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纳米材料的物理化学性能

第四章纳米材料的物理化学性能

纳米微粒的物理性能

第一节热学性能

※1.1. 纳米颗粒的熔点下降

由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。

金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。

银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。

铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。

铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。

※1.2. 开始烧结温度下降

所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。

纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。

※1.3. NPs 晶化温度降低

非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。

※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。

第二节电学性能

2.1 纳米金属与合金的电阻特性

1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；

2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；

3. 比电阻随温度的升高而上升

4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。

随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。

5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.

电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。

※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：

颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射

界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射?纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。

?晶界原子排列越混乱，晶界厚度越大，对电子散射能力就越强。

?界面的这种高能垒是使电阻升高的主要原因。

总之：纳米材料体系的大量界面使得界面散射对电阻的贡献非常大，当纳米材料尺寸非常小时，这种贡献对总电阻占支配地位。当粒径低于临界尺寸时，量子尺寸效应造成的能级离散性不可忽视，最后温升造成的热激发电子对电导的贡献增大，即温度系数变负。

※金属纳米颗粒材料的电阻增大的现象主要归因于小尺寸效应。

第三节磁学性能

许多生物体内就有天然的纳米磁性粒子，如向磁性细菌，蜜蜂，螃蟹，海龟等。

1975年即发现向磁性细菌---体内有一排磁性纳米粒子

亿万年前的螃蟹第一对触角里有几颗用于定方向的纳米微粒，就像是几只小指南针。螃蟹的祖先靠这种“指南针”堂堂正正地前进后退，行走自如。后来，由于地球的磁场发生了多次剧烈的倒转，使螃蟹体内的小磁粒失去了原来的定向作用，于是使它失去了前后行动的功能，变成了横行。

研究纳米微粒对研究自然界的生物也是十分重要的，同时还可以根据生物体内的纳米微粒为我们设计纳米尺度的新型导航器提供有益的依据，这也是纳米科学研究的重要内容。

纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应等使得它具有常规粗晶粒材料所不具备的磁特性．纳米微粒的主要磁特性可以归纳如下：

(1) 超顺磁性纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。

纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态, 超顺磁性是磁有序纳米材料小尺寸效应的典型表现。

当体积为V的单畴磁性粒子继续减小，磁矩取向会因热运动能量kT 比相应的磁能还大，可越过各向异性能势垒K1V ，使粒子的磁化方向表现为磁的“布朗运动” (即磁化方向不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化) ，导致粒子集合体的总磁化强度为零，称为超顺磁性。超顺磁性也可由朗之万函数描述。只是粒子内不是单个原子或分子的磁矩，而是磁有序的集合体，集合体之间的磁取向混乱排列，其宏观表现为“顺磁性”。

对超顺磁性粒子的胶体悬浊液，粒子间只有弱的静磁作用和范德瓦尔斯力，热运动既可使粒子内磁化矢量克服磁各向异性能的位垒作旋转还可将粒子作整体运动。这就是磁性液体。

不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同的．

(2)矫顽力

纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力Hc(硬磁性)．例如，用惰性气体蒸发冷凝的方法制备的纳米Fe微粒，随着颗粒变小饱和磁化强度Ms有所下降，但矫顽力却显著地增加．粒子尺寸小到超顺磁性临界尺寸时，矫顽力为零。

(3)居里温度

居里温度Tc是物质磁性的重要参数．通常与交换积分成正比，还与材料的原子构型和间距有关。在纳米材料研究中，发现居里温度Tc随纳米粒子或薄膜尺度的减小而下降。这缘于小尺寸效应和表面效应，因为表面原子缺乏交换作用，尺度小还可能导致原子间距变小，这都使交换积分下降，从而使居里温度Tc下降。

许多实验证明，纳米微粒内原子间距随粒径下降而减小．Apai等人用EXAFS方法直接证明了Ni，Cu的原子间距随着颗粒尺寸减小而减小．

(4) 磁化率纳米磁性金属的χ值是常规金属的20倍。

第四节光学性能

固体材料的光学性质与其内部的微结构，特别是电子态、缺陷态和能级结构有密切的关系。

※4.1 宽频带强吸收

大块金属具有不同的金属光泽，表明它们对可见光中各种波长的光的反射和吸收能力不同。

当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米粒子几乎都呈黑色。它们对可见光的反射率极低，而吸收率相当高。例如，Pt纳米粒子的反射率为1％，Au纳米粒子的反射率小于10％。这种对可见光低反射率．强吸收率导致粒子变黑．

纳米氮化硅、炭化硅以及三氧化二铝粉等对红外有一个宽频强吸收谱。

这是由纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不同，没有一个单一的，择优的键振动模，而存在一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布，这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。

红外光谱(infrared spectroscopy)：是用来检测分子的振动能量(或频率)的技术，利用红外光和分子作用所产生的分子振动的原理来记录分子吸收红外光之后所呈的振动模式(vibrational modes)。记

录吸收光的相对强度对红外光波长(λ)所得的图，即称为红外光谱。一般说来，红外光的波长范围指的是λ= 2.5–16 μm(微米)

4.2 吸收光谱的蓝移现象

纳米颗粒的吸收带通常发生蓝移。例如，SiC纳米颗粒的红外吸收峰为814cm-1，而块体SiC固体为794cm-1。CdS溶胶颗粒的吸收光谱随着尺寸的减小逐渐蓝移。

※吸收光谱蓝移的原因：1）量子尺寸效应：即颗粒尺寸下降导致能隙变宽，从而导致光吸收带移向短波方向。Ball等的普适性解释是：已被电子占据的分子轨道能级(HOMO)与未

被电子占据的分子轨道能级之间的宽度（能隙）随颗粒直径的减小而增大，从而导致蓝移现象。这种解释对半导体和绝缘体均适用。另一种是表面效应。由于纳米微粒颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小．对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明，第一近邻和第二近邻的距离变短．键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大，结果使红外光吸收带移向了高波数．

