纳米材料的发展前景

纳米材料的发展前景（共8篇）

纳米材料的发展前景 篇1

摘要：纳米材料是20世纪80年代中期研制成功的一种新型材料, 从整体上分析了纳米材料的结构特征、主要性能, 制备工艺和当今对纳米材料研究趋势。纳米材料有许多特殊的性能, 可以运用到航天、医疗、生物技术等领域。在未来的研究里, 纳米材料将会对人类做出巨大贡献。

关键词：纳米材料; 应用; 发展趋势;

从概念来说, 纳米材料是由无数个晶体组成的, 它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度, 它有着特殊的性质。这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料, 试图打造一种全新的新技术材料, 将来为人类创造更大的价值。纳米科学技术也引起了科学家的重视, 在当代的科学界有着举足轻重的地位。纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术, 纳米材料技术等。其中纳米材料技术主要应用于材料的生产, 主要包括航天材料、生物技术材料, 超声波材料等等。从1861年开始, 因为胶体化学的建立, 人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”, 由于当时科技水平落后研究失败。

1 纳米材料的性能

研究表明, 大多纳米金属的室温硬度比相应粗晶高2~6倍;纳米材料的强度是普通材料的10倍, 比如, 8nm的纳米晶体的强度比普通晶体高15倍, 硬度提高了4~7个数量级;韧性更大, 比如美国argonnel实验室制成的纳米Cs F2陶瓷晶体在室温下可弯曲100%。室温下的纳米Ti O2陶瓷晶体表现出很高的韧性, 压缩至原长度的15仍不破碎。纳米材料的热学性能是普通材料的5倍一般纳米材料的热容是传统金属的2倍;直径为10nm的Fe、Au和Al熔点分别由其粗晶熔点的1500℃、1263℃和700℃降到35℃、30℃和20℃。2nm的金的颗粒熔点仅为330℃, 比通常金的熔点低700℃以上, 而纳米银粉的熔点仅为100℃;此外, 纳米材料的热膨胀可调, 可用于具有不同热膨胀系数的材料的连接纳米材料的磁学性能;当所有的晶粒尺寸减小到纳米级时, 晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有着非常重要的影响, 这就使得纳米材料具有高磁化率和高矫顽力, 低饱和磁矩和低磁耗纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍, 而饱和磁矩是普通金属的13倍。纳米材料的光学性能;各种纳米微粒几乎都呈黑色, 它们对可见光的反射率将显着降低, 一般低于1%。粒度越细, 光的吸收越强烈, 利用这一特性, 纳米金属有可能用于制作红外线检测元件、隐身飞机上的雷达波吸收材料等, 还可以运用到生物技术领域, 比如激光检测仪、电子显微镜等。

2 纳米材料的应用现状

研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒, 不仅可以除去异味和消毒。还使得衣服不易出现折叠的痕迹。很多衣服都是纤维材料制成的, 通常衣服上都会出现静电现象, 在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。利用纳米材料, 冰箱可以消毒。利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。另外利用纳米粉末, 可以快速使废水彻底变清水, 完全达到饮用标准。这个技术可以提高水的重复使用率, 可以运用到化学工业中。比如污水处理厂、化肥厂等, 一方面使得水资源可以再次利用, 另一方面节约资源。纳米技术还可以应用到食品加工领域, 有益健康。纳米技术运用到建筑的装修领域, 可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料, 可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖, 根本不用擦洗。这样就可以节约成本, 提高装修公司的经济效益。使用纳米微粒的建筑材料, 可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。纳米材料可以提高汽车、轮船, 飞机性能指标。纳米陶瓷未来很有可能成为汽车、轮船、飞机等发动机部件的重要材料, 不仅可以大大提高发动机性能、还可以延长工作寿命和增强可靠性。纳米卫星发射升空可以随时随地监测宇航员安全驾驶。在生物医疗领域里, 采用纳米技术制成的大型药物输送器, 可以携带一定剂量的药物, 在体外电磁信号的引导下可以准确到达身体的各个部位, 不仅有效地起到治疗作用, 还可以减轻疼痛感并减轻药物的不良的反映。

纳米材料的.运用市场是十分广的, 纳米技术带来的经济效益也是不可低估的。根据国际上的一些权威机构预测, 由纳米技术创造的经济效益将会达到15000亿美元, 纳米技术在未来几十年的应用范围将会超过互联网。纳米材料、玻璃、带来的技术进步, 纳米涂料的运用和发展, 将会给传统建筑公司、装饰公司造成巨大的技术冲击。很多传统行业也会随之发生改变。国内科学家指出, 传统的建筑、化学、生物医药、工业制造, 通讯设备等领域, 将会迎来新的一次“技术革命”现在国际上用纳米技术注册的企业已经超过1000家, 同时这些企业建立了纳米材料和纳米技术的工厂和标准化的生产车间。纳米玻璃、纳米涂料, 已经在市场上得到了广泛的应用。这些技术将会进一步打开一些陌生领域的大门。纳米材料纳米技术的出现, 拥有着无限可能, 纳米机器人、纳米计算机的出现。大大降低了企业的生产成本, 人们也可以享受到科技的乐趣。未来我们身边都是纳米材料制造的产品, 不仅环保、而且价格低廉。人们在商场可以买到物美价廉的优质产品。这是科学技术在生活领域的运用。未来可能我们坐的汽车、飞机等都是纳米材料制造的。纳米材料属于材料学的一个分支, 应该加大研发力度, 让更多的学者投入到研究纳米材料的队伍。另外政府可以加大资金支持, 不断派遣这方面的专家出国考察、深造。为国家、为社会创造巨大财富同时, 增加就业岗位, 缓解大学生就业压力。科技改变生活, 科技改变世界, 纳米技术将会颠覆很多传统行业。

3 纳米材料的未来研究方向

研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次, 是知识创新的源泉。由于纳米结构单元的尺度 (1~100urn) 与物质中的许多特征长度, 如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当, 从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子, 也不同于宏观物体, 从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象, 认识新规律, 提出新概念, 建立新理论, 为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础, 也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题;纳米结构设计, 异质、异相和不同性质的纳米基元 (零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝) 的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点, 人们可以有更多的自由度按自己的的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。

4 结束语

纳米技术作为一种新的科学技术。自从这个科学概念被提出来后, 一直成为科学家研究的重要方向。在未来的时间里, 它将影响我们生活的方方面面。无论是吃穿住行, 还是医疗、交通、娱乐。纳米技术会带来新的技术革命, 不断为人类创造福祉。提供更优质的服务和产品。在信息化、智能化的今天, 由纳米材料制造的产品已经面世。纳米材料具有很强的生命力, 是能够改变人类生活的新技术。随着国家对高新技术的越加重视, 纳米技术有望成为推动人类向前进步的重要力量。

参考文献

[1]马如璋.功能材料学概论[M].冶金工业出版社..

