纳米微晶技术精选(九篇)
第1篇：纳米微晶技术范文
论文摘要：介绍了纳米磁性材料的用途，阐述了纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类纳米磁性材料的研究和应用现状。
1引言
磁性材料一直是国民经济、国防工业的重要支柱与基础，广泛地应用于电信、自动控制、通讯、家用电器等领域，在微机、大型计算机中的应用具有重要地位。信息化发展的总趋势是向小、轻、薄以及多功能方向进展，因而要求磁性材料向高性能、新功能方向发展。纳米磁性材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100nm的准零维超细微粉，一维超薄膜或二维超细纤维（丝）或由它们组成的固态或液态磁性材料。当传统固体材料经过科技手段被细化到纳米级时，其表面和量子隧道等效应引发的结构和能态的变化，产生了许多独特的光、电、磁、力学等物理化学特能，有着极高的活性，潜在极大的原能能量，这就是“量变到质变”。纳米磁性材料的特殊磁性能主要有：量子尺寸效应、超顺磁性、宏观量子隧道效应、磁有序颗粒的小尺寸效应、特异的表观磁性等。
2纳米磁性材料的研究概况
纳米磁性材料根据其结构特征可以分为纳米颗粒型、纳米微晶型和磁微电子结构材料三大类。
2.1纳米颗粒型
磁存储介质材料：近年来随着信息量飞速增加，要求记录介质材料高性能化，特别是记录高密度化。高记录密度的记录介质材料与超微粒有密切的关系。若以超微粒作记录单元，可使记录密度大大提高。纳米磁性微粒由于尺寸小，具有单磁畴结构，矫顽力很高的特性，用它制作磁记录材料可以提高信噪比，改善图像质量。
纳米磁记录介质：如合金磁粉的尺寸在80nm，钡铁氧体磁粉的尺寸在40nm，今后进一步提高密度向“量子磁盘”化发展，利用磁纳米线的存储特性，记录密度达400Gbit/in2，相当于每平方英寸可存储20万部红楼梦小说。
磁性液体：它是由超顺磁性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥漫在基液中而构成。利用磁性液体可以被磁场控制的特性，用环状永磁体在旋转轴密封部件产生一环状的磁场分布，从而可将磁性液体约束在磁场之中而形成磁性液体的“O”形环，且没有磨损，可以做到长寿命的动态密封。这也是磁性液体较早、较广泛的应用之一。此外，在电子计算机中为防止尘埃进入硬盘中损坏磁头与磁盘，在转轴处也已普遍采用磁性液体的防尘密封。磁性液体还有其他许多用途，如仪器仪表中的阻尼器、无声快速的磁印刷、磁性液体发电机、医疗中的造影剂等等。
纳米磁性药物：磁性治疗技术在国内外的研究领域在拓宽，如治疗癌症，用纳米的金属性磁粉液体注射进人体病变的部位，并用磁体固定在病灶的细胞附近，再用微波辐射金属加热法升到一定的温度，能有效地杀死癌细胞。另外，还可以用磁粉包裹药物，用磁体固定在病灶附近，这样能加强药物治疗作用。
电波吸收（隐身）材料：纳米粒子对红外和电磁波有吸收隐身作用。由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的作用；另一方面，纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，因此很难发现被探测目标，起到了隐身作用。
2.2纳米微晶型
纳米微晶稀土永磁材料：稀土钕铁硼磁体的发展突飞猛进，磁体磁性能也在不断提高，目前烧结钕铁硼磁体的磁能积达到50MGOe，接近理论值64MGOe，并已进入规模生产。为进一步改善磁性能，目前已经用速凝薄片合金的生产工艺，一般的快淬磁粉晶粒尺寸为20-50nm，如作为粘结钕铁硼永磁原材料的快淬磁粉。为克服钕铁硼磁体低的居里温度，易氧化和比铁氧体高的成本价格等缺点，目前正在探索新型的稀土永磁材料，如钐铁氮、钕铁氮等化合物。另一方面，开发研制复合稀土永磁材料，将软磁相与永磁相在纳米尺寸内进行复合，就可获得高饱和磁化强度和高矫顽力的新型永磁材料。
纳米微晶稀土软磁材料：在1988年，首先发现在铁基非晶的基体中加入少量的铜和稀土，经适当温度晶化退火后，获得一种性能优异的具有超细晶粒（直径约10nm）软磁合金，后被称为纳米晶软磁合金。纳米晶磁性材料可开发成各种各样的磁性器，应用于电力电子技术领域，用作电流互感器、开关电源变压器、滤波器、漏电保护器、互感器及传感器等，可取得令人满意的经济效益。
2.3磁微电子结构材料
巨磁电阻材料：将纳米晶的金属软磁颗粒弥散镶嵌在高电阻非磁性材料中，构成两相组织的纳米颗粒薄膜，这种薄膜最大特点是电阻率高，称为巨磁电阻效应材料，在100MHz以上的超高频段显示出优良的软磁特性。由于巨磁电阻效应大，可便器件小型化、廉价，可作成各种传感器件，例如，测量位移、角度，数控机床、汽车测速，旋转编码器，微弱磁场探测器（SQUIDS）等
磁性薄膜变压器：个人电脑和手机的小型化，必须采用高频开关电源，并且工作频率越来越高，逐步提高到1～2MHz或更高。要想使高频开关电源进一步向轻薄小方向发展，立体的三维结构铁芯已经不能满足要求，只有向低维的平面结构发展，才能使高度更薄、长度更短、体积更小。对于10～25W小功率开关电源，将采用印刷铁芯和磁性薄膜铁芯。几个微米厚的磁性薄膜，基本上不成形三维立体结构，而是二维平面结构，其物理特性也与原来的立体结构不同，可以获得前所未有的高性能和综合性能。
磁光存储器：当前只读和一次刻录式的光盘已经广泛应用，但是可重复写、擦的光盘还没有产业化生产。最具有发展前途的是磁性材料介质的磁光存储器，其可以像磁盘一样反复多次地重复记录。目前大量使用的软磁盘，由于材料介质和记录磁头的局限性，其存储密度已经达到极限；另外其已经不能满足信息技术的发展要求，无法在一张盘上存储更多的图象和数据。采用磁光盘存储，就能在一张盘上记录数千兆字节到数十千兆字节的容量，并且能反复地擦写使用。
3展望
纳米技术是本世纪前20年的主导技术，纳米材料是纳米技术的核心，是21世纪最有前途的材料，也是纳米技术的应用基础之一。纳米科技的发展给传统磁性产业带来了跨越式发展的重大机遇和挑战，纳米级磁性材料的开发和研究是磁性材料发展的一个必然方向，但同时也应重视用纳米技术改造传统产业和对现有材料进行纳米改性方面的研究，以全面提高企业的技术水平和竞争能力，在世界民族之林树立中华民族的大旗。
参考文献
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第2篇：纳米微晶技术范文
关键词 纳米技术；纳米材料；焊接技术
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0219-01
纳米技术的内涵在自然界中无处不在。不仅人类或动物的牙齿和骨骼表面具有纳米结构，大量维系着地球生态的树木也拥有纳米结构。而自然界中的生命，更是由最基本的生命物质蛋白质、RNA等“纳米机器”组成的组合体。如今，纳米技术对传统产业的实质性影响和对未来工业的潜在革新似已毋庸置疑，因此人们普遍认为，纳米技术将和信息技术一道，成为现代高科技和新兴学科发展的基础。
1 纳米技术的基本概念
纳米是一个尺度概念，是一米的十亿分之一。当物质到纳米尺度以后，大约是在1～100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。所谓纳米材料，就是这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料。人们往往只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界。纳米材料向各个领域应用的技术（含高科技领域），在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。纳米技术是一门以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，是现代科学（量子力学、分子生物学）和现代科技（微电子技术。计算机技术、高分辨显微技术和热分析技术）结合的产物。