4.3 吸收光谱的红移现象

有时候，当粒径减小至纳米级时，会观察到光吸收带相对粗晶材料的“红移”现象。例如，在200－1400nm范围，块体NiO单晶有八个吸收带，而在粒径为54－84nm的NiO材料中，有4个吸收带发生蓝移，有3个吸收带发生红移，有一个峰未出现。

※引起红移的因素很多，也很复杂，归纳起来有：1）电子限域在小体积中运动；2）粒径减小，内应力（P=2γ/r，r为半径，γ为表面能）增加，导致电子波函数重叠；3）存在附加能级，如缺陷能级，使电子跃迁能级间距减小；4）外加压力使能隙减小；5）空位、杂质的存在使平均原子间距R 增大，导致能级间距变小。

通常认为，红移和蓝移两种因素共同发挥作用，结果视孰强而定。随着粒径的减小，量子尺寸效应导致蓝移；而颗粒内部的内应力的增加会导致能带结构变化。电子波函数重叠加大，结果带隙、能级间距变窄，从而引起红移。

※4.4 激子吸收带——量子限域效应

激子的概念首先是由Frenkel在理论上提出来的。当入射光的能量小于禁带宽度（ω< Eg）时，不能直接产生自由的电子和空穴，而有可能形成未完全分离的具有一定键能的电子-空穴对，称为激子。

作为电中性的准粒子，激子是由电子和空穴的库仑相互吸引而形成的束缚态。激子形成后，电子和空穴作为一个整体在晶格中运动。激子是移动的，它不形成空间定域态。但是由于激子中存在键的内能，半导体-激子体系的总能量小于半导体和导带中的电子以及价带中的空穴体系的能量，因此在能带模型中的激子能级位于禁带内。

?激子的分类：

?1）弱束缚激子，亦称Wannier激子(瓦尼埃激子)。此类激子的电子与空穴之间的束缚比较弱，表现为束缚能小，电子与空穴间的平均距离远大于原子间距。大多数半导体材料中的激子属于弱束缚激子。

?2）紧束缚激子，亦称Frenkel激子(弗仑克尔激子)。与弱束缚激子情况相反，其电子与空穴的束缚能较大。离子晶体中的激子多属于紧束缚激子。

当半导体纳米粒子的粒径r < αB（激子玻尔半径) 时，电子的平均自由程受小粒径的限制，局限在很小的范围。因此空穴约束电子形成激子的概率比常规材料高得多，结果导致纳米材料含有激子的浓度较高。颗粒尺寸越小，形成激子的概率越大，激子浓度就越高。

由于上述量子限域效应，使得纳米半导体材料的能带结构中，靠近导带底形成一些激子能级，从而容易产生激子吸收带。

激子带的吸收系数随粒径的减小而增加，即出现激子的增强吸收并蓝移。

4.5 纳米颗粒发光现象

※所谓光致发光是指在一定波长光照射下被激发到高能级激发态的电子重新跃回到低能级被空穴俘获而发射出光子的现象。

※电子跃迁可分为：非辐射跃迁和辐射跃迁。通常当能级间距很小时，电子跃迁通过非辐射性机联过程发射声子，此时不发光。而只有当能级间距较大时，才有可能实现辐射跃迁，发射光子。

纳米材料的以下特点导致其发光不同于常规材料：

1）由于颗粒很小，出现量子限域效应，界面结构的无序性使激子、特别是表面激子很容易形成，因此容易产生激子发光带；

2）界面体积大，存在大量的缺陷，从而使能隙中产生许多附加能级；

3）平移周期被破坏，在常规材料中电子跃迁的选择定则可能不适用。

?纳米材料的化学性能

随着纳米微粒粒径减小、比表面积增大、表面原子数增多及表面原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱键等，这就使得纳米微粒具有高的表面活性，并且粒径越小，表面原子数所占比率越大;比表面积越大，表面光滑程度变差，形成凹凸不平的原子台阶，增加了化学反应的接触面，使其具有优良的催化性能。

1 纳米材料的光催化

光催化的内涵：是指在有光参与的条件下，发生在光催化剂及其表面吸附物之间的一种光化学反应和氧化、还原过程。

在环境保护应用方面，近20多年来，用于降解有机污染物的光催化剂多为N 型半导体材料．如TiO2 、ZnO 、CdS、SnO2、Fe2O3等。

纳米TiO2，因其具有活性高，稳定性好、对人体无害、成本低，并且可在常温常压下工作等特性而成为重要的光催化剂。

※光催化的基本原理是：当半导体氧化物(如TiO2)纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子—空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的OH-反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由基可以把许多难降解的有机物氧化为CO2和水等无机物。

例如可以将酯类氧化变成醇，醇再氧化变成醛，醛再氧化变成酸，酸进一步氧化变成CO2和水．※半导体的光催化活性主要取决于导带与价带的氧化-还原电位，价带的氧化—还原电位越正，导带的氧化—还原电位越负，则光生电子和空穴的氧化及还原能力就越强，从而使光催化降解有机物的效率大大提高．

TiO2的能带位置与被吸附物质的还原电势，决定了其光催化反应的能力。热力学允许的光催化氧化-还原反应，要求受体电势比TiO2导带电势更正，给体电势比TiO2价带电势更负，才能发生氧化-还原反应。

例如，如果光生电子能够还原水（H+→H2），那么导带的电势必须低于E(H+/H2)；同样如果光生空穴能够氧化水，那么，价带的电势必定要大于E(O2/H2O).

