复合材料应用研究

复合材料应用研究（8篇）

1.复合材料应用研究 篇一

可重复使用运载器复合材料低温贮箱应用研究

轻质高强度低温贮箱是发展可重复使用运载器 (RLV) 的关键技术之一.本文论证了聚合物复合材料作为低温贮箱材料的必要性和可行性,介绍了复合材料低温贮箱的.研制现状,对聚合物基体和纤维选择、设计技术、复合材料的成型及其性能测试等进行了探讨,指出了复合材料低温贮箱的发展趋势,并就我国复合材料低温贮箱的发展给出了建议.

作 者：于建 晏飞 Yu Jian Yan Fei 作者单位：上海空间推进研究所,上海,33刊 名：火箭推进英文刊名：JOURNAL OF ROCKET PROPULSION年，卷(期)：35(6)分类号：V421.3关键词：复合材料 低温贮箱 可重复使用运载器

2.复合材料应用研究 篇二

由于经济的快速发展与城市化进程的日益加快, 产生许多工业、生活废品材料, 这些材料由于回收与利用不当, 对环境造成重大的影响。利用废品材料进行艺术创作就是在强调作品与自然、环境的和谐关系; 一方面, 它具备一定的审美形式, 给人一种审美的感受;另一方面它具有生态效应, 对废品材料重新诠释与利用, 对环境和生态保护起到积极的提示作用。

通过对废品材料的分析研究, 使我们深刻认识到废品材料的再利用价值。确立与公共艺术材料研究有关的命题。将废弃的材料重新利用, 提高物体再次利用的价值, 获得一种更高的上升空间, 从而也获得一种更好的追求, 在与环境的融合中获得二次成长的空间, 这种空间的模式需要不断积淀和扩大, 最终形成一个拿得出去的优秀的作品。

对废品材料利用的分析与研究证明, 发现废品材料在公共艺术设计中的可行性, 它本身具备独特的材料特性与美的属性, 具有社会发展的时代魅力特征。一个社会时代的特征需要与它的文化相吻合, 和背景接壤, 和人群联姻, 这样才能创作出比较优秀的作品。公共艺术家也需要这样的空间来填补这样的空缺, 让作品获得长生和共鸣。

分析废品材料在艺术创作中成功案例, 总结出废品材料在公共艺术创作中的思路与方法, 提供废品材料在公共艺术设计中创新应用的解决途径。这种解决途径需要多方面因素的配合, 需要对材料特性的熟练掌握, 对周围环境的熟悉, 对文化背景因素的综合衡量, 而这些都需要做足功课, 并朝着一个既定的方向努力, 最终达到目标。

随着经济的快速发展与城市化进程的日益加快, 导致一系列环境问题的出现, 艺术家纷纷通过艺术来传递生态保护的主题。许多研究者试图通过对材料的研究, 用各种方法去缓和日益严重的环境问题, 已研究的课题主要包括:

1、废品材料的循环利用 ;

2、废品材料的再生性 ;

3、减少能量消耗 ;

4、废弃物的最少化 ;

5、绿色生产技术 ;

但这些对于废品材料利用的研究多运用于工业产品设计方面, 而在公共艺术设计方面的应用研究非常的缺乏。废品材料虽然失去了原有的使用功能, 看似已无任何利用价值, 但其本身仍具潜在美的属性, 这需要我们从看似无用的材料中挖掘美的元素与可利用的方面。在不同的领域和空间中设计与创作废品材料作品。通过这些作品, 唤醒人们爱护地球、珍惜环境的意识, 传播人类同属于一个地球村的生活体验。中国的经济增长由之前的以牺牲环境为代价的增长模式, 到现在以科技和文化为软实力的经济增长模式, 也在一定的程度上对中国的经济提出一定的要求, 对艺术提出一定的要求, 也对我们的奋斗方向指明了方向。公共艺术也需要在一个绿色的环境中生长、发芽、结果。在这样的过程中我们应该抓紧时代的脉搏, 将节约型经济融入到新的艺术经济增长模式中去, 在这种模式中我们发现自己的方向并获得长足的进步。

“拾来材料”的提出对废品材料在公共艺术应用的启示: 在“拼贴”式的创作中毕加索明确提出了“拾来的材料”的概念, 也就是对废旧物品的使用。1941年以后, 毕加索产生了多才多艺的新的灵感, 他经常有幸地拿起他捡的骨头或石头从而获得启发, 把这些材料做成一个小雕塑。他把一个奇妙的没用的东西变成一个充满活力的盟军生物。不管是弯曲的线, 或瓶盖, 还是老香烟盒, 已经成为一个充满活力的形象, 如舞蹈形式, 鸡, 鱼, 或者是鸽子拍打的翅膀。即使是肮脏和皱巴巴的纸, 一旦被他的香烟燃烧殆尽后出现两个洞, 这种形象也会让人联想到一个人的脸部, 这种对现成材料的再次加工获得了一种新的视觉形象, 也可以说是一种新的艺术作品。

而在所有这些新成果中, 以极大的简化而著名的毕加索, 他的作品表现的是一头造型简洁的牛, 其实就是一个废弃自行车的鞍座, 并与把手放在一起成为一个出名的作品。 这是一个简单的游戏但也非常有趣, 如果要使他们有意义的, 必须以对象的形式来创建各种微妙的含义, 并使它们极具意义。对它们有极好的了解, 这对于一个西班牙艺术家来说, 牛作为西班牙民族精神的象征, 具有特殊的文化意义。

有些人往往会带来一些奇石, 给予各种不同的解释, “但是”, 他说, “他们经常被解释错了, 有两个孩子昨天带来了一块巨石, 说这是狗的头部, 后来我指出, 这其实是一台打字机。”根据他的看法, 对象的性质是经常变动的, 这可能促使毕加索探索周围事物的形状, 他借这些东西的形状, 这些方法的应用, 以发现各种形状。毕加索的创造力以他独特的一种及时和适当的灵敏度结合在一起发挥作用, 从而使最平凡的材料进入一个新的雕塑艺术。废弃的物件在人们的眼中显然是毫无生气的地方, 毕加索却不需要任何技能, 只给出了一个神奇的生命, 将这些物件变成了有生命力的艺术作品。

雕塑牛头就是那个时期的代表作品。 “牛头”所用的材料都是现成的对象, 也就是说, 一个马鞍和一个车把。这些现成的物件落入他的手中, 激发了他的想象力, 他巧妙地构思这个作品。他的朋友迈克尔 · 利斯看后半开玩笑地对他说:“那是不够的, 你应该能够拿起一个大木头发现那是一只鸟”, 而为这个新的作品, 是向毕加索表示祝贺的, 这是后来有广泛影响的“READY MAKE”现成品雕塑, 毕加索是这个领域中的艺术先驱。

“集合艺术”的产生对废品材料在公共艺术应用的启示: 20世纪50年代西方出现的集合艺术是废品艺术和垃圾艺术的史学称谓, 指以实物拼凑而成, 以人们非认定的艺术材料, 未经加工的工业材料和现成实物装配的艺术。这种形式也在一定程度上拓宽了艺术的范畴, 使艺术以新的形式呈现在受众的眼前, 就是这样的形式也让很多艺术家创造出属于自己符号的艺术作品。

废品材料应用于公共艺术具有审美价值的体现, 文化价值的体现和社会价值的体现, 这些特点都是在作品本身的性情上流露出来的, 也是需要创作者去发掘和创造的。

参考文献

[1]黄浩.浅析玻璃材料语言在公共艺术中的运用及前景.中央美术学院研究生论文[J], 2010

3.定格动画材料应用研究 篇三

定格动画的发展过程，也是材料应用不断创新的发展过程。当下，定格动画作为一种特殊的定格动画与二维动画、三维动画共同构成了现代动画的三大门类。

定格动画是以材料为媒介去表现视觉语言，从早期的纸质到现在的3D打印材料或电脑虚拟材料，都是通过选用的材料去呈现主题。

[关键词]定格动画 材料 应用 创新 视觉效果

定格动画与二维动画、三维动画共同构成了现代动画的三大门类。定格动画的发展过程，也是材料应用不断创新的发展过程。材料是定格动画的物质基础，经历100多年的不断发展，人们的欣赏随着时代不断变化，定格动画这门古老的艺术也随之适应时代与科技的进步，在材料应用上不断创新，继续保持着它独特的艺术生命力。

一、定格动画的概念与发展

（一） 定格动画的基本概念

定格动画是通过逐格拍摄实体角色，包括有生命和无生命的物体，经过整理后再连续播放过程中的仿佛活起来。定格动画的最大特点是可触摸的现实材料进行拍摄，通过灯光的设置，后期制作等一系列的步骤，把无生命的角色变为有生命力的角色。定格动画出现的时间比手绘动画早，在当下，无论科技如何发展，它作为一门古老而又不断发展的动画形式，与现在非常热门的三维动画、基础广泛的二维动画组成了现代三大门类的动画形式。

