第一篇：陶瓷材料的應(yīng)用與前景

陶瓷材料的應(yīng)用與前景

作者：李倩 單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)

一、陶瓷材料發(fā)展歷史及其概念的內(nèi)涵

陶瓷是人類生活和生產(chǎn)中不可缺少的一種材料。陶瓷產(chǎn)品的應(yīng)用范圍遍及國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域。它的發(fā)展經(jīng)歷了從簡單列復(fù)雜、從粗糙到精細、從無油到施釉、從低溫到高溫的過程。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和技術(shù)水平的提高．各個歷史階段賦予陶瓷的涵義和范圍也隨之發(fā)生變化。

原來的陶瓷就是指陶器和瓷器的通稱。也就是通過成型和高溫燒結(jié)所得到的成型燒結(jié)體。傳統(tǒng)的陶瓷材料主要是指硅鋁酸鹽。剛開始的時候人們對硅鋁酸鹽的選擇要求不高，純度不大，顆粒的粒度也不均一，成型壓強不高。這時得到陶瓷稱為傳統(tǒng)陶瓷。后來發(fā)展到純度高，粒度小且均一，成型壓強高，進行燒結(jié)得到的燒結(jié)體叫做精細陶瓷。

接下來的階段，人們研究構(gòu)成陶瓷的陶瓷材料的基礎(chǔ)，使陶瓷的概念發(fā)生了很大的變化。陶瓷內(nèi)部的力學(xué)性能是與構(gòu)成陶瓷的材料的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)有關(guān)，在形成晶體時能夠形成比較強的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)都可以作為陶瓷的材料。這重要包括比較強的離子鍵的離子化合物，能夠形成原子晶體的單質(zhì)和化合物，以及形成金屬晶體的物質(zhì)。他們都可以作為陶瓷材料。其次人們借鑒三維成鍵的特點發(fā)展了纖維增強復(fù)合材料。更進一步拓寬了陶瓷材料的范圍。因此陶瓷材料發(fā)展成了可以借助三維成鍵的材料的通稱。

陶瓷的概念就發(fā)展成為可以借助三維成鍵的材料，通過成型和高溫燒結(jié)所得到的燒結(jié)體。（這個概念把玻璃也納入了陶瓷的范圍）

現(xiàn)代陶瓷材料具有高新技術(shù)內(nèi)涵。與傳統(tǒng)材料相比．主要具有以下三個特點：

(1)以現(xiàn)代科技發(fā)展的要求為背景．是現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，為高新技術(shù)產(chǎn)品。(2)制造工藝復(fù)雜，需要現(xiàn)代科技成果的指導(dǎo)．因而為技術(shù)知識密集型產(chǎn)品。(3)具有優(yōu)異的威特殊的性能，能滿足商新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的要求。

二、陶瓷材料的分類

研究陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能的理論也得到了展開：陶瓷材料，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)（微晶晶面作用，多孔多相分布情況）對力學(xué)性能的影響得到了發(fā)展。材料（光，電，熱，磁）性能和成形關(guān)系，以及粒度分布，膠著界面的關(guān)系也得到發(fā)展，陶瓷應(yīng)當成為承載一定性能物質(zhì)存在形態(tài)。

這里應(yīng)該和量子力學(xué)，納米技術(shù)，表面化學(xué)等學(xué)科關(guān)聯(lián)起來。陶瓷學(xué)科成為一個綜合學(xué)科。

陶瓷材料中已崛起了精細陶瓷，它以抗高溫、超強度、多功能等優(yōu)良性能在新材料世界獨領(lǐng)風騷。精細陶瓷是指以精制的高純度人工合成的無機化合物為原料，采用精密控制工藝燒結(jié)的高性能陶瓷，因此又稱先進陶瓷或新型陶瓷。

隨著生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展．陶瓷材料及產(chǎn)品種類日益增多．為了便于掌握各種材例或產(chǎn)品的特征，通常以不同的角度加以分類。

1.按化學(xué)成分分類

(1)氧化物陶瓷。氧化物陶瓷種類繁多，在陶瓷家族中占有非常重要的地位。最常用的氧化物陶瓷是用Al2O3、SiO2、MgO、ZrO3、CeO2，CaO．Cr2O3及莫萊石(3Al2O3.2SiO4)和尖晶石(MgAl2O3)等。陶瓷中的Al2O3和SiO2相當于金屬材料中的鋼鐵和鋁合金一樣被廣泛應(yīng)用，表11.1中列出了一些氧化物陶瓷．硅酸鹽亦屬氧化物系列。如ZrsiO4。Call已等，還有復(fù)合氧化物如BaT嗎、CgyiO；等。(2)碳化物陶瓷。碳化物陶瓷～般具有比氧化物更高的熔點。最常用的是SIC、SC，鳳C．TIC等。碳化物陶瓷在制備過程中應(yīng)有氣氛保護。

(3)氨化物陶瓷。氯化物中應(yīng)用最廣泛的是a幾，它具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和耐高溫性能。另外，TZN、BN、AI問籌氮化物陶瓷的應(yīng)用也日趨廣泛。最近剛剛出現(xiàn)的C3N4，可望其性能超過Si3O4。

(4)四化物陶瓷。硼化物陶瓷的應(yīng)用并不很廣泛，主要是作為深加劑或第二相加入其它陶瓷基體中，以達到改善性能的目的。常用的有Ti已、Zr＆等。

2.按性能和用途分類

(1)結(jié)構(gòu)陶瓷。結(jié)構(gòu)陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料用來制造結(jié)構(gòu)零部件．主要使用其力學(xué)性能。加強度、韌性、硬度、模量、耐磨性、耐高溫性能(高溫強度、抗熱震性、耐燒蝕性)等。上面講到的核化學(xué)成分分類的四種陶瓷大多數(shù)均為結(jié)構(gòu)陶瓷。如 AjZQ石．3N4、Z戲都是力學(xué)性能優(yōu)越的代表性結(jié)構(gòu)陶瓷材料。

(2)功能陶瓷。功能陶瓷作為功能材料用來制造功能器件，主要使用其物理性隊如電磁性能、熱性能、光性能、生物性能等。例如鐵氧體．鐵電陶瓷主要使用其電磁性能．用來制造電磁元件，介電陶瓷用來制造電容器，壓電陶瓷用來制作位移或壓力傳感器．固體電解質(zhì)陶瓷利用其離子傳身特性可以制作氧探測器．生物陶瓷用來制造人工骨骼和人工牙齒等。超導(dǎo)材料和光導(dǎo)纖維也屬于功能陶瓷的范疇。

值得提出的是，上述分類也是相對的．而不是絕對的，結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷有時并無嚴格界限，對于某些陶瓷材林二者兼而有之。加壓電陶瓷。雖然可將它劃分為功能陶瓷之列，但對其力學(xué)性能，如杭區(qū)強度、韌性、硬度、彈性模量亦有一定的要求。首先必須有足夠的強度，在承受E力時不致破壞，才能實現(xiàn)共壓電特性。另外如高溫結(jié)構(gòu)陶瓷或航天器防熱部

件用抗熱震耐燒依陶瓷，雖屬結(jié)構(gòu)陶瓷之列．但抗熱展性不但決定于它本身的強度、韌性、模量，而且導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)也與力學(xué)性能一樣，對抗熱震性有著十分重要的影響。耐腐蝕性是化工陶瓷(如耐酸泵)的重要性能，但要求必須具有～定的力學(xué)性能，才能滿足承我要求。超導(dǎo)材料就是因為脂性大，做成導(dǎo)線困難．因而目前尚不能進入實際應(yīng)用階段。綜上所述，不論是結(jié)構(gòu)陶瓷還是功能陶瓷，力學(xué)性能是陶瓷材料的最基本性能．只不過是不同用途對力學(xué)性能要求的高低不同而已。

本章討論的對象主要是結(jié)構(gòu)陶瓷。

三、陶瓷材料的特點

1.陶瓷材料的性能特點

眾所周知，金屬材料(純金日或合金)的化學(xué)健大都是金屬但，是由金屬正高于和充滿其間的電子云所組成，金屬鍵沒有方向性．因此金屬有很好的塑性變形性能。而作為無視非金屬化合物的陶瓷來講，其化學(xué)定是高于健和共價鍵。這種化學(xué)性有很強的方向性和很高的結(jié)合能。因此，陶瓷材料很難產(chǎn)生塑性變形．脆性大，裂紋敏感性強。這就是陶瓷材料的致命弱點。但也正是由于它具有這種化學(xué)健類型，使結(jié)構(gòu)陶瓷具有一系列比金屬材料優(yōu)異的特殊性能。

