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纳米材料的应用
主讲人:Mr Gu
第8章 纳米材料与纳米技术的应用
(一)教学基本要求了解纳米技术在陶瓷领域、陶瓷工业环保领域、化工生产中、微电子学、生物工程及医学、军事领域、其他领域方面的应用(二)教学重点难点重点:纳米材料与纳米技术的应用难点:纳米材料与纳米技术的应用
前言1:材料与社会的发展
材料是人类社会进化和人类文明的里程碑,是人类赖以生产和生活的物质基础,是社会进步的物质基础和先导。因为对材料的认识和利用能力,决定着社会的形态和人类生活的质量,所以,历史学家往往用制造工具的原材料作为历史分期的标志。
化学:化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、件能、反应和应用的学科。
材料 : 材料是人们利用化合物的某些功能来制作物品、器件、构件、机器或其他产品时用的化学物质,但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物,一般都不算是材料。
化学与材料的关系: 化学是材料发展的源泉,而材料又为化学发展开辟了新的空间。化学与材料保持着相互依存、相互促进的关系。
前言2:化学与材料
世界各国对材料的分类不尽相同,若按照材料的使用性能来看,可以分为结构材料和功能材料,从材料的应用对象来看有可以分为信息材料、能源材料、建筑材料、生物材料、航空材料等多种类别,但就大的类别可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料四大类。
前言3:材料的种类
前言3.1 无机非金属材料
无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷及天然矿物材料等。
前言3.1.1 传统无机非金属材料
水泥
水泥呈粉末状,当它与水混合后成为可塑性浆体,经一系列物理化学作用凝结硬化变成坚硬石状体,并能将散粒状材料胶结成为整体。水泥浆体不仅能在空气中硬化,还能在水中硬化、保持并继续增长其强度,故水泥属于水硬性胶凝材料。
玻璃
玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。其内能和构形熵高于相应的晶体。其结构为短程有序,长程无序。从熔融态转变为固体时有一转变温度Tg。广义的玻璃包括无机玻璃、有机玻璃、金属玻璃等;狭义上仅指无机玻璃,最常见的是硅酸盐玻璃。这里主要谈无机玻璃。
前言3.1.2 传统无机非金属材料
玻璃制品的分类
无机玻璃的化学组成包括有众多元素的氧化物或非氧化物。
(1)普通玻璃
普通玻璃是以硅酸盐系统为主要基础的传统玻璃。包括有平板玻璃、日用玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、点光源玻璃、玻璃纤维等。
(2)特种玻璃
随着社会和科学的发展,在玻璃材料科学领域中,由于某些新品种是根据特殊用途专门研制的,其成分、性能、制造工艺均与一般工业和日用玻璃有所差别,它们往往被归入专门的一类,叫做特种玻璃。这些特种玻璃逐渐脱离了传统玻璃的基础系统范围。常见的特种玻璃有光子学玻璃、微晶玻璃、生化玻璃、溶胶-凝胶玻璃等。
前言3.1.3 传统无机非金属材料
陶瓷
陶瓷是指以天然或人工合成的无机非金属物质为原料,经过成形和高温烧结而制成的固体材料和制品。
前言3.1.4 传统无机非金属材料
陶鹰鼎——仰韶文化庙底沟类型 高36cm
三彩——我国古代陶器中一颗璀灿的明珠
日用陶瓷-盘子
建筑陶瓷-墙面砖
化工陶瓷
结构陶瓷-陶瓷刀
功能陶瓷-电子陶瓷
传统的无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点,但也有质脆、经不起热冲击等弱点。新型无机非金属材料继承了传统材料的许多优点,并克服某些弱点,使材料具有更加优异的特性,用途更加广泛。新型无机非金属材料的特性有:1.能承受高温,强度高。2.具有电学特性。3.具有光学特性。4.具有生物功能。
前言3.2 新型无机非金属材料
氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、高频介电损耗小、高温绝缘电阻高、耐化学腐蚀性和导热性良好等优良综合技术性能,以及原料来源广、价格相对便宜、加工制造技术较为成熟等优势,已被广泛应用于电子、电器、机械、化工、纺织、汽车、冶金和航空航天等行业,成为目前世界上用量最大的氧化物陶瓷材料。
前言3.2 新型无机非金属材料
纺织瓷件
氧化铝陶瓷电阻
氧化铝髋关节
高纯氧化铝透明陶瓷管
高压钠灯
氮化硅陶瓷
氮化硅陶瓷的性能:作为一种理想的高温结构材料,最主要的应具备如下性能:(1)强度好、韧性好;(2)抗氧化性好;(3)抗热震性好;(4)抗蠕变性好;(5
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