关于纳米陶瓷,简介,成形,特性,研究现状,应用前景,面临问题。

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陶瓷 2006.No.1

纳米陶瓷的发展及研究现状

刘 刚 王 铀

(哈尔滨工业大学材料学院 150001)

摘 要 综述了纳米陶瓷材料近年来的发展与应用,重点论述了纳米陶瓷的制备、性能及应用现状,并对纳米陶瓷的未来发展进行了展望。

关键词 纳米陶瓷 发展 性能 应用

材料、能源与信息被称为现代文明的三大支柱,可见材料对人类发展的重要性。材料不仅是人类进化的标志,而且是现代化的物质基础与先导。新型材料的研究、开发与应用能够极大地推动社会生产力的发展,提高国家的综合国力。

们把这种特殊效应称为表面效应[4~5]。由于表面原子数量的增多,原子配位不足及高的表面能,使这些表面原子具有高的活性,极不稳定,容易与其他原子结合,这是纳米具有强烈活性的根源。1.2.2 体积效应

当物质的体积减小时,可以改变物质本身的性质,因为纳米粒子是由有限个原子或分子组成,改变了原来无数个原子或分子组成的集体属性,如金属纳米微粒的电子结构与大块金属截然不同,这就是纳米粒子的体积效应。1.2.3 量子尺寸效应

量子尺寸效应又称为小尺寸效应,当粒子尺寸降低到纳米级别时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级、能隙变宽现象均成为量子尺寸效应。从而导致了纳米微粒磁、光、声、热、电,以及超导电性与宏观特性有着显著的不同。1.2.4 宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应[6]。近年来,人们发现一些宏观量(如微颗粒的磁化强度和量子相干器中的磁通量等)也具有隧道效应,被称为宏观量子隧道效应。对于纳米颗粒,这一特性的研究对发展微电子器件具有重要的理论与实际意义,它同量子尺寸效应一起确定了微电子器件进一步微型化的极限,也限定了采用磁带进行信息储存的最短时间。1.3 纳米材料的性能及其应用

1 纳米材料

1.1 纳米材料的概念和发展

纳米材料是指晶粒尺寸小于100nm的单晶体或多晶体,是介于宏观和微观之间的一种介观体系[1]。

大约在1861年,随着胶体化学的建立,科学家提出并对直径为1~100nm的粒子进行研究;直到20世纪60年代科学家们才有意识地提出纳米粒子,并把纳米粒子作为研究对象来探索其中的奥秘;在20世纪80年代末、90年代初掀起了纳米科技的热潮,1990年7月在美国巴尔的摩召开的全世界第一届纳米科学技术学术会议,标志着/纳米热潮0的到来。纳米材料被认为是21世纪最有前途的材料[2~3]。1.2 纳米粒子的特性

纳米数量级的介观粒子具有许多微观和宏观物质所不具有的独特性质,主要包括表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、KUBO效应等。1.2.1 表面效应

当粒子直径远远大于原子直径时(>0.1Lm)表面原子可以忽略,但当粒子直径逐渐接近原子直径时,表面原子的数目及作用就不能忽略,而且这时粒子的比