（二）定格动画的发展历程

定格动画的发展历程有110多年了。据资料可查，在19世纪末的1896年，乔治·梅里耶发明了很多定格动画的表现技巧，尤其是停机替换的拍摄技巧。20世纪50年代到80年代，中国定格动画如木偶有《神笔马良》《阿凡提的故事》等，中国定格动画尤其是水墨动画，在国际动画史上上占有重要地位和享有盛誉。

定格动画是代替演员无法扮演幻想角色的唯一手段。如1933年的《金刚》、如著名科幻片《帝国反击战》用模型定格特技拍摄的巨大的机械兽形战车，以非常震撼的视觉效果征服影迷。如在拍摄《侏罗纪公园》成功后，电脑科技不断发展，脑动画开始主宰电影特技。直到1993年演出的定格动画《圣诞夜惊魂》，轰动动画界，这是美国鬼才蒂姆·伯顿推出这部造型绝妙完美结的木偶的影片里，在角色、场景材料制作都是定格动画史上一大的突破，视觉效果十分惊人。上世纪80年代阿德曼公司作品《华莱士和阿高》系列定格动画也大获成功；如2000年英国的《小鸡快跑》、2005年美国的《僵尸新娘》、2006年英国的《皮特与狼》、2007年加拿大的《坐火车的女人》、2009年美国的《鬼妈妈》、2009年澳大利亚的《玛丽与马克斯》、2012年美国的《通灵男孩》、2012年英美的 《神奇海盗团》）等，都以精彩的视觉取得成功，继续演绎着定格动画传奇的独特魅力。

（三）定格动画的现状

在今天高科技的时代，作为古老而独特的定格动画依然受到观众的喜爱。每年几乎都有新经典作品出现，世界性的定格动画热潮将继续延下去。

在中国，20世纪50年代至80年代有出品100多部优秀定格动画作品，但在90年代开始因为电脑动画技术的兴起与成熟，被误解为可以解决一切技术效果良方，使定格动画跌入低谷时期。但近10年来，人们渐渐回归重新认识到定格动画的魅力与个性，又开始去研究与重视。如国产定格动画《木木部落》52集原创木偶动画系列片出口欧洲五国的好业绩。北京电影学院创作了定格动画《色特拉尔传奇》，为高校定格动画教学起示范作用。在欧美近10多年来，定格动画电影《鬼妈妈》）让定格动画上升到了一个新的高度，是手工制作和电脑CG技术完美的结合的新开始。后来的《神奇海盗团》《玛丽与马克斯》等定格动画更是精彩了。

二、定格动画的类型与材料应用

材料是定格动画的主体，不同材料的应用往往决定着定格动画视觉效果成败关键。在定格动画影片中，无论在角色与场景的制作、骨架所选用材料、辅助材料等，都离不开与材料打交道。然而，任何材料都可以用来制作定格动画，可以用自然界的原材料，也可以用人工制造材料，也可以用高科技材料等等。

（一）立体类定格动画的类型与材料

1、黏土定格动画

黏土定格动画，主要采用粘土为主，或其他可塑性材料，如泥土、天然泥、橡皮泥、石蜡、软陶以及香口胶等材料制作。粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，一种广泛分布的胶态无光泽有粘性的土，可变性强，潮湿时是可塑的焙烧后是坚硬的，是定格动画最常用材料进行艺术造型。

黏土动画是历史悠久的动画类型，如2000年制作著名影片《小鸡快跑》就是一部黏土定格动画影片， 2005年推出了电影长度《超级无敌掌门狗：人兔的诅咒》，2009年澳大利亚出品《玛丽和马克斯》也一部十分经典的粘土定格动画片。如我国黏土动画也在发展中，黏土动画谐趣影片《警察与小偷》反应很好。

木偶定格动画

木偶定格动画也叫偶形定格动画，主要采用木料、布料、塑料、橡胶、金属骨架等材料制作。

木动偶画是定格动画的主流类型，木偶角色骨架一般用金属为基础，再用其合他综材料进行全身体制作，但木偶具有表演方便和耐用。作为木偶定格动画以立体的木偶进行拍摄的悠久品种，在材料应用方面具有真实、亲切等特点。如《圣诞夜惊魂》和《僵尸新娘》中每一个人偶制作都是十分逼真，活灵活现，在舞台上表演，每一个动作细节如真人在舞台上表演一样精彩。中国的木偶定格动画片有早期的《阿凡提》到近年的一部国产木偶动画片《木木部落》都有所发展。

模型定格动画

模型定格动画是以逼真的模型为角色用逐格拍摄的方式制作的动画，使用材料常用模型、支架、金色等。

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用模型定格动画的早期代表影片有《金刚》、《帝国反击战》、《杰森和亚尔古的英雄们》等，如《金刚》在1931年，奥布莱恩受雇负责制作一部描写巨型类人猿的影片，我们看到高大威猛的金刚大猩猩，其实高度只不过是18英寸高模型而已。这只金刚内部的制作材料有钢骨架及近100个零件；外部为了追求逼真，运用的材料有棉花、兔子毛等多种综合材料来制作。

实体定格动画

实体是指可触知的、有形的真实的具体的东西。实体定格动画是指使用玩偶、玩具、玩具机器人、积木或生活用品来制作定格动画。如阿德曼的公司形象宣传片，定格动画《椅子红了》以人或实物为拍摄材料的一种动画影片；实体物体进行拍摄的定格动画会取得真实可信、亲切的视觉效果。

（二）平面类型的定格动画与材料

相对立体类型的定格动画而言，平面类型的定格动画的材料应用也呈现出另一番视觉效果，以下是以平面类型的定格动画材料应用研究。

纸定格动画

纸定格动画可分为剪纸、折纸与纸雕动画，主要采用和纸有关纸浆材料来制作。

纸质定格动画具有平面表面光滑、白度、厚薄均匀、伸缩性小、对油墨的吸收等特点；纸质的颜色可以染色，其色彩千变万化，可以创造任何颜色。纸质定格动画吸取皮影戏装配关节以操纵人物动作的经验，制成平面关节的纸偶。也可以通过平面镂雕、绘制、剪形等手段去塑造角色，也可以用各种不同颜色和材质去体现主题。如中国第一部剪纸动画片《猪八戒吃西瓜》的角色造型具有民间剪纸风格。纸定格动画十分具有魅力，也是动画爱好者不停的探索和表现的喜爱类型动画形式。

水墨定格动画

水墨定格动画，是中国独创的品种，在世界动画史是独树一帜的动画形式。以宣纸和水墨为材料，创作出具有中国文化传统和意境的动画形式出来。早在六十年代初，中国第一部水墨动画片《小蝌蚪找妈妈》在上海美影厂诞生。该片一问世便轰动全世界动画界。还有后来的《牧笛》、《山水情》等水墨定格动画都在国际上取得荣誉和大奖。

沙定格动画

沙定格动画是以细沙为材料，在一块打前光灯或是背光的玻璃上来绘制各种图像，然后逐格拍摄下来，以此来制作动画。沙定格动画的材料衍生很大品种，如大米、小米、豆子、细石头等。沙动画风格独特、表现细腻、色调单纯，有其它动画形式难以表达的效果。如加拿大导演克·赫德曼于1977年创作还有获得第50届奥斯卡最佳动画短片《沙堡》完成，以沙为材料的稚朴造型、流畅的情节设置，犹如儿童的创造，天真随意中又充满了对未来的憧憬。我国的沙动画《问佛》在表达形式上很有中国艺术特色。

玻璃定格动画

玻璃定格动画是在玻璃上绘制动画，一般采用油画颜料来制作，也有用一些树胶水彩画。制作出的动画具有油画的效果十分具有艺术感。

俄罗斯的历山大·佩特洛夫就采取这方面的技术拍摄海明威的经典小说《老人与海》的20分钟的玻璃定格动画，该作品通过对玻璃上的湿油彩进行调整来拍摄下一祯画面。在整部部影片中，该过程重复进行了29000次，这项辛苦的工作持续了将近三年，无一失误。最后夺得2000年奥斯卡奖最佳动画短片奖。

（三）定格动画的角色材料应用

在许多经典定格动画的角色给人深刻印象，材料与工艺起到决定性作用。选用材料的质感、形态、色彩、肌理对角色塑造有决定性影响。下面，按定格动画的角色类型、骨架和材料分别研究。

