纳米材料最新应用

纳米材料最新应用（通用6篇）

篇1：纳米材料最新应用

试列举储氢材料应用的条件(>5条)答案：①易活化，氢的吸储量大；

②金属氢化物生成热适当，过于稳定，不利释放；

③在一个很宽的组成范围内，应具有稳定合适的平衡分解压(室温分解压2~3atm)；

④吸放氢快，氢吸收和分解过程中的滞后(平衡压差)小；

⑤传热性能好，不易粉化；

⑥金属氢化物在储藏、运输时性能可靠、安全；

⑦储氢合金化学性质稳定，经久耐用，反复吸放氢后衰减小；

⑧对不纯物如氧、氮、CO、CO2、水分等的耐中毒能力强；

⑨价格便宜，环境友好。储氢材料存在的问题(选择)在贮氢材料的实际应用中尚存在以下问题：

(1)贮氢材料的粉化。由于贮氢材料在吸氢时晶格膨胀，放氢时晶格收缩、如反复吸收氢，则材料可因反复形变而逐渐变成粉末。细粉末状态的贮氢材料在放氢时，不仅将导致氢气流动受阻，而且还可能随氢气流排到外部而引起公害。

(2)贮氢材料的传热问题。从贮氢材料中放出氢气或进行氢化，其速度比较快，温升较高但由于贮氢材料的导热性很差，不容易使热效应有效地传递出来，因此有必要从技术上给予解决。

(3)在氢吸收与放出时存在滞后作用，有时p-c曲线的水平段不平直，这些都是有效率下降的原因。影响储氢材料能力的因素

有以下几个因素：

(1)活化处理

制造储氢材料时，表面被氧化物覆盖及吸附着水和气体等会影响氢化反应，采用加热减压脱气或高压加氢处理。

(2)耐久性和中毒

耐久性是指储氢材料反复吸储的性质。向储氢材料供给新的氢气时带入的不纯物使吸储氢的能力下降称为“中毒”。

(3)粉末化

在吸储和释放氢的过程中，储氢材料反复膨胀和收缩，从而导致出现粉末现象。

(4)储氢材料的导热性

在反复吸储和释放氢的过程中，形成微粉层使导热性能很差，氢的可逆反应的热效应要求将其及时导出。

(5)滞后现象和坪域

用于热泵系统的储氢材料，滞后现象应小，坪域宜宽。(6)安全性

储氢材料安全性要好无爆炸等危险。非晶态合金

组成金属的原子呈现不规则排列 ,使之处于非结晶状态的固态合金。非晶态合金结构特点（判断）

1.（1）主要特点：内部原子排列短程有序而长程无序（2）显著特点：均匀性（结构均匀、各向同性；成分均匀性)（3）热力学不稳定性 6.非晶态合金的性能特点

1、力学性能（高强度、高硬度和高韧性）

特点：强度和韧性兼具，一般的金属这两者是相互矛盾的，即强度高而韧性低，或与此相反。同时耐磨性也明显地高于钢铁材料。

2.软磁特性

特点：所谓“软磁特性”，就是指磁导率和饱和磁感应强度高，矫顽力和损耗低。非晶态中没有晶粒，不存在磁各向异性，易磁化。目前比较成熟的非晶态软磁合金主要有铁基、铁-镍基和钴基三大类。

3.耐蚀性能

特点：耐蚀性远优于不锈钢，因为其表面易形成薄而致密的钝化膜；同时其结构均匀，没有金属晶体中经常存在的晶粒、晶界、缺陷且不易产生引起电化学腐蚀的阴、阳两极。目前研究较多的是铁基、镍基、钴基非晶合金。微晶玻璃

微晶玻璃：一种由适当组成的玻璃颗粒经烧结与晶化，制成的由结晶相和玻璃相组成的质地坚硬、密实均匀的复相材料。或者可以说微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料。生产微晶玻璃工艺条件(5条)①玻璃易熔制且不被污染；②熔制及成型过程中不析晶；③成型后的玻璃有良好的加工性能；④微晶化处理时能迅速实现整体析晶；⑤产品能满足设计的理化性能要求。列举微晶玻璃性质特征

微晶玻璃比高炭钢硬、比铝轻；机械强度比普通玻璃大6倍多；热稳定性好（加热 900℃骤然投入5℃冷水而不炸裂）；电绝缘性能与高频瓷接近；化学稳定性与硼硅酸玻璃相同，不怕酸碱侵蚀。光导纤维玻璃光学参数要求(3条)1)折射率:芯和皮玻璃的折射率要满足数值孔径的要求，如通讯纤维、激光纤维和光电仪器等，对光导纤维要求数值孔径位于0.01 ~ 3.0之间。(2)光透过率:对制造纤维的芯、皮玻璃的透明性有特别高的要求，其光吸收系数应远小于0.001cm-1cm。

(3)玻璃缺陷:不允许有气泡、条纹和任何夹杂物等存在。

11光导纤维玻璃的定义应用

光导纤维：把光能闭合在纤维中而产生导光作用的纤维。

⑴作为光源的激光方向性强﹑频率高，是进行光通信的理想光源；光波频带宽，与电波通信相比，能提供更多的通信通路，可满足大容量通信系统的要求。因此，光纤通信与卫星通信一并成为通信领域里最活跃的两种通信方式。

⑵利用光导纤维短距离可以实现一个光源多点照明，光缆照明。使其应用于照明和光能传送领域。⑶因为光纤保密性好、不受干扰且无法窃听，这一优点使其广泛应用于军事领域。在工业上，可传输激光进行机械加工；制成各种传感器用于测量压力、温度、流量等。

12激光玻璃

激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料，由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决定。它广泛应用于各类型固体激光光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。

13光致变色原理

光致变色是指一个化合物A，在适当波长的光辐照下，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物B，由于结构的改变导致其吸收光谱（颜色）发生明显的变化, 而在另一波长的光照射或热的作用下，产物B又能恢复到原来的形式。如下式所示：

14激光玻璃的要求(5点)(1)激活离子的发光机构必须有亚稳态，能形成三能级或四能级机构；并要求亚稳状态有较长寿命，使粒子数易子积累达到反转。

(2)激光玻璃必须有合适的光谱性质。吸收光谱要与光泵的辐射光谱尽量重叠，吸收系数越高，激活能量越高。

(3)基质玻璃要有良好的透明度，对激光波长的吸收尽可能小，从而能使光激发的能量充分被激活离子吸收转化为激光。

(4)必须有良好的光均匀性，以免光线通过玻璃后波面变形并产生误差，使阀值升高，效率降低。也应有良好的化学稳定性和一定的机械强度，失透性小。(5)必须有良好的热光稳定性。若光激发的一部分光能转化为热能，就有可能损坏玻璃

15功能陶瓷

功能陶瓷是指那些利用电、磁、声、光、热、力等直接效应及其耦合效应所提供的一种或多种性质来实现某种使用功能的先进陶瓷。

16导电陶瓷

定义：在一定条件（温度、压力等）下具有电子（或空穴）电导或离子电导的陶瓷叫做导电陶瓷。湿敏陶瓷：按照工艺过程可将湿敏半导体陶瓷分为瓷粉膜型、烧结型和厚膜型。AlN应用及机理

AlN陶瓷基片 应用：氮化铝陶瓷是新一代大规模集成电路、半导体模块电路及大功率器件的理想散热和封装材料。

机理：具有高绝缘、高热导的特点，而且热膨胀系数与单晶硅匹配得相当好。（补充：氮化铝AlN是一种综合性能优良新型陶瓷材料, 被认为是新一代高集程度半导体基片和电子器件封装的理想材料。具体应用：

1、制造高性能陶瓷器件：集成电路基板，电子器件，光学器件，散热器，高温坩埚

2、制备金属基及高分子基复合材料：特别是在高温密封胶粘剂和电子封装材料中有极好的应用前景。

机理（特点）：具有优良的热传导性,可靠的电绝缘性,较宽的电绝缘性使用温度（工作温度-60℃--200℃），化学稳定性好，低的介电常数和介电损耗,无毒以及与硅相匹配的热膨胀系数(约为25×10ˉ6/℃)等一系列优良特性。

AlN的热导率是传统基片材料氧化铝热导率的5倍-10倍,接近于氧化铍的热导率,但由于氧化铍有剧毒,在工业生产中逐渐被停止使用。另外，禁带宽度 为 6 2ｅＶ ,故有良好的绝缘性，体积电阻率在10 16Ω•cm以上。）