纳米材料的发展前景 篇2

关键词：纳米材料,应用,前景

1 概述

由于独特的微结构和奇异性能, 纳米材料引起了科学界的极大关注, 成为世界范围内的研究热点, 其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。目前, 广义的纳米材料的主要包括:清洁或涂层表面的金属、半导体或聚合物薄膜;人造超晶格和量子讲结构;功半结晶聚合物和聚合物混和物;纳米晶体和纳米玻璃材料;金属键、共价键或分子组元构成的纳米复合材料。

经过最近十多年的研究与探索, 现已在纳米材料制备方法、结构表征、物理和化学性能、实用化等方面取得显著进展, 研究成果日新月异, 研究范围不断拓宽。以下主要从材料科学与工程的角度, 介绍与评述纳米金属材料的某些研究进展。

2 纳米材料的制备与合成

材料的纳米结构化可以通过多种制备途径来实现。这些方法可大致归类为“两步过程”和“一步过程”。“两步过程”是将预先制备的孤立纳米颗粒因结成块体材料。制备纳米颗粒的方法包括物理气相沉积 (PVD) 、化学气相沉积 (CVD) 、微波等离子体、低压火焰燃烧、电化学沉积、溶胶一凝胶过程、溶液的热分解和沉淀等, 其中, PVD法以“惰性气体冷凝法”最具代表性。“一步过程”则是将外部能量引入或作用于母体材料, 使其产生相或结构转变, 直接制备出块体纳米材料。诸如, 非晶材料晶化、快速凝固、高能机械球磨、严重塑性形变、滑动磨损、高能粒子辐照和火花蚀刻等。目前, 关于制备科学的研究主要集中于两个方面:a.纳米粉末制备技术、理论机制和模型。目的是改进纳米材料的品质和产量;b.纳米粉末的固结技术。以获得密度和微结构可控的块体材料或表面覆层。

3 纳米材料的奇异性能

3.1 原子的扩散行为

原子扩散行为影响材料的许多性能, 诸如蠕变、超塑性、电性能和烧结性等。纳米晶Co的自扩散系数比Cu的体扩散系数大14~16个量级, 比Cu的晶界自扩散系数大3个量级。Wurshum等最近的工作表明:Fe在纳米晶N中的扩散系数远低于早期报道的结果。纳米晶Pd的界面扩散数据类似于普通的晶界扩散, 这很可能是由于纳米粒子固结成的块状试样中的残留疏松的影响。

3.2 力学性能

目前, 关于纳米材料的力学性能研究, 包括硬度、断裂韧性、压缩和拉伸的应力一应变行为、应变速率敏感性、疲劳和蠕变等已经相当广泛。所研究的材料涉及不同方法制备的纯金属、合金、金属间化合物、复合材料和陶瓷。研究纳米材料本征力学性能的关键是获得内部没有 (或很少) 孔隙、杂质或裂纹的块状试样。由于试样内有各种缺陷, 早期的许多研究结果已被最近取得的结果所否定。样品制备技术的日臻成熟与发展, 使人们对纳米材料本征力学性能的认识不断深入。

尽管按照常规力学性能与晶粒尺寸关系外推, 纳米材料应该既具有高强度, 又有较高韧性。但迄今为止, 得到的纳米金属材料的韧性都很低。晶粒小于25nm时, 其断裂应变仅为<5%, 远低于相应粗晶材料。主要原因是纳米晶体材料中存在各类缺陷、微观应力及界面状态等。用适当工艺制备的无缺陷、无微观应力的纳米晶体Cu, 其拉伸应变量可高达30%, 说明纳米金属材料的韧性可以大幅度提高。纳米材料的塑性变形机理研究有待深入。

3.3 纳米晶金属的磁性

Daroezi等证实球磨形成的纳米晶Fe和Ni的饱和磁化强度与晶粒尺寸 (50mm~7nm) 无关, 但纳米晶的饱和磁化曲线形状不同于微米晶材料。随着晶粒减小, 矫顽力显著增加。Schaefer等报道, 纳米晶Ni中界面原子的磁拒降低至0.34m B/原子 (块状Ni为0.6m B/原子) , 界面组份的居里温度 (545K) 比块状晶体Ni的 (630K) 低。最近的研究还发现, 制备时残留在纳米晶Ni中的内应力对磁性的影响很大, 纳米晶Ni的饱和磁化强度与粗晶Ni基本相同。

3.4 催化及贮氢性能

在催化剂材料中, 反应的活性位置可以是表面上的团簇原子, 或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置, 因此很适宜作催化材料。事实上, 早在术语“纳米材料”出现前几十年, 已经出现许多纳米结构的催化材料, 典型的如Rh/Al2O3、Pt/C之类金属纳米颗粒弥散在情性物质上的催化剂。已在石油化工、精细化工合成、汽车排气许多场合应用。

Sakas等报道了纳米晶5% (in mass) Li-Mg O (平均直径5.2nm, 比表面面积750m2·g-1) 的催化活性。它对甲烷向高级烃转化的催化效果很好, 催化激活温度比普通Li浸渗的Mg O至少低200°C, 尽管略有烧结发生, 纳米材料的平均活性也比普通材料高3.3倍。

4 纳米材料应用示例

4.1 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。

4.2 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 Gmb H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。

4.3 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、p H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。

4.4 Al基纳米复合材料

Al基纳米复合材料以其超高强度 (可达到1.6GPa) 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。

结束语

纳米材料的特性及应用前景 篇3

关键词：纳米材料；特性；应用

中图分类号：G712 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）14-001-01

一、引言

自从20世纪发现纳米材料以来，纳米材料被誉为是21世纪构成未来智能社会的四大支柱之一，而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。由于碳纳米管具有强度高、重量轻、性能稳定、柔软灵活、导热性好、比表面积大并具有许多吸引人的电子性质。

二、纳米材料的基本特性

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。

1、表面效应

纳米材料的表面效应[1]是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90%以上，原子几乎全部集中到纳米粒子表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。

2、小尺寸效应

由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，比表面积增加，从而产生一系列新奇的性质：

（1）力学性质

（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。

（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。

（4）磁学性质

小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已做成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡等。利用超顺磁性，人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体

三、纳米材料的应用前景

1、信息产业中的纳米技术

纳米技术在信息产业中应用主要表现在3个方面：①网络通讯、宽频带的网络通讯、纳米结构器件、芯片技术以及高清晰度数字显示技术。②光电子器件、分子电子器件、巨磁电子器件，这方面我国还很落后，但是这些原器件转为商品进入市场也还要10年时间，所以，中国要超前15年到20年对这些方面进行研究。③网络通讯的关键纳米器件，如网络通讯中激光、过滤器、谐振器、微电容、微电极等方面。

2、环境产业中的纳米技术

纳米技术对空气中20纳米以及水中的200纳米污染物的降解是不可替代的技术。要净化环境，必须用纳米技术。近年来，不少公司致力于把光催化等纳米技术移植到水处理产业，用于提高水的质量，已初见成效；采用稀土氧化铈和贵金属纳米组合技术对汽车尾气处理器件的改造效果也很明显；治理淡水湖内藻类引起的污染，最近已在实验室初步研究成功。

3、能源环保中的纳米技术

合理利用传统能源和开发新能源是我国当前和今后的一项重要任务。在合理利用传统能源方面，现在主要是净化剂、助燃剂，它们能使煤充分燃烧，燃烧当中自循环，使硫减少排放，不再需要辅助装置。另外，利用纳米改进汽油、柴油的添加剂已经有了，实际上它是一种液态小分子可燃烧的团簇物质，有助燃、净化作用。

4、精细化工方面的应用

精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。

5、纳米生物医药

这是我国进入WTO以后一个最有潜力的领域。目前，国际医药行业面临新的决策，那就是用纳米尺度发展制药业。纳米生物医药就是从动植物中提取必要的物质，然后在纳米尺度组合，最大限度发挥药效，这恰恰是我国中医的想法。在提取精华后，用一种很少的骨架，比如人体可吸收的糖、淀粉，使其高效缓释和靶向药物。对传统药物的改进，采用纳米技术可以提高一个档次。

纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，尤其是能源、人类健康和环境保护等重大问题。可见，纳米技术对我们既是严峻的挑战。必须加倍重视纳米技术和纳米基础理论的研究，为我国在21世纪实现经济腾飞奠定坚实的基础。整个人类社会将因纳米技术的发展和商业化而产生根本性的变革。

参考文献：

[1] 王旭.浅论纳米材料的特性.大观周刊,2012(6).

