零维碳纳米材料论文

摘要：碳的纳米材料种类多样，文章对结构化学中碳的纳米材料教学内容进行了拓展。通过介绍纳米金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔的结构、性质及应用，达到有效激发学生学习兴趣、开阔学生视野和提升学生综合素质能力的目的。下面是小编为大家整理的《零维碳纳米材料论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

零维碳纳米材料论文 篇1：

碳纳米材料的表面烷基化修饰

摘 要：碳纳米材料在聚合物基体中的分散性是制备良好性能聚合物/碳纳米材料的关键所在。Friedel-Crafts反应可以对碳纳米材料进行表面修饰，通过接枝或者吸附达到“原位”增容聚合物/碳纳米复合材料的目的，有望改善碳纳米材料与聚合物基体的界面情况。

关键词：碳纳米材料 聚合物 Friedel-Crafts反应 增容

碳元素可以说是纳米世界最为神奇的元素：零维的富勒烯（C60）、一维的碳纳米管（CNTs）和纳米碳纤维、二维的石墨烯、……种种特殊化学结构和巨大的比表面积，使碳纳米材料具有极高的强度和模量，成为最热门的增强材料。每年都有很多新的关于碳纳米材料用于聚合物基复合材料的研究结果出现，但直至今日，聚合物/碳纳米复合材料的很多相关问题仍未充分认识和有效解决，总体上看复合材料的力学性能并没有预期的那么好。人们正在致力于寻找充分发挥碳纳米材料性能、制备性能优异的复合材料的方法。

碳纳米材料的比表面积大，表面能高，使得它们很容易团聚而形成尺寸较大的团聚体，达到相对稳定的状态，这是一种热力学上的自发过程[1]。无论碳纳米材料应用在哪个领域，形成团聚体都是不利的。尤其对聚合物/碳纳米复合材料而言，碳纳米材料的团聚不但降低了有效添加量，增大碳纳米材料用量，造成不必要的浪费；而且这些团聚的碳纳米材料可能成为潜在的应力集中点，导致材料力学性能下降。为了解决这些问题，必须对碳纳米材料进行适当的表面改性处理，使其能较好地应用到与聚合物的复合材料中去。

碳纳米材料表面改性的方法大致可分为二类，即共价和非共价功能化[2～4]。前者是对碳纳米材料进行化学修饰，如通过氧化处理时产生的羧基进行酰胺化、酯化反应接上功能基团促进其分散；后者是利用表面活性剂、生物大分子及水溶性聚合物等包裹在碳纳米材料外壁以促进其分散。各种改性方法都有其优缺点，任何一种方法都不能适用于所有领域，在实际应用中，应该针对不同的聚合物基体和材料用途，寻找最适合的处理方法，取长补短，这是一个非常具有挑战性的工作。

在聚合物/碳纳米复合材料研究领域，针对尼龙[5]、环氧树脂[6]、双马来酰亚胺[7]等含有强极性或“可反应”官能团的基体的研究十分热门，也取得了较大成就。但是对于聚烯烃/碳纳米复合材料，由于聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃基体没有强极性或“可反应”的官能团，如何通过碳纳米材料的表面修饰提高碳纳米材料与基体间的相容性及碳纳米材料在基体中的分散性仍是两大难题，尚未得到很好的解决。

碳-碳键形成反应是有机合成化学中最为重要的反应，其中Friedel-Crafts反应是构建与芳香化合物直接相连的碳-碳键最有效的方法之一。由于其自身的一些优势，如催化剂来源方便、制备容易、价格便宜、反应操作简单、无过渡金属催化中的重金属残留问题，使得越来越多的人对Friedel-Crafts反应产生了兴趣。

芳香化合物中的苯环结构上暴露有π电子，很容易被亲电攻击。因此，Lewis酸催化剂可以与卤代烷烃等生成碳正离子作为亲电试剂进攻苯环，形成烷基化苯环。从而将烷基接枝在苯环结构上，实现芳香化合物的烷基化改性，如下式所示：

我们在高密度聚乙烯（HDPE）和碳纳米管（CNTs）的复合材料中，加入AlCl3作为催化剂引发Friedel-Crafts反应，发现CNTs在HDPE中的界面得到改善，分散性变好。如图1所示，CNTs在HDPE中的团聚现象得到缓解，CNTs与HDPE的界面变得模糊，这都说明Lewis酸催化剂对聚合物和碳纳米材料有“原位”增容的作用，可以改善碳纳米材料在聚合物基体中的分散情况。

