上海硅酸盐研究所研究也发现,纳米3Y- TZP经室温循环拉伸试验后,样品的断口区域发生了局部超塑性形变,形变量高达380%,并在断口侧面观察到了大量的滑移线[2]。纳米TiO2陶瓷在室温下就可发生塑性形变,在180℃下塑性形变可达100%[3]。纳米陶瓷材料的超塑性潜力,给陶瓷材料在低温度、高应变速率下进行塑性成行加工带来了希望。
2.2纳米陶瓷的铁电性能
陶瓷的铁电性能与它的晶粒尺寸有很大的关系。一般认为,随着晶粒尺寸的变小,铁电材料的铁电性能降低,而且存在一个临界尺寸,当材料的晶粒大小低于这个尺寸时,铁电材料的铁电性消失。各种铁电材料的临界尺寸一直是人们研究的热点,在所有的铁电材料中,钛酸钡陶瓷的临界尺寸是研究最多的。研究表明: 当晶粒尺寸小于1?m时,随着陶瓷晶粒的变小,钛酸钡陶瓷的介电常数减少[4]。但当晶粒尺寸在纳米范围内时,这个规律发生了变化,当晶粒尺寸为50nm时,钛酸钡陶瓷的介电常数约为780[5];当晶粒尺寸为30nm时,钛酸钡陶瓷的介电常数约为1600[6],但当晶粒尺寸为8nm,它的介电常数增大到1800[7]。
2.3纳米陶瓷的增韧
由于纳米陶瓷的晶粒尺寸极小,纳米材料具有很大的比表面积,表面的原子排列混乱,纳米晶粒易在其它晶粒上运动,使纳米陶瓷在受力时易于变形而不呈现脆性。室温下,纳米TiO2 陶瓷表现出很高的韧性,压缩至原长度的1/4仍不破碎。另外,在微米级的陶瓷中引入纳米相,可以抑制基体晶粒长大,使组织结构均化,有利于改善陶瓷材料的力学性能。再如在陶瓷制品中添加适量的纳米SiO2,不但大大降低了陶瓷制品的脆性,而且使其韧性一跃几倍至几十倍,光洁度明显提高。张宏泉研究结果表明:纳米SiO2的存在使AlN陶瓷在氧化过程中形成Mnllite保护层,故AlN陶瓷具有良好的力学性能及高温抗氧化性能[8]。
3 纳米陶瓷的烧结
对于纳米陶瓷来说,它与其它陶瓷烧结的不同之处在于,普通陶瓷的烧结一般不必过多考虑晶粒的生长,而在纳米陶瓷的烧结过程中必须采取一切措施控制晶粒长大。由于纳米陶瓷粉体具有巨大的比表面积,使作为粉体烧结驱动力的表面能剧增,扩散增大,扩散路径变短,所以纳米粉体烧结与常规粉体的烧结相比,其烧结活化能低、烧结速率快、烧结开始温度降低。
在纳米陶瓷粉体的烧结中,由于扩散速率加快,外加应力和剩余应力共同作用,使小晶粒通过晶界滑移,以一种更致密有效的方式排列[9]。陶瓷粉体的纳米烧结致密化中,粒子之间颈的形成并不是随意的,而是在粒子表面通过相互平行的,结晶排列的小刻面之间的有序配合形成的[10]。因此要获得纳米陶瓷,必须控制其晶粒长大。本节主要介绍应用广泛并且比较流行的纳米陶瓷的一些特殊的烧结方法并对其烧结机理进行解释。
3.1两步烧结法
一般的无压烧结是采用等速烧结进行的,即控制一定的升温速度,到达预定温度后保温一定时间获得烧结体。在无压烧结中,由于温度是唯一可以控制的因素,因此如何选择最佳的烧结温度,从而在控制晶粒长大的前提下实现坯体的致密化,是纳米陶瓷制备中最需要研究的问题。两步烧结法的目的是要避开烧结后期的晶粒生长过程,其基本做法是:首先,将烧结温度升至较高的温度,使坯体的相对密度达到70%左右;然后,将烧结温度降到较低的温度下保温较长的时间使烧结继续进行而实现完全的致密化,这一阶段晶粒没有明显生长。从烧结理论上看,两步烧结法是通过巧妙的控制温度的变化,在抑制晶界迁移(这将导致晶粒长大)的同时,保持晶界扩散(这是坯体致密化的动力)处于活跃状态,来实现在晶粒不长大的前提下完成烧结的目的。运用两步烧结法,得到了密度高达99%以上,晶粒尺寸为60nm的Y2O3陶瓷和晶粒尺寸仅为8nm完全致密的BaTiO3陶瓷(清华大学制备) [7,11]。