TiO2之所以能够作为一种很好的光催化剂(photocetalyst)，是由于其能带结构特征造成的。TiO2满的价带(v b)和空的导带(c b)之间的禁带宽度E g~3.26eV 当它吸收的光子的能量E hv≥E g (即光子波长≤387.5nm)时，价带中的电子就会被激发到导带，在导带形成高活性的电子(e- )，同时在价带相

应产生一个带正电的空穴(h+)．即生成电子一空穴对

被激活的电子和空穴可能在TiO2颗粒内部或表面附近重新相遇而发生湮灭．将它们的能量通过辐射方式散发掉：e-+ h+→辐射能

当存在合适的俘获剂、表面缺陷态或其它作用时，电子与空穴重新相遇而发生湮灭的过程将受到抑制，它们将容易发生分离，并迁移到表面的不同位置。热力学理论表明，分布在表面的空穴是良好的氧化剂，多数光催化剂都是直接或间接利用了空穴的氧化能力。

OH- + h+→OH* H2O + h+→OH* + H+

实验表明．TiO2表面的空穴具有大的反应活性。它可以将吸附在表面的OH-和H2O分子氧化形成具有很强氧化性的羟基自由基(OH* )，OH*能氧化绝大多数有机污染物和部分无机污染物，将其

最终降解为CO2、H2O等无害物质。此外．许多污染物也可能直接被空穴所氧化。

移动到表面的高活性e-具有很高的还原能力：一方面，它可以直接还原有害的金属离子M n+；另一方面，它可与表面吸附的氧分子发生反应。氧分子不仅参与还原反应，还是产生表面羟基的另一个来源：

M n+(金属离子) + ne-→M0(金属原子) O2 + e-→O2-

※影响光催化性能的两个关键因素是：从上述光催化机理来看，光催化作用的强弱取决于光生电子和空穴的浓度。光催化的氧化还原能力主要取决于导带与价带的氧化还原电位，价带的氧化还原电位越正，导带的氧化还原电位越负，则光生电子和空穴的氧化及还原能力就越强。

纳米半导体材料的光催化特性

减小半导体催化剂的颗粒尺寸，可以显著提高其光催化效率。近年来，通过对TiO2, ZnO, CdS, PbS等半导体纳米粒子的光催化性能的研究表明，纳米粒子的光催化活性均优于相应的体相材料。※半导体纳米粒子的优异的光催化活性来源于：

1. 当半导体粒子的粒径小于某一临界值时，量子尺寸效应变得显著，主要表现在导带和价带变成分立能级，能隙变宽，价带电位变得更正，导带电位变得更负，这实际上增加了光生电子的氧化还原能力，提高了半导体光催化氧化有机物的活性。

2. 对于半导体光催化剂来说，催化剂的粒径越小，光生电子和空穴从体内扩散到表面所需的时间越短，光生电荷分离效果就越高，电子和空穴的复合概率就越小，从而导致光催化活性的提高。

计算表明，在粒径为1微米的TiO2粒子中，电子从内部扩散到表面的时间约为100ns，而在粒径为10纳米的微粒中只有10ps。因此粒径越小，光生电子和空穴复合的几率越小，意味着光生量子产率增高。

3. 纳米半导体粒子的尺寸很小，比表面积很大，大大提高了光的吸收效率。

4. 尺寸很小的纳米半导体粒子中，处于表面的原子很多，比表面积很大，大大增强了半导体光催化吸附反应物的能力，从而使催化活性得以提高。

如何提高光催化剂的光谱响应、光生量子的利用效率及光催化反应速度是半导体光催化技术研究的中心问题。

主要手段有：敏化、掺杂、表面修饰等。

常见八种金属材料及其加工工艺

常见八种金属材料及其加工工艺 1、铸铁——流动性下水道盖子作为我们日常生活环境中不起眼的一部分，很少会有人留意它们。铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途，主要是因为其出色的流动性，以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称，它们包括碳、硅和铁。其中碳的含量越高，在浇注过程中其流动特性就越好。碳在这里以石墨和碳化铁两种形式出现。铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。铁锈一般只出现在最表层，所以通常都会被磨光。虽然如此，在浇注过程中也还是有专门防止生锈的措施，即在铸件表面加覆一层沥青涂层，沥青渗入铸铁表面的细孔中，从而起到防锈作用。金属加工微信，内容不错，值得关注。生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。材料特性：优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。典型用途：铸铁已经具有几百年的应用历史，涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。 2、不锈钢——不生锈的革命不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分，铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜，这层薄膜是我们肉眼所看不见的。我们通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18：10。 20世纪初，不锈钢开始作为元才来噢被引入到产品设计领域中，设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品，涉及到了很多以前从未涉足过的领域。这一系列设计尝试都是非常具有革命性的：比如，消毒后可再次使用的设备首次出现在医学产业中。不锈钢分为四大主要类型：奥氏体、铁素体、铁素体-奥氏体(复合式)、马氏体。家居用品中使用的不锈钢基本上都是奥氏体。材料特性：卫生保健、防腐蚀、可进行精细表面处理、刚性高、可通过各种加工工艺成型、较难进行冷加工。典型用途：奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性，主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能，所以经常应用于侵蚀性环境。

纳米材料的特性及相关应用

纳米材料的研究属于一种微观上的研究，纳米是一个十分小的尺度，而一些物质在纳米级别这个尺度，往往会表现出不同的特性。纳米技术就是对此类特性进行研究、控制。那么，关于纳米材料的特性及相关应用有哪些呢？下面就来为大家例举介绍一下。一、纳米材料的特性当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来获得不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望获得新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以获得带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术获得了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千㎡，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体

积，使其更轻盈。如现在小型化了的计算机。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。二、纳米材料的相关应用 1、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使