2 纳米材料的性能
由于纳米材料和粗晶材料存在很大的结构上的差距，大量的界面原子，很大的表面积/体积比，高密度的晶界存在等，使纳米材料出现了独特的力学、电磁、光、热学性能。
2.1 力学性能
纳米晶体材料的超细晶粒及多界面特征使其表现出不同于普通多晶体材料的力学性能，其硬度/强度既有遵循正常的Hall-petch关系（σ=σα+kd1/2），也有表现为偏离正常的Hall-petch规律，甚至有个别纳米材料如纳米pd材，表现为反“Hall-petch行为”。但通常来说，大多数纳米材料表现出良好韧性、极好塑性和高强度。如纳米Fe的断裂应力比一般Fe材高12倍，通常表现为脆性的陶瓷材料TIO2、CaFe通过细化晶粒后，可能变为韧性材料，纳米TIO2、CaFe可在80～180°范围内弯曲塑性变形达100%。
2.2 电磁、光、热学性能
纳米材料晶粒尺寸小于电子平均自由粒时表现出的宏观性能是电阻高于粗晶材料。但存在一种所谓的L?5 GMR现象（磁场中材料电阻减小）非常明显，磁场中粗晶材料一般电阻仅下降1%，而纳米材料的电阻可下降50%～80%。纳米材料的小尺寸效应还表现在磁学、光学性能方面，当晶粒尺寸小于单磁畴的尺寸时，每个晶粒也就成为一个单磁畴，由于晶粒取向的无序性，导致磁矩的混乱排列，使一些粗晶状态下是铁磁性的物质转变成了超顺磁性，如当α-FE的晶粒尺寸为5 nm时转变为顺磁性，15 nm的Ni的矫顽力HcO，表现出超顺磁性。纳米材料引起光的吸取、反射和散射性能异常，金属纳米粉几乎不呈黑色，对可见光几乎不反射。
3 纳米技术在焊接领域的应用
纳米材料和纳米技术以其蓬勃的生命力和广阔的发展前景，渗透到陶瓷、微电子、生物工程、化工等几乎所有的研究领域，焊接领域对纳米材料及纳米技术的关注，也在不断的发展和完善中。
3.1 在焊接材料中的应用
3.1.1 在焊丝涂层中的应用
焊丝表面处理的主要目的在于防止焊丝生锈，增加焊丝性和导电性。目前气体保护焊丝所采用的方法主要是表面镀铜，但是镀铜焊丝的缺点是焊接烟尘中有毒物质Cu元素含量高；焊接飞溅大；焊接成形差；防锈性能仍不理想易发生点蚀等；随着材料强度的提高，过渡到焊缝的Cu元素可能削弱焊缝性能，因而高强钢焊丝尽量避免采用镀铜工艺，这就需要开发新的焊丝涂层工艺。天津大学运用现代金属表面工程技术和纳米技术，采用特殊的表面处理工艺，在焊丝表面涂敷一层极薄的特殊物质，从根本上解决了传统镀铜焊丝的上述缺点。
3.1.2 在焊剂制造中的应用
由于合金元素烧损少，成分较易控制，烧结温度低，能耗小，烧结焊剂正逐渐代替传统的熔炼焊剂。但是其烧结温度一般在400 C～1000 C之间，仍然会消耗大量的能源，且一些必要的组成物如碳酸盐在较高温度烧结时会发生分解，从而降低焊剂性能。纳米材料的体积效应及表面效应使得在低温时各组成物就可充分烧结而不发生分解，同时由于纳米材料优异的活性，可加快烧结过程、缩短烧结时间，从而降低能源消耗。
3.1.3 在电极材料中的应用
常用电极中钨的熔点和沸点很高，逸出功较高（4.54 eV），为提高电子发射能力，通常通过加入低逸出功的氧化物如氧化钍（2.7 eV）或稀土氧化物等来降低逸出功。但是普通的氧化物尺寸较大，在钨基内的分布不均匀，电子发射位置主要分布在低逸出功的氧化物及其边缘处，致使阴极斑点分布不均，局部电流密度大，烧损严重。利用纳米氧化物代替普通氧化物与钨粉烧结，可获得氧化物分布均匀、细小的复合钨—氧化物，改变了尺寸较大氧化物的缺点，改善了电极的烧蚀状况，从而达到提高电极寿命的目的。
3.2 在焊接结构中的应用
焊接接头具有组织及性能不均匀的特点，各项性能难以与母材相匹配，因而容易在接头区域发生腐蚀及疲劳等破坏，而大部分该类破坏又是从接头表面开始的。工程上常常采用喷丸、渗透有用元素等方法提高接头表面的性能，而接头表层组织的纳米均一化处理为提高接头性能开辟了新的路径。接头表层自身纳米化处理是采用非平衡处理方法，主要是表面机械加工处理、非平衡热力学方法，增加材料表面能，使接头各个区域（焊缝、热影响区、母材）表面组织逐渐细化至纳米量级，从而赋予普通金属表层一些纳米材料的特殊性能。经纳米化处理的接头主要具有改善接头组织不均匀性、提高焊接接头的抗磨损性能，延长工件使用寿命、提高焊接接头疲劳寿命、改善接头抗应力腐蚀性能、的
优点。
4 结束语
纳米技术以其带给人类的全新的对物质领域的认识，无疑正在掀起一场技术革命。纳米技术已经向我们初步展示了在新材料、新能源、计算机技术、生物医学以及航天领域中的应用。同时，纳米技术并不是孤立的，它涉及到如量子力学、材料科学、胶体化学、物理化学、高分子化学、生物化学、凝聚态物理和微电子技术学等诸多领域学科，因此，只有进行多学科的交叉渗透，才能更好地有助于我们认识纳米科学，掌握纳米技术。
参考文献
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第3篇：纳米微晶技术范文
很多人都曾预言在21世纪纳米技术将成为一项最有前途的技术，主要原因在于它具有网络技术和基因技术所不可比拟的优势。正因如此，世界各个国家加大了对纳米技术的研究，投入了大量的人力物力，并相继启动了纳米计划，进一步推动了纳米制备方法的创新。在这种大环境下，我国相关研究者也应当顺时而变，不断提高纳米材料制备水平，创造出多种多样的制备方法。
1纳米材料的性质
纳米材料具有大量界面以及高度的弥散性，它能够为原子提供转成扩散途径。除此之外，纳米材料所表现的力、热等性质，与传统经济材料相比，还具有其自身独特的特性，因此被应用到各个领域。
11力学性质
结构材料开发一直以来都以高韧、高硬、高强为主题。材料制作如果融进了纳米材料的话，其强度就会与粒径成反比。纳米材料的位错密度相对较低，不仅如此，其临界位错圈的直径要远远高于纳米晶粒粒径，通常情况下，增值后位错塞积的平均间距与晶粒相比，略微大一些，这种现象使得纳米材料不会发生位错滑移和增值等相关现象，这就是我们众所周知的纳米晶强化效应。[1]作为一种刀具，金属陶瓷已经有很多年的历史了，然而，其力学强度却一直没有突破，主要原因在于一是金属陶瓷的混合烧结，二是晶粒粗大。如果将纳米技术制成超细或纳米晶粒材料的时候，金属陶瓷的硬度等基本性质就有了大幅度提高，从而在加工材料刀具领域占据了非常重要的位置。现阶段，使用纳米技术制作纤维和陶瓷等产品已经应用到各行各业的领域当中。
12磁学性质
近些年来，计算机硬盘系统的磁记录密度得到了极大地提高，现阶段已经超过了155Gb/cm2，也就是说，感应法读出磁头等已经难以满足社会的需求，然而，如果我们将纳米多层膜系统应用到计算机硬盘系统中，则可以有效提高巨磁电阻效应，其低噪声和灵敏度都能够满足需求。与此同时，我们还可以将其应用在新型的磁传感材料当中。高分子复合纳米材料能够很好地投射可见光，与传统的粗晶材料相比，对可见光的吸收系数要高出很多，然而，该种材料对红外波段的吸收系数则相对较少，正是这个原因，使其能够在光磁系统、光磁材料中被广泛应用。
13电学性质
众所周知，纳米材料的电阻在晶界面上原子体积分数增大情况下要远远高于同类粗晶材料，甚至还会产生绝缘体转变。通过充分利用纳米粒子效应我们可以制作成超高速、超容量、超微型低能耗的纳米电子器具，从长远角度来看，这种做法在不久的将来会有很大的成就，甚至还有可能超过现阶段半导体器件。[2]2001年，相关研究者用碳纳米管制成了纳米晶体管，这种纳米晶体管将晶体三极管的放大属性充分地体现出来。不仅如此，根据碳纳米管在低温下的三极管放大特性，研究者还将室温下的单电子晶体管研制出来。笔者相信，随着研究的不断深入，我们还能够研制出更多的符合社会需求的物品。
14热学性质
与一般非晶体和粗晶材料相比，纳米材料的比热和热膨胀系数值都非常高，界面原子排列相对比较混乱、原子的密度较低等综合作用变弱是导致这种现象的主要原因。正因如此，我们可以将其广泛应用在储热材料等领域，相信会有一个更为广阔的市场。
15光学性质