3.2放电等离子烧结(SPS)
SPS(Spark Plasma Sintering)最早出现在20世纪60年代,如今的SPS是在PAS(Plasma Activated Sintering)的基础上设计出来的。SPS除了象传统的热压烧结通过电产生的焦耳热和加压造成的塑性变形这两个因素来促使烧结过程的进行外,还在压实颗粒样品上施加了由特殊电源产生的直流脉冲电压,并有效地利用了粉体间放电所产生的自发热作用。外加脉冲电流使晶粒表面大大活化,激活能与无压力烧结相比大幅度下降,同时能实现试样整体快速加热至烧结温度并借助压力驱动,使致密化加速而不使晶粒迅速长大。SPS系统可用于短时间、低温、高压(500~1000MPa)烧结,也可以用于低压(20~30MPa)、高温(1000~2000℃)烧结,因此可广泛地用于金属、陶瓷和各种复合材料的烧结,包括一些难以烧结的材料。用SPS方法,人们成功烧结得到了晶粒尺寸为的30nm的致密BaTiO3陶瓷[6]。
3.3微波烧结
微波烧结是利用微波电磁场中陶瓷材料的介质损耗使材料整体加热至烧结温度而实现烧结和致密化。微波烧结的原理与常规烧结工艺有本质的区别:常规烧结时热量是通过介质由表向里扩散,而微波烧结则利用了微波的体加热特性,即材料吸收的微波能被转化为材料内部分子的动能和势能,使材料整体同时均匀加热,因此其加热和烧结速度非常快;由于材料内外同时均匀受热,使试样内部的温度梯度很小,从而可使材料内部热应力减至最小,这对于制备超细晶粒结构的高密度、高强度、高韧性材料非常有利。此外,在微波电磁能的作用下,材料内部分子(或离子)的动能增加,使烧结活化能降低、扩散系数提高,因此可实现低温快速烧结,使微粉晶粒来不及长大就已完成烧结,从而制备出保持微细晶粒的烧结体。另外,微波辐射加热主要通过材料中的电偶极子来实现,材料中这种偶极子的主要位置就是晶界12]。
3.4 超高压烧结
超高压烧结指在大于1GPa的压力下进行烧结。其特点是,不仅能够使材料迅速达到高密度,晶粒尺寸可以达到纳米范围内,而且使晶体结构甚至原子、电子状态发生变化,从而赋予材料在通常烧结或热压烧结工艺下所达不到的性能,而且可以合成新的材料[13-18]。
对纳米材料来讲,高压烧结过程中的烧结动力主要有两个方面:
(1) 没有施加外力时的烧结动力,由晶粒曲率的变化而引起;
(2) 外力作用下的烧结动力。在高压烧结时,施加压力可促进烧结致密化,并降低烧结温度,可根据默瑞的热压致密化方程(塑性流动理论)[19]来解释。
4 纳米复相陶瓷
纳米复相陶瓷是指通过有效的分散、复合而使异质相(第二相)纳米粒子均匀弥散地分布在陶瓷基体中而得到的复合材料。Newnham[20] 将纳米复相陶瓷按联缀模式作了如下分类:0-0、0-1、0- 2、0-3、1-1、2-1、2-2、2-3、1-3、3-3(数字代表维数,前一数字表示第二相,后一数字表示基体相)。Niihara[21] 将纳米复相陶瓷按微观结构分为4类:晶间型-A、晶内型-B、混合型-C、纳米/纳米复合型- D。在前3类中,基体相可以是非纳米相,纳米尺寸的二次相颗粒分布在基质材料的晶粒之中或晶粒之间,二者直接键合甚至形成共格结构,因此,不仅可以提高陶瓷材料的力学性能,还可以提高陶瓷材料的高温性能;纳米/纳米复合材料中两相都由纳米级尺寸晶粒组成,这种微观结构使纳米复相陶瓷具有纳米材料的特性。
