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金屬納米材料

化工 9547 171

什麼是金屬納米材料[1]

  金屬納米材料是指三維空間中至少有一維處於納米尺度或由它們作為基本單元構成的金屬材料。

金屬納米材料的應用[1]

  金屬納米材料自誕生以來對各個領域的影響令人矚目,這主要是因為納米材料往往“身懷絕技”,有特殊的用途。現列出一些金屬納米材料在實際中的主要用途:

  (1)鈷(Co)高密度磁記錄材料。利用納米鈷粉記錄密度高、矯頑力高(可達119.4kA/m)、信噪比高和抗氧化性好等優點,可大幅度改善磁帶和大容量軟硬磁碟的性能。。

  (2)金屬納米粉體對電磁波有特殊的吸收作用。可作為吸波材料,具有頻帶寬、兼容性好、質量小、厚度薄等優點。美國新近開發的含“超黑粉”的納米複合材料,吸波率達99%。法國研究者採用真空沉積法把NiCo合金及SiC沉積在基體上形成超薄電磁吸收納米結構,再粉碎成微屑並製成納米材料,吸波頻率達50MHz~50GHz。鐵、鈷、氧化鋅粉末及碳包金屬粉末可作為軍事用高性能毫米波隱形材料、可見光一紅外線隱形材料和結構式隱形材料,以及手機輻射屏蔽材料。

  (3)錶面塗層材料。納米鋁、銅、鎳粉體有高活化錶面,在無氧條件下可以在低於粉體熔點的溫度實施塗層。此技術

可應用於微電子器件的生產。

  (4)高效催化劑。銅及其合金納米粉體用作催化劑,效率高、選擇性強,可用於二氧化碳和氫合成甲醇等反應過程中的催化劑。通常的金屬催化劑鐵、銅、鎳、鈀、鉑等製成納米微粒可大大改善催化效果。由於比錶面巨大和高活性,納米鎳粉具有極強的催化效果,可用於有機物氫化反應、汽車尾氣處理等。粒徑為30nm的鎳可將有機化學加氫及脫氫的反應速度提高15倍。

  (5)導電漿料。用納米銅粉替代貴金屬粉末製備性能優越的電子漿料,可大大降低成本。此技術可促進微電子工藝的進一步優化。

  (6)高性能磁記錄材料一鐵。利用納米鐵粉的矯頑力高、飽和磁化強度大、信噪比高和抗氧化性好等優點,可大幅度改善磁帶和大容量軟硬磁碟的性能。

  (7)磁流體。用鐵、鈷、鎳及其合金粉末生產的磁流體性能優異,可廣泛應用於密封減震、醫療器械、聲音調節、光顯示等領域。用永久磁鐵將磁流體固定在迴轉軸的周圍,因迴轉軸與周圍固定件間的空隙很小,其磁場強度特別大,從而能承受較大的沿軸線方向的推力,達到密封效果。

  (8)導磁漿料。利用納米鐵粉的高飽和磁化強度和高磁導率的特性,可製成導磁漿料,用於精細磁頭的粘結結構等。

  (9)高效助燃劑。將納米鎳粉添加到火箭的固體燃料推進劑中可大幅度提高燃料的燃燒熱、燃燒效率,改善燃燒的穩定性。

  (10)高硬度、耐磨WC-Co納米複合材料。納米結構的WC-Co已經用作保護塗層和切削工具。這是因為納米結構的WC-Co在硬度、耐磨性和韌性等方面明顯優於普通的粗晶材料。其中,力學性能提高約一個量級,還可能進一步提高。高能球磨或者化學合成WC-Co納米合金已經工業化。

  (11)Al基納米複合材料。Al基納米複合材料具有超高強度(可達到1.6GPa)。其結構特點是在非晶基體上彌散分佈著納米尺度的a—Al粒子,合金元素包括稀土(如Y、Ce)和過渡族金屬(如Fe、Ni)。通常用快速凝固技術獲得納米複合結構。這種材料具有很好的強度與模量的結合以及疲勞強度。溫擠A1基納米複合材料已經商業化,在高溫下表現出很好的超塑性行為:在1s − 1的高應變速率下,延伸率大於500%。

  另外一些金屬納米材料具有獨特的氣敏、壓敏、濕敏、熱敏等功能,將納米技術應用於感測器上,可製成性能更優異的感測器。一些納米顆粒具有磁性,以其為載體製成導向劑,可使藥物在外磁場的作用下聚集於體內的局部,從而對病理位置進行高濃度的藥物治療

,特別適於癌症、結核等有固定病竈的疾病。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 張代東,王欽清.金屬納米材料的發展動態研究[J].科技情報開發與經濟,2002(5)