Yurchanka Siarhei /伤风
亚博网站下载材料的晶粒大小的顺序一米的1000000000被称为纳米材料,或纳米晶体材料。他们表现出非常有吸引力的和有用的属性,这可以用于一系列的结构性和非结构性的应用程序。
应用程序
随着纳米材料独亚博网站下载有的,有利的物理、化学和力学性能,可以应用于许多应用程序,包括但不限于,那些下面列出。
新一代计算机芯片
微电子行业特别重视小型化,其中包括减少电路像晶体管的大小,电容和电阻。相当大的减少它们的大小使微处理器开发使用这些部件,操作速度快得多,从而使计算速度更大。
然而,有许多技术障碍实现这些进步,如超细前体使这些部分的缺乏,不足产生的大量的热量耗散这些微处理器,因为速度快,可怜的平均故障时间(可怜的可靠性),等等。
纳米材料亚博网站下载帮助行业克服这些障碍通过提供制造商更好的导热系数的材料,纳米晶体材料开始,ultra-high-purity材料,和更持久,持久的联系(微处理器中不同部分之间的连接)。
动能弹,杀伤力有所改善
国防部(DoD)一直在使用贫铀(DU)炮弹(穿甲弹)对抗硬目标和敌人的装甲车辆。但杜残留放射性;因此,爆炸、有害(致癌),和致命的人员使用。然而,一些关键的原因的持续使用DU侵入者,他们有独家自锐与目标机制的影响,以及缺乏一个合适的防爆的,无毒的替代DU。
奈米晶钨重合金可用于此类自锐机制由于其独有的变形特性,例如,晶粒间滑动。因此,奈米晶钨重合金和复合材料被用作评估替代DU渗透者。
更好的绝缘材料亚博网站下载
纳米晶体材料制造的溶胶-凝胶方法亚博网站下载产生泡沫状结构被称为“气凝胶。“尽管是非常轻量级的,多孔,这些气凝胶可以容纳负载等于体重100倍。气凝胶是由连续的3 d网络粒子与空气(或其他液体,如气体)被困在他们的间隙。yabo214
由于气凝胶是多孔和包括空气困在间隙,它们用于绝缘在家庭,办公室,等等。这样大大减少了冷却和加热账单,从而节省能源和减少环境污染有关。
他们也被采用作为“智能”窗户的材料,这使当太阳很亮(一样的太阳镜亚博网站下载和处方眼镜镜片),和减轻当太阳不是很明媚。
荧光粉高清电视
显示器或电视的分辨率像素的大小。这些像素从根本上组成的材料被称为“荧光粉,发光时被一股电子在阴极射线管(CRT)。亚博网站下载分辨率的提高和减少像素大小或荧光粉。
硫化镉纳米晶体硒化锌,锌硫化物和碲化铅通过溶胶-凝胶方法的潜在材料准备提高显示器的分辨率。亚博网站下载使用nanophosphors旨在降低显示器的价格使个人电脑和高清晰度电视(hdtv)平均负担得起的家庭在美国。
低成本平板显示器
笔记本电脑(便携式)计算机行业,对平板显示器的需求很高。日本是在这个领域领先,主要是由于对这些显示其研发活动的材料。亚博网站下载
这些显示设备的分辨率可以显著提高了合成纳米晶体荧光粉,同时大大降低生产成本。此外,平板显示器制造使用纳米材料有更高的对比度和亮度比传统方法由于其改进的磁和电特性。亚博网站下载
更严格的和难切削工具
刀具制造的纳米晶体材料如碳化物的钽、钨、钛、很多困难,更耐侵蚀和耐磨,比传统亚博网站下载的大粒度的等价物。他们也允许制造商机几种材料的速度快得多,从而提高生产力和很大程度上减少制造成本。亚博网站下载
此外,微电子电路小型化需要硬质合金(钻头直径小于人类头发的厚度平均[100µm])与改进的边缘保留和更好的耐磨性。使用奈米晶碳化物在这些微演习,因为它们更加困难,更强,耐磨。
消除污染物的
纳米晶体材料有非常大的颗粒边界对亚博网站下载应的晶粒尺寸。因此,他们非常活跃的关于物理、化学和机械性能。纳米材料由于其改进的化学活性,可作为催化剂与毒性反应和氮氧化物和一氧化碳等有害气体,在发电设备亚博网站下载和汽车催化转换器,以避免环境污染当汽油和煤燃烧引起的。app亚博体育
高能量密度的电池
传统和充电电池被用在几乎所有的应用程序需要电力。这些应用程序包括笔记本电脑、汽车、玩具、电动汽车、个人音响,无绳电话,手机,手表,和下一代电动汽车(NGEV),减少环境污染。这些电池的能量密度(存储容量)很低,需要频繁的充电。的生活传统和可充电电池也低。