大理石的客观评价标准

文名：大理石英文名：Marble 化学式：CaCO3 一种矿物。大理石原指产于云南省大理的白色带有黑色花纹的石灰岩，剖面可以形成一幅天然的水墨山水画，古代常选取具有成型的花纹的大理石用来制作画屏或镶嵌画，后来大理石这个名称逐渐发展成称呼一切有各种颜色花纹的，用来做建筑装饰材料的石灰岩，白色大理石一般称为汉白玉，但对翻译西方制作雕像的白色大理石也称为大理石。大理石主要用于加工成各种形材、板材，作建筑物的墙面、地面、台、柱，还常用于纪念性建筑物如碑、塔、雕像等的材料。大理石还可以雕刻成工艺美术品、文具、灯具、器皿等实用艺术品。大理石总述大理石又称云石[1]，是重结晶的石灰岩，主要成分是CaCO3。石灰岩在高温高压下变软，并在所含矿物质发生变化时重新结晶形成大理石。主要成分是钙和白云石，颜色很多，通常有明显的花纹，矿物颗粒很多。摩氏硬度在2.5到5之间。大理石是地壳中原有的岩石经过地壳内高温高压作用形成的变质岩。地壳的内力作用促使原来的各类岩石发生质的变化，即原来岩石的结构、构造和矿物成分发生改变。经过质变形成的新的岩石称为变质岩。大理石主要由方解石、石灰石、蛇纹石和白云石组成。其主要成分以碳酸钙为主，约占50%以上。由于大理石一般都含有杂质，而且碳酸钙在大气中受二氧化碳、碳化物、水气的作用，也容易风化和溶蚀，而使表面很快失去光泽。大理石一般性质比较软，这是相对于花岗石而言的。在室内装修中，电视机台面、窗台、室内地面等适合使用大理石。大理石是商品名称，并非岩石学定义。大理石是天然建筑装饰石材的一大门类，一般指具有装饰功能，可以加工成建筑石材或工艺品的已变质或未变质的碳酸盐岩类。它是由中国云南大理市点苍山所产的具有绚丽色泽与花纹的石材而得名。大理石泛指大理岩、石灰岩、白云岩、以及碳酸盐岩经不同蚀变形成的夕卡岩和大理岩等。大理石主要用于加工成各种形材、板材，作建筑物的墙面、地面、台、柱，是家具镶嵌的珍贵材料。还常用于纪念性建筑物如碑、塔、雕像等的材料。大理石还可以雕刻成工艺美术品、文具、灯具、器皿等实用艺术品。大理石的质感柔和美观庄重，格调高雅，花色繁多，是装饰豪华建筑的理想材料，也是艺术雕刻的传统材料。 [编辑本段]大理石分类大理石分为三类：白云石：菱镁矿（碳酸钙镁）含量40%以上镁橄榄石：菱镁矿（碳酸钙镁）含量在5%到40%之间。方解石：菱镁矿（碳酸钙镁）含量少于5% [编辑本段]矿石原料特点 (一) 工艺分类大理石是以大理岩为代表的一类岩石，包括碳酸盐岩和有关的变质岩，相对花岗石来说一般质地较软。常见岩石有大理岩、石灰岩、白云岩、夕卡岩等。大理石的品种划分，命名原则不一，有的以产地和颜色命名，如丹东绿、铁岭红等；有的以花纹和颜色命名，如雪花

纳米材料应用特点

超细微粒、超细粉末，这些其实都是纳米材料的别称。它具有自己的一些性能特点，同时应用范围较广，例如生物医药、能源环保、化工等等行业。本文就给大家详细介绍一下。一、应用由于纳米颗粒粉体具有电、磁、热、光、敏感特性和表面稳定性等性能，显著不同于通常颗粒，故其具有广泛的应用前景。经过多年探索研究，已经在物理、化学、材料、生物、医学、环境、塑料、造纸、建材、纺织等许多领域获得广泛应用。下面为大家例举几个纳米材料的应用实例。（1）纳米材料的用途十分的广泛，比如目前在许多医药领域使用了纳米技术，这样能使药品生产非常的精细，它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小，所以这种药品在人体内的传输是相当方便的，有些药品会采用多层纳米粒子包裹，这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液，通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。（2）在家电方面，选用那么材料制成的产品有许多的特性，如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其

产品的存储容量，目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”，使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤，从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米ZnO等复配粉体材料，再通过经抽丝、织布，然后能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装，这些产品可以满足国防工业要求。（3）纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中，该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因，然后对它们进行组装，这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明，科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构，并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能，从而形成纳米图形，这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。（4）纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用，目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力，它是一般净水剂的20倍左右。纳米材料的过滤装置，还能有效的去除水中的一些细菌，使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来，经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。二、特点当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的