人们研究纳米复相陶瓷的主要目的是充分发挥陶瓷的高硬度、耐高温、耐腐蚀性并改善其脆性, 应用于高温燃气轮机、航天航空部件等。人们对纳米复相陶瓷的研究也主要集中在它的制备和特性上。常用的烧结纳米陶瓷的方法都可以来烧结纳米复相陶瓷方法。在陶瓷基体中引入纳米分散相并进行复合,所制得的纳米陶瓷复合材料的综合力学性能更是得到大幅度提高。上世纪90年代末,日本Niihara首次报道了以纳米尺寸的碳化硅颗粒为第二相的纳米复相陶瓷,如Al2O3/SiC(体积分数为5%) 晶内型纳米复合陶瓷的室温强度达到了单组分Al2O3 陶瓷的3~4倍,在1100℃强度达1500MPa[22,23]。Tatsuki 等人对制得的Al2O3/SiC纳米复相陶瓷进行拉伸蠕变实验,结果发现伴随晶界的滑移,Al2O3 晶界处的纳米SiC 粒子发生旋转并嵌入Al2O3 晶粒之中,从而增强了晶界滑动的阻力,也即提高了Al2O3/SiC纳米复相陶瓷的蠕变能力[24]。纳米复相陶瓷性能提高的原因是纳米颗粒超细微粉分布在材料在内部晶粒内,增强了晶界强度,提高了材料的力学性能,易碎的陶瓷可以变成富有韧性的特殊材料。
5 展望
随着移动通讯和卫星通讯的发展,尤其是近些年来,功能陶瓷的一个重要的发展趋势就是器件重量不断减轻、尺寸不断缩小。小型化、集成化、片式化、多层化、多功能化渐渐成为发展的/微型化的技术基础。功能陶瓷纳米化、纳米陶瓷、纳米器件是信息陶瓷进一步发展的必然趋势,也正成为国际研究的一个新的热点。正因为纳米陶瓷具有优良力学性能和某些特殊的功能,使纳米陶瓷在多方面都有广泛的应用,并在许多超高温、强腐蚀等苛刻的环境下起着其他材料不可替代的作用,具有广阔的应用前景。
纳米陶瓷的烧结与常规材料的烧结有很大的不同,要从根本上解决纳米陶瓷的烧结问题,需要进行新的烧结理论的研究和大量的试验。由于纳米材料有很多新奇的特性,使纳米陶瓷的烧结出现了很多新问题,经典的陶瓷材料烧结前期、中期和后期的烧结理论已不再适用于纳米陶瓷,如两步法烧结的第二步需要很长的烧结时间,而放电等离子烧结、超高压烧结和微波烧结等都只需要很短的时间,因此,有必要对纳米陶瓷粉体的致密化过程加以重新认识,以建立新的纳米陶瓷粉体烧结理论。另一方面,通过大量的试验,运用不同的烧结方法来探索纳米陶瓷的烧结行为,得到最优的烧结方法。对于纳米复相陶瓷来说,在组织与结构上向更精细方向进行优化和控制,在组成上向多相复合化的方向组合,在性能上向多功能方向耦合,由结构复合向结构功能一体化方向发展,使纳米陶瓷材料不仅满足力学性能的要求,同时还具有声、光、电、磁、热等某方面或多方面的性能。
目前纳米陶瓷材料的研究尚属起步,许多工艺问题有待解决,纳米陶瓷许多新的性能需要挖掘。如做外墙用的建筑陶瓷材料则具有自清洁和防雾功能,而且随着陶瓷尺寸达到纳米范围内时,陶瓷的各种性能随晶粒尺寸变化的规律即“尺寸效应”还没有被人们掌握,同时,对纳米陶瓷新颖的性能的机理等许多方面也需要进一步研究。随着科学技术的迅速发展和新工艺的运用,如何用更好的和普遍适用的烧结方法来烧结得到纳米陶瓷和发现纳米陶瓷新的性能将是以后人们研究的重点。
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纳米陶瓷范文第2篇
关键词：氧化铝陶瓷；硬度；抗弯强度；弹性模量
1 前言
氧化铝陶瓷，又称刚玉瓷，是一种以a-Al2O3为主晶相的结构陶瓷材料，由于其本身具有高熔点、高硬度、耐热、耐腐蚀、电绝缘性好等特性，因此，可以在较苛刻的条件下使用。氧化铝陶瓷的价格低廉，是目前生产量最大，应用面最广的陶瓷材料之一，主要应用于刀具、耐磨部件及生物陶瓷领域。此外，它还广泛应用于宇航、能源、航空航天、化学化工电子等方面[1]。近年来，由于对材料性能的要求高，人们提出各种提高氧化铝陶瓷性能的方法，其中主要有：热压烧结[2-4]、放电等离子烧结[5]、微波烧结[6]和加入添加剂[7]等。结果表明：采取一些新的措施后，使得氧化铝陶瓷在抗弯强度和硬度等方面的性能大大地提高。