①②高高硬焰度點。

決決

定定

了了

它它

具具

有有

優(yōu)杰

異出的的耐耐

磨熱

性性

； ；

③高化學(xué)穩(wěn)定性．決定了它具有良好的耐蝕性。

盡管陶瓷材料有如此優(yōu)異的特殊性能．但由于其致命的缺點——脆性，因而限制了其特性的發(fā)揮和實際應(yīng)用。因此，陶瓷的韌化使成為世界矚目的陶瓷材料研究領(lǐng)域的核心課題(詳見陶瓷的韌化一節(jié))。

2.現(xiàn)代(先進)陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷的比較

現(xiàn)代陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比．從原料組成、制備工藝、組織結(jié)構(gòu)及性能均有顯著的區(qū)別。

四、陶瓷材料的應(yīng)用與前景

氮化硅、碳化硅等新型陶瓷還可用來制造發(fā)動機的葉片、切削刀具、機械密封件、軸承、火箭噴嘴、爐子管道等，具有非常廣泛的用途。

利用陶瓷對聲、光、電、磁、熱等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料稱為功能陶瓷。功能陶瓷種類繁多，用途各異。例如，根據(jù)陶瓷電學(xué)性質(zhì)的差異可制成導(dǎo)電陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、介電陶瓷、絕緣陶瓷等電子材料，用于制作電容器、電阻器、電子工業(yè)中的高溫高頻器件，變壓器等形形色色的電子零件。利用陶瓷的光學(xué)性能可制造固體激光材料、光導(dǎo)纖維、光儲存材料及各種陶瓷傳感器。此外，陶瓷還用作壓電材料、磁性材料、基底材

料等?？傊聞┨沾刹牧蠋缀醣榧艾F(xiàn)代科技的每一個領(lǐng)域，應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻：

1.Bi0.5(Na0.96-xKxLi0.04)0.5TiO3(x=0.05,0.10)系無鉛壓電陶瓷的制備及性能研究 全部作者：張帥

第一作者單位：中國礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 關(guān)鍵詞：鈦酸鉍鈉；無鉛；壓電性能

摘要：本文的工作是采用傳統(tǒng)固相合成法對Bi0.5(Na0.96-xKxLi0.04)0.5TiO3（x=0.05，x=0.10）系統(tǒng)進行了制備，并利用D8 Advance X射線衍射儀、JSM6380LV型掃描電鏡對所制備的陶瓷進行了結(jié)構(gòu)分析、形貌分析，利用介電、鐵電測量方法對所制備的壓電陶瓷的電學(xué)性能進行了...[查看全部] 論文摘要：本文的工作是采用傳統(tǒng)固相合成法對Bi0.5(Na0.96-xKxLi0.04)0.5TiO3（x=0.05，x=0.10）系統(tǒng)進行了制備，并利用D8 Advance X射線衍射儀、JSM6380LV型掃描電鏡對所制備的陶瓷進行了結(jié)構(gòu)分析、形貌分析，利用介電、鐵電測量方法對所制備的壓電陶瓷的電學(xué)性能進行了初步的研究。研究結(jié)果表明，Bi0.5(Na0.96-xKxLi0.04)0.5TiO3壓電陶瓷是純的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；掃描電鏡結(jié)果表明，K+可以促進晶粒細化；隨著K+含量的增加壓電常數(shù)d33、介電損耗tan?呈增大趨勢，而相對介電常數(shù)?r、Qm隨K+含量的增加呈下降趨勢。[返回] 發(fā)布時間 ：2010.09.10 11:49:31 學(xué)科：材料科學(xué)

2.LiTaO3/Al2O3陶瓷復(fù)合材料的韌化機理 全部作者： 第一作者單位：

關(guān)鍵詞：LiTaO3/Al2O3；斷裂行為；增韌機理；電疇結(jié)構(gòu)

摘要：LiTaO3/Al2O3 陶瓷復(fù)合材料具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。本文通過對其第二相LiTaO3斷裂行為及增韌機理進行了探討, 對LiTaO3/Al2O3 陶瓷復(fù)合材料不同制備工藝的韌化分析。結(jié)果表明 LiTaO3壓電陶瓷顆粒能夠與Al2O3 陶瓷基體穩(wěn)定共存，并能較好的起到增韌作用。...[查看全部] 論文摘要：LiTaO3/Al2O3 陶瓷復(fù)合材料具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。本文通過對其第二相LiTaO3斷裂行為及增韌機理進行了探討, 對LiTaO3/Al2O3 陶瓷復(fù)合材料不同制備工藝的韌化分析。結(jié)果表明 LiTaO3壓電陶瓷顆粒能夠與Al2O3 陶瓷基體穩(wěn)定共存，并能較好的起到增韌作用。獲得最佳性能的合適的制備工藝是目前的研究趨勢。[返回] 發(fā)布時間 ：2010.09.08 11:13:1 同行評議： 修改意見如下：

1、文中應(yīng)討論不同LiTaO3 / Al2O3混合比例對復(fù)合微觀結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)、電疇結(jié)構(gòu)的影響，這點對工程應(yīng)用和復(fù)合陶瓷的理論研究也非常重要。

2、注意修改文中表達錯誤：如將壓電陶瓷作為第二相加人結(jié)構(gòu)陶瓷，達到強韌化目的等文字表達...[查看全部] 同行評議： 修改意見如下：

1、文中應(yīng)討論不同LiTaO3 / Al2O3混合比例對復(fù)合微觀結(jié)構(gòu)、材料力學(xué)、電疇結(jié)構(gòu)的影響，這點對工程應(yīng)用和復(fù)合陶瓷的理論研究也非常重要。

2、注意修改文中表達錯誤：如將壓電陶瓷作為第二相加人結(jié)構(gòu)陶瓷，達到強韌化目的等文字表達錯誤。

3、對實驗結(jié)果的分析最好能有圖片和測量曲線等證據(jù)加以支持和說明，這才是科學(xué)研究的價值所在。

4、英文摘要要重寫。[返回] 學(xué)科：物理學(xué)

3.Si3N4-SiC納米復(fù)合陶瓷材料的研究

全部作者：董利民;張寶清;田杰謨;鄭京;Dong Limin,Zhang Baoqing,Tian Jiemo,Zheng Jing 關(guān)鍵詞：Si3N4;SiC;納米復(fù)合陶瓷

摘要：用粒度為５０～７０ｎｍ的納米級ＳｉＣ粉體與微米級的Ｓｉ３Ｎ４粉體復(fù)合來制備Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ納米復(fù)合陶瓷材料，對納米ＳｉＣ含量不同的Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ納米復(fù)合陶瓷材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與

性能的關(guān)系進行了研究。結(jié)果表明：納米Ｓ...[查看全部] 論文摘要：用粒度為５０～７０ｎｍ的納米級ＳｉＣ粉體與微米級的Ｓｉ３Ｎ４粉體復(fù)合來制備Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ納米復(fù)合陶瓷材料，對納米ＳｉＣ含量不同的Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ納米復(fù)合陶瓷材料的微觀組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進行了研究。結(jié)果表明：納米ＳｉＣ質(zhì)量分數(shù)為１０％時，經(jīng)熱壓燒結(jié)法制備的Ｓｉ３Ｎ４－ＳｉＣ納米復(fù)合陶瓷材料的抗彎強度為８４４ＭＰａ，斷裂韌性為９．７ＭＰａ？ｍ１／２。微觀組織結(jié)構(gòu)的研究還表明，納米ＳｉＣ的不同含量影響著基體Ｓｉ３Ｎ４的晶粒形貌，從而決定了復(fù)合材料的性能。探討了納米級ＳｉＣ在基體中的形態(tài)、分布及其對基體強化增韌的新機制。[返回] 收錄情況： 清華大學(xué)學(xué)報 1996年第6期 期刊鏈接：清華大學(xué)學(xué)報 4.陶瓷復(fù)合挺柱的研制

全部作者：孟嗣宗,齊龍浩,金之垣,莫偉;Meng Sizong,Qi Longhao,Jin Zhiyuant,Mo Wei 關(guān)鍵詞：柴油機;陶瓷;挺柱

