贾晓林郑州大学材料科学跟工程学院无机非金属材料系主....doc

纳米材料(特约稿)贾晓林:郑州大学材料科学与工程学院无机非金属材料系主任个人概况:姓名:贾晓林性别:女出生年月:1956年7月籍贯:四川省南充市最高学历:博士从事专业:材料科学与工程职务:系主任职称:教授社会兼职:联系方式:电话:0371-67763714Email:通讯地址:郑州市科学大道100号郑州大学材料科学与工程学院(邮政编码:450001)教育背景:1982年本科毕业于哈尔滨工业大学应用化学系应用化学专业;1991年12月硕士毕业哈尔滨工业大学应用化学系材料学专业;2005年6月博士毕业于北京科技大学材料学专业。科研成果:(详细情况)长期从事无机非金属材料研究,尤其致力于纳米材料合成与应用、新型耐火材料及薄膜材料研究。在纳米材料合成与应用等领域取得了一定进展。近年来在MaterialsScienceandEngineering:A,硅酸盐学报等国内外知名刊物上发表论文40余篇,其中SCI收录10篇,EI收录15篇;编著《无机材料科学》教材1部;申请中国发明专利4项;科研成果分别获航天工业总局科技进步二等奖及河南省科技进步二等奖等多项奖励。 (nm)是一种度量单位,是一米的十亿分之一(10-9m)。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。其基本单元可分为三类:(1)零维,指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米微粒、原子团簇等;(2)一维,指在三维空间中有二维在纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;(3)二维,指在三维空间中有一维在纳米尺度,如超薄膜、多层膜、超晶格等[1]。纳米微粒指尺度为1-100nm的超微粒子,纳米微粒的集合体称为纳米粉体。、大的比表面积和高的化学活性等优良性能。以纳米颗粒为核心,利用耐火材料颗粒、结合剂等在基质中形成纳米结构基质,这极少量的纳米结构基质的理化性能将成为决定整个耐火材料性能的重要因素。在耐火材料中加入一定量的纳米粉体,可以显著提高材料的烧结致密化程度、节省能源;使耐火材料的组成结构致密化、均匀化,改善材料的性能,提高其使用可靠性;显著提高材料的强度和韧性。一般认为纳米粉末对耐火材料力学性能的影响因素有以下几点[2]:(1)晶粒细化因素。在耐火材料中加入纳米材料可抑制基体晶粒的长大,使组织结构均匀化,从而改善材料的力学性能。(2)微结构因素。在微米体系中,微米尺度的第二相颗粒分布在基体晶界处。在微米-纳米复合材料中,除一定量纳米颗粒仍处于基体晶界上外,大部分纳米颗粒在基体中形成内晶型结构。内晶型结构的形成对材料力学性能有以下影响[19]:①残余应力引起裂纹偏转或裂纹被钉扎来提高材料的断裂功而提高材料韧性;②微米晶粒的潜在纳米化。“内晶型”结构的形成使基体内产生大量的亚晶界和潜在微裂纹,亚晶界的产生使基体更加细化是材料强度进一步提高的主要原因之一;③纳米化效应有利于穿晶断裂的诱发,穿晶断裂的诱发,一方面是由于晶体内纳米颗粒的钉扎作用,使基体主晶界强化;另一方面是晶内纳米颗粒引起的基体晶粒纳米效应。主晶界强化,主裂纹不沿微米基体晶界扩展而沿基体晶粒内扩展,在晶内纳米颗粒附近存在的残存应力场,使裂纹发生偏转、钉扎,从而使裂纹扩展路径十分曲折、复杂且多处受阻。因此,认为诱发穿晶断裂是使材料增强增韧的重要因素。,意味着作为粉体烧结的驱动力的表面能剧增,引起扩散速率增加,更兼扩散路径变小。在有化学反应参与的烧结过程中,颗粒接触表面增加,增加反应的机率,加快了反应速率;这些均引起烧结活化能变小,使整个烧结的速率加快,烧结温度变低,烧结时间变短。但是整个烧结过程中的晶粒长大亦即重结晶过程亦会加速,而烧结温度的降低和时间的缩短,会使重结晶过程减缓[3]。纳米颗粒的熔点、开始烧结温度、晶化温度比常规粉体低得多。纳米微粒颗粒小,表面自由能高,比表面原子数多。这些表面原子近邻配位不全,活性大,体积远小于大块材料,从而使纳米微粒熔化时所需的新增内能小,熔点急骤下降。在烧结过程中,高的界面能成为原子运动的驱动力,有利于界面中孔洞的收缩,空位团的淹没。因此在低温下烧结就能使其致密,也就是烧结温度低[4]。从动力学角度看,纳米颗粒的加入对耐火材料的烧结影响主要在于纳米颗粒本身存在许多缺陷且具有极大的表面能,因此,本身具有很大的活性。从开尔文公式:纳米级颗粒的粒径r极小(在1—100nm之间),与基质中的同材质微米级细粉比较,在同一温度下其蒸气压要大于微米级颗粒至少2到3个数量级。耐火材料在其烧结过程中很少以液相形成来促进烧结,而主要在泰曼温度附近进行固相烧结。因此,在耐火材料生产中加入一定量的纳米颗粒,可以在小于泰曼温度下进行以蒸发-凝聚和