碳纳米材料正是由一系列碳-碳键形成的六元环结构组合，其中的碳原子通过sp2杂化形成了高度离域化的π电子，非常容易受到亲电试剂的攻击。采用Lewis酸作为催化剂，通过诱发碳纳米材料上碳六元环与卤代聚合物的Friedel-Crafts烷基化反应，可将聚合物长链接枝或吸附到碳纳米材料上，从而提高碳纳米材料与聚合物间的界面结合力，“原位”增容聚烯烃/碳纳米复合材料，可望在不破坏碳纳米材料本身结构的同时，解决“分散”与“界面”的问题。

本文探讨了Friedel-Crafts反应在改善碳纳米材料在聚合物基体中“界面”和“分散”两个问题的可能性。通过Friedel-Crafts反应可以得到结构保持性较高的碳纳米材料，进而提高碳纳米材料与聚合物基体之间的界面粘接力，从而对改善聚合物/碳纳米复合材料的结构与性能颇为有益。

参考文献

[1] Hammel E，Tang X，Trampert M， Schmitt T，Mauthner K，Eder A，P tschke P.Carbon nanofibers for composite applications.Carbon 2004，42（5-6）：1153-1158.

[2] Shaffer MSP，Fan X，Windle AH. Dispersion and packing of carbon nanotubes. Carbon 1998，36（11）：1603-1612.

[3] Kim H，Abdala AA，Macosko CW. Graphene/polymer namocomposites.Macromolecules 2010，43：6515-6530.

[4] Kropka JM，Putz KW，Pryamitsyn V，Ganesan V，Green PF.Origin of dynamical properties in PMMA-C60 nanocomposites.Macromolecules 2007，40：5424-5432.

[5] Xu Z，Gao C.In situ polymrization approach to graphene-reinforced nylon-6 composites.Macromolecules 2010，43：6716-6723.

[6] Davis DC，Wilkerson JW，Zhu JA， Ayewah DOO.Improvements in mechanical properties of a carbon fiber epoxy composite using nanotube science and technology.Composite Structures 2010，92（11）：2653-2662.

[7] Fang ZP，Liu LN，Gu AJ，Wang XJ，Guo ZH.Improved microhardness and microtribological properties of bismaleimide nanocomposites obtained by enhancing interfacial interaction through carbon nanotube functionalization.Polym Adv Technol 2009，20（11）：849-856.

作者：刘增勇 王健 徐灵刚 郭正虹

零维碳纳米材料论文 篇2：

结构化学中碳的纳米材料内容拓展

摘要：碳的纳米材料种类多样，文章对结构化学中碳的纳米材料教学内容进行了拓展。通过介绍纳米金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔的结构、性质及应用，达到有效激发学生学习兴趣、开阔学生视野和提升学生综合素质能力的目的。

关键词：结构化学;碳;纳米材料;教学内容

由周公度和段连运编著的《结构化学基础》第五版10.7章节中有关碳的纳米材料教学内容中简单介绍了纳米金刚石、石墨烯、碳纳米管和球碳化合物。碳在自然界中蕴藏量丰富，碳原子可以多种轨道杂化方式成键（sp、sp2、sp3），从而形成不同晶体结构。不同晶体结构的碳材料性质差别很大，有质脆可作润滑剂的石墨，也有质地坚硬可作研磨材料的金刚石（见下表）[1，2]。当材料的尺寸达到纳米级别后，性质变化很大。目前，许多碳的纳米材料，如纳米金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔等已被研究开发，这些碳的纳米材料广泛应用于精密研磨、生物医学、传感、催化和储能等领域[2-4]。当今社会是以信息化为主要特征的知识经济时代，将最新科研成果引入课堂教学环节，能够激发学生的学习兴趣，使学生感受到所学知识的实用性，可有效提升学生的综合素质能力。