摘要：本文介紹柴油機的Ｓｉ３Ｎ４陶瓷復(fù)合挺柱的研制工作，包括挺柱的設(shè)計、陶瓷與金屬的連接技術(shù)及磨損試驗的結(jié)果。試驗結(jié)果表明，采用陶瓷復(fù)合挺柱后，不僅挺柱本身的磨損量大為下降，與其配對的凸輪的磨損也下降了三分之二。[查看全部] 論文摘要：本文介紹柴油機的Ｓｉ３Ｎ４陶瓷復(fù)合挺柱的研制工作，包括挺柱的設(shè)計、陶瓷與金屬的連接技術(shù)及磨損試驗的結(jié)果。試驗結(jié)果表明，采用陶瓷復(fù)合挺柱后，不僅挺柱本身的磨損量大為下降，與其配對的凸輪的磨損也下降了三分之二。[返回] 收錄情況： 清華大學(xué)學(xué)報 1995年第2期 期刊鏈接：清華大學(xué)學(xué)報 學(xué)科：暫無

5.電子封裝材料的研究現(xiàn)狀及趨勢

全部作者：湯濤,張旭,許仲梓;TANG Tao, ZHANG Xu, XU Zhong-zi 關(guān)鍵詞：封裝材料;陶瓷基;塑料基;金屬基

摘要：電子信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，電子產(chǎn)品趨于小型化、便攜化、多功能化。電子封裝材料也隨之迅速發(fā)展，已成為一種高新產(chǎn)業(yè)。介紹了電子封裝材料的概念、作用和分類，分析總結(jié)了近年來國內(nèi)外電子封裝材料的生產(chǎn)研究現(xiàn)狀，比較了陶瓷基、塑料基和金...[查看全部] 論文摘要：電子信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，電子產(chǎn)品趨于小型化、便攜化、多功能化。電子封裝材料也隨之迅速發(fā)展，已成為一種高新產(chǎn)業(yè)。介紹了電子封裝材料的概念、作用和分類，分析總結(jié)了近年來國內(nèi)外電子封裝材料的生產(chǎn)研究現(xiàn)狀，比較了陶瓷基、塑料基和金屬基封裝材料的特點，最后展望了電子封裝材料的發(fā)展趨勢。[返回] 收錄情況： 南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2010年第7期 期刊鏈接：南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)學(xué)科：暫無

6.溶膠-凝膠法制備二氧化硅無機膜的工藝研究

全部作者：李小霞,江云波,張克錚;LI Xiao-xia,JIANG Yun-bo,ZHANG Ke-zheng 關(guān)鍵詞：溶膠-凝膠法;SiO2;制備;無機膜

摘要：以正硅酸乙酯為原料,乙醇為溶劑,鹽酸為催化劑,N,N-二甲基酰胺為模板劑,采用溶膠-凝膠工藝在Al2O3基體上制備SiO2無機膜。考察了涂膜方式、溶膠的醇硅物質(zhì)的量比及停放時間對膜性能的影響。結(jié)果表明,采用濃稀結(jié)合的方式涂膜可提高制膜效率及膜的性...[查看全部]

論文摘要：以正硅酸乙酯為原料,乙醇為溶劑,鹽酸為催化劑,N,N-二甲基酰胺為模板劑,采用溶膠-凝膠工藝在Al2O3基體上制備SiO2無機膜。考察了涂膜方式、溶膠的醇硅物質(zhì)的量比及停放時間對膜性能的影響。結(jié)果

表明,采用濃稀結(jié)合的方式涂膜可提高制膜效率及膜的性能;較大的醇硅物質(zhì)的量比雖然可以獲得較好的膜,但制膜周期較長;溶膠停放時間過長,會使膜的性能下降。[返回] 收錄情況： 石油化工高等學(xué)校學(xué)報 2010年第6期 期刊鏈接：石油化工高等學(xué)校 7.壓電陶瓷發(fā)電能力測試系統(tǒng)的研制

全部作者：程光明,龐建志,唐可洪,楊志剛,曾平,闞君武;CHENG Guang-ming,PANG Jian-zhi,TANG Ke-hong,YANG Zhi-gang,ZENG Ping,KAN Jun-wu 關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;壓電陶瓷;壓電發(fā)電;霍爾位移傳感器;電荷放大器

摘要：為了進行壓電陶瓷材料發(fā)電性能測試與研究,設(shè)計并制作了一套壓電陶瓷發(fā)電能力的測試系統(tǒng)。根據(jù)壓電陶瓷發(fā)電性能指標以及影響因素,設(shè)計了采用霍爾位移傳感器和電荷放大器對壓電陶瓷振幅和電荷量進行測量的系統(tǒng)。設(shè)計制作了數(shù)據(jù)采集軟件,可以...[查看全部] 論文摘要：為了進行壓電陶瓷材料發(fā)電性能測試與研究,設(shè)計并制作了一套壓電陶瓷發(fā)電能力的測試系統(tǒng)。根據(jù)壓電陶瓷發(fā)電性能指標以及影響因素,設(shè)計了采用霍爾位移傳感器和電荷放大器對壓電陶瓷振幅和電荷量進行測量的系統(tǒng)。設(shè)計制作了數(shù)據(jù)采集軟件,可以對測試數(shù)據(jù)進行處理和顯示。該測試系統(tǒng)為研究壓電陶瓷尺寸參數(shù)、外界激勵的頻率和振幅對壓電陶瓷發(fā)電能力的影響提供了測試分析平臺。[返回] 收錄情況： 吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)2007年第3期 期刊鏈接：吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)學(xué)科：暫無

8.壓電陶瓷能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

全部作者：閆世偉,楊志剛,闞君武,程光明,曾平;Yan Shi-wei,YANG Zhi-gang,Kan Jun-wu,CHENG Guang-ming,ZENG Ping 關(guān)鍵詞：機械設(shè)計;壓電陶瓷;壓電發(fā)電裝置;能量儲存;驅(qū)動

摘要：為實現(xiàn)利用壓電材料收集人體能量,將其轉(zhuǎn)化成電能在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域替代電池或自動為電池充電的目的,設(shè)計了一個能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),該系統(tǒng)由壓電發(fā)電裝置和存儲與控制電路組成。通過試驗的方法研究了壓電振子在結(jié)構(gòu)參數(shù)、支撐方式等多種因素影響...[查看全部] 論文摘要：為實現(xiàn)利用壓電材料收集人體能量,將其轉(zhuǎn)化成電能在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域替代電池或自動為電池充電的目的,設(shè)計了一個能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),該系統(tǒng)由壓電發(fā)電裝置和存儲與控制電路組成。通過試驗的方法研究了壓電振子在結(jié)構(gòu)參數(shù)、支撐方式等多種因素影響下的發(fā)電特性,根據(jù)試驗取得的優(yōu)化參數(shù)和工作方案設(shè)計了壓電發(fā)電裝置,并嘗試利用其為無線遙控器供電。經(jīng)過試驗測試,壓電發(fā)電裝置在外接100kn負載時最大輸出功率為58.2mW,連接存儲與控制電路時可滿足無線遙控器（以開關(guān)無線遙控器為例）的使用要求,信號傳輸距離達到10m以上。[返回] 收錄情況： 西北林學(xué)院學(xué)報 2008年第3期 期刊鏈接：西北林學(xué)院學(xué)報 學(xué)科：暫無

9.Co3O4納米顆粒的溶膠凝膠法制備及磁性

全部作者：韓立安1,常 琳1,牟國棟2,孟泉水1,朱金山1;HAN Li-an1,CHANG Lin1,MOU Guo-dong2,MENG Quan-shui1,ZHU Jin-shan1 關(guān)鍵詞：溶膠凝膠;納米顆粒;Co3O4;磁性

摘要：采用PVA水溶液溶膠凝膠成功制備了粒徑為25 nm的Co3O4納米顆粒,用熱重-差熱儀、X射線衍射儀、超導(dǎo)量子干涉儀對樣品進行了表征。結(jié)果表明:當加熱溫度低于500℃時,產(chǎn)物中含有CoO雜相;500℃以上時,產(chǎn)物為純相Co3O4納米顆粒。Co3O4納米顆粒(25 nm)為立方尖晶石...[查看全部] 論文摘要：采用PVA水溶液溶膠凝膠成功制備了粒徑為25 nm的Co3O4納米顆粒,用熱重-差熱儀、X射線衍射儀、超導(dǎo)量子干涉儀對樣品進行了表征。結(jié)果表明:當加熱溫度低于500℃時,產(chǎn)物中含有CoO雜相;500℃