[2] 汪云.纳米材料应用前景十分广阔.广州化工,2007.35(6).

[3] 周震.纳米材料的特性及其在电催化中的应用.化学通报,1998(4).

[4] 单志强.纳米材料特性及其在环境保护领域的应用.环境技术,2005,23(2).

[5] 吉云亮.刘红宇.纳米材料特性及纳米技术应用探讨.中国西部科技,2007(7).

我国新型建筑材料的发展及前景 篇4

建筑装饰装修材料品种门类繁多，更新换代十分迅速，与人民生活水平提高和居住条件改善密切相关，是极具发展潜力的建筑材料品种之一。它的品种、质量和配套水平的高低决定着建筑物装饰档次的高低，对美化城乡建筑、改善人民居住和工作环境有着十分重要的意义。

我国建筑装饰装修材料的发展，虽然起步较晚，但起点较高，主要生产能力量是80年代以后引进国外先进技术和装备基础上发展起来的。目前花色品种已达4000多种，已基本形成初具规模、产品门类较齐全的工业体系。1995年我国装饰装修材料年产值约为400亿元。1991-1995年，我国装饰装修材料年递增速度30%左大路。1996年主要产品产量为：壁纸、墙布2.1亿平方米，塑料地板3600万平方米，建筑涂料65万吨，塑料管道9万吨，塑料门窗近1000万平方米，化纤地毯450万平方米。目前三星级的宾馆装饰装修基本帮到自已生产，四至五星级宾馆的装饰装修有30%-40%可以做到自给。存在的主要问题是：生产企业规模偏小，产品质量不稳定，款色旧，档次低，配套性差，市场竞争能力弱;科研开发力量不足，产品更新换代能务弱，不能适应市场需求;产品结构不合理，中、低档产品比例大，高档材料比重低，不能满足高档建筑装饰装修的需求。

一、我国建筑装饰材料的发展史 我国新型建材工业是伴随着改革开放的不断深入而发展起来的，从1979年到1998年是我国新型建材发展的重要历史时期。经过20年的发展，我国新型建材工业基本完成了从无到有、从小到大的发展过程，在全国范围内形成了一个新兴的行业，成为建材工业中重要产品门类和新的经济增长点。经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，给新型建材的发展提供了良好的机遇和广阔的市场。预计1999年新型建材产值占建材工业总产值的比重将接近20%.目前，全国新型建材企业星罗棋布，在市场需求的带动下，已经形成了全国范围的机关报型建材流通网;大部分国外产品我国已能生产，三星级宾馆所需的新型建筑材料国内已能自给;不同档次、不同花色品种装饰装修材料的发展，为改善我国城乡人民居住条件、改变城市面貌提供了材料保证。我国已经形成了新型建材科研、设计、教育、生产、施工、流通的专业队伍。

（一）早期的装饰材料。

我国是一个文明古国，在悠久的历史中会存在着很多优秀的文化，所以我国在建筑装饰方面也会存在着不可替代的重要地位。

我国早期的建筑装饰材料主要是以木材、石器为主，装饰者会在木材和石器上雕刻上图案，其中具有代表的要属木雕和砖雕，装饰风格独特，图案造型生动。这些装饰材料极具装饰意味，他的内容反映了人们对生活的态度和对美好生活的向往，体现了人们的精神追求，表达了人们的信仰、心愿、崇拜的装饰内容和审美情趣，形成了隐喻、暗示，象征的艺术表现手法。这些装饰风格、图案造型、艺术表现手法以及所反映出的审美情趣，都是现代设计取之不尽用之不绝的源泉，也是现代设计民族个性化设计的体现。

（二）近期的装饰材料。

在近代我国的建筑装饰材料即秉承了早期的风格，也有所创新，比如说在材料方面新增加了玻璃、金属、合金及其他合成材料，但是大多数家居都采用玻璃材质，这种材质不但采光效果好而且还很便宜，最重要的是还很环保。

人们为了获得更多利益，大多数厂商也研制出其他装饰材料，但是这些材料并不是很符合标准，有的材质差，有的有害物质超标，所以为了更好的发展我国的装饰行业，所以我们要研制出新型的，绿色健康的装饰材料。

二、绿色、环保材料的发展

（一）绿色、环保材料起因。

我们为什么要发展环保材料，主要有以下几方面原因，就生态环境方面来说主要是：水资源短缺和水体污染、大气污染和土地流失及破坏、日益减少的森林； 装饰材料业的发展改善了人类生存和居住的环境，但也要求人类的活动能维持地球生态平衡。然而，近几十年来全球正面临着越来越严重的环境危机。所以，我们要发展绿色新型材料。就居住环境来说主要是装修过程中会产生各种粉尘、废弃物和噪声污染，这些都会严重影响到人们的生活。所以，我们要发展绿色新型材料。再有就是人们对生活质量要求的提高，人们现在更注重绿色环保的产品。

（二）绿色装饰材料总的发展趋势。

就我国现在的情况来看，我国绿色装饰材料的发展趋势主要趋向于大力发展可再生资源的利用，发展绿色节能人造板材。目前我国生产的各种木质人造板中其使用的胶粘剂大多数以甲醛系列为主，板材中的游离甲醛释放会直接危及人体健康，所以要大力发展低甲醛含量的绿色环保人造板。我国是农业大国，农业剩余物资源极其丰富，因此发展利用农业剩余物为原料的环保型人造板是未来主要趋势。其次，我国现在的涂料大多数也不是很环保，一些材料中甲醛、笨及其他化学物质严重超标，这些物质对人的身体危害很大，尤其是老人和小孩。为了我们的身体健康，我们要大力发展环保型涂料。

三、新型装饰材料发展应采取的措施

（一）新型装饰材料发展对策与建议。

为了发展绿色装饰材料我们要确定新型装饰材料及制品开发方向，加大科研开发的力度，提高技术装备水平，结合不同地区、不同建筑类型，以新型生态化装饰材料为重点，瞄准有市场前景的新产品、新技术，在引进、消化、吸收国外先进技术装备的基础上，研究开发适合我国国情的新工艺、新技术和新装备。尽可能少用天然资源，降低能耗并大量使用废弃物作原料；尽量采用不污染环境的生产技术；尽量做到产品不仅不损害人体健康，而应有利于人体健康。加强产品在工程技术应用的研究，加快绿色装饰材料及制品的应用步伐。要加强合作，尽快制定、落实绿色装饰材料纳入建筑应用的规程和管理办法，切实解决绿色装饰材料发展过程中科研、生产、建筑设计、施工等各个环节的具体问题。修订有关绿色装饰材料及制品的生产、施工规范、规程及施工通用图集。

