纳米材料在现实生活中的应用
纳米材料属于纳米技术中的一种,是一种很特殊的材料,物质到纳米尺度以后,大约是在0.1―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。纳米材料指的就是这种尺度达到纳米单位的、具备特殊性能的材料。纳米材料主要包括纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体,后三者是在前者的基础上进一步发展而来。那么,纳米材料在现实生活中的应用有哪些呢?
1.纳米磁性材料
在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质,纳米粒子尺寸小,具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性,用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好,而且记录密度比γ-fe2o3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体,用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。
2.纳米陶瓷材料
传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动,材料质脆,烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小,晶粒
容易在其他晶粒上运动,因此,纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性,这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形,然后做表面退火处理,就可以使
纳米材料已成为一种高性能陶瓷,其表面保持了传统陶瓷材料的硬度和化学稳定性,但内部仍具有纳米材料的延展性。
3、纳米传感器
纳米氧化锆、氧化镍、二氧化钛和其他陶瓷对温度变化、红外和汽车尾气非常敏感。因此,它们可用于制作温度传感器、红外探测器和汽车尾气探测器,其检测灵敏度远高于普通同类陶瓷传感器。
4、纳米倾斜功能材料
在航空航天氢氧发动机中,燃烧室的内表面需要耐高温,其外表面应与冷却剂接触。因此,内表面应由陶瓷制成,外表面应由具有良好导热性的金属制成。但大块陶瓷和金属很难结合。如果金属和陶瓷的成分在生产过程中逐渐且持续地发生变化,并且金属和陶瓷“有
我在你,有你在我”,那么它们可以结合形成倾斜的功能材料。这意味着成分的变化就像一个倾斜的梯子。当金属和陶瓷纳米颗粒按照逐渐改变含量的要求混合和烧结时,可以达到燃烧室侧面耐高温和外部良好导热性的要求。
5、纳米半导体材料
由硅和砷化镓等半导体材料制成的纳米材料具有许多优异的性能。例如,纳米半导体中的量子隧穿效应使一些半导体材料的电子输运异常,电导率降低,并且随着粒径的减小,热导率降低,甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电子器件等领域发挥着重要作用。
利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力,因而它能氧化有毒的无机物,降解大多数有机物,然后
它能产生无毒无味的二氧化碳和水。因此,在半导体纳米颗粒的帮助下,太阳能可以用来催化无机物和有机物的分解。
6、纳米催化材料
纳米颗粒是一种很好的催化剂,这是由于纳米颗粒的尺寸小,表面的体积分数大,颗粒表面和内部的化学键态和电子态之间的差异,以及表面原子的不完全配位,导致表面活性位置的增加,使其具备作为催化剂的基本条件。镍或铜锌化合物的纳米颗粒是一些有机化合物加氢的良好催化剂,可以取代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以将乙烯氧化反应温度从600℃降至室温。
7、医疗上的应用
血液中红细胞的大小为6000~9000nm,而纳米粒子的大小只有几纳米。事实上,它们比红细胞小得多,所以它们可以在血液中自由移动。如果将各种性纳米颗粒注射到人体的各个部位,就可以检查和病变。其疗效优于传统的注射剂和药物。碳材料具有很好的血液相容性。21世纪的人工心脏瓣膜在材料基体上沉积一层热解碳或类金刚石碳。然而,这种沉积过程很复杂,通常只适用于硬质材料的制备。
8、家电
由纳米材料制成的纳米材料具有抗菌、除臭、防腐、抗老化和抗紫外线等多功能抗菌塑料。它们可以用作冰箱和空调外壳中的抗菌和除臭塑料。
9、环境保护
具有独特功能的纳米薄膜将出现在环境科学领域。这种膜可以检测由化学和生物制剂引起的污染,并过滤这些制剂以消除污染。
10、纺织工业
在合成纤维树脂中加入纳米SiO 2、纳米ZnO和纳米SiO 2复合粉体材料,通过纺纱和织造可制备出杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装。可用于制造抗菌内衣和物品,制备出符合国防工业要求的抗紫外线功能纤维。
11、机械工业
采用纳米材料技术对关键机械零件的金属表面进行纳米粉末涂层处理,可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。
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