納米金屬材料

由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對納米顆粒而言，尺寸變小同時其比表面積顯著增加，從而產生一系列新奇的性質。例如金屬納米顆粒對光吸收顯著增加，與大尺寸固態(tài)物質相比納米顆粒的熔點會顯著下降，例如，2nm的金屬顆粒熔點為600K，隨著粒徑增加，熔點迅速上升，塊狀金屬為1337K。還有，小尺寸的納米顆粒磁性與大塊材料有明顯的區(qū)別。一般固體的熱運動僅限于晶格振動，固體本身并不運動。而對于納米金屬粒子，除了晶格振動以外，顆粒整體也振動，結果使納米金屬粒子比導體中的電子自由程小，其磁疇比強磁性物質的磁疇小，有時甚至小于磁疇，從而呈單磁疇結構。

通過傳統(tǒng)金屬材料的制備方法：冶煉、鑄造軋制、鍛壓熱處理等很難得到納米金屬材料。比較成熟的納米金屬材料的制備方法主要有：惰性氣體蒸發(fā)、原位加壓法、高能球磨法和非晶晶化法等。 2100433B

納米固體中的原子排列既不同于長程有序的晶體，也不同于長程無序、短程有序的“氣體狀”固體結構，是一種介于固體與分子間的亞穩(wěn)中間態(tài)物質。因此，一些研究人員把納米材料稱之為晶態(tài)、非晶態(tài)之外的“第三態(tài)晶體材料”。正是由于納米材料這種特殊的結構，使納米材料科學與技術之產生四大效應，即小尺寸效應、量子效應(含宏觀量子隧道效應)、表面效應和界面效應，從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的物理、化學性能，表現(xiàn)出獨特的光學、電學、磁學、催化、化學特性和超導性能等特性，使納米材料在國防、電子、化工、冶金、輕工、航空、陶瓷、核技術、催化劑、醫(yī)藥等領域具有重要的應用價值。

量子效應包括量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應。

(1)量子尺寸效應。大塊材料的能帶可以看成是連續(xù)的，而介于原子與大塊材料之間的納米材料的能帶將分裂為分立的能級。能級間的間距隨顆粒尺寸的減小而變大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時就會呈現(xiàn)出一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應。如導電的金屬在納米顆粒狀態(tài)時變成絕緣體，磁矩的大小與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關，比熱亦會發(fā)生反常變化等。

(2)宏觀量子隧道效應。微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。納米金屬粒子也具有這種效應，故稱為宏觀量子隧道效應。

《納米金屬材料的制備及性能》以高強度、高塑性的塊體納米晶金屬材料為主要的研究對象，通過各種實驗測試，考察納米晶合金的微觀變形機理，以揭示晶體合金成分、制備工藝、微觀結構與性能之間的關系，重點是改進工藝，發(fā)展一種新的納米晶金屬的制備技術，制備晶粒尺寸在臨界晶粒尺寸附近的塊體納米晶金屬材料。書中內容包括塊體納米鎳—鐵合金的制備及性能、納米銅的制備及性能等。

采用惰性氣體凝聚-真空原固結(可另加冷軋)、非晶態(tài)玻璃轉變區(qū)內高壓合成等技術制備成功大尺寸納米金屬銀、銅、鋁、硒、鳥、鎳基、鋁基和鐵基合金、鋁氧化鋁復合材料以及碳化鎢--鈷類納米硬質合金，其晶粒尺寸為6至-80納米，最大密度為100%，最大重量為400克，最大體積為39立方厘米。大尺寸納米金屬中空位缺陷的尺寸和微觀結構與小尺寸納米金屬中的缺陷相似，晶格嚴重畸變，晶界能降低，納米金屬的硬度提高2至6倍。屈服和斷裂提高1至16倍。納米金屬鋁顯示極高強度和延性，呈前切穿晶塑性斷裂。鐵基納米合金的屈服和疲勞強度在30納米處呈極大值。大尺寸納米金屬的制備技術和納米金屬的高硬高強耐磨性能具有應用前景。