18多孔陶瓷的应用

用于过滤净化技术 用作为催化剂载体 作为生物医学材料 作为敏感元件 作为吸音材料

19多孔陶瓷的制备方法及其优缺点

机械挤出成孔是靠设计好的多孔金属模具来成孔。

优点：在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计 缺点：不能成形复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料。

添加造孔剂工艺是在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷。优点：可精确设计气孔的形状、尺寸和气孔率 缺点：气孔分布均匀性差、孔隙率低。

发泡工艺是在陶瓷组分中添加有机或无机化学物质,在处理期间形成挥发性气体,产生泡沫,经干燥和烧成制成多孔陶瓷。优点：容易控制制品的形状、成分和密度； 缺点：对原料要求高，工艺条件不易控制。SnO2的应用及机理

答：在一定的温度下物理吸附的O2转化为化学吸附的O 2–和O–等，氧化物表面氧吸附态的相对含量与工作温度有关，且随温度的升高有如下趋势：，当元件遇到还原性气体时，还原性气体在半导体材料表面发生吸附并与吸附氧发生反应，并放出电子。这些电子重新进入半导体导带中，使材料的电导增加，实现对气体的检测。

(1)利用SnO2烧结体吸附还原气体时电阻减少的特性来检测还原气体，广泛应用于液化气的漏气报警、探测报警器；

(2)SnO2系气敏元件对酒精和CO特别敏感，广泛用于CO报警和工作环境的空气监测等。

21气敏陶瓷

答：气敏陶瓷是一种对气体敏感的陶瓷材料。气敏陶瓷的电阻值将随其环境的气氛而变，不同类型的气敏陶瓷，将对某一种或某几种气体特别敏感，其阻值将随该种气体的浓度（压力）作有规则的变化。

22列举半导体的应用

集成电路；光电子器件：太阳能电池、光电阴极材料、激光器材料。

微波器件：UHF电视调谐器、卫星通讯和电子对抗系统中的放大器、振荡器。电生耦合器：GaAs声电耦合器。传感器：力敏、磁敏、热敏、光敏传感器。

23极化

极化：指在电荷束缚系统中正、负电荷重心分离的现象。

24电畴

电畴：铁电体内自发极化相同的小区域称为电畴。铁电体中一般包含着多个电畴。本征导电机理与P-N结导电机理：

本征导电机理：价电子在温升或受光照后获得一定能量，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子(带负电),同时共价键中留下一个空位,称为空穴(带正电)。这一现象称为本征激发。温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子和空穴成对的产生,同时又不断的复合,在一定的温度下达到动态平衡。

半导体中是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，即自由电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。

P-N结导电机理：在一块n型（或p型）半导体上再制成一层p型(或n型)半导体，于是在p型半导体和n型半导体的交界处就会形成一个p-n结。当具有p－n结的半导体受到光照时，其中电子和空穴的数目增多，在结的局部电场作用下，p区的电子移到n区，n区的空穴移到p区，这样在结的两端就有电荷积累，形成电势差。这现象称为p－n结的光生伏特效应

26铁电材料的特点

铁电材料的特点：

其特点是不仅具有自发极化，且自发极化能随外加电场方向转向的一类材料。具有电滞回线，其介电常数在居里温度附近有很大的数值。

27压电效应

压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

28热电效应三个效应

塞贝克（Seebeck）效应

当两种不同的导体联接构成闭合回路,且接点两端处于不同温度时, 在接点两端出现电压降, 在回路中产生电流的现象。帕尔帖（Peltier）效应

当电流通过两种不同导体联结构成的闭合回路时两个接点处将产生温度差。汤姆逊（Thomson）效应

电流通过金属上的温度梯度场时出现的吸热和放热的现象。

29光电材料分类及它们的定义

(1)光电子发射材料又称之为外光电效应材料。当光照射到材料上，光被材料吸收产生发射电子的现象称为光电子发射现象。具有这种现象的材料称为光电子发射材料。

(2)受光照射电导急剧上升的现象被称为光电导现象。具有此现象的材料叫光电导材料。

(3)在光照下，半导体p-n结的两端产生电位差的现象称为光生伏特效应。具有此效应的材料叫光生伏特材料又称光电动势材料。

光电材料特征值及应用：

光电子发射材料

（1）临阀频率v0，当vλ0部分的光能损失。（3）光谱灵敏度

（4）灵敏阀-接受光辐射的装置能够发现的最小光辐射称为该装置的灵敏阀，单位是流明。

光电导材料

（1）积分灵敏度S，代表光电导产生的灵敏度，单位光入射通量产生的电导率的附加值的大小。S=σ/Φ。

（2）红限或长波限，规定光电导数值降到最大值一半的波长，代表产生光电导的波长上限。（3）光谱灵敏度S-λ光谱图。

（4）灵敏阀，表示能够材料光电导的最小光辐射量。

光电动势材料

（1）开路电压V0，是光电池在开路时的电压,即最大输出电压。（2）短路电流I0,是光电池在外电路短路时的电流,即最大电流。（3）转换效率η

η=光电池最大输出功率/入射到结面上的辐射功率

=(IE)/(ΦS)（4）光谱响应曲线，是表示的v0-λ，I0-λ, η-λ关系曲线，可表示某波长下的开路电压，短路电压以及转换效率，故这些曲线也是表示光电池特征值的曲线 应用

光电子发射材料

利用光电子发射原理，可以把光电子发射材料做成光电阴极，这种光电子发射阴极通过电场并配以荧光屏成像就可以做成光电转换器，微光管，光电倍增管，高灵敏度电视摄像管，图像倍增器等。半导体负电子亲和势光阴极广泛地用于仪器，工业，军事等方面，与过去的多碱光阴极相比有很大的优越性。

光电导材料

光电导材料主要是应用光生载流子产生光导效应的原理，它常用作光探测的光敏感器件的材料。如作可见光、红外光的半导体光电导型光敏元件的材料以及半导体光电二极管的材料。

光电动势材料

最活跃的领域是太阳能电池

30激光材料

激光材料： 把各种泵浦（电、光、射线）能量转换成激光的材料。

31光纤的结构及作用

光纤的结构及作用：

纤芯，作用是传导光，使光信号在芯层内部沿轴向向前传输。

包层，作用是光波在芯包界面上发生全反射，使大部分光能量被阻止在芯层中。涂敷层，作用是保护裸光纤，提高光纤机械强度和抗微弯强度并降低衰减而涂覆的高分子材料层。

32功能材料

功能材料是指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。

33功能材料按其功能的显示过程又可分为一次功能材料和二次功能材料。34迈斯纳效应

完全抗磁性（迈斯纳效应）：不论开始时有无外磁场，只要T＜Tc，超导体变为超导态后，体内的磁感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全部排斥到体外，这种现象称为迈斯纳效应。

35硬磁材料(永磁材料)硬磁材料(永磁材料)定义：指材料被外磁场磁化以后，去掉外磁场仍然保持着较强剩磁的材料.36光致变色（材料）的定义与原理

定义：光致变色材料，是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料。原理：光致变色指的是某些化合物在一定的波长和强度的光作用下分子结构会发生变化，从而导致其对光的吸收峰值即颜色的相应改变，且这种改变一般是可逆的。

37液晶的定义与分类： 一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变为了具有流动性的液态物质，但结构上仍保存一维或二维有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形成兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，称为液晶态，而这种状态下的物质称为液晶。

分为：溶致液晶和热致液晶

38智能材料的定义与特征

定义：智能材料是指具有感知环境(包括内环境和外环境)的刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征性的材料。

特征：①传感功能：能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。

②反馈功能：可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。

③信息识别与积累功能：能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。④响应功能：能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。⑤自诊断能力：能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。

⑥自修复功能：能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。⑦自调节能力：对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。

39智能材料的构成

一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。①基体材料担负着承载的作用，一般宜选用轻质材料。一般基体材料首选高分子材料，因为其重量轻、耐腐蚀，尤其具有粘弹性的非线性特征。其次也可选用金属材料，以轻质有色合金为主。②敏感材料担负着传感的任务，其主要作用是感知环境变化（包括压力、应力、温度、电磁场、pH值等）。常用敏感材料:如形状记忆材料、压电材料、光纤材料、磁致伸缩材料、电致变色材料、电流变体、磁流变体和液晶材料等。③因为在一定条件下，驱动材料可产生较大的应变和应力，所以它担负着响应和控制的任务。常用有效驱动材料如形状记忆材料、压电材料、电流变体和磁致伸缩材料等。④其它功能材料：包括导电材料、磁性材料、光纤和半导体材料等。