（二）促进绿色装饰材料快速健康发展的主要措施。

落实产业政策、加快结构调整步伐，严格按照国家颁布的产业政策，加快调整绿色装饰材料产业结构，改变行业生产要素分散、资源利用不合理的局面。重点扶持一批创新能力强、经营业绩优、市场占有率高的优势企业。加大淘汰落后工艺、设备和产品的力度。坚持科技创新、大力推进技术进步，建立具有自主知识产权的新型建材主导产品的开发、创新体系。根据国家鼓励发展的新型建筑装修材料技术、工艺、设备及产品政策导向，加强技术开发和应用示范，组织引进、消化、吸收国外先进技术，研究、开发科技含量高、效果好、节能效果显著、拥有自主知识产权的优质绿色装饰材料生产技术与装备。坚持以市场为导向，要加强市场研究，注意市场动态，跟踪市场的变化，预测市场发展，适时研制、开发、发展、生产市场紧俏或急需的绿色装饰产品，满足市场需求。强化质量意识，建立健全质量保证体系，建立有效的行业质量监督机制和企业质量保证体系，依靠质量创品牌、创效益，制约行业的短期行为和企业不正当行为，维护市场秩序促进行业的健康发展。

四、结论

随着国民经济的发展和人民生活水平的逐步提高，人们对居住和工作场扬要求也不断提高。许多国家的经验证明，它是经济发展和社会进步的必然趋势。建筑业的进步不令要求建筑物的质量、功能要完善，而且要求其美观且无害人体健康等。这就要求发展多功能和高效的新型建材及制品，只有这样才能适应社会进步的要求。使用新型建筑材料及制品，可以显着改善建筑物的功能，增加建筑物的使用面积，提高抗震能力，便于机械化施工和提高施工效率，而且同等情况下可以降低建筑造价。

新材料发展三要素：融合、跨越、可持续根据国家的政策导向和国际材料产业的发展态势，我们可以将新材料的发展归结为如下几方面：

第一，新材料与纳米技术、生物技术、信息技术等新技术深度的融合，并形成跨学科、跨领域、跨部门的发展趋势。

第二，新材料与信息、能源、医疗、交通、建筑等产业结合更加紧密，成集约化发展趋势。

第三，未来新材料将更加注重可持续发展，绿色、高效、低能耗、可回收再用的新材料以及发展先进的数字化制造技术是新材料的重要发展方向之一。战略性新兴产业的发展也将会有力地推动和促进新材料产业的发展，为新材料带来更多的市场和发展机遇。

纳米材料的发展前景 篇5

（2007年6月10日）

一、经营宗旨

立足矿山, 强化研发,拓展市场，做优企业。

二、经营方向

采矿、选矿、冶炼、环保设备、耐磨产品、玻璃钢制品、工程机械结构件、钻头等研制、生产与销售；非标产品制作安装,矿山设备安装及专业化维修。

三、主要目标

力争五至八年，实现销售收入5～8亿元，利润3000～5000万元，人均收入5～8万元；实现湖南省及周边省份矿山设备市场份额的有效整合；形成2～3个核心主导产品；进入全国矿山设备行业五强，成为上市公司。

四、企业定位

为了三润公司快速、稳定、健康的发展做优做大，并充分发挥三润和辰州机械在技术装备、人力资源、区位等方面的综合核心竞争优势，按照现代企业管理规范的要求，三润公司和辰州机械应在辰州公司管理下，相应的成为独立合法的主体。生产、研发、销售等整体发展目标自主决策和定位，确保股东利益最大化。辰州机械不应再享有独立合法主体资格，应成为三润公司的一个生产与试验基地、专业化维修及安装基地。与此同时，依据三润公司的发展目标，在合适地域，建立相应的生产基地，或者寻找有诚信有实力相互认同的协作商，以最大限度满足客户要求。继续加大与山河智能等机械行业中知名企业的协作，扩大自身的影响力和知名度，提升企业文化。

五、产品研发

按照国家提出的“原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新”精神，建立产品研发体系，加大产品研发力度，加强与科研院所及同行机械企业的技术开发合作力度，不断形成有自主知识产权的核心主导产品。

加大研发增压泵在矿山液压设备行业的广泛应用；不断改进和完善脱硫除尘等环保设备性能；关注细节，持续改进采矿、选矿、冶炼等设备的性能；抓住机遇及时推广新型材料在矿山设备中的应用；广泛研究开发耐磨产品、玻璃钢制品在矿山及其他领域的应用；不断开发出操作简单、性能相对完善、寿命期应用成本低的新设备。

六、营销拓展

建立健全营销体系，不断拓展市场。运用激励机制，广泛引进优秀的矿山设备营销人才，在合适的区域设立销售网点和代理商。大力拓展国内和国外市场。牢牢把握辰矿业及其子公司提供的特定市场。争取集团公司所辖子公司的市场支持。以销定产，严格履约，加大售前、售中、售后的服务力度，不断提升企业信誉和知名度，构建和谐发展。

七、健全管理

按照“精简、高效、实用”的原则。建立健全管理体系，优化

管理人员结构，合理配置人力资源，减少人力资源成本，提高办事效率，以岗定员、定薪，薪随岗变。三润公司拟设执行董事一名，总经理1名（由执行董事兼任），副总经理1-2名，各生产基地原则上只设经理助理一名。确保管理规范，促进企业长足发展，全面实现企业发展目标。

八、薪酬考核

薪酬分配“坚持两低于”原则，以效益为主，兼顾公平，严格考核。外协产品拟按资金回笼的4%提成；矿山设备等产品销售拟按资金回笼的2-5%提成；自主研发的产品，从进入市场起两年内研发人员拟按产值的1%提取奖励；管理团队人员薪酬以基本岗薪和效益提成组成，基本岗薪标准执行辰州公司标准，效益提成以净利润为基数，分段累计提取，管理团队自主分配。净利润500万以内，按20%提取，净利润500万以上部分，按10%提取。中管人员及其他人员的薪酬水平由管理团队通过制定政策决定。严格考核兑现。

九、文化建设

为适应三润公司长远发展目标，应努力构筑以辰州文化为底蕴，机械行业先进文化为依托的三润公司特色文化。树立“装备矿山，润泽社会”的经营理念。不断改善生产和生活环境，充分挥发党组织在企业文化中的核心作用，积极开展工会和共青团等工作。

十、主要措施

加大资金投入，确保科研开发和基本建设。力争1-2年完成三润厂区已定规划的建设，形成自主研发科研队伍；辰州上市后，应注

入2000万以上的资金支持三润的发展。

加强工艺技术管理，建立健全质量控制体系；

加大人力资源开发、培训与管理，建立一支高质量的员工队伍； 不断完善考核体系，稳步推进三项制度改革；

强化基础管理工作，提高企业管理水平；

搞好安全环保，关注员工身心健康；

加强党建工作，积极开展工会等活动。

简述陶瓷材料的发展 篇6

090201

王宇辰

20090536 摘 要 先进陶瓷材料因其具有高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、抗腐蚀和抗氧化等优良特性, 在许多应用领域有着金属等其它材料不可替代的地位。本文综述了先进结构陶瓷材料的研究应用现状和发展趋势。关键词 先进陶瓷，结构陶瓷，研究进展 1 前 言 世纪 60 年代以来，新技术革命的浪潮席卷全球，计算机、微电子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新兴技术的出现和发展，对材料提出了很高的要求，能够满足这些要求的先进陶瓷材料应运而生，并在这些技术革命中发挥着重要的作用，同时也极大地促进了陶瓷科学的发展和应用，使陶瓷材料又一次焕发出了青春, 在尖端科学领域得到广泛的应用, 如航天、航空、汽车、体育、建筑、医疗等领域。先进陶瓷是有别于传统陶瓷而言的，不同国家和不同专业领域对先进陶瓷有不同叫法。先进陶瓷也称高技术陶瓷、精细陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特种陶瓷、工程陶瓷等。先进陶瓷是在传统陶瓷的基础上发展起来的，但远远超出了传统陶瓷的范畴，是陶瓷发展史上一次革命性的变化。通常认为，先进陶瓷是指采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于进行的结构设计及便于控制的制备方法进行制造、加工的，具有优异特性的陶瓷。先进陶瓷按用途可分为结构陶瓷和功能陶瓷两大类。结构陶瓷是指用于各种结构部件，以发挥其机械、热、化学相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用电、磁、声、光、热、弹等性质或其耦合效应以实现某种使用功能的先进陶瓷。先进结构陶瓷材料由于具有一系列优异的性能，在节约能源、节约贵重金属资源、促进环保、提高生产效率、延长机器设备寿命、保证高新技术和尖端技术的实现方面都发挥了积极的作用。本文着重介绍近年来结构陶瓷的研究进展及发展趋势。1 生产工艺技术方面的新进展