一、纳米金刚石

纳米金刚石是尺寸为纳米级别的晶体物质，虽然晶体结构与钻石相同，但其性质与普通钻石、人造金刚石相比有所不同。纳米金刚石具有高硬度、高热导率、良好绝缘性、独特光电特性、低摩擦系数等特性[5]。纳米金刚石已广泛应用于聚晶工具材料的合成、精密研磨和抛光等。纳米金刚石也可作为功能材料：纳米金刚石经过高能射线辐射后具有突出的荧光光学特性，可用于标记蛋白质分子进行荧光显微镜成像[6];张秀霞等利用纳米金刚石薄膜的耐高温、防腐蚀和自清洁特性，发明了一种太阳能电池板系统的窗口表面自清洁装置[7];纳米金刚石修饰的电解液也可为金属锂电极提供稳定的循环寿命[8]。

二、富勒烯C60[9]

1985年碳原子簇结构分子C60成功制备，C60的笼型结构于1989年得到实验证实。C60具有特殊的化学活性归因于其大π键结构，其在太阳能电池、生物医药等领域具有潜在应用前景。Choi等研究优化的富勒烯太阳能电池转换效率达7.9%;Prylutskyy等进行了C60生理学研究，认为C60可作为拦截抗生素阿霉素（一种抗肿瘤药）的手段;Grynyuk等利用C60联合治疗白血病，可使白血病L1210细胞在24小时内显著下降，且无细胞毒副作用。

三、碳纳米管

自1991年日本科学家首次发现多壁碳纳米管以来，碳纳米管受到了研究者的高度关注[10]。1993年单壁碳纳米管问世后，人们对碳纳米管有了更新的认识[11，12]。单壁碳纳米管的平均直径为1nm—2nm，多壁碳纳米管的直径一般不超过50nm。碳纳米管具有高的长径比，其长度可达微米甚至毫米级。碳纳米管的机械性能、化学性能、电性能和耐热性能十分优异，并具有奇特的磁和声等性质，广泛应用于在吸波材料、探头和传感器领域、催化剂载体、氢气储存和电化学储能等领域[13-15]。彭练矛教授课题组2017年发表于《科学》的研究成果成功使用碳纳米管制造出芯片的核心元器件——晶体管，其工作速度3倍于英特尔最先进的14nm商用硅材料晶体管，能耗只有其四分之一[16]。EskoI Kauppinen等团队通过控制CO2气流速度，利用浮动催化剂化学气相沉积法成功制备出彩色单壁碳纳米管薄膜，引入不同浓度的CO2，可制备出不同颜色单壁碳纳米管[17]。

四、石墨烯

2004年，石墨烯首次从天然石墨中分离出来[18]，其由sp2杂化碳原子在二维空间排列成单层碳原子结构，具有离域大π键，厚度仅为0.335nm[19]。石墨烯是构成不同维度碳材料的基本单元。当具有一定缺陷（12个以上的五元环）时，晶格会发生卷曲，形成零维富勒烯。若仅向一侧边缘定向卷曲直至柱状，则形成一维碳纳米管。当多层石墨烯通过范德华力层层堆积，会重组成三维结构石墨。石墨烯在催化、传感、电极材料等领域应用广泛[20-22]。

單片石墨烯的优异性可转移至其宏观组装体上，如石墨烯纤维和石墨烯气凝胶等。（1）石墨烯纤维具有良好的机械性能、电学性能和导热性能，可用于导电织物和储能、散热等领域[23]。（2）石墨烯气凝胶是通过石墨烯纳米片间的堆叠和卷曲，形成的独特三维结构材料，不仅拥有石墨烯优异的电学和力学等性质，而且具有气凝胶的低密度及多重空隙结构特征，其在吸附材料、能量存储和转化、传感器等领域应用前景广阔。高超课题组制备的石墨烯气凝胶密度低至160 g cm-3[24]。

五、石墨炔

石墨炔由苯环以及炔键构建而成，是一种拥有丰富分子内孔道的二维材料。李玉良团队2010年首次制备石墨炔后，受到了国内外的广泛关注[25]。石墨炔是一种发展潜力巨大的新型碳材料，其奇特的sp和sp2电子结构具有本征带隙，展现了已发现碳材料尚未出现的性质。近年来，许多研究团队对石墨炔在太阳能电池、锂离子电池、电化学传感器和催化剂等方面的应用开展了一系列前沿性探索研究，取得了可喜的研究成果[26-28]。

六、结论

本文以结构化学课程基本教学内容出发，引入学科前沿，通过介绍纳米金刚石、富勒烯、碳纳米管、石墨烯和石墨炔的结构、性质及应用，充分展示了物质结构决定性质的内在联系，激发学生的学习兴趣，开阔学生的视野，从而达到提高学生综合素质的教学目的。

参考文献：

[1]Bao H.H.，Wang L.，Li C.，Luo J.，Structural characterization and identifification of graphdiyne and graphdiyne-based materials，ACS Appl.Mater.Interfaces，2019，（11）：2717-2729.