纳米粒子的粒径要远远低于光波波长。其与入射光之间的作用为交互作用，通过控制粒径和气孔率等途径，光透性可以得到更为精准的控制，这也是其为什么能够在光感应和光过滤中得到大范围应用的主要原因。[3]纳米半导体微粒的吸收光谱由于受量子尺寸效应的影响，通常都会存在一种蓝移现象，它的光吸收率非常大，因此，我们可以将其广泛应用在红外线感测器材料。
16生物医药材料应用
与红血细胞相比，纳米粒子相对较小，它能够在血液中运动自如，那么，如果我们将纳米粒子应用到机器人制作当中，并将其注入人体血管内，就可以实现全方位的检查人体，将人体脑血管中的血栓清除干净，甚至还可以将心脏动脉脂肪沉积物等消除，除此之外，还可以将这种机器人应用到吞噬病毒，杀死癌细胞。纳米材料也可以应用到医药领域，能够极大地促进药物运输。
2纳米材料的制备方法
21液相法
液相法其实就是指在一定的方法下将潜在溶液中的溶剂和溶质通过一定的方法进行分离，在这种情况下，溶剂中的溶质就能够逐步形成一种颗粒，不仅如此，这些颗粒的大小甚至这些颗粒的形状都是一定的，在此基础上，我们可以热解处理这些前躯体，经过上述步骤，就可以制备一定的纳米微粒。液相法的有点数不胜数，包括制备的设备相对简单，制备材料容易获得等。现阶段，液相法的发展情况相对较为广泛，得到了大家的普遍关注。具体来说，可以包括沉淀法和溶胶―凝胶法。这两种方法是液相法中比较常用的方法，方便、简单，是很多研究者进行纳米材料制备时候的首选方法。
22气相法
所谓气相法主要是与液相法相对来说的一种纳米制备方法，其应用范围要略微低于液相法。该种方法是指通过一定的手段，在一定条件下直接将物质转变为气体，然后再使气态物质在气体的条件下逐步发生物化反应，最后，我们就可以通过凝聚处理等方式，形成一定量的纳米微粒。[4]从该种纳米材料制备方法的制备过程和制备的条件来看，其具有其他制备方法无法比拟的优势，具体来说，主要包括以下几个方面：
一是制备的纳米微粒粒径存在较小的差异，且能够实现均匀分布；二是我们能够轻易地控制纳米微粒的力度；三是微粒的分散性要远远高于其他同类制备方法。如果将气相法和液相法放在一起进行比较，我们不难发现，气相法能够以自身独有的优势将那些液相法所不能够生产出来的纳米微粒生产出来，由此可见，该种制备方法的优势非常明显。[5]
化学气相法的应用范围非常广泛，其又被相关研究者称之为气相沉淀法，英文名称简称为CVD，它能够充分利用金属化合物的挥发属性，并通过化学反应等途径，使所需要的化合物在保护气体环境下迅速冷凝，这样才能够制作出各类物质的纳米微粒，在气相法中，该种方法是一种比较典型的应用，当然，其也是一种运用比较广泛的制备方法。[6]运用该种方法所制备的纳米微粒颗粒比较均匀，且具有较高的纯度，分散性也相对较强。根据加热的方式方法不同，我们可以将该种方法进行分类，例如可以将其分为热化学气相沉积法、激光诱导沉积法等。
第4篇：纳米微晶技术范文
关键词：铁电纳米晶，存储器，方法
0.引言
自20世纪中期以来，微电子技术得到了飞速的发展。芯片上晶体管的数量也在地快速增加。随着集成电路和存储技术以指数速度的快速发展，电子器件尺寸不断缩小，正在由亚微米向纳米尺度推进。要实现纳米电子器件及其集成电路，就必须将现有的集成电路进一步向微型化延伸，研究开发更小线宽的平面加工技术来实现纳米尺寸的电子器件[1]。
1. 铁电纳米晶材料研究的必要性
数字存储器发展到今天，已经有14种不同形式，其中占绝对主导地位的是动态随机存取存储器(DRAM)，DRAM自1967年注册专利以来[2]，以其单元设计简单、结构小巧等优点统领着存储器市场；但是DRAM也有它致命的弱点，首先它是挥发性的，需要保持一定的电压才能维持保留信息，电源关闭后信息将丢失，其次它的集成度小，大容量化受到限制。而铁电晶体中存在着许多极化方向不同的铁电畴，其中有两个稳定的较大的Pr，利用铁电晶体中的两个极化双稳态来进行信息存储，可制作具有诸多优点的铁电存储器。这种铁电存储器主要有两种：非挥发性铁电存储器(FRAM)和铁电场效应管(FFET)。其中，尤以非挥发性铁电随机存储器是最有可能取得突破的。
2. 铁电纳米晶材料的现状
FRAM这一概念早在20世纪60年代初就已提出。20世纪80年代中期现代薄膜制备技术的发掌加速了FRAM研究的步伐。1987年，美国两家公司独立地公布研制出低位非挥发性铁电存储器的消息，在国际上引起了极大的重视，美国的Ramtron公司以PZT铁电薄膜为存储元件，从1991年下半年开始生产2T/2C结构的低位FRAM产品，并不断进行铁电薄膜、电极材料制备技术和器件的设计改进，从15μm线工艺发展到亚微米工艺，已有4kbit和63kbit系列产品，可重写数据次数已从108提高到1012次[3]。目前世界上几乎所有较大的半导体公司都对FRAM十分重视，开展大量的研究和发展工作。
3.铁电纳米晶的湿化学制备方法
目前用于合成单分散性的铁电纳米晶的化学方法主要有如下几类。
3.1. 化学沉淀法
化学沉淀法是工业大规模生产中用的最多的一种，由于其成本低，工艺易于控制．一直受到广泛的欢迎。化学沉淀法有很多种，其原理相同，向包含一种或多种离子的可溶性溶液中加入沉淀剂后，或在一定温度下使溶液发生水解，形成不溶性的氢氧化物、水合氧化物或盐类并从溶液中析出，然后洗去溶剂和溶液中原有的阴离子，经热分解或脱水即可得到所需的氧化物粉料[4,5]。
3.2. 水热法
水热反应通常是指在100℃以上，压力大于105~107Pa、以水为介质的水热条件下进行的无机合成异相反应，且该反应的进行必须有水或矿化剂参与。水热法中主要通过调节体系温度和前驱体浓度来控制纳米晶在水溶液中的过饱和度，协调纳米晶成核－长大速度，得到分散性好、形状和尺寸可控的氧化物纳米晶[6]。
3.3. 溶剂热法
溶剂热法是在水热法的基础上发展起来的一种新的材料制备方法,将水热法中的水换成有机溶剂或非水溶媒,采用类似于水热法的原理,可以制备在水溶液中无法合成、易氧化、易水解或对水敏感的材料, 重要的是通过溶剂热法合成出的纳米粉末,能够有效地避免表面羟基的存在。同时,非水溶剂在亚临界或超临界状态下独特的物理化学性质极大地扩大了所能制备的目标产物的范围[7]。
3.4.乳液法
乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成一个均匀的乳液，从乳液中析出固相制备纳米材料的方法。。乳液法可使成核、生长、聚结、团聚等过程局限在一个微小的球形液滴内形成球形颗粒，避免了颗粒之间进一步团聚。乳液法分油包水型(W/O)和水包油型(O/W)两种，每个小液滴为一个小反应器。液滴越小产物颗粒越小。。这种非均相的液相合成法，具有粒度分布较窄并且容易控制等特点[8]。
3.5．溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)
溶胶凝胶法的过程为：将易于水解的金属化合物(无机盐或醇盐)在某种溶剂中与水发生反应，经过水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经干燥、烧结处理，得到所需的各种纳米材料。其基本的反应有两步：(1)水解反应生成溶胶；(2)聚合生成凝胶[9]。
3.6.溶胶-凝胶自燃烧法
自燃烧方法是将溶胶－凝胶法和自蔓延燃烧法相结合，用来制备氧化物纳米晶的一种有效方法。它利用硝酸盐与羧酸在低温下即可实现原位氧化反应，引燃后自发燃烧快速合成纳米晶粒，反应物在合成过程中处于高度均匀分散状态，反应时原子只需经过短程扩散或重排即可进入晶格位点，加之反应速度快，合成温度低，使得产物粒径小，分布比较均匀[10]。。
3.7.微波辐射法
微波加热被认为是介电加热效应，其本质是微波电磁场与材料的相互作用，即由高频交变电场引起材料内部的自由束缚电荷(如偶极子、离子和电子等)的反复极化和剧烈运动使分子间产生碰撞、摩擦和内耗，将微波转变为热能，从而产生高温[11]。
4．小结
近年来，随着信息科学技术的迅猛发展，信息容量日益增大对存储器的存储密度提出了越来越高的要求。因此单分散性好的（粒度偏差小于5％）复合氧化物铁电纳米晶是制备下一代超高密度非挥发存储器的关键。综上所述，复合氧化物铁电纳米晶的研究，在减小存储单元尺寸、增大存储密度、降低读写时间、延长数据存储时间、增强抗辐射能力等方面将发挥重要的意义。
