纳米材料、纳米结构及其应用

本文系统介绍了纳米科学与技术的形成与发展简史及基础知识;重点介绍了固体纳米微粒的制备与合成方法,纳米材料的机理、化学特性及纳米材料的应用;介绍了纳米科学技术的最新进展。     

一维纳米结构太阳电池及其研究进展

一维纳米材料是一种新型的光伏材料,具有显著的二维量子限制效应、良好的光吸收特性和光学减反射特性,在改善太阳电池的光伏性能方面具有潜在应用.介绍了纳米线和纳米管等一维纳米结构的光吸收特性,重点评述了Si纳米线、GaAs纳米线和碳纳米管等一维纳米材料在太阳电池应用上的研究进展,同时指出了一维纳米结构太阳电池研究中存在的一些问题,并提出了其今后的发展方向,如优化工艺和电池组态形式、改善界面特性以及深入揭示一维纳米结构太阳电池的载流子输运机制等.     

二氧化硅气凝胶的纳米结构与分形特性

二氧化硅气凝胶是溶胶－凝胶法经超临界干燥工艺制得的新型轻质纳米多孔材料。用ＢＥＴ、ＳＥＭ、ＳＡＸＳ等手段研究了其纳米结构，发现不同催化剂条件下制备的气凝胶纳米结构不同，且具有不同的分形特征，同时，对干燥过程、陈化过程等对气凝胶纳米结构的影响也作了研究与讨论。     

纳米材料特性及纳米技术应用探讨

概述了纳米科技的概念、内涵以及纳米材料的一些奇异特性。介绍了纳米发电机、纳米微细加工机床、纳米科技马达以及纳米技术在润滑、密封、材料改性、焊接等领域的应用情况。     

碳管纳米弹簧快速建模与压缩特性有限元分析

给出了ANSYS有限元软件中碳管纳米弹簧的快速建模方法,对碳管纳米弹簧的轴向压缩进行了大变形有限元分析。为验证该方法与结果的有效性,还将一碳管纳米弹簧压缩刚度、临界失稳载荷的计算值与相应的试验结果、解析解进行了比较。研究表明,有限元结果与试验结果、解析解均较为接近,这说明碳管纳米弹簧的压缩特性分析是有效的;此外还发现,典型微米长度的碳管纳米弹簧的轴向压缩刚度为nN/nm量级,压缩失稳临界载荷为几十nN。     

纳米表征技术的新进展

纳米表征技术是高新材料基础理论研究与实际应用交叉融合的技术，对高新材料产业的发展有着重要的推动作用．纳米材料包括纳米颗粒及其以纳米颗粒为基础的材料；纳米纤维及其含有纳米纤维的材料；纳米界面及其含有纳米界面的材料．纳米材料的性能与其微观结构有着重要的关系．因此研究纳米材料微观结构的表征对认识纳米材料的特性，推动纳米材料的应用有着重要的意义。     

新型纳米三坐标测量机结构的动态特性分析

主要分析了新型纳米三坐标测量机主体结构的动态特性,包括结构的振动特性以及结构的振动响应,其目的是为分析和评定纳米测量机的动态精度做准备．通过建立振动模型并利用ANSYS对此结构进行模态分析以及谐响应分析,从而得到此结构的固有频率、振型以及在纳米电机的激励下结构的位移、应力,同时对龙门式和拱形式测量机结构进行了动态分析与对比,从而证明了这种新型四面对称式桥架在保证纳米三坐标动态测量精度上的优越性．     

多层耐磨硬涂层纳米力学性能评定新方法

阐述了利用纳米硬度计研究涂层纳米力学特性的纳米压痕方法以及涂层纳米力学特性、附着、断裂韧性的评定指标 ,分析了载荷P与压入深度h关系曲线和载荷P与压入深度平方h2 关系曲线的特征 ,并提出用P -h和P -h2 关系曲线完整描述涂层纳米力学特性的方法 P -h2 曲线与P -h曲线一道就可完整反映涂层界面失效、断裂失效的整个过程 应用该方法对化学气相沉积 (CVD)TiN/Ti(C ,N) /TiC/Ti(C ,N) /TiCTi(C ,N) /TiC七层耐磨硬涂层进行了研究 结果表明 ,其具有较高的硬度、韧性和耐磨性     