以上時,產(chǎn)物為純相Co3O4納米顆粒。Co3O4納米顆粒(25 nm)為立方尖晶石結(jié)構(gòu),晶胞參數(shù)a =0.807 66 nm.顆粒形貌基本為球形,顆粒大小分布較均勻。Co3O4納米顆粒(25 nm)呈現(xiàn)反鐵磁向順磁轉(zhuǎn)變,其奈耳溫度TN約為40 K。[返回] 收錄情況： 西安科技大學(xué)學(xué)報 2008年第9期 期刊鏈接：西安科技大學(xué)學(xué)報 學(xué)科：暫無

10.新型環(huán)境凈化材料-納米TiOt2的性能及應(yīng)用 全部作者：李曉靜;LI Xiao-jing 關(guān)鍵詞：環(huán)境材料;納米TiO2;超親水性;光催化降解

摘要：介紹了光催化材料納米Tio2的光化學(xué)特性、光催化活性以及超親水性。綜述納米TiO2薄膜及納米TiO：粉末的制備方法、光催化降解性能及其影響因素。提高納米TiO2光催化降解能力的途徑。對納米TiO2進行改性處理。利用納米TiO2光催化降解有機污染物及超親...[查看全部] 論文摘要：介紹了光催化材料納米Tio2的光化學(xué)特性、光催化活性以及超親水性。綜述納米TiO2薄膜及納米TiO：粉末的制備方法、光催化降解性能及其影響因素。提高納米TiO2光催化降解能力的途徑。對納米TiO2進行改性處理。利用納米TiO2光催化降解有機污染物及超親水性制成納米TiO2薄膜玻璃。同時介紹了納米TiO2在環(huán)境凈化方面的應(yīng)用，如作為-種環(huán)保催化劑凈化空氣，凈化被污染水體，光催化殺菌，以及制成納米TiO2改性涂料應(yīng)用于建筑行業(yè)。[返回] 收錄情況： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2002年第12期 期刊鏈接：遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)

學(xué)科：暫無

11.多孔陶瓷材料應(yīng)用及制備的研究進展

回顧了多孔陶瓷材料傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和制備方法,總結(jié)和歸納了多孔陶瓷材料新的應(yīng)用領(lǐng)域和新的制備方法,指出了當前多孔陶瓷材料的研究熱點和今后所要解決的問題 作 者：

韓永生 李建保 魏強民 作者單位：

新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室,清華大學(xué)材料系,北京,100084 刊 名：

材料導(dǎo)報 ISTIC PKU 英文刊名： MATERIALS REVIEW 年，卷(期)： 2002 16(3)分類號： TQ174 關(guān)鍵詞：

多孔陶瓷 泡沫陶瓷 氣孔 機標分類號： TQ1 TQ0 機標關(guān)鍵詞：

多孔陶瓷材料材料應(yīng)用制備方法 12.新型陶瓷材料的開發(fā)及應(yīng)用

概要論述了新型陶瓷材料應(yīng)用及發(fā)展,探討了傳統(tǒng)陶瓷材料向現(xiàn)代功能陶瓷材料轉(zhuǎn)變的過程的同時,還重點討論了新型陶瓷材料在現(xiàn)代機械工業(yè),特別是在動力機械、熱能傳遞、加工工具及軸承等運動部件上的實際應(yīng)用及發(fā)展趨勢.作 者： 薛進 張九淵 作者單位：

浙江工業(yè)大學(xué),化工材料學(xué)院,浙江,杭州,310032 刊 名： 機電工程 ISTIC 英文刊名：

MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING MAGAZINE 年，卷(期)： 2004 21(12)分類號： TH145.1+1 關(guān)鍵詞： 材料 陶瓷 機標分類號： TQ1 TS1 機標關(guān)鍵詞：

功能陶瓷材料開發(fā)應(yīng)用及發(fā)展運動部件實際應(yīng)用熱能傳遞加工工具機械工業(yè)發(fā)展趨勢動力機

14.新型陶瓷材料的開發(fā)及應(yīng)用

概要論述了新型陶瓷材料應(yīng)用及發(fā)展,探討了傳統(tǒng)陶瓷材料向現(xiàn)代功能陶瓷材料轉(zhuǎn)變的過程的同時,還重點討論了新型陶瓷材料在現(xiàn)代機械工業(yè),特別是在動力機械、熱能傳遞、加工工具及軸承等運動部件上的實際應(yīng)用及發(fā)展趨勢.作 者： 薛進 張九淵 作者單位：

浙江工業(yè)大學(xué),化工材料學(xué)院,浙江,杭州,310032 刊 名： 機電工程 ISTIC 英文刊名：

MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING MAGAZINE 年，卷(期)： 2004 21(12)分類號： TH145.1+1 關(guān)鍵詞： 材料 陶瓷 機標分類號： TQ1 TS1

機標關(guān)鍵詞：

功能陶瓷材料開發(fā)應(yīng)用及發(fā)展運動部件實際應(yīng)用熱能傳遞加工工具機械工業(yè)發(fā)展趨勢動力機 15.結(jié)構(gòu)陶瓷材料加工技術(shù)的新進展

綜述了近年國內(nèi)外結(jié)構(gòu)陶瓷材料加工技術(shù)的發(fā)展和最新研究成果,主要包括激光、電火花、等離子、超聲波、微波等特種加工技術(shù)、復(fù)合加工技術(shù),以及在傳統(tǒng)磨削技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的界面熱化學(xué)反應(yīng)加工、高速(超高速)磨削技術(shù)、在線電解修銳磨削技術(shù)等,旨在為促進我國的結(jié)構(gòu)陶瓷材料優(yōu)質(zhì)、高效、低成本加工技術(shù)的發(fā)展提供借鑒作用.作 者：

楊俊飛 田欣利 吳志遠 佘安英 YANG Jun-fei TIAN Xin-li WU Zhi-yuan SHE An-ying 作者單位：

裝甲兵工程學(xué)院,裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室,北京,100072 刊 名：

兵工學(xué)報 ISTIC EI PKU 英文刊名：

ACTA ARMAMENTARII 年，卷(期)： 2008 29(10)分類號： O346.4 TB32 關(guān)鍵詞：

材料合成與加工工藝 結(jié)構(gòu)陶瓷材料 加工技術(shù) 作用機理 加工效率 機標分類號： TB3 TQ1 機標關(guān)鍵詞：

結(jié)構(gòu)陶瓷材料特種加工技術(shù)磨削技術(shù)研究成果技術(shù)基礎(chǔ)反應(yīng)加工電解修銳熱化學(xué)電火花等離子超聲波超高速微波界面激光國內(nèi)成本 基金項目： 國家自然科學(xué)基金

信息檢索及利用論文寫作

班級：材料08-4 學(xué)號：0808010411 姓名：李倩 教師評語：

第二篇：壓電陶瓷的制備與應(yīng)用

壓電陶瓷的制備與應(yīng)用 【摘要】本文主要概述了國內(nèi)外關(guān)于壓電陶瓷材料的發(fā)展歷史進程和研究現(xiàn)狀，提出壓電陶瓷材料的制備方法，探討了其發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景。指出了現(xiàn)代壓電陶瓷材料正在向著復(fù)合化，薄膜化，無鉛化及納米化方向發(fā)展。該材料應(yīng)用前景廣闊，是一種極有發(fā)展?jié)摿Φ牟牧??！娟P(guān)鍵詞】 壓電陶瓷性能參數(shù) 制備方法應(yīng)用

壓電陶瓷是指把氧化物混合(氧化锫、氧化鉛、氧化鈦等)高溫燒結(jié)、固相反應(yīng)后而成的多晶體．并通過直流高壓極化處理使其具有壓電效應(yīng)的鐵電陶瓷的統(tǒng)稱，是一種能將機械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。壓電陶瓷是含高智能的新型功能電子材料,隨著材料及工藝的不斷研究和改良,壓電陶瓷的技術(shù)應(yīng)用愈來愈廣。壓電材料作為機、電、聲，光、熱敏感材料，在傳感器、換能器、無損檢測和通訊技術(shù)等領(lǐng)域已獲得了廣泛的應(yīng)用，世界各國都高度重視壓電陶瓷材料的研究和開發(fā)。

1、壓電陶瓷的性能參數(shù)（1）機械品質(zhì)因數(shù)