纳米技术的应用与前景

纳米技术的应用与前景纳米技术作为一种高新科技，我认为其本质不亚于当年的电子与半导体科技，有着我们未所发掘到潜能与实用价值，在这个世代，各种技术的发展迅速，随着纳米技术的进一步发展，可以作为一种催化剂，促使各行各业的迅猛发展。纳米技术是近年来出现的一门高新技术。“纳米”主要是指在纳米（一种长度计量单位，等于1/1000,000,000米）尺度附近的物质，其表现出来的特殊性能用于不同领域而称之为“纳米技术”，其具体定义见词条“纳米科技”。纳米技术目前已成功用于许多领域，包括医学、药学、化学及生物检测、制造业、光学以及国防等等。本词条为纳米技术应用的总纲，包括如下领域： 1、纳米技术在新材料中的应用 2、纳米技术在微电子、电力等领域中的应用 3、纳米技术在制造业中的应用 4、纳米技术在生物、医药学中的应用 5、纳米技术在化学、环境监测中的应用 6、纳米技术在能源、交通等领域的应用尽管从理论到实践是一个相当困难的过程，但纳米技术已经证明，可以利用扫描隧道电子显微镜等工具移动原子个体，使它们形成在自然界中永远不可能存在的排列方式，如IBM 公司的标志图案、比例为百亿分之一的世界地图、或一把琴弦只有50纳米粗的亚显微吉他。纳米材料的应用有着诱人的技术潜力，它的应用范围包括从制造工业、航天工业到医学领域等。美国全国科学基金会曾发表声明说：“当我们进入21世纪时，纳米技术将对世界人民的健康、财富和安全产生重大的影响，至少如同20世纪的抗生素、集成电路和人造聚合物那样。”科学家们预计，纳米技术在新世纪中的应用前景广阔，已经涵盖了材料、测量、机械、电子、光学、化学、生物等众多领域，信息技术与纳米技术的关系已密不可分。从纳米科技发展的历史来看，人们早在1861年建立所谓肢体化学时即开始了对纳米肢体的研究。但真正对纳米进行独立的研究，则是1959年，这一年，著名美国物理学家、诺贝尔奖金获得者德·费曼在美国物理学年会上作了一次报告。他在报告中认为，能够用宏观的机器来制造比其体积小的机器，而这较小的机器又可制作更小的机器，这样一步步达到分子程度。费曼还幻想在原子和分子水平上操纵和控制物质。在70年代末，美国MIT（麻省理工大学）的W.R.Cannon等人发明了激光气相法合成数十纳米尺寸的硅基陶瓷粉末。80年代初，德国物理学家H.Gleiter等人用气体冷凝发制备了具有清洁表面的纳米颗粒，并在超真空条件下原位压制了多晶纳米固体。现在看来，这些研究都属于纳米材料的初步探索。科学家预言，尺寸为分子般大小、厚度只有一根头发丝的几百万分之一的纳米机械装置将在今后数年内投入使用。学术实验室和工业实验室的研究人员在开发分子马达、自组装材料等纳米机械部件方面取得了飞速进展。纳米机器具有可以操纵分子的微型“手指”和指挥这些手指如何工作、如何寻找所需原材料的微型电脑。这种手指完全可以由碳纳米管制成，碳纳米管是1991年发现的一种类似头发的碳分子，其强度是钢的100倍，直径只有头发的五万分之一。美国康奈尔大学的研究人员利用有机物和无机物组件开发出一个分子大小的马达，一些人称之为纳米技术领域的“T型发动机”。纳米科技中具有主导或牵头作用的是纳米电子学，因为它是微电子学发展的下一代。纳米电子学是来自电子工业，是纳米技术发展的一个主要动力。纳米电子学立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，并开发物质潜在的储存和处理

纳米材料新进展及应用

纳米材料应用的新进展来源：全球电源网世界上已经研制成功四种贮氢合金材料：即稀土镧镍系、铁一钛系、镁系以及钒、铌、锆等多元素系合金材料。但它们全都是非纳米材料。最近几年世界各国在大力开发纳米贮氢电极材料，一系列纳米贮氢材料不断问世。它们的进展为更好利用氢能带来了福音。目前开发的主要材料系列有镁镍合金、碳纳米管和纳米铁钛合金。三种纳米材料的开发已经形成热潮。美洲和欧洲国家开发工作最集中的是镍金属氢化物电池用的镁镍合金和碳纳米管，其次是燃料电池用的铁钛合金及碳纳米管。包括中国在内的亚洲国家开发纳米镁镍合金主要是针对镍金属氢化物电池的应用，开发纳米铁钛合金及碳纳米管主要是针对燃料电池的应用。在开发金属氢化物储氢方面，过去的主要问题是贮氢量低，成本高及释氢温度高。现在在开发纳米储氢材料过程中这些问题仍是值得注意的问题。本文介绍目前科研人员针对上述问题开发纳米储氢材料方面的进展。1 镁镍合金开发继续升温镁系贮氢合金是最具开发前途的贮氢材料之一，所以目前开发最热的是镁镍合金。镁镍合金成本低，其贮氢质量高，若以CD ( H )代表合金贮氢的质量分数，理论上纯镁的质量分数为7.6% ，而稀土LaNi5 的只有1.4% ，钛系TiFe 只为1.9%。这就是形成镁系合金开发热潮的原因。以前主要使用熔铸法和快速凝固法生产镁合金。能够体现出高技术的发展水平是现在的机械研磨技术。也就是先在600 C以上使镁与镍形成合金，经过检测确定是Mg2Ni合金以后，然后进行机械研磨。目前普遍用机械研磨法生产多元纳米贮氢合金、纳米复合贮氢合金。新型纳米镁镍合金同稀土系、钛系和锆系贮氢材料相比具有许多优点。镁系合金中最典型的是Mg2Ni 合金。其氢化物Mg2NiH4 合金贮氢量为3.6%。1.1 代换镁的金属呈增加趋势国内外制备传统镁系合金采取的措施是添加铝、铁、钴、铬、钒、锰、铜、钛及镧等元素来替换镁，使其形成多元镁镍合金。第二种是将纯镁粉与低稳定性的贮氢合金复合。第三种是把镁系合金与别的合金混合制成复合贮氢材料。最后就是将负极浸入铜、镍-硼或镍-磷等镀液里，使镀上一层金属膜，镀

石材的特性

石材的特性一、石材的分类石材是人类最早使用的建筑材料,虽然低价的钢铁及混凝土已渐取代石材在承重构造的地位,但是石材表面美妙的颜色及岩理的变化，经由建筑师的设计,更增加了石材高贵、亮丽的质感,这些都是混凝土、钢铁及玻璃所无法企及的。有越来越多的人尝试运用丰富的石材颜色及岩理，来改善都市里单调的景观，例如在混凝土结构沾贴石材亮板，或在拱门边侧边沾贴石材薄板等。石材的种类繁多，依其岩性及用途，分类的标准如下：（一）根据来源（origin）分类 1．火山岩。 2．沉积岩。 3．变质岩。（二）根据特性（Characteristics）分类 1．组成的矿物。 2．化学的性质。 3．物理的性质。 (三）根据岩石种类分类（CNS63OO） 1．花岗岩类。 2．安山岩类。 3．砂岩类。 4．黏板岩类。 5．凝灰岩类。 6．大理石类及蛇纹石类。（四）根据岩性分类（ASTMc119-71） 1．花岗岩类。 2．绿色岩类。 3．石灰岩类。 4．大理岩类。 5．砂岩类。 6．皮岩类。（五）根据用途分类 1．外部建筑用（Exterior Building）。 2．内部建筑用（Interior Building）。 3．装饰用（Decovrative and Ornamental）。 4．碑石及雕像用（Monumental and Statuary）。 5．铺砌料用（Paving）。 6．界石用（Curbing）。 7．扁平石铺路用（Flagging）。 8．造屋顶用板岩（Roofing Slate）。 9．磨石用板岩（Millstock slate）。 10．其他（如面板Surface Plate及磨刀石Hone stones）。