本文以1μm 氧化铝粉为基体材料，分别加入0%、0.5%、1%、5%、10%和20%的30nm的纳米氧化铝粉；采用常规方法烧结得到一系列的氧化铝陶瓷；然后对氧化铝陶瓷的硬度、抗弯强度和弹性模量等方面的性能进行了测试。
2 实验内容
2.1 实验原料
本实验用的1μmAl2O3粉是由郑州融华公司生产，产品的基本参数为：外观为白色粉末、晶粒的平均粒径为1～1.5μm、晶体结构为α相，纯度≥99.8%，其他杂质为Na2O、SiO2和Fe2O3。30nm的Al2O3是由杭州万景新材料有限公司生产，产品的基本参数为：外观为白色粉末、晶体结构为α相，纯度≥99.9%、晶粒的平均粒径为30±5nm。
2.2 试验过程
本实验采用常规烧结方法来烧结氧化铝陶瓷。其具体过程如下：首先，30nm的Al2O3粉成形前需用超声波分散；然后，按照配方的要求准确称取所需的量加入到1μm 的Al2O3粉中；其次，再将质量分数为5%的PVA（聚乙烯醇）作为粘结剂加入到Al2O3粉中；最后，研磨均匀，在250 MPa的压力下压成尺寸约为3mm×4mm×36mm的坯体。样品在常规烧结中，其烧成制度为：升温速率为3℃/min，烧结温度为1600℃，保温时间为2h；达到保温时间后随炉冷却，样品经过粗磨、细磨、抛光；然后采用万能材料试验机测试其三点抗弯强度，要求试件跨距为30mm、加载速度为0.5mm/min。试样硬度由洛氏硬度计测得。
3 结果分析与讨论
加入不同含量的30nm Al2O3粉的氧化铝陶瓷的力学性能如图1、2、3所示。
由图1可知，随着纳米氧化铝粉含量的增加，样品的洛氏硬度（HRA）一直增加。当含量从0%增加到1%时，其洛氏硬度从82.2迅速增加到84.6。当添加量在5%～20%之间时，增加速度较慢，其最大值为86.4。由图2可知，断裂强度的变化曲线与硬度变化不同，随着纳米氧化铝粉的加入，断裂强度值的整体变化趋势为先降低，后增加。当添加量为0 %时，其断裂强度值为199.5MPa；随着纳米氧化铝粉的加入量为0.5%时，其断裂强度降低到190.1MPa；当纳米氧化铝粉的加入量为20%时，断裂强度值增加到209.1 MPa。由图3可知，当纳米氧化铝粉的加入量为0%时，其弹性模量为4337.7 MPa；当纳米氧化铝粉的加入量为0.5%时，弹性模量增加到11298.2 MPa；当纳米氧化铝粉的加入量为10%时，弹性模量达到最大，其值为64785.1 MPa。
从上面的分析可知，总体趋势是随着30nm的Al2O3的加入，氧化铝陶瓷的硬度、抗弯强度和弹性模量都增加，但其影响的趋势和程度不同。一般认为，加入纳米材料后样品力学性能的提高，其主要是因为纳米材料占据基体空隙位置和细化晶界所导致的。
4 结论
在1μm 的Al2O3粉中添加不同含量的30nm的氧化铝粉后，其氧化铝陶瓷的性能发生了改变。
（1） 随着纳米氧化铝粉含量的增加，样品的洛氏硬度（HRA）一直增加。当添加含量为20%时，洛氏硬度达到最大，其值为86.4。
（2） 随着纳米氧化铝粉含量的增加，断裂强度值的整体变化趋势为先降低，后增加。
（3） 随着纳米氧化铝粉含量的增加，弹性模量呈增加趋势，当添加量为10%时，其值达到最大，为64785.1 MPa。
（4） 加入纳米材料后样品力学性能在不同程度上得到了提高，其主要是因为纳米材料占据了基体空隙位置和细化晶界所导致的。
