第8章典型無機(jī)材料的合成

1、晶體生長(zhǎng)方法晶體生長(zhǎng)方法 固相生長(zhǎng)法固相生長(zhǎng)法氣相生長(zhǎng)法氣相生長(zhǎng)法流變相反應(yīng)法流變相反應(yīng)法溶液生長(zhǎng)法溶液生長(zhǎng)法熔體生長(zhǎng)法熔體生長(zhǎng)法陶器陶器 瓷器瓷器以粘土為主要原料燒成的硅酸鹽制品：以粘土為主要原料燒成的硅酸鹽制品： 沸石、分子篩沸石、分子篩 zeolite陶瓷（陶瓷（CeramicsCeramics）是一類無機(jī)非金屬固體是一類無機(jī)非金屬固體材料。陶瓷材料的形態(tài)可以分為材料。陶瓷材料的形態(tài)可以分為單晶、燒結(jié)單晶、燒結(jié)體、玻璃、復(fù)合體和結(jié)合體體、玻璃、復(fù)合體和結(jié)合體，這些形態(tài)各有，這些形態(tài)各有利弊：?jiǎn)尉Ь哂芯芄δ?，但成型加工困難，利弊：?jiǎn)尉Ь哂芯芄δ?，但成型加工困難，成本高，硬而脆。多晶陶瓷

2、材料往往采用燒成本高，硬而脆。多晶陶瓷材料往往采用燒結(jié)方式成型。陶瓷的典型代表有瓷器、耐火結(jié)方式成型。陶瓷的典型代表有瓷器、耐火材料、水泥、玻璃和研磨材料等。材料、水泥、玻璃和研磨材料等。陶瓷陶瓷精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷在組成上，傳統(tǒng)陶瓷往往是采用在組成上，傳統(tǒng)陶瓷往往是采用雜質(zhì)較多的天然原雜質(zhì)較多的天然原料料（如硅酸鹽），在常溫下成型、在高溫下燒結(jié)而（如硅酸鹽），在常溫下成型、在高溫下燒結(jié)而成的燒結(jié)體。這種陶瓷材料稱作成的燒結(jié)體。這種陶瓷材料稱作傳統(tǒng)陶瓷傳統(tǒng)陶瓷。制陶工。制陶工藝近幾十年來發(fā)展迅速，制得了廣泛應(yīng)用在電子、藝近幾十年來發(fā)展迅速，制得了廣泛應(yīng)用在電子、能源諸多領(lǐng)域的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度、耐腐

3、蝕性、絕能源諸多領(lǐng)域的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性、絕緣性以及各種電磁優(yōu)越性能的新型陶瓷材料，稱之緣性以及各種電磁優(yōu)越性能的新型陶瓷材料，稱之為為精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷（Fine CeramicsFine Ceramics），或），或先進(jìn)陶瓷先進(jìn)陶瓷、高技高技術(shù)陶瓷術(shù)陶瓷。精細(xì)陶瓷材料有各種化學(xué)成分，包括硅酸鹽、氧化精細(xì)陶瓷材料有各種化學(xué)成分，包括硅酸鹽、氧化物、碳化物、氮化物及鋁酸鹽等。雖然大多數(shù)陶瓷物、碳化物、氮化物及鋁酸鹽等。雖然大多數(shù)陶瓷材料含有金屬離子，但也有例外。材料含有金屬離子，但也有例外。陶瓷陶瓷精細(xì)陶瓷精細(xì)陶瓷某些精細(xì)陶瓷的應(yīng)用實(shí)例某些精細(xì)陶瓷的應(yīng)用實(shí)例 材料材料特特 性性應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)

4、用領(lǐng)域用用 途途代表物質(zhì)代表物質(zhì)電子材料壓電壓電性性點(diǎn)火元件、壓電點(diǎn)火元件、壓電濾波器、表面波濾波器、表面波器件，壓電變壓器件，壓電變壓器、壓電振動(dòng)器器、壓電振動(dòng)器引燃器、引燃器、FM、TV，鐘表、，鐘表、超聲波、手超聲波、手術(shù)刀術(shù)刀Pb(Zr,Ti)O3, ZrO,LiNbO3, 水晶半導(dǎo)半導(dǎo)體體熱敏電阻、非線熱敏電阻、非線性半導(dǎo)體，氣體性半導(dǎo)體，氣體吸著半導(dǎo)體吸著半導(dǎo)體溫度計(jì)，加熱溫度計(jì)，加熱器，太陽電池，器，太陽電池，氣體傳感器氣體傳感器Fe-Co-Mn-Si-OBaTiO3CdS-Cu2S導(dǎo)電導(dǎo)電性性超導(dǎo)體超導(dǎo)體快離子導(dǎo)體快離子導(dǎo)體導(dǎo)電材料導(dǎo)電材料固體電解質(zhì)固體電解質(zhì)Yba2Cu3O7

