纳米材料应用浅析

朱晓刚　张昊　张广城

摘 要：纳米技术的发展水平决定了一个国家的工业技术发展水平。结合纳米技术的定义，简单介绍了纳米材料的主要性能和具体应用，最后展望了纳米材料的发展应用前景。

关键词：纳米材料；纳米技术；粒子；光波

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0042-01

1 纳米材料概况

广义上的纳米材料是指组成物质的粒子至少有一维尺寸处于纳米级别。按照纳米粒子单元三维空间尺寸，纳米材料可以分为三类，分别是：①一维纳米材料，主要包括纳米颗粒和原子团；②二维纳米材料，其知粒子仅有一维尺寸处于纳米级别，例如纳米丝；③三维纳米材料，其粒子仅有二维尺寸处于纳米级别，例如薄膜材料。

2 纳米材料的发展和应用前景

2l世纪的三大技术支柱是指新材料技术、生物技术和信息技术，而纳米技术的问世则显著地提升这三大支柱技术的性能指标。

2.1 纳米切削刀具纳米化

我国第一把纳米涂层金刚石刀具是在合肥工业大学问世的，这标志着纳米材料已成功地应用到了机械加工领域。纳米材料涂层刀具与硬质合金刀具的比较如图1所示。

与硬质合金道具相比，纳米涂层的金刚石刀具是在工具钢的基体上，在真空状态下，利用金属原子的电沉积性质，将特殊性能的化合物氮化钛或氮化铝钛形成厚度为2～3 μm的硬质涂层。其表层的硬度可达到HRC90，心部材料为工具钢硬度HRG55，有一定的韧性，因此可以在切削加工时，减少因轴向切削力作用而产生崩刃或断刀等情况。由于纳米涂层的金刚石刀具表层有足够的硬度，因此不但可以切削硬度较高的材料，而且还可以提高切削的效率。纳米涂层在提高刀具表面硬度的同时，还提高了刀具表面的耐磨性。这样就可以减少刀具的磨刀次数，进而延长刀具的寿命。对于刀具材料来说，具有足够的热硬性是不可或缺的，而涂覆纳米涂层可使刀具的使用温度达到750 ℃，同时刀具的切削表面硬度仍能保持在HRC80以上，这样，刀具就有了持续切削的能力。

2.2 纳米隐身技术

正是由于具有高超的纳米隐身技术，因此以美国为首的多国部队的战机才在第一次海湾战争中成功地避开了伊拉克雷达的监控，并以迅雷不及掩耳之势出现在伊拉克首都的上空，一举摧毁了伊拉克的重要目标，那么，纳米隐身技术的原理是什么呢？其原理就是：当材料粒子的尺寸小于或接近光波的波长时，粒子吸收光波的能力就会明显增强，从而使光波的反射能力大幅衰减，这样，雷达就无法接受反射波，进而达到了隐身的目的。另外，由于纳米添加剂的尺寸很小，因此增加了基体的表面积，也就是说，位于基体表面积的原子数量与原子总数量的比值将大幅度提高。研究表明，在加入纳米添加剂后，原子数比值增加了100倍左右，从而提高了基体的表面能，加强了原子的表面活性和粒子的吸附能力。

2.3 能源产业纳米化

绝大多数能源，如煤炭、石油和天然气等都是不可再生资源，照目前的能耗情况发展下去，地球可能会出现能源枯竭的现象，因此，可再生能源的发展受到了各国的重视，而纳米能源材料的研究也已经成为了世界上发达国家研究的重要课题。近年来，我国开发和利用的新能源材料的研究获得了新的突破，主要表现在纳米催化材料和光电转换材料上。由于纳米染料敏化太阳电池具有充电快、容量高、寿命长等特点，因此国内一些高校和科研院所也都致力于纳米Ti02染料敏化太阳电池的研究。

3 结束语

纳米技术的发展与工业领域中其他技术的发展是密不可分的，同时，纳米技术的发展已经渗透到其他各种技术的发展中，特别对信息工程、生物工程和机械工程中的技术变革起到了至关重要的作用。随着纳米技术研究的不断深入，它会在各领域的发展中起到越来越大的作用。

参考文献

[1]孙权，李志.纳米科技应用[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]杜锋.微纳米刀具材料成分及其性能M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]白文平，王永新.纳米科材料的发展[M].长春：吉林大学出版社，2002.

〔编辑：王霞〕

Abstract： The level of development of nanotechnology determines the level of industrial technology development of a country. Combined with the definition of nanotechnology， introduces the main performance and application of nanomaterials， the development of nanometer materials application prospect are discussed.