機械品質(zhì)因數(shù)的定義是：Qm=×2∏，他表示在振動轉(zhuǎn)換時，材料內(nèi)部能量消耗的程度。機械品質(zhì)因數(shù)越大，能量的損耗越小。機械品質(zhì)因數(shù)可以根據(jù)等效電路計算而得：Qm=,式中R1為等效電阻，Ws為串聯(lián)諧振頻率，C1為振子諧振時的等效電容。當陶瓷片作徑向振動時，可近似地表示為Qm=，式中C0為振子的靜態(tài)電容，單位F；△f為振子的諧振頻率fr與反諧振頻率fa之差，單位Hz；Qm為無量綱的物理量。（2）基電耦合系數(shù)

機電耦合系數(shù)K是綜合反映壓電材料性能的參數(shù)，它表示壓電材料的機械能與電能的耦合效應(yīng)。機電耦合系數(shù)可定義為K2=（逆壓電效應(yīng)），K2=（正壓電效應(yīng)）沒有量綱。機電耦合系數(shù)是壓電材料進行機—電能量轉(zhuǎn)換的能力反映，它與機—電效率是完全不同的兩個概念。它與材料的壓電常數(shù)、介電常數(shù)和彈性常數(shù)等參數(shù)有關(guān)，因此，機電耦合常數(shù)是一個比較綜合性的參數(shù)。（3）彈性系數(shù)

根據(jù)壓電效應(yīng)，壓電陶瓷在交變電場作用下，會產(chǎn)生交變伸長和收縮，從而形成與激勵電場頻率（信號頻率）相一致的受迫振動。對于具有一定形狀、大小和被覆工作電極的壓電陶瓷稱為壓電陶瓷振子（簡稱振子）。實際上，振子諧振時的形變是很小的，一般可以看作是彈性形變。反映材料在彈性形變范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之間的參數(shù)為彈性系數(shù)。

壓電陶瓷材料是一個彈性體，它服從胡克定律：在彈性限度范圍內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。當數(shù)值為T的應(yīng)力（單位為Pa）加于壓電陶瓷片上時，所產(chǎn)生的應(yīng)變S為S=sT、T=cS式中s為彈性柔順系數(shù)，單位m2／N，c為剛性剛度系數(shù)，單位Pa。

2、壓電陶瓷的制備過程

I、生產(chǎn)中廣泛采用的壓電陶瓷工藝，主要包括以下步驟：配料混合預(yù)燒粉碎成型排膠燒結(jié)被電極極化測試，如圖2所示。

(1)配料、球磨混合

原料選用純度高、細度小和活性大的粉料，根據(jù)配方或分子式選擇所用原料，并按原料純度進行修正計算，然后進行原料的稱量。按化學(xué)配比配料以后，使用行星式球磨機將各種配料混合均勻。實驗室常采用的是水平方向轉(zhuǎn)動球磨方式，震動球磨是另一種常用的球磨方法，此外還有氣流粉碎法等混合方法。(2)預(yù)燒、粉碎、成型、排膠和燒結(jié) 混合球磨后的原料進行預(yù)燒。預(yù)燒是使原料間發(fā)生固相化學(xué)反應(yīng)以生成所需產(chǎn)物的過程，預(yù)燒過程中應(yīng)注意溫度和保溫時間的選擇。將預(yù)燒反應(yīng)后的材料使用行星式球磨機粉碎。成型的方法主要有四種；軋膜成型、流延成型、干壓成型和靜水壓成型。軋膜成型適用于薄片元件；流延成型適合于更薄的元件，膜厚可以小于10 m；干壓成型適合于塊狀元件；靜水壓成型適合于異形或塊狀元件。除了靜水壓成型外，其他成型方法都需要有粘合劑，粘合劑一般占原料重量的3％左右。成型以后需要排膠。粘合劑的作用只是利于成型，但它是一種還原性強的物質(zhì)，成型后應(yīng)將其排出以免影響燒結(jié)質(zhì)量。燒結(jié)是將坯體加熱到足夠高的溫度，使陶瓷坯體發(fā)生體積收縮、密度提高和強度增大的過程。燒結(jié)過程的機制是組成該物質(zhì)的原子的擴散運動。燒結(jié)的推動力是顆?；蛘呔Я５谋砻婺?，燒結(jié)過程主要是表面能降低的過程。晶粒尺寸是借助于原子擴散來實現(xiàn)的。(3)被電極、極化、測量

燒結(jié)后的樣品要被電極，可選用的電極材料有銀、銅、金．鉑等，形成電極層的方法有真空蒸發(fā)、化學(xué)沉積等多種。壓電陶瓷中廣泛采用的是，在燒結(jié)后的樣品涂上銀漿，在空氣中燒制電極。為了防止空氣在高壓下電離、擊穿，極化一般是在硅油中進行。為了獲得優(yōu)良的壓電性能，需要選擇合適的電場強度，適當?shù)臉O化溫度。極化樣品放置24小時后，用壓電常數(shù)測量儀測量d33，用高頻阻抗分析儀(Agilent4294A等)測量介電常數(shù)、介電損耗、諧振頻率等。

II濺射法(sp ut tering)是利用高速運動的荷能離子把靶材上的原子(或分子)轟擊下來沉積在基片(加熱或不加熱)上形成薄膜的方法,采用射頻磁控濺射能進一步增加電子的行程,加強電離和離子轟擊效果,從而能有效提高濺射效率及薄膜的均勻性。

III、脈沖激光沉積(PLD)是80年代后期發(fā)展起來的新型薄膜制備技術(shù)。相對于其它薄膜制備技術(shù), PLD具有沉積速度快、靶材和薄膜成分一致、生長過程中可原位引入多種氣體、燒蝕物粒子能量高、容易制備多層膜及異質(zhì)結(jié)、工藝簡單、靈活性大、可制備的薄膜種類多、可用激光對薄膜進行多種處理等優(yōu)點

IV、sol-gel法是通過將含有一定離子配比的金屬醇鹽和其它有機或無機金屬鹽溶于共同的溶液中,通過水解和聚合形成均勻的前驅(qū)體———溶膠,再經(jīng)提拉、旋轉(zhuǎn)涂覆、噴涂或電沉積法等將前驅(qū)體溶膠均勻地涂覆在基片上,然后烘干除去有機物,最后退火處理得到具有一定晶相結(jié)構(gòu)的無鉛壓電陶瓷薄膜。

3、壓電陶瓷的應(yīng)用

近年來，隨著宇航、電子、計算機、激光、微聲和能源等新技術(shù)的發(fā)展，對各類材料器件提出了更高的性能要求，壓電陶瓷作為一種新型功能材料，在日常生活中，作為壓電元件廣泛應(yīng)用于傳感器、氣體點火器、報警器、音響設(shè)備、超聲清洗、醫(yī)療診斷及通信等裝置中。它的重要應(yīng)用大致分為壓電振子和壓電換能器兩大類。前者主要利用振子本身的諧振特性，要求壓電、介電、彈性等性能穩(wěn)定，機械品質(zhì)因數(shù)高。后者主要是將一種能量形式轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，要求機電耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)高。壓電陶瓷的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下表所示： 應(yīng)用領(lǐng)域

主要用途舉例

電源

壓電變壓器 雷達、電視顯像管、陰極射線管、蓋克計數(shù)管、激光管和電子復(fù)印機等高壓電源和壓電點火裝置

信號源

標準信號信號源

振蕩器、壓電音叉、壓電音片等用作精密儀器中的時間和頻率標準信號源

信號轉(zhuǎn)換

電聲換能器

拾聲器、送話器、受話器、揚聲器、蜂鳴器等聲頻范圍的電聲器件

超聲換能器

超聲切割、焊接、清洗、攪拌、乳化及超聲顯示等頻率高于20Hz的超聲器件

發(fā)射與接收

超聲換能器

探測地質(zhì)構(gòu)造、油井固實程度、無損探傷和測厚、催化反應(yīng)、超聲衍射、疾病診斷等各種工業(yè)用的超聲器件

水聲換能器

水下導(dǎo)航定位、通信和探測的聲吶、超聲探測、魚群探測和傳聲器等

信號處理

濾波器

通信廣播中所用各種分立濾波器和復(fù)合濾波器，如彩電中頻率波器；雷達、自控和計算機系統(tǒng)所用帶通濾波器、脈沖濾波器等

放大器

聲表面波信號放大器以及振蕩器、混頻器、衰減器、隔離器等

表面波導(dǎo)