5、-xNa-Al2O3,-AgI絕緣絕緣體體絕緣體絕緣體集成電路襯集成電路襯底底Al2O3, MgAl2O4磁性磁性材料材料磁性磁性硬質(zhì)磁性體硬質(zhì)磁性體鐵氧體磁體鐵氧體磁體（Ba,Sr）O6Fe2O3磁性磁性軟質(zhì)磁性體軟質(zhì)磁性體存儲(chǔ)元件存儲(chǔ)元件（Zn,M）Fe3O4（M=Mo,Co,Ni,Mg等） 超 硬超 硬材料材料 耐磨耗性耐磨耗性 軸軸 承承Al2O3，B4C 切切 削削 性性 車車 刀刀Al2O3，Si3N4 光學(xué)光學(xué)材料材料 熒熒 光光 性性 激光二極管激光二極管 發(fā)光二極管發(fā)光二極管全息攝影全息攝影光通訊，計(jì)測(cè)光通訊，計(jì)測(cè)GaP、GaAsGaAsP 透透 光光 性性透明導(dǎo)電體透明導(dǎo)電

6、體透明電極透明電極SnO2,In2O3 透透 光光 偏偏 光光 性性透光壓電體透光壓電體壓電磁器件壓電磁器件(Pb，La)(Zr，Ti)O3 導(dǎo)導(dǎo) 光光 性性 通訊光纜通訊光纜玻璃纖維玻璃纖維用共熔法生長(zhǎng)制備了 多個(gè)系列的量子點(diǎn)玻璃樣品，隨著玻璃中的量子點(diǎn)由小到大變化，玻璃的顏色 由黃變紅，這是量子尺寸量子尺寸效應(yīng)的直觀表現(xiàn)效應(yīng)的直觀表現(xiàn)?？梢酝ㄟ^一個(gè)熱輻射體（太陽、鐵水、爐腔等）的顏色， 判斷熱輻射體的溫度；而通過半導(dǎo)體量子點(diǎn)玻璃的顏色，可以估計(jì)（也可以準(zhǔn)確分析）玻璃中 量子點(diǎn)的大小。圖中樣品的量子點(diǎn)直徑由3.2nm逐漸增大到6.4nm. 采用濕化學(xué)法制備納米級(jí)超細(xì)活性氧化鋅，可用各種含鋅物

7、料為原料，采用酸浸，浸出鋅，經(jīng)過多次凈化除去原料中的雜質(zhì)，然后沉淀獲得堿式碳酸鋅，最后焙解獲得納米氧化鋅。 老鼠股骨骨骼照片人工合成骨骼替代品電鏡照片1991年日本年日本Sumio Iijima（飯島澄男）用電弧放電法制備用電弧放電法制備C60得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管得到的碳炱中發(fā)現(xiàn)管狀的碳狀的碳管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)，基本管碳的壁為類石墨二維結(jié)構(gòu)，基本上由六元并環(huán)構(gòu)成，按管壁上的碳碳鍵與上由六元并環(huán)構(gòu)成，按管壁上的碳碳鍵與管軸的幾何關(guān)系可分為管軸的幾何關(guān)系可分為“扶手椅管扶手椅管”、“鋸齒狀管鋸齒狀管”和和“螺管螺管”三大類，按管口三大類，按管口是否封閉可分為是否封閉可分為“封口管封口管”和和“