[2]Li Y.J.，Xu L.，Liu H.B.，Li Y.L.，Graphdiyne and graphyne：from theoretical predictions to practical construction [J].Chem.Soc.Rev.，2014，（43）：2572-2586.

[3]Jiang H.，Lee P.S.，Zhong C.，Li 3D carbon based nanostructures for advanced supercapacitors [J].Energy Environ.Sci.，2013，（6）：41-53.

[4]Lu S.N.，Xie N.，Feng L.C.，Zhong J.，Applications of nanostructured carbon materials in constructions：the state of the art [J].J.Nanomater.，2015：1-10.

[5]Williams O.A.，Nanocrystalline diamond [J].Diamond Relat.Mater.，2011，（20）：621-640.

[6]張旺玺，王艳芝，梁宝岩，李启泉，罗 伟，孙长红，成晓哲，孙玉周.纳米金刚石基于功能材料应用的研究现状[J].材料导报A，2018，（32）：2183-2188.

[7]张秀霞，杨小聪，魏舒怡，等.一种太阳能电池板系统的窗口表面自清洁装置[S].中国，102832259B [P].2016-03-30.

[8]Cheng X.B.，Zhao M.Q.，Chen C.，Amanda P.，Kathleen M.，Tyler M.，Zhang X.Q.，Zhang Q.，Jiang J.J.，Yury G.，Nanodiamonds suppress the growth of lithium dendrites [J].Nat.Commun.，2017，（8）：336-344.

[9]曾硕勋，冯 敏，姜 玲，材料科学研究热点与前沿挖掘——以富勒烯为例[J].中国材料进展，2019，（38）：161-166.

[10]Iijima S.，Helical microtubules of graphitic carbon [J].Nature，1991，（354）：56-58.

[11]Bethune D.，Klang C.，Vries M.D.，Gorman G.，Savoy R.，Vazquez J.，Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls [J].Nature，1993，（363）：605-607.

[12]Iijima S.，Ichihashi T.，Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter [J].Nature，1993，（363）：603-605.

[13]Kharlamova M.V.，Sauer M.，SaitoT.，Sato Y.，Suenaga K.，Pichler T.，Shiozawa H.，Doping of single-walled carbon nanotubes controlled via chemical transformation of encapsulated nickelocene [J].Nanoscale，2015，（7）：1383-1391.

[14]Kang D.Y.，Moon J.H.，Carbon nanotube balls and their application in supercapacitors [J].ACS Appl.Mater.Interfaces，2014，（6）：706-711.

[15]Wang Q.，Wen Z.，Li J.，A hybrid supercapacitor fabricated with a carbon nanotube cathode and a TiO2-B nanowire anode [J].Adv.Funct.Mater.，2006，（16）：2141-2146.

[16]Qiu，C.，Zhang，Z.，Xiao，M.，Yang，Y.，Zhong，D.，Peng，L.M.，Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths [J].Science，2017，（355）：271-276.

[17]Yong P.L.，Hua J.，Nan W.，Patrik L.H.，Qiang Z.，Sabbir A.Khan，E.I.K.，Direct synthesis of colorful single-walled carbon nanotube thin films [J].J.Am.Chem.Soc.，2018，（140）：9797-9800.

[18]Novoselov K.S.，Geim A.K.，Morozov S.V.，Jiang D.，Zhang Y.，Dubonos S.V.，Grigorieva I.V，Firsov A.A.，Electric field effect in atomically thin carbon films[J].Science，2004，（306）：666-669.

[19]Raccichini R.，Varzi A.，Passerini S.，Scrosati B.，The role of graphene for electrochemical energy storage [J].Nature Mater.，2015，（14）：271-279.

[20]Zhao Y.，Hu C.，Song L.，Wang L.，Shi G.，Dai L.，Qu L.，Functional graphene nanomesh foam [J].Energy Environ.Sci.，2014，（7）：1913-1918.

[21]Kemp K.C.，Seema H.，Saleh M.，Le N.H.，Mahesh K.，Chandra V.，Kim K.，Environmental applications using graphene composites：water remediation and gas adsorption [J].Nanoscale，2013，（5）：3149-3171.

