段家寶+李新明+李常勝

摘要：近年來(lái)，隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米復(fù)合材料的種類(lèi)也變得多種多樣。納米復(fù)合材料的綜合應(yīng)用性能很好，在我國(guó)各工業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍非常廣泛，如涂料、工程材料、光學(xué)材料、磁性材料等。

關(guān)鍵詞：納米復(fù)合材料；工程材料；光學(xué)材料；磁性材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TB33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）06-0007-02進(jìn)入21世紀(jì)，各領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系囊蕾?lài)程度越來(lái)越高，納米材料是一種應(yīng)用性能很高的工程材料，其應(yīng)用范圍非常廣泛。2008年，美國(guó)舉辦了材料科學(xué)學(xué)會(huì)，會(huì)議指出：“納米材料工程將成為21世紀(jì)工程材料的重要組成部分。”納米復(fù)合材料是納米工程材料的重要分支，目前，很多企業(yè)已紛紛將技術(shù)研發(fā)目標(biāo)轉(zhuǎn)向納米復(fù)合材料，并逐漸加大研究力度，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍。

1 納米復(fù)合材料理論概述

通過(guò)對(duì)納米復(fù)合材料進(jìn)行系統(tǒng)分析可知，可以按照材料性質(zhì)將其劃分為三種類(lèi)型。

1.1 單體復(fù)合材料

單體符合材料是不同種類(lèi)、成分的納米粒子經(jīng)過(guò)工業(yè)處理復(fù)合而成的，這種納米固體的物理結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，且化學(xué)性質(zhì)也很可靠。因?yàn)榻M成成分少，所以單體復(fù)合材料納米粒子的復(fù)合最完全，其分子結(jié)構(gòu)之間的基團(tuán)鏈不會(huì)隨溫度、壓力的變化而變化。

1.2 雙體復(fù)合材料

雙體復(fù)合材料可以通過(guò)工業(yè)處理將納米粒子均勻的分散到二維薄膜材料中，粒子在彌散過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生均勻或不均勻兩種分布狀態(tài)，這兩種分布狀態(tài)的復(fù)合結(jié)構(gòu)都具有一定的穩(wěn)定性。均勻和非均勻彌散狀態(tài)的薄膜基體表現(xiàn)出的層狀結(jié)構(gòu)具有明顯的差異性，納米粒子分散混亂的材料的構(gòu)成層級(jí)種類(lèi)很多，分散有序、均勻的材料層級(jí)種類(lèi)較少。

1.3 多體復(fù)合材料

多體復(fù)合材料可以通過(guò)工業(yè)處理將納米粒子均勻的分散到三維固體中，納米粒子會(huì)通過(guò)外力作用，深入固體組織結(jié)構(gòu)，改變其分子集團(tuán)的分布情況，進(jìn)而影響三維固體的物理性能和化學(xué)性能。多體復(fù)合材料的應(yīng)用前景非常好，是當(dāng)今納米材料科研工作者研究的重點(diǎn)

問(wèn)題。

2 納米復(fù)合材料發(fā)展趨勢(shì)分析

2.1 納米復(fù)合涂層材料

納米復(fù)合涂層材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并且柔韌性好、硬度高、耐腐蝕性強(qiáng)，在工程材料表面涂抹這種防護(hù)材料不僅可以防止工程材料的破損，還能增加工程材料的防護(hù)功能。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合涂層材料得到了顯著發(fā)展，單一納米結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬蛹{米結(jié)構(gòu)。美國(guó)著名納米工程材料研究專(zhuān)家普修斯于2012年成功研制出了復(fù)合涂層納米材料，這類(lèi)納米材料的抗氧化性能非常好，可以在高溫條件下保持不褪色、不熱化。對(duì)其材料進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)，該材料的涂層硬度高達(dá)20.SGpa，是碳鋼強(qiáng)度的35倍。具體工藝流程如下：首先，用激光蒸發(fā)法去除鋼表面的納米結(jié)構(gòu)，將金剛石納米粒子涂抹在鋼表面；之后，重復(fù)上述工藝步驟，在鋼表面上涂抹兩層金剛石納米粒子；最后，在高溫條件下對(duì)鋼表面材料進(jìn)行擠壓復(fù)合。經(jīng)過(guò)多次擠壓，納米復(fù)合涂層材料就此形成，經(jīng)過(guò)加工，鋼材料的硬度提高了23.4倍。

2.2 高力學(xué)性能材料

高力學(xué)性能是突出材料的強(qiáng)度、硬度等物理性能，工程材料經(jīng)過(guò)力學(xué)改性之后，其物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。對(duì)原始材料進(jìn)行改性實(shí)驗(yàn)雖然在一定程度可以提高材料的某些力學(xué)性能，但這種性能的提升具有很強(qiáng)的局限性，并不能真實(shí)的體現(xiàn)出材料的力學(xué)極限。經(jīng)過(guò)納米復(fù)合材料改性，高力學(xué)性能材料得到了非常顯著的研究成果。高力學(xué)性能材料發(fā)展趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）高強(qiáng)度合金。采用晶化法可以大大提升納米復(fù)合合金材料的力學(xué)性能，對(duì)金屬進(jìn)行納米復(fù)合實(shí)驗(yàn)，可以將材料轉(zhuǎn)變成復(fù)合型納米金屬，如將鋁進(jìn)行納米復(fù)合實(shí)驗(yàn)，鋁會(huì)轉(zhuǎn)化為過(guò)度族金屬，這種金屬結(jié)構(gòu)的延展性和強(qiáng)度非常高。