1）在粉末制备方面：目前最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出像钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000~15000℃和一个大气压以下制造金钢石，其效率比现在普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质；生产率会大幅度提高；可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计，2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶、凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中，绝大部分是近年开发研究出来的或是在近期得以完善的。

2）成型方面：特种陶瓷成型方法大体分为干法成型和湿法成型两大类，干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等； 湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。特种陶瓷成型技术未来的发展将集中于以下几个发面：

a.进一步开发已经提出的各种无模成形技术在制备不同陶瓷材料中的应用； b.性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；

c.大型异形件的结构设计与制造； d.陶瓷微结构的制造及实际应用；

e.进一步开发无污染和环境协调的新技术。

3）烧结方面：特种陶瓷制品因其特殊的性能要求，需要用不同于传统陶瓷制品的烧成工艺与烧结技术。随着特种陶瓷工业的发展，其烧成机理、烧结技术及特殊的窑炉设施的研究取得突破性的进展。目前，特种陶瓷的主要烧结方法有：常压烧结法、热压烧结/热等静压烧结法、反应烧结法、液相烧结法、微波烧结法、电弧等离子烧结法、自蔓延烧结法、气相沉积法等。

4在特种陶瓷的精密加工方面：特种陶瓷属于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理机械性能（尤其是韧性和强度）与金属材料有较大差异，加工性能差，加工难度大。因此，研究特种陶瓷材料的磨削机理，选择最佳的磨削方法是当前要解决的主要问题。

近年来兴起的磨削加工方法主要有： a.超声波振动磨削加工方法；

b.在线电解修整金刚石砂轮磨削加工方法； c.电解、电火花复合磨削加工工艺； d.电化学在线控制加工方法。2应用方面的新发展

特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种 类简要说明。

1耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等。

2隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等。

3导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片。

4耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面。

5）高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。目前，这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力，试图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等。

6）具有润滑性的陶瓷，如六方晶型氮化硼极为引人注目，目前，国外正在加紧研究。

7）生物陶瓷方面：目前正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用引起人们极大关注。

8）一些具有其他特殊用途的功能性新型陶瓷（如远红外陶瓷等）也已开始在工业及民用领域发挥其独到的作用。3 今后研究与开发的重点

1）特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等； 2）超导陶瓷的研究；

3）特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而，许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究；

4）陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础，目前国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；

5）多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视；

6）陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合（陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属）问题也是现阶段的研究重点。

7）在非氮化物陶瓷中，目前国外研究最多的是陶瓷发动机，高压热交换器及陶瓷刀具等；

8）随着生物化学、生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。

按其应用不同又可将它们分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，是空间技术、军事技术、原子能业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。总之，新型陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。4 结 语

纳米材料的发展前景 篇7

磁热效应(Magnetocaloric effect,MCE)是指对磁性材料进行磁化或退磁时所产生放热或吸热的现象,其本质是材料内部的磁有序度发生改变(熵的改变),引起材料本身的吸热放热行为。在19世纪末期,发明家特斯拉和爱迪生先后申请了关于“热磁发电机”的专利[1,2]。其工作原理是利用铁在被外界热源循环加热和冷却的过程中,铁本身的磁性发生变化。这样,电流就可以由热源来产生。虽然热磁发电机与磁热效应并无关系,但是其工作原理使人们初步认识到了热与磁的关系,并使二者结合起来。 在1918 年,Weiss和Picard在1.5T的磁场下,观察到了金属镍在居里温度附近有一个可逆的温度改变(约0.7K)[3]。他们直接给出了这种现象的2个特点。其一是这种温度改变是可逆的,其二是温度改变的幅度在居里温度处是最大的。这是人们首次发现并测量到了磁热效应。随后Weiss给出了磁热效应的热力学解释[4]。而在20世纪20年代,Debye和Giauque均认识到这种磁热效应可以被用作低温下的制冷[5,6]。与传统气压缩制冷技术相比,固态致冷技术具有绿色环保、高效节能的特点,应用前景十分广阔。具有巨大热效应的材料是固态致冷技术的关键,但是在室温磁制冷方面,仍存在着空白。因为在当时,没有任何一种物质的居里温度是在室温附近的。1935年Weiss等共同发现了铁磁元素Gd[7]。1976年Brown利用金属单质Gd实现了室温的磁制冷[8]。1997年美国A-mes实验室报道了“巨磁热效应材料”Gd5Si2Ge2系列材料,该材料在其相变温度(276K)处呈现一级相变性质,在相变温度前后具有不同的晶体结构[9,10],Gd5Si2Ge2的磁热效应已经超过了单质Gd。从此,人们对于室温磁制冷材料的探索和研究才正式拉开序幕。

1 磁热效应的热力学描述

磁热效应是磁性材料的內禀属性。也就是说,任何磁性材料都具有一定的磁热效应。磁热效应的大小通常用等温熵变(ΔSM)和绝热温变(ΔTad)来表征。在热力学中,吉布斯函数G的表达式为:

对式(1)做全微分,有:

热力学第一定律表明内能U可以表示成系统状态参量的函数。而熵(S)这一概念也由热力学第二定律引出。综合二者后,可以得到热力学基本的微分方程。

式中:T代表温度,P代表压力,S代表熵,V代表体积。对于磁性系统,磁场的功也应该包含在式(3)中。因此,磁性系统的内能的微分方程为:

把磁性系统的内能微分方程(式(4))带入吉布斯函数的全微分方程(式(2))中,可以得到:

把吉布斯函数全微分方程写成各个广义力与外参量乘积之和的形式,即:

比较式(5)和式(6)后,可以得到各个广义力的表达式,当然这里只关心熵的关系式,即:

如果吉布斯函数的二阶混合偏导连续(这是麦克斯韦关系式成立的必要前提),那么对各个广义力表达式取不同外参量的偏导数也应该是连续的。这样,就可以得到麦克斯韦关系式(结合式(1)和式(7)):

式(8)成立的依据是交换了对吉布斯自由能的求导次序。因此,吉布斯函数的二阶混合偏导连续是麦克斯韦关系式成立的必要条件。

根据式(8),可以得到:

对于绝热温变,可由热力学第二定律和比热的定义导出,其表达式为:

以上就是通过热力学推导出衡量磁热效应的2个参数。从麦克斯韦关系可以得出结论。若材料具有较大的磁热效应,应具备:(1)具有大的d M/dT,即显著的磁化强度的改变。(2)具有较大的d H/dTc,即磁场对相变温度有较大的驱动率。此外,作为实际应用的磁制冷工质,材料还应具有可调的相变温度、制备工艺简单、成本低廉等特点[11,12]。