8、開口管開口管”，按管壁層數(shù)可分為單層管（按管壁層數(shù)可分為單層管（SWNT）和多）和多層管（層管（MWNT）。管碳的長(zhǎng)度通常只達(dá)到）。管碳的長(zhǎng)度通常只達(dá)到納米級(jí)（納米級(jí)（1nm=10-9m）。）。碳納米管碳納米管單壁碳納米管的電鏡照片和結(jié)構(gòu)示意圖2008年年Kavli（卡弗里納）納米科學(xué)獎(jiǎng)（卡弗里納）納米科學(xué)獎(jiǎng) 2008.5.28挪威皇家科學(xué)院正式宣布將卡弗里納挪威皇家科學(xué)院正式宣布將卡弗里納米科學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授米科學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授Louis E. Brus和日本和日本NEC物理學(xué)教授物理學(xué)教授S. Iijima （飯島澄男）。他們開創(chuàng)性的工作，使得后人可以把納米）。他們

9、開創(chuàng)性的工作，使得后人可以把納米技術(shù)應(yīng)用于能源、環(huán)境、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)、技術(shù)應(yīng)用于能源、環(huán)境、化學(xué)、材料、生物醫(yī)學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域。電子學(xué)等領(lǐng)域。Pb(NO3)2 aq + NaOH aq + CTABPb(OH)3- CTA+PbO2 Nanorods Pb3O4 NanorodspH = 14 at 85 oC for 3 hhydrothermal reactionat 140 oC for 5 hClO-控制合成途徑控制合成途徑(a)(b)1020304050607080ab 710321320330420 33244020231011222021111023102203111213

10、0002220121020011110 Intesity (A.U.)2(degree)納米材料的研究手段納米材料的研究手段-XRD-XRD謝樂公式、半峰寬TEM-HRTEMTEM-HRTEM納米材料的研究手段-HRTEM將C60裝入碳納米管中觀測(cè)。照射時(shí)間 通過飛秒級(jí)激光脈沖擊打藍(lán)寶石表面，在此過程中，藍(lán)寶石噴射出原子而留下一個(gè)淺淺的彈坑。晶體經(jīng)再加熱和再次噴射，形成了所展示的內(nèi)部深層結(jié)構(gòu)。1飛秒是千萬億分之一秒。 原子力顯微鏡AFM2007年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，德國(guó)物理學(xué)家年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，德國(guó)物理學(xué)家葛葛林柏格林柏格（Peter Gruenberg），）， （左）和法國(guó)（左）和法國(guó)物

11、理學(xué)家物理學(xué)家費(fèi)爾特費(fèi)爾特（Albert Fert） 。以表彰他們?cè)谝员碚盟麄冊(cè)?988年分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效年分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)（應(yīng)（giant magnetoresistance, GMR）。該）。該項(xiàng)發(fā)明對(duì)電腦磁盤以及各類通過磁性來記錄數(shù)項(xiàng)發(fā)明對(duì)電腦磁盤以及各類通過磁性來記錄數(shù)據(jù)的技術(shù)產(chǎn)生了重大影響，同時(shí)有助于今日電據(jù)的技術(shù)產(chǎn)生了重大影響，同時(shí)有助于今日電子元件的微型化，從而獲得今年諾貝爾物理獎(jiǎng)子元件的微型化，從而獲得今年諾貝爾物理獎(jiǎng)委員會(huì)的肯定。委員會(huì)的肯定。費(fèi)爾特現(xiàn)為法國(guó)巴黎第十一大學(xué)（費(fèi)爾特現(xiàn)為法國(guó)巴黎第十一大學(xué)（Universit Paris-Sud 11）物理學(xué)教授，葛

12、林柏格則為德）物理學(xué)教授，葛林柏格則為德國(guó)尤里西研究中心國(guó)尤里西研究中心(Jlich Research Centre)的資深科學(xué)家，兩人在的資深科學(xué)家，兩人在1988年分別發(fā)現(xiàn)奈米結(jié)年分別發(fā)現(xiàn)奈米結(jié)構(gòu)下的巨磁電阻效應(yīng)。構(gòu)下的巨磁電阻效應(yīng)。瑞典皇家科學(xué)院在宣布諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，贊瑞典皇家科學(xué)院在宣布諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí)，贊揚(yáng)這種巨磁電阻效應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用為硬碟讀取資揚(yáng)這種巨磁電阻效應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用為硬碟讀取資料帶來革命性改變，也在其它電磁感應(yīng)應(yīng)用上料帶來革命性改變，也在其它電磁感應(yīng)應(yīng)用上扮演重要角色，可以被視為奈米科技首度實(shí)際扮演重要角色，可以被視為奈米科技首度實(shí)際應(yīng)用于前景可期的領(lǐng)域應(yīng)用于前景可期的領(lǐng)域。

