納米材料導(dǎo)論期末復(fù)習(xí)重點(diǎn)(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上名詞解釋：1、納米：納米是長度單位，10-9米，10埃。2、納米材料：指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1-100nm）或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。3、原子團(tuán)簇：由幾個乃至上千個原子通過物理或化學(xué)結(jié)合力組成的相對穩(wěn)定的微觀或亞微觀聚集體（原子團(tuán)簇尺寸一般小于20nm）。4、納米技術(shù)：指在納米尺寸范圍內(nèi),通過操縱單個原子、分子來組裝和創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)。5、布朗運(yùn)動：懸浮微粒不停地做無規(guī)則運(yùn)動的現(xiàn)象。6、均勻沉淀法：利用某一化學(xué)反應(yīng)使溶液中的構(gòu)晶離子由溶液中緩慢地、均勻地釋放出來，再與沉淀組分發(fā)生反應(yīng)。7、納米薄膜材料：指由尺寸在納米量級的顆粒構(gòu)成的薄膜

2、材料或納米晶粒鑲嵌與某種薄膜中構(gòu)成的復(fù)合膜且每層厚度都在納米量級的單層或多層膜。8、真空蒸鍍：指在高真空中用加熱蒸發(fā)的方法是源物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氣相，然后凝聚在基體表面的方法。9、超塑性：超塑性是指在一定應(yīng)力下伸長率100的塑性變形。10、彈性形變：指固體受外力作用而使各點(diǎn)間相對位置的改變，當(dāng)外力撤消后，固體又恢復(fù)原狀。 11、塑性形變：指固體受外力作用而使各點(diǎn)間相對位置的改變，當(dāng)外力撤消后，固體不會恢復(fù)原狀 。12、 HAII-Petch公式：強(qiáng)度； H硬度；d晶粒尺寸；K常數(shù)13、 納米復(fù)合材料：指分散相尺度至少有一維小于100nm的復(fù)合材料。14、蠕變：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時間

3、延長而增加的現(xiàn)象。15、熱塑性：物質(zhì)在加熱時能發(fā)生流動變形，冷卻后可以保持一定形狀的性質(zhì)。大題：1、 納米粒子的基本特性？（1）小尺寸效應(yīng)：隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會造成顆粒性質(zhì)的質(zhì)變，由于顆粒尺寸的變小，所導(dǎo)致的顆粒宏觀物理性質(zhì)的改變稱為小尺寸效應(yīng)。（2）表面效應(yīng)：納米粒子表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺寸的減小而顯著增加，粒子的表面能和表面張力也隨著增加，物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。（粒度減小，比表面積增大；粒度減小，表面原子所占比例增大；表面原子比內(nèi)部原子具有更高的比表面能；表面原子比內(nèi)部原子具有更高的活性）（3）量子尺寸效應(yīng)：當(dāng)金屬粒子的尺寸下降到某一值時，金屬費(fèi)米能級附近的能

4、級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級或能隙變寬的現(xiàn)象。（4）宏觀量子隧道效應(yīng)：宏觀物理量具有的隧道效應(yīng)。2、 納米陶瓷具有較好韌性的原因？ （1）納米陶瓷材料有納米相，具有納米材料相關(guān)的性能，而納米材料具有大的界面，界面原子排列相當(dāng)混亂，原子在外力變形條件下容易遷移，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的韌性，因而納米陶瓷也具有較好的韌性； （2）納米級彌散相阻止晶粒長大，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度、硬度、韌性都得到提高； （3）納米級粒子的穿晶斷裂，并由硬粒子對裂紋尖端的反射作用而產(chǎn)生韌化。3、 制備納米粒子的物理方法？ （1）機(jī)械粉碎法：球磨、振動球磨、振動磨、攪拌磨、膠體磨、納米氣流粉碎氣流磨。 （2）蒸發(fā)凝聚法：金屬煙粒子