1、角色类型材料

定格动画的角色制作材料传统偶形和专业偶形；按角色使用材料来分，有粘土偶形、木偶偶形、剪纸偶形、模型偶形、塑胶偶形等。

角色的尺寸比例

角色的尺寸的大小比例和其它角色、场景的比例相对应，从制作成本来看，制作尺寸越大，用材料就越多，消耗时间久越长，成本就越大。所以角色在拍摄中最大程度有清晰度、质感细节能体现为准，偶形与真人比例尺寸为1：6，通常拍摄的偶像高是6至50厘米之间。但有时要拍局部特写，那需要制作大比例的局部。如《僵尸新娘》中的偶形在30至40厘米之间。

角色偶形的结构组成

偶形分为专业偶形和传统偶形，偶形的结构首先要考虑的是能“动起来”，是局部动起来还是各个关节都要动起来，或不需要动，这都有对应制作要求。偶形的结构是由骨架材料、固定材料、表面材料等各部分组成。偶形制作简单或复杂要视整个剧本要求、成本的预算而定。

（2）角色的工具材料准备

偶形制作的工具与材料准备必不可少。设备要准备如机床、电脑雕刻机、恒温烘箱、台钻和3D打印机等；工具类要准备如雕刻刀、射枪、毛刷、喷色枪等；材料类准备如铝丝、橡皮泥、玻璃珠、树脂粘土、石膏等等。在准备的工具材料中，有的是必须的，有的可以替代的，有的可以在市场上买到的，有的必须自己动手制作的，有的可以混搭的。总之种类繁多，视需求而选定。

2、角色骨架材料

骨架是角色偶形的基本尺寸、体型、体重、活动范围的制作基础。

简易骨架材料

简易骨架通常使用的材料是直径在0.5至2毫米之间铝制金属丝，其特点是硬度和强度适合变形、耐腐不生锈、价格便宜等优点。如人形简易骨架用的材料：主要铝丝和黄铜方形套管构成，骨架的关节是绞股铝丝，而黄铜方形套管用于加固不可变形的部分和关节链接部，头部是一个切削成型的橡胶球。简易骨架一般用于实验动画或小成本居多，在教学方面也用简易骨架材料居多。

（2）专业骨架材料

专业骨架通常使用的材料主要是铝合、钢铁、不锈钢、铜或塑料等。

专业骨架的大小约为152毫米到508毫米之间，其制作一般由专业制作机构按照动画师给制定要求去制作完成，成本是高昂的。专业骨架十分突出的特点是坚固耐用、操控便利、关节灵活、部件重复使用等，其骨架是由一系列精密的杆和铰链等金属部件组装而成。偶形骨架的部件组合（图10）。由于专业骨架使用材料和制作工艺的费用高贵，在高天投入的电影中如《僵尸新娘》常用。

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角色工艺材料

定格动画中角色工艺材料和方法多种多样，在国内外的角色制作工艺上，常用可分为粘土塑型法、拼装法和浇铸法三种。

（1）角色粘土塑型法

粘土塑型法是定格动画的制作工艺最简单的一种，它具有制作方便、工艺简单，材料单一、价格便宜等优点，缺点是没有弹性、关节不灵活，如《超级无敌掌门狗》中的角色就是用粘土材料塑型法制作的。

（2）角色拼装法

拼装法制作方法较为传统的，这种方法也叫材料拼装法，它是用各种各样的材料拼组合在骨架上，形成一个完整的偶形。拼装法制作简便、成本相对低、修改方便等优点。如《超级无敌掌门狗》角色中是先用铝金属丝制作骨架，再用黏土或其他材料制作头部、身体、手足等覆盖在骨架上，最后为偶形制作服饰、上色等。拼装法很适合初学和制作成本低的动画短片或初学者学习掌握。

（3）角色浇铸法

浇铸法是制作角色偶形模型比较先进的一种，当需要几个一模一样的角色时，先用泥土制作角色雕塑原型，接着用铝作为材料做骨架，制作模具后再用泡沫橡胶为材料浇铸偶形，紧跟着加温使橡胶硫化，浇铸出的偶形修理后，上色加上服饰即可。

4、角色表情、口型材料

定格动画角色中的表情、口型是最细致复杂和传达情感和语言的重要组成部分，角色中的表情、口型包含眼睛、眉、眉嘴、鼻子、脸部肌肉、耳朵、胡子、头发等可以运动的元素，通过喜怒哀乐等传递某种情感意思。

5、角色服饰材料

角色服饰制作是定格动画的制作环节最重要胡环节，因为偶形在运动过程中服饰衣自然随之而动，它使用的材料和制作都影响整体效果。如《僵尸新娘》的新娘穿的婚纱材料是用纱做的，在运动中非常流畅自如。

定格动画的场景材料应用

在定格动画影视中，好的场景给人留下深刻的印象，场景不仅能体现影片的主题，烘托角色心里活动，同时是影片艺术风格的主要体现。在选用材料进行布景时，必须考虑造型风格、空间层次、色彩基调和肌理质感等要素。

（1）场景常用材料

定格动画的场景制作使用的材料完全可以在日常生活中找到，任何生活用品都可以用来制作场景。场景制作的材料常用有：铝丝、橡皮泥、水泥砂浆、泡沫塑料、海绵、生活旧用品等。

室内外场景材料

定格动画场景分为内外两种布景，外景强调自然光，室内强调打灯效果，在呈现这些效果必须考虑到使用材料的视觉效果。

室内场景的布景通常选用泡沫展板薄木板或胶合板制作；地面常用泡沫塑料或KD板材等软性材料制作，然后加工绘制地板转等即可。《超级无敌掌门狗》的英式风格家装，如门框和窗框都是以细木条粘贴在门洞和窗洞的边缘制作，窗玻璃是用透明的聚氨酯塑料片去制作等，效果十分逼真，是室内场景制作的经典代表。

室外场景制作材料：天空的背景、地面铺设、树木花草、建筑物等内容组合室外场景。其常用材料有木板、粘土、KT板喷绘、丙烯颜料、夹板等。如草地、马路、地砖、泥地的制作材料是用染色的沙子、锯屑，或把沙子和锯屑混搭在一起染色制作。树木的制作可以直接用实物来染色而成。建筑物制作材料常用聚苯乙烯泡沫板、轻木、海绵等。如《僵尸新娘》的楼房布景。

道具材料

定格动画中的道具有丰富场景气氛和体现角色的身份地位等作用。道具制作常用的材料有软陶、石膏、粘土、玻璃、木材、金属、塑料、原材料、生活用品等等。《超级无敌掌门狗》中的道具如饼干是用表面涂色的橡皮制作成的，道具玻璃瓶是真正的玻璃瓶等

材料，决定着定格动画的视觉效果。定格动画的材料应用是随着时代的发展而不断创新的，在传统材料应用中，并不只是单一的材料应用，而是各式各样的综合材料的应用，才保持到今天定格动画的丰富多彩的局面。当今，新科技新材料的不断出现，将给定格动画这门古老的艺术门类新的活力、新的启程。

定格动画新材料应用

新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。

（一）3D打印材料应用

3D打印常用材料有陶瓷、塑料、砂、尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、橡胶等材料。

3D打印的材料是比较昂贵和稀缺，现在的打印机也还没有达到成熟的水平，还没有普及到各行各业领域，目前也无法支持我们在日常生活中所接触到的各种各样的材料。

但3D打印技术的实验在汽车工业领域有所突破，如在2013年世界上第一款3D打印汽车Urbee面世，是真正能开上马路的汽车，它所有零部件都是3D打印出来的（除了引擎和底盘钢架外）。如“花神”系列角色就以3D打印材料展出，颇有新意。

（二）3D打印材料应用

3D打印材料的应用，必定给定格动画开拓新的天地，更加发挥定格动画的艺术特点和优势。如角色、场景有三维软件设计的配合，可以直接在3D打印成立体造型，大大提高制作的效率。按照角色一般在6至50厘米之间，也是3D打印机最佳的打印范围，这样可以精确地分解角色身体结构。在角色的表情的口型、眼睛制作方面，3D可以解决这样多变的表情，随要随打印成模，也可以打印出来任意口型的替换部件。在场景制作方面，3D打印可以部件组合方式去解决场景制作时间繁琐问题，可以节省大量时间。

3D打印的应用将随着它的技术不断改善而使用材料更加丰富。虽然现在主要是以塑料成模型，将来可以用金属、陶瓷等材料直接打印成模型，同时也在模型调配任意色彩。3D打印技术和三维扫描技术、机器人技术、精密仪器技术、动作扑捉技术、数字化3D电影技术、新摄影技术、计算机技术、虚拟材料等很好的结合，定格动画的发展前景无限。

