《纳米复合材料的结构和性能.ppt

纳米复合材料的结构和性能 纳米复合的发展已经成为纳米材料工程的重要组成部分。世界发达国家发展新材料的战略，都把纳米复合材料的发展摆到重要的位置． 美国在1994年11月中旬召开了国际上第一次纳米材料商业性会议，纳米复合材料的发展和缩短其商业化进程是这次会议讨论的重点； 德国在制定21世纪新材料发展的战略时，把发展气凝胶和高效纳米陶瓷作为重要的发展方向； 英国和日本各自也都制定了纳米复合材料的研究计划．纳米复合材料研究的热潮已经形成． 复合涂层材料 (composite coating materials) 纳米涂层材料由于具有高强、高韧、高硬度特性，在材料表面防护和改性上有着广阔的应用前景． 近年来纳米涂层材料发展的趋势是由单一纳米涂层材料向纳米复合涂层材料发展． 高力学性能材料 所谓高力学性能是指比目前常规材料所具有的强度、硬度、韧性以及其他综合力学性能更好、更优越的性能，除了对传统材料进行改性以外，发展高效力学性能材料已提到材料科学工作者的面前，在这方面纳米复合材料的研究为探索高力学性能材料开辟了一条新的途径． 1 高强度合金（high strength alloy） 日本仙台东北大学材料研究所用非晶晶化法制备了高强、高延展性的纳米复合合金材料，其中包括纳米Al-过渡族金属-镧化物合金, 纳米Al-Ce-过渡族金属合金复合材料，这类合金具有比常规同类材料好得多的延展性和高的强度(1340～1560MPa)．这类材料结构上的特点是在非晶基体上分布纳米粒子. 大块金属玻璃(bulk metal glass-BMG) 2 增韧纳米复相陶瓷( reinforced nanocomposite ceramics) 纳米尺度合成使人们为之奋斗将近一个世纪的陶瓷增韧问题的突破成为一种可能． 3 超塑性 （superplasticity） 自20世纪80年代中期以来，超塑性陶瓷材料相继在实验室问世． Wakai和Nieh等人在加Y2O3稳定化剂的四方二氧化锆中(粒径小于300nm)观察到了超塑性，他们在此材料基础上又加入20%Al2O3，制成的陶瓷材料平均粒径约500nm，超塑性达200％至500％． 仿生材料(bionic materials) 仿生材料的研制是当前材料科学中学科交叉的前沿领域. 纳米材料问世以后，仿生材料研究的热点已开始转向纳米复合材料, 这是因为自然界生物的某些器官实际上是一种天然的纳米复合材料. 一些发达国家，如美国，日本，德国、俄罗斯已经开始制定为人类健康服务的仿生材料的研究计划，而纳米仿生材料的位置也越来越重要高. 其它的应用领域 1 高分子基纳米复合材料 2 磁性材料 3 磁致冷材料 4 超软磁材料和硬磁材料 5 巨磁电阻材料 6 光学材料 7 高介电材料 纳米复合材料的重要性 纳米复合材料是属于纳米材料工程的重要组成部分，以实际应用为目标的纳米复合材料的研究在未来的一段时间内将有很强的生命力，也是新材料发展的一个重要部分,因此应该对其研究给予高度的重视． 纳米复合材料的发展方向 开展纳米复合人工超结构的研究。 根据纳米结构的特点把异质、异相、不同的有序度的材料在组米尺度下进行合成（synthesis）、组合（assembling）和剪裁（tailoring），设计新型的元件，发现新现象，开展基础和应用基础研究， 在继续开展简单纳米材料研究的同时，注意对纳米复杂体系的探索也是当前纳米材料发展的新动向． 纳米结构和纳米材料的应用 在21世纪信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，材料的小型化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等为纳米材料的应用提供了广阔的应用空间．世界各国面对着新世纪的严峻挑战都在重新思考如何调整国民经济支柱产业的布局．如何发展高科技，增强国际竞争的实力，纳米科技在这方面将发挥重要的作用． 量子磁盘与高密度磁存储 一般磁盘存储密度达到106～107bit/in2 光盘的存储密度提高到109bit/in2 有人一度把1011bit／in2称之为不可愈越的极限 量子磁盘的问世，使磁盘的尺寸比原来的磁盘缩小了10000倍，磁存储密度达到4?1011bit／in2 量子磁盘与高密度磁存储 纳米结构的磁盘，尺寸为l00nm?l00nm，由直径为l0nm，长度为40nm的Co棒按周期为40nm排列成阵列(如右图所示) 高密度记忆存储元件 记忆存储元件的发展趋势是降低元件尺寸，提高存储密度；铁电材料，特别是铁电薄膜是设计制造记忆存储元件的首选材料． 纳米结构有序平面阵列体系是设计下一代超小型、高密度记忆元件的重要途径． 单电子晶体管的用途 单电子晶体管的用途很多，它可用