纳米凝胶材料的细微结构与性能分析

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新型纳米结构金属材料的力学性能分析

作者：郭春文

来源：《科技资讯》2017年第17期

摘 要：金属以及合金材料等在航空航天等领域中的地位一向都是极其重要的，因此对新型金属材料进行研发有助于促进国际经济可持续发展。为了促进新型纳米结构金属材料有更加广泛的应用，该文将对新型纳米结构金属材料的力学性能进行全面的分析及探讨，其中主要以纳米孪晶材料、纳米层状材料、梯度结构材料以及混合结构材料4种材料展开详细论述。

关键词：纳米材料 金属结构 力学性能

中图分类号：O341 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0107-02

一直以来金属及其合金在海洋装备、交通运输、航空航天、国民经济以及国防军工建设中都是不可缺少的功能材料。一直以来，新型的金属材料都是材料科学以及凝聚态物理研究领域中不可或缺的前沿课题。在科学技术不断发展的条件下，越来越多的新型纳米结构的金属材料已经被科学家们研究出来了，其中主要包括纳米孪晶片层、纳米多层膜、纳米柱、纳米线材料等。该文将从以下4种材料入手，对新型纳米结构金属材料的力学性能进行具体分析。

1 纳米孪晶材料

纳米结构金属材料的界面力学主要包括晶界的强化机理和纳米孪晶界面的力学行为，所以纳米孪晶界对倾斜于孪晶界面的位错运动能够进行有效阻碍。材料强度与孪晶厚度，二者在含有高密度孪晶界的多晶金属材料中，是服从着传统的Hall-Petch关系。当孪晶片层厚度低于一定的临界尺寸的时候，孪晶界附近的初始就会出现可动位错密度增加的现象，同时孪晶界面也为位错滑移提供了非常有利的途径，当然，随着孪晶片层的细化孪晶材料的强度也会逐步呈现出一定的降低趋势。

众所周知，纳米孪晶界不仅能够大幅度提升纳米结构金属材料的韧塑性能，而且还有助于提高材料的应变强化能力，这些让人惊叹的独特的力学性能，都源于纳米孪晶界和位错的交互作用。孪晶界有时候会成为新的位错源，这是因为交互作用产生的残留位错在孪晶界上进行了不断的聚积，从而破坏了孪晶界的共格性，因此才产生了这种情况。与传统的大角度晶界强化方法有很大的不同的地方在于，孪晶界与位错的独特交互作用机制可以吸收大量的位错，这种位错不但容纳可观的塑性变形，同时还可以增强材料的加工硬化效应，这便是他们的不同之处。

