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当纳米技术遇到陶瓷会碰撞出怎样的火花?

时间: 2024-07-23 16:43:00 |   作者: ayx官网登陆

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      纳米技术的有关研究越来越深入,纳米材料的性能越来越优良,纳米材料的应用场景范围也慢慢变得广泛。

      按化学组份来分类,纳米材料可分为:纳米陶瓷、纳米磁性材料、碳纳米材料(石墨烯是其中之一)、纳米金属材料、纳米晶体材料、纳米玻璃材料、纳米高分子材料和纳米复合材料等等。今天就来介绍其中的一类纳米陶瓷材料。

      陶瓷是混合物,其化学成分很多,产地不同,成分也不同。其主要成分是二氧化硅和硅酸盐(硅酸铝,硅酸钙等)。例如,景德镇的高岭土是上等的陶瓷材料,它的主要成分是三氧化二铝(39.5%)、二氧化硅(46.54%),还有其它的碱金属氧化物。

      纳米陶瓷的制作,要选择多种合适的可溶性金属盐类,配制成溶液,经过反应,沉淀,脱水,再施加一些分解和还原的手段,最终得到纳米陶瓷粉体。

      不同的纳米陶瓷器件是有不一样的属性要求的。在器件的致密度方面,有高低不同的要求,在晶粒大小方面也有不同的要求。所以,纳米陶瓷器件的烧结工艺技术要求是很高的。一是要把控纳米粉体颗粒的大小,二是要把控烧结温度和时间,三是要把控烧结的致密程度,四是要把控晶粒的生长。

      我国是陶瓷大国,陶瓷材料的应用十分普遍,但是陶瓷的脆性限制了普通陶瓷的应用场景范围。纳米陶瓷不但可以克服普通陶瓷的缺点,而且还可以创造出许多新的优点。

      复合纳米陶瓷技术,是把陶瓷纳米颗粒和其它材料的纳米颗粒掺和烧结,这样做才能够得到很多具有特殊用途的新的陶瓷材料。这样一来,陶瓷材料的应用就得到极度的扩大,纳米陶瓷会像钢铁、塑料等主流材料一样普遍被应用。

      高强度、高韧性的纳米陶瓷在机械行业中应用很广。例如用它做水泵的轴承,它不怕“空运转”,不怕在有泥沙的水中运转,不怕在海水中运转,把这种水泵用于江河湖海中吸沙输运中,大有用武之地。

      在强度和韧性之间选择最佳比例,用这样的复合纳米陶瓷做成的刀具已确定进入我们的日常生活中了。它比钢铁坚硬,用铁锤敲打也不变形;非常耐磨,永不卷口;耐腐蚀,永不生锈。所以复合纳米陶瓷将带来一场刀具革命。将来,手术刀、切刀、砍刀、野战刀、螺丝刀,大部分刀具都能够正常的使用纳米陶瓷来制作。

      防弹专用的纳米陶瓷,防弹性能十分优异、质量轻、价格低,现在已经成为使用最为广泛的防弹材料,可以用它做防弹衣,做装甲车的外壳等,将来在战场上,这种防弹纳米陶瓷将会大放异彩。

      耐高温陶瓷材料在发动机中大有用场。发动机的一般构件,例如轴瓦、曲轴,可以用这种耐高温高韧性高强度的纳米陶瓷做出来。发动机的缸套、缸盖、气缸的内壁能够正常的使用这种耐高温陶瓷的涂层。

      据了解发动机气缸的工作时候的温度每提高100℃,发动机的功率可增大15%。传统发动机燃烧室一般用镍基、钴基材料,压气机用钛合金,工作时候的温度为950℃到980℃,传统发动机的工作时候的温度不能太高,要增设冷却系统。

      但是现在,科学家用高温陶瓷做的涡轮,不加冷却,工作时候的温度就可达到1500到1600℃;用氮化硅纳米陶瓷做成的发动机在每分钟5万转的转速下就运转了200小时;全陶瓷发动机也试制出来了;发动机实际在做的工作温度的提高必然会带来功率的提高。虽然这些还在实验中,但人们足以看到一个事实:高温陶瓷将掀起一场发动机革命。

      锆钛酸铅的纳米粉体和陶瓷纳米粉体一起做成压电纳米陶瓷,其压电效率比传统的压电陶瓷相比,性能有了极大的提高。

      压电纳米陶瓷的主要用途是作为换能器,可用于在空气中工作的传声器、耳机、扬声器以及电视遥控器等,可用于在水中工作的超声波探伤仪、厚度计等,可用于超声波频率的压电陶瓷换能器,还可以发射大功率的强力超声波,用于侦察和监视。压电纳米陶瓷片还是一种理想的高压电源,大范围的使用在炮弹、炸弹的点火、触发和引爆。

      传统的吸波材料多为铁氧体和其它多晶铁纤维吸波材料,但是这些都只能在常温下做隐身材料。

      对于武器装备的高温部分,例如飞机尾部的喷管,要隐身就只能用高温纳米陶瓷吸波材料了。随着科学技术的慢慢的提升,吸波材料不仅要求能吸收厘米波而且要求能吸收毫米波,在这方面,纳米吸波材料在这方面表现出极强的优势。

      据悉,目前国内外研究最多的是碳化硅纳米陶瓷吸波材料,它吸波性能好,能减少发动机的红外辐射,而且还具有密度小、强度高、韧性好、电阻率大等优点。

      生物功能陶瓷是具有某些特殊生理行为的陶瓷。例如,要求具有生物的降解性和生物的相容性,像人造牙齿、人造骨等。

      现在,医学界接骨有了新方法。研究之后发现,采用纳米颗粒复合制备的磷酸钙骨水泥,与肌体亲和性好,无异物反应,并且材料具备可降解性。能被新生骨逐步吸收。

      对于骨骼的部分缺失部位,先用这种纳米水泥做一个具有多孔洞的骨架,接上;再把干细胞注入,让其在多孔洞的骨架中生长出骨质;最后新生骨质吸收人造骨架,骨骼的缺失部位自然长好。这种接骨方法堪称完美。

      未来纳米陶瓷的应用,不会局限于以上几个维度。凭借着其优异的性能,将来还会应用到航空航天等更先进的高科技领域,让我们的科技更快的发展进步。


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