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纳米材料和纳米技术的用途有哪些呢?

纳米材料和纳米技术的用途有哪些呢?

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2016-08-12

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    近年来在科技报刊上经常出现“纳米材料”和“纳米技术”这种名词。 什么是纳米材料呢?说通俗一些,就是用尺寸只有几个纳米的极微小颗粒组 成的材料。一个纳米是多大呢?只有一米的10亿分之一,用肉眼根本看不 见。
  但用纳米颗粒组成的材料具有许多特异性能。因此,科学家们又把它们 称为“超微粒”材料和“21世纪的新材料”。  但纳米材料并非完全是最近才出现的。最原始的纳米材料在我国公元前 12世纪就出现了,那就是中国的文房四宝之一:墨。
  据考古发现,中国的甲 骨文就是先用墨写,然后雕刻成文的。墨中的重要成分是烟,实际上烟是由 许多超微粒炭黑形成的。烟那么轻,那么细,能在空气中袅袅升起,又可以 在空气中消散。  古人就是用桐油或优质松油在密不透风的情况下使其不完全 燃烧而气化,然后冷凝成烟,再伴以牛皮胶等粘结剂和其他添加物而制成墨。
   制造烟和墨的过程中就包含了所谓的纳米技术。中国的墨虽然算不上现代所说的纯纳米材料,但的确开创了纳米材料的先河。现代的纳米材料是近一二十年才发展起来的,它的起源来自一个科学 家在国外旅游中的联想。
    那是1980年的一天,德国的物理学家格莱特到澳大利亚去旅游。当他独 自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时,空旷寂寞和孤独的环境反而使他的思维特 别活跃和敏锐。他长期从事晶体材料研究,知道晶体中的晶粒大小对材料性 能有极大影响,晶粒越小材料的强度越高。
  格莱特想,如果组成材料的晶粒 细到只有几个纳米那么大,材料的性能又会是怎样的呢?回国后,他立即开 始实验。  1984年,他终于得到了只有几个纳米大的超细粉末。而且他发现, 任何金属和无机或有机材料都可以制成纳米大小的超细粉末。
  更有趣的是, 一旦变成纳米大小的粉末,无论是金属还是陶瓷,从颜色上看都是黑的,其 性能也发生了“天翻地覆”的变化。从此,由德国到美国再到其他国家,有一大批科学家开始迷上纳米材料 的研究。  比如美国的阿贡国家实验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料, 其硬度竟比普通粗晶粒金属的硬度高2-4倍。
  在低温下,纳米金属竟变成了 绝缘体,不再导电。一般的陶瓷很脆,但用纳米陶瓷粉末制成的陶瓷制品, 却有良好的韧性。更有趣的是,纳米材料的熔点会随粉末的直径减少而大大降低。  金的熔 点本是1064°C,但制成10纳米左右的粉末后,熔点降至了 940°C,2纳米的 金粉末,熔点只有33°C。
  这一特点对人们大有用处。如许多高熔点陶瓷很难 用一般方法加工成耐高温的发动机零件。但只要事先制成纳米大小的陶瓷粉 末,就可以在较低温度烧结出耐高温的零件。  纳米粉末和材料是怎样制造出来的呢? 一般是把材料(如金属或陶瓷) 放在一个密封室内,然后充满惰性气体氦,再用激光或电子束将它们加热变 成蒸气,于是材料的原子就在氦气中冷却成烟雾,烟雾黏附在一个冷却棒上 就成了炭黑一样的纳米粉末,将这些粉末收积起来就能模压成零件,或者通 过一道烧结工序制成纳米材料零件。
    纳米材料的用处很多。如可制成高密度磁带;有些新药在制成纳米颗粒 并注射到血管内可顺利进入微血管;纳米大小的催化剂分散在汽油中可提高 内燃机的效率;把纳米大小的铅粉末加人到固体燃料中,可使固体火箭的速 度增加(这是因为越细的粉末,表面积越大,能使表面活性增强)。
  总之,纳 米材料前途无量,用途会越来越广。  。

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