国外纳米技术研发和应用动向【精编4篇】

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纳米技术论文【第一篇】

锂离子电池纳米材料研究

制药工程学院制药工程专业2014级一班胡波142010106 摘要锂离子电的核心是选择高能储锂电极材料，纳米材料以其独特的物理化学性能应用作为锂离子电池电极材料，具有减小极化，增大充放电电流密度，提高放电容量和循环稳定性等优点，有利于高性能、高容量和高功率电池的发展。纳米电极材料具有非常广阔的应用前景，但目前已有的研究基本处于实验开发阶段，且主要集中在制备方法上，其微观结构和电化学性能沿需进一步研究探讨。关键词锂离子电池纳米材料

Abstract The main task in Lithium-ion battery research is how to find out the material with high storage material is used to be the positive electrode of Lithium-ion battery for its special physical and chemical this paper, the applying actuality of Nano-scale anode and cathode materials of Lithium-ion battery are performances and the preparation methods of the materials are also words Lithium-ion battery, nano-scale material, 1.电极

锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。

优点：（1）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（2）可发生在块体材料中不可能出现的反应；

（3）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（4）短的电子输运路径（允许在低电导或高功率下使用）。缺点：（1）有自放电现象，差的循环性能及寿命；

（2）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，限制应用；（3）电极合成过程可能会更加复杂。2.正极材料的性能和一般制备方法

为了获得较高的单体电池电压，倾向于选择高电势的嵌锂化合物。正极材料应满足：（1）在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；（2）温和的电极过程动力学；（3）高度可逆性；

（4）全锂化状态下在空气中的稳定性。

成功的商品化电极材料在制备工艺上都有其独到之处，这是国内目前研究的差距所在，各种制备方法优缺点列举如下。（1）固相法：一般选用碳酸锂等锂盐和钴化合物或多元化合物研磨混合后，进行烧结反应:。此方法优点是工艺流程简单，原料易得；缺点是所制得正极材料电容量有限，原料混合均匀性差，制备材料的性能稳定性不好，批次与批次之间质量一致性差。（2）络合物法：用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体，再烧结制备。该方法的优点是分子规模混合，材料均匀性和性能稳定性好，正极材料电容量比固相法高；缺点是材料振实密度低，生产使用困难。

（3）溶胶凝胶法：利用上世纪70年代发展起来的制备超微粒子的方法，制备正极材料，该方法具备了络合物法的优点，而且制备出的电极材料电容量有较大的提高；缺点是成本较高，技术还属于开发阶段]。（4）离子交换法：用离子交换法制备的LiMnO2，获得了可逆放电容量达270mA·h/g高值，它具有所制电极性能稳定，电容量高的特点。但过程涉及溶液重结晶蒸发等费能费时步骤，距离实用化还有相当距离。（5）橄榄石型的磷酸铁锂材料，近年研究已经取得了很大的进展，已经在部分产品中应用，它具有安全性高（不存在爆炸的理论危险），使用寿命长（是钴酸锂的4倍）、可以大电流充放电等优异性能；缺点是生产成本高、材料堆积密度小，不利于生产控制，还不能应用到手机和电脑上。

3、负极材料的性能和一般制备方法 负极材料的电导率一般都较高，则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂的化合物，如各种碳材料和金属氧化物。可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料要求具有：（1）在锂离子的嵌入反应中自由能变化小；（2）锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率；（3）高度可逆的嵌入反应；（4）有良好的电导行；

（5）热力学上稳定，同时与电解质不发生反应。锂离子电池中所用碳材料尚存在两方面的问题：

（1）电压滞后，即锂的嵌入反应在0～0．25V之间进行（相对于Li＋／Li）而脱嵌反应则在1V左右发生；

（2）循环容量逐渐下降，一般经过12～20次循环后，容量降至400～500mA·h/g。一般制备负极材料的方法可综述如下。

（1）在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；

（2）将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到的硬碳；（3）高温热分解有机物和高聚物制备的含氢碳；（4）各种金属氧化物其机理与正极材料类似；