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[10]AshisBanerjee, Susmita Bose. Free-Standing Lead Zirconate Titanate Nanoparticles:Low-Temperature Synthesis and Densification [J]. Chem. Mater. 2004, 16: 5610-5615
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第5篇：纳米微晶技术范文
纳米电子技术的研究动向主要有基础的理论知识、材料、电子元件和电子系统等，以及一些附加的加工技术。纳米电子技术能够实现元件加工的集成化处理，能够按照顺序进行集成化的加工，在对元件进行加工的时候，一般采用的是半导体材料，将固定的电子器件和集成电路结合起来，通过高速率的条件，生产出所需要的纳米材料，然后形成一定的功能，最终形成大规模的电路。纳米电子技术在研发完成后需要测试，待测试通过后就可以投入使用，对元件的结构和性能进行分析，运用显微镜等器材分析纳米电子材料的微观结构，然后实现精确的测量，使纳米电子材料能够在大型的器械中使用。也可以运用电学原理，通过对纳米电子材料信号的测试，借助半导体的测试，运用显微镜进行扫描，这种测试方法可以起到抗干扰的效果，即使纳米电子材料的电流比较微弱、环境比较复杂，也可以进行精确的测试。
2纳米电子技术的发展方向和趋势
现在，很多国家都在极力开发纳米电子技术，将这项技术应用到生活中，通过研究纳米材料、元件和系统，从而促进这项技术的发展。
2.1新型的电子元件
现在，纳米技术的研发越来越多，很多新型的电子元件出现，在世界范围内都开始研究纳米技术，美国耶鲁大学和韩国的很多高校联合研究了分子晶体管，相继美国高校又开始研发纳米处理系统，实现了自动的编程技术，这表明今后的计算机发展会朝着纳米技术的方向发展，然后，美国的科学家劳伦斯又通过不断的实验探究出了纳米电子系统，将这一系统与生物技术结合起来，能够实现对三磷酸腺苷的控制和驱动，同时将生物技术与纳米电子晶体管联合使用，将人体的神经系统能够得到有效的连接，实现了无缝的电子界面。通过运用显微镜技术，能够观察原子的动态，研发出了以量子为单位的晶体管，这样的设备可以通过人工来制造，结合半导体技术，研发出纳米晶体管，纳米电子晶体管朝着能耗低、高效率的方向发展。在今后的几十年内，电子技术的发展会越来越迅速，很多电子元件将会被研发出来，能够提升数据存储的效率，同时能够促进计算机技术的发展。
2.2石墨烯
现在，对石墨烯技术的研发还是比较多的，碳基的功能比较好，比硅基要优质，石墨烯在2000年在英国被研制出来，这种物质是由碳原子构成的，通过单层的碳原子结合而成的，是一种碳化的新型的材料，是构成其他碳质材料的基础材料，其硬度很大，而且只有一层碳基构成，比较轻薄。石墨烯能够实现高速率的载流，而且能够对带宽的速率进行调控，能够使半导体呈现出更多的电学特征，而且其能够与硅基兼容，在器械上可以同时使用碳基和硅基。
3.3碳纳米管
碳纳米管是1990年在日本研制出来的，其拓扑的结构比较特殊，其性能优质，而且具有很好的导电性能，碳纳米管是纳米电子技术的重要分支之一，其具有很好地开发前途，能够实现很好的金属性能，能够实现金属性能与半导体性能的结合，而且这种纳米管比较轻，可以按照顺序集成大规模的电路，可以实现计算机的纳米化性能。现在，已经有相关的研究分析纳米管形成的整个过程，碳纳米管的形状比较小，而且能够提高运行的效率，比其他的材料能够提速30%，具有很好的应用前景，能够降低能耗，实现电路的集成化，也可以构成交叉的开关，其体积比较小，而且不会受到外界环境的干扰，能够进行高速率的运算，存储容量大。
3结语
第6篇：纳米微晶技术范文
【关键词】纳米电子技术；发展现状；未来展望
随着对纳米电子技术的研发与应用，纳米电子技术在多项领域中都展现出了其强大潜力，随着对纳米电子技术的深入研发，纳米技术势必将广泛应用于各个领域，并成为人们日常生活中不可替代的必需品。
一、纳米电子技术的发展现状
随着纳米电子技术的发展，各种性能优越、功能独特的纳米电子产品已经逐渐应用于各个领域中，纳米电子技术的具体应用主要体现在三个方面：纳米电子材料、纳米电子元件、现代医学应用。
（一）纳米电子材料
纳米电子技术在材料运用上的成果主要包括：纳米半导体材料、纳米硅薄膜、纳米硅材料等。其中尤以纳米硅材料最具技术优势，想比起传统材料，纳米硅材料更符合未来发展需求，其所具有的优势有：
1.硅分子间距较短，在传递电子信号时速度更快，不仅提高了运行效率，而且降低了信号传递过程中的能耗。
2.准确度高，稳定可靠，同时受环境影响小，符合人们对电子材料性能的需求。
3.成本低，而且随着纳米电子技术的持续发展，其成本在未来会再次降低。
（二）纳米电子元件
电子元件的发展经历了集成、超大规模集成两个发展历程，如果说集成元件是电子元件的一次突破，那么小规模、大规模、超大规模集成不过是对集成的衍生，在本质上超大规模集成和普通集成并没有太大区别，要扩大集成规模，提高运算速度，高能耗便不可避免。而纳米电子元件这是对集成元件的一次革命性突破，它能够在扩大集成规模的同时，缩小电子元件的尺寸，这符合未来电子产品发展趋势。同时纳米电子元件的一个电子信号就代表一位信息数据，打破了传统电子元件随着集成规模扩大，能耗必然提高的僵局，符合电子行业对电子元件低能耗的发展需求。
（三）现代医学应用
现代医学的发展趋势是朝着更微观的方向发展，研究生物体的分子或者原子，而纳米电子技术在现代医学的应用，很好地帮助其解决了微观发展的问题。纳米电子技术以其高集成化、微型化的特性，辅助医学对细微之处进行研究，这是传统显微镜无法做到的，如纳米传感器，它能够详细地观察到生化反应中各种化学信息、电化学信息等。另外纳米电子技术在现代医学应用中诞生的一些产品，如伽马刀、螺旋CT等，都对现代医学的发展起到了极大的促进作用。
二、纳米电子技术的未来展望
纳米电子技术已经在世界范围内被越来越多的国家认可，各国都加大了对纳米电子技术研发与应用的投入力度。如美国的“国家纳米技术计划”，简称NNI计划；欧盟制定的2020年发展目标，提出的“新兴的纳米电子学”倡议；日韩以及中国台湾等地区关于发展纳米电子技术的战略计划，中国于2006年提出未来15年的纳米研究部署规划，并制定未来45年的发展路线图等。由此可见，纳米电子技术的发展，是时代潮流下的必然趋势，具体体现在以下几个方面：
（一）碳纳米管
碳纳米管最早诞生于1991年，由日本科学家最早发明，碳纳米管拥有拓扑结构，并机械强度和导电性都极为优秀，可谓是将光学、机械性能、电子特性三者的优点集于一体，是一种极佳的单电子器件和晶体管材料。然而碳纳米管的研究并没有止步，2010年，日本和芬兰科学家合作研发出新型碳纳米管，并将其应用于晶体管和顺序逻辑集成电路中，推到了计算机电路的纳米化发展。同年，瑞典哥德堡大学找到了一种能够对纳米管形成过程进行控制的方法，使得晶体管的尺寸变得更小、运算速度更快，强化了晶体管的整体性能。由此可见，随着碳纳米管的研究继续深入，它将具有更广阔的发展前景及应用价值。
（二）纳米电子元件
2010年，美国人发明了纳米处理器。同年，澳大利亚和美国联合研发出了原子晶体管。2011年，美国匹兹堡大学研发出了超小型单电子晶体管，实现了超大规模集成电路朝微型化、低能耗方向发展。在未来的几十年，纳米电子元件将得到不断发展，更多性能优越的电子元件将不断被研发出，这为人类探索更深层次领域提供了可能。
（三）纳米生物电子
纳米生物电子是现代医学的发展趋势，利用纳米电子技术开发出纳米生物芯片，将其应用于纳米机器人中，在现代医学治疗中，可以利用纳米机器人进入人体的血管中，从更微观的层面分析人体的健康状况，并对人体内的有害物质进行更全面、更彻底的清理，极大地提高了现代医学水平。
三、结束语
