納米材料在陶瓷中的應用

　　納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學，以下是小編搜集整理的一篇探究納米材料在陶瓷應用的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘 要：納米材料具有獨特的物理和化學性質，它的發(fā)展可能給物理、化學、材料、生物、醫(yī)藥等學科的研究帶來新的機遇。本文主要綜述了納米材料在陶瓷方面的應用。

　　關鍵詞：納米材料;陶瓷;應用

　　自80年代初，德國科學家提出納米晶體材料的概念以來，世界各國科技界和產(chǎn)業(yè)界對納米材料產(chǎn)生了濃厚的興趣并引起廣泛關注。到90年代，國際上掀起了納米材料制備和研究的高潮。納米微晶隨其尺寸的減小，顯示出與體材料截然不同的特異性質，如各種量子效應、非定域量子相干效應、量子漲落和混沌、多體關聯(lián)效應和非定域線性光學效應等。正是由于納米材料這種獨特的效應，從而使得納米材料具有一系列優(yōu)異的功能特性。納米材料在陶瓷方面的應用已成為陶瓷行業(yè)關注的熱點。

　　1 應用方式

　　納米材料在陶瓷方面的應用方式，根據(jù)材料使用性能的要求，可采用兩類方法。一種是制備陶瓷復合材料，另一種是將納米材料以一定方式加入釉中。納米陶瓷復合材料是指在陶瓷中加入納米級第二相顆粒從而提高其性能的材料。制備納米陶瓷復合材料的目標是把納米級顆粒均勻分散到微米陶瓷基體中，并使其進入基體晶體內部，形成/ 晶內型0結構。Bowen指出： 能生產(chǎn)出等軸的、窄粒子分布的、分散的、不團聚的、化學結構均勻的陶瓷亞微米粒子，是非常有用的。例如，由這些細陶瓷粒子固化的坯體可以在較低的溫度下燒結，化學合成陶瓷的進展已有人評述。當材料其它性能符合要求，可僅對陶瓷的表面進行加工，此時，可將納米材料加入釉中。加入時，可經(jīng)干法混合制成熔塊，以熔塊形式加入到釉中，也可將所有納米材料配成懸濁液，代替部分水加入到釉中制成釉漿。

　　2 在功能陶瓷方面的應用

　　通過控制納米晶粒的生長來獲得量子限域效應，從而制得性能奇異的鐵電體。鐵電體具有豐富的物理性質，包括介電、壓電、熱釋電、光學效應。鐵電體有非常廣泛的應用價值，如BaTiO3 是電容器中重要的電介質材料，PbTiO3，Pb( Zr; Ti) O3是重要的熱電或熱釋電材料。而傳統(tǒng)的BaTiO3、PbTiO3，( Ba、Sr、Pb) Nb2O6 等陶瓷，由于其晶粒尺寸在微米量級難以滿足薄層電容器電介質均勻的要求，鐵電體納米復合材料則不同。用簡并四波混頻法對PTS，PZTS等材料的非線性響應進行了研究，這些材料的三階非線性系數(shù)高達10- 11eus。電學性能測試也觀測到電滯回線，介電常數(shù)則降到10- 100，表明鐵電納米復合結構可提高壓電熱釋材料機電轉換和熱釋電性能。利用超微顆粒的大比表面積，可制成溫敏、壓敏、氣敏等多種傳感器，優(yōu)點是僅需微量的超微顆粒便可發(fā)揮大的功能。有人利用溶膠) 凝膠技術制得了LiCl/ SiO2納米復合薄膜溫敏材料，取得了較好的結果。用硬脂酸鹽

　　( SAG) 法和So-l Gel 法合成的BaTiO3 納米晶，由于電導率隨溫度變化顯著，可逆性好，也成為一種優(yōu)秀的溫敏材料。用一價離子摻雜法制得的納米ZnO陶瓷的非線性指數(shù)高，浪涌吸收能力強，性能穩(wěn)定，是一種良好的壓敏陶瓷。山西煤化所等用超臨界流體干燥法制備納米SnO2 粉末并經(jīng)過摻雜PdCe2，SiO2 制成氣敏陶瓷元件，對CO具有很高的靈敏度，具有低功耗的特點。