聲表面波傳輸線

4、結(jié)束語

壓電陶瓷是一種重要的功能材料，具有優(yōu)異的壓電、介電和光電等電學(xué)性能，被廣泛地應(yīng)用于電子、航空航天、生物等高技術(shù)領(lǐng)域。近年來，各國都在積極研究和開發(fā)新的壓電功能陶瓷，研究的重點大都是從老材料中發(fā)掘新效應(yīng)，開拓新應(yīng)用；從控制材料組織和結(jié)構(gòu)入手，尋找新的壓電材料。特別值得重視的是隨著材料技術(shù)和工藝的發(fā)展，目前國際上對壓電材料的應(yīng)用研究十分活躍，許多新的壓電器件，包括過去認為是難以實現(xiàn)的器材也被研制出來了。隨著對材料的組成、制備工藝及結(jié)構(gòu)的不斷深入研究，更加新穎的壓電器件將不斷的映現(xiàn)出來。

【參考文獻】

[1]張沛霖，鐘維烈．壓電材料與器件物理[M]．濟南t山東科學(xué)技術(shù)出版社．1994． [2]陸雷、肖定全、田建華、朱建國.無鉛壓電陶瓷薄膜的制備及應(yīng)用研究.[3]張雷、沈建新.壓電陶瓷制備方法的研究進展.硅酸鹽通報.[4]肖定全.關(guān)于無鉛壓電陶瓷及其應(yīng)用的幾個問題.電子元件與材料.2004.材料合成與制備方法論文 壓電陶瓷的制備與應(yīng)用 院系：物理與電子工程學(xué)院 專業(yè)：材料物理 姓名：李鵬洋

第三篇：碳納米管的應(yīng)用與前景

單壁碳納米管的應(yīng)用與前景 1.SWNTs在現(xiàn)實中的應(yīng)用：

當材料尺度減少到納米量級，會產(chǎn)生在宏觀尺度上完全看不到的或者是特別優(yōu)異的性能，達到納米量級的材料會產(chǎn)生自組裝效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子效應(yīng)。1.1 儲氫材料

氫氣在未來的能源方面將扮演一個重要的角色。氫能量蘊含值高，不污染環(huán)境，資源豐富，但氫氣能源實用化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是氫氣的儲存。因SWNTs的中空部分是極好的微容器，可吸附大小合適其內(nèi)徑的各種分子，可儲存包括氫在內(nèi)的各種氣體。通過對SWNTs的吸氫過程研究發(fā)現(xiàn)，氫可能以液體或固體的形式填充到SWNTs的管體內(nèi)部以及SWNTs束之間的孔隙，純的表面活性高的SWNTs有利于儲氫。

1997年，美國可再生能源實驗室的Dillon和Heben等人首次報道了SWNTs的氫氣吸附性能。他們發(fā)現(xiàn)SWNTs在133K和40KPa的壓力下能吸附大約5%-10%（質(zhì)量分數(shù)）的氫，并指出SWNTs是目前唯一能滿足氫能源燃料電池汽車的儲氫材料。Ye等人使用高純度的SWNTs在80K和10MPa下獲得8.25%的氫吸附率。C.Liu等最近使用37%的鹽酸浸泡48h和773K真空熱處理2h的SWNTs在室溫和10-12MPa的條件下獲得了4.2%的氫吸附率（樣品如圖1所示）。我國成會明等也研究了半連續(xù)氫等離子弧制得的SWNTs經(jīng)適當預(yù)處理后，在10MPa壓力、室溫下儲氫質(zhì)量分數(shù)可達4.2%-4.7%。這些研究表明，SWNTs是一種理想的儲氫材料，具有潛在的應(yīng)用前景。

（圖1）硝酸處理后的SWNTs的SEM（掃描電子顯微鏡）照片

（圖2）吸附氫的SWNTs結(jié)構(gòu)示意圖

（a）所有氫吸附在內(nèi)表面（b）以氫分子形式穩(wěn)定存在于碳管內(nèi)部）1.2 電子領(lǐng)域的應(yīng)用——雙電層超級大容器

由于CNTs具有很好的電學(xué)性能，特別是經(jīng)高溫退火處理消除部分缺陷后的CNTs，導(dǎo)電性能更高，使得目前關(guān)于CNTs的應(yīng)用研究主要集中在電子領(lǐng)域。我們就以SWNTs來說吧。

德國物理學(xué)家亥姆霍茲（Helmhots）在進行固體與液體界面現(xiàn)象的研究中發(fā)現(xiàn)，將金屬板或其它導(dǎo)電體插入電解質(zhì)溶液時，由于庫侖力、分子間作用力或原子間作用力（共價力）的作用，使金屬表面出現(xiàn)穩(wěn)定的、符號相反的雙層電荷，稱為雙電層。對于雙電層電容器，其儲存能量的多少是由電容器電極極板的有效表面積確定，而SWNTs具有最大的比表面積和良好的導(dǎo)電性，碳納米管制備的電極，可以顯著提高雙電層電容器的電容量。雙層電容器的出現(xiàn)使得電容器的極限容量驟然上升了3-4個數(shù)量級，達到了近1000F的大容量。雙層電容器的工作原理是基于在電極與電解液界面形成所謂的雙電層的空間電荷層，在這種雙電層中積蓄電荷，從而實現(xiàn)儲能的目的。它不同于傳統(tǒng)意義上的電容器，而類似于充電電池，但比傳統(tǒng)的充電電池（鎳氫電池盒鋰離子電池）具有更高的比功率？？和更長的循環(huán)壽命（循環(huán)壽命在萬次以上）。

因此，電化學(xué)電容器在移動通訊、信息技術(shù)、電動汽車、航天航空和國防科技等方面具有極其重要和廣闊的應(yīng)用前景。例如，大功率的超級電容器對于汽車的啟動、加速和上坡行駛極具重要。它可以大大延長蓄電池的使用壽命，提高電動汽車的實用性，況且，對于燃料電動汽車的啟動都是不可少的。鑒于雙電層超級電容器的重要性，各工業(yè)發(fā)達國家都給予了高度重視。1996年歐共體制定了電動汽車超級電容器的發(fā)展計劃。美國能源部也制定了相應(yīng)的發(fā)展超級電容器的研究計劃。我國清華大學(xué)的馬仁志等人采用催化裂解內(nèi)烯和氫氣的混合氣體制備碳納米管原料，并通過添加粘合劑或經(jīng)高溫加壓的工藝手段制備碳納米管的固體電極，再加入硫酸水溶液做電解質(zhì)，成功地制備出超級電容器。

碳納米管在電子領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。如可作為導(dǎo)線、開關(guān)盒記憶元件，應(yīng)用于微電子器件。利用碳納米管的量子效應(yīng)，在分子水平上對其進行設(shè)計和操作，可以推動傳統(tǒng)器件的微型化。另外，碳納米管具有很好的導(dǎo)電性，可以避免因電極材料的電阻極化對電池性能產(chǎn)生不利影響。因此，采用碳納米管作為負極材料有利于提高鋰離子電池的放電容量、循環(huán)壽命和改善電池的動力學(xué)性能等。

雙電層電容器電荷 及電位分布示意圖

（圖3）

1.3 碳納米復(fù)合材料：尼龍-66/SWNTs 隨著SWNTs合成和生成技術(shù)的不斷發(fā)展，SWNTs復(fù)合材料的實際運用已近在咫尺。SWNTs的優(yōu)良性能可望開辟諸多新穎的應(yīng)用領(lǐng)域，諸如，新型導(dǎo)電高分子材料、多功能聚合物復(fù)合材料、導(dǎo)電金屬基復(fù)合材料以及高斷裂應(yīng)力陶瓷材料等等。而SWNTs是最有特征的一維納米材料，具有非常獨特、十分完美的微觀結(jié)構(gòu)和非常大的長徑比，且表面積大、柔韌性好，在分子水平上與基質(zhì)通過化學(xué)鍵連接因此能夠被拉伸。

就以尼龍-66/SWNTs復(fù)合材料來說吧。尼龍-66（簡稱PA6,6）是一種具有較高力學(xué)性能的縮水聚合型高分子材料，在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中得到廣泛應(yīng)用。Haggenmueller等原位界面聚合的方法制備了PA6,6/SWNTs復(fù)合材料。SWNTs分別為純化的、功能化修飾的和表面活性劑穩(wěn)定的三種，分別用紅外、拉曼和TG表征了SWNTs的修飾情況，分散性用光學(xué)顯微鏡觀察，結(jié)果顯示功能化的碳納米管和表面活性劑穩(wěn)定的碳納米管在溶劑里面的分散性都得到了提高，僅功能化的SWNTs在復(fù)合材料中顯示了較好的分散性，純化的和表面活性劑分散的SWNTs在復(fù)合材料中碳納米管出現(xiàn)團聚，弱的剪切還導(dǎo)致了SWNTs的凝絮.其實，碳納米管復(fù)合材料的范圍是很大的。我們這里只不過是列舉其中的一鐘著重介紹罷了。例如，碳納米管/金屬基復(fù)合材料就是將碳納米管與金屬基體復(fù)合。它包括碳納米管/鐵基復(fù)合材料、碳納米管/鋁基復(fù)合材料、碳納米管/鎳基復(fù)合材料等。碳納米管/金屬基復(fù)合材料具有高強度、良好的抗疲勞性能、高抗沖擊性以及重量輕等優(yōu)點。然而，由于其成本相對較高，限制了它的應(yīng)用，至今主要應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空和航天工業(yè)。