科技资讯2017 NO.17SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术

107 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION一直以来金属及其合金在海洋装备、交通运输、航空航天、国民经济以及国防军工建设中都是不可缺少的功能材料。一直以来,新型的金属材料都是材料科学以及凝聚态物理研究领域中不可或缺的前沿课题。在科学技术不断发展的条件下,越来越多的新型纳米结构的金属材料已经被科学家们研究出来了,其中主要包括纳米孪晶片层、纳米多层膜、纳米柱、纳米线材料等。该文将从以下4种材料入手,对新型纳米结构金属材料的力学性能进行具体分析。1 纳米孪晶材料纳米结构金属材料的界面力学主要包括晶界的强化机理和纳米孪晶界面的力学行为,所以纳米孪晶界对倾斜于孪晶界面的位错运动能够进行有效阻碍。材料强度与孪晶厚度,二者在含有高密度孪晶界的多晶金属材料中,是服从着传统的Hall-Petch关系。当孪晶片层厚度低于一定的临界尺寸的时候,孪晶界附近的初始就会出现可动位错密度增加的现象,同时孪晶界面也为位错滑移提供了非常有利的途径,当然,随着孪晶片层的细化孪晶材料的强度也会逐步呈现出一定的降低趋势。众所周知,纳米孪晶界不仅能够大幅度提升纳米结构金属材料的韧塑性能,而且还有助于提高材料的应变强化能力,这些让人惊叹的独特的力学性能,都源于纳米孪晶界和位错的交互作用。孪晶界有时候会成为新的位错源,这是因为交互作用产生的残留位错在孪晶界上进行了不断的聚积,从而破坏了孪晶界的共格性,因此才产生了这种情况。与传统的大角度晶界强化方法有很大的不同的地方在于,孪晶界与位错的独特交互作用机制可以吸收大量的位错,这种位错不但容纳可观的塑性变形,同时还可以增强材料的加工硬化效应,这便是他们的不同之处。2 纳米层状材料纳米层状材料之所以受到国内外研究者工作者的狂热研究,主要是因为其强度和硬度都非常高。其金属内界面属于二维缺陷,采用物理气相沉积技术能够精确且完美的对层片的厚度进行控制,以此来制备各种体系的具有纳米尺度层状结构的金属材料。根据相关研究结果显示,层状金属材料的强度和组元层厚度之间通常呈现一种对立的关系,不过层状金属材料的强度一般会随着组元层的厚度的减小而逐渐增加。学者所提提出的“切应力诱导纳米层状材料塑性变形能力再生”的物理机制是利用高分辨率透射电镜对压痕诱发Cu/Au层状材料的剪切带变形行为依据的研究所提出来的,该机制证实了切应力分量不仅能够帮助解锁位错和界面的反应产物,而且还能促进位错跨越界面,也能引起剪切带内组元层的连续薄化和塑性变形局域化,从而实现对材料的宏观塑性变形能力的制约。3 梯度结构材料梯度结构材料对于大多数人而言会比较陌生,不过它只是一种典型的非均匀材料,其材料的组成成分以及结构或者是物理性能等都会沿着某一个方向或者几个方向呈现出一些连续的梯度变化的特征。梯度结构材料已经被广泛扩展并应用到生物医学、化学、电子、核能以及光学等领域,其应用前景非常广阔,而且综合性能也极其优异。这种材料自提出开始就受到了世界的关注及轰动,更是受到了各国材料科学工作者的重视及追捧。例如,梯度复合技术制备的 Ti/Al2O3材料不仅具有高温抗氧化性,而且还具有高强度以及耐热性等,其在宇航工业中的应用应该会非常广泛。除此之外,经过人们表面喷丸技术处理的非晶金属材料,不仅梯度分布的残余压应力,而且还会有大量的预置剪切带,这种残余的压应力和这些大量的预置剪切带,能够有效地抑制材料表面裂纹的滋生,同时也能提高并改善变形性能。不仅如此,根据梯度结构的定义以及表面机械研磨处理技术能够解决传统纳米结构金属材料高强低韧的难题,这是因为利用其所制备出来的梯度纳米金属铜材料的晶粒尺寸在空间上呈梯度分布,从而具有的屈服强度以及拉伸塑性变形能力相当高。根据微观结构的分析可知,一种全新的变形机制,正在主导着梯度纳米金属铜在拉伸过程中的塑性变形,并在人们毫无察觉的情况下,正在渐渐伴随晶粒长大,而这股神秘的力量就是机械驱动的晶界迁移。如果想大幅度提升孪晶钢材的强度且不损失其拉伸塑性,这一梦想可在孪晶结构的梯度多层次分布中得以实现。因此,可以通过一些通过预加的扭转变形手段,使得材料的强度由里而DOI:10.16661/ki.1672-3791.2017.17.107新型纳米结构金属材料的力学性能分析郭春文(南海出入境检验检疫局 广东佛山 528200)摘 要:金属以及合金材料等在航空航天等领域中的地位一向都是极其重要的,因此对新型金属材料进行研发有助于促进国际经济可持续发展。为了促进新型纳米结构金属材料有更加广泛的应用,该文将对新型纳米结构金属材料的力学性能进行全面的分析及探讨,其中主要以纳米孪晶材料、纳米层状材料、梯度结构材料以及混合结构材料4种材料展开详细论述。关键词:纳米材料 金属结构 力学性能中图分类号:O341 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)06(b)-0107-02

