纳米材料的力学性质？

纳米材料的力学性质？

纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。

1 力学性质

高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。具有纳米结构的材料强度与粒径成反比。纳米材料的位错密度很低，位错滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳迷材料中位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。金属陶瓷作为刀具材料已有50多年历史，由于金属陶瓷的混合烧结和晶粒粗大的原因其力学强度一直难以有大的提高。应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。

当材料的晶粒尺度达到纳米量级时，材料的力学性能发生很大的变化，金属材料将变强变硬，而陶瓷材料变韧和具有超塑性的特征，这种变化主要是由材料的微观结构决定的。 由于纳米材料的尺寸在100nm以下，各种限域效应引起的各种特性开始有了相当大的改变。一粗晶粒金属为例，正常情况下金属原子之间存在移动位错，但是当金属的尺寸缩小到纳米级时，晶粒尺寸太小以至于不能产生位错，这样金属就变得相当坚硬，受挤压时产生的应力就更大这样金属就变得相当坚硬。 同样的，很多纳米陶瓷材料在高温时表现出了类似于金属的超塑性，当晶粒细化到纳米尺度时，纳米陶瓷材料和纳米增韧陶瓷材料具有很好的韧化和强化效果，因而纳米陶瓷复合材料的韧化机理的研究也引起了人们的兴趣，纳米陶瓷材料的应用也越来越广泛。

纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著影响，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。因此纳米材料所表现的力、热、声、光、电磁等性质，往往不同于该物质在粗晶状态时表现出的性质。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。这些特殊性能使纳米材料可广泛地用于高力学性能环境、光热吸收、非线性光学、磁记录、特殊导体、分子筛、超微复合材料、催化剂、热交换材料、敏感元件、烧结助剂、润滑剂等领域。 1 力学性质 高韧、高硬、高强是结构材料开发应用的经典主题。