40石墨稀的定义

碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，厚度只有0.335纳米,仅为头发的20万分之一，是构建其它维数碳质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，具有极好的结晶性、力学性能和电学特性。

篇2：纳米材料最新应用

时间:2011-11-6

点击率:178 编者按：中国工程院院士杜善义关于“复合材料的最新应用与研发动态”的报告，不仅全面介绍了复合材料研究和应用的最新动态，而且从国家未来发展的视角提出了推进复合材料研发、制备与应用的建议，是一篇难得的美文。感谢杜院士提供文本在《力学园地》发表，以飨读者。杜善义院士的简介附于文后。

杜善义院士

复合材料的最新应用与研发

动态

哈尔滨工业大学 杜善义 引言

材料作为工业基础，是工业革命的推动力，而具有优异性能与功能的新材料本身就是一种高新技术，是现代高新技术发展的物质基础和先导技术。新材料是国家新兴战略性产业之一。作为现代工业和装备的共性关键技术，决定着一个国家的装备发展水平，可以说：“一代材料、一代装备、一代产业”。随着现代科技的发展，新材料的发展日益向着结构功能一体化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备与使用的绿色化、材料全寿命的低成本化、材料的复合化方向发展，特别是材料的复合化已经成为21世纪新材料技术发展最为重要的方向之一。

复合材料是由两种或两种以上材料复合而成的，组分材料间具有明显界面，能够充分发挥组分材料的各自优势，并能获得各组分材料所不具备的性能。它是二十世纪最重要的人工材料之一，成为继金属、陶瓷、高分子材料之后的第四类材料。从“二战”玻璃纤维增强复合材料应用开始，到目前以碳纤维增强复合材料为代表的各种先进复合材料，由于其优越性能和可设计性等突出优点，备受关注。复合材料的发展大都以国防、航空航天需求为牵引，通过材料研发与应用水平的提高，不断的更新换代，现已被推广到航空航天、船舰、交通、能源、建筑、桥梁以及休闲等领域。

复合材料的主要优势体现三个方面：(1)提高结构效率：复合材料具有高比强、高比模等突出优点，它的应用可显著减轻装备结构重量，从而增加有效载荷，节约能量消耗或提高效率；(2)结构/功能一体化：可实现特殊功能，提高抗极端环境能力，进一步提高结构的安全性和功能性；(3)智能化：可提高材料对服役环境的感知和适应能力，并产生革命性的效果。图1给出了军用运输机和战斗机中复合材料用量的变化情况，事实证明，目前先进复合材料的应用水平和用量成为衡量新一代装备先进性的重要标志。

图1． 复合材料在军机民机中用量的变化情况

1.复合材料的应用现状与趋势

从材料的发展历史可以看出，近几十年来复合材料受重视程度一直呈上升趋势，特别是21世纪以来尤为明显，复合材料得到了国内外的充分重视。2003年美国国防部委托国家科学院调研的“面向21世纪国防需求的材料研究”报告中指出：“到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升”，得到国际上广泛认同。胡锦涛主席在2010年院士大会的讲话中指出：“大力发展新材料和先进制造科学技术，„„积极发展先进结构材料和复合材料、功能材料等”。2011年3月，在“十二五规划”纲要中，“科技创新能力建设重点”的“技术创新工程”中重点提到了“碳纤维复合材料”。从应用态势看，有下述四个方面的显著特征。

1.1作用越来越大

先进复合材料在新型或现代装备中的战略作用越来越大，显著提升了装备性能和效能，在某些关键结构部位的作用呈现“不可替代”的趋势。

2010年4月、2011年3月X-37B的两次发射引起巨大轰动和广泛关注，有可能在“太空军事化”上产生革命性影响，其中先进复合材料功不可没。在X-37B中使用了韧化单片纤维增强抗氧化复合材料(TURFOC)作为新型高温热防护系统，其最高温度不低于1700℃，并且首次应用C/SiC复合材料作为热结构，使用碳纤维/双马来酰亚胺复合材料作为主结构。大幅提升了飞行器的气动性能、机动能力、有效载荷能力、可重复使用性能和结构可靠性。

图2． X-37中所用的耐高温TURFOC和碳纤维/双马复合材料主结构

2010年4月美国首次发射了HTV-2，在实现“全球快速到达”FALCON 新型战略威慑和战术打击武器装备的发展中迈出了最为重要的一步，HTV-2对热防护要求极其苛刻，其中C/C复合材料结构的工程化应用是其重要的物质保障。在该飞行器中使用了1650℃的C/C复合材料、2000 ℃以上超高温复合材料、多层高效隔热复合材料技术和大面积复合材料热防护结构技术。是目前世界上最大、最复杂的C/C复合材料结构，也是整体承力热防护结构的首次工程化应用，大幅度提升了美国国防和工业界C/C研制及生产水平。

2011年，航天飞机将全部退役，“Orion”飞船将成为美国载人航天的重要手段，该飞船的热防护和主结构复合材料技术取得了关键的技术突破，大幅度提高了载人飞船的可靠性和有效载荷能力。在“Orion”飞船拥有目前世界上最大的复合材料热防护结构；其主承力结构采用新型树脂基复合材料，大大减轻了结构重量，令隔热层更薄，结构效率更高。其有效载荷能搭乘6名飞行员，返回舱可重复使用10次，其返回舱结构尺寸直径达5米，成本降到1000万美元。

无人机在情报、监视、侦察等信息化作战中发挥越来越重要的作用，纵观无人机的发展，从全球鹰到全球观察者，再到西风和秃鹰，超轻超大复合材料结构技术是提高其持续能力、生存能力、可靠性和有效载荷能力革命性跃升的关键。

图3． 几种无人机复合材料用量和续航能力比较

上述几个无人机大量使用复合材料，提高了覆盖范围和生存能力；大展弦比机翼不断增大，增长了驻留时间；全复合材料无人机是主流发展方向；超大和超轻结构复合材料是其发展趋势。

1.2范围越来越广

先进复合材料在装备中的应用范围越来越广，不仅在航空航天领域进一步扩大，逐步拓展到陆地、海洋、信息等各个领域。

近年来，耐高温陶瓷基复合材料在航空发动机一些热端部件的应用取得进展，如F-35 发动机(F136)的第三级涡轮导向叶片，耐温可达1200℃，但是重量比传统材料部件明显减轻(大约只有镍合金的1/3和钛合金的1/2)，这是陶瓷基复合材料在喷气式发动机热端部件的首次工程化应用。

树脂基复合材料在航空发动机的较低温区应用效果明显，大幅减重和降低成本，如发动机风扇叶片和风扇机匣等位置，比如GE公司的F404发动机外涵机匣重量和成本均降30%，普惠公司的PW4084和PW4168发动机风扇叶片重量和成本均降30%以上。

现代信息化海战对船舰的高隐身、高机动和长寿命提出更高要求，复合材料船舰结构技术将为提升装备生存能力和寿命期可承受成本作出重要贡献。美国加利福尼亚大学教授Robert Asaro说: “同一个多世纪以前在船舶结构中用钢铁代替木材一样，这也将是一场技术革命”。比如美国朱姆沃尔特(Zumwalt)驱逐舰舰体和舱室使用碳纤维夹层复合材料，大幅提高了其隐身性能；美国新概念海军舰艇M80主要结构采用了碳纤维复合材料，时速可达92 km/h，再如世界最先进的全复合材料隐身战斗舰艇——瑞典的“维斯比”。复合材料的应用在抗腐蚀、轻量化、隐身和降低成本等方面效果明显。

复合材料的应用在陆基装备中同样取得大量应用，包括战术导弹结构、发射平台、坦克装甲以及桥梁等技术领域。比如战术导弹的弹体、发射筒就大量采用了复合材料。在21世纪，复合装甲已经成为主战坦克的主要标志，如陶瓷-金属复合材料、编织复合材料等。美国正在研究轻型复合材料便携桥，20-40米，可承受100吨重量，在快速保障，提高生存能力、机动能力、作战能力等方面发挥了重要作用。