综上所述，纳米电子技术在电子材料、电子元件、生物医学等方面得到了应用，并取得了较好的成效。随着世界各国对纳米电子技术的重视，增加对其研发和应用力度，纳米电子技术在未来几十年将进入高速发展期，随着纳米电子技术的广泛应用，将会为人类的生活带来更多的便利。
参考文献：
[1]刘长利，沈雪石，张学骜等.纳米电子技术的发展与展望[J].微纳电子技术，2011，48（10）：617-622.
第7篇：纳米微晶技术范文
【关键词】氧化锆；ZrO2；水热法；溶胶凝胶法；沉淀法；溶液燃烧法；醇盐水解法；微乳液法
0 引言
氧化锆有三种晶型，低温为单斜晶系，相对密度为5.65g/cm3；高温为四方晶系，相对密度为6.10g/cm3；更高温度下转变为立方晶系，相对密度为6.27g/cm3。单斜氧化锆加热到1170℃时转变为四方氧化锆，这个转变速度很快并伴随7%～9%的体积收缩。但在冷却过程中，四方氧化锆往往不在1170℃转变为单斜氧化锆，而在1000℃左右转变，是一种滞后的转变，同时伴随着体积膨胀。在固定组成陶瓷基体中，氧化锆的相变温度随粉体颗粒直径的减小而降低，在冷却过程中大颗粒先发生转变，小颗粒在较低温度下发生转变，当颗粒足够小时能够提高材料强度的四方氧化锆可以保存到室温，甚至室温以下。因此，减小氧化锆粉体粒度对于提高材料强度是非常有利的，这样新型的高科技材料微纳米氧化锆应运而生。
高纯超细氧化锆粉体的研制兴起于20世纪五、六十年代。随着制备工艺的不断发展和完善，先后出现了中和沉淀法、水解沉淀法、醇盐水解沉淀法、水热分解法及溶胶-凝胶法等各种制备方法。国内制粉的研究起步较晚，如醇盐水解法及溶胶-凝胶法的等先进的制粉方法的研究才刚刚开始。
目前制作氧化锆粉体的方法可分为三种：固相合成法、液相合成法和气相合成法。其中液相合成法效率高、粉末颗粒质量好，设备比较简单，因而得到广泛的应用。
本文主要以专利数据为分析样本，研究有关微纳米氧化锆的制备方法的国内外专利申请整体情况、主要技术分支的专利申请情况、主要申请人专利申请分析等问题。本文所依据的数据来自中国专利文摘数据库（CNABS），外文数据库（VEN），并对国际专利分类表下的“C01G25/02”分类号内的专利进行研究。
通过浏览上述分类号下的每篇专利的摘要和权利要求，必要时还查看了说明书，在阅读过程中筛去与本文的主题不相关的专利文献，如涉及氧化锆表面改性等。对这筛选出来的206篇专利文献从制备方法的技术手段进行标引。下表1给出了标引的分类形式。下文的所有统计、分析是以最终筛选出来涉及微纳米氧化锆在制备方法的专利文献为基准的。
1 微纳米氧化锆专利申请总体分析
1.1 国内外专利申请整体状况
从图1中可以看出，微纳米氧化锆的技术发展从1980年开始大致经历了三个阶段：1998年以前为第一阶段，1999-2006年为第二阶段，2006年以后为第三阶段。
第一阶段：国内外1980-1998年有关微纳米氧化锆的专利申请较少，年申请量都在10件以下（除了1990年）。究其原因，可能是因为当时纳米技术不够成熟，各年申请量呈波动状态，在微纳米氧化锆方面的发展缓慢。
第二阶段：1999年以后，纳米技术逐渐成为了各国研究的热点，关于微纳米氧化锆的制备方法的专利申请量获得突飞猛进的增长，在2006年达到67件，达到各年申请量的最高值。
第三阶段：2007之后的年份年申请量又逐渐下降，并呈逐年递减的趋势。其原因可能为：微纳米氧化锆的制备方法已经成熟，新的制备方法减少。
1.2 主要技术分支的专利申请状况
图2 主要技术分支的申请量分解
从图2中可以看出，关于液相法制备微纳米氧化锆的申请量较多，远远超过了其他分支的申请量，占总申请量的84%左右，而其中的水热法分支的申请量占了总申请量的25%，其余分支的申请量差不多，占总申请量的6～23%。另外，图2表明微纳米氧化锆的制备方面的专利申请在气相沉积法、微波诱导法、超声波法的分布比较分散，研究重点并没有集中在这三个分支，如果对这三个分支进行改进的话，将有很大的专利布局空间。
1.2.1 气相沉积
气相沉积法是利用气态或蒸气态的物质在气相或气固界面上反应生成固态沉积物的技术。化学气相沉积法制备粉体是在气相中利用锆的挥发性金属化合物的蒸气，在氮气保护环境下通过化学反应可快速冷凝制备出ZrO2（s）纳米粒子（参见CN103243300A）。
1.2.2 液相法
1）醇盐水解法
醇盐水解法的原理是利用金属醇盐与水反应生成氧化物、氢氧化物、水合物的沉淀，然后沉淀过滤、洗涤、粉碎、煅烧即可得到所需粉体。金属醇盐由于表现出和羟基化合物相同的化学性质如强碱性、酸性等被用来水解制备纳米粒子，其实质是一种诱导体。用此法制备氧化锆纳米粉体是将含有锆的醇盐加水分解，然后依其工艺流程制得氧化锆粉体（参见EP88200481A）。
2）沉淀法
沉淀法是将沉淀剂和金属盐在水溶液中进行沉淀，然后再对沉淀物进行固液分离、洗涤、干燥以及加热分解等步骤处理后制得所需粉体（参见CN101830506A）。
3）水热法
水热法制备粉体材料的基本原理是在高温高压环境下，一些M（OH）x，在水中的溶解度大于其相应的MOx在水中的溶解度，因而M（OH）x可溶于水并同时析出MOx。实质是把前驱物置于高温高压的水热介质中进行化学反应，实现原子、分子级的微粒成核和晶体生长，最终形成具有一定粒度和结晶形态的晶粒的过程。它是制备结晶良好、无团聚的超细陶瓷粉体的优选方法之一，所需温度低，晶粒大小的可控制性好，且水热反应过程所选物及产生物无毒，是制备纳米粉体的优选方法（参见CN102442699A）。
4）微乳液法
微乳液法也称W/O反向胶团法，是一种制备纳米粉末的有效方法。微乳液通常由表面活性剂、助表面活性剂（通常是醇类）、油（通常为炭氢化合物）和水或电解质水溶液组成，是透明、各向异性的热力学稳定体系。在微乳液中，金属无机盐水溶液以纳米级的微水核稳定分散在有机相中。微水核被一层表面活性剂分子形成的膜所包围，当共沉淀反应发生在反胶团内部并形成颗粒时，颗粒的尺寸和形状将受到微水核的溶盐量和反胶团本身的尺寸和形状的控制，同时表面活性剂膜也将阻止颗粒之间形成团聚体（参见CN1334243A、CN1733611A）。
5）溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是指金属醇盐或无机盐经水解形成溶胶，然后使溶胶-凝胶化再将凝胶固化脱水，最后得到无机材料。目前应用溶胶-凝胶法制备纳米氧化锆粉体基本经过溶解、水解、沉淀、胶化、凝胶而固化成水合氧化锆，然后经脱水、干燥及煅烧制得纳米氧化锆粉体。此法由于反应温度低、反应过程易于控制、产物纯度高、产品种类多等特点而受到越来越多的关注（参见CN102627323A）。缺点此法制备过程与机理相当复杂，易受溶液的值、溶液的浓度、反应温度和反应时间的影响。
6）溶液燃烧法
溶液燃烧法是指利用强氧化剂，选择不同的还原剂与其混配制成高浓度水溶液，在加热下引发燃烧性氧化还原反应，得到高纯度的纳米晶体的过程（参见EP1378489A1）。
应用溶液燃烧法得到的纳米氧化物纯度高，粒度较一致，用醇溶液对其处理并经振荡分散后，粒度会更小，分布更窄。并且溶液燃烧法制备纳米氧化物反应过程快速、安全，制备方法经济、简捷、方便。
1.2.3 微波诱导法
微波诱导法即是用微波炉加热溶液，使反应在微波的诱导下发生。其原理主要运用微波产生的内热效应促进了反应物中化学物质的均匀分散，体系整体升温均匀，有利于晶核的一次性生成和生长（参见KR20040078770A、CN101913648A）。
此法的优点为节能高效、安全无毒制得的纳米粉体粒径较小，且降低了晶化温度。
1.2.4 超声波法
超声波在纳米材料的制备中有重要的作用，超声波可视为一种场辐射。当超声波能足够高时，产生“超声空化”现象，有空化气泡产生，空化气泡在爆炸时可释放出巨大的能量，并有强烈冲击力的微射流，且碰撞密度高。利用超声波的空化作用，加速反应物和产物的扩散，促进新的固体相的形成（参见CN102701279A）。
2 主要申请人专利申请分析