13、納米陶瓷：納米陶瓷：指顯微結(jié)構(gòu)中的物相指顯微結(jié)構(gòu)中的物相(包括晶粒尺寸、晶界寬度、包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔與尺寸缺陷等第二相分布、氣孔與尺寸缺陷等)都在納米量級(jí)水都在納米量級(jí)水平上的陶瓷材料平上的陶瓷材料。 現(xiàn)有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微米級(jí)的現(xiàn)有陶瓷材料的晶粒尺寸一般是在微米級(jí)的水平。當(dāng)其晶粒尺寸變小到納米級(jí)的范圍時(shí)，晶水平。當(dāng)其晶粒尺寸變小到納米級(jí)的范圍時(shí)，晶粒的表面積和晶界的體積會(huì)以相應(yīng)的倍數(shù)增加，粒的表面積和晶界的體積會(huì)以相應(yīng)的倍數(shù)增加，晶粒的表面能亦隨之劇增。晶粒的表面能亦隨之劇增。 由于顆粒的線度減少而引起表面效應(yīng)和體積由于顆粒的線度減少而引起表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，

14、使得材料的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列變效應(yīng)，使得材料的物理、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列變化，而且甚至出現(xiàn)許多特殊的物理與化學(xué)性質(zhì)。化，而且甚至出現(xiàn)許多特殊的物理與化學(xué)性質(zhì)。粉體合成按合成條件分類粉體合成按合成條件分類：1、氣相法氣相法：氣相法是直接利用氣體，或：氣相法是直接利用氣體，或 者通過各者通過各種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物種手段將物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w，使之在氣體狀態(tài)下發(fā)生物理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長(zhǎng)大形理變化或者化學(xué)反應(yīng)，最后在冷卻過程中凝聚長(zhǎng)大形成納米粒子的方法。成納米粒子的方法。 優(yōu)點(diǎn)：制得的納米陶瓷粉體的純度較高，團(tuán)聚較優(yōu)點(diǎn)：制得的納米陶瓷粉體的純度較高，團(tuán)聚較

15、少，燒結(jié)性能較好少，燒結(jié)性能較好 缺點(diǎn)：產(chǎn)量低，設(shè)備昂貴缺點(diǎn)：產(chǎn)量低，設(shè)備昂貴 納米材料的納米材料的制備制備： 納米粉體的合成納米粉體的合成 素坯的成型素坯的成型 產(chǎn)品的燒結(jié)產(chǎn)品的燒結(jié)2、液相法液相法 ：液相法則是選擇一種或多種合適的液相法則是選擇一種或多種合適的可溶性金屬鹽類，按所制備的材料組成計(jì)量配制成可溶性金屬鹽類，按所制備的材料組成計(jì)量配制成溶液，再選擇一種合適的沉淀劑或用蒸發(fā)、升華、溶液，再選擇一種合適的沉淀劑或用蒸發(fā)、升華、水解等操作，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最水解等操作，使金屬離子均勻沉淀或結(jié)晶出來，最后將沉淀或結(jié)晶脫水或者加熱分解而得到納米陶瓷后將沉淀或結(jié)晶脫水或者加熱分

16、解而得到納米陶瓷粉體粉體 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備較簡(jiǎn)單，粉體較純，團(tuán)聚少，易工業(yè)化優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備較簡(jiǎn)單，粉體較純，團(tuán)聚少，易工業(yè)化生產(chǎn)生產(chǎn) 3、固相法固相法：指納米粉體是由固相原料制得，按其指納米粉體是由固相原料制得，按其加工的工藝特點(diǎn)可分為機(jī)械粉碎法和固相反應(yīng)法兩加工的工藝特點(diǎn)可分為機(jī)械粉碎法和固相反應(yīng)法兩 類。類。優(yōu)點(diǎn)：所用設(shè)備較簡(jiǎn)單，方便操作優(yōu)點(diǎn)：所用設(shè)備較簡(jiǎn)單，方便操作缺點(diǎn)：純度較低，料度分布較廣缺點(diǎn)：純度較低，料度分布較廣素坯成型素坯成型:是將粉末轉(zhuǎn)變成具有一定形狀、體積和強(qiáng)是將粉末轉(zhuǎn)變成具有一定形狀、體積和強(qiáng)度的坯體的過程度的坯體的過程,素坯的相對(duì)素坯的相對(duì) 密度和顯微結(jié)構(gòu)的均勻密度和顯微結(jié)構(gòu)的均

