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纳米材料怎样被发展起来应用于生活中的?

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发表于 2019-9-20 12:55:18 |显示全部楼层
  这样细小的颗粒,相当于袅袅轻烟中飘浮的炭黑颗粒。实际上,我国的古墨就是用天然的超微粒子——烟制成的,从而开创了纳米材料的先河。
  现代的纳米材料是从20世纪80年代发展起来的,而且它的出世是和一位科学家在旅游中产生的大胆设想连在一起的。
  那是1980年的一天,一位叫格莱特的德国物理学家到澳大利亚去旅游。当他独自驾车横穿澳大利亚的大沙漠时,眼前的景象使他突发奇想,将茫茫的大漠和材料中的晶粒联系起来。他是从事晶体材料研究的,知道晶体中的晶粒大小对材料性能有极大的影响,晶粒越小材料的强度就越高。于是他就想,如果组成材料的晶粒细小到只有几分纳米那么小,材料会是个什么样子。在异国他乡旅行中冒出这个想法使他兴奋不已。回国后,他立即开始试验和研究。经过近4年的努力,终于在1984年得到了只有几个纳米大的超细粉末。在研究中他发现,任何金属和有机、无机材料都可以制成纳米大小的粉末。更有趣的是,材料一旦变成纳米大小的粉末,无论是金属还是陶瓷从颜色上看都是黑的(由于超微粒子吸光能力强所致),其性能还真的发生了“天翻地覆”的变化。
  格莱特研制超微粒子成功的消息传开后,德国和美国都有一大批科学家着了迷似地研究起纳米材料来。例如,美国著名的阿贡国家实验室用纳米大小的超细粉末制成的金属材料,其硬度比普通粗晶粒金属的硬度要高24倍。在低温下,纳米金属竟然由导电体变成了绝缘体。一般的陶瓷很脆,但用只有纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品,却有良好的韧性。更使人感兴趣的是,纳米材料的熔点随超微粒子的直径减小而大大降低。比如,金的熔点是1064℃,但制成10纳米左右的金粉末后,熔点降到940℃;而5纳米大小的金粉末熔点降至830℃;2纳米金粉末的熔点只有33℃。这一特点对研制新材料大有用处。例如,许多高熔点陶瓷材料很难用一般的方法生产出用于发动机的零件,但只要事先将陶瓷制成纳米大小的粉末,就可以在较低的温度下烧结成发动机的耐热零件。
  用一般机械粉碎法很难获得超微粒子。通常采用熔融金属雾化法和气体沉积法来制取超微粒子。雾化法凝结力强,产量高,但颗粒不太均匀;气体沉积法能获得清洁的超微粒子,而且颗粒大小易于控制。
  80年代末,日本研制成一种冲击式超微粉碎机,能制造直径1微米以下的超微粉末。德国科学家于90年代初发明了一种生产金属超微粒子的新方法,是在一个封闭室内放进金属,然后充满惰性气体氦,再将金属加热变成蒸气,于是金属原子在氦气中冷却成金属烟雾,并使金属烟雾粘附在一个冷却棒上,再把棒上像碳黑一样的纳米大小的粉末刮到一个容器内;如果要用这些粉末制作零件,就可将它们模压成零件形状,通过烧结即可制成纳米材料零件。
  这种奇特的超微粒子神通广大,应用面广。例如,将金属铝和镍的超微粒子掺到火箭的固体燃料中,就可使燃烧效率提高100倍左右。美国和俄罗斯的火箭中已普遍使用了这种办法。将超微粒子均匀地涂到磁带、录像带和磁记录器上,能使记录磁信息的能力大大增强。有些新药物制成纳米颗粒,注射到血管内可顺利进入微血管,大大提高了药物疗效。
  目前,对纳米材料的研究已在世界范围内形成热潮,有许多研究小组开发出制造超微粒子的新方法,其中包括用化学或物理手段从原子或分子原始粒子合成纳米材料。一般来说,最好用原子或分子这样的原始粒子来制造纳米材料,因为这样可对材料的结构和性能进行最有效的控制。一场纳米材料革命已经开始。在不久的将来,人们将用更聪明和更有效的方法在原子、分子级控制物质,创造出更适合需要的性能优异的新材料。
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