图3为申请量位居前十一的申请人排名，从图3中可以看出，清华大学和3M创新有限公司在微纳米氧化锆制备方法方面占据领先地位，其申请量分别为13件和7件，其余7个申请人的申请量差距不大，都在10件左右及其以下。位居前十名的申请人中只有3M创新有限公司是外国企业，其余均为中国高校或研究所。在专利申请方面，3M创新有限公司请求保护的主要是氧化锆产品、氧化锆掺杂钇的产品、改性的氧化锆产品及其制备方法，而中国申请请求保护的大多数为制备方法，请求保护产品的申请寥寥无几。在前十一名申请人中，中国申请人的申请量总和占了申请总量的80%以上，这说明中国在微纳米氧化锆制备方法方面非常活跃，在该方面的实力最强，其在该方面的申请数量遥遥领先于其他国家。但是其在产品研发及新产品保护方面力度不足，前十一名中没有中国企业申请人就是最好的说明。同时，这也说明了中国在科学研究转化为生产力、高校和研究所与企业合作方面有着巨大的发展空间。
3 总结与展望
第8篇：纳米微晶技术范文
40多年以前，科学家们就认识到实际材料中的无序结构是不容忽视的。许多新发现的物理效应，诸如某些相转变、量子尺寸效应和有关的传输现象等，只出现在含有缺陷的有序固体中。事实上，如果多晶体中晶体区的特征尺度（晶粒或晶畴直径或薄膜厚度）达到某种特征长度时（如电子波长、平均自由程、共格长度、相关长度等），材料的性能将不仅依赖于晶格原子的交互作用，也受其维数、尺度的减小和高密度缺陷控制。有鉴于此，HGleitCr认为，如果能够合成出晶粒尺寸在纳米量级的多晶体，即主要由非共格界面构成的材料[例如，由50％（invol．）的非共植晶界和50％（invol．）的晶体构成］，其结构将与普通多晶体（晶粒大于lmm）或玻璃（有序度小于2nm）明显不同，称之为"纳米晶体材料"（nanocrystallinematerials）。后来，人们又将晶体区域或其它特征长度在纳米量级范围（小于100nn）的材料广义定义为"纳米材料"或"纳米结构材料"（nanostructuredmaterials）。由于其独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前，广义的纳米材料的主要包括：
l）清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜；2）人造超晶格和量子讲结构；功半结晶聚合物和聚合物混和物；4）纳米晶体和纳米玻璃材料；5）金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。
经过最近十多年的研究与探索，现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展，研究成果日新月异，研究范围不断拓宽。本文主要从材料科学与工程的角度，介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。
2纳米材料的制备与合成
材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。这些方法可大致归类为"两步过程"和"一步过程"。"两步过程"是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等，其中，PVD法以"惰性气体冷凝法"最具代表性。"一步过程"则是将外部能量引入或作用于母体材料，使其产生相或结构转变，直接制备出块体纳米材料。诸如，非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前，关于制备科学的研究主要集中于两个方面：l）纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量；2）纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。
3纳米材料的奇异性能
1）原子的扩散行为
原子扩散行为影响材料的许多性能，诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14～16个量级，比Cu的晶界自扩散系数大3个量级。Wurshum等最近的工作表明：Fe在纳米晶N中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶Pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散，这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。他们还报道了Fe在非晶FeSiBNbCu（Finemete）晶化形成的复相纳米合金（由Fe3Si纳米金属间化合物和晶间的非晶相构成）中的扩散要比在非晶合金中快10～14倍，这是由于存在过剩的热平衡空位。Fe在Fe-Si纳米晶中的扩散由空位调节控制。
2）力学性能
目前，关于纳米材料的力学性能研究，包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有（或很少）孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷，早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展，使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。
许多纳米纯金属的室温硬度比相应的粗晶高2～7倍。随着晶粒的减小，硬度增加的现象几乎是不同方法制备的样品的一致表现。早期的研究认为，纳米金属的弹性模量明显低于相应的粗晶材料。例如，纳米晶Pd的杨氏和剪切模量大约是相应全密度粗晶的70％。然而，最近的研究发现，这完全是样品中的缺陷造成的，纳米晶Pd和Cu的弹性常数与相应粗晶大致相同，屈服强度是退火粗晶的10～15倍。晶粒小子50nm的Cu韧性很低，总延伸率仅1％～4％，晶粒尺寸为110nm的Cu延伸率大于8％。从粗晶到15urn，Cu的硬度测量值满足HallPetch关系；小于15nm后，硬度随晶粒尺寸的变化趋于平缓，虽然硬度值很高，但仍比由粗晶数据技HallPetch关系外推或由硬度值转换的估计值低很多。不过，纳米晶Cu的压缩屈服强度与由粗晶数据的HallPetCh关系外推值和测量硬度的值（Hv／3）非常吻合，高密度纳米晶Cu牙DPd的压缩屈服强度可达到1GPa量级。
尽管按照常规力学性能与晶粒尺寸关系外推，纳米材料应该既具有高强度，又有较高韧性。但迄今为止，得到的纳米金属材料的韧性都很低。晶粒小于25nm时，其断裂应变仅为＜5％，远低于相应粗晶材料。主要原因是纳米晶体材料中存在各类缺陷、微观应力及界面状态等。用适当工艺制备的无缺陷、无微观应力的纳米晶体Cu，其拉伸应变量可高达30％，说明纳米金属材料的韧性可以大幅度提高。纳米材料的塑性变形机理研究有待深入。
纳米晶金属间化合物的硬度测试值表明，随着晶粒的减小，在初始阶段（类似于纯金属盼情况）发生硬化，进一步减小晶粒，硬化的斜率减缓或者发生软化。由硬化转变为软化的行为是相当复杂的，但这些现象与样品的制备方法无关。材料的热处理和晶粒尺寸的变化可能导致微观结构和成份的变化，如晶界、致密性、相变、应力等，都可能影响晶粒尺寸与硬度的关系。
研究纳米晶金属间化合物的主要动机是探索改进金属间化合物的室温韧性的可能性。Bohn等首先提出纳米晶金属化合物几种潜在的优越性。其中包括提高强度和韧性。Haubold及合作者研究了IGC法制备的NiAl的力学性能，但仅限于单一样品在不同温度退火后的硬度测量。Smith通过球磨NiAl得到晶粒尺寸从微米级至纳米级的样品，进行了"微型盘弯曲试验"，观察到含碳量低的材料略表现出韧性，而含碳多的材料没有韧性。最近Choudry等用"双向盘弯曲试验"研究了纳米晶NiAl，发现晶粒小于10nm时，屈服强度高干粗晶NiAl，且在室温下有韧性，对形变的贡献主要源于由扩散控制的晶界滑移。室温压缩实验显示由球磨粉末固结成的纳米晶Fe-28Al-2Cr具有良好的塑性（真应变大于1．4），且屈服强度高（是粗晶的1O倍）。测量TiAl（平均晶粒尺寸约10nm）的压缩蠕变（高温下测量硬度随着恒载荷加载时间的变化）表明，在起始的快速蠕变之后，第二阶段蠕变非常缓慢，这意味着发生了扩散控制的形变过程。低温时（低于扩散蠕变开始温度），纳米晶的硬度变化很小。观察到的硬度随着温度升高而下降，原因之一是压头载荷使样品进一步致密化，而主要是因为材料流变加快。Mishra等报道，在750～950°C，10-5～10-3s-1的应变速率范围，纳米晶Ti-47．5Al-3Cr（g-TiAl）合金的形变应力指数约为6，说明其形变机制为攀移位错控制。