透波和隐身技术是电子信息战的重要技术领域。隐身材料的发展和应用已成为决定隐身技术发展的关键因素，既能隐身又能承载的多功能复合材料是一个重点研究领域。美国的空对地stanf-off远射导弹(JASSM)开始应用，它主要配备给B-52，它的隐身功能的弹身难于被敌发现。JASSM由美国洛马公司开发，进行了纤维创新应用、复合材料弹体由编织复合材料构成，利用RTM工艺制备。美国B-2隐身轰炸机和F/A-22隐身多用途战斗机均在不同部位大量使用了结构型吸波材料，隐身复合材料成为先进隐身飞机、舰船、导弹及其它隐身武器的首选技术之一，大幅提高了生存能力和精确打击能力。

1.3用量越来越大

先进复合材料在装备中从非承力、次承力结构向主承力结构和全复合材料结构方向发展迅速，其用量越来越大，得益于TANGO ACT CAI等计划，与原材料和复合材料制备工业界的关系也愈发密切

图4给出了几种战斗机的复合材料用量对比图，从F16到F22，从F35再到B-2，复合材料用量越来越大，F-35主要用在了机翼、机身、垂尾、平尾、进气道等位置，而B-2采用翼身融合，广泛应用了层压板、蜂窝夹层结构、混杂，用量达到了50%。

图4． 几种战斗机复合材料用量对比

欧洲A400M军用运输机在制造过程中广泛使用了复合材料(英国GKN宇航公司负责为A400M制造复杂的炭合成翼梁)，其有效载荷大大超过现有的美制C－160和C－130大型运输机。该机拥有高悬浮起落装置，可以在短距离内完成起飞和降落；在执行空投和战术飞行过程中，该机拥有很好的低速运行稳定性；该机还具备远距离高速巡航的能力，可以执行长距离机动运输任务。欧洲A400M运输机可以进行空中加油，完成长距续航；同时在两小时内，该机可改装作为空中加油机使用。其复合材料用量达35-40%，其碳纤维复合材料机翼占翼结构重量的85%，减重20-25%，开创了大型复合材料运输机机翼的先例

美国空军实验室和洛马公司的先进复合材料运输机(ACCA，现称X-55A)计划，主要验证快速设计与低成本制造大型结构件的可行性。ACCA(X-55)减少零部件(从3000到300)和紧固件(从40000到4000)，机身全长19.8米全为碳纤维蒙皮和夹层结构，采用非热压罐成型(2010年1月完成了全尺寸的技术验证机)。

1.4需求越来越强烈

随着装备向小型化、高性能化、高可靠性发展，其服役环境越来越恶劣、要求越来越苛刻，许多新技术和创新思想受限于材料技术,军用复合材料成为大幅度提高性能、拓展服役条件最为重要的技术途径，需求越来越强烈。

美国的SHARP、德国的SHEFEX、意大利的USV等一系列计划都将UHTCC(陶瓷基复合材料)作为重点发展材料，未来滑翔式机动战略弹头、天对地精确打击再入飞行器以及演示验证飞行器上都有巨大应用潜力。2000℃以上长时间非烧蚀的特性要求，使得在全世界范围内开始重视发展UHTCC。

长时间超高温结构完整性要求是高超声速飞行器关键部位热防护系统设计首先必须解决的技术瓶颈问题，陶瓷基复合材料体系是最有望成为解决此问题的有效技术途径。美国军方认为超高温陶瓷技术的突破，给飞行器设计带来的革命性的变化，目前UHTC材料作为锐型前缘不影响气动性能的使用温度可达到2830℃，可重复使用温度超过2300 ℃。

图5． 超高温区材料的发展趋势

美国DARPA的“综合传感器即是结构”(ISIS：Integrated Sensor is Structure，ISIS)是高分辨率持久信息、监视和侦查能力的创新概念，是一个续航性能极高的战场监视平台，目前来看其艇身材料需求与现状相差较大，大型轻质和多功能复合材料结构是其关键技术瓶颈之一。

2.复合材料技术发展动态

复合材料的原材料、制造和工艺设计与新型复合材料得到了足够的重视和发展。

随着复合材料在新一代装备中应用需求不断增加，主导复合材料性能的增强体向高性能、低成本方向跨越性发展。以最具有代表性的增强体碳纤维为例来看，未来几年碳纤维市场需求持续增长，2010年，碳纤维在工业领域的需求占到50%，宇航领域占25%，其它领域占25%。而且继T800、T1000之后，Zylon、HS、M65J、M5等PAN基高强、高模碳纤维以及无机(陶瓷)、有机(PBO、芳纶等)纤维也得到了充分的重视和发展。不仅如此，研究也表明纤维缺陷尺度和石墨片层的有序度是决定纤维性能的两大要素，提高小丝束性能，研发性价比更高的大丝束碳纤维是今后的一个发展方向。而基体材料则强调强韧性、功能性和工艺性的协调发展方向。

图6． 碳纤维的需求趋势

随着装备需求的不断扩大，对于树脂基复合材料提出了更多、更高的发展需求，一些双马(BMI)和聚酰亚胺(PI)类树脂韧性、耐温性不断提高，工艺和成本不断降低。B-2轰炸机尾部使用了新型耐高温聚酰亚胺树脂AFR-PE-4，提高耐温能力和抗声振能力，降低维修成本和时间。

复合材料制造工艺非常重要，占复合材料成本比例很大，且对其性能影响很大。自动化、新工艺以及无损检测技术是先进复合材料制备的重点发展方向，以自动铺带技术(ATL)和自动铺丝技术(AFP)为代表的自动化制造装备在大型主承力结欧洲A400M飞机就采用了以铺带技术为主的自动铺放技术。

图7． A400M 大型军用运输机翼梁

以非热压釜工艺和液体成型为代表的低成本工艺技术也发挥越来越重要的作用，并有望成为降低复合材料成本的关键技术。利用新工艺使装备的零件数减少一个数量级，更易制造复杂构型结构。比如美国陆军CH-47运输直升机，利用新工艺后，其发动机吊架结构元件总数从277减少到72，这些元件使用的紧固件也从2526减少到845。仅上甲板的元件数就从100个下降到5个。

复合材料的设计水平在一定意义上决定其应用水平，应充分发挥复合材料的优越性能，科学设计，减轻重量，提高可靠性，降低成本，不能简单用“好材料”，而是要“用好”材料。

复合材料作为一种新材料，随着材料科学、技术和应用水平的不断提高，新型复合材料，如纳米复合材料，智能复合材料以及仿生复合材料不断出现，这也是其技术发展的一大趋势。

3.我国未来发展的几点思考

对于我国而言，复合材料的用量和水平将是制约我国攻防对抗体系的综合能力的主导因素之一，鉴于我们目前的发展现状，应考虑在以下几个进行加强和深化。

(1)、高性能增强体的研发，特别是高性能碳纤维的研发非常重要，应进一步加强T300级碳纤维性能稳定性和工程化研究和开发；加强T800、T1000级等中高端国产碳纤维的预先研究，重要装备的发展应立足于国产碳纤维。

(2)、从长远发展来看，应在国家层面上继续推动新装备、新工艺发展的重大研究计划，提高我国复合材料的制备能力。国外复合材料在F-

22、F-35和B-2等装备上的成功应用，主要依赖于其先进的复合材料工艺和生产装备；虽然Boeing、AirBus都在中国建厂合作生产部件，但装备和工艺方面的核心技术仍受其控制，军用方面的技术更是进行了严格的技术封锁。

(3)、进一步加强设计、分析、检测和评价技术研究，提高复合材料应用技术成熟度；准确把握我国复合材料技术现状和趋势，“用好”材料，而不简单是用“好材料”。设计理念上从全寿命周期考虑性能和成本问题，发挥一体化设计优势；不能把压力完全转加给材料，需要认清材料，敢用材料，善用材料。

(4)、重视和加强新型复合材料与技术的研发进程，推动概念验证-技术突破-验证转化，与国外同步发展的有潜力的新兴技术不能输在起跑线上。进一步加大基础研究支持范围和力度，包括一些有潜力但暂时还不能产生明显军事效益的技术；建立“概念验证-技术突破-验证转化”的良好机制和加速发展策略!

