涂层纳米功能材料

3.0 闻远设计 2025-02-18 65 4 16.19KB 2 页 5光币

涂层纳米功能材料
摘要：纳米材料复合涂层的结构和特性是纳米科技中的重要研究课题，本文重点讨论了制造技
术的新观念，纳米材料的完美定律，涂层材料的发展前景，纳米场发射特性等。进而，讨论重
要的物理理论研究的热点-电子强关联体系和软凝聚态问题。展现了涂层材料科学与技术的深
 刻理论内容和重要的发展前景。
关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质
    2003 年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的 GDP 仍以 9.1％的高速度在
增长，达到了人民币 11.6 万亿元，其中第二产业贡献 4万多亿元。中国现今的第二产业主要领
域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是
中国的劳动力廉价，这个优势我们能保持多久?我们还注意到与化工有关的产品中，我们的生
产效率是国际发达国家的 5％，能耗是 3倍，环境的破坏是 9倍。这就是我们所付出的代价。
不论形势如何严峻，21 世纪是中华民族振兴的机遇期，制造业绝对是一个极其重要的领域，是
个急速发展变化的领域。2003 年3月国际真空学会执委会在北京举行，会议上讨论了将原来的
“ ” “ ”冶金专委会改名为 表面工程专委会 ，当时也考虑了另一个名字 涂层专委会 ，我想用涂层材
料更合适，含有继承性和变革性。20 世纪 70 年代曾经说成是塑料年代，此后塑料科技和工业
迅速崛起，极大地改变了人类社会。继而是信息时代，通信网、计算机网、万维网、智能网，
信息流，日新月异地改变着人类的生活和观念。我们这个时代是高速发展的时代，技术和观念
都在与时俱进地改变着。
    本世纪初兴起了纳米科技，促进其到来的是由于微电子小型化的发展趋势，推动科技发展进
入纳米时代[1]，不仅电子学将进入纳电子学领域，物理学进入介观物理领域，各类科技，包括
生物医学等都在探索纳米结构与特性。涂层和表面改性越来越多地增加了纳米科技的内容，这
是一种低维材料的制造和加工科技，将是制造技术的主流，将迅速地改变传统制造技术的方
法、理论和观念，作为现今国际上的制造大国，世界加工厂，我们更应该注意研究制造技术的
发展和未来。
1突破传统制造技术的观念
    纳米科技研究的内容主要是在原子、分子尺度上构造材料和器件，测量表征其结构和特性，
探索、发现新现象、新规律和应用领域。与我们熟悉传统的相比，纳米材料和器件具有显著的
维数效应和尺寸效应。近几年来，在纳米材料制造方面做了大量的研究工作，在纳米粒子粉材
的制造，以及材料结构和特性测量、表征上取得了显著成果[2～7]。接下来深入到纳米线、纳米
管和纳米带的研究[8～14]，出现了一些成功有效的制造方法，发现了一些惊人的结构和特性。在
此基础上，发展了纳米复合材料的研究，展现了非常有希望的应用前景[15～17]。近来人们在纳米
科技初期成果的基础上挑战某些产品的传统加工技术，比如Al 组件的快速加工。
    T.B.Sercombe 等人报道了快速加工铝(Al)组件的新方法[18]，这个方法的主要特征是用快速成
型技术先形成树脂键合件，然后在氮气氛中分解其键和第二次渗入铝合金。在热处理过程中，
铝与氮反应形成氮化铝骨架，在渗透过程中得到刚体结构。与传统制造工艺相比，这个过程是
简单的快速的，可以制造任何复杂组件，包括聚合物、陶瓷、金属。图1是过程示意和原型样
品，(a)是尼龙巾镶嵌铝粒子的 SEM 像，中心有结构细节的是 Mg 粒子，白色是Al 粒子，加入
少量的Mg 是为还原氧化铝，它将不是铸件中的成分。在尼龙被烧去时，这个结构基本保持不
变。(b)是氮化物骨架，围绕 Al 粒子的一些环状结构的光学显微镜像，再渗入 Al 时将形成密实
结构。(c)是烧结的氮化铝和渗铝组件，小柱的厚为0.5 mm 其密度和强度都达到了传统铸造技
术的水平。他们还制作了公斤重量多种结构的样品。这是一种冶金技术的探索，开辟了一种新
的冶金和制造技术途径。
2纳米材料的完美定律
    描述材料结构的常用术语是原子结构和电子结构。原子结构的主要参量是晶格常数、键长、
键角；电子结构的主要参量是能带、量子态、分布函数。对于我们熟悉的宏观体系，这些参量
多是确定的常数，但对于纳米体系，多数参量随着原子数量的改变而变化。这是纳米材料和器
件的典型特征，它决定了纳米材料的多样性。其中有个重要规律，我们称之为纳米材料的完美
“ ”定律，用简单语言表述：存在是完美的，完美的才能存在 。它包括了纳米晶粒的魔数规则，
即含有 13、55、147…等数量原子的原子团是稳定的，对于富勒烯碳 60 和碳70 存在的几率最

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涂层纳米功能材料摘要：纳米材料复合涂层的结构和特性是纳米科技中的重要研究课题，本文重点讨论了制造技术的新观念，纳米材料的完美定律，涂层材料的发展前景，纳米场发射特性等。进而，讨论重要的物理理论研究的热点-电子强关联体系和软凝聚态问题。展现了涂层材料科学与技术的深刻理论内容和重要的发展前景。关键词：纳米涂层；场发射；电子强关联；软凝聚态物质2003年在国际和中国都发生了具有突发性的灾难事件，但中国的GDP仍以9.1％的高速度在增长，达到了人民币11.6万亿元，其中第二产业贡献4万多亿元。中国现今的第二产业主要领域是冶金、制造和信息，在世界的地位是大加工厂，也是大市场。在国际竞争中所以有优势是中国...

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