Key words： nanomaterials； nanotechnology； particles； lightwave

摘 要：纳米技术的发展水平决定了一个国家的工业技术发展水平。结合纳米技术的定义，简单介绍了纳米材料的主要性能和具体应用，最后展望了纳米材料的发展应用前景。

关键词：纳米材料；纳米技术；粒子；光波

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0042-01

1 纳米材料概况

广义上的纳米材料是指组成物质的粒子至少有一维尺寸处于纳米级别。按照纳米粒子单元三维空间尺寸，纳米材料可以分为三类，分别是：①一维纳米材料，主要包括纳米颗粒和原子团；②二维纳米材料，其知粒子仅有一维尺寸处于纳米级别，例如纳米丝；③三维纳米材料，其粒子仅有二维尺寸处于纳米级别，例如薄膜材料。

2 纳米材料的发展和应用前景

2l世纪的三大技术支柱是指新材料技术、生物技术和信息技术，而纳米技术的问世则显著地提升这三大支柱技术的性能指标。

2.1 纳米切削刀具纳米化

我国第一把纳米涂层金刚石刀具是在合肥工业大学问世的，这标志着纳米材料已成功地应用到了机械加工领域。纳米材料涂层刀具与硬质合金刀具的比较如图1所示。

与硬质合金道具相比，纳米涂层的金刚石刀具是在工具钢的基体上，在真空状态下，利用金属原子的电沉积性质，将特殊性能的化合物氮化钛或氮化铝钛形成厚度为2～3 μm的硬质涂层。其表层的硬度可达到HRC90，心部材料为工具钢硬度HRG55，有一定的韧性，因此可以在切削加工时，减少因轴向切削力作用而产生崩刃或断刀等情况。由于纳米涂层的金刚石刀具表层有足够的硬度，因此不但可以切削硬度较高的材料，而且还可以提高切削的效率。纳米涂层在提高刀具表面硬度的同时，还提高了刀具表面的耐磨性。这样就可以减少刀具的磨刀次数，进而延长刀具的寿命。对于刀具材料来说，具有足够的热硬性是不可或缺的，而涂覆纳米涂层可使刀具的使用温度达到750 ℃，同时刀具的切削表面硬度仍能保持在HRC80以上，这样，刀具就有了持续切削的能力。

2.2 纳米隐身技术

正是由于具有高超的纳米隐身技术，因此以美国为首的多国部队的战机才在第一次海湾战争中成功地避开了伊拉克雷达的监控，并以迅雷不及掩耳之势出现在伊拉克首都的上空，一举摧毁了伊拉克的重要目标，那么，纳米隐身技术的原理是什么呢？其原理就是：当材料粒子的尺寸小于或接近光波的波长时，粒子吸收光波的能力就会明显增强，从而使光波的反射能力大幅衰减，这样，雷达就无法接受反射波，进而达到了隐身的目的。另外，由于纳米添加剂的尺寸很小，因此增加了基体的表面积，也就是说，位于基体表面积的原子数量与原子总数量的比值将大幅度提高。研究表明，在加入纳米添加剂后，原子数比值增加了100倍左右，从而提高了基体的表面能，加强了原子的表面活性和粒子的吸附能力。

2.3 能源产业纳米化

绝大多数能源，如煤炭、石油和天然气等都是不可再生资源，照目前的能耗情况发展下去，地球可能会出现能源枯竭的现象，因此，可再生能源的发展受到了各国的重视，而纳米能源材料的研究也已经成为了世界上发达国家研究的重要课题。近年来，我国开发和利用的新能源材料的研究获得了新的突破，主要表现在纳米催化材料和光电转换材料上。由于纳米染料敏化太阳电池具有充电快、容量高、寿命长等特点，因此国内一些高校和科研院所也都致力于纳米Ti02染料敏化太阳电池的研究。

3 结束语

纳米技术的发展与工业领域中其他技术的发展是密不可分的，同时，纳米技术的发展已经渗透到其他各种技术的发展中，特别对信息工程、生物工程和机械工程中的技术变革起到了至关重要的作用。随着纳米技术研究的不断深入，它会在各领域的发展中起到越来越大的作用。

参考文献

[1]孙权，李志.纳米科技应用[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]杜锋.微纳米刀具材料成分及其性能M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]白文平，王永新.纳米科材料的发展[M].长春：吉林大学出版社，2002.

〔编辑：王霞〕

Abstract： The level of development of nanotechnology determines the level of industrial technology development of a country. Combined with the definition of nanotechnology， introduces the main performance and application of nanomaterials， the development of nanometer materials application prospect are discussed.