17、勻性對(duì)陶瓷在燒結(jié)過程中的致密化有極大的影響性對(duì)陶瓷在燒結(jié)過程中的致密化有極大的影響 素坯的成型方法：素坯的成型方法：傳統(tǒng)方法：干壓成型、離心注漿法、擠壓法、注射法傳統(tǒng)方法：干壓成型、離心注漿法、擠壓法、注射法新型方法：凝膠注膜法、直接凝固注模成新型方法：凝膠注膜法、直接凝固注模成 型型燒結(jié)燒結(jié)：陶瓷材料致密化、晶體長(zhǎng)大、晶界形成的過程陶瓷材料致密化、晶體長(zhǎng)大、晶界形成的過程 納米陶瓷燒結(jié)過程的關(guān)鍵：納米陶瓷燒結(jié)過程的關(guān)鍵：如何在控制晶粒長(zhǎng)大很少的前提下實(shí)現(xiàn)致密化如何在控制晶粒長(zhǎng)大很少的前提下實(shí)現(xiàn)致密化燒結(jié)方法：（傳統(tǒng)）無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)仍廣泛使用。燒結(jié)方法：（傳統(tǒng)）無壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)仍廣泛使用

18、。（新）微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)、高壓燒結(jié)、爆炸燒（新）微波燒結(jié)、等離子體燒結(jié)、高壓燒結(jié)、爆炸燒結(jié)結(jié)1、高強(qiáng)度高強(qiáng)度：納米陶瓷的性能：納米陶瓷的性能： 納米陶瓷材料在壓制、燒結(jié)后，其強(qiáng)度比普通陶納米陶瓷材料在壓制、燒結(jié)后，其強(qiáng)度比普通陶瓷材料高出瓷材料高出4-5倍，如在倍，如在 100度下，納米度下，納米TiO2陶瓷的顯陶瓷的顯微硬度為微硬度為13000KN/mm2，而普通，而普通TiO2陶瓷的顯微硬陶瓷的顯微硬度低于度低于2000KN/mm2。日本的新原皓一制備了納米陶。日本的新原皓一制備了納米陶瓷復(fù)合材料，并測(cè)定了其相關(guān)的力學(xué)性能，研究表明瓷復(fù)合材料，并測(cè)定了其相關(guān)的力學(xué)性能，研究表明納米陶

19、瓷復(fù)合材料在韌性和強(qiáng)度上都比原來基體單相納米陶瓷復(fù)合材料在韌性和強(qiáng)度上都比原來基體單相材料均有較大程度的改善，對(duì)材料均有較大程度的改善，對(duì) Al2O3/SiC 系統(tǒng)來說，系統(tǒng)來說，納米復(fù)合材料的強(qiáng)陶度比單相氧化鋁的強(qiáng)度提高了納米復(fù)合材料的強(qiáng)陶度比單相氧化鋁的強(qiáng)度提高了3-4倍。倍。2、韌性韌性 傳統(tǒng)的陶瓷由于其粒徑較大，在外表現(xiàn)出很強(qiáng)傳統(tǒng)的陶瓷由于其粒徑較大，在外表現(xiàn)出很強(qiáng)的脆性，但是納米陶瓷由于其晶粒尺寸小至納米級(jí)，的脆性，但是納米陶瓷由于其晶粒尺寸小至納米級(jí)，在受力時(shí)可產(chǎn)生變形而表現(xiàn)出一定的韌性。在受力時(shí)可產(chǎn)生變形而表現(xiàn)出一定的韌性。 如室溫下的納米如室溫下的納米TiO2陶瓷表現(xiàn)出很高的韌