[22]Sha C.，Lu B.，Mao H.，Cheng J.，Pan X.，Lu J.，Ye Z.，3D ternary nanocomposites of molybdenum disulfide/polyaniline/reduced graphene oxide aerogel for high performance supercapacitors [J].Carbon，2016，（99）：26-34.

[23]Yang Z.P.，Zhao W.，Niu Y.T.，Zhang Y.Z.，Wang L.B.，Zhang W.J.，Xiang X.，Li Q.W.，Direct spinning of high-performance graphene fiber supercapacitor with a three-plycore-sheath structure [J].2018，（132）：241-248.

[24]Sun H.，Xu Z.，Gao C.，Aerogels：multifunctional，ultra-flyweight，synergistically assembled carbon aerogels [J].Adv.Mater.，2013，（25）：2632.

[25]Li.G.X.，Li Y.L.，Liu H.B.，Guo Y.，Li Y.G.，Zhu D.B.，Architecture of graphdiyne nanoscale films [J].Chem.Commun.，2010，（46）：3256-3258.

[26]Srinivasu K.，Ghosh S.K.，Graphyne and graphdiyne：promising materials for nanoelectronics and energy storage applications [J].J.Phy.Chem.C，2012，（116）：5951-5956.

[27]Jin Z.，Yuan M.，Li H.，Hui Y.，Graphdiyne：an efficient hole transporter for stable high-performance colloidal quantum dot solar cells [J].Adv.Funct.Mater.，2016，（26）：5284-5289.

[28]Lu C.，Yang Y.，Wang J.，Fu R.P.，Zhao X.X.，Zhao L.，Ming Y.，Hu Y.，Lin H.Z.，Tao X.M.，Li Y.L.，Chen W.，High-performance graphdiyne-based electrochemical actuators [J].Nat.Commun.，2018，（9）：752-761.

Key words：Structural Chemistry;Carbon;Nanomaterials;teaching content

作者：任莉君 王晓玲 田靖靖

零维碳纳米材料论文 篇3：

纳米四氧化三铁磁粉在无损检测领域的应用

【摘 要】 本文介绍了零维、一维、二维、三维纳米材料的制备方法、无损检测领域的磁粉粒径要求及其原因分析，展望了纳米四氧化三铁磁粉在无损检测领域的应用前景。

【关键词】 纳米 无损检测 磁粉

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.09.002

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或者由它们作为基本单元构成的材料，包括零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料、三维纳米材料等。近年来，纳米材料在节能、环保、化工、机械、电子、航空航天等领域发挥着不可替代的作用。纳米四氧化三铁材料有颗粒粒径小、比表面积很高等特性，在磁性液体、生物医学、微波吸附材料、催化剂载体、无损检测领域具有广阔的应用前景。磁粉检测属于无损检测的常规方法，将纳米材料与磁粉检测方法相结合，充分发挥纳米材料的优点，对促进磁粉检测技术的进步有着重要的意义。

1 纳米材料的制备方法

1.1 零维纳米材料的制备方法

零维纳米材料的制备方法主要有物理法和化学法。物理法制备零维纳米材料一般采用机械磨球法、真空冷凝法、物理粉碎法等。物理法制备的产品纯度低、粒径分布不均匀。化学法主要有共沉淀法、微乳液法、溶胶-凝胶法、水解法、水热法等。化学法获得的零维纳米材料粒子质量较好，颗粒直径较小。

1.2 一维纳米材料的制备方法

一维纳米材料的制备方法主要包括碳纳米管制备法、静电纺丝技术制备法、海岛模型制备法、催化挤出聚合法、原纤化法、分子喷丝板纺丝法等。碳纳米管制备法是利用外径为1nm～50nm、长度为几微米至几十微米的碳纳米管制备一维纳米材料的方法。静电纺丝技术制备法是将聚合物溶液或熔体在几千至几万伏的高压静电场下克服表面张力并产生带静电喷射流，使溶液和熔体在喷射过程中干燥、固化并落在接收装置上形成一维纳米材料的方法。海岛模型制备法是日本东丽公司发明的一种生产超细一维纳米材料的方法。催化挤出聚合法是日本东京大学发明的一种生产聚乙烯一维纳米材料的方法。原纤化法是一种把长链多孔结构的纤维分裂为纳米尺寸的原纤或微原纤的方法。分子喷丝板纺丝法是在大环构型分子发展的基础上，采用理论、试验和计算机等手段来研究用于纺织纤维的一维纳米材料制备方法。

