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簡析納米技術及其發展
納米技術是近年來出現的一門高新技術，簡析納米技術及其發展就是小編為各位正在探究納米材料的物理學的同學推薦的論文，歡迎大家閱讀!
摘要納米技術在全球迅猛發展，其巨大的潛在利益和發展前景吸引了政府和企業的巨額投資。本文主要介紹了納米技術的基本概念;納米材料的物理特性，以及納米技術在焊接領域的應用。
關鍵詞納米技術;納米材料;焊接技術
納米技術的內涵在自然界中無處不在。不僅人類或動物的牙齒和骨骼表面具有納米結構，大量維系著地球生態的樹木也擁有納米結構。而自然界中的生命，更是由最基本的生命物質蛋白質、RNA等“納米機器”組成的組合體。如今，納米技術對傳統產業的實質性影響和對未來工業的潛在革新似已毋庸置疑，因此人們普遍認為，納米技術將和信息技術一道，成為現代高科技和新興學科發展的基礎。
1納米技術的基本概念
納米是一個尺度概念，是一米的十億分之一。當物質到納米尺度以后，大約是在1～100納米這個范圍空間，物質的性能就會發生突變，出現特殊性能。所謂納米材料，就是這種既具有不同于原來組成的原子、分子，也不同于宏觀的物質的特殊性能構成的材料。人們往往只注意原子、分子或者宇宙空間，常常忽略這個中間領域，而這個領域實際上大量存在于自然界。納米材料向各個領域應用的技術(含高科技領域)，在納米空間構筑一個器件實現對原子、分子的翻切、操作以及在納米微區內對物質傳輸和能量傳輸新規律的認識等等。納米技術是一門以許多現代先進科學技術為基礎的科學技術，是現代科學(量子力學、分子生物學)和現代科技(微電子技術。計算機技術、高分辨顯微技術和熱分析技術)結合的產物。
2納米材料的性能
由于納米材料和粗晶材料存在很大的結構上的差距，大量的界面原子，很大的表面積/體積比，高密度的晶界存在等，使納米材料出現了獨特的力學、電磁、光、熱學性能。
2.1力學性能
納米晶體材料的超細晶粒及多界面特征使其表現出不同于普通多晶體材料的力學性能，其硬度/強度既有遵循正常的Hall-petch關系(σ=σα+kd1/2)，也有表現為偏離正常的Hall-petch規律，甚至有個別納米材料如納米pd材，表現為反“Hall-petch行為”。但通常來說，大多數納米材料表現出良好韌性、極好塑性和高強度。如納米Fe的斷裂應力比一般Fe材高12倍，通常表現為脆性的陶瓷材料TIO2、CaFe通過細化晶粒后，可能變為韌性材料，納米TIO2、CaFe可在80～180°范圍內彎曲塑性變形達100%。
2.2電磁、光、熱學性能
納米材料晶粒尺寸小于電子平均自由粒時表現出的宏觀性能是電阻高于粗晶材料。但存在一種所謂的L?5GMR現象(磁場中材料電阻減小)非常明顯，磁場中粗晶材料一般電阻僅下降1%，而納米材料的電阻可下降50%～80%。納米材料的小尺寸效應還表現在磁學、光學性能方面，當晶粒尺寸小于單磁疇的尺寸時，每個晶粒也就成為一個單磁疇，由于晶粒取向的無序性，導致磁矩的混亂排列，使一些粗晶狀態下是鐵磁性的物質轉變成了超順磁性，如當α-FE的晶粒尺寸為5nm時轉變為順磁性，15nm的Ni的矯頑力Hc→O，表現出超順磁性。納米材料引起光的吸取、反射和散射性能異常，金屬納米粉幾乎不呈黑色，對可見光幾乎不反射。
3納米技術在焊接領域的應用
納米材料和納米技術以其蓬勃的生命力和廣闊的發展前景，滲透到陶瓷、微電子、生物工程、化工等幾乎所有的研究領域，焊接領域對納米材料及納米技術的關注，也在不斷的發展和完善中。
3.1在焊接材料中的應用
3.1.1在焊絲涂層中的應用
焊絲表面處理的主要目的在于防止焊絲生銹，增加焊絲潤滑性和導電性。目前氣體保護焊絲所采用的方法主要是表面鍍銅，但是鍍銅焊絲的缺點是焊接煙塵中有毒物質Cu元素含量高;焊接飛濺大;焊接成形差;防銹性能仍不理想易發生點蝕等;隨著材料強度的提高，過渡到焊縫的Cu元素可能削弱焊縫性能，因而高強鋼焊絲盡量避免采用鍍銅工藝，這就需要開發新的焊絲涂層工藝。天津大學運用現代金屬表面工程技術和納米技術，采用特殊的表面處理工藝，在焊絲表面涂敷一層極薄的特殊物質，從根本上解決了傳統鍍銅焊絲的上述缺點。
3.1.2在焊劑制造中的應用
由于合金元素燒損少，成分較易控制，燒結溫度低，能耗小，燒結焊劑正逐漸代替傳統的熔煉焊劑。但是其燒結溫度一般在400C～1000C之間，仍然會消耗大量的能源，且一些必要的組成物如碳酸鹽在較高溫度燒結時會發生分解，從而降低焊劑性能。納米材料的體積效應及表面效應使得在低溫時各組成物就可充分燒結而不發生分解，同時由于納米材料優異的活性，可加快燒結過程、縮短燒結時間，從而降低能源消耗。
3.1.3在電極材料中的應用
常用電極中鎢的熔點和沸點很高，逸出功較高(4.54eV)，為提高電子發射能力，通常通過加入低逸出功的氧化物如氧化釷(2.7eV)或稀土氧化物等來降低逸出功。但是普通的氧化物尺寸較大，在鎢基內的分布不均勻，電子發射位置主要分布在低逸出功的氧化物及其邊緣處，致使陰極斑點分布不均，局部電流密度大，燒損嚴重。利用納米氧化物代替普通氧化物與鎢粉燒結，可獲得氧化物分布均勻、細小的復合鎢—氧化物，改變了尺寸較大氧化物的缺點，改善了電極的燒蝕狀況，從而達到提高電極壽命的目的。
3.2在焊接結構中的應用
焊接接頭具有組織及性能不均勻的特點，各項性能難以與母材相匹配，因而容易在接頭區域發生腐蝕及疲勞等破壞，而大部分該類破壞又是從接頭表面開始的。工程上常常采用噴丸、滲透有用元素等方法提高接頭表面的性能，而接頭表層組織的納米均一化處理為提高接頭性能開辟了新的路徑。接頭表層自身納米化處理是采用非平衡處理方法，主要是表面機械加工處理、非平衡熱力學方法，增加材料表面能，使接頭各個區域(焊縫、熱影響區、母材)表面組織逐漸細化至納米量級，從而賦予普通金屬表層一些納米材料的特殊性能。經納米化處理的接頭主要具有改善接頭組織不均勻性、提高焊接接頭的抗磨損性能，延長工件使用壽命、提高焊接接頭疲勞壽命、改善接頭抗應力腐蝕性能的優點。
4結束語
納米技術以其帶給人類的全新的對物質領域的認識，無疑正在掀起一場技術革命。納米技術已經向我們初步展示了在新材料、新能源、計算機技術、生物醫學以及航天領域中的應用。同時，納米技術并不是孤立的，它涉及到如量子力學、材料科學、膠體化學、物理化學、高分子化學、生物化學、凝聚態物理和微電子技術學等諸多領域學科，因此，只有進行多學科的交叉滲透，才能更好地有助于我們認識納米科學，掌握納米技術。
參考文獻
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