磁性纳米材料的应用

磁性纳米材料的应用磁性纳米颗粒是一类智能型的纳米材料，既具有纳米材料所特有的性质如表面效应、小尺寸效应、量子效应、宏观量子隧道效应、偶连容量高，又具有良好的磁导向性、超顺磁性类酶催化特性和生物相容性等特殊性质，可以在恒定磁场下聚集和定位、在交变磁场下吸收电磁波产热。基于这些特性，磁性纳米颗粒广泛应用于分离和检测等方面。（一）生物分离生物分离是指利用功能化磁性纳米颗粒的表面配体与受体之间的特异性相互作用（如抗原-抗体和亲和素 -生物素等）来实现对靶向性生物目标的快速分离。传统的分离技术主要包括沉淀、离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作。磁分离技术基于磁性纳米材料的超顺磁性，在外加磁场下纳米颗粒被磁化，一旦去掉磁场，它们将立即重新分散于溶液中。因此，可以通过外界磁场来控制磁性纳米材料的磁性能，从而达到分离的目的，如细胞分离、蛋白质分离、核酸分离、酶分离等，具有快速、简便的特点，能够高效、可靠地捕获特定的蛋白质或其它生物大分子。此外，由于磁性纳米材料兼有纳米、磁学和类酶催化活性等特性，不仅能实现被检测物的分离与富集，而且能够使检测信号放大，具有重要的应用前景。通常磁分离技术主要包括以下两个步骤：（ 1）将要研究的生物实体标记于磁性颗粒上；（2）利用磁性液体分离设备将被标记的生物实体分离出来。 ①细胞分离：细胞分离技术的目的是快速获得所需的目标细胞。传统的细胞分离技术主要是根据细胞的大小、形态以及密度差异进行分离，如采用微滤、超滤和超滤离心等方法。这些方法虽然操作简单，但是特异性差，而且纯度不高，制备量偏小，影响细胞活性。但是利用磁性纳米材料可以避免一定的局限性，如在磁性纳米材料表面接上具有生物活性的吸附剂或配体（如抗体、荧光物质和外源凝结素等），利用它们与目标细胞特异性结合，在外加磁场的作用下将细胞分离、分类以及对数量和种类的研究。磁性纳米材料作为不溶性载体，在其表面上接有生物活性的吸附剂或其它配体等活性物，利用它们与目标细胞的特性结合，在外加磁场作用下将细胞分离。温惠云等的地衣芽孢杆菌实验结果表明，磁性材料 Fe3O4 的引入对地衣芽孢杆菌的生长没有影响；Kuhara等制备了人单克隆抗体anti-hPCLP1,利用 anti-hPCLP1 修饰的磁纳米颗粒从人脐带血中成功分离了成血管细胞，PCLP1 阳性细胞分离纯度达到了 95%。 ②蛋白质分离：利用传统的生物学技术（如溶剂萃取技术）来分离蛋白质程序非常复杂，而磁分离技术是分离蛋白分子便捷而快速的方法。基于在磁性粒子表面上修饰离子交换基团或亲和配基等可与目标蛋白质产生特异性吸附作用的功能基团 , 使经过表面修饰的磁性粒子在外加磁场的作用下从生物样品中快速选择性地分离目标蛋白质。王军等采用络合剂乙二胺四乙酸二钠和硅烷偶联剂KH-550寸磁性Fe3O4粒子进行表面修饰改性 , 并用其对天然胶乳中的蛋白质进行吸附分离。结果表明 , 乙二胺四乙酸通过化学键合牢固地结合在磁性粒子表面 , 并通过羰基与蛋白质反应, 达到降低胶乳氮含量的目的。 ③核酸分离经典的DNA/RN分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法，这些方法的缺点是耗时多，难以自动化，不能用于分析小体积样品，分离不完全。

纳米材料及其应用前景

纳米材料及其应用前景摘要:21世纪，纳米技术、纳米材料在科技领域将扮演重要角色。纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术之一。本文简要地概述了纳米材料的基本特性以及其在力学、磁学、电学、热学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。关键词：纳米材料；功能；应用；一、纳米材料的基本特性所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。科学家们和工程技术人员利用纳米材料的特殊性质解决了很多技术难题，可以说纳米材料特性促进了科技进步和发展。 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，所以纳米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。 2、热学性质纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。例如Cr-Cr2O3颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作用，从而有效地将太阳光能转换为热能。 3、电学性质由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。2001年用碳纳米管制成的纳米晶体管，表现出很好的晶体三极管放大特性。并根据低温下碳纳米管的三极管放大特性，成功研制出了室温下的单电子晶体管。随着单电子晶体管研究的深入进展，已经成功研制出由碳纳米管组成的逻辑电路。