1.3 二维纳米材料的制备方法

二维纳米材料的制备方法，主要分为物理法和化学法。其中物理法包括低能团簇束沉积法、真空蒸发法、溅射沉积法、分子束与原子束外延技术、分子原子束自组装技术等；化学法包括溶胶-凝胶法、LB膜法、电沉积法、化学气相沉积法等。低能团簇束沉积法是采用电子束使团簇离子化，利用质谱仪分离，控制一定质量、能量的团簇沉积形成二维纳米材料的方法。真空蒸发法是将待镀膜的物质蒸发气化，并使气化的分子、原子在蒸发源与基体之间运动，凝聚、成核、生长，形成二维纳米材料的方法。溅射沉积法是通过高能粒子轰击靶面，使靶面上的原子、分子溅射出靶面，在基体上沉积形成二维纳米材料的方法。分子与原子束外延生长法是一种在高真空环境下的制备二维纳米材料的技术。分子自组装法是依赖分子间非共价键作用力自发结合成稳定聚集体的方法。溶胶-凝胶法是利用化学试剂制备所需的均匀稳定水溶胶，经烘烤干燥后形成二维纳米材料的方法。LB膜法是将双亲性分子置于水面，使在气-液界面形成紧密定向排列的单分子二维纳米材料的方法。电化学沉积法是在含有金属离子和非金属离子氧化物或非金属水溶液中，通过恒电压，在不同电极表面合成金属或化合物二维纳米材料的方法。化学气相沉积法主要被用来制备纳米颗粒薄膜材料。

1.4 三维纳米材料的制备方法

常用的三维纳米材料制备方法有：静电纺丝技术，水热法，射频溅射、直流溅射、电化学沉积综合法，去合金化法等。

2 无损检测领域的磁粉粒径要求及原因

2.1 磁粉粒径要求

磁粉检测是无损检测五大常规方法之一，是铁磁性材料表面无损检测的首选检测方法，应用比较广泛。磁粉的种类很多，按照磁痕观察的方式，磁粉分为荧光磁粉和非荧光磁粉；按照适用的施加方式，磁粉分为湿法用磁粉和干法用磁粉。荧光磁粉是以磁性氧化铁粉、工业纯铁粉和羟基铁粉为核心，在铁粉外面用环氧树脂黏附一层荧光染料或将荧光染料化学处理在铁粉表面制成的。非荧光磁粉常见的有四种，分别为：四氧化三铁黑磁粉、三氧化二铁红褐色磁粉、蓝磁粉、白磁粉。

JB/T 6063-1992规定磁粉颗粒尺寸：将一定量的干磁粉用孔径为0.18mm（80目）标准检验筛过筛，然后测定未能通过筛子的残留粉重量，以示出残留粉与原始磁粉重量间的关系，并以百分数表示。通过筛子的磁粉重量不应低于98%。JB/T 6063-2006对前一版标准有所改进，要求磁粉尺寸的范围满足以下3个方面：①下限直径d1：小于d1的磁粉不应多余10%；②平均直径da：50%的磁粉应大于da，50%的磁粉小于da；③上限直径du：大于du的磁粉不应多余10%。对于磁悬液应在d1≥1.5μm和du≤40μm范围内。干磁粉通常为d1≥40μm。

2.2 规定粒度范围的原因分析

磁粉粒度的大小对磁粉的悬浮性有较大的影响，漏磁场对不同颗粒的磁粉吸附能力有很大差别。检测工件表面微小缺陷时，宜选用粒度细小的湿法用磁粉，因为细磁粉的悬浮性好，容易被小缺陷产生的微弱漏磁场所磁化和吸附，形成磁痕显示才会线条清晰，定位准确。但是在表面粗糙的工件进行磁粉检测时，磁粉颗粒过小时容易聚集，并且受到灰尘的干扰，造成过渡背景或出现过多的伪缺陷。干法用黑磁粉一般选择粒度较粗的磁粉，容易在空气中分散开，而且磁导率较细磁粉高，减少粉尘的影响。