杜善义院士简介：

杜善义(1938—)，辽宁省大连人。哈尔滨工业大学教授、博士生导师，力学和复合材料学家，中国复合材料学会理事长，1964年毕业于中国科学技术大学，1999年当选中国工程院院士，全国人大代表(第十届、第十一届)。

现主要兼任：总装备部科技委兼职委员，国家国防科技工业局科技委委员，国家安全重大基础研究计划专家顾问组成员，国家重点基础研究发展计划专家咨询组成员，中国商用飞机有限责任公司专家咨询组成员，国家自然基金委重大研究计划指导专家组组长等职。

篇3：纳米材料最新应用

关键词：碳纤维增强铜基复合材料,研究进展,应用

0 引言

碳纤维增强铜基复合材料以其优异的导电、导热、减摩和耐磨性能以及较低的热膨胀系数而广泛应用于航空航天、机械和电子等领域[1,2,3,4,5]。正是由于这种材料优异的性能以及在应用方面的优势,国内外对于碳纤维增强铜基复合材料的研究一直没有间断过。从20世纪70年代末开始,国内有关研究机构和高等院校就相继展开了C/Cu复合材料的试验研究,并取得了重要进展[6]。本文从碳纤维表面处理、制备工艺、力学性能、物理性能及应用方面对近几年的研究、开发和应用工作进行了总结,以期对碳纤维增强铜基复合材料的研究开发和实际应用提供参考和指导。

1 碳纤维/铜复合材料的制备工艺研究进展

复合材料的界面强度对其性能有直接的影响,合适的界面强度不仅有助于提高材料的整体性能,还便于将基体所承受的载荷通过界面传递给纤维,充分发挥其增强作用[7,8]。由于碳纤维与铜基体的润湿性不好,若直接复合,C/Cu界面只能通过机械互锁联在一起,致使界面结合强度低,在承受载荷时,易发生碳纤维增强体的拔出、剥离或者脱落,严重限制了复合材料的发展与应用[4]。为了解决这一问题,目前多采用化学镀和电镀法等改善C/Cu界面的结合情况[9]。在此方面,天津大学的王玉林等、合肥工业大学的凤仪等以及上海交通大学的胡文彬等都做了大量工作,通过对工艺的不断研究和优化,可以制备出镀层连续、均匀且无黑心现象的复合丝[10,11]。

根据制备复合材料时铜基体的状态区分,制备碳纤维增强铜基复合材料的工艺和方法可分为固态法和液态法[12,13,14]。

1.1 固态法

固态法[5,12,13,14]是指Cu基体处于固态下的加工方法,这样可以避免铜与碳纤维之间的界面反应,如热压法、粉末冶金法。

热压法是制备碳纤维复合强化材料的传统工艺方法,其实质是一种扩散焊合法。在一定温度、压力下,把经过表面处理的碳纤维与铜箔层进行热压扩散促使碳铜复合,可制得致密、孔洞少、纤维分布均匀的复合材料。相对于粉末冶金法,热压法对纤维的损伤小,制得的材料性能较佳,但制成的材料易发生基体铜偏聚一边的现象。若采用预氧化法使镀铜层氧化形成一层不易塑变的氧化亚铜,在随后的热压工序中通过氢气将其还原,可以减轻偏聚,但同时也会带来氧化亚铜在高温下对碳纤维的损伤[15]。因此,如何解决碳纤维偏聚问题尚有工作要做。

粉末冶金法是制备短碳纤/铜基复合材料的一种普遍方法。其中,冷压烧结粉末冶金法只适合制备碳纤维含量较低的碳-铜复合材料。而采用加压烧结则能制出纤维体积含量较高、界面结合适当、纤维均匀分布的碳/铜复合材料。然而,用粉末冶金法制备碳纤维/铜基复合材料时,复合材料的性能会受到多种因素的影响,如压制压力、烧结温度和保温时间以及复压、复烧次数等,此外还存在生产效率低、生产工艺复杂等不足,一般只适用于制备纤维含量较低的短纤维/铜复合材料。

1.2 液态法

液态法[5,16]是指Cu基体在熔融状态下与碳纤维进行复合的一种加工方法,如液相浸渍法和挤压铸造法。

与固相法相比,使用液相浸渍法很少会因为外力作用对碳纤维造成损伤。此外,它还具有工艺简单、成本较低、产量高和能制备出尺寸精确的零件等特点,不足的是需要严格控制生产过程中的工艺参数,对设备的强度要求高[16]。该方法的难点是如何提高液体金属对纤维的浸润及界面的稳定性。目前已有一些方法可以改善上述问题,但是要想获得理想的复合材料综合性能还存在大量的问题有待解决。

挤压铸造法制备碳纤维/铜复合材料,国外已有相关报道,此法的关键在于液相渗透过程对工艺参数的控制(预制件温度、融体温度、浸渗压力及冷却速度)。罗守靖[17]、姚佳岩[18]等在此方面都有所研究。相比前几种方法,挤压铸造法制备碳纤维/铜基复合材料具有工艺参数易于控制、性能稳定、制备成本低等优点;缺点是纤维体积含量难以控制,易造成碳纤维的偏聚,高压作用下造成很大的应力集中,纤维与纤维界面脆性接触,裂纹易迅速扩展造成低应力破坏[19,20]。

2 碳纤维/铜复合材料的性能研究进展

碳纤维增强铜基复合材料作为一种新型功能材料,其性能不仅受到碳纤维增强体形状、体积分数等因素的影响,还与制备工艺密切相关。当前对其性能的研究主要集中在抗拉强度、弯曲强度、显微硬度、导热及摩擦磨损性能等方面,并取得了很多成果。本文概述了碳纤维/铜复合材料优异的性能特点、制备工艺和结构特点对性能的影响关系。

2.1 力学性能

碳纤维增强铜基复合材料的抗弯强度与表面处理工艺、烧结工艺及碳纤维的体积分数有关。由于化学镀和电镀工艺制成的复合材料界面强度不同,导致2种复合材料具有不一样的抗弯强度。分别采用复压烧结、冷压烧结、复压复烧和热压烧结4种烧结工艺制备相同短碳纤维体积含量的铜基复合材料,对应的复合材料的抗弯强度呈依次递减态[11]。在纤维体积分数与抗弯强度的关系方面,唐谊平等[11]指出,采用连续电镀工艺所得的样品,其抗弯强度随着纤维含量的增加而增大,但增大的幅度呈递减趋势;而徐金城等[21]对采用化学镀与电镀混合工艺所制得的复合材料样品进行测试,发现随着碳含量的增加,材料的三点弯曲强度先增大后减小。

由于碳纤维的抗拉强度远高于纯铜,对于复合材料的拉伸强度,复合材料的抗拉强度应与短碳纤维的体积含量成正比[22]。然而,凤仪等[23,24]指出,随碳纤维含量的增加,复合材料的拉伸强度下降,分析原因认为在外力作用下,纤维端头与基体的界面处存在最大剪切应力[25],由于碳纤维端头不存在铜镀层,与铜基体间形成弱界面结合,使材料在弯曲试验中首先发生碳纤维端头处与基体的脱粘。复合材料中碳纤维体积分数越高,这样的弱界面就越多,脱粘现象则越严重,从而降低了复合材料的强度,限制了碳纤维增强铜基复合材料进一步的发展与应用[22]。

S. Ochiai等[15,23,26,27]提出,拉伸强度的下降是由C/Cu界面间的机械结合方式导致的界面脱离引起的。为了更好地解决界面问题,近年来开展了在铜基体中加入Ni、 Fe、Sn元素,采用连续三步电沉积后真空热压法,制成具有纤维增强相的铜合金基体复合材料的研究工作[15]。实验证明,加入合金元素能够显著改善复合材料的性能[26]。热压后的C/Cu(Fe)复合材料的界面结合强度最高(73.7MPa),与C/Cu(无中间层)的界面结合强度(40.7MPa)相比有了很大的提高[15]。

2.2 物理性能

在显微硬度的研究方面,唐谊平等[11,21,27,28]通过大量的实验得出随着碳纤维体积分数的增加复合材料的硬度值先增大后减小的结论。复合材料的显微硬度值也与碳纤维长度有关:当碳纤维的体积分数低于10%时,长度为1mm的铜基复合材料的显微硬度比长度为1～2mm的增强体复合材料的显微硬度高。张国定等[29]解释为:纤维在基体中分布不均匀会产生微区力学性能的不均匀性,从而导致材料易发生低应力破坏;增大短碳纤维长度相当于缩短了碳纤维之间的间距,增加了纤维分布的不均匀性,从而加剧了微区力学性能的不均匀性;当材料受载时,这些区域首先发生开裂,而此时复合材料的承载能力还未完全发挥出来。