2 室温磁制冷材料

按照不同的磁制冷温区可以把制冷分为3个温度段[12]:低温区(20K以下)、中高温区(20~250K)和室温区(300K附近)。相应地,不同的制冷温区对应着不同的磁工质。因此,磁工质可以分为低温区磁制冷材料、中高温区磁制冷材料和室温区磁制冷材料。本文重点介绍了一些具有代表性的室温磁制冷材料(见表1)。

2.1 Gd5(Si,Ge)4基化合物

Gd5(Si,Ge)4基化合物属于Gd5Si4类化合物的一个重要分支。值得一提的是,当Si的含量在0.24<x<0.5时,三元化合物Gd5(SixGe1-x)4具有一级磁结构相变的特性[13]。该材料的母相具有Gd5Si4型的正交结构(空间群:Pnma),在经历相变之后,材料表现为单斜结构(空间群:P21/a)。对于Gd5(SixGe1-x)4化合物,应该注意3个特征温度,包括正交相的居里温度、单斜相的居里温度和结构转变温度。由于该材料在合适的组分下,3个特征温度是按单斜相的居里温度<结构转变温度< 正交相的居里温度的顺序排列,因此Gd5(SixGe1-x)4化合物具有一级磁结构相变的特性,并可以产生巨磁热效应。

不含Ge的Gd5Si4化合物是铁磁性材料,其居里温度为335K。当Ge含量增加时,Gd5(SixGe1-x)4材料的居里温度线性降低。如图1所示,当x=0.5时,材料的居里温度已经降至295K。当材料具有特定的Ge含量时,0.24<x<0.5,具有正交结构的母相会发生单斜扭曲,导致了材料结构和磁性的变化。图1中阴影部分为两相共存区域。当x>0.5或者x<0.24时,也会发生一级磁结构相变[13]。不过,体系的磁性仅仅是起初的铁磁相与另外一种有序度的铁磁相之间的转变,甚至是铁磁相和亚铁磁相之间的转变。因此,这样的转变并不会产生巨磁热效应。

1997年,美国Ames实验室发现了Gd5(SixGe1-x)4系列化合物的磁热效应,在5T磁场下相应的绝热温变为15K,等温熵变为-18.5J/(kg·K)(276K)[9],而且该材料的热滞后比较低,为2~3K。这种幅度的滞后损耗比当时的巨磁热材料FeRh[15]要小。除此之外,通过增加Ge原子的含量可以使转变温度向低温移动,并且增大磁热效应[13]。

但是,室温磁致冷技术需要材料在室温附近(300K)具有较大的制冷功效,同时还应具有小的滞后行为。所以,在此之后,研究者们采用元素替代的方法来使该材料的相变温度向高温移动,例如,采用Ga[15]、Sn[16,17]、Mn[18]、Nb[19]和In[20]等原子来替代Ge和Si原子。结果表明,虽然材料的相变温度可以向高温移动,但是,材料磁热效应的大小并没有提高,有些替代甚至使材料出现杂相或者磁热效应降低。不过,当体系引入一定量的Fe原子后,材料的磁滞后大幅度下降。对于特定的组分,例如Gd5Ge1.75Si2Fe0.25,其滞后行为几乎消失,使得该材料的制冷能力提高[21]。除了替代Ge和Si原子外,研究者们也在不断尝试着对稀土元素Gd的替代[22]。总的来说,采用其他稀土原子来替代Gd会降低材料本身的磁热效应,但同时也会带来一定的益处,例如杂相减少、制冷能力增大等。

2.2 MnAs化合物

MnAs基化合物的磁热效应是在2001年由Wada首先报道[23]。研究表明,MnAs在318K处发生一级磁相变。在相变过程中,体系从NiAs型铁磁六角相转变成MnP型顺磁正交相,可以看到,MnAs化合物在磁相变的同时,也伴随着结构相变的发生,所以该相变属于磁结构相变。这种磁结构相变在5T磁场下产生-30J/(kg·K)的熵变值,并伴随着约6K的热滞后。当温度上升至378K时,体系的结构发生变化,体系由MnP六角结构转变成NiAs正交结构。因此,MnP型六角结构仅在318~378K温度区间内是稳定的[23]。通过引入过量的Mn或者Sb对As进行替代[24],可以使材料的相变温度降低至220K,同时保持大的磁热效应。采用Si原子来替代As原子(MnAs1-xSix),可以降低材料的滞后行为,在一定的Si含量下(x≤0.09),材料的热滞后几乎为零。不过相变的性质也随之发生改变,由原来的一级相变转变为二级相变[25]。除此之外,N作为间隙原子也被引入MnAs化合物。间隙N原子具有降低居里温度并且轻微增加磁热效应的功效。MnAs的氮化物还表现出所谓的Virgin effect,即两次热循环测量的居里温度不同[26]。

作为代表性的磁热材料之一,关于MnAs化合物在2004-2007年中的研究绝对是磁热材料研究历史中一段有趣的插曲[27,28]。在2004年,一些关于MnAs化合物具有庞磁热效应的报道陆续发表。此处庞磁热效应是指材料的磁熵变已经超出理论值。据文献报道,MnAs在2.23×105kPa下的磁熵变可以达到-267J/(kg·K)。报道中的解释认为这种庞磁热效应是晶格与磁耦合的结果。不过,后来的研究已经表明,这种庞磁热效应只是一种计算上的假象,是由于采用麦克斯韦关系计算一级相变体系熵变会产生一些假象的峰值[29]。

2.3 MnFe(P,As)化合物

作为Mn基化合物的另一个代表,MnFe(P,As)化合物具有巨磁热效应。2002年,Tegus等报道了MnFeP0.45As0.55化合物的巨磁热效应[30],其来源于相变时的磁性和结构的共同变化。MnFeP1-xAsx类化合物在0.15 <x<0.66组分内呈现Fe2P型的六角结构。其中,Mn原子占据3d位置,Fe原子占据3f位置,P和As原子随机分布在2c和1b位置。通过调节As和P原子之间的比例,可以使相变温度在200~350K内移动[31]。同时,材料的巨磁热效应也得以保证。同样地,对于高Mn含量的MnFe(P,As)化合物,例如Mn2-x-FexP0.5As0.5,磁熵变的峰值也可以向低温移动且不会降低材料的磁热效应。当x≥0.08时,材料在2T磁场下的磁熵变峰值可以达到15J/(kg·K)[30]。

值得说明的是,MnFe(P,As)化合物有着和MnAs化合物一样的缺点,那就是材料中含有剧毒元素As,限制了材料的实际应用。因此,研究者们一直在采取办法来克服这个困难。目前主要的手段就是用Si和Ge原子来完全取代As在材料中的位置。结果人们惊喜地发现,通过Si和Ge的共同替代,巨磁热效应在MnFe(P0.89-xSix)Ge0.11材料中完全得以保留[32]。但是,一些替代产生的负面影响也因此出现。人们发现替代后的材料具有较大的热滞后(约15K),而且该材料也具有Virgin effect[33]。在材料经历多次热循环后,原来陡峭的相变逐渐变缓。一些研究者把该现象归因于样品在经历第一次热循环中发生粉化。这种效应也给材料在实际应用过程中带来了不便。