结论

通过定格动画的类型，以及对角色、场景、骨架材料应用研究，结合成功的定格动画影片案例。论述材料作为定格动画制作载体，决定着其视觉效果的成败。

材料作为载体去表现定格动画视觉语言起到决定性作用。

在研究定格动画材料应用具有如下意义：（1）在艺术风格上，定格动画的艺术风格多样丰富性，这和生活上原材料和质感有关。这反而给二维动画、三维动画提供在艺术风格上提供多种可能的参考；也为发展影视动画的表现艺术风格多样性起到重要作用；（2）实验性是定格动画的又一个特点，因为在定格动画类材料应用的多样性，不仅仅是以一样材料为主的应用，同时也可以是多种材料的综合应用，这样的视觉效果可以出现千变万化，也可以是局部肌理的放大，也可以是材料色彩的提升，也可以是综合材料混搭、冲突等等，应用选择性非常广阔，是动画实验性及前期测试非常强的艺术形式。（3）在教学方面具有重要的意义，现在是虚拟时代，二维动画、三维动画的艺术形式都是虚拟的，如空间、色彩、材料等，学生在虚拟的创造中，往往最缺乏的是现实感、真实感、触摸感和动手能力弱的特点。定格动画必须是摆拍出来的，其角色与场景材料是真实的存在、可触摸、可操控、空间与肌理的真实，灯光可调等特点。这些特点也是动画教学的一个完整的体系，也可以加强学生的动手能力与真实物体的交流情感。也反过来更加理解动画的制作及材料应用能力。在教学上可以作为动画基础教学，可以作为短片的实验动画设计制作等。

随着新科技新材料的不断出现，定格动画技术紧跟时代，不断与新材料共同发展。

参考文献：

1.（美）苏珊娜·休.定格动画技巧.中国科技技术出版社， 2011；

2.（英）巴瑞·普维斯.定格动画创作要点与技法.大连理工大学出版社，2013。

作者简介：李雄飞（1974—），男，硕士，高级工艺美术师；研究方向：影视动画、视觉设计；现任广州美术学院教师。

4.氧化锌纳米材料制备及应用研究 篇四

摘要：综合叙述了以纳米ZnO半导体光催化材料的研究现状。主要包括纳米光催化材料的制备、结构性质以及应用，同时结合纳米ZnO的应用和光催化的优势阐述了后续研究工作的主要的研究方向。

关键词：纳米；光催化；应用

1.1 ZnO光催化材料的研究进展

纳米氧化锌的制备技术国内外有不少研究报道，国内的研究源于20世纪90年代初，起步比较晚。目前，世界各国对纳米氧化锌的研究主要包括制备、微观结构、宏观物性和应用等四个方面，其中制备技术是关键，因为制备工艺过程的研究与控制对其微观结构和宏观性能具有重要的影响[1]。综合起来，纳米氧化锌的化学制备技术大体分为三大类：固相法、液相法和气相法。1.1.1固相法

固相法又分为机械粉碎法和固相反应法两大类，前者较少采用，而后者固相反应法，是将金属盐或金属氧化锌按一定比例充分混合，研磨后进行燃烧，通过发生固相反应直接制得超细粉或再次粉碎的超细粉。固相配位化学反应法是近几年刚发展起来的一个新的研究领域，它是在室温或低温下制备可在较低温度分解的固相金属配合物，然后将固相产物在一定温度下热分解，得到氧化物超细粉。运用固相法制备纳米氧化锌具有操作和设备简单安全，工艺流程短等优点，所以工业化生产前景比较乐观，其不足之处是制备过程中容易引入杂质，纯度低，颗粒不均匀以及形状难以控制。

王疆瑛等人[2]以酒石酸和乙二胺四乙酸为原料，采用固相化学反应法在450℃热分解4h得到具有纤锌矿结构的ZnO粉体，通过X射线衍射及透射电镜结果分析，合成的产物粒径均小于100nm，属于纳米颗粒范围，而且颗粒大小均匀，粒径分布较窄，并采用静态配气法对气敏特性的研究发现，对乙醇气体表现了良好的灵敏性和选择性。1.1.2气相法

气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体并使之在气体状态下发生物理或化学变化，最后在冷却过程中凝聚长大形成超微粉的方法。气相法包括溅射法、化学气相反应法、化学气相凝聚法、等离子体法、激光气相合成法、喷雾热分解法等。运用气相法能制备出纯度高、分散性好的纳米氧化锌粉体，但是其工艺复杂，设备昂贵，一般需要较高的温度和能耗。

赵新宇等[3]利用喷雾热解技术，以二水合醋酸锌为前驱体通过研究各操作参数对粒子形态和组成的影响，在优化的工艺条件下制得20-30nm粒度均匀的高纯六方晶系ZnO粒子。研究发现，产物粒子分解程度随反应温度的提高、溶液浓度和流量程度的降低而增大，随压力的升高先增大后略有减小，粒子形态与分解程度密切相关，只有当分解程度高于90%以上，才能获得形态规则、粒度均匀的产物粒子，并且由理论计算和实验结果的比较推断出喷雾热解过程超细ZnO粒子的形成机理为一次粒子成核-分裂机理。

1.1.3液相法

液相法制备纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒。液相法是目前实验室和工业广泛采用的制备纳米粉体的方法。与其他方法相比，该法具有设备简单，原料容易获得，纯度高，均匀性好，化学组成控制准确等优点，主要用于氧化物超微粉的制备。因此本课题也就是基于此来研究几种液相法制备纳米级氧化锌粉体的机理及其工艺。液相法包括沉淀法、水解法、水热法、微乳液法、溶胶-凝胶法等。

(1)沉淀法。

沉淀法是液相化学合成高纯纳米粒子采用的最广泛的方法。它是把沉淀剂加入金属盐溶液中进行沉淀处理，再将沉淀物加热分解，得到所需的最终化合物产品的方法。沉淀法可分为直接沉淀法和均匀沉淀法。直接沉淀法优点是容易制取高纯度的氧化物超微粉，缺点是易于产生局部沉淀不均匀。为避免直接添加沉淀剂产生局部浓度不均匀，可在溶液中加入某种物质使之通过溶液中的化学反应，缓慢的生成沉淀剂，即均匀沉淀法，此法可获得凝聚少、纯度高的超细粉，其代表性的试剂是尿素。

祖庸等[4]以硝酸锌为原料，尿素为沉淀剂，采用均匀沉淀法分别制得了粒径为8-60nm的球形六方晶系ZnO粒子，粒度均匀、分散性好。并且为了考察小试数据的可靠性和进一步给中试提供数据，进行了28倍和168倍放大试验，产品收率达89%，为进一步工业化打下良好的基础。

(2)溶胶-凝胶法。

溶胶-凝胶法是将金属醇盐(如醋酸锌等)溶解于有机溶剂(如乙醇)中，并使醇盐水解，聚合形成溶胶，溶胶陈化转变成凝胶，经过高温锻烧制得ZnO纳米粉体。也可在真空状态下低温干燥，得到疏松的干凝胶，再进行高温锻烧处理。该法制备的氧化物粉末粒度小，且粒度分布窄，可以通过控制其水解产物的缩聚过程来控制聚合产物颗粒的大小。但由于金属醇盐原料有限，因此也出现了一些应用无机盐为原料制备溶胶的方法。

丛昱等[5]以草酸锌为原料、柠檬酸为络合剂，通过溶胶-凝胶法对Zn(OH)2凝胶在400℃下锻烧2h获得结晶型圆球状六方晶型纳米级ZnO超细粉，纯度为99.25%(wt)，平均粒径为30nm，粒径分布范围窄。曹建明[6]分别以草酸、柠檬酸和柠檬酸为络合剂，利用溶胶-凝胶法制备了ZnO超细粉体。通过实验摸索出制备小粒径ZnO的最佳工艺条件为：草酸浓度0.3mol/L，乙酸锌浓度0.2mol/L，它们之间的摩尔比为3:1，经分析此时所得ZnO微粉为六方晶型，平均晶粒尺寸在 15.3nm左右，从激光散射测试结果得知，ZnO纳米颗粒在水溶液中存在着软团聚，团聚体最小尺寸为79.4nm，并且对丁烷气体表现出良好的敏感性，可用于制备丁烷传感器。

(3)微乳液法。

微乳液法是两种互不相容的溶剂，在表面活性剂作用下形成乳液，在微泡中经成核、凝结、团聚、热处理后得到纳米微粒。与其他化学法相比，微乳液法具有微粒不易聚结，大小可控且分散性好等优点。

崔若梅等[7]以无水乙醇作辅助表面活性剂，Zn(CH3COO)2·2H2O为原料，添加到十二烷基苯磺酸钠、甲苯、水和吐温80、环己烷、水自发生成的两种不同的微乳液体系中制备出平均粒径位25nm和30nm的超细ZnO粒子，粒度分布均匀，样品纯度也较高。冯悦兵等[8]也采用不同的微乳体系合成了粒径在10-30nm之间的超细ZnO球形粒子,粒度均匀，分散性好，与普通氧化锌相比，粒径减小了一个数量级，并具有特殊的光学性能，即在可见光区有良好的透光率，在紫外区表现出强的宽带吸收，特别是长波紫外线有很强的吸收能力。杨华等[9]采用双微乳液混合法制备了纳米ZnO粉体，经研究分析，所得产物为球形六方晶系结构，平均粒径27nm，粒径尺寸分布范围较窄，99%的颗粒在纳米级范围。另外，还有人用超声辐射沉淀法、水解加热法、超临界流体干燥法等液相法也制得了纳米氧化锌粉体。