石材合格指标

合格的花岗石大板，应达到四个物理性能的指标体积密度≧2.56g/cm3 吸水率≦0.60% 干燥压缩程度（抗压性）≧100MPa 弯曲程度（抗弯性）≧8.0MPa 合格的大理石大板，应达到四个物理性能的指标体积密度≧2.60g/cm3 吸水率≦0.5% 干燥压缩程度（抗压性）≧50MPa 弯曲程度（抗弯性）≧7.0MPa 什么叫压缩强度，石材的抗压性？压缩强度是指岩石在单向压缩情况下的抗破坏能力。压缩强度的大小表示岩石的坚硬程度。压缩强度用MPa表示，1MPa= 10.2kg/c㎡（公斤力/平方厘米）一个标准大气压=760毫米汞柱=76厘米汞柱=1.013×105帕斯卡=10.336米水柱。为了确保标准大气压是一个定值，1954年第十届国际计量大会决议声明，规定标准大气压值为 1标准大气压＝101325牛顿／米2 按“JC205-92天然花岗石建筑板材”标准，干燥压缩强度不小于60.0MPa。按“JC79-92天然大理石建筑板材”标准，大理石干燥压缩强度不小于20.0MPa。一般来讲花岗石压缩强度在110-245MPa之间，大理石压缩强度在70~110MPa之间什么是弯曲强度，石材的抗弯性？弯曲强度相当于以前所称的抗折能力，指一定规格的饰面板材在两个支撑点上抵抗断裂的能力。石材弯曲强度远比压缩强度低，经试验约为压缩强度的1/14~1/8。一般得出压缩强度可以大致推测其弯曲强度。一般弯曲强度越大，板材不易断裂。按“JC205-92天然花岗石建筑板材”标准，弯曲强度不小于8.0MPa，按 “JC79-92天然大理石建筑板材”标准，弯曲强度不得小于7MPa 如花岗石岑溪红的弯曲强度为23.56MPa，大理石丹东绿的弯曲强度为8.57MPa。什么是石材的体积密度和吸水率？体积密度为石材的质量与体积之比。密度大表示岩石比重、容重大，在锯、磨、抛、切等加工过程中有较高的稳定性。吸水率为指石材吸水能力，反映石材内部所含孔隙数量、大小及分布与连通情况。岩石吸水率一般<1.5%, <0.5%的可视为抗风化性能好，抗冻性能也好，可不做抗冻性能试验。什么是光泽度？光泽度是评价饰面石材质量的重要内容之一，除花色和品种外，它是用户衡量石材质量的主要根据。

纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点一纳米材料的性能广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。二纳米材料的制备方法

纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中

(完整版)金属材料知识大全

金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。（1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。（2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。（3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。 3.性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。金属材料特质

纳米材料的热学特性

纳米材料的热学特性【摘要】：纳米材料的应用及其广泛，涉及到各个领域。本文将从纳米材料的热容，晶格参数，结合能，内聚能，熔点，溶解焓，溶解熵及纳米材料参与反应时反应体系的化学平衡等方面对纳米材料的热学性质的研究进行阐述，并对纳米材料热学的研究和应用前景进行了展望。【关键词】：纳米材料热学特性发展前景【正文】：（一）纳米材料纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达l 5 ～5 0 ％。纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。（二）热学特性一热容 1996年，在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减50 %。1998年，通过研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明:过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。2002年，又把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小，二.晶格参数，结合能，内聚能纳米微粒的晶格畸变具有尺寸效应，利用惰性气体蒸发的方法在高分子基体上制备了1. 45nm 的pd纳米微粒，通过电子微衍射方法测试了其晶格参数，发现Pd 纳米微粒的晶格参数随着微粒尺寸的减小而降低。结合能的确比相应块体材料的结合能要低。通过分子动力学方法，模拟Pd 纳米微粒在热力学平衡时的稳定结构，并计算微粒尺寸和形状对晶格参数和结合能的影响，定量给出形状对晶格参数和结合能变化量的贡献研究表明:在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低，在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形纳米微粒的相应量。三纳米粒子的熔解热力学熔解温度是材料最基本的性能，几乎所有材料的性能如力学性能，物理性能以及化学性能都是工作温度比熔解温度( T /Tm )的函数，除了熔解温度外，熔解焓和熔解熵也是描述材料熔解热力学的重要参量；熔解焓表示体系在熔解的过程中，吸收热量的多少，而熔解熵则是体系熔解过程中熵值的变化。几乎整个熔解热力学理论就是围绕着熔解温度，熔解熵和

天然石材的几种特性

天然石材的几种特性 1．耐火性各种石材皆不同，有些石材在高温作用下，发生化学分解。（1）石膏：在大于 107 C时分解。（2）石灰石、大理石：在大于 910 c时分解。（3）花岗石：在 600 C时因组成矿物受热不均而裂开。 2．膨胀及收缩石材也是热胀冷缩，但若受热后再冷却，其收缩不能回复至原来体积，而必保留一部份成为永久性膨胀；美国兵工厂曾试验由00C至 1000C，再降到00C，测出永久膨胀增加之度为0.02—O.045%。 3．耐冻性石材在潮湿状态下，能抵抗冻融而不发生显著之破坏者，此性能称为耐冻性。岩石孔隙内的水份在温度低到摄氏零下 20时，发生冻结，孔隙内水份膨胀比原有体积大1/10，岩石若不能抵抗此种膨胀所发生之力，便会出现破坏现象。一般若吸水率小于 0.5%，就不考虑其抗冻性能。 4．抗压强度石材的抗压强度会因矿物成份、结晶粗细、胶结物质的均匀性、荷重面积、荷重作用与解理所成角度等因素，而有所不同。若其他条件相同，通常结晶颗粒细小而彼此粘结一起的致密材料，具有较高强度。致密的火山岩在乾燥及饱和水份後，抗压强度并无差异（吸水率极低），若属多孔性及怕水之胶结岩石，其乾燥及潮湿之强度，就有显著差别。大理石的施工特性 1．物理性（1）抗压强度 Compressive strength PSI :6,012-16,750。（2）抗弯强度 Flexural strength PSI :1,O95-2,709。（3）抗剪强度 Shear strength PSI :1,638-4,812。（4）弹性系数 Modulus of Elasticity PSI :1.97-14.85X106。（5）密度 Ibs/ft :163.0-172.4。（6）48小时吸水率% :0.O69-O.609。（7）热传导系数 "k BTU/in/hr/f2t/0F :10.45一15.56。（8）水蒸气传导率 Perm-Inch :0.324-4.46。（9）热扩散系数 in/in/0F :3.69-12.3X10-6。（10）潜变 Creep-Deflation, inch's after 24HR :O-3.3X1O-4。 2．强度（ASTM c99,ASTM c170）强度乃是抵抗压力之能力，来自几个因素：（1）岩石裂理及晶体的解理。（2）胶结度。（3）晶体的”互锁”（interlocking of the crystal）。（4）任何胶结物质的天然质。 3．热膨胀大理石的热膨胀，在大理石与其他不同材料组成坚固的大单元时，变成一个重要的考虑因素。实验室中经过几个轮回的加热及冷却过程後，可测出残留的膨胀到原来的20%左右。 4．耐火度大理石是不燃性材料，具耐火度，热传导性佳，温度由大理石传递的速度很快，因此不是高效率的隔热体。 5．抗磨性（ASTM c 241）大多数不同种类的大理石都具有高硬度，及均匀的磨耗性，因此常被用为地板及楼梯板。若大理石具有Ha=10的抗磨硬