不過，近年來，碳納米管復(fù)合材料的研究重點已轉(zhuǎn)移到高分子碳納米管復(fù)合材料方面，在提高高分子材料力學(xué)性能方面已取得一定進展。如CNTs/PMMA復(fù)合材料。PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）是一種被廣泛使用、歷史較長的加聚高分子材料。由于CNTs具有較好的導(dǎo)電性能，使得CNTs/PMMA復(fù)合材料的表面電阻率與體積電阻率隨復(fù)合材料中CNTs含量的增加而減低，最大減幅達4個數(shù)量級，具有一定的抗靜電作用。

（圖4）

改進原位法復(fù)合的復(fù)合材料

拉斷后掃描電子顯微鏡照片

1.4 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

生物分子如核酸和蛋白質(zhì)攜帶著生命過程的重要信息。在生物醫(yī)學(xué)研究和衛(wèi)生保健中，人們非常希望獲得在分子水平上檢測和運輸特定物質(zhì)或載體的能力。而當材料達到納米尺度時，其大小接近生物分子，它們直接與單個生物分子作用，這與傳統(tǒng)的宏觀和微觀器件處理相對大量的分子集合不同。

作為納米材料，SWNTs的空腔管體可容納生物特異性分子和藥物，優(yōu)良的細胞穿透性能使其作為載體運送生物活性分子及藥物進入細胞或組織。原始的碳納米管不溶于任何溶劑，而功能化修飾可改善碳納米管的溶解性和生物相容性，故可攜帶蛋白、多肽、核酸和藥物等分子，亦可作為治療載體在癌癥治療、生物工程和基因治療等領(lǐng)域展現(xiàn)出了令人矚目的應(yīng)用前景。

SWNTs可作為生物傳感器。碳納米管是傳感器件的關(guān)鍵部分，它們在制造過程中被直接或間接地集成到器件中。迄今為止，人們使用了從先進的微納加工或者是性質(zhì)隨特定生物活動而變化的感應(yīng)元件，或者是將信號傳遞給測量單元的轉(zhuǎn)換元件。生物傳感器的原理是使用碳納米管來探測單個活細胞內(nèi)的生物化學(xué)環(huán)境或探測單個生物分子。碳納米管探針可以附著在細長的電極尖端進行電學(xué)、電化學(xué)和電生理學(xué)測量。

除了上述應(yīng)用外，由于碳納米管的體積可以小到10-5mm3，醫(yī)生可以向人體血液里注射納米碳管潛艇式機器人，用于治療心臟病。一個皮下注射器能夠裝入上百萬個這樣的機器人。它們從血液里的氧化和葡萄獲取能量，按編入的程序刺探周圍的物質(zhì)。如果碰上的是紅血球等正常的組織細胞，識別出來后便不予理會。當遇到沉積在動脈血管壁上的膽固醇或病毒時，就會將其打碎或消滅，使之成為廢物通過腎臟排除。微型機器人可以使外科手術(shù)變得更為簡單，不必用傳統(tǒng)的開刀法，只需在人體的某部位上開一個極小的孔，放入一個極小的機械即可。這一切都是人眼所不能看到的。美國哈佛大學(xué)的Lieber等人研制出一種微型納米鉗，有望成為科學(xué)家和醫(yī)生操作生物細胞、裝配納米機械進行微型手術(shù)的新工具。

1.5前景

作為當今材料科學(xué)領(lǐng)域的明星材料之一，SWNTs獨特的結(jié)構(gòu)以及其獨特的性能揭示了它在各個領(lǐng)域的潛在價值。它的一些特殊的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)，在新型功能材料和電子器件方面存在巨大的應(yīng)用前景，因而人們對它產(chǎn)生了極大的研究興趣，已成為全世界的研究熱點，并給整個社會帶來不可估量的利益和影響。

諾貝爾獎獲得者的C60發(fā)現(xiàn)者之一R.E.Smalley稱：“碳納米管將是價格便宜，環(huán)境友好并為人類創(chuàng)造奇跡的新材料。”

現(xiàn)將碳納米管的可能應(yīng)用領(lǐng)域簡單整理一下：

（圖5）

盡管碳納米管已取得巨大的應(yīng)用與展示出不可估量的前景。但它也面臨著幾個問題，使得其不能真正的得到工業(yè)運用。一是，如何實現(xiàn)高質(zhì)量碳納米管的連續(xù)批量工業(yè)化生產(chǎn)。碳納米管的制備現(xiàn)狀大致是：MWNTs能較大量生產(chǎn)，SWNTs多數(shù)處于實驗室研制階段，某些制備方法得到的碳納米管生長機理還不明確，對碳納米管的結(jié)構(gòu)（管徑、管長、螺旋度、壁厚等）還不能做到任意調(diào)節(jié)和控制，影響碳納米管的產(chǎn)量、質(zhì)量及產(chǎn)率的因素太多（如催化劑顆粒的大小、碳源的種類、溫度、混合氣體的種類及比例等），使制得的碳納米管都存在雜質(zhì)高、產(chǎn)率低等缺點，還沒有高效的純化碳納米管的方法。二是，如何更深入研究碳納米管實際應(yīng)用問題。例如，在常溫常壓下如何解析氫氣及加快其儲氫放氫速度。再如，如何提高碳納米管吸附容量的穩(wěn)定性和吸附壓力的敏感性。再如，怎樣才能，制備出性能更為優(yōu)異或能預(yù)期其性能的碳納米管復(fù)合材料。

另外，碳納米管對人體存在一定的毒性作用，目前研究主要集中在肺臟毒性和細胞毒性，表現(xiàn)為可引起肺臟炎癥、肉芽腫和細胞凋亡、活力下降、細胞周期改變等。其毒力大小與碳納米管的特性有關(guān)，如結(jié)構(gòu)、長度、表面積、制備方法、濃度、劑量等，毒性作用機制可能與氧化應(yīng)激有關(guān)。

第四篇：陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

陶瓷壓力傳感器原理及應(yīng)用

工作原理：抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個惠斯通電橋閉橋，由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，標準的信號根據(jù)壓力量程的不同標定為2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和應(yīng)變式傳感器相兼容。通過激光標定，傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時間穩(wěn)定性，傳感器自帶溫度補償0～70℃，并可以和絕大多數(shù)介質(zhì)直接接觸。

陶瓷是一種公認的高彈性、抗腐蝕、抗磨損、抗沖擊和振動的材料。陶瓷的熱穩(wěn)定特性及它的厚膜電阻可以使它的工作溫度范圍高達-40～135℃，而且具有測量的高精度、高穩(wěn)定性。電氣絕緣程度>2kV，輸出信號強，長期穩(wěn)定性好。高特性，低價格的陶瓷傳感器將是壓力傳感器的發(fā)展方向，在歐美國家有全面替代其它類型傳感器的趨勢，在中國也越來越多的用戶使用陶瓷傳感器替代擴散硅壓力傳感器。

第五篇：陶瓷的分類及其應(yīng)用

陶瓷的分類及其應(yīng)用

(一)按瓷種分類

目前市場上流通的主要有日用瓷器、骨灰瓷器、玲瓏日用瓷器、釉下（中）彩日用瓷器、日用精陶器、普通陶瓷和精細陶瓷烹調(diào)器等。除骨灰瓷外，其余產(chǎn)品又按外觀缺陷的多少或幅度的大小分為優(yōu)等品、一等品、合格品等不同等級。

(二)按花面裝飾方式分類

按花面特色可分為釉上彩、釉中彩、釉下彩和色釉瓷及一些未加彩的白瓷等。釉上彩陶瓷就是用釉上陶瓷顏料制成的花紙貼在釉面上或直接以顏料繪于產(chǎn)品表面，再經(jīng)700~850℃烤燒而成的產(chǎn)品。因烤燒溫度沒有達到釉層的熔融溫度，所以花面不能沉入釉中，只能緊貼于釉層表面。如果用手觸摸，制品表面有凹凸感，肉眼觀察高低不平。