随着纳米材料科学技术的进一步发展，新的制备合成工艺被不断的提出并得到利用。国外对纳米氧化锌的研究相对已比较成熟，许多厂家已将先进的技术实现了产业化，制造出高品质的纳米氧化锌产品。目前，山西丰海纳米科技有限公司作为全国最大的纳米氧化锌专业生产企业，现生产能力己达5000 t/a，二期工程正在扩建阶段，完成后生产能力将达到30000 t/a。成都汇丰化工厂开发出纯度大于99.7%、平均粒径为20nm的高纯度纳米级氧化锌，并建成500 t/a的生产线。该厂生产的高纯纳米级氧化锌成本仅有进口的1/10，可广泛用于防晒化妆品、抗菌自洁卫生洁具、压敏及其它功能陶瓷、冰箱空调微波炉用抗菌剂、高级船舶用涂料、高级汽车面漆、气体传感器、光催化剂以及航天航空领域 [10]。

1.2 ZnO的结构和性质

ZnO 晶体具有四种结构：纤锌矿相（四配位，六角结构，B4）、闪锌矿相（也是四配位，但和 B4 相原子排列不同）、NaCl 结构（也叫岩盐结构，B1）和 CsCl 结构（B2）。通常情况下，ZnO 以纤锌矿结构存在，当外界压强增大，大约是 9.6GPa 时向岩盐结构转变，当外界压强增大到 200 GPa 时，向 B2 相转变，而闪锌矿是在生长时形成的亚稳态结构。ZnO 的纤锌矿结构如图1.1 所示，有三个结晶面：(0001)、(10-10)和(11-20)，其相应表面能量密度分别为 0.99、0.123 和 0.209 eV/A2,(0001)面的表面自由能最小[11]。

ZnO 属于宽带隙半导体材料，室温下其禁带宽度为 3.37 eV，激子束缚能高达60meV，ZnO 具有较高的热稳性，无毒、无臭，是一种两性氧化物，能溶于强酸和强碱溶液，不溶于水和乙醇。纳米级的 ZnO 是一种人造粉体材料，由于其表面效应和体积效应，使其在磁性、光吸收与催化等方面具有奇异的性质。

各种形貌的 ZnO 材料可以采用不同的合成方法制得，例如棱镜型、椭圆型、笼型、球型、管、空心管、针状、笔状、花状、哑铃型、纳米丝、纳米竿和纳米束等[12]。在这些纳米构型中，一维（1D）ZnO 如纳米丝和纳米杆备受关注，尤其是溶液合成法制得的产品，因为此方法可以在低温下进行，且简单又经济实用。一方面因为一维纳米结构具有特殊的电子转移特性，常用于电子器件；另一方面由于 ZnO 独特的六方型晶体特征使其易于生成一维结构。由溶液合成法得到的延长 ZnO 材料同时具有极性和非极性，通常情况下，ZnO 核原子容易沿极性方面聚集而成一维结构（轴向生长），但是，如果加入成核改良物质使极性纯化，轴向生长受到抑制而易得到扁平结构如薄片或平板状 ZnO（横向生长），因此选择合适的改良剂，可以选择性的得到不同结构型貌的 ZnO晶体，以便开发新的用途[13]。

图.1.1 ZnO 的晶体结构-具有三个取向面(0001)、(10-10)和(11-20)的纤维矿结构

晶格常数为a=3.25A , c=5.2A, Z=2.最近，二维（2D）多孔 ZnO 纳米薄片因其同时具有薄层形貌和多孔结构，可以显著地提高其在光致发光和气敏元件应用方面的性质而备受瞩目，相对于低维（1D 和 2D）结构，三维（3D）结构更易具有特殊的性质，是目前研究的热点[14]。

1.3纳米ZnO粉体的应用

纳米氧化锌是由极细晶粒组成、特征维度尺寸为纳米数量级(1-100nm)的无机粉体材料，与一般尺寸的氧化锌相比，纳米尺寸的氧化锌具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，因而它具有许多独特的或更优越的性能，如无毒性、非迁移性、荧光性、压电性、吸收散射紫外能力等[15]。这些特性的存在进一步推广了氧化锌的应用，例如用作气体传感器、变阻器、紫外屏蔽材料、高效光催化剂等。1.3.1气敏材料[16]

环境污染目前是在全球范围内广受关注的问题。由于可挥发有机物(VOCs)广泛应用于染料、药物、塑料、橡胶、室内装修等行业，与人们的日常工作和生活有着密切的关系。人吸入过量的VOCs，会导致或加重过敏、哮喘、癌症、肺气肿等症状的发生。特别是近年来，由于室内装修空气质量不合格而导致住户死亡的报道屡见不鲜，人们对VOCs的检测提出了新的更高的要求。纳米材料的发展和应用已成为气敏材料的研究热点，这是因为纳米材料具有特殊的结构和效应，使其显示出良好的气敏特性。ZnO是最早使用的气敏材料，与广泛使用的SnO2相比，工作原理相同，检测灵敏度较SnO2低，除此之外，其它性能并不逊色，而且还具有价格便宜，适宜制备等优点。所以目前国内外在这方面的研究很多。ZnO气敏元件主要有烧结型、厚膜型、薄膜型三种。虽然目前薄膜型ZnO的研究非常活跃，但烧结型和厚膜型元件具有制作简单、价格便宜和检测方便等优点，易于使用化，有很好的应用前景，而这类元件都是以颗粒状ZnO为基础的，所以制备出纳米级ZnO颗粒是制备气敏元件的第一步。

新疆大学应用化学研究所沈茹娟等人以酒石酸和乙二胺甲基酸为原料，通过固相反应法制备的气敏材料氧化锌，测试了材料在不同工作温度下对乙醇、氨气、液化石油气的灵敏度。实验结果表明，所合成的纳米氧化锌具有工作温度低、对乙醇气体灵敏度高的特点。1.3.2光催化污水处理材料[17]

随着我国工业的飞速发展，一些化工厂、印染厂、造纸厂、洗涤剂厂、食品厂等工厂的有机物废水排放越来越受到环境保护法规的制约，而目前常用的有机物废水处理技术难以达到有效的治理。物理吸附法、混凝法等非破坏性的处理技术，只能将有机物从液相转移到固相，不能解决二次污染问题。而化学、生化等处理技术除净度低，废水中有机物含量仍远远高于国家废水排放标准。半导体多相光催化是近20年发展起来的新兴领域，许多有机化合物如烃、卤代烃、有机酸类、多环芳烃、取代苯胺、杂环化合物、表面活性剂、酚类、农药、细菌等都能有效地进行光催化降解反应生成无机小分子。因反应体系在催化剂作用下将吸收的光能直接转化为化学能，使许多难以实现的反应在温和的条件下顺利进行，能量消耗低，不会产生二次污染，应用范围相当广泛，对解决日益严重的农药废水污染问题极具有实用和推广价值。目前，人们对纳米TiO2催化剂进行广泛的研究，主要集中在水中污染物的光催化降解中，如降解苯酚、有机磷农药、染料等。由于纳米TiO2成本比较高、设备投资大等缺点，其应用受到限制，而纳米ZnO作为一种新型的功能材料，由于成本低廉，在光催化领域将具有很好的应用前景。

纳米ZnO是一种很好的光催化剂，在紫外光的照射下，能分解有机物质，能抗菌和除臭。水中的有害有机物质如有机氯化物、农药、界面活性剂、色素等，用目前的水处理技术充分去除是困难的。近年来广泛进行了把这些物质用光催化剂分解处理的尝试，已经召开了几届有关这方面的国际会议。其中重要的光催化剂包括氧化钛和氧化锌等。氧化锌作为光催化剂可以使有机物分解，研究表明，纳米氧化锌粒子的反应速度是普通氧化锌粒子100-1000倍，而且与普通粒子相比，它几乎不引起光的散射，且具有大的比表面积和宽的能带，因此被认为是极具应用前景的高活性光催化剂之一。1.3.3抗菌自洁陶瓷材料[18]