20、性，陶瓷表現(xiàn)出很高的韌性，壓縮至原長(zhǎng)度的壓縮至原長(zhǎng)度的 1/4仍不破碎。仍不破碎。1988年年Lzaki 等人等人首先用納米碳化硅補(bǔ)強(qiáng)氮化硅陶瓷使氮化硅陶瓷力首先用納米碳化硅補(bǔ)強(qiáng)氮化硅陶瓷使氮化硅陶瓷力學(xué)性能顯著改善。學(xué)性能顯著改善。3、超塑性超塑性 超塑性是指在拉伸試驗(yàn)中，在一定的應(yīng)變速率下，超塑性是指在拉伸試驗(yàn)中，在一定的應(yīng)變速率下，材料產(chǎn)生較大的拉伸形變。材料產(chǎn)生較大的拉伸形變。如如 Nieh 等人在四方二氧等人在四方二氧化鋯中加入化鋯中加入 Y2O3的陶瓷材料中觀察到超塑性達(dá)的陶瓷材料中觀察到超塑性達(dá)800%.上海硅酸鹽研究所研究發(fā)現(xiàn)，納米上海硅酸鹽研究所研究發(fā)現(xiàn)，納米 3Y-TZP陶

21、瓷陶瓷(100nm左右左右)在經(jīng)室溫循環(huán)拉伸試驗(yàn)后，其樣品的斷在經(jīng)室溫循環(huán)拉伸試驗(yàn)后，其樣品的斷口區(qū)域發(fā)生了局部超塑性形變，形變量高達(dá)口區(qū)域發(fā)生了局部超塑性形變，形變量高達(dá)380%，并從斷口側(cè)面觀察到了大量通常出現(xiàn)在金屬斷口的滑并從斷口側(cè)面觀察到了大量通常出現(xiàn)在金屬斷口的滑移線，這些都確認(rèn)了納米陶瓷材料存在著拉伸超塑性。移線，這些都確認(rèn)了納米陶瓷材料存在著拉伸超塑性。4、燒結(jié)特性燒結(jié)特性 納米陶瓷材料的燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)陶瓷材料約低納米陶瓷材料的燒結(jié)溫度比傳統(tǒng)陶瓷材料約低600,燒結(jié)過程也大大縮短。燒結(jié)過程也大大縮短。12nm的的TiO2粉體，粉體，不加任何燒結(jié)助劑，可以在低于常規(guī)燒結(jié)溫度不加任何

22、燒結(jié)助劑，可以在低于常規(guī)燒結(jié)溫度 400-600下進(jìn)行燒結(jié)，同時(shí)陶瓷的致密化速率也下進(jìn)行燒結(jié)，同時(shí)陶瓷的致密化速率也迅速提高。通過對(duì)加迅速提高。通過對(duì)加3%Y2O3的的ZrO2納米陶瓷粉納米陶瓷粉體的致密化和晶粒生長(zhǎng)這體的致密化和晶粒生長(zhǎng)這 2個(gè)高溫動(dòng)力學(xué)過程研個(gè)高溫動(dòng)力學(xué)過程研究表明，由于晶粒尺寸小，分布窄，晶界與氣孔究表明，由于晶粒尺寸小，分布窄，晶界與氣孔的分離區(qū)減小，燒結(jié)溫度的降低使得燒結(jié)過程中的分離區(qū)減小，燒結(jié)溫度的降低使得燒結(jié)過程中不易出現(xiàn)晶粒的異常生長(zhǎng)。控制燒結(jié)的條件，可不易出現(xiàn)晶粒的異常生長(zhǎng)?？刂茻Y(jié)的條件，可獲得晶粒分布均勻的納米陶瓷塊體。獲得晶粒分布均勻的納米陶瓷塊體。 1

23、、應(yīng)用于提高陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)用于提高陶瓷材料的機(jī)械強(qiáng)度 結(jié)構(gòu)陶瓷是以強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性、結(jié)構(gòu)陶瓷是以強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性、硬度、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能為特征的材料。硬度、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能為特征的材料。 用納米陶瓷粉體制備的陶瓷材料能有效減用納米陶瓷粉體制備的陶瓷材料能有效減少材料表面的缺陷少材料表面的缺陷,獲得形態(tài)均一和平滑的表面獲得形態(tài)均一和平滑的表面,能增強(qiáng)界面活性能增強(qiáng)界面活性,提高材料單晶的強(qiáng)度提高材料單晶的強(qiáng)度,還能有還能有效降低應(yīng)力集中效降低應(yīng)力集中,減少磨損減少磨損,特別是可以有效提特別是可以有效提高陶瓷材料的韌性。高陶瓷材料的韌性。 納米陶瓷的應(yīng)用納米陶瓷的應(yīng)用：2