导热率用于衡量复合材料的导热性能。复合材料沿着纤维方向的导热率与纤维体积分数的关系可用式(1)描述:

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式中:kc为复合材料的导热率;km为基体的导热率;vf为纤维的体积分数。

式(1)指出,短碳纤维的加入对基体铜的导热性能具有削减作用。近年来对短碳纤维的分布与复合材料导热性的关系的研究结论是:(1)碳纤维含量的增加会降低复合材料的导热率[11,21]。由于碳纤维热量的传递依靠晶格振动(晶格振动波的能量是声子),铜的导热主要依靠自由电子,且自由电子的导热能力远高于声子,因此随着碳纤维含量的增加,声子对导热性能的增强作用不及自由电子减少对导热性能的削减作用,于是复合材料整体导热能力下降[29]。此外,复合材料内部界面的增加也加剧了对自由电子和声子的散射,进一步降低了材料的导热性能。(2)碳纤维长度的增加会增大复合材料的导热率。陶宁等[30]解释为:沿纤维方向的导热能力与垂直于纤维方向的导热能力相差数倍。增加碳纤维的长度,可以使沿纤维方向的导热能力得到充分发挥,抵消了由于增强体的加入而形成的各种热阻对基体导热率的影响,使基体的导热性能得到发挥。

在耐磨性方面,国内近几年来主要集中于摩擦磨损机制方面的研究与探讨。唐谊平等[31]首先对纯铜和短碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损机制进行了研究,指出2种材料的主要磨损机制分别是粘着磨损和剥层磨损。在磨损过程中,由于短碳纤维能够充当固体润滑剂,限制了基体的变形与软化,从而使复合材料的耐磨性能较纯铜而言有所提高[32,33,34]。基于这个原因,碳纤维含量高的复合材料呈现出更低的摩擦系数、磨损速度以及磨损量。崔春翔等[35]提出,碳纤维的长度也会影响复合材料的磨损性能,由于采用涂覆工艺使短纤维端部涂覆效果差,易在此处形成弱压,这些区域是材料在磨损过程中的缺陷。纤维含量越高,弱压区越多,从而使复合材料强度越低,磨损量越严重。因此,在总结了以上结论后,应根据具体环境与条件选择适当的碳纤维长度或体积含量。

3 碳纤维/铜复合材料的最新应用

由以上总结可以得出,碳纤维/铜基复合材料[1,36]综合了铜的良好导电、导热性以及碳纤维的高比强度和比模量、低热膨胀系数及良好的润滑性,使其呈现出良好的传导性、减摩耐磨性、耐高温性、耐电弧烧蚀性、抗熔焊性和抗老化等一系列优点,现作为一种功能材料已被广泛用作电子元件材料、滑动材料、触头材料、热交换材料、引线框架材料[37]等,用于制造电刷、轴瓦、滑块、触点、集成电路散热板、轨道交通受电[38]弓滑板及火箭发动机零件等机电零部件[37,38]。用碳纤维增强铜基复合材料制成的惯性电机电刷工作电流密度可高达500A/cm2,实现了耐磨性和导电性的最佳配合;碳纤维增强铜合金可用于滑动轴承和其他滑动材料,具有良好的减摩耐磨性能和较高的力学性能,是含有石墨、二硫化钼等固体润滑剂的轴承材料所无法企及的[39];碳纤维铜基复合材料制成的惯性轨道交通用受电弓滑板力学性能高,不易发生滑板折断事故,能够较好地抵御滑板与铜导线的冲击,并能改善其对铜导线的磨损[40];同时碳纤维铜基复合材料可代替W、Mo等资源有限、价格昂贵且难加工的金属,制作半导体的支撑电极[41],因而在高集成度的电子器件中得到了很好的应用。

由于这类材料可设计性好,可以通过控制碳纤维含量及分布来获得不同的性能指标,在制备工艺上相对于碳/铝、石墨/镁而言要简便易行,是一类很有应用前景的新型功能材料。随着研究的深入,相信碳纤维增强铜基复合材料将在航空航天、能源、电气化铁路、城市地铁、汽车、通讯等领域得到更为广泛的应用。

4 结语

篇4：纳米导电油墨最新技术与应用进展

纳米导电油墨属于新型功能印刷材料，与传统油墨不同的是，其添加了纳米级的导电填料。纳米导电油墨的雏形始于20世纪90年代，其研发目的主要是为了解决电子产品的高成本问题。经过20多年的发展，纳米导电油墨的种类不断丰富，性能不断提高，用途随之扩展，给印刷业带来了新的生机和增长点。

纳米导电油墨技术进展

纳米导电油墨一般由纳米导电颗粒、树脂连结料、溶剂、分散稳定剂和助剂组成。根据纳米导电颗粒种类的不同，纳米导电油墨可分为银系、铜系、碳系（碳纳米管、石墨烯）三类。

1.纳米银导电油墨

由于银具有很高的导电性和防氧化性，因此，纳米银导电油墨成为大多数科研单位和行业的首选，是行业中研究报道最多、应用最成熟的纳米导电油墨。制备纳米银导电油墨时，一般是先在低浓度下制备出纳米银颗粒的分散液，干燥或浓缩后再加入所需溶剂和助剂重新分散，得到所需浓度的纳米银导电油墨。纳米银导电油墨的技术进展集中体现在以下几方面。

（1）纳米银颗粒的粒径控制

喷墨印刷领域很关注银颗粒的粒径，由于喷嘴直径小（最低可达10微米以下），很容易造成堵塞现象，因此一般要求银颗粒的粒径小于喷嘴直径的十分之一。虽然控制纳米银颗粒粒径的方法很多，但要想使数量巨多的银颗粒的大小相同却很难，这是因为在复杂的液相反应中，每个银颗粒所处的生长环境不一样，很容易导致颗粒大小不一。目前，粒径为10nm以下的纳米银颗粒制备技术已经稳定，纳米银导电墨水已经投放市场，喷墨印刷性能良好，但需冷藏保存。

为避免纳米银导电墨水堵塞喷嘴以及提高墨水稳定性，研究人员还开发了有机纳米银导电墨水，该墨水呈浅色透明溶液状，打印中不会造成喷嘴堵塞，打印后经过高温加热（150℃左右）反应后形成纳米银颗粒，得到导电性良好的线路。表1为普通纳米银导电墨水与有机纳米银导电墨水的性能比较。

（2）干燥温度控制

导电油墨印刷后一般需要经过加热干燥才能使印品达到很好的导电性。纳米银导电油墨的主要优势之一是在很低的干燥温度下，就可以达到很好的导电效果，这样不仅能扩展基材使用范围（纸张、PET等不能承受高温的材料都可以作为导电线路的基材），同时也能降低生产能耗。干燥温度与纳米银颗粒的大小和溶剂类型有关。研究报道指出，当纳米银顆粒粒径在100nm以下时，其干燥温度可降低到100℃。现在国内已有厂商推出纳米银导电油墨，其印刷后的干燥温度可降低至100～120℃，完全满足大多数常用的印刷基材要求。

（3）油墨银含量与稳定性

在某些用途中，必须使用高银含量的导电油墨来满足印刷工艺和线路导电性的要求。而提高油墨银含量的同时，会危及到银颗粒的分散稳定性，因此，如何兼顾油墨的高银含量和稳定性是纳米银导电油墨的难点之一。油墨稳定性可以通过加入助剂、改变分散工艺或提高油墨黏度来解决。目前，国内市场上已经推出了银含量最高可达75%的纳米银导电油墨，其稳定性极高，性能方面超越国外同类产品，可用于纳米压印方式制造透明导电薄膜，已进入量产阶段。将此75%银含量的纳米银导电油墨，通过不同比例的溶剂稀释，可应用于凹版印刷、柔版印刷、喷墨印刷等。

