纳米技术在机械工程中的应用

摘 要：随着科学技术的不断进步，纳米材料逐渐出现，并广泛应用到机械工程中，同时纳米材料的应用彻底改变了传统机械工程模式的运转，为机械工程的发展起到了推动作用。

关键词：纳米技术；机械工程；微型

目前纳米材料科学已经一步步进入到人们的日常生活中，作为材料学的一个分支，纳米材料是研究尺寸在0.1nm至100nm之间的物质的组成体系和运动规律，以及技术在人们现实生活中的应用的相关问题进行的探讨。如果将材料划分为不同的层次，那么纳米材料所研究的范畴应该是原子和分子领域。纳米材料的出现对于各个行业领域都有影响，尤其是机械工程领域影响最大，改变了传统机械工程模式，逐渐出现了微型机械技术，利用特殊的纳米材料实现人们的机械需求，这也是目前各国都在大力研究的课题。

1.微型纳米轴承

轴承是机械工程中必不可少的配件，传统机械中的轴承体积都较大，轴承在运行过程中主要是靠润滑油来减少摩擦力，而且轴承的使用寿命也较短。在纳米材料出现后，人们开始制作微型纳米轴承，这种微型纳米轴承最大的好处就是几乎没有摩擦力，而且自身体积较小，直径只有一根头发的万分之一，在机械设备上安装的纳米轴承直径有的只有1nm。跟以往的机械轴承相比较，纳米轴承的体积占据了很大优势，而且纳米材料制作的轴承在摩擦力方面也只是传统机械轴承摩擦力最小值的千分之一而已。

2.纳米技术马达

在中国深圳展销会上亮相了一款由纳米材料制作的马达，这是由美国Mano Muscle公司生产的纳米技术马达，这款纳米技术马达无论在体积和性能上都比传统马达更为优越。纳米技术马达只有传统电磁马达体积的二十分之一，能够承载大概四千克的重量，而且纳米技术马达的使用寿命也延长到了100万次，但是纳米技术马达的总长度却只有一根火柴杆的长度，同时纳米技术马达改变了传统电磁马达在材料上的限制，将铜、铁、磁等材料用纳米材料进行代替，纳米技术马达在使用噪音上几乎为零，体积小，重量较轻，在制造费用上也远远低于传统电磁马达，目前市场上对于纳米技术马达应用还不是很广泛，主要是针对一些电动玩具和汽车的车窗进行应用。

3.纳米材料刀具

纳米材料刀具的研制成功主要是由安徽合肥大学实现的，将纳米技术运用到刀具设计上，采用纳米材料对刀具的力学性能进行优化，同时纳米材料刀具的使用寿命也比传统刀具提高了2倍，纳米材料刀具的出现在很大程度标志着刀具历史上的新里程。

4.纳米耐磨符合图层的运用

纳米材料是以多分子的形式存在，在纳米材料颗粒中还具备了范德华力、库仑力等，并且部分颗粒中存在与化学键结合的情况，所以让陶瓷颗粒团聚的机率增大，在颗粒越小的情况下，团聚就会更紧实，通常在这种状况下，纳米材料所具备的优点将会被限制，只有部分发挥作用。一般会处理方法有两种，分别是机械能施压和化学作用，但是由于硬团聚中的颗粒结合紧实度较高，所以单单采用化学作用无法彻底改变，还要与机械力结合起来，比如剪切力、撞击力等。利用这些进一步将材料的结合力打破。

5.纳米磁性液体在旋转轴中的应用

众所周知，在对静态容器空间进行密封时方法是很多，也都较为容易，通常就是用塑料、橡胶和金属等对容器口做密封，但是在动态空间中，要想进行密封难度就大大增加，尤其是在旋转状态下，动态空间的密封一直没有较好的解决办法。在高速、高真空条件下一般不能进行动态密封，而纳米磁性液体的诞生则带来了一种新的解决方式。我国南京大学近些年对纳米技术进行了研究，成功发明了多种磁性液体，比如硅油、水基、烷基、二脂基等，这些纳米磁性液体可以对旋转轴的密封起到促进作用，同时磁性液体在计算机硬盘方面和润滑剂制造方面都有所应用，并且起到了十分重要的作用。

5.1纳米磁性液体在旋转轴中应用的尺寸效应

在纳米技术的范畴中，旋转轴是最为突出的成果，将传统的尺寸单位减小，从毫米计量单位级转化为了纳米，1毫米的百万分之一就是1纳米，若在机械工程中运作，纳米技术的应用会对机械体积也造成最大化的缩小，在这种条件下诞生了微型机械这种新型机械是生产的象征。其实在实际运用中，微型化一方面是在尺度上变得更细微，另一方面是代表能够大量制造微传感器、集合微结构、微驱动器、微电路等属于一体的微型机电系装置。纳米技术成果是该系统中运用最广泛的，所以，在某种程度上而言，已经从传统机械的理念和范围中转变了。现代科学技术为微型机械的发展奠定了基础，是纳米科技中的核心，是运用新兴技术路线与思维方式的典范，是跨时代意义的产品。

5.2纳米磁性液体在旋转轴中应用的材料以及多元化

纳米技术在旋转轴方面的应用主要是通过改变原材料的基础性能，让原材料通过特殊形式进行分解，增强其性能。随着纳米技术的出现，更多新型材料开始出现，磁性液体在旋转轴密封方面不仅增强了其密封性，也改变了其对磁场的控制特性，同时技术人员通过将纳米材料与微量元素相结合，研制出许多性能更好的多元化材料。

5.3纳米磁性液体在旋转轴中应用的摩擦性能

传统机械制造中，尤其是大型机械在连接处都是由轴承连接的，长时间运转较大摩擦力容易对轴承造成磨损，这样就会机械设备的使用寿命减短，然而纳米技术的出现在很大程度上解决了这一问题，纳米轴承基本上不存在摩擦问题，可以大大提高设备的使用寿命。

6.小结

随着传统机械模式的局限性逐渐增多，人们开始致力于对纳米技术的研究，如今纳米技术已经应用到我们日常生活中的很多领域，尤其是将纳米技术应用到机械工程方面，取代了传统机械制造材料，本文中主要对纳米技术在机械工程中的几种应用进行阐述，也表明了纳米技术对于机械工程发展的重要影响。

参考文献：

[1]樊东黎.纳米技术和纳米材料的发展和应用[J].金属热处理，2011（02）.

[2]闫超.纳米技术在机械工程中的应用浅谈[J].价值工程，2010（29）.

作者简介：陈波，（1980.4.22-），男，汉族，籍贯：重庆市石柱县，研究方向：机械工程。