Key words： nanomaterials； nanotechnology； particles； lightwave

摘 要：纳米技术的发展水平决定了一个国家的工业技术发展水平。结合纳米技术的定义，简单介绍了纳米材料的主要性能和具体应用，最后展望了纳米材料的发展应用前景。

关键词：纳米材料；纳米技术；粒子；光波

中图分类号：TB383 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）13-0042-01

1 纳米材料概况

广义上的纳米材料是指组成物质的粒子至少有一维尺寸处于纳米级别。按照纳米粒子单元三维空间尺寸，纳米材料可以分为三类，分别是：①一维纳米材料，主要包括纳米颗粒和原子团；②二维纳米材料，其知粒子仅有一维尺寸处于纳米级别，例如纳米丝；③三维纳米材料，其粒子仅有二维尺寸处于纳米级别，例如薄膜材料。

2 纳米材料的发展和应用前景

2l世纪的三大技术支柱是指新材料技术、生物技术和信息技术，而纳米技术的问世则显著地提升这三大支柱技术的性能指标。

2.1 纳米切削刀具纳米化

我国第一把纳米涂层金刚石刀具是在合肥工业大学问世的，这标志着纳米材料已成功地应用到了机械加工领域。纳米材料涂层刀具与硬质合金刀具的比较如图1所示。

与硬质合金道具相比，纳米涂层的金刚石刀具是在工具钢的基体上，在真空状态下，利用金属原子的电沉积性质，将特殊性能的化合物氮化钛或氮化铝钛形成厚度为2～3 μm的硬质涂层。其表层的硬度可达到HRC90，心部材料为工具钢硬度HRG55，有一定的韧性，因此可以在切削加工时，减少因轴向切削力作用而产生崩刃或断刀等情况。由于纳米涂层的金刚石刀具表层有足够的硬度，因此不但可以切削硬度较高的材料，而且还可以提高切削的效率。纳米涂层在提高刀具表面硬度的同时，还提高了刀具表面的耐磨性。这样就可以减少刀具的磨刀次数，进而延长刀具的寿命。对于刀具材料来说，具有足够的热硬性是不可或缺的，而涂覆纳米涂层可使刀具的使用温度达到750 ℃，同时刀具的切削表面硬度仍能保持在HRC80以上，这样，刀具就有了持续切削的能力。

2.2 纳米隐身技术

正是由于具有高超的纳米隐身技术，因此以美国为首的多国部队的战机才在第一次海湾战争中成功地避开了伊拉克雷达的监控，并以迅雷不及掩耳之势出现在伊拉克首都的上空，一举摧毁了伊拉克的重要目标，那么，纳米隐身技术的原理是什么呢？其原理就是：当材料粒子的尺寸小于或接近光波的波长时，粒子吸收光波的能力就会明显增强，从而使光波的反射能力大幅衰减，这样，雷达就无法接受反射波，进而达到了隐身的目的。另外，由于纳米添加剂的尺寸很小，因此增加了基体的表面积，也就是说，位于基体表面积的原子数量与原子总数量的比值将大幅度提高。研究表明，在加入纳米添加剂后，原子数比值增加了100倍左右，从而提高了基体的表面能，加强了原子的表面活性和粒子的吸附能力。

2.3 能源产业纳米化

绝大多数能源，如煤炭、石油和天然气等都是不可再生资源，照目前的能耗情况发展下去，地球可能会出现能源枯竭的现象，因此，可再生能源的发展受到了各国的重视，而纳米能源材料的研究也已经成为了世界上发达国家研究的重要课题。近年来，我国开发和利用的新能源材料的研究获得了新的突破，主要表现在纳米催化材料和光电转换材料上。由于纳米染料敏化太阳电池具有充电快、容量高、寿命长等特点，因此国内一些高校和科研院所也都致力于纳米Ti02染料敏化太阳电池的研究。

3 结束语

纳米技术的发展与工业领域中其他技术的发展是密不可分的，同时，纳米技术的发展已经渗透到其他各种技术的发展中，特别对信息工程、生物工程和机械工程中的技术变革起到了至关重要的作用。随着纳米技术研究的不断深入，它会在各领域的发展中起到越来越大的作用。

参考文献

[1]孙权，李志.纳米科技应用[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]杜锋.微纳米刀具材料成分及其性能M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]白文平，王永新.纳米科材料的发展[M].长春：吉林大学出版社，2002.

〔编辑：王霞〕

Abstract： The level of development of nanotechnology determines the level of industrial technology development of a country. Combined with the definition of nanotechnology， introduces the main performance and application of nanomaterials， the development of nanometer materials application prospect are discussed.

Key words： nanomaterials； nanotechnology； particles； lightwave