纳米晶体材料的生产使用溶胶-凝胶亚博网站下载方法有泡沫状(气凝胶)结构,可以存储更多的能量比传统的等价物。因此,他们是高度适用于电池分离器板。此外,镍氢电池(镍氢)制成的纳米晶体镍金属氢化物被预测需要充电的程度要低得多,持续很长时间,因为它们大的晶界(表面)区域和改进的化学、物理和机械性能。
大功率磁铁
磁铁的强度是衡量的饱和磁化强度和矫顽力值。这些值将增加时减少粒度和比表面积的增加(谷物)的单位体积的表面积的颗粒。已经证明了磁铁制成的纳米晶体yttrium-samarium-cobalt谷物有高度罕见的磁性,因为他们非常大的表面积。
常见的应用程序对这些大功率稀土磁铁包括敏感的分析仪器,安静的潜艇,陆基发电机、汽车发电机、汽车船舶、和磁共振成像(MRI)在医学诊断。
高灵敏度的传感器
传感器使用他们的敏感性检测变化在不同的参数设定的措施。参数包括化学活动、热导率、电阻率、磁导率和电容。所有这些参数很多取决于材料的微观结构(粒度)的传感器。亚博网站下载
传感器的环境的变化揭示了传感器材料的物理、化学或机械的特点,这是用于检测。例如,一氧化碳传感器由氧化锆(氧化锆)适用于其化学稳定性识别是否存在一氧化碳。
当一氧化碳,氧原子在一氧化碳氧化锆与碳反应,以减少氧化锆部分。这个反应激活修改传感器的特点,如电容和电导(或电阻率)。
这个反应的速率和程度明显增加了晶粒尺寸的减小。因此,纳米晶体材料制成的传感器对环境的变化高度敏感。亚博网站下载常见的应用传感器用纳米晶体材料是冰探测器在飞机机翼,烟雾探测器,汽车发动机性能的传感器等。亚博网站下载
汽车和更多的燃料效率
现有汽车发动机浪费大量的汽油,从而增加燃料不完全燃烧污染环境。传统火花塞不完全燃烧的汽油和有效率。这个问题是由错误的放大或磨损,火花塞电极。
由于纳米材料是困难,亚博网站下载更强,更耐侵蚀和耐磨,他们目前正在使用火花塞。这些电极火花塞的寿命延长,帮助燃烧燃料更有效和充分。一个完全新的火花塞设计称为“railplug”也是在原型阶段。
这种railplug应用技术来源于著名的“轨道炮”——分拆星球大战防御计划。然而,这些railplugs产生更强的火花(的能量密度几乎1 kJ /毫米2)。因此,传统材料侵蚀和腐蚀很快,经常不实亚博网站下载用的汽车。
相比之下,railplugs制成的纳米材料更持久甚至比传统的火花塞。亚博网站下载此外,汽车浪费大量的能量损失产生的热能引擎。与柴油发动机尤其如此。因此,计划提出了发动机气缸(衬垫)涂纳米晶体陶瓷、氧化铝、氧化锆等,使他们保持热量以更有效的方式,从而确保完整、高效的燃料燃烧。
航空航天部件与增强的性能特征
由于危害参与飞行,飞机制造商的目标是,让航天组件更严格、更强,持续时间更长。飞机部件所需的主要特性之一是疲劳强度,而随着组件的年龄的增加下降。通过制造的组件使用更健壮的材料,可以显著提高飞机的生命。亚博网站下载
疲劳强度增加而降低材料的晶粒尺寸。纳米材料亚博网站下载提供这样一个相当大的减少晶粒尺寸比传统材料疲劳寿命是200%的平均增长了-300%。此外,组件使用纳米材料更强,可以工作在更高的温度,使飞机飞得更快和更有效亚博网站下载地使用相同数量的航空燃料。
在宇宙飞船,温度较高强度的材料是至关重要的组件(例如,推进器、火箭发动机和矢量喷嘴)工作在更高的温度下比飞机和更大的速度。纳米材料亚博网站下载是理想的候选人对于航天器应用程序,。
更好的和未来的武器平台
传统的枪支,如155毫米榴弹炮,炮,和很多发射火箭系统(高),使用燃烧的化学能派生的化学品(火药)。侵入者可以推动的最大速度约1.5 - -2.0公里/秒。
相反,电磁发射器(EML枪),或轨道炮,利用电能,以及随之而来的磁场(能量),驱动的渗透者/炮弹在10公里/秒的速度。这样一个速度的增加会导致更大的动能弹质量相同。成正比的能量损失的目标。因此,国防部(特别是美国陆军)轨道炮进行了广泛的研究。