JB/T 6063-1992只是规定了磁粉粒度的上限值，这主要是受到当时的粒度检测技术的限制以及磁粉检测材料制备技术的限制；JB/T 6063-2006规定了磁粉粒度的上限值、下限值以及平均值，不仅反映了磁粉材料的制造技术已经从毫米级别达到了微米级别，也反映了粒度检测技术也达到了微米级别甚至纳米级。纳米磁性材料有着诸多的特性，可以解决小颗粒团聚问题、流动性问题等。

3 纳米四氧化三铁磁粉在无损检测的应用

当物质的颗粒尺寸进入纳米数量级时，便具有了不寻常的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，让纳米材料具有独特的光、电、热、磁、力学和化学性质。纳米四氧化三铁磁粉经过改性，具有高磁导率、低矫顽力和低剩磁的磁特性，在无损检测领域有着重要的应用价值。

3.1 用于高端精密设备检测

纳米四氧化三铁磁粉在航空航天领域、高端精密制造业、特种设备行业有着广阔的应用范围。通过物理法、化学法等制造的零维、一维、二维、三维纳米材料混合体，根据不同检测的需要进行混合配比，可以适用于不同的检测领域。特别是退磁后，纳米磁粉不粘结，清洗方便，不影响被检工作的使用。

3.2 方便磁粉检测图像智能辨识

随着各行业的发展和技术的进步，各检测行业都在向着智能自动化方向转型升级，磁粉检测作为无损检测的五大常规检测之一，也迫切需要进行全自动检测的改进和升级。利用纳米四氧化三铁磁粉材料具有的独特光、电、热、磁、力学和化学性质，结合自动或半自动磁粉探伤设备、设计图像识别和采集系统，对磁粉检测裂纹图像进行自动记录和分类，将促进我国磁粉检测自动化的发展。

3.3 用于特殊部件的检测

一些特殊部件的检测不仅对检测方法、检测设备有较高的要求，而且对检测用的材料也有较高要求，例如弹簧、弹珠表面的无损检测。通过化学法制备的纳米磁粉颗粒具有颗粒小、尺寸一致等特点，用于弹簧、弹珠等表面的无损检测既可以检出微小裂纹，又可以提升检测效率。

3.4 用于精密试块的校准

磁粉的性能试验，一般要求应能检出I型试块上的磨削和应力腐蚀所产生的细裂纹和粗裂纹。纳米磁粉对微小裂纹非常实用，因此，一些机械加工企业，需要检测不同流程中的磨削细裂纹，可以利用纳米四氧化三铁磁粉进行试块的检测和校准，有利于提高缺陷检出率。

3.5 提升探伤—橡胶铸型法灵敏度

一些部件内表面的磁粉检测一直比较困难，目前国内采用较多的是探伤-橡胶铸型法，是将磁粉检测和橡胶铸型结合使用的一种方法，材料需要胶料、硫化剂、磁粉、磁悬液等。由于纳米四氧化三铁磁特性优良，磁粉颗粒小，在胶料中流动性更好，可以与之匹配的胶料种类和范围更广，能大幅提升探伤-橡胶铸型法的灵敏度。

3.6 促进新型磁悬液的研制

纳米四氧化三铁因质量小，在载液中的悬浮性好，不易沉淀，可以与一些密度较低、容易挥发的新型载液配制新型磁悬液，制成磁悬液喷罐，用于检测部位不佳、检测精度要求高的场合。

3.7 促进磁粉介质标准的变更

目前，GB/T 15822.2-2005《无损检测 磁粉检测 第2部分：检测介质》规定：用于无损检测的磁粉粒径小于下限直径d1的磁粉不应多余10%，其中，磁悬液d1≥1.5μm，干磁粉d1≥40μm。随着纳米磁粉的研究和应用，其优越性不断体现，将促进磁粉检测介质国家标准的变更，增加特殊领域磁粉检测，可以取消磁粉粒径下限直径的限制。

作者简介

戚政武，本科，院长，高级工程师，国家质检总局科技项目《基于膜技术的纳米磁性无损检测材料的制备及其性能研究》（项目编号：2015QK293）负责人。

杨宁祥，硕士，主任，高级工程师，国家质检总局科技项目《基于膜技术的纳米磁性无损检测材料的制备及其性能研究》（项目编号：2015QK293）主要参与人。

王磊，博士，主任，副教授，国家质检总局科技项目《基于膜技术的纳米磁性无损检测材料的制备及其性能研究》（项目编号：2015QK293）主要参与人。

作者：戚政武　杨宁祥　王磊