另外,人们发现该体系的居里温度与Si的含量密切相关,这一现象的本质是体系居里温度与晶格常数的变化有关。研究发现,对于MnFe(P0.89-xSix)Ge0.11体系,当x=0.26时,晶格常数a/c是最小的,此时材料的性能达到最佳(TC=292K,ΔSM=-16J/(kg·K),ΔH=2T)[34]。值得一提的是,材料引入一定量的间隙原子时,材料的磁热效应仍然可以得到保持。例如,对于硼化物MnFeP0.63Ge0.12Si0.25Bx,当x<0.03时,材料的磁热效应并不受到B掺杂的影响,材料的滞后行为也得以削弱[35]。除此之外,减小材料的滞后行为也可以通过调节Mn原子和Fe原子之间的比例来实现。举例来说,对于高Mn含量的Mn2-xFexP0.75Ge0.25化合物,当Mn/Fe比例为3∶2时,材料的滞后基本消失,并且在2T的磁场下熵变峰值可以达到-20J/(kg·K)[34]。

2.4 NiMn基哈斯勒合金

哈斯勒合金的基本通式为X2YZ,X和Y为3d元素,Z为ⅢA-ⅤA族元素。相比之下,通式为XYZ的合金被称为半哈斯勒合金。合金的磁性主要与X和Y元素有关。尽管哈斯勒合金是金属,但是它们的磁性通常来自于体系内部局域磁矩的间接交换作用。发生相转变时,哈斯勒合金从奥什母相转变成马氏相。当马氏结构相变和磁相变温度接近甚至重合时,在磁场下材料将会产生大的磁热效应。当然,除了磁热效应之外,NiMn基哈斯勒合金也展现出马氏体相变、形状记忆效应、磁弹效应等性质。

NiMn基哈斯勒合金中的大磁热效应首先被Hu报道[36]。2000年,Hu发现NiMnGa合金中由结构相变带来的磁热效应。此后,NiMn基哈斯勒合金的磁热效应开始被研究者们所关注。NiMn基哈斯勒合金的典型晶体结构属L21型体心立方结构,空间群为Fm3m (space group no.225),也称Cu2MnAl型结构[37]。Mn-Mn原子间距为4.2 ,因此Mn-Mn间的直接相互交换作用非常微弱,磁耦合主要通过X和Z原子的巡游电子实现;由于Mn原子的位置不同,Mn-Mn间磁耦合作用也不同,导致哈斯勒合金的磁性对原子化学序非常敏感[37]。

继NiMnGa合金之后,研究者们在Ni-Mn-In、Ni-Mn-Sb、Ni-Mn-Sn等相关材料中也发现大磁熵变[38,39,40,41]。但由于磁场作用下,这些材料的马氏体相变温度基本不变,导致材料熵变发生在较窄温区、磁制冷能力不高。2006 年R.Kai-numa等报道了含Co的高Mn含量哈斯勒合金Ni45-Co5Mn50-xInx(x=13.3,13.4,13.5),这是铁磁形状记忆效应材料和磁热效应材料领域的重要突破[42]。与传统NiMn基哈斯勒合金不同,Ni45Co5Mn50-xInx合金母相为强铁磁性,而马氏体呈现顺磁/反铁磁的弱磁性,马氏体相变前后两相饱和磁化强度差异可达100A·m2/kg,非常大的塞曼能差造成磁场驱动马氏体相变现象。7T磁场变化下材料的熵变约27J/(kg·K),但该报道中并未给出熵变与温度关系[42]。高Mn含量的哈斯勒合金Ni45Co5Mn50-xInx的显著磁场驱动马氏体相变效应预示着在具有高磁熵变的同时还能得到宽的大熵变温区,这能够大大增强磁制冷能力,正是磁制冷工质所追求的。

在此之后,人们对这一体系的结构、马氏体相变、变磁行为等性质开展了一系列研究。W.Ito等定性地观察到合金有序度对磁性的影响,提出了影响马氏体相变的动力学阻塞效应[43,44]。Haluk E.Karaca等详细研究了这种新型变磁形状记忆合金的晶体结构变化和驱动机制[45]。到目前为止,哈斯勒合金的丰富特性已经吸引了越来越多人的注意。对于隐藏在材料性质背后的一些物理机制,人们还在不断地研究和探索中。

2.5 La(Fe,Si)13基化合物

通过对以上磁热材料的了解,可以看到上述材料具有一定的不足,例如,Gd-Si-Ge化合物的高成本、MnAs的有毒原材料和NiMn基哈斯勒合金的有限制冷温区。但是,La(Fe,Si)13基化合物的出现解决了上述问题。La(Fe,Si)13基化合物的磁热效应首先由Hu在2000年报道[46,47]。从此,这种具有NaZn13结构的La(Fe,Si)13基化合物作为重要的磁热材料出现在研究的舞台上。

LaFe13化合物由于形成焓大于零而不能稳定存在,但如果用少量的Si或者Al等元素替代Fe元素,则La(Fe,M1-x)13伪二元化合物的形成焓小于零,化合物可稳定存在。La(Fe,M1-x)13化合物呈现NaZn13型立方晶体结构,空间对称群为Fm3C。在假想的LaFe13化合物单晶胞中,La和Fe原子比为1∶13。由于该结构具有高对称性及含有高浓度Fe,故La(Fe,M1-x)13化合物是一种良好的软磁材料,具有较高的磁化强度,具备作为致冷工质的条件。

La(Fe,Si)13基化合物的居里温度可以通过调节Si原子的含量来控制[49,50]。随着Si含量的增加,LaFe1-xSix化合物居里温度由191K(x=1.2)升高到264K(x=2.4),并且一级相变性质消弱,温度滞后和磁滞后均减小,磁熵变幅度下降,原一级相变逐渐转变成二级相变。Fujita等指出低Si含量的LaFe13-xSix具有巡游电子变磁转变现象,即:在居里温度TC以上施加外磁场,当磁场达到临界值时PM态被诱导为FM态,表现在M-H曲线上有一台阶状的上升,这一现象在3d和5f金属间化合物中很常见。变磁性和变磁性导致的磁热效应是La(Fe,Si)13基化合物最吸引人之处[49,50]。

除此之外,人们也研究了原子替代对La(Fe,Si)13基化合物的影响。结果表明,Co的添加可使LaFe1-xSix化合物中的Si含量进一步降低,合适Co和Si比例的选择可使化合物的居里温度接近室温,同时保持居里温度附近晶格巨大负膨胀,获得室温区的巨大磁热效应。La(Fe0.94Co0.06)11.9Si1.1样品在居里温度274K、5T磁场下磁熵变峰值达19.7J/(kg·K)[50]。对La原子的替代主要采用其他轻稀土元素。Fujita等用Ce、Pr、Nd部分替代La后,发现化合物TC降低及 ΔS增大。与LaFe11.44Si1.56相比,La0.7Ce0.3Fe11.44Si1.56居里温度降低约24K,熵变则增加了约8J/(kg·K)。磁性稀土原子对La原子的替代往往会使化合物的一级相变性质增强,从而使磁热效应增强[51,52,53]。另外,由于La(Fe,Si)13基化合物的居里温度对晶胞参数变化比较敏感,所以掺杂间隙原子也会成为调节材料居里温度的有效手段。氢和碳原子作为间隙原子可以使La(Fe,Si)13基化合物的居里温度得到大幅度提升,甚至远高于室温[54,55,56]。 值得一提的是,氢化后的La(Fe,Si)13基化合物的磁矩大小和熵变几乎不受影响。

3 总结与展望

目前为止,磁制冷技术作为一种高效、无污染的新型制冷方式,逐渐成为未来颇具潜力的一种绿色环保技术。作为磁制冷技术的核心,磁工质的性能对于制冷效果起到决定性的作用。拥有较大磁热效应的材料均具有成为磁工质的可能性。

