航空航天复合材料 课件 第10章 新型复合材料.pptx

;11;1.增强体存在问题;★一、存在问题;★一、存在问题-增强体撕裂;★二、解决方法;★二、解决方法;★二、解决方法;★二、解决方法;★二、解决方法;★二、解决方法;★二、解决方法;★二、解决方法;★三、分级结构;★三、分级结构;★三、分级结构;★三、分级结构;★三、分级结构;★三、分级结构;★三、分级结构;;;知识点1-纳米复合材料概述;

;2.纳米材料分类：纳米材料根据维数、纳米材料的基本单元可分为以下几种：

（1）一维指在空间沿一维方向延伸，另外两维方向处于纳米尺度，如纳米线、纳米棒、纳米纤维、纳米管等。

（2）二维指在空间沿二维方向延伸，另外一维方向处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜和超晶格等。

（3）三维指在空间沿三维方向延伸，但仍处于纳米尺度，如纳米花簇和原子团簇等。

（4）零维指纳米微粒或纳米孔洞等。

（5）分数维指纳米尺度的材料自相似性的排列，如具有纳米微粒多重分数维结构的准晶物质。;3.纳米物质;4.纳米结构

定义：是纳米基本单元按一定规律建筑的一种新的纳米结构体系。

特点：一方面具有基本单元所具有的自身特点外，还具有量子耦合效应和协同效应，纳米结构是功能纳米器件的设计基础。

构建方法：有“从上到下”和“从下到上”两种方法。

“从上到下”法

类似于雕刻，即对材料表面进行切削和加工，在表面上刻出纳米结构或向该表面加入大团分子，微芯片的制备即为一应用实例，微芯片上的电路线宽已降到了100nm以内（10nm、7nm）。

“从下到上”法

是将原子或分子组装成纳米结构。原理是让原子和分子在适当的条件下自发地形成有序排列，纳米碳管就是自组装纳米结构的一实例。;1）量子尺寸效应;2）小尺寸效应

定义：当微粒尺寸与光波波长、德布罗意波长相当或比它们更小时，比表面积显著增加，导致材料的声、光、电、磁、热、力学、化学活性、催化特性及熔点等与普通颗粒相比发生显著变化，即为小尺寸效应.

特殊的力学性质：由于界面急剧增加，原子排列相对混乱，易于迁移，易于变形，韧性和延展性好。如牙齿是纳米磷酸钙构成的牙釉,高强高硬。

特殊的热学性质：当颗粒尺寸???小时，熔点减小，小于10nm时尤为显著。如块金的熔点为1064℃，粒度为10nm时的降为1037℃，当粒度为2nm时，其熔点仅327℃了。;3）表面效应

定义：纳米微粒的表面能高，活性强，极不稳定，很容易吸附。此即为纳米颗粒的表面效应。

4）宏观量子隧道效应

微观粒子的隧道效应（量子隧道效应，基本粒子的隧道效应）

微观粒子所具有的能量低于势垒高度，但它仍具有一定的概率出现在势垒限域区之外，好似势垒壁上凿出了隧道跑出的现象。

纳米颗粒的宏观量子隧道效应

即纳米颗粒具有的一些宏观物理量，如磁化强度、磁通量以及电荷等，也具有的隧道效应。

宏观量子隧道效应研究对发展微电子学器件具有重要的理论和实践意义。;5）介电限域效应

定义：在半导体纳米材料表面修饰一层某种介电常数较小的介质时，相比于裸露纳米材料的光学性质有较大的变化，这就是介电限域效应。

红移现象：介电材料使带电粒子间的库仑作用力增强，结果增强了电子—空穴对之间的结合能和振子强度，减弱了产生量子尺寸效应的主要因素、电子—空穴对之间的空间限域能，即此时表面效应引起的能量变化大于空间效应所引起的能量变化，从而使能带间隙减小，反映在光学性质上就是吸收光谱出现明显的红移现象。

纳米材料与介质的介电常数相差越大，介电限域效应就越明显，吸收光谱红移也就越大。纳米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均有红移现象。;介电限域效应：是纳米微粒由于界面引起的体系介电增强的现象。

表现：

A.特殊的光学性质:金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l%，大约几微米的厚度就能完全消光。

B.特殊的热学性质:超细微化后其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。

C.特殊的磁学性质:当颗粒尺寸减小到20纳米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若小于6纳米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性。

D.特殊的力学性质:强度、柔韧度、延展性

E.特殊的电学性质:原来是导体的铜等金属，在尺寸减少到几个纳米时不导电;绝缘的二氧化硅等，电阻会大大下降，失去绝缘特性，变得能导电了。;1）正H-P关系(K0)

如：蒸发凝聚、原位加压纳米TiO2；用机械合金化(高能球磨)制备的纳米Fe和Nb3Sn2；用金属Al水解法制备的γ-Al2O3和α-Al2O3纳米结构材料等试样。

2）反H-P关系(K0)

即硬度随纳米晶粒的减小而下降。如：用蒸发凝聚、原位加压纳米Pd晶体；非晶化法制备的Ni-P纳米晶体。

3）正-反混合H-P关系

存在一个临界晶粒尺寸dc，当ddc，呈正H-P关系(K0)；当ddc，呈反H-P关系(K0)。这在常规粗晶材料中从