随着科技的进步，社会的发展和人民生活水平的提高，健康的生存环境日益成为人类的追求目标，环境保护问题已不可避免的越来越受到重视。抗菌(杀菌)陶瓷是一种保护环境的新型功能材料，是抗菌剂、抗菌技术与陶瓷材料结合的产物，也是材料科学与微生物学相结合的产物，是利用高科技抑制和杀灭细菌，使传统的产品增加科技含量的典型例证。它在保持陶瓷制品原有使用功能和装饰效果的同时，增加消毒、杀菌及化学降解的功能，即它具有抗菌、除臭、保健等功能，从而能够广泛用于卫生、医疗、家庭居室、民用或工业建筑，有着广阔的市场前景，已成为高技术产品研究的热点之一。现今用于陶瓷制品的抗菌材料主要是无机抗菌材料，按照抗菌材料的不同，抗菌陶瓷主要分为载银抗菌陶瓷和光触媒抗菌陶瓷，纳米光催化抗菌陶瓷具有抗菌持久、杀菌彻底、无毒健康、环境友好等优点，是传统银系抗菌陶瓷的换代产品。

纳米光催化抗菌陶瓷制品在色釉、形貌及力学性质上与传统的卫生陶瓷和建筑陶瓷相同，只需在未烧成的卫生陶瓷釉面上喷涂一定厚度的涂层并与卫生陶瓷上的釉形成混合层，干燥，高温烧结而成。纳米ZnO抗菌陶瓷就是将一定量的ZnO、Ca(OH)

2、AgNO3等制成涂层，由以下三种方法制成：(1)将含纳米ZnO釉涂在陶瓷坯釉面上而后烧成；(2)将含纳米氧化锌抗菌釉与传统釉料混匀后涂在陶瓷坯上烧成；(3)将氧化锌抗菌陶瓷釉直接涂在陶瓷坯面上烧成。但是目前光触媒应用于抗菌陶瓷最多的还是TiO2，关于纳米ZnO抗菌陶瓷的报道还很少。1.3.4半导体材料

作为重要氧化物半导体，纳米ZnO由于良好的光电性能早就引起人们的重视。研究表明，纳米ZnO存在很强的紫外及蓝光发射，可用于新型发光器件。

目前，人们已研制出ZnO纳米线、纳米管、纳米带，这些纳米材料表现出许多特异的性质。美国亚特兰大佐治亚理工学院王中林等在世界上首次获得了具有压电效应的半导体纳米带结构，进而又研制出了具有压电效应的纳米环。这种新型结构可用于微、纳米机电系统，是实现纳米尺度上机电藕合的关键材料，在微/纳米机电系统中有重要的应用价值，利用这种纳米带(环)的压电效应，可以设计研制各种纳米传感器、执行器、以及共振藕合器、甚至纳米压电马达。利用其优秀的光电性能，纳米ZnO半导体在纳米光电器件领域具有广阔的应用前景，如纳米尺度的激光二极管、紫外激光探测器等。利用ZnO的紫外发光特性，可以做成超小型的激光光源。杨培东[19]等在只有人类头发丝千分之一的纳米导线上制造出世界上最小的激光器—纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外光，经过调整后还能发射从蓝光到深紫外的光。室温下，纳米导线中的纯氧化锌晶体被另一种激光激活时，纯氧化锌晶体可以发射出波长只有17nm的激光。这种氧化锌纳米激光器是当今世界上最小的激光器，而且是从纳米技术诞生以来的第一项实际的应用，最终可能被用于鉴别化学物质、提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。1.3.5磁性材料[20]

磁性材料是电子信息产业发展的基础，工业上广泛使用的锰锌铁氧体(Mn1-xZnx)Fe2O4，其化学成分的比例为Fe2O3:MnO:ZnO=(52.6:35.4:12.0)mol=(70.65:1.13:8.22)wt%，这是一种软磁性材料，具有很好的磁性能(如导磁率可达4000等)，该磁性材料的制造工艺极为复杂，需在1300℃下进行烧结。如果采用纳米ZnO作原料，不仅可以简化制造工艺(如不需球磨加工就能达到粒度要求直接配料等)，而且还可以提高产品的均一性和导磁率，减少产品在烧制过程中破裂的损失，降低烧结温度，使产品质量显著提高。1.3.6橡胶及涂料材料

在橡胶工业，纳米氧化锌是一种重要的无机活性材料，其不仅可降低普通氧化锌的用量，还可以提高橡胶产品的耐磨性和抗老化能力，延长使用寿命，加快硫化速度，使反应温度变宽。在不改变原有工艺的条件下，橡胶制品的外观平整度、光洁度、机械强度、耐磨度、耐温性、耐老化程度等性能指标均得到显著提高。

纳米氧化锌能大大提高涂料产品的遮盖力和着色力，还可以提高涂料的其它各项指标，并可应用于制备功能性纳米涂料。在涂料应用中，纳米氧化锌的紫外屏蔽性能是其中最大的开发点之一。以往常用的抗紫外剂多为有机化合物，如二甲苯酮类、水杨酸类等，其缺点是屏蔽紫外线的波段较短，有效作用时间不长，易对人体产生化学性过敏，存在有不同程度的毒性。金属氧化物粉末对光线的遮蔽能力，在其粒径为光波长的1/2时最大。在整个紫外光区(200-400nm)，氧化锌对光的吸收能力比氧化钛强。纳米氧化锌的有效作用时间长，对紫外屏蔽的波段长，对长波紫外线(UVA，波长320-400nm)和中波紫外线(UVA，波长280-320nm)均有屏蔽作用，能透过可见光，有很高的化学稳定性和热稳定性。同时由于纳米氧化锌的导电性也使涂层具有抗静电能力，提高了涂层的自洁功能。因此，充分利用纳米氧化锌的这些特性可以制备各种纳米功能涂料。例如：将一定量的超细ZnO·Ca(OH)2·AgNO3等加入25%(wt)的磷酸盐溶液中，经混合、干燥、粉碎等再制成涂层涂于电话机、微机等表面，有很好的抗菌性能。添加纳米ZnO紫外线屏蔽涂层的玻璃可抗紫外线、耐磨、抗菌和除臭，用作汽车玻璃和建筑玻璃。在石膏中掺入纳米ZnO及金属过氧化物粒子后，可制得色彩鲜艳、不易褪色的石膏产品，具有优异的抗菌性能，可用于建筑装饰材料。舰船长期航行、停泊在海洋环境中，用纳米氧化锌作为原料，制备舰船专用的涂料，不仅可起到屏蔽紫外线的作用，还可以杀灭各种微生物，从而提高航行速度并延长检修期限。1.3.7日用化工[21]

纳米氧化锌无毒、无味、对皮肤无刺激性、不分解、不变质、热稳定性好，本身为白色，可以简单的加以着色，价格便宜。而且氧化锌是皮肤的外用药物，对皮肤有收敛、消炎、防腐、防皱和保护等功能。可用于化妆品的防晒剂，以防止紫外线的伤害。纳米ZnO还可以用于生产防臭、抗菌、抗紫外线的纤维。例如，日本帝人公司生产的采用纳米ZnO和SiO2混合消臭剂的除臭纤维，能吸收臭味净化空气，可用于制造长期卧床病人和医院的消臭敷料、绷带、尿布、睡衣、窗帘及厕所用纺织品等。日本仓螺公司将ZnO微粉掺入异形截面的聚醋纤维或长丝中，开发出世界著名的防紫外线纤维，除具有屏蔽紫外线的功能外，还有抗菌、消毒、除臭的奇异功能，除用于制造手术服、护士服外，还可制造内衣、外装、鞋、帽、袜、浴巾、帐篷、日光伞、夏日服装、农用工作服、运动服等。1.3.8其它领域应用[22]

随着人们对纳米氧化锌性能认识的深化，纳米氧化锌的应用领域在不断扩大。例如利用活性炭、多孔陶瓷、金属网等材料做载体，负载纳米ZnO光催化剂，制成空气净化材料，可以作为空气净化器的核心部件。近年来开发的片式叠层纳米氧化锌压敏电阻器具有响应时间短、电压限制特性好、受温度影响小、通流能力大等特点，因而被广泛应用在IC(集成电路)保护和互补金属氧化物半导体、场效应管器件保护及汽车线路保护等方面。此外，纳米氧化锌在电容器、荧光材料、表面波材料、图像记录材料、抗静电复合材料等方面也表现出极其广阔的应用前景。

1.4.准备开展工作

我国经济的发展，与制造业、重工业的兴旺是分布开的。然而，这些工厂的发展的同时，也带来了很严重的环境问题——废水、废气、废渣，这些影响着人们的健康。焦化、农药、医药、化工、染料、树脂等行业，范围广，数量多，是环境污染物主要制造者。由于有机类物质具有致癌、致畸形、致突变的潜在毒性，已被各国环保部门列入环境优先污染物黑名单，也是重点监测和治理的对象之一。因此，废水的处理一直是环境保护研究中倍受关注的课题。