混合基纳米流体在汽车散热器中的稳定性及传热特性

摘 要 使用SiO2和MWCNT纳米颗粒,在80%：20%的水/乙二醇基液中制备纳米流体,分别研究超声波振荡时间、分散剂对纳米流体稳定性的影响,结果表明：最佳振荡时间为1 h;十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）的最佳添加量为质量分数0.05%,十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的最佳添加量为0.1%;在最佳添加量下,CTAC的分散效果优于SDBS;在同一分散剂下,MWCNT-水/乙二醇混合基纳米流体的稳定性优于SiO2-水/乙二醇混合基纳米流体。研究不同浓度的纳米流体在不同流速、温度下的传热特性进行分析。结果表明,与基液相比,纳米流体的传热速率有了明显的提高;与纳米流体的传热速率增加相比,纳米流体浓度对压降和有效泵功的不利影响可以忽略不计。     

成骨细胞在纳米材料表面上粘附特性

在利用静电自组装技术制备的具备不同纳米形貌的S iO2纳米粒子薄膜及空白试片上,进行了SD大鼠成骨细胞的粘附特性考评实验,并对比了成骨细胞分别在纳米粒子基片和空白试片上的粘附数、细胞活性及形态的差异.实验结果表明:利用静电自组装技术获得的纳米结构表面对细胞的粘附特性确实存在良性影响;在所采用的3个纳米尺度下,细胞粘附数随纳米尺度的增加而增加,M TT检测结果表明细胞活性也随之增加.     

纳米流体燃料燃烧特性研究进展

环境污染和能源短缺是当今世界面临的两大难题，纳米流体燃料作为一种潜在的可替代燃料，不仅可以提高传统燃料的能量密度，而且有望减少氮氧化物等污染物排放，因而受到了研究者的广泛关注。该文首先归纳了纳米流体燃料燃烧研究所面临的难点问题，进一步解析了添加纳米颗粒对单液滴、多液滴纳米流体燃烧特性的影响，继而总结了连续的纳米流体燃料燃烧特性研究进展，介绍了燃烧参数光学诊断方法，综述了纳米流体燃料在发动机中的应用，以及对污染物排放的影响。     

退火温度对铜纳米颗粒复合材料的三阶非线性光学性质的影响

采用离子注入法制备铜纳米颗粒复合材料,在波长为790 nm的入射激光作用下,运用Z-扫描技术测量了铜纳米颗粒复合材料的非线性光学折射率和非线性光学吸收系数,分析了退火温度对铜纳米颗粒复合材料光学性质的影响.结果表明,随着退火温度的升高,铜纳米颗粒复合材料的颗粒尺寸明显增大,且光学非线性折射率上升.通过改变非晶二氧化硅中铜纳米颗粒复合材料的形状,得到不同的三阶非线性光学系数的特定值.     

Ti/TiO_2界面的整流特性研究

采用电化学阳极氧化法在钛片表面构筑了一层结构有序、纳米级的TiO2纳米管阵列膜层,考察了制备电压对TiO2纳米管阵列形貌和尺寸的影响,应用扫描电子显微镜(SEM)对膜层的形貌进行了表征,测量了Ti/TiO2界面的整流特性,研究了TiO2纳米管阵列膜层结构与Ti/TiO2界面的整流特性的关系。结果表明:制备电压对TiO2纳米管阵列的结构起到关键的作用,二氧化钛纳米管之所以具有整流特性是由于Ti/TiO2界面具有类似p-n结的性质。利用二氧化钛纳米管的整流特性,人们可以制备出各种性能优良的材料和器件。     

Al2O3-H2O纳米流体管内流动特性数值模拟

采用数值模拟的方法研究了柱状管内Al_2O_3-H_2O纳米流体低流速的流动特性与换热机理.重点探究三维开口系稳态模型在不同体积分数的纳米颗粒情况下,对流动速度场和温度场的影响以及流动过程中的压降变化,并分析了Al_2O_3纳米颗粒对流动过程中的整体换热的影响.数值模拟结果表明:对于给定的入口流速,随着体积分数的增大,纳米流体各处温度、流动速度明显趋于一致,换热效果增强;压降梯度上升;纳米颗粒的布朗运动是影响换热与流动的主要因素,由于颗粒布朗运动的扰流与混合,各微元状态相互联系增强了流动均匀性.     

纳米碳管增强复合材料界面特性对力学性能影响的数值分析

假设纳米碳管与树脂基体之间存在一薄层界面,以纳米碳管、界面和基体组成的三层柱体复合材料特征体积单元为研究对象,采用纳-微观均质化理论方法分析界面的模量、体积比、排列方式等的变化对纳米碳管增强复合材料力学性能的影响,所得结果与多相经典平均Mori-Tanaka法进行比较.结果清晰显示了界面模量、体积比的变化对纳米碳管增强复合材料力学性能的影响,有效地区分了含界面纳米碳管在不同排列方式下的力学性能,为纳米碳管增强复合材料力学性能的设计和优化提供计算依据.     