值得注意的是，最近报道了用分子动力学计算机模拟研究纳米材料的致密化过程和形变。纳米Cu丝的模拟结果表明，高密度晶界对力学行为和塑性变形过程中的晶界迁移有显著影响。纳米晶（3～5nm）Ni在低温高载荷塑性变形的模拟结果显示，其塑性变形机制主是界面的粘滞流动、晶界运动和晶界旋转，不发生开裂和位错发散，这与粗晶材料是截然不同的。
3）纳米晶金属的磁性
早期的研究发现。纳米晶Fe的饱和磁化强度试比普通块材a-Fe约低40％。Wagner等用小角中子散射（SANS）实验证实纳米晶Fe由铁磁性的晶粒和非铁磁性（或弱铁磁性）的界面区域构成，界面区域体积约占一半。纳米晶Fe的磁交互作用不仅限于单个晶粒，而且可以扩展越过界面，使数百个晶粒磁化排列。
Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和Ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸（50mm～7nm）无关，但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小，矫顽力显著增加。Schaefer等报道，纳米晶Ni中界面原子的磁拒降低至0.34mB／原子（块状Ni为0．6mB／原子），界面组份的居里温度（545K）比块状晶体Ni的（630K）低。最近的研究还发现，制备时残留在纳米晶Ni中的内应力对磁性的影响很大，纳米晶Ni的饱和磁化强度与粗晶Ni基本相同。
Yoshizawa等报道了快淬的FeCuNbSiB非晶在初生晶化后，软磁性能良好，可与被莫合金和最好的Co基调合金相媲美，且饱和磁化强度很高（Bs约为1．3T）。其典型成份为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9称为"Finemet"。性能最佳的结构为a-Fe（Si）相（12～20nm）镶嵌在剩余的非晶格基体上。软磁性能好的原因之一被认为是铁磁交互作用。单个晶粒的局部磁晶体各向异性被有效地降低。其二是晶化处理后，形成富Si的a-Fe相，他和磁致伸缩系数ls下降到2′10-6。继Finemet之后，90年代初又发展了新一族纳米晶软磁合金Fe-Zr-（Cu）-B-(Si)系列（称为''''Nanoperm"）。退火后，这类合金形成的bcc相晶粒尺寸为10～20nm，饱和磁化强度可达1．5～1．7T，磁导率达到48000（lkHz）。铁芯损耗低，例如，Fe86Zr7B6Cu1合金的铁芯损耗为66mW·g-1（在1T，50Hz条件下），比目前做变压器铁芯的Fe78Si9B13非晶合金和bccFe-3．5％Si合金小45％和95％，实用前景非常诱人。
4）催化及贮氢性能
在催化剂材料中，反应的活性位置可以是表面上的团簇原子，或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置，因此很适宜作催化材料。事实上，早在术语"纳米材料"出现前几十年，已经出现许多纳米结构的催化材料，典型的如Rh／Al2O3、Pt／C之类金属纳米颗粒弥散在情性物质上的催化剂。已在石油化工、精细化工合成、汽车排气许多场合应用。
Sakas等报道了纳米晶5％（inmass）Li-MgO（平均直径5．2nm，比表面面积750m2·g-1）的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好，催化激活温度比普通Li浸渗的MgO至少低200°C，尽管略有烧结发生，纳米材料的平均活性也比普通材料高3．3倍。
Ying及合作者利用惰性气氛冷凝法制成高度非化学当量的CeO2-x纳米晶体，作为CO还原SO2、CO氧化和CH4氧化的反应催化剂表现出很高的活性。活化温度低于超细的化学当量CeO2基材料。例如，选择性还原SO2为S的反应，可在500°C实现100％转换，而由化学沉淀得到的超细CeO2粉末，活化温度高达600°C。掺杂Cu的Cu-CeO2-x纳米复合材料可以使SO2的反应温度降低到420°C。另外，CeO2-x纳米晶在SO2还原反应中没有活性滞后，且具有超常的抗CO2毒化能力。还能使CO完全转化为CO2的氧化反应在低于100°C时进行，这对冷起动的汽车排气控制非常有利。值得注意的是这样的催化剂仅由较便宜的金属构成，毋须添加资金属元素。
FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合金。其缺点是吸氢很慢，必须进行活化处理，即多次地进行吸氢----脱氢过程。Zaluski等最近报道，用球磨Mg和Ni粉末可直接形成化学当量的Mg2Ni，晶粒平均尺寸为20～30nm，吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶Mg2Ni的吸氢只能在高温下进行（如果氢压力小于20Pa，温度必须高于250°C），低温吸氢则需要长时间和高的氢压力，例如200°C、120bar(lbar＝0．1Mpa)，2天。纳米晶Mg2Ni在200°C以下，即可吸氢，毋须活化处理。300°C第一次氢化循环后，含氢可达～3.4％（inmass）。在以后的循环过程中，吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶FeTi的活化过程是：在真空中加热到400～450℃，随后在约7Pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高（35～65Pa）的氢中，激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶FeTi只需在400℃真空中退火0.5h，便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶FeTi合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域（约占材料的20％～30％）构成。
4纳米材料应用示例
目前纳米材料主要用于下列方面：
l）高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料
纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和；喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末；再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。
2)纳米结构软磁材料
Finemet族合金已经由日本的HitachiSpecialMetals，德国的VacuumschmelzeGmbH和法国的Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的AlpsElectricCo．一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。
3)电沉积纳米晶Ni
电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall－Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种技术已经作为EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15％。晶间开裂抗力大为改善。