（5）作为一种嵌锂材料，碳纳米管、巴基球C60等也是当前研究的一个新热点，成为纳米材料研究的一个分支。4.电解液

锂离子电池的进展不仅需要电极性能的提高，也需要依靠电解液性能的增强。固态聚合物电解质代表了电池所需性能的终极形式。最理想的聚合物电解质是那些无溶剂薄膜形成的，如聚乙烯（乙烯氧化物），PEO和锂盐（LiX），如LiPF6或LiCF3SO3。然而这些材料在室温下差的离子传导性使之无法实现那么高的期望；1998年，Croce, F.等在Nature上宣告将纳米级无机填充物分散于无溶剂、聚醚基的电解质中，可以使其传导性增加数个量级。电解质输运性能提高的原因可用Maier开发出的不同种类掺杂模型来解释。可能与无机纳米粒子的表面状态跟聚合物链或锂盐阴离子之间发生的路易斯酸基交互作用有关。事实上，人们也在开发其它可以达到高导率的聚合物电解质。与这方面相关的有聚合物-盐纳米结构和离子液体的控制。

探索纳米技术及纳米材料的应用方法【第二篇】

探索纳米技术及纳米材料的应用方法

摘要：本文主要论述了纳米材料的兴起、纳米材料及其性质表现、纳米材料的应用示例、纳米材料的前景展望，以供与大家交流。

关键词：纳米材料；应用；前景展望

1.纳米技术引起纳米材料的兴起

1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。80年代初，德国科学家成功地采用惰性气体凝聚原位加压法制得纯物质的块状纳米材料后，纳米材料的研究及其制备技术在近年来引起了世界各国的普遍重视。由于纳料材料具有独特的纳米晶粒及高浓度晶界特征以及由此而产生的小尺寸量子效应和晶界效应，使其表现出一系列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的力学、磁、光、电、声等性能，使得对纳米材料的制备、结构、性能及其应用研究成为90年代材料科学研究的热点。1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维。这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。，纳米产品的年营业额达到500亿美元。

2.纳米材料及其性质表现

纳米材料

纳米(nm)是长度单位，1纳米是10-9米(十亿分之一米)，对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的直径一般为7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。一般认为纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。

纳米材料的特殊性质

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。

3.纳米材料的应用示例

目前纳米材料主要用于下列方面：

高硬度、耐磨WC-Co纳米复合材料

纳米结构的WC-Co已经用作保护涂层和切削工具。这是因为纳米结构的WC-Co在硬度、耐磨性和韧性等方面明显优于普通的粗晶材料。其中，力学性能提高约一个量级，还可能进一步提高。高能球磨或者化学合成WC-Co纳米合金已经工业化。化学合成包括三个主要步骤：起始溶液的制备与混和；喷雾干燥形成化学性均匀的原粉末；再经流床热化学转化成为纳米晶WC-Co粉末。喷雾干燥和流床转化已经用来批量生产金属碳化物粉末。WC-Co粉末可在真空或氢气氛下液相烧结成块体材料。VC或Cr3C2等碳化物相的掺杂，可以抑制烧结过程中的晶粒长大。

纳米结构软磁材料

Finemet族合金已经由日本的Hitachi Special Metals，德国的Vacuumschmelze GmbH和法国的 Imply等公司推向市场，已制造销售许多用途特殊的小型铁芯产品。日本的 Alps Electric Co.一直在开发Nanoperm族合金，该公司与用户合作，不断扩展纳米晶Fe-Zr-B合金的应用领域。

电沉积纳米晶Ni

电沉积薄膜具有典型的柱状晶结构，但可以用脉冲电流将其破碎。精心地控制温度、pH值和镀池的成份，电沉积的Ni晶粒尺寸可达10nm。但它在350K时就发生反常的晶粒长大，添加溶质并使其偏析在晶界上，以使之产生溶质拖拽和Zener粒子打轧效应，可实现结构的稳定。例如，添加千分之几的磷、流或金属元素足以使纳米结构稳定至600K。电沉积涂层脉良好的控制晶粒尺寸分布，表现为Hall-Petch强化行为、纯Ni的耐蚀性好。这些性能以及可直接涂履的工艺特点，使管材的内涂覆，尤其是修复核蒸汽发电机非常方便。这种（）技术已经作为 EectrosleeveTM工艺商业化。在这项应用中，微合金化的'涂层晶粒尺寸约为100nm，材料的拉伸强度约为锻造Ni的两倍，延伸率为15%。晶间开裂抗力大为改善。