2.碳纳米管导电油墨

碳纳米管导电油墨在近几年飞速发展，具有很大应用潜力和开发价值。碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种管状的碳分子，每个碳原子均采取SP2杂化，相互之间以C-C键结合，形成六边形的蜂窝状结构。CNTs的半径只有纳米级别，而在轴向长达数十到数百微米，长径比可达1000以上，易于相互搭接，形成导电通路，电导率更是可以达到石墨的20倍左右，非常适合作导电填料。根据管子的层数不同，CNTs可分为单壁CNTs（如图1所示）和多壁CNTs两大类。CNTs的导电性能与其结构密切相关：碳原子上未参与杂化的p电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，CNTs具有一些特殊的电学性质，很适合作导电填料。由于CNTs在溶剂中分散浓度很低，因此目前多用于喷墨打印线路。将CNTs作为导电油墨的导电填料，面临的难题是CNTs的分离和CNTs的分散。

（1） CNTs的分离

碳纳米管导电油墨在制备过程中会不可避免地同时含有金属性和半导体性两种类型的CNTs，因此其应用常受到严重限制。例如，当制造芯片时，需要使用半导体性质的CNTs；在其他导电用途中，需要使用金属性质的CNTs。因此，不少国家的科研机构都致力于CNTs分离技术的研究。

电泳分离法和层离法是最常用的分离方法，虽然可以有效地分离出单壁CNTs，但存在掺杂效应（当氧化物中掺入另一种价态不同的阳离子时，由于阳离子之间的相互作用和电荷重新分布，使氧化物中的离子缺陷浓度和电子缺陷浓度发生变化），可能改变CNTs的固有性质，而且得到的CNTs的长度也不理想。最新研究发现了一种全新的CNTs分离方法——库仑爆炸法，利用静电排斥的原理使一束单壁CNTs带上同种电荷。当电荷之间的排斥力大于单壁CNTs之间的范德华力时，库仑爆炸使一束单壁CNTs相互分离。拉曼光谱（Raman）等实验表明，库仑爆炸并没有破坏CNTs的结构。

另一最新研究成果中，研究人员借助含氟基的有机分子通过 “环加成反应”来有效抑制金属性CNTs的特性，将半导体性质的CNTs筛选出来，从而将两种不同类型的CNTs分开。这项技术使得大规模生产半导体性质的CNTs成为可能，并有望应用于电子薄膜、下一代光伏材料的生产。

（2）CNTs的分散

CNTs固有的表面惰性和不溶解性使其难以分散在溶剂和树脂体系中。目前，可以采用对CNTs进行表面化学改性的方法，使CNTs表面生成大量的活性基团（如羟基、羧基），再利用这些活性基团与有机分子或聚合物单体反应，从而在CNTs表面接枝有机分子链，然后将接枝改性后的CNTs分散在溶剂和树脂体系中，最后经过调节黏度、表面张力等参数，就可以得到不同性能的纳米导电油墨。

3.纳米铜导电油墨

铜由于价格低廉、导电性良好，受到越来越多的关注与研究，但未见有量产的报道。防氧化是纳米铜导电油墨需要解决的难题之一。有研究指出，将纳米铜分散在乙二醇中可以减少氧化。中科院宁波材料技术与工程研究所以维生素C作为还原剂和修饰剂，获得的胶体可在空气中稳定存放而不被氧化，为进一步制备纳米铜导电油墨打下了良好的基础。某公司采用电化学法制备了纳米铜粉，其表面包裹有机醇，也可以解决易氧化问题。

纳米导电油墨最新应用

1.柔性透明导电薄膜

传统导电薄膜多采用ITO作为导电功能层，由于脆性较大，必须要有玻璃作为保护层，不具备柔性的特点。随着柔性显示产品的普及，国内外许多研究机构开始寻找ITO的代替品。利用纳米银导电油墨作为导电原料，通过最新制造技术——纳米压印技术制作的柔性透明导电薄膜（如图2所示）获得成功，有望在近几年投入市场，取代传统导电薄膜。利用该工艺制作的柔性透明导电薄膜具有如下特点：薄膜表面电阻与透光率可调（优于ITO透明导电薄膜）；可一次实现图案化电极（优于碳材料透明导电薄膜）；采用柔性基材，可实现卷对卷大面积、批量化、低成本制造（优于氧化物系列透明导电薄膜）；可获得极高表面导电率（优于导电高分子材料系列透明导电薄膜）。

2.RFID天线

早在多年前，就有人开始研究用纳米导电油墨印刷RFID天线，其最大的优势是工艺简单、环保、干燥温度低（适用于多种基材）。常用的RFID天线分为高频和超高频两种，高频天线制造工艺相对繁琐，电路需要正反桥接；超高频天线只需在基材上印刷一次，干燥后，封装芯片即可得到RFID标签。因此，纳米导电油墨印刷超高频RFID天线更具有效率优势。由于纳米导电油墨的干燥温度可低至100℃左右，因此可在纸张、PET表面印刷超高频RFID天线，在高檔烟酒防伪方面发挥巨大作用。目前，已有公司利用纳米银导电油墨通过喷墨印刷或凹版印刷在纸张和PET表面制作超高频RFID天线，经过芯片封装后，RFID标签的频率为920MHz，识别距离可达5米。

3.晶体管

衡量芯片制造工艺的基准是芯片内晶体管连接导线的宽度，即线宽。半导体芯片的线宽受到原子尺寸的限制，有其物理极限，芯片体积不可能无限小，通、断电的频率无法再提高。突破这个瓶颈需要材料和技术的彻底革新，可采用CNTs晶体管来取代硅晶体管。采用CNTs制作的晶体管，性能比传统硅晶体管高3～5倍，且制作成本低。

目前已有一些研发机构开始利用碳纳米管导电墨水印刷晶体管。2010年，NEC研究小组在水中加入了10ppm的比例为95%的半导体性质的CNTs和100ppm的乙二醇制成喷墨墨水，印刷出了线宽为70μm的图案。据悉，NEC研究小组计划在2014年利用印刷技术使柔性基材上的CNTs晶体管达到实用水平，用途为RFID标签等。苏州纳米所印刷电子技术中心使用CNTs、纳米银导电墨水，通过气流喷射技术制成了全打印薄膜晶体管。所打印的晶体管具有结构简单、可靠性好、工作电压低，可以在空气中打印及测试等优点，为印刷晶体管技术进一步实用化奠定了基础。图3为使用CNTs打印的晶体管。

4.纸电池

纸电池指的是用纸张或薄膜基材作为载体，使用导电油墨（主要作为电极）印刷的超薄电池。纸电池的终端产品包括有源或半有源型的RFID标签、标签传感器、智能卡、智能包装、医用电子药贴等。全球纸电池市场规模目前约为250万美元，2015年有望超过56亿美元。

美国斯坦福大学的材料科学家崔易利用将单壁碳纳米管导电墨水涂在普通复印纸上，再连接上正负电极，然后将其浸入含有六氟磷酸锂电解液的溶液中，并密封装入小袋子，单壁CNTs可从每一个电极中收集电流，普通办公用纸就成为了纸电池。这种纸电池可被任意折叠和卷曲，而不会影响其充电功能，并且能够很容易地被压成薄片装入电脑，为其充电。该研究小组还提出，这种电池的制作技术极其易于推广并进行批量生产。

纳米银导电墨水也可以应用在纸电池电极上。国内也有厂商做过该试验，采用纳米银导电墨水经喷墨印刷，在PET薄膜上获得电极，经充放电测试后，发现其具有较好的电池容量，性能较稳定。

篇5：纳米材料最新应用

xx，男，xxx年xx月出生，xx省xx市人，中共党员，xx文化程度，工程师。xxx年x月参加工作。现为xx公司xxx处xx科科员。

该同志始终认真贯彻落实党的路线、方针和政策，拥护党的路线、方针、政策，自觉学习党的时政理论知识，不断提高自身政治理论水平。在实际工作中，坚持科学发展观，认真践行“三个代表”重要思想，高标准严要求，以身作则，勤奋工作，为xxx事业贡献力量。文//革年幼，8//9年政/治/风/波中，能始终与党中央保持高度一致，旗帜鲜明的反对资产/阶/级自/由化，立场坚定，在自己的岗位上坚持学习；崇尚科学，反对迷信，坚决与“法/轮/功”等邪/教作斗争。

xx处党支部

篇6：督导汇报材料(最新)