24、、應(yīng)用于提高陶瓷材料的超塑性應(yīng)用于提高陶瓷材料的超塑性 只有陶瓷粉體的粒度小到一定程度才能在陶只有陶瓷粉體的粒度小到一定程度才能在陶瓷材料中產(chǎn)生超塑性行為瓷材料中產(chǎn)生超塑性行為,其原因是晶粒的納米化其原因是晶粒的納米化有助于晶粒間產(chǎn)生相對(duì)滑移有助于晶粒間產(chǎn)生相對(duì)滑移,使材料具有塑性行為。使材料具有塑性行為。3、應(yīng)用于制備電子應(yīng)用于制備電子(功能功能)陶瓷陶瓷 納米陶瓷粉體之所以廣泛地用于制備電子陶納米陶瓷粉體之所以廣泛地用于制備電子陶瓷瓷,原因在于陶瓷粉體晶粒的納米化會(huì)造成晶界數(shù)原因在于陶瓷粉體晶粒的納米化會(huì)造成晶界數(shù)量的大大增加量的大大增加,當(dāng)陶瓷中的晶粒尺寸減小一個(gè)數(shù)量當(dāng)陶瓷中的晶粒尺寸減

25、小一個(gè)數(shù)量級(jí)級(jí),則晶粒的表面積及晶界的體積亦以相應(yīng)的倍數(shù)則晶粒的表面積及晶界的體積亦以相應(yīng)的倍數(shù)增加增加 4、應(yīng)用于制備陶瓷工具刀應(yīng)用于制備陶瓷工具刀 納米技術(shù)的出現(xiàn)以及納米粉體的工業(yè)化生產(chǎn)納米技術(shù)的出現(xiàn)以及納米粉體的工業(yè)化生產(chǎn),使使得制備金屬陶瓷刀成為現(xiàn)實(shí)。得制備金屬陶瓷刀成為現(xiàn)實(shí)。 在金屬陶瓷中主要加入納米氮化鈦以后可以細(xì)在金屬陶瓷中主要加入納米氮化鈦以后可以細(xì)化晶?；Я?晶粒細(xì)小有利于提高材料的強(qiáng)度、硬度晶粒細(xì)小有利于提高材料的強(qiáng)度、硬度,同時(shí)同時(shí)斷裂韌性也得到提高斷裂韌性也得到提高5、應(yīng)用于制備生物陶瓷應(yīng)用于制備生物陶瓷 1）接近于生物惰性的陶瓷）接近于生物惰性的陶瓷,如氧化鋁如氧化

26、鋁 (Al2O3) 2）表面活性生物陶瓷）表面活性生物陶瓷,如致密羥基磷灰石如致密羥基磷灰石(10CaO-3P2O5H2O)。 3）可吸收生物陶瓷）可吸收生物陶瓷,如磷酸三鈣如磷酸三鈣(CaO-P2O5) (TCP)6、應(yīng)用于制備功能性陶瓷纖維應(yīng)用于制備功能性陶瓷纖維 (1) 防紫外線纖維。防紫外線纖維。 (2) 遠(yuǎn)紅外線保溫纖維。遠(yuǎn)紅外線保溫纖維。 (3) 抗菌防臭纖維抗菌防臭纖維 長(zhǎng)程無序長(zhǎng)程無序比晶態(tài)材料易于制備比晶態(tài)材料易于制備所適應(yīng)的化學(xué)組成范圍廣泛，且組成可以連續(xù)變所適應(yīng)的化學(xué)組成范圍廣泛，且組成可以連續(xù)變化化熔體冷卻法熔體冷卻法：傳統(tǒng)玻璃冷卻法，超速冷卻法，激：傳統(tǒng)玻璃冷卻法，超

