納米陶瓷概述

1、納米陶瓷概述 納米陶瓷的定義 納米陶瓷的發(fā)展納米陶瓷定義 納米陶瓷是指陶瓷材料的顯微結(jié)構(gòu)中，晶粒、晶界以及它們之間的結(jié)合都處于納米尺寸水平。包括晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸、缺陷尺寸都是納米級(jí)。 由于納米陶瓷的晶粒細(xì)化，晶界數(shù)量大幅度增加，可使材料的韌性和塑性大為提高，并對(duì)材料的電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能產(chǎn)生重要的影響。 納米陶瓷粉體是介于固體與分子之間的具有納米尺寸（0.1-lOOnm)的亞穩(wěn)態(tài)中間物質(zhì)。隨著粉體的超細(xì)化，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了塊狀材料所不具有的特殊的效應(yīng)： 1具有極小的粒徑、大的比表面積和高的化學(xué)性能?？梢越档筒牧系臒Y(jié)致密化程度，節(jié)約能源。

2、 2.使材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性。 3.可以從納米材料的結(jié)構(gòu)層次(0.1-100nm)上控制材料的成分和結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能。而使定向設(shè)計(jì)納米材料的組織結(jié)構(gòu)和性能成為可能。 納米粉體又是制造納米陶瓷的必須原料，具有體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等各種效應(yīng)，所以納米粉體表現(xiàn)出強(qiáng)吸光能力、高活性、高催化性、高選擇性、高擴(kuò)散性、高磁化率和矯頑力等奇特理化性能。尺寸效應(yīng) 顆粒尺寸變小引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為尺寸效應(yīng)。隨著納米微粒尺寸的減小。與體積成比例的能量亦相應(yīng)降低。當(dāng)體積能與熱能相當(dāng)或更小時(shí)。會(huì)發(fā)生強(qiáng)磁狀態(tài)向超順磁狀態(tài)

3、轉(zhuǎn)變：當(dāng)顆粒尺寸與光波的波長(zhǎng)、傳導(dǎo)電子德布羅意波長(zhǎng)、超導(dǎo)體的相干長(zhǎng)度或投射深度等物理特征尺度相當(dāng)或更小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光的等離子共振頻率、介電常數(shù)與超導(dǎo)性能的變化。表面效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。由于納米粒子表面原子數(shù)增多，帶來(lái)表面原子配位數(shù)不足，使之具有很高的表面化學(xué)活性。體積效應(yīng)由于納米粒子體積極小，所包含的原子數(shù)很少，因此，許多現(xiàn)象如與界面狀態(tài)有關(guān)的吸附、催化、擴(kuò)散、燒結(jié)等物理、化學(xué)性質(zhì)將顯著與大顆粒傳統(tǒng)材料的特性不同，就不能用通常有無(wú)限個(gè)原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說(shuō)明，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)。量子效應(yīng)介于原

4、子、分子與大塊固體之間的納米顆粒，將大塊材料中連續(xù)的能帶分裂成分立的能級(jí)，能級(jí)問(wèn)的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當(dāng)熱能、電場(chǎng)能或磁能比平均的能級(jí)間距還小時(shí)。就會(huì)呈現(xiàn)一系列與宏觀物體截然不同的反常性，即量子效應(yīng)?；脭?shù)結(jié)構(gòu)粒徑小于2nm的納米粒子往往被稱為原子簇。當(dāng)原子簇含有某些原子數(shù)目時(shí)，顯得特別穩(wěn)定，這個(gè)特別數(shù)目稱為幻數(shù)。原子簇的幻數(shù)與相應(yīng)粒子的對(duì)稱性、相互作用勢(shì)有關(guān)。納米陶瓷的發(fā)展 自20世紀(jì)70年代納米顆粒材料問(wèn)世以來(lái)，80年代中期在實(shí)驗(yàn)室合成了納米塊體材料。納米材料已有近30多年的發(fā)展歷史，其發(fā)展歷程，大致可以分為以下三個(gè)階段： 第一階段(1990年以前)，主要是指實(shí)驗(yàn)室的工作研究，具體包括： 探索用各種手段制備各種各樣的納米粉末； 合成塊體(包括薄膜)納米材料； 研究評(píng)估表征的方法； 探索納米材料不同于常規(guī)材料的特殊性能。 第二階段(19901994年)，人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何利用納米材料奇特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，設(shè)計(jì)納米復(fù)合材科。 第三階段(1994年到現(xiàn)在)，納米組