纳米材料的特性和应用

纳米材料的特性和应用摘要本文简要介绍了纳米材料的分类及特性，并对纳米材料在化工、生物医学、环境、食品等领域的应用进行了综述，最后对纳米材料的发展趋势进行了展望。关键词纳米材料；分类；特性；应用；发展 1 引言有科学家预言, 在21 世纪纳米材料将是“最有前途的材料”, 纳米技术甚至会超过计算机和基因学, 成为“决定性技术”。国际纳米结构材料会议于1992 年开始召开(两年一届) , 并且目前已有数种与纳米材料密切相关的国际期刊。德国科学技术部预测到2010 年纳米技术市场为14 400 亿美元, 美国政府自2000 年克林顿总统启动国家纳米计划以来, 已经为纳米技术投资了大约20 亿美元。同时, 欧盟在2002～2006 年期间将向纳米技术投资10 多亿美元。日本2002 年的纳米技术开支已经从1997 年的1. 20 亿美元提高到7. 50 亿美元。 2 纳米材料及其分类纳米材料（nano- material）又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。粒子尺寸范围在1-100 nm 之间，它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。根据三维空间中未被纳米尺度约束的自由度计，将纳米材料大致可分成四种类型，即零维的纳米粉末（颗粒和原子团簇）、一维的纳米纤维（管）、二维的纳米膜、三维的纳米块体。 3 纳米材料的特性1 3.1 小尺寸效应当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时, 周期性的边界条件将被破坏, 使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化。如银的熔点约为900℃, 而纳米银粉熔点仅为100℃, 一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%～50%。 3.2 表面效应纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质变化。纳米晶粒的减小, 导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大, 致使它表现出很高的活性,如日本帝国化工公司生产的T iO2平均粒径为15 nm , 比

石材的物理化学性能及分类的概述

石材的物理化学性能及分类的概述 ⑴花岗石简述 ①花岗石的物理及化学性能: a、化学成份：花岗石（麻石）属深层火成岩，其主要组成为长石、石英和少量云母，主要化学成份为SiO2，约占65％－75％，花岗石因为含有铁、铜、铬、锰、碳等元素而显现华丽的色彩。同时，部份金属化合物可以提高花岗石的抗磨性。 b、物理结构：颗粒状的天然石矿，故其质地异常坚硬；花岗石的晶体粗大而致密，抗压强度很高（120－300Mpa），硬度大（S.H75－110），优质的花岗石经细致磨光及晶硬处理后，光泽度可达110－120度。是高级的建筑装饰材料。花岗石虽然结构致密，吸水率低（0.1%－0.7%），但花岗石属于酸性岩，亲水性，水份子可以通过晶隙的毛细孔渗透，所以在有地下水或曾用大量水洗地后的花岗石地面，石与石之间接合的地方会出现明显的水痕，因此花岗石应尽量减少水份在上面停留的时间。 ②花岗石的分类：在花岗石结构中，二氧化硅形成石英晶体，其他成份形成长石晶体及云母晶体，石英非常坚硬，长石稍软，而云母属片状晶体，稍有磨擦都会脱落而形成凹入的麻点，因此花岗石的云母成份多及云母晶粒大将影响其价值。花岗石可以将其归纳为粒晶花岗石和絮晶花岗石。

a、粒晶花岗石：此类花岗石是由岩浆的核心部份，在高温高压的环境下慢慢冷却而成。粒晶花岗石的石英、长石、云母晶体分布均匀，令石面出现有规律的亮点，甚至耀斑。如果云母晶体粗，则麻点明显。粒晶花岗石硬度高，经细致的打磨及优质晶硬处理后，平滑如镜，在均匀的色调下闪闪生辉，分外堂皇、华贵。粒晶花岗石的石英晶体非常坚硬，但长石晶体较软，再加上有云母形成的麻点，如没有合理的保养，很快就会变得凹凸不平，甚至变成粗麻石，简直暴殄天物。目前最佳的保养方式是晶石处理。常见的粒晶花岗石: 大花白、印度红、四川红、万年青、啡钻、金沙黑。 b、絮晶花岗石：此类花岗石是岩浆外层，在高温高压及有地下水的环境下慢慢冷却而成。由于有地下水，所以二氧化硅形成伸展型絮状石英晶，缠绕性地分布在其他晶体之中。同时，铁、铜、铬、锰、碳等元素的化合物可以渗入晶体之间，形成变化万千的色彩和时隐时现的纹理，使絮晶花岗石兼备了花岗石的坚硬及云石的多姿多采而成为高级的建筑装饰石料。絮晶花岗石还有一个特点，石面经细致的打磨及抛光之后会出现微细的酒涡状，圆润的凹面，使地面呈现出远看明亮清晰，近看略带朦胧，经晶石处理后，给人一种浪漫的情调。絮晶花岗石的石英分布不均匀，石英越少的部位越容易磨损，如果没有合理的保养，石面很快就会变成不规则的波浪形，非常可惜。目前最佳的保养方式是晶硬处理。