4）Al基纳米复合材料
Al基纳米复合材料以其超高强度（可达到1.6GPa）为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土（如Y、Ce）和过渡族金属（如Fe、Ni）。通常必须用快速凝固技术（直接淬火或由初始非晶态通火）获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化（导致拉神状态下的塑性不稳定性）。这类纳米材料（或非晶）可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为0.8～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为GigasTM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500％。
5结语
在过去十多年里，尽管纳米材料的研究已经取得了显著进展，但许多重要问题仍有待探索和解决。诸如，如何获得清洁、无孔隙、大尺寸的块体纳米材料，以真实地反映纳米材料的本征结构与性能？如何开发新的制备技术与工艺，实现高品质、低成本、多品种的纳米材料产业化？纳米材料的奇异性能是如何依赖于微观结构（晶粒尺寸与形貌、晶界等缺陷的性质、合金化等）的？反之，如何利用微观结构的设计与控制，发展具有新颖性能的纳米材料，以拓宽纳米材料的应用领域？某些传统材料的局域纳米化能否为其注入新的生命力？如何实现纳米材料的功能与结构一体化？如何使纳米材料在必要的后续处理或使用过程中保持结构与性能的稳定性？等等。这些基本问题是进一步深入研究纳米材料及其实用化的关键，也是纳米材料研究被称为"高风险与高回报并存"的原因。
第9篇：纳米微晶技术范文
关键词：纳米材料；化学化工领域；应用
基于现代科学技术不断进步的基础上，纳米材料是一种新型材料，具有独特的性质，在特殊结构层次的影响下，表面效应、小尺寸效应以及宏观量子隧道效应是其主要的特点。在化学化工领域内，纳米材料具有良好的应用价值，以下进行具体分析。
1纳米材料及其特性
纳米材料是一种新型材料，三维空间中至少有一维处于纳米尺度，或者以纳米尺度作为基本结构，该材料的尺寸结构特殊，相当于10-100个原子紧密排列在一起。纳米科技将成为21世纪科学技术发展的主流，它不仅是信息技术、生物技术等新兴领域发展的推动力，而且因其具有独特的物理、化学、生物特性为涂料等领域的发展提供了新的机遇。
纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成，其晶粒中原子的长程有序排列和无序界面成分的组成后有大量的界面（6×1025m3/10nm晶粒尺寸），晶界原子达15%～50%，且原子排列互不相同，界面周围的晶格原子结构互不相关，使得纳米材料成为介于晶态与非晶态之间的一种新的结构状态。纳米材料主要有四方面特性，分别是表面效应、小尺寸效应以及宏观两字隧道效应，以下分别进行具体分析：
一是表面效应，纳米材料的表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数的比例值随着粒径变小而急剧增长后所导致的性质改变。根据相关研究表示，伴随着粒子直径的缩短，避免原子个数的增长速度迅猛，而表面原子由于周围缺乏相邻原子，呈现不饱和性状态，强化了纳米粒子的化学活性，从而使得纳米材料能够在吸附、催化等作用上明显的优势。
二是小尺寸效应。小尺寸效应即为纳米粒子的粒径小于或等于超导态的相干波长时，其周期性的边界条件将被损害，从而使得纳米材料的化学性质、催化性质相对于其他材料来说有着明显的区别。小尺寸效应不单单显著扩展了纳米材料的物理与化学特性范围，并且大大拓展了其应用领域。
三是宏观量子隧道效应。该效应主要是指纳米粒子能穿越宏观系统的壁垒而出现变化的一种特征。这一效应对纳米材料的基础研究与实际应用都有着十分关键的作用。宏观量子隧道效应限制了磁盘对信息存储量的限制，明确了现代微电子元件微型化的极限。
四是量子尺寸效应。该效应主要是指纳米粒子尺寸持续减少到某一数值时，纳米能级周边的电子能级可以转变为分离能级粒。这一效应使得纳米粒子拥有高水平的光学非线性、光催化性等特征。
总的来说，纳米材料与其他材料不同，拥有众多与众不同的特性，这使得其在力学、磁学、热学等各个领域都拥有十分重要的应用价值，并给资源利用拓展了更大的空间。
2纳米材料在化学化工领域内的应用
2.1在环境保护方面的应用
纳米材料以其自身基本特性在环境保护领域内发挥着重要的作用，为空气污染与水体污染治理等提供了可靠的技术支持，改善了空气与水体质量，满足可持续发展理念下环境保护的基本要求。
就纳米材料在空气净化方面的作用来看，其具有细微的颗粒尺寸，并且纳米微粒表面形态特殊，粒径大小各不相同，对着粒径的减少纳米微粒表面粗糙状态加剧，最终形成凹凸不平的原子台阶，从而对空气污染进行科学化治理，提高空气净化效果。纳米材料与技术在汽车尾气超标报警器与净化设备中也具有良好的应用效果，能够有效提高设备性能，从而切实减少汽车排放尾气中所含的有毒物质，降低空气污染指数，从而为社会群体的工作与生活提供优质的环境。除此之外，纳米材料与技术在石油提炼工业中也具有良好的应用价值，能够优化脱硫环节，从而提高石油炼化工业的生产效率。
就纳米材料在污水治理方面的作用来看，其能够有效提取污水中的贵金属，去除污水中的有害物质、污染物质和细菌等，从而改善水质，并能够实现循环利用，对于社会生态的稳定平衡发展具有重要意义。水体中的污染物均可以基于纳米材料与技术来进行治理，在有机污染物与无机污染物上并没有明显差异，尤其是纳米为例光催化作用，能够将水体中的污染物制造为矿化物，从而促进改善水质，去除有害污染物的目标得以顺利实现。
2.2在涂料领域内的应用
纳米材料及技术在涂料领域内也发挥着重要的作用，由于纳米材料存在一定表面效应，其结构层次特殊，与其他材料相比纳米材料的性质比较特殊，并具有一定优势与活力。纳米材料在化学化工领域内的应用主要体现在表面涂层方面，并且受到社会群体的高度灌注。纳米材料及其技术的合理应用，推进了涂料领域内表面涂层技术的不断发展，为化学化工领域各项活动的规范进行提供可靠的技术支持。基于传统涂层技术的基础上，纳米复合体系涂层得以实现，并促进了表面涂层技术的不断发展进步。由于纳米材料具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性能，将其用于涂料中后，除了可以改性传统涂料外，更为重要的是可以制备各种功能涂料，如具有抗辐射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能的涂料。
基于纳米材料与技术的纳米复合体系涂层的出现和应用，改善了涂料的防护能力，并使得涂料具备防紫外线等作用，使得涂料的使用价值得到明显改善。在汽车装饰喷涂行业中对纳米材料与技术加以合理应用，能够海山汽车漆面的色彩效果；将纳米材料应用于建筑材料涂料中，能够改善热传递效果，并减少透光性，从而优化涂料性能，满足实际使用需求。
2.3纳米材料材料在催化领域中的应用
催化剂在众多化工领域中都占据着十分重要的地位，其能够控制反应时间、提升反应速度与效率，显著提升经济效益，减少对生态环境的污染。首先，光催化反应。纳米粒子作为光催化剂拥有粒径细、催化效率高等优势，十分容易利用光学手段来对界面的电荷转移进行等特点进行研究。例如，利用纳米Ti02应用在高速公路照明装置的玻璃罩面中，由于其拥有较高水平的光催化活性，能够对其表面的油污进行分解处理，从而保证其良好的透视性。又例如，在火箭发射所使用的固体燃料推进器中，如添加大约为1wt%的超细铝或镍颗粒，可以使得其燃烧使用率增加100%。将表面为180m2/g的碳纳米管直接应用在NO的催化还原中，从而可以增加NO的转化率。