基纳米复合材料

Al基纳米复合材料以其超高强度(可达到)为人们所关注。其结构特点是在非晶基体上弥散分布着纳米尺度的a-Al粒子，合金元素包括稀土(如Y、Ce)和过渡族金属(如 Fe、Ni)。通常必须用快速凝固技术(直接淬火或由初始非晶态通火)获得纳米复合结构。但这只能得到条带或雾化粉末。纳米复合材料的力学行为与晶化后的非晶合金相类似，即室温下超常的高屈服应力和加工软化(导致拉神状态下的塑性不稳定性)。这类纳米材料(或非晶)可以固结成块材。例如，在略低于非晶合金的晶化温度下温挤。加工过程中也可以完全转变为晶体，晶粒尺寸明显大干部份非晶的纳米复合材料。典型的Al基体的晶粒尺寸为100～200nm，镶嵌在基体上的金属间化合物粒子直径约50nm。强度为～1GPa，拉伸韧性得到改善。另外，这种材料具有很好的强度与模量的结合以及疲劳强度。温挤Al基纳米复合材料已经商业化，注册为Gigas TM。雾化的粉末可以固结成棒材，并加工成小尺寸高强度部件。类似的固结材料在高温下表现出很好的超塑性行为：在1s-1的高应变速率下，延伸率大于500%。

4.纳米材料的前景趋向

经过我国材料技术人员多年对纳米技术的研究探索，现在科学家已经能够在实验室操纵单个原子，纳米技术有了飞跃式的发展。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症诊断、光学新材料和生物分子追踪4大领域高速发展。可以预测：不久的将来纳米金属氧化物半导体场效应管、平面显示用发光纳米粒子与纳米复合物、纳米光子晶体将应运而生；用于集成电路的单电子晶体管、记忆及逻辑元件、分子化学组装计算机将投入应用；分子、原子簇的控制和自组装、量子逻辑器件、分子电子器件、纳米机器人、集成生物化学传感器等将被研究制造出来。

近年来还有一些引人注目的发展趋势新动向，如：(1)纳米组装体系蓝绿光的研究出现新的苗头；(2)巨电导的发现；(3)颗粒膜巨磁电阻尚有潜力；(4)纳米组装体系设计和制造有新进展。

总之，近年来，虽然纳米材料的研究已经取得了显著进展，但许多重要问题仍有待探索和解决。

纳米技术的论文【第三篇】

纳米技术在新型建筑材料中的应用

纳米技术作为一门新兴的技术，在多个范畴具有十分重要的应用，特别是极大地推进了新型建材的开展，引见了纳米技术在新型建筑涂料、复合水泥、自洁玻璃、陶瓷、防护资料等方面的应用，经过阐述可知，纳米资料在新型建材范畴具有很好的开展应用前景。纳米技术；新型建材；应用；前景 1 纳米涂料的应用

通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差，耐老化、耐洗刷性差，光亮度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的处理这一问题，纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性，可以弥盖墙体细小裂痕，具有对微裂痕的自修复作用。(2)具有很好的防水性，抗异物粘附、沾污性能，抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳温和，手感温和，漆膜平整，改善建筑的外观等。

固然国内外对纳米涂料的研讨还处在初步阶段，但是已在工程上得到了较普遍的应用，如北京纳美公司消费的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷，效果良好。在首体改造工程中，运用纳米涂料1700吨，涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研讨中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。2 纳米水泥的应用

普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小，同时其本身也存在一些固有的缺陷，使其在运用过程中不可防止地产生开裂并毁坏。为理解决这一问题就必需加速对具有特殊性能混凝土的研发，而纳米混凝土就能有效的处理这样问题，纳米混凝土，与普通混凝土相比，纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显着进步，同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能，因此可用于一些特殊的建筑设备中（如国防设备）。通常在普通混凝土中参加纳米矿粉（纳米级SiO2、纳米级CaCO3）或者纳米金属粉末已到达纳米混凝土的性能，而且经过改动纳米资料的掺量还能配置出防水砂浆等。目前开发研制的纳米水泥资料包括纳米防水复合水泥，纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。

纳米防水水泥是经过在水泥中添加XPM水泥外加剂的纳米资料而制成的，该纳米外加剂掺入水泥后，能够加快水泥诱导期和加速期的水化反响，改善水泥凝固的三维构造，同时进步水泥石的密实度，加强了防水性能。

纳米敏感水泥是在水泥中参加对四周环境变化非常敏感的纳米资料，从而到达改善水泥制品温敏、湿敏、气敏、力敏等性能。依据添加的敏感资料的不同可将纳米敏感水泥用于化工厂的建立、高速路面的铺设等。

纳米环保复合水泥是应用纳米资料的光催化功用，从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及外表自清洁等功用。通常是选用TiO2作为纳米添加剂。

纳米隐身复合资料是经过运用具有吸收电磁波功用的纳米资料（纳米金属粉居多），在电磁波映照时，纳米资料的外表效应使得原子与电子运动加剧，促使电子能转化为热能，增强对电磁波的吸收，从何使资料可以在很宽的频带范围内避开雷达、红外光的侦查，这一资料常用于军事国防建筑等。3 纳米玻璃的应用