釉中彩陶瓷彩燒溫度比釉上彩高，達到了制品釉料的熔融溫度，陶瓷顏料在釉料熔融時沉入釉中，冷卻后被釉層覆蓋。用手觸摸制品表面平滑如玻璃，無明顯的凹凸感。

釉下彩陶瓷是我國一種傳統(tǒng)的裝飾方法，制品的全部彩飾都在瓷坯上進行，經(jīng)施釉后高溫一次燒成，這種制品和釉中彩一樣，花面被釉層覆蓋，表面光亮、平整，無高低不平的感覺。

色釉瓷則在陶瓷釉料中加入一種高溫色劑，使燒成后的制品釉面呈現(xiàn)出某種特定的顏色，如黃色、蘭色、豆青色等。

白瓷通常指未經(jīng)任何彩飾的陶瓷，這種制品市場上銷量一般不大。

以上不同的裝飾方式，除顯示其藝術(shù)效果外，主要區(qū)別鉛、鎘等重金屬元素含量上。其中釉中彩、釉下彩和絕大部份的色釉瓷、白瓷的鉛、鎘含量是很低的，而釉上彩如果在陶瓷花紙加工時使用了劣質(zhì)顏料，或在花面設(shè)計上對含鉛、鎘高的顏料用量過大，或烤燒時溫度、通風條件不夠，則很容易引起鉛、鎘溶出量的超標。

（三）按用途的不同分類

1、日用陶瓷：如餐具、茶具、缸，壇、盆、罐、盤、碟、碗等。

2、藝術(shù){工藝}陶瓷：如花瓶、雕塑品．園林陶瓷 器皿 陳設(shè)品等。

3、工業(yè)陶瓷：指應(yīng)用于各種工業(yè)的陶瓷制品。又分以下6各方面： ①建筑一衛(wèi)生陶瓷： 如磚瓦，排水管、面磚，外墻磚，衛(wèi)生潔其等；

②化工{化學(xué)}陶瓷： 用于各種化學(xué)工業(yè)的耐酸容器、管道，塔、泵、閥以及搪砌反應(yīng)鍋的耐酸磚、灰等；

③電瓷： 用于電力工業(yè)高低壓輸電線路上的絕緣子。電機用套管，支柱絕緣于、低壓電器和照明用絕緣子，以及電訊用絕緣子，無線電用絕緣子等；

④特種陶瓷： 甩于各種現(xiàn)代工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)的特種陶瓷制品，有高鋁氧質(zhì)瓷、鎂石質(zhì)瓷、鈦鎂石質(zhì)瓷、鋯英

石質(zhì)瓷、鋰質(zhì)瓷、以及磁性瓷、金屬陶瓷等。

（二）按所用原料及坯體的致密程度分類可分為：

粗陶（brickware or terra-cotta），細陶（potttery），炻器（stone Ware），半瓷器（semivitreous china），以至瓷器（130relain），原料是從粗到精，坯體是從粗松多孔，逐步到達致密，燒結(jié)，燒成溫度也是逐漸從低趨高。

（四）陶瓷的應(yīng)用

陶瓷制品種類繁多，其中主要用于建筑裝飾工程中的陶瓷制 品有以下幾類。

（l）琉璃制品（琉璃瓦）琉璃制品是用優(yōu)質(zhì)粘土塑制成型后燒成的，表面上釉，釉的顏色有黃、綠、黑、藍、紫等色，富麗堂皇，經(jīng)久耐用。琉璃瓦多用于民 族色彩的宮殿式大屋頂建筑中。

琉璃瓦主要有兩種形式：筒瓦與板 瓦。其它屋面用的琉璃瓦為屋脊、獸頭、人物、寶頂?shù)取３糜谖菝?外，通過造型設(shè)計，已制成的有花窗、欄桿等琉璃制品，廣泛用于庭 院裝飾中。

（2）陶瓷墻地磚 陶瓷墻地磚是釉面磚、地磚與外墻磚的總稱。地磚中包括錦磚（馬賽克）、梯沿磚、鋪路磚和大地磚等。外墻磚包括彩釉外墻磚和 無釉外墻磚。

釉面磚是用于建筑物內(nèi)墻裝飾的薄板狀精陶制品，有時也稱 為瓷片。釉面磚的結(jié)構(gòu)由兩部分組成，即坯體和表面釉彩層。釉面 磚按正面形狀分為正方形磚、長方形磚和異型配磚三種。按表面釉 的顏色分為單色（含白色）磚、花色磚和圖案磚三種。異型配磚主要 用于墻面陰陽角及各種收口部位，對裝飾效果影響較大。

用釉面磚 裝飾建筑物內(nèi)墻，可使建筑物具有獨特的衛(wèi)生、易清洗和清新美觀 的建筑效果。外墻面磚是指用于建筑物外墻的陶質(zhì)或煙質(zhì)建筑裝飾磚。外 墻面磚有施釉和不施釉之分。從外觀上看，表面有光澤或無光澤，或表面光且平和表面粗糙，也就是具有不同的質(zhì)感。

外墻面磚的顏 色有紅、黃、褐等。外墻面磚堅固耐用、色彩鮮艷、易清洗、防火、防 水、耐磨、耐腐蝕、維修費用低，外墻面磚是高檔飾面材料，一般用 于裝飾等級要求較高的工程，它不僅可以防止建筑物表面被大氣 侵蝕，而且可使立面美觀。但外墻飾面的不足之處是造價偏高、工 效低、自重大。地磚又稱防潮磚或缸磚，有不上釉的也有上釉的，形狀有正方 形、六角形、八角形、葉片形等。

地磚表面平整，質(zhì)地堅硬，耐磨、耐 壓、耐酸堿、吸水率小；可擦洗，不脫色不變形；色釉豐富，色調(diào)均 勻，可拼出各種圖案。新型的仿花崗巖地磚，還具有天然花崗巖的 色澤和質(zhì)感，經(jīng)磨削加工后表面光亮如鏡。梯沿磚又稱防滑條，它堅固耐用，表面有凸起條紋，防滑性能 好，主要用于樓梯，站臺等處的邊緣。陶瓷錦磚也稱馬賽克或紙皮磚，是由有多種顏色和多種形狀 的錦磚按一定圖案反貼在牛皮紙上而成。

它具有抗腐蝕、耐磨、耐 火、吸水率小、抗壓強度高、易清洗和永不褪色等優(yōu)點，而且質(zhì)地堅 硬、色澤多樣，加之規(guī)格小，不易踩碎，因而是建筑裝飾中常用的一 種材料。

（3）陶瓷壁畫 陶瓷壁畫是以陶瓷面磚、陶板、錦磚等為原料而制作的具有較 高藝術(shù)價值的現(xiàn)代裝飾材料。它不是原畫稿的簡單復(fù)制，而是藝術(shù) 的再創(chuàng)造。它巧妙地運用繪畫技法和陶瓷裝飾藝術(shù)于一體，經(jīng)過放 樣、制版、刻畫、配釉、施釉、燒成等一系列工序，采用浸點、涂、噴、填等多種施釉技法和豐富多彩的窯變技術(shù)而產(chǎn)生出神形兼?zhèn)?、?奪天工的藝術(shù)效果。陶瓷壁畫既可鑲嵌在高層建筑上，也可陳設(shè)在公共場所，如候 機室、候車室、大型會議室、會客室、園林旅游區(qū)等地，給人以美的 享受。北京地鐵的建國門車站鑲嵌著一幅面積達180m’的特大型 陶板壁畫一《天文縱橫》。

（4）衛(wèi)生潔具 衛(wèi)生潔具是現(xiàn)代建筑中室內(nèi)配套不可缺少的組成部分。陶瓷 質(zhì)衛(wèi)生潔具是傳統(tǒng)的衛(wèi)生潔具，主要有洗面器、浴缸、大便器等。

（5）瓷磚，所謂瓷磚，是以耐火的金屬氧化物及半金屬氧化物，經(jīng)由研磨、混合、壓制、施釉、燒結(jié)之過程，而形成之一種耐酸堿的瓷質(zhì)或石質(zhì)等之建筑或裝飾之材料，主要用于室內(nèi)室外都使用瓷磚進行裝飾，譬如：地面、墻面、臺面、壁爐、噴泉以及外墻等等。