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纳米陶瓷范文第3篇
关键词：纳米；发动机油；行车试验
中图分类号：TE626.32 文献标识码：A
0 前言
以纳米材料作为油的添加剂是近几年纳米材料应用研究的热点，但由此制成并工业化生产的纳米油却鲜有报道。青岛康普顿石油化学有限公司早在2002便开始了纳米材料在油领域的应用研究。经过几年的潜心工作，于2005年推出了康普顿纳米陶瓷机油。为进一步探讨纳米机油的作用机理和应用功效，青岛康普顿石油化学公司进行了一系列的实验室模拟试验、发动机台架试验和实际的行车试验。作为行车试验的一部分，试验车辆的发动机均进行了拆检。本文通过对发动机磨损部位的磨损情况和沉积物情况的分析，详细评价了该机油的使用性能。
1 试验内容
1.1 试验用油
本次试验用油为青岛康普顿石油化学有限公司生产的康普顿纳米陶瓷机油SJ 5W/40，参比油为从市场上购买的某知名品牌的SL 5W/40机油，其理化指标见表1。
1.2 试验用车
试验选用青岛市第二汽车运输公司巴士分公司的7辆公交车进行试验，其主要技术指标及运行状况见表2。
1.3 试验过程
首先放净发动机油，对发动机进行拆验，对活塞、油底壳等清洗，进行需要尺寸和重量的记录，更换三滤、活塞环，装入试验油。每(2000±200) km采集油样，为减少补加油量对试验油的影响，按规定里程热车取样，并严格控制每次采油200 mL。取样后应补加相应数量的新油，按照试验要求对采集样品及时做出分析。
2 试验结果分析
2.1 试验车部位变形尺度分析
试验过程中，对每辆试验车发动机的主要部位做了精密测量，以求详细考察油品的性能，计算结果见表3。
通过表3可知：试验车与参比车的圆度变化为0.001 mm，0.005 mm；锥度变化为0.001 mm，0.004 mm；活塞裙部直径变化为0.002 mm，0.003 mm；活塞开口变化量均为0.010 mm；连杆直径均无变化。
2.2 发动机部位摩擦失重分析
试验过程中，对发动机的进、排气阀和连杆轴瓦清洗、干燥，称量计算如表4。
通过表4可以看出，在摩擦部件的失重方面，使用康普顿纳米陶瓷机油SJ 5W/40的车辆较使用SL 5W/40车辆排气阀平均失重降低了37.2%；进气阀平均失重降低了40.7%；连杆轴瓦平均失重降低了29.7%,这说明康普顿纳米陶瓷机油具有优异的抗磨损能力。
2.3 发动机沉积物分析
参照“进气阀积炭CRC评分级别”对实验车发动机的进气阀积炭情况进行了评分，如表5。
参照SH/T 003标准对发动机活塞环的活动性进行评价，如表6。
通过表5、表6、表7可以得出：无论是参比油SL 5W/40还是康普顿纳米机油SJ 5W/40都具有较好的清净分散性，试验车辆在实验里程内发动机清净状况都不错。
3 结论
通过对实际行车试验车辆的拆检分析得：康普顿纳米陶瓷机油SJ 5W/4和参比油SL 5W/40相比较在油品的抗氧化性能、清净分散性能相差无几的情况下，具有优异的抗磨性能，可显著减少机件的摩擦。
THE FIELD TEST OF COPTON NANO CERAMIC ENGINE OIL SJ 5W/40
WANG Qiang, ZHANG Hong-fu, XIAO Shu-mei, CHEN Jing, SUN Shu-ying, SHI Yan-hui, HU Bao-kun
（Qingdao Copton Petrochemical Co., Ltd., Qingdao 266100, China）