　　3 在結構陶瓷方面的應用

　　陶瓷材料在通常情況下呈現(xiàn)脆性，而由納米超微粒制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。這是由于納米超微粒制成的固體材料具有大的界面，界面原子排列相當混亂，原子在外力變形條件下自己容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性和一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性能。對納米復相陶瓷的研究表明，通過對顯微結構不同相互間的化學共存和物理性能匹配的適當選擇和設計，可制備出具有較高力學性能的復相陶瓷材料。我國科學家已研制出摔不碎的納米陶瓷碗。用硬脂酸凝膠法制備的Y2O3 納米晶彌散到金屬中，得到強化的超導耐熱合金以及制備高強、高韌的穩(wěn)定氧化鋯陶瓷。美國學者報道，CaF2納米材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂。人的牙齒之所以有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。納米金屬固體的硬度要比傳統(tǒng)的粗晶材料硬3～5倍，而金屬陶瓷復合材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，應用前景十分廣闊。納米相陶瓷一次成形塑性形變的可能性也是可以實現(xiàn)的。Karch和Bringger在900e 已把納米相TiO2 比形變到所希望得到的形狀，且表面光滑，并發(fā)現(xiàn)斷裂韌性增加了015。H. hahn和他的同事們已做出了納米相TiO2 在高溫( 800e ) 無裂縫的形變。崔作林的試驗也表明納米結構陶瓷在熔點以下的溫度能被使用拉伸應力塑性形變。雖然總的應變仍然是小的，但說明實現(xiàn)納米陶瓷的較大的形變和次成形的形變是可能的。

　　4 在生物醫(yī)藥方面的應用

　　以修復骨骼為目的的陶瓷研究陸續(xù)開展，其中納米級陶瓷的研究最引人矚目。如把初稱作人體活性陶瓷的Na2O-CaO-SiO2-P2O5 系的生物玻璃，燒結羥基磷石灰[ Ca10( PO4)6( OH)2] ，析出磷石灰和硅灰石( CaO#SiO2) 微晶玻璃等，制成顆粒在納米級的陶瓷顆粒或多孔體埋入骨骼的缺損部，新生骨就會侵入顆粒的縫隙間或多孔中和陶瓷形成一體，漸漸成為骨骼。具有梯度構造的CaO-P2O5-Al2O3-B2O3系生物納米陶瓷，與天然牙齒有相近的色澤和外觀，可用于人工齒冠修復。對體內癌部進行局部放射線照射方面，如把直徑為20～ 30Lm的Y2O3-Al2O3-SiO2 系玻璃球用中子束照射，成分中只有89Y被放射化。如把這種顆粒分散到生理食鹽水中，送入患癌部，可阻塞毛細血管，從而斷絕癌部由毛細血管供給的營養(yǎng)，同時又只會對周圍癌進行直接照射，不會照射到遠處的正常組織( B線的射程只有1cm左右) 。另外，鐵鈣硅鐵磁體微晶陶瓷可將磁帶生熱所需要的強磁性和良好的生物相容性結合，能滿足溫熱治癌的要求。

　　5 總結

　　納米科學是一門將基礎科學和應用科學集于一體的新興科學 ，主要包括納米電子學納米材料學和納米生物學等。21世紀是納米技術的時代，國家科委中科院將納米技術定位為“21世紀最重要最前沿的科學”納米材料的應用涉及到各個領域，在機械、電子、光學、磁學、化學和生物學領域有著廣泛的應用前景納米科學技術的誕生，將對人類社會產(chǎn)生深遠的影響，并有可能從根本上解決人類面臨的許多問題，特別是能源人類健康和環(huán)境保護等重大問題。21世紀初的主要任務是依據(jù)納米材料各種新穎的物理和化學特性，設計出各種新型的材料和器件通過納米材料科學技術對傳產(chǎn)品的改性，增加其高科技含量以及發(fā)展納米結構的新型產(chǎn)品，目前已出現(xiàn)可喜的苗頭，具備了形成21世紀經(jīng)濟新增長點的基礎。

　　參考文獻

　　[1] 杜仕國，施冬梅，鄧輝. 納米材料的特異效應及其應用[J].自然雜志，1999，22(2)： 101- 106

　　[2] 代淑芬.納米材料的特性和發(fā)展[J].無錫南洋學院學報，2008，7(4)： 49-52

　　[3] 楊劍，滕鳳思. 納米材料綜述[J]. 材料導報，1997，11(2)： 6-10