目前国内外处理废水的常用方法主要有吸附法、化学氧化法、溶剂萃取法、液膜法、离子交换法和生化法等，各种方法都有自身的优缺点。光催化氧化法属于化学氧化法的一种类型，是近年来发展起来的一种新型技术，由于其具有高效、价廉、对环境友好、容易循环使用等优点，在实验以亚甲基蓝为例，研究水中有机物的光催化降解，其中催化的原材料就是氧化锌和二氧化钛。这两种原料都简单易得、价格便宜、无毒无害，且其纳米颗粒具有良好的光催化性能，所以研究出高催化性能的光催化材料对于水的净化处理有着不言而喻的意义。在这种指导思想下，在后续研究工作中主要采用溶剂热法，以醋酸锌为原料，制备纳米级氧化锌粉体，并确定最佳的原料配比和工艺条件，同时利用X-射线衍射，透射电子显微镜和扫描电子显微镜等方法对制备的ZnO的微观结构进行了表征。希望可以制备出的形状和尺寸控制的氧化锌微粒。

参考文献

5.复合材料应用研究 篇五

——钛合金

一、相关定义

钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。α钛合金

它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。β钛合金

它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。α+β钛合金

它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50%～100%；高温强度高，可在400℃～500℃的温度下长期工作，其热稳定性次于α钛合金。

三种钛合金中最常用的是α钛合金和α+β钛合金；α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金最差。α钛合金代号为TA，β钛合金代号为TB，α+β钛合金代号为TC。

钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。典型合金的成分和性能见表。

热处理钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度；针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性；等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。

二、应用领域

钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。另外，钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8%的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。

钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。

钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%～25%。70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于 2.5的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。又如，美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3，飞行高度26212米)，钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机。当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300°C增加到500～600°C时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%～30%，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。高温钛合金

世界上第一个研制成功的高温钛合金是Ti-6Al-4V，使用温度为300-350℃。随后相继研制出使用温度达400℃的IMI550、BT3-1等合金，以及使用温度为450~500℃的IMI679、IMI685、Ti-6246、Ti-6242等合金。目前已成功地应用在军用和民用飞机发动机中的新型高温钛合金有.英国的IMI829、IMI834合金；美国的Ti-1100合金；俄罗斯的BT18Y、BT36合金等。表7为部分国家新型高温钛合金的最高使用温度[26]。

近几年国外把采用快速凝固/粉末冶金技术、纤维或颗粒增强复合材料研制钛合金作为高温钛合金的发展方向，使钛合金的使用温度可提高到650℃以上[1,27,29,31]。美国麦道公司采用快速凝固/粉末冶金技术戚功地研制出一种高纯度、高致密性钛合金，在760℃下其强度相当于目前室温下使用的钛合金强度[26]。

钛铝化合物为基的钛合金

与一般钛合金相比，钛铝化合物为基钠Ti3Al（α2）和TiAl（γ）金属间化合物的最大优点是高温性能好（最高使用温度分别为816和982℃）、抗氧化能力强、抗蠕变性能好和重量轻（密度仅为镍基高温合金的1/2），这些优点使其成为未来航空发动机及飞机结构件最具竞争力的材料[26]。

目前，已有两个Ti3Al为基的钛合金Ti-21Nb-14Al和Ti-24Al-14Nb-#v-0.5Mo在美国开始批量生产。其他近年来发展的Ti3Al为基的钛合金有Ti-24Al-11Nb、Ti25Al-17Nb-1Mo和Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo等[29]。TiAl（γ）为基的钛合金受关注的成分范围为Ti-（46-52）Al-（1-10）M（at.%），此处M为v、Cr、Mn、Nb、Mn、Mo和W中的至少一种元素。最近，TiAl3为基的钛合金开始引起注意，如Ti-65Al-10Ni合金[1]。

高强高韧β型钛合金

β型钛合金最早是20世纪50年代中期由美国Crucible公司研制出的B120VCA合金（Ti-13v-11Cr-3Al）。β型钛合金具有良好的冷热加工性能，易锻造，可轧制、焊接，可通过固溶-时效处理获得较高的机械性能、良好的环境抗力及强度与断裂韧性的很好配合。新型高强高韧β型钛合金最具代表性的有以下几种[26,30]：

Ti1023（Ti-10v-2Fe-#al），该合金与飞机结构件中常用的30CrMnSiA高强度结构钢性能相当，具有优异的锻造性能；

Ti153（Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn），该合金冷加工性能比工业纯钛还好，时效后的室温抗拉强度可达1000MPa以上；

β21S（Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si），该合金是由美国钛金属公司Timet分部研制的一种新型抗氧化、超高强钛合金，具有良好的抗氧化性能，冷热加工性能优良，可制成厚度为0.064mm的箔材；

日本钢管公司（NKK）研制成功的SP-700（Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe）钛合金，该合金强度高，超塑性延伸率高达2000%，且超塑成形温度比Ti-6Al-4V低140℃，可取代Ti-6Al-4V合金用超塑成型-扩散连接（SPF/DB）技术制造各种航空航天构件；

俄罗斯研制出的BT-22（TI-5v-5Mo-1Cr-5Al），其抗拉强度可达1105MPA以上。

阻燃钛合金

常规钛合金在特定的条件下有燃烷的倾向，这在很大程度上限制了其应用。针对这种情况，各国都展开了对阻燃钛合金的研究并取得一定突破。羌国研制出的Alloy c（也称为Ti-1720），名义成分为50Ti-35v-15Cr（质量分数），是一种对持续燃烧不敏感的阻燃钛合金，己用于F119发动机。BTT-1和BTT-3为俄罗斯研制的阻燃钛合金，均为Ti-Cu-Al系合金，具有相当好的热变形工艺性能，可用其制成复杂的零件[26]。

医用钛合金

钛无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用作植入人体的植入物等。目前，在医学领域中广泛使用的仍是Ti-6Al-4v ELI合金。但后者会析出极微量的钒和铝离子，降低了其细胞适应性且有可能对人体造成危害，这一问题早已引起医学界的广泛关注。美国早在20世纪80年代中期便开始研制无铝、无钒、具有生物相容性的钛合金，将其用于矫形术。日本、英国等也在该方面做了大量的研究工作，并取得一些新的进展。例如，日本已开发出一系列具有优良生物相容性的α+β钛合金，包括Ti-15Zr-4Nb_4ta-0.2Pd、Ti-15Zr-4Nb-aTa-0.2Pd-0.20~0.05N、Ti-15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd和Ti-15Sn-4nb-2Ta-0.2Pd-0.20，这些合金的腐蚀强度、疲劳强度和抗腐蚀性能均优于Ti-6Al-4v ELI。与α+β钛合金相比，β钛合金具有更高的强度水乎，以及更好的切口性能和韧性，更适于作为植入物植入人体。在美国，已有5种β钛合金被推荐至医学领域，即TMZFTM（TI-12Mo-^Zr-2Fe）、Ti-13Nb-13Zr、Timetal 21SRx（TI-15Mo-2.5Nb-0.2Si）、Tiadyne 1610（Ti-16Nb-9.5Hf）和Ti-15Mo。估计在不久的将来，此类具有高强度、低弹性模量以及优异成形性和抗腐蚀性能的庐钛合金很有可能取代目前医学领域中广泛使用的Ti-6Al-4V ELI合金[28,32]。

三、加工工艺

1、热处理

常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和（α+β）合金退火温度选在（α+β）─→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α+β)合金的淬火在(α+β)─→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β合金淬火在(α+β)─→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。

总结，钛合金的热处理工艺可以归纳为：

（1）消除应力退火：目的是为消除或减少加工过程中产生的残余应力。防止在一些腐蚀环境中的化学侵蚀和减少变形。

（2）完全退火：目的是为了获得好的韧性，改善加工性能，有利于再加工以及提高尺寸和组织的稳定性。

（3）固溶处理和时效：目的是为了提高其强度，α钛合金和稳定的β钛合金不能进行强化热处理，在生产中只进行退火。α+β钛合金和含有少量α相的亚稳β钛合金可以通过固溶处理和时效使合金进一步强化。

此外，为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。

2、切削 切削特点

钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：

(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。

(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。

(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20%，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。

(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。

(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f<0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上；当f>0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax<0.4 mm较合适。

在铣削加工中，由于钛合金材料的导热系数低，而且切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，将大大缩短刀具寿命。对于钛合金Ti6Al4V来说，在刀具强度和机床功率允许的条件下，切削温度的高低是影响刀具寿命的关键因素，而并非切削力的大小。

刀具材料

切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。

采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为100m/min。

注意事项

在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：

(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。

(2)如果使用含氢的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。

(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。

(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠)的应力腐蚀。

(6)一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。

建筑与艺术学院工业设计1101班

6.复合材料应用研究 篇六

张成12721617

（上海大学材料科学与工程学院，上海 200072）

摘要：文章简要地概述了纳米材料的结构和基本效应，分别从纳米材料的热容、晶格参数、及纳米材料参与反应时反应体系的化学平衡吸附能等方面对纳米材料热力学的研究进展进行了阐述，并对热力学在纳米材料中的应用做了介绍，同时对其应用前景进行了展望。关键字：纳米材料；热力学；效应；结构