纳米陶瓷范文第4篇
论文摘要：本文从纳米材料在催化方面、涂料方面、其它精细化工方面和医药方面的应用等几个方面探讨了其在化工生产中的应用。
有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
一、纳米材料在工程上的应用
纳米材料的小尺寸效应使得通常在高温下才能烧结的材料如 si c, bc等在纳米尺度下在较低的温度下即可烧结 ,另一方面 ,纳米材料作为烧结过程中的活性添加剂使用也可降低烧结温度 ,缩短烧结时间。由于纳米粒子的尺寸效应和表面效应 ,使得纳米复相材料的熔点和相转变温度下降 ,在较低的温度下即可得到烧结性能良好的复相材料。由纳米颗粒构成的纳米陶瓷在低温下出现良好的延展性。纳米 ti o2 陶瓷在室温下具有良好的韧性 ,在 1 80°c下经受弯曲而不产生裂纹。纳米复合陶瓷具有良好的室温和高温力学性能 ,在切削刀具、轴承、汽车发动机部件等方面具有广泛的应用 ,在许多超高温、强腐蚀等许多苛刻的环境下起着其它材料无法取代的作用。随着陶瓷多层结构在微电子器件的包封、电容器、传感器等方面的应用 ,利用纳米材料的优异性能来制作高性能电子陶瓷材料也成为一大热点。有人预计纳米陶瓷很可能发展成为跨世纪新材料 ,使陶瓷材料的研究出现一个新的飞跃。纳米颗粒添加到玻璃中 ,可以明显改善玻璃的脆性。无机纳米颗粒具有很好的流动性 ,可以用来制备在某些特殊场合下使用的固体剂。
二、纳米材料在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。
日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米tio2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米sio2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米sio2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
三、纳米材料在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米tio2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的tio／sio2负载型光催化剂。ni或cu一zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
四、纳米陶瓷材料增韧改性
纳米陶瓷范文第5篇
[关键词]纳米SrTiO3；包覆；介电常数；介电损耗
中图分类号：TS980.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）16-0400-01
1.引言
由于纳米SrTiO3具有极大比表面能和表面积，极易团聚，因此制约其纳米材料的优异性能，而且SrTiO3基陶瓷材料也存在着不足，如SrTiO3电容器在高温高压领域中晶界势垒会减弱，导致漏电流增大[1]。为了克服这些缺点，科研工作这对SrTiO3基陶瓷进行改性。目前，其改性方法主要表面包覆改性[2，3]和掺杂[4]两种。而传统掺杂改性的方法是将掺杂后的SrTiO3粉体经球磨、混合、成型和烧结而实现，但这种方法很难充分混合，化学计量难以控制。因此，本工作研究采用非均匀形核法在纳米SrTiO3基陶瓷粉体表面包覆MgO，以改善其性能。