5、結(jié)晶法、流動油面上的真空蒸發(fā)沉積法、等離子體加熱法、激光加熱蒸發(fā)法、電子束加熱蒸發(fā)法、電弧放電加熱蒸發(fā)法、高頻感應(yīng)加熱蒸發(fā)法、太陽爐加熱蒸發(fā)法。 （3）離子濺射法 （4）冷凍干燥法 （5）其他方法：火花放電法、爆炸燒結(jié)法、活化氫熔融金屬反應(yīng)法。4、 制備納米粒子的化學(xué)方法？ （1）氣相化學(xué)反應(yīng)法（氣相分解法、氣相合成法、氣-固反應(yīng)法）：利用揮發(fā)性的金屬化合物的蒸氣，通過化學(xué)反應(yīng)生成所需要的化合物，在保護(hù)氣體環(huán)境下快速冷凝，從而制備各類物質(zhì)的納米粒子。該方法也叫做化學(xué)氣相沉積法。 （2）沉淀法：在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，在混合溶液中加入適當(dāng)?shù)某恋韯?如OH-，C2O42-，CO32-

6、等)制備納米粒子的前驅(qū)體沉淀物（氫氧化物、水合氧化物或鹽類），再將此沉淀物進(jìn)行干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的納米粒子。（共沉淀法、均相沉淀法、水解沉淀法） （3）水熱合成法：水熱法是在特制的密閉反應(yīng)容器里，采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，對反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個高溫（ 1001000）、高壓（ 1100 MPa ）的反應(yīng)環(huán)境，使通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并重結(jié)晶。 （4）噴霧熱解法：將溶液通過各種物理手段進(jìn)行霧化獲得超微粒子的一種化學(xué)與物理相結(jié)合的方法。 （5）溶膠凝膠法：將金屬醇鹽或無機(jī)鹽經(jīng)水解直接形成溶膠或經(jīng)解凝形成溶膠，然后使溶質(zhì)聚合凝膠化，再將凝膠干燥、焙燒去除有機(jī)成分，最后得到無機(jī)材料。5、 真空

7、蒸鍍、濺射制膜的原理？ 真空蒸鍍原理：在高真空中，將源物質(zhì)加熱到高溫，相應(yīng)溫度下的飽和蒸氣向上散發(fā)，基片設(shè)在蒸氣源的上方阻擋蒸氣流，蒸氣則在基片上形成凝固膜。濺射制膜原理（指在真空室中，利用荷能粒子轟擊靶材表面，使被轟擊出的粒子在基片上沉積的技術(shù)）：磁控濺射（電子e在電場E的作用下，在飛向基板的過程中與Ar原子發(fā)生碰撞，使其電離成Ar+和一個電子e，電子e飛向基片，Ar+在電場的作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，濺射出中性靶原子或分子沉積在基片上形成膜。）6、 納米材料具有哪些特殊的力學(xué)和熱學(xué)性能？ （1）力學(xué) ：(超塑性 超延展性 硬度 ）納米材料具有大的界面，界面原子排列相當(dāng)混亂

8、，原子在外力變形條件下容易遷移，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的韌性和延展性；納米材料晶粒細(xì)小也可以起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，可以使材料硬度更高也可以提高一定的韌性。 （2）熱學(xué)：納米微粒的熔點(diǎn)、燒結(jié)溫度、晶化溫度均比普通粉體低，但熱膨脹系數(shù)比普通粉體大。燒結(jié)溫度隨著納米顆粒尺寸的減小而降低，結(jié)晶溫度隨著納米顆粒尺寸的減小而降低，納米顆粒的蒸汽壓隨著納米顆粒尺寸的減小而升高。（納米材料顆粒小，納米微粒的表面能高，表面原子數(shù)多，這些表面原子近鄰配位不全，活性大以及體積遠(yuǎn)小于大塊材料，因此納米粒子熔化時所需增加的內(nèi)能小得多，使納米微粒熔點(diǎn)急劇下降；納米微粒尺寸小，表面能高，壓制成塊材后的界面具有高能量，在燒結(jié)中高的表面能

9、成為原子運(yùn)動的驅(qū)動力，有利于界面中的孔洞收縮空位團(tuán)的湮沒，從而降低燒結(jié)溫度。）7、 納米薄膜材料的應(yīng)用？（1）金屬的耐蝕保護(hù)膜：非晶態(tài)合金膜無晶界、高度均勻的單相體系且無晶體缺陷，具有極強(qiáng)的防腐蝕性能。（2） 多功能薄膜：二氧化錫薄膜可以用于制作薄膜電阻器、透明電極、氣敏傳感器、太陽能電池、電熱轉(zhuǎn)換等。（3） 電子信息材料：半導(dǎo)體超薄膜層結(jié)構(gòu)材料、計算機(jī)用到的磁泡存儲器也是無機(jī)薄膜、用于儲存信息的磁盤光盤等。（4） 硬質(zhì)薄膜：改善了切削工具和耐磨工件的性能和壽命尤其對于航空工業(yè)發(fā)展尤其重要，納米尺度復(fù)合層薄膜可有效減小薄膜層中應(yīng)力削除斷面裂紋和缺陷。（5） 膜分離：陶瓷膜化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性好