细圆管内纳米颗粒悬浮液流动特性的实验研究

实验研究了细圆管内氧化铜纳米颗粒悬浮液的流动特性．试验段的管径为0．68mm、1.01mm和1.28mm，氧化铜纳米颗粒的平均粒径为50nm，悬浮液中氧化铜纳米颗粒的质量分数分别为0.02,0.04和0.06，分散剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）质量的分数为0.02。实验结果显示，氧化铜纳米颗粒悬浮液的流动压降比去离子水的大，且正比于其质量分数；层流向湍流转化的临界雷诺数小于常规尺度的数值，且正比于管径。     

纳米Al2O3和聚四氟乙烯填充聚醚醚酮基复合材料摩擦学特性研究

以热压成型法制备了纳米Al2O3和聚四氟乙烯(PTFE)填充聚醚醚酮基(PEEK)复合材料,利用销盘摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纳米Al2O3和PTFE填充PEEK的摩擦磨损特性.结果表明,纳米Al2O3使PTFE填充PEEK复合材料的摩擦磨损特性得到明显改善,其改善程度与纳米Al2O3的填充量有关,当纳米Al2O3的含量较低(3%)时,纳米Al2O3-PTFE-PEEK复合材料与钢对偶面产生的磨损模式以磨粒磨损和犁削为主;而当纳米Al2O3的含量较高(10%)时,纳米Al2O3填充PEEK的磨损模式主要是粘着磨损;纳米Al2O3的含量为5%～7%时,PEEK复合材料的摩擦系数和比磨损率最低.随着载荷的增加,纳米Al2O3-PTFE-PEEK复合材料的摩擦系数将因纳米粒子效应和表面摩擦温升呈现下降趋势.     

草酸盐法制备纳米晶CdFe_2O_4的研究

用草酸盐法制备 Cd Fe2 O4 纳米生坯粉 ,在 70 0℃的温度下焙烧得到纳米晶粉末 ,同时对 Cd Fe2 O4 纳米晶的气敏特性进行研究 ,发现它对乙醇、乙炔有较高的敏感特性 ,而对汽油敏感性则较低。     

纳米Al2O3和聚四氟乙烯填充聚醚醚酮基复合材料摩擦学特性研究

以热压成型法制备了纳米Al2 O3 和聚四氟乙烯 (PTFE)填充聚醚醚酮基 (PEEK)复合材料 ,利用销盘摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下纳米Al2 O3 和PTFE填充PEEK的摩擦磨损特性。结果表明 ,纳米Al2 O3 使PTFE填充PEEK复合材料的摩擦磨损特性得到明显改善 ,其改善程度与纳米Al2 O3 的填充量有关 ,当纳米Al2 O3 的含量较低 (3% )时 ,纳米Al2 O3 PTFE PEEK复合材料与钢对偶面产生的磨损模式以磨粒磨损和犁削为主 ;而当纳米Al2 O3 的含量较高 (10 % )时 ,纳米Al2 O3 填充PEEK的磨损模式主要是粘着磨损 ;纳米Al2 O3 的含量为 5 %～ 7%时 ,PEEK复合材料的摩擦系数和比磨损率最低。随着载荷的增加 ,纳米Al2 O3 PTFE PEEK复合材料的摩擦系数将因纳米粒子效应和表面摩擦温升呈现下降趋势     

不同衬底对CBD法制备ZnO纳米棒阵列的影响

采用化学溶液沉积（CBD）法在3种不同衬底上生长ZnO纳米棒阵列, 并利用X射线衍射(XRD)、  扫描电子显微镜(SEM)、 原子力显微镜(AFM)和光致发光(PL)谱研究纳米棒的结构、 形貌和光学特性.  结果表明: 产物均为ZnO纳米棒状结构且均匀分布在衬底上, 其中在氧化铟锡(ITO)导电玻璃衬底和玻璃衬底上生长的ZnO结晶质量优于在硅衬底上生长的样品, 而纳米棒在玻璃衬底上的覆盖密度最大且取向均一; 在Si衬底上生长纳米棒的发光性能最好; 3个样品的紫外峰位均发生微小移动, 这是由于纳米棒尺寸不同导致应力发生变化所致. 