建筑装饰材料的发展趋势 篇8

关键词：装饰材料 现状 趋势 环保 污染

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1008-925X(2012)O8-0113-01

一、前言

我国在装修材料的自我开发研制方面取得了较大的成功。经过我国的相关的研究人员的努力，生产出了一大批比较新兴的建筑装饰装修材料。如：轻质干挂式外墙保温装饰挂板、天然无水粉刷石膏、液体壁纸等。首先，我国从国外引进了一大批建筑装饰装修材料。并且还有大量的生产技术和生产设备。这些生产设备在我国发挥了极大的作用，随着生产的产品相继投入了市场，我国的建筑装饰装修材料的发展向国际先进水平靠近了一大步。到现在为止，我国的墙纸以及墙布的生产已经达到了每年4亿m2的水平，建筑涂装涂料已经有每年80万吨的生产能力等等。这一些数据都说明我国的建筑材料生产水平已经达到了一定的高度，一个比较完整的工业体系也建立起来。

二、建成了初具规模、品种门类较齐全的工业体系

80 年代以来，全国掀起了开发和引进各种新型建筑装饰装修材料的热潮：一方面我国自行研究开发了一大批新型建筑装饰装修材料，另一方面从国外引进了 2000 多项建筑装饰装修材料生产技术和设备，这些生产线的建成和投产，使我国建筑装饰装修材料的发展水平向国际先进水平靠近了一大步。壁纸、墙布形成了 4 亿 m2的年生产能力；塑料地板形成了 1.62m2的年生产能力；化纤地毯形成 6000 万 m2的年生产能力；塑料管道形成 45 万吨的年生产能力；塑料异型材形成 30 万吨的年生产能力；建筑涂料形成 80 万吨的年生产能力；建筑陶瓷形成15.8 亿 m2的年生产能力；建筑卫生陶瓷形成 5500 万件年生产能力；铝型材形成 40 万吨年生产能力。发展的花色品种已达到4000 多种，基本形成了初具规模、产品门类比较齐全的工业体系。

三、存在的主要问题

1.产品更新换代能力弱款色旧、档次低、配套性差，适应不了市场及国际竞争的需要。国内的壁纸、墙布经十多年的努力，品种、花色虽有所发展，但和国外相比，花色品种还很少，款式也较陈旧，究其原因主要是国内壁纸生产厂家尚缺乏素质高的花型设计人员，花型的更新周期过长。因此，产品可选性较差，满足不了更高层次的需要，也难以参加国际市场竞争。

2.产品质量不稳定，产品流通市场混乱日前，国内装饰装修材料产品质量不稳定是较为突出的问题，究其原因是多方面的，但最主要的原因是生产企业不严格配方，没有认真执行工艺规程和产品标准造成的。

3. 产品结构的发展不合理我国新型地面装饰材料近年来虽有所发展但无论品种档次及用量等方面和国外工业发达国家相比，都还存在着很大差距。据粗略统计：目前我国在地面装饰中，各种装饰材料的消耗比例大致如下：陶瓷墙地砖约为60%-65%，大理石、花岗石地面约为 10-l2%。塑料地板约为16-20%，木地板为 3-4%。有机类装饰材料和无机类装饰材料之比为 20: 80, 和工业发达国家所采用的材料类别刚好相反，说明我国地面装饰材料的产业结构不太合理。

四、环保材料发展趋势

1.绿色石材绿色石材就应当从勘查、开采、加工等方面来考虑：

勘查：首先要了解区域地质情况，是否有专业的地质队伍进行勘查。首先是普查，通过普查，应掌握石材的花色品种、荒料块度、大致开采条件、交通水电、放射性水平等。开采：石材在开采前首先应进行材料的检测与分析及放射性测试，以便为下一步的开采和应用打下基础，提高荒料的出材率也是重要内容之一。加工：加工过程中所用的设备是否先进也是石材绿色化的内容之一，如大板锯切加工设备，目前国外所用的如框架锯机，多绳式金刚石串珠锯以及装有带型或链型刀锯的石材大板加工设备都可以做到加工尺寸大、效率高、寿命长。

2. 无甲醛人造板目前国内生产的各种人造板所使用的木材胶粘剂基本上是脲醛树脂，脲醛树脂是由甲醛 + 尿素聚合而成的，给家庭装修带来了极大的污染，几个月内无法入住。实际上甲醛缓慢释放持续时间达 3—15 年。而无甲醛的人造板以天然植物为原料，经特殊合成工艺研制而成的胶粘剂，彻底摒弃了甲醛、尿素合成脲醛树脂为木材胶粘剂这些对身体造成危害的物质，胶合强度完全达到国家标准，“无甲醛胶”系列产品已达到欧洲 E0 级和日本 Fc0 级标准要求，使用安全，是消费者可以完全信得过的真正的绿色健康产品。

3.墙体装饰材料

（1）壁纸、墙布由于具有花色图案多（有仿木纹、果纹、花草、石纹、纺织布等各个图案)装饰功能好、施工简单、价格适中等特点，是居民乐意采用的一种内墙面装饰材料。

（2）环保涂料以乳胶漆为代表的水性涂料就是目前最流行的环保涂料。建筑涂料具有以下优点：一是涂料可配成多种颜色，能满足人们的装饰需要；二是施工简便、工效高、工期短、具有配套的施工工具。三是价格低廉，维护更新方便等。内墙建筑涂料品种，主要类别有乳胶漆、水溶性涂料，溶剂型涂料等，乳胶漆、水溶性涂料等类产品。不过，乳胶漆主要用于墙面的涂饰，对于近年来掀起热潮的家具却不大适用，这就使非环保的溶剂型木器漆成为污染室内空气的主要元凶之一。近来，一种用于木制家具的水性木器漆应运而生，它以水为介质，无毒无味、无环境污染，而且漆膜平滑光亮，避免了传统木器漆刺鼻气味，完全符合涂料环保化的发展趋势。含防水配方的乳胶漆一大特点是可洗擦。不过，一般的乳胶漆在经过多次擦洗后，会掉粉。

（3）防虫防霉涂料防虫防霉涂料逐步进入市场。防虫防霉涂料主要是在保持涂料装饰性的前提下，添加具有生物毒性的药品制成的涂料。因此，高效优良的且对人体无害的防虫防霉剂是生产优良的防虫防霉涂料的关键。

4.地面装饰材料

（1）化纤地毯是目前家居地面装饰中广泛使用的一类产品，具有绝热、保温、防潮、防噪音、抗虫蛀、抗静电、品种多、装饰华丽高贵等一系列优点，它与其弹性垫层一起。可为人们提供舒适的脚感；

（2）塑料地板品种多、图案多样，如仿木纹、天然石材可以达到以假乱真的质感，能满足人们崇尚大自然的装饰要求；具有耐磨性、耐水性、耐腐蚀性；脚感舒适，特别是弹性卷材塑料地板，具有一定的柔软性，与木地板相比，隔音易清洁，与陶瓷墙地砖相比，不打滑且冬天没有阴冷的感觉；而且质量稳定，质轻施工简便，维修更新较容易，塑料地板主要用于厨房、卫生间、洗衣房、贮藏室、走廊、便餐室等地面的铺设。

（3）实木地板具有纹理清晰、耐磨损、硬度高、隔音等优点。主要用于地面的客厅、书房、走廊等处的铺设.

（4）强化木地板具有木纹实感好、耐磨、抗冲击、防潮、阻燃、抗静电、防虫蛀、尺寸稳定、安装保养方便等优点，主要用于首层地面的铺设。

五、结束语