2.实验过程
以CH3（CH2）11SO4Na作为分散剂，将通过溶胶-水热法自制的纳米SrTiO3制备成稳定的悬浮液；然后加入MgCl2・6H2O作为包覆物，磁力搅拌30min，包覆物的量分别为：1mol%、3mol%、5mol%、10mol%；加入适量KOH溶液，经洗涤、干燥、800℃煅烧后即可得包覆SrTiO3末样品，再在1320℃下造粒烧结2h，最后制成MgO包覆SrTO3基复合陶瓷。
3.结果和讨论
3.1 MgO包覆纳米SrTiO3基复合陶瓷的XRD分析
将烧结好的陶瓷样品，用日本理学Rigaku D/Max 2500V型的X射线粉末衍射仪对样品进行测试。如图1所示XRD图谱分析的结果。随着包覆量的增大，可以看到图中做标记的地方出现杂峰，对皮PDF标准卡片可以知道，杂峰为MgO。说明在高温烧结后样品只存在SrTiO3和MgO两个相。第二相MgO相在SrTiO3晶界析出，形成第二相MgO，最终形SrTiO3陶瓷基相的包覆相，符合我们的预期。
3.2 MgO包覆纳米SrTiO3基复合陶瓷的介电性能分析
3.2.1介电常数ε的变化
由图2中左图的曲线可以看出，随着MgO包覆量增加，SrTiO3基包覆陶瓷介电常数一直减小，其原因是：MgO的相对介电常数只有10左右，而室温下纯SrTiO3的介电常数为300，根据复合效应，MgO包覆量的增加必然会导致SrTiO3基包覆型复合陶瓷介电常数的降低。同时，随着氧空位的增加将会破坏Ti-O链的谐振动从而降低SrTiO3基包覆型复合陶瓷的自发极化能力使居里温度下降[5]。从而造成室温下SrTiO3基包覆型复合陶瓷介电常数下降。
3.2.2介电损耗tanδ的变化
从图1右图中的曲线可以看出，随着包覆量的增加，介电损耗不断减少。铁电陶瓷材料的高频损耗机理目前还不清楚，一般认为主要是结构损耗占主导作用，这种损耗与材料结构的紧密程度有关。曲远方[6]曾指出凡是影响储能陶瓷电解质电导和极化的因素都会影响其介电损耗，因此复合陶瓷的化学成分、相结构、芯-壳结构等因素都会影响复合陶瓷的介电损耗。因此，室温下复合陶瓷的介电损耗比较低。
4 结论
本实验工作用MgO纳米SrTiO3进行包覆后，SrTiO3基包覆型复合陶瓷介电性能明显改善，介电常数减小，居里峰变宽。而且随着包覆介质MgO的不断加入，其介电系数和借点损耗的不断降低，所以在一点程度上包覆离子可以改善其电性能，但是当包覆的第二相越来越多时候，反而影响本基体的性能。
参考文献
[1] Rout S K PS， Bear J . . Study on electrical properties of Ni-doped SrTiO3 ceramics using impedance spectroscopy. Indian Academy of Science 2005，28：275-279.
[2] 常亮亮.钛酸锶掺杂改性研究进展.材料开发与应用，2014，01：89-93.
[3] 刘波，庄志强，刘勇，王悦辉.粉体的表面修饰与表面包覆方法的研究. 中国陶瓷工业，2004.
[4] 庄志强.粉体的表面修饰和表面包复与新一代电子陶瓷改性研究. In： 中国电子学会电子元件学术年会，2004.
[5] Liang Xiaofeng WW，Meng Yan.Chinese Journal of Rare Metals 2003，99：366-369.
[6] 曲远方.功能陶瓷及应用.In.北京：化工工业出版社，2003.
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