10、，抗菌性能優(yōu)異等在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用極大，耐高溫陶瓷薄膜還用于煤發(fā)電系統(tǒng)中含硫氣體的去除。8、 試述納米固體材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能與常規(guī)材料相比有哪些區(qū)別？ 力學(xué)：強(qiáng)度和硬度-指出晶粒越細(xì)小則強(qiáng)度、硬度越高（霍耳佩奇公式）、 塑性和韌性-納米材料的特殊結(jié)構(gòu)及龐大體積分?jǐn)?shù)的界面，使它的塑性、沖擊韌性和斷裂韌性與粗晶材料相比有很大改善。一般材料在低溫下常常表現(xiàn)為脆性，但是納米材料在低溫下卻顯示良好的塑性和韌性。 顆粒組元細(xì)小到納米數(shù)量級，界面組元大幅度增加使得材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性等力學(xué)性能大為提高， 熱學(xué)：比熱-納米材料界面結(jié)構(gòu)中原子分布比較混亂，與常規(guī)材料相比，界面體積分?jǐn)?shù)較大，納米材料

11、熵對比熱的貢獻(xiàn)比常規(guī)材料大得多； 熱膨脹-材料的熱膨脹與晶格非線性振動有關(guān)（晶內(nèi)的非線性熱振、晶界的非線性熱振動），可以說占體積分?jǐn)?shù)很大的界面對納米晶體熱膨脹的貢獻(xiàn)起主導(dǎo)作用。納米材料細(xì)小界面大，比常規(guī)材料熱膨脹大。 熱穩(wěn)定性-納米晶材料晶粒尺寸熱穩(wěn)定的溫度范圍較窄，納米相材料顆粒尺寸熱穩(wěn)定的溫度范圍較寬。9、 納米固體材料的界面研究方法有哪些？ （1）X射線衍射結(jié)構(gòu)分析（XRD）： （2）透射電子顯微鏡結(jié)構(gòu)觀察（TEM）：可以直接觀察納米材料的結(jié)構(gòu)，尤其是界面結(jié)構(gòu)的一種有效方法，TEM可以直接觀察納米材料界面結(jié)構(gòu)。 （3）原子徑向分布幾率函數(shù)W（r）研究 （4）擴(kuò)展X射線吸收譜（EXAFS）

12、研究 （5）穆斯堡爾譜學(xué)研究 （6）正電子湮沒（PAS）研究 （7）核磁共振（NMR）研究 （8）電子自旋共振（ESR）研究 （9）喇曼光譜研究 （10）結(jié)構(gòu)的內(nèi)耗研究10、 常見陶瓷材料有哪些類型？簡述陶瓷材料的優(yōu)缺點(diǎn)以及陶瓷基納米復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理？ 陶瓷材料類型：氧化物系陶瓷基納米材料（氧化鋁）、氮化物系（氮化硅）、碳化物系（碳化硅）、硼化物系、玻璃陶瓷等 陶瓷材料優(yōu)點(diǎn)：綜合機(jī)械性能好、耐磨、耐熱耐腐蝕 缺點(diǎn)：脆性大增強(qiáng)機(jī)理：（彌散強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、位錯釘扎）氧化物陶瓷基納米材料增強(qiáng)原因A、納米級彌散相阻止晶粒長大，起到細(xì)晶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度、硬度、韌性都得到提高；B、納米級粒子的穿晶斷裂，并由硬粒子對裂紋尖端的反射作用而產(chǎn)生韌化；C、位錯釘扎機(jī)制，使高溫力學(xué)性能獲得改善；D、納米粒子釘扎或進(jìn)入位錯區(qū)使基體晶粒內(nèi)形成亞晶界使基體晶粒再細(xì)化而起增強(qiáng)作用。氮化物、碳化物、硼化物陶瓷基納米材料增強(qiáng)原因A、 增強(qiáng)體含量低時，納米級粒子促進(jìn)細(xì)長的-Si3N4晶粒生長，這晶