27、速冷卻法，激光自旋融化和自由落下冷卻法光自旋融化和自由落下冷卻法氣相凝聚法氣相凝聚法：真空蒸鍍法，輝光放電分解法，化：真空蒸鍍法，輝光放電分解法，化學(xué)氣相沉積法，濺射法學(xué)氣相沉積法，濺射法晶體能量泵入法晶體能量泵入法：破壞晶體中的長(zhǎng)程有序：破壞晶體中的長(zhǎng)程有序化學(xué)反應(yīng)法化學(xué)反應(yīng)法：溶液反應(yīng)，溶膠：溶液反應(yīng)，溶膠-凝膠法，微乳液法，凝膠法，微乳液法，先驅(qū)物法，流變相法先驅(qū)物法，流變相法硅鋁比硅鋁比:Si/Al, or SiO2/Al2O3分子篩分子篩泡沸石（又稱沸石）是一種泡沸石（又稱沸石）是一種含結(jié)晶水的具有多孔含結(jié)晶水的具有多孔結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的的鋁硅酸鹽鋁硅酸鹽M2OAl2O3xSiO2yH2O）

28、，共中有許），共中有許多多籠狀籠狀空穴和通道。這種結(jié)構(gòu)使它很容易可逆地吸收空穴和通道。這種結(jié)構(gòu)使它很容易可逆地吸收或失去或失去水及共它小分子水及共它小分子，如，如CO2、NH3、甲醇、乙醇等，、甲醇、乙醇等，但它不吸收那些大得不能進(jìn)入空穴的分子，因而起著但它不吸收那些大得不能進(jìn)入空穴的分子，因而起著“篩分篩分”的作用，故有的作用，故有“分子篩分子篩”之稱。分子篩有沸之稱。分子篩有沸石分子篩和高嶺土分子篩，有石分子篩和高嶺土分子篩，有天然的和人工合成的天然的和人工合成的。泡沸石就是一種天然分子篩。泡沸石就是一種天然分子篩。 分子篩具有很好的選擇性吸附、催化和離子交換能力，它分子篩具有很好的選擇性

29、吸附、催化和離子交換能力，它能吸附分離某些氣體（如氨氣、氮?dú)獾龋?、水、液體混合物或能吸附分離某些氣體（如氨氣、氮?dú)獾龋?、水、液體混合物或除去某些有害氣體，達(dá)到凈化與干燥的目的；除去某些有害氣體，達(dá)到凈化與干燥的目的；作為催化劑，用于石油催化裂化等工業(yè)，它具有很高的活性，作為催化劑，用于石油催化裂化等工業(yè)，它具有很高的活性，較好的選擇性和熱穩(wěn)定性；較好的選擇性和熱穩(wěn)定性；此外還可用于中空玻璃生產(chǎn)及水處理領(lǐng)域，都有顯著的效果。此外還可用于中空玻璃生產(chǎn)及水處理領(lǐng)域，都有顯著的效果。 分子篩是以選擇性吸附為特征。分子篩一詞是為描述一類分子篩是以選擇性吸附為特征。分子篩一詞是為描述一類具有選擇性吸附性質(zhì)

30、的材料。具有選擇性吸附性質(zhì)的材料。McBain于于1932年提出，當(dāng)時(shí)只年提出，當(dāng)時(shí)只有兩類分子篩是已知的：天然沸石和活性炭。后來，又有多種有兩類分子篩是已知的：天然沸石和活性炭。后來，又有多種分子篩材料被發(fā)現(xiàn)，包括硅酸鹽、磷酸鹽、氧化物等。分子篩材料被發(fā)現(xiàn)，包括硅酸鹽、磷酸鹽、氧化物等。文獻(xiàn)中沸石一詞常常被用來描述各種多孔化合物，其實(shí)沸石的文獻(xiàn)中沸石一詞常常被用來描述各種多孔化合物，其實(shí)沸石的嚴(yán)格定義應(yīng)該是一類結(jié)晶的硅鋁酸鹽微孔結(jié)晶體，包括天然和嚴(yán)格定義應(yīng)該是一類結(jié)晶的硅鋁酸鹽微孔結(jié)晶體，包括天然和人工合成的。而那些具有類似結(jié)構(gòu)的磷酸鹽和純硅酸鹽等應(yīng)該人工合成的。而那些具有類似結(jié)構(gòu)的磷酸鹽和純硅酸鹽等應(yīng)該稱為類沸石材料。不論其具有一直的沸石結(jié)構(gòu)，還是新結(jié)構(gòu)。稱為類沸石材料。不論其具有一直的沸石結(jié)構(gòu)，還是新結(jié)構(gòu)。有吸附能力（客體分子水或模版劑能被除去）的材料才能被稱有吸附能力（客體分子水或模版劑能被除去）的材料才能被稱之為微孔材料或分