2012年12月

尊敬的各位领导：

上午好！

首先感谢您们来我校指导工作，下面就我校各项工作情况向领导汇报如下，不当之处敬请赐教。

一、学校基本情况

山城街道中心小学位于山城街道驻地，占地面积20000平方米，建筑面积4620平方米，功能室齐全，设有微机室、多媒体教室、音乐教室、美术活动室、美术器材室、体育器材室、图书室、仪器室、实验室。各功能室器材配备齐全，使用率高。学校现有14个教学班，在校学生518名，教职工48人，专科以上学历44人，学历达标率100%。校园环境优美，走廊文化、班级文化氛围浓厚，是学生健康成长、快乐求知的乐园。

二、安全工作

我们始终把安全工作放在学校工作的首位，牢固树立“安全第一，预防为主”的思想，为了加强学生的安全防范意识，我们开展了丰富多彩的教育活动。利用少先队活动、学科教学为途径，以校园广播、黑板报为阵地宣传安全知识； 4月份我们聘请了交警对全校学生进行交通安全知识宣传，9月份有聘请了食品监督局同志来校对学生进行预防食物中毒知识宣传，详细的讲解与演练，使学生比较系统的掌握了防交通事故、防食物中毒、防拐骗等安全知识和技能教育；为了使学生更好地掌握安全逃生技能，每学期组织两次安全演练。通过开家长会和发放公开信，给家长灌输了安全知识，增强了家长的安全意识。同时加强学校门卫管理，严格执行外来人员登记制度。认真做好值班工作，特别是双休日（重大节日）的值班工作，明确值班职责，责任到人，确保了校园安全稳定。

三、德育工作 学校积极贯彻落实党的教育方针，面向全体学生，全面促进学生健康成长。严格依法治校，依法执教。规范办学行为，与教师签订了“不参与有偿辅导承诺书”；切实减轻学生负担，认真执行作息时间，严格控制学生作业量及课外作业，注重学生创新精神和实践能力的培养；严格依照规定收取有关费用，无乱收费、乱征订现象。

红领巾广播站为学生提供一个交流思想的平台；通过每周一的升旗仪式,利用“国旗下讲话”对学生进行爱国主义、遵纪守法教育。

我们利用节日为载体，通过形式多样的活动对学生进行孝心教育。在“三八”节、母亲节、父亲节到来之前，组织各种感恩活动，如低年级学生用自己灵巧的双手，精心制作了一张张感恩卡，送给老师、爸爸、妈妈；高年级同学举办了“孝心教育”手抄报展览和“孝心教育”征文比赛活动。同时结合各学科教材特点在课堂上进行孝心教育，如美术课组织学生制作“亲情卡”送给父母亲；音乐课教唱手语歌《感恩的心》；语文课组织命题作文比赛等等。使德育和学科教学相互渗透，达到了“润物细无声”的效果。

今年6月举行了“关爱女童”专题法制报告会，使全校女生知道如何进行自我保护，懂的自尊、自爱。

我校德育成绩显著，学生行为规范良好，道德品质优良，无违纪违法行为出现。教师们在教书的同时，更注重育人效果，有1名教师被评为市级德育工作先进个人，学校被评为枣庄市德育示范化学校、枣庄市孝心教育先进学校、枣庄市示范家长学校、山亭区平安和谐校园。

四、教育教学管理

学校在区教育局教研室和街道教委教研室的关心与支持下，始终注重和突出教学工作的核心地位，注重创新教学管理，注重教师队伍的培养与发展，注重学生综合素养的提升，坚持全面推进素质教育，大力提升教育教学质量

1、在课程设置上，学校严格执行课程标准，开齐课程、开足课时。音、体、美、英语、信息技术等学科均有专职教师任课，确保各科教学质量的提高和艺体学科及综合实践等活动的开展，使学生各方面的特长得到充分发挥，综合素质得到提高。

2、在教学管理上，学校教学、教研管理机构健全，各科室职责明确，成立了语、数、常、英、音体美五个教研组，学校主要干部承包教研组，深入到教研组参加研讨、听课，并指导青年教师的课堂教学，教学实绩考核向一线教师倾斜。教师工作积极性得到充分发挥，教育教学质量显著提高。

3、在教师的培养与培训方面，我们采取多种形式、分学科、分学段对教师进行业务培训，坚持“走出去，请进来”的原则，经常选派青年老师到区、市名校参加听课活动；尤其重视英语、音乐、体育、美术等学科教师的培训。5月份我们组织了30余名教师在苗主任的带领下赴店子龙虎小学进行了课堂教学观摩。支持鼓励教师参加进修，并对积极参与各项教研类活动的教师进行量化奖励，这样，学校形成了浓厚的教研氛围，涌现出以闫霞、史敬侠、张敏、陈玉香、刘霞、郭祥荣等为代表的一批市、区级以上的教学能手、课改标兵，充分发挥他们的带头作用。教师教学基本功扎实、教学理念先进，教研能力得到提升。史敬侠老师荣获枣庄市小学美术优质课一等奖；刘霞老师参加枣庄市小学音乐优质课评选；陈玉香老师参加枣庄市小学体育优质课评选；张敏老师参加枣庄市小学《综合实践活动》优质课的评选；郭祥荣老师参加枣庄市小学幼儿课评选。

4、在教学教研方面，为了指导教师的课堂教学，落实“二五三”的课堂教学模式，我校积极开展周三集体备课活动，加强 “备课、说课、听课、讲课、评课”五个环节的教研活动。学校把新的教学模式的应用，作为教师备课、上课、说课、评课以及优质课评比的主要依据。每学期我们以学科教研组为单位对全体教师进行评估听课，还定期开展教师钢笔字、粉笔字、普通话、课堂教学评比、优秀案例评选等各项活动，并把每项活动的结果纳入教师量化考核之列。

5、对教师业务进行跟踪检查。我们把教师的备课、作业批改、单元测试进行跟踪检查。在检查中，发现了一些问题，主要表现课堂教学中忽视学生的主体地位，不重视培养学生的自主、合作、探究的学习习惯;教学反思流于形式，不深刻地分析和研究教学中的问题和缺点；合作学习缺少引导和科学的分工协作；作业评价方式陈旧、单一，缺少对学生的鼓励和指导等。每次检查后，对广大教师工作中的优点及时地给予了肯定和表扬，对工作中存在的问题和不足提出了批评和建议。我们从一点一滴做起，逐渐转变教师的工作作风。

6、关于教案的撰写与上传工作，我们做出了一些成绩。新学期开始，就制定了优秀教案评选量化措施，对获得市、区级的优秀教案除教委给与的奖金外，我们还进行量化加分，极大地调动了教师的积极性。目前，我校已有2篇教案被评为市级优秀教案，10多篇被评为区级优秀教案。

六、办学特色

家委会建设是我校办学的重要特色，我们非常重视家校联系工作，每学期召开两次全体学生家长会，每年选举新的家委会成员，让他们参与学校的重大决策，像一些热点问题如学前教育资助、教辅材料的征订等。让家长与学校进行零距离的接触，提高了家庭教育对学校工作的支持力。为了提高家校联系质量，制定了家长会各种制度并开展活动。家长会的召开，家委会的建设，受到了广大家长和学生的欢迎，进一步密切了家校的联系，取得了良好的社会效应。

七、各项活动取得成绩

学校积极开展文化大课间活动。举行跳绳比赛、会操比赛、美文诵读、手抄报比赛、作业展览等，使学生身心得到最佳调节和愉悦，让学生感受到学校不仅是他们获取知识的摇篮，还是他们幸福开心的乐园。

2012年春季我校在街道教委举行的会操比赛中荣获一等奖。2012年春季我校学生组队代表山城教委参加了山亭区田径运动会，取得优异成绩。2012年4月我校学生徐莉、朱明、赵弘璋、张胜英、杨新伟参加了枣庄市首届小学生英语模仿秀活动并获得一等奖。

2012年5月山亭区校园放歌活动中，大合唱《学习雷锋好榜样》获得一等奖，黄兆玉同学豫剧演唱《花木兰》获区级一等奖。

2012年5月召开了集体备课现场会。

2012年6月在枣庄市第三届“小哥白尼”创新大赛中，孙艳同学的《火山发电厂》荣获一等奖。

2012年12月举办了班级管理现场会。

学校综合考评多次获得区局、街道教委领导好评，教学质量在街道统考中一直名列前茅。

最让我们欣慰的是通过全体教师的共同努力，我校学生人数在不断增长，今年暑假后比去年增加100余人，这充分说明我们的工作得到学生家长和社会各界认可。