普通玻璃在运用过程中会吸附空气中的有机物，构成难以清洗的有机污垢，同时，水在玻璃上易构成水雾，影响可见度和反光度。而经过在平板玻璃的两面镀制一层TiO2纳米薄膜构成的纳米玻璃，则能有效的处理上述缺陷，同时TiO2光催化剂在阳光作用下，能够合成甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有十分好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去费事的人工清洗过程。4 纳米技术在陶瓷资料中的应用

陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了普遍的应用（如铺贴墙面的瓷砖），但是陶瓷易发作脆性毁坏，因此在运用过程中也遭到了一定的限制。运用纳米资料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能，可以吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中参加纳米级的金属碳化物纤维能够大大进步陶瓷的强度，同时具有良好的抗烧蚀性，火箭喷气口的耐高温资料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温资料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷资料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲倦等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新资料在更大的范围内改动资料的力学性质，具有十分宽广的应用前景 5纳米级多相资料中纳米粒子的开发与应用

纳米级多相资料的优越性并非不为人知，这里不加赘述。笔者在这里讨论的是，在一种纳米粒子（或者微米粒子）

纳米技术在新型建筑材料中的应用

上生成另一种纳米粒子的办法以及它的应用价值。

开发的动因:在实践工作中，笔者接触到的浸透膜、离子隔阂等，大局部是进口产品。如反浸透膜有90%需求进口，超滤膜和微滤膜大约有50%需求进口，生物和医用膜、气体别离膜、特殊别离膜绝大局部需求进口。固然，关于这方面的种类，如反浸透膜、电池隔阂，我国曾经开端完成了范围化消费，但是，在性能上，与国外先进产品相比，仍有较大差距。譬如，反浸透膜的透盐率。国外同类产品能够小于“2”，而我国常常大于“5”至“10”。显而易见，国外在这方面的先进性显而易见。在数量上，锂电池的隔阂供不应求，依托大量进口，即使钒电池、超级电容等的隔阂，也是进口为主，我们存在的最大问题是在膜资料的制造方面。因而，开发新的隔阂消费技术火烧眉毛。

应用价值:纳米颗粒的开发具有普遍的应用价值。主要表现为:其一，参加物质外表，能够起到对应的化学催化、光触媒、烧结、传感、物质外表改性等作用。譬如，纳米铂在汽车尾气催化净化中可以起到十分好的效果，一些优秀的三元催化器就有纳米铂的成分，同时也普遍应用在氢氧燃料电池的低温催化反响方面；又譬如，目前许多空调的光触媒含有纳米二氧化钛；极薄到肉眼看不见的纳米金在玻璃上的涂层能够起到冬暖夏凉的作用。其二，参加物质内部，能够起到对应的改动物质的物化性质的作用。特别是金属和非金属资料的混合，如纳米级陶瓷粉末和金属粉末（包括纳米级金属粉末）的烧结的加工刀具。曾经普遍的应用在实践消费中了。又譬如纳米超硬资料参加到工程塑料中，能够使工程塑料的耐磨性大幅度的进步，能够普遍应用到国防、航天等范畴。其三，单独运用。如纳米级二氧化钛用于喷雾杀菌和合成甲醛，纳米银用于杀菌，纳米药物用于治疗等。

利用纳米材料可以提高塑料（高分子材料）的强度，同时还能起到增韧作用。纳米材料的问世，为新型增强塑料的合成提供了新的机遇，为传统增强塑料的改性提供了一条新的途径。把分散好的纳米颗粒均匀地添加到树脂材料中，可达到全面改善增强塑料性能的目的。通过加入纳米材料，能够明显提高塑料的强度和延伸率，提高耐磨性和改善材料表面的光洁度，提高抗老化性能。

纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。

纳米技术的潜在应用【第四篇】

纳米技术的潜在应用

介绍了纳米技术在燃油添加刺、纳米管以及防护涂层方面的潜在应用。 纳米技术是一种可以在原子水平上创造出具有全新分子形态结构的手段。纳米技术在电子工业的应用已有多年的历史，但其真正的发展是始于前Oxonica公司生产的。纳米材料。现已商品化的纳米产品有自清洁窗户、遮光剂、燃油添加剂、烧伤绷带、电子微循环电路等。尽管纳米技术不是新兴技术，但仍然处于起步阶段，还有很多潜能尚待挖掘。

作 者：Bill Burchell 孙立  作者单位： 刊 名：航空维修与工程  PKU英文刊名：AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 年，卷(期)： “”(1) 分类号：V2 关键词：