（2）陶瓷增韌。納米粒徑很小，所以納米粒子很容易就可滲透到細(xì)小分子結(jié)構(gòu)中，粘合關(guān)聯(lián)性并不緊密的各分子基團(tuán)。在陶瓷增韌領(lǐng)域納米復(fù)合材料起到了很好的促進(jìn)作用，在碳化硅粉末中加入粒徑為10μm的碳化硅粗粉，在高溫高壓條件下進(jìn)行合成，合成之后碳化硅的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生很大的改變，煅燒后的陶瓷材料的柔韌性明顯增強(qiáng)了，斷裂韌性提高了34.23%。

2.3 高分子基納米復(fù)合材料

高分子材料近幾年在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，高分子材料的物理性能穩(wěn)定且可塑性好，所以在裝飾行業(yè)中的發(fā)展前景非常廣闊。采用納米復(fù)合方式結(jié)合高分子基是我國(guó)納米工程材料正在研究探討的重要課題，目前我國(guó)科研專(zhuān)家已初步完成了部分高分子基納米復(fù)合材料的研制工作。具體表現(xiàn)在：將鐵和銅粉末按照4：5的比例進(jìn)行研磨，研磨均勻后用高粒子顯微儀器提取鐵銅合金粉體，通過(guò)顯微鏡觀察可知這種粉體的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，晶粒間的距離很短。這種粉體和環(huán)氧樹(shù)脂基團(tuán)進(jìn)行復(fù)合實(shí)驗(yàn)可以研制出高強(qiáng)度的金剛石材料，并且其材料還具有很強(qiáng)的靜電屏蔽性能。

2.4 磁性材料

磁性材料是我國(guó)工業(yè)材料中研究難度最大的課題之一，因?yàn)榇判圆牧系碾姶怒h(huán)境不好判斷，所以在應(yīng)用時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到復(fù)合材料因磁性過(guò)大導(dǎo)致使用性障礙。隨著納米復(fù)合材料的研發(fā)和投入使用，磁性材料將進(jìn)入全新的發(fā)展階段。人們?cè)陬w粒膜中發(fā)現(xiàn)了巨磁阻效應(yīng)，納米粒子在空間流動(dòng)會(huì)被周?chē)艌?chǎng)帶入順磁基體當(dāng)中，空間中的銅、鐵、鎳等磁性粒子都會(huì)附著在納米粒子上。經(jīng)過(guò)金屬粒子和納米粒子的復(fù)合，顆粒膜材料不僅會(huì)擁有強(qiáng)大的電磁感應(yīng)，還會(huì)具有較高的耐熱性能。

2.5 光學(xué)材料

傳統(tǒng)光學(xué)材料的綜合應(yīng)用能力很差，其材料的物理性能大多只能滿(mǎn)足導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，其硬度和穩(wěn)定性都很差。納米復(fù)合材料誕生之后，人們逐漸找到了納米粒子的發(fā)光原理。不發(fā)光的工程材料當(dāng)減小到納米粒子大小時(shí)，其粒子周?chē)鷷?huì)因光色折射產(chǎn)生一定的光。在可見(jiàn)光范圍內(nèi)這些粒子會(huì)不斷產(chǎn)生新的光，雖然這些材料的納米粒子發(fā)出的光并不明顯，且穩(wěn)定度也很差，但是科研專(zhuān)家可以從這方面入手，研究納米復(fù)合材料的發(fā)光性能。將具有代表性的工程材料作為可發(fā)光體，并對(duì)其分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為納米粒子大小的發(fā)光體系，探討如何提高其發(fā)光強(qiáng)度、完善其結(jié)構(gòu)發(fā)光性能。由此可見(jiàn)，納米復(fù)合很可能為開(kāi)拓新型發(fā)光材料提供了一個(gè)途徑。納米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未來(lái)光吸收材料和微波吸收材料設(shè)計(jì)的一個(gè)重要依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文論述可知，利用納米粒子超強(qiáng)的附著能力，可以將納米工藝和傳統(tǒng)材料有機(jī)的結(jié)合在一起，這種復(fù)合型納米材料具有重要發(fā)展意義。當(dāng)今社會(huì)納米復(fù)合材料的研究?jī)r(jià)值最高，其不僅在材料研究領(lǐng)域占有重要地位，在企業(yè)的發(fā)展中也是不可或缺的重要組成。

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作者簡(jiǎn)介：段家寶（1991—），男，湖北人，大連理工大學(xué)學(xué)生。