第9章 材料的亚稳.ppt

第九章 材料的亚稳态Metastability of Materials;;常见的材料亚稳态有如下形式：;;第一节 纳米结构材料(Nanostructured materials);;纳米材料总体指尺度（三维中至少有一维）为纳米级（100 nm）或由它们为基本单元所组成的固体，包括纳米晶单体、纳米结构材料、纳米粉体、纳米尺度物体（纳米线、纳米带、纳米管、纳米薄膜、纳米粒子即纳米器件）。;;9.1.1 纳米结构材料（发展历程）;;9.1.1 纳米结构材料（发展历程）;9.1.1纳米结构材料的结构;;纳米复合材料的种类;第一类纳米材料：是由非晶物质组成的;第二类纳米复合材料：由化学成分不同的超细晶和非晶组成;第三类纳米复合材料：由参杂的晶界所组成的;9.1.2 纳米材料的性质;2）表面效应;3）量子尺寸效应;;4）宏观量子隧道效应;; 纳米晶材料不仅具有高的强度和硬度，其塑性韧性也大大改善。纳米晶导电金属的电阻高于多晶材料，纳米半导体材料却具有高的电导率 ，纳米铁磁材料具有低的饱和磁化强度、高的磁化率和低的矫顽力。 纳米材料的其他性能，如超导临界温度和临界电流的提高、特殊的光学性质、触媒催化作用等也是引人注目的。 ;纳米材料的力学性能;表1 纳米晶金属与通常的多晶或非晶态的性能;纳米晶材料力学性能远高于其微米晶状态 纳米晶高碳钢（1.8%C）的断裂强度由通常的700MPa提高到8000MPa。 ;;;;;纳米晶材料的超塑性;纳米材料的物理性能;纳米材料的热学性能;纳米材料的电性能;;;纳米材料的磁性能;;;9.1.3 纳米材料的制备;9.1.4 纳米结构材料的形成;塑性变形方式：;大块纳米晶显微组织;;小结;第九章 材料的亚稳态Metastability of Materials;主要内容;富勒烯和纳米碳管;9.1.5 .1 富勒烯（Fullerenes）;;;富勒烯发现的历程;;C60具有什么样的结构呢？;;富勒烯的特性;C60应用前景;C60应用前景;9.1.5 .2 纳米碳管Carbon Nano-Tube （CNT）;;;A transmission electron microscope reveals the multiwall nature of the carbon nanotube. Here we see a 10 nm inner diameter, 9 concentric walls, and a clear inner channel. Click again for a closeup view.;;早在1889年，就有一项专利阐明了如何制备一维碳纳米材料，产物中就有可能包含碳纳米管。 美国人Bacon在1960年制备出纳米尺寸的卷曲石墨结构，并使用电子显微镜和x射线衍射技术确定了产物的微观结构。;在20世纪70年代，新西兰坎特伯雷大学的Wiles和Abrallamson研究过使用石墨电弧法制备碳纤维，他们曾发现其中一个电极表面覆盖罩一层“细小的纤维状物质”。 1979年，电子衍射结果表明这些“纤维”的每一层结构同石墨的层片类似。他们描述这些结构由数层碳纳米管“套在一起”而成的，这可能是关于多壁碳纳米管的最早描述。 ;;1984年，美国通用汽车研究的Tibbetts发表了题为“Why are carbon filaments tobular”的文章，从热力学角度分析了碳晶须和碳纤维形成管状结构的可能性，并且在900℃下通过催化裂解碳氢化合物的方法制备出这种管状结构，理论模型同实验结果符合得很好。 1986年，Daedaus继1966年预言球形“空心分子”的存在后，又一次大胆的预测了具有空管状结构的长分子的存在，它将这种结构象地比喻为“通心粉”。;1991年之前，美国海军验室的一个研究小组提交了一篇预言碳纳米管电子结构的理论性文章，但当时认为近期不可能合成碳纳米管，文章未能及时发表。这种结构同巴基葱很类似。 1991年，lijima发现的碳管中没有单壁碳纳米管，他当时报道的碳纳米管的层数最小为2，是双壁碳纳米管。 1993年日本的Iijma和IBM公司的Bethunell分别发现单壁碳纳米管。 ;;碳纳米管分类;碳纳米管垂直阵列的应用领域;9.1.5 .3 石墨烯（Graphene）;9.1.5 .3 石墨烯（Graphene）;;发现历史;;;;石墨烯的性质;制备方法;撕胶带法/轻微摩擦法;碳化硅表面外延生长;金属表面生长;;乙氧钠裂解;切割碳纳米管法;石墨的声波处理法;性能;潜在的应用;第二节 准晶-极端对称;准晶的发现 ;;Daniel Shechtman一度不被同行接受;准晶的发现;Daniel Shechtman教