袁　霞等：核壳结构碳包覆Ｎｉ纳米材料的合成及电磁性能分析　

核壳结构碳包覆Ｎｉ纳米材料的合成及电磁性能分析　

袁　霞，安玉良，郑朝晖，候青怡，王　俊　

（沈阳理工大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳ｌ１０１６８）　

摘要：　以淀粉为炭基质，硝酸镍为金属纳米颗粒前　

躯体，在氢气保护下进行控温炭化制备出准球形的碳　

包覆Ｎｉ纳米颗粒，采用ＨＲＴＥＭ、ＥＤＸ和ＸＲＤ对产　物进行表征，纳米颗粒呈核壳结构，粒径分布比较窄，　

金属颗粒为单晶Ｎｉ。通过波导法对所制备的碳包覆　Ｎｉ纳米材料电磁性能进行分析，采用矢量网络仪测试　

分析其在１８￣２６．２ＧＨＺ频率范围内电磁参数，并阐述　

材料结构与电磁性能之关联。　

关键词：　碳包覆Ｎｉ纳米材料；制备；电磁性能；催化　

炭化　中图分类号：Ｏ６４；Ｑ５　文献标识码：Ａ　

文章编号：１００１—９７３１（２０１０）０５—０７９１－０３　

１　引　言　

自从碳纳米材料被发现以来，各种结构的碳纳米　材料被成功制备出来，从纯碳形式的纳米碳材料，如富　

勒烯、碳纳米管、碳葱，发展到碳和金属组成的复合结　

构。而这些复合结构具有特殊的结构和性质，使其在　电磁学、医学、化学及微电子学等领域都有广泛的应　用［１］。其中碳包覆纳米金属材料作为一种新型的碳复　

合纳米材料，其制备及性质研究已成为材料科学领域　

的研究热点之一。这种纳米材料最初是由Ｒｏｕｆｆ等　人［２　在１９９３年采用电弧法蒸发气化掺Ｌａ的阳极石墨　

棒时，在所得到的烟灰中发现的，是一种多层石墨层包　

覆Ｌａ的纳米材料。关于碳包覆纳米材料的制备方法　已有很多报导，其中比较常用的方法为电弧法　“］、激　光法　］、离子束法＿６］、ＣＶＤ法［　和爆炸法　等，这些方　

法通常制备工艺比较复杂，成本较高，产品纯度不高，　限制其实际应用。碳包覆金属纳米材料具有特殊的壳　

核结构，外包碳层使被包覆的金属纳米材料具有良好　的稳定性，能使其在诸多领域有着巨大的潜在应用前　

景，如磁记录材料、癌症诊断与治疗、静电印刷、磁流体　

纳米羟基磷灰石应用及合成方法

潘亚妮;付亚国

【摘 要】The construction and characteristics of hydroxyapatite were

introduced.The application progress of hydroxyapatite was summarized

from sclerous tissues repairing materials,drug carrier and antineoplastic

activity.The main synthetic methods,such as dry synthesis,microemulsion

method,precipitation method,sol-gel method,ultrasonic

synthesis,hydrolysis,self-combustion method,and hydrothermal

method,and research status were summarized.%介绍了羟基磷灰石的结构及特性;分别从硬组织修复材料、药物载体及抗肿瘤活性等三方面综述了纳米羟基磷灰石的应用研究进展;总结了目前纳米HA的主要合成方法,如干法合成、微乳液法、沉淀法、溶胶-凝胶法、超声波合成法、水解法、自燃烧法、水热法等及其研究现状。

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2012(040)024

【总页数】3页(P13-15)

【关键词】纳米羟基磷灰;应用;合成方法

【作 者】潘亚妮;付亚国

【作者单位】健雄职业技术学院生物与化学工程系,江苏太仓215411;中化太仓环保有限公司,江苏太仓215433 【正文语种】中 文

【中图分类】R318.08

羟基磷灰石 (hydroxyapatite，简称HA)，又称羟磷灰石，分子式为Ca5(PO4)3(OH)，但是经常被写成Ca10(PO4)6(OH)2的形式以突出它的结构特征:晶胞是由两分子组成的。性脆，折射率为1.64～1.65，线形热膨胀系数为13.3×10－6K－1，微溶于水，密度3.16 g/cm3，呈弱碱性 (pH=7～9)，理论Ca/P值为1.67，电镜显示骨中HA呈小片状 (1.5～3.5 nm)×(5.01～10.0