由于轨道炮工作电能,rails需要优秀的电导体。此外,他们需要如此强大和灵活的轨道炮不凹陷由于自身的重量而解雇和崩溃。铜是明显的选择当谈到高导电性。
然而,轨道炮铜做的磨损大大流失的更快,因为rails超速炮弹。此外,他们缺乏高温强度。铜的腐蚀和磨损rails呼吁非常频繁的桶更换。
满足这些必需品,纳米晶体复合材料制成的铜、钨、二硼化钛是评估作为一个潜在的候选人。这种纳米复合材料表现出必要的导电性,满意的热导率,杰出的高强度,硬度,刚度高,穿/耐腐蚀性。
这导致耐侵蚀和耐磨轨道炮,持续时间更长,可以发射更经常比传统的等价物。
更持久的卫星
卫星被用于民用和国防应用。这些卫星利用火箭推进器保持或改变它们的轨道由于各种因素,如被地球引力应用的影响。因此,推进器需要重新定位的卫星。
在很大程度上,这些卫星的寿命是由燃料可以采纳。在现实中,重新定位推进器浪费超过三分之一的燃料在船上的卫星,由于部分和低效的燃烧的燃料,如肼。部分和低效的燃烧发生由于快速穿的机载ignitors停止执行有效的结果。
纳米材料亚博网站下载如纳米晶体tungsten-titanium diboride-copper复合承诺选择改善这些此基础的性能特性和寿命。
长期医疗植入物
一般来说,医疗植入心脏瓣膜和骨科植入物是由不锈钢和钛合金。这些合金主要用于人类不会引起排斥的,也就是说,他们不不利与人体组织反应。这些材料是相亚博网站下载对无孔时用于骨科植入物(人工髋关节骨,等等)。
如果一个植入必须模仿自然的人类骨骼的有效方法,相邻的组织必须穿透植入,从而提供移植必要的力量。因为这些材料是相对不透水亚博网站下载,人体组织不穿透植入,从而最大限度地减少它们的有效性。
此外,这些金属合金磨损快,需要频繁的和非常昂贵的手术。但是纳米晶体氧化锆陶瓷(氧化锆)是困难的,耐腐蚀(生物液体腐蚀性),耐磨,不会引起排斥的。
还可以使nanoceramics多孔气凝胶(气凝胶可以承受100倍体重)如果他们使用溶胶-凝胶方法生产。这将导致植入替代的程度要低得多,因此大量减少手术费用。奈米晶碳化硅(SiC)是一种潜在的人工心脏瓣膜材料主要是因为它的低体重,耐磨性,极端的硬度,强度高、耐蚀性和惰性和生物体液(原文如此不反应)。
韧性、可加工的陶瓷
因此,陶瓷非常硬,脆,很难机器。这些陶瓷的性质使潜在用户利用其有利的属性。然而,这些陶瓷已经被越来越多的使用降低晶粒尺寸。氧化锆、硬脆陶瓷,甚至被超塑性,也就是说,它可以变形更大的长度(高达300%的初始长度)。然而,这些陶瓷一定纳米晶体颗粒超塑性。
实际上,纳米晶体陶瓷碳化硅(SiC)和氮化硅(Si3N4)已被用于汽车应用,如滚珠轴承、高强度弹簧和阀升降等。这是因为他们有良好的可加工性和可成形性,加上优越的物理、机械和化学性质。他们也用作高温熔炉中的组件。
是可能的媒体和烧结纳米晶体陶瓷成不同的形状在相当低的温度。相比之下,这将是非常困难的,如果不是行不通的,传统媒体和烧结陶瓷在高温下。
大的电致变色的显示设备
电致变色的设备包括材料中可以添加一个光学吸收带,或电流乐队可以修改通过亚博网站下载电流通过的材料,或通过应用一个电场。
纳米晶体材料氧化钨(我们亚博网站下载3⋅xH2O)凝胶用于巨大的电致变色显示设备。反应控制电镀铬(一个可逆的着色过程受到电场)的双注入离子(或质子,H+)和电子,形成钨青铜相结合的纳米晶体钨酸。这些设备主要用于股票董事会和公共广告牌发送信息。
电致变色的设备类似于液晶显示器(LCD)通常用于手表和计算器。但电致变色的设备显示信息通过改变颜色来响应一个外加电压。颜色被漂白逆转极性。这些设备的分辨率、对比度、亮度很大程度上依赖于钨酸凝胶的粒径。因此,纳米材料正在接受调查。亚博网站下载
总结
从本文中提供的例子,很清楚的是,纳米晶体材料的溶胶-凝胶方法可以用在一个广泛的独特的,新的和现有的应用程序。亚博网站下载同样清楚的是,纳米材料远高于传统同行由于其优异的物理、化亚博网站下载学和机械性能,出色的成形性。