Development and Application forTheStructure and ThermodynamicFunctions of TheNanomaterials

ZhangCheng 12721617（School of Materials Science and Engineering，Shanghai University，Shanghai 200072，china）Abstract: The structure of the nanometer materials and the characterristics of nano material are briefly introduced in this paper.The thermodynamics properties of nanomaterials are usually different from the status of bulk materials.Thus,it is very important to stuty the thermodynamics of nanomatericals.The review focuses the status of research on thermodynamics of nanomaterials including heat capacity, lattice parameters and other thermodynamic functions.In addition, the development of thermodynamics in this field is introduced with the prospection for its application.Keywords:nanomaterials;thermodynamics;structure;functions

1.前言

纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中一个研究热点。这是由于它不仅具有独特的结构特征(含有大量的内界面)，能为深入研究固体内界面结构与性能提供良好的条件，而且它还表现出一系列优异的物理、化学及力学性能，能为提高材料的综合性能发展新一代高性能材料创造优异的条件。

纳米热力学(nanothermodynamics)这个名词最早正式出现在2000年，美国亚利桑那州立大学的Chamberlin在研究铁磁体的临界行为时使用了这一名词[1],Giebultowicz在nature上撰文认为纳米尺度热力学为热力学这一传统理论提供了新的发展契机[2]。美国加利福尼亚大学的Hill是最早真正涉足纳米热力学这一领域的科学家，他的一系列工作为纳米热力学理论的应用奠定了基础[3-5]。事实上，近年来已经有科研工作者利用这一理论得出了一些传统 热力学理论难以

图1.纳米颗粒材料的SEM图

Fig.1 Scanning electron microscope picture of nanoparticles materials

2.2 纳米材料的结构

材料学研究认为：材料的结构决定材料的性能，同时材料的性能反映材料的结构。纳米材料也同样如此。

对于纳米材料，其特性既不同于原子，又不同于结晶体，可以说它是一种不同于本体材料的新材料，其物理化学性质与块体材料有明显的差异

纳米材料主要由纳米晶粒和晶粒界面两部分组成。纳米晶粒内部的微观结构与传统的晶体结构基本一致，只是由于每个晶粒仅包含着有限个晶胞，晶格点阵必然会发生一定程度的弹性畸变。尽管每个晶粒都非常小，但与传统粗晶材料类似，其内部同样会存在着各种点阵缺陷：如点缺陷、位错、孪晶界等。在纳米材料中，点缺陷及位错等低维缺陷很不稳定，经充分弛豫后，很难在纳米晶粒中继续存在。而面缺陷则相对比较稳定，即使在纳米微粒中也可以有孪晶界存在[8]。

纳米材料的结构特点是：纳米尺度结构单元，大量的界面或自由表面，以及结构单元与大量界面单元之间存在的交互作用。在结构上，大多数纳米粒子呈现为理想单晶，也有呈现非晶态或亚稳态的纳米粒子。纳米材料的结构上存在两种结构单元；即晶体单元和界面单元。晶体单元由所有晶粒中的原子组成，这些原子严格地位于晶格位置；界面单元由处于各晶粒之间的界面原子组成，这些原子由超微晶粒的表面原子转化而来。界面原子密度低，界面上邻近原子配位数发生变化，界面原子间距差别大。

纳米材料由于非常小，使纳米材料的几何特点之一是比表面积（单位质量材料的表面积）很大，一般在102～104m2/g。它的另一个特点是组成纳米材料的单元表面上的原子个数与单元中所有原子个数相差不大。例如：一个由5个原子组成的正方体纳米颗粒，总共有原子个数125个，而表面上就有约89个原子，占了纳米颗粒材料整体原子个数的71%以上。这些特点完全不同于普通的材料。例

表面能。随着纳米粒子尺寸的减小，比表面积急剧加大，表面原子数及比例迅速增大。例如，粒径为5nm时，比表面积为180m2/g，表面原子的比例为50%；粒径为2nm时，比表面积为450m2/g，表面原子的比例为80%。由于表面原子数增多，比表面积大，原子配位数不足，存在未饱和键，导致了纳米颗粒表面存在许多缺陷，使这些表面具有很高的活性，特别容易吸附其他原子或与其他原子发生化学反应。这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面输运和构型的变化，同时也引起表面电子自旋、构象、电子能谱的变化。利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料[11,12]。2.3.2 体积效应

由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，因此许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象称之为体积效应。其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子。久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。随着纳米粒子直径减小，能级间距增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体[13]。2.3.2 界面效应

纳米材料具有非常大的界面，界面的原子排列是相当混乱的。原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出很好的韧性与一定的延展性，使材料具有新奇的界面效应。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~ 5倍[13]。

3.纳米材料热力学特性

3.1热容

1996年，Bai等[14]在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减小50%。1998年，Zhang等[15]研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明: 过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。2002年，Eroshenko等[16]把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积 的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小。他们还建立了多相纳米体系热容的理论模型，从理论上说明了体系热容随界面的扩大而降低。对于苯液滴，当半径达到1.05nm时，热容为零，而水滴热容等于零时的半径为1.51nm。2003年，徐慧等[17]建立了一维纳米随机链模型，应用点阵动力学的方法计算了一维纳米晶体的熵、热容以及振动自由能等，发现纳米晶体的熵比单晶的熵值高，这些结果可以用纳米晶体的特殊结构来

3.5 纳米粒子的吸附热力学

强吸附性是纳米粒子的重要特性之一。量子化学是研究纳米粒子吸附性质的主要方法之一，但是这些理论研究主要是计算计算了某个原子簇下的吸附能，且原子簇中包含的原子个数还均较少，仅有几个或十几个。在一些模拟实验中，纳米材料同普通块体材料的吸附分离效果一样也受值浓度、吸附时间、温度等因素的影响，其吸附等温线符合Langmuir、Freundlich等温曲线。不同温度下等温吸附曲线的测定和等量吸附焓的计算表明: 多壁碳纳米管对偏二甲肼的吸附是吸热的。

4.热力学在纳米材料中的应用

迄今，关于纳米材料的绝大多数工作集中于研究纳米界面的结构和特性，而忽略纳米晶粒内部的晶体对整体材料的贡献．如文献中已有的关于纳米材料热力学性质的研究，几乎全部以纳米晶界面的焓、熵和自由能作为表征整体纳米材料的热力学函数，并以之为判据探讨纳米多晶体材料的相变热力学．这一近似处理对于极细的纳米材料(如尺度小于10nm，约30％以上的原子位于界面上)是可行的，这也是Wagner[22]在其经典的界面膨胀QDA理论中首先指出的模型适用条件：“尺寸为10个纳米以下的多晶体且具有随机的晶体取向”。然而，对于较粗的纳米材料，上述近似处理则显示出局限性，尤其当晶粒尺寸超过几十纳米时，在相变热力学中对特征转变温度和临界尺寸等重要参量的预测将导致很大误差为此，因此在建立纳米界面确定型热力学函数的基础上，发展整体纳米材料的计算热力学，明确纳米尺度下多晶体的热力学函数与界面过剩体积、温度和纳米晶尺寸之间的定量关系，并将其应用于纳米材料相变热力学研究。基于热力学判据，预测纳米材料生成相、相稳定存在条件及相变行为，由此可为具有一定晶体结构和物理、机械性能的稳定纳米相的获得提供依据。

4.1纳米晶界的热力学函数

相对于完整晶体点阵结构上的原子，晶界上原子的配位数减少，原子排布密度降低，可以理解为晶界处于原子体积“胀大”了的非平衡状态。基于此考虑，Fecht和Wagner[22]认为，纳米晶界的热力学性质可以用类似于膨胀晶体的性质来描述，即建立“界面膨胀模型”。其中以界面的过剩体积△V作为描述纳米晶界面热力学性质的重要参量，它反映界面原子体积相对于晶内原子体积的增加量，定义为：△V=Vb/V0-1。

由Smith等[23]人发展的EOS定量描述了原子结合能与点阵常数之间的普适关系，并已证实成功地应用于解释双金属层的粘附、化学吸附以及表面能等问题。更重要的是，EOS对有较大比例的原子位于晶界的纳米晶体，由于“晶界膨胀”而产生的晶内负压，给出了合理的定量描述，此压力是表征纳米晶界面自由焓的

2.3r0B，(12)13lPP0其中0为参照温度下的体膨胀系数，其值取为线膨胀系数0的三倍。综合以上式子，可以得到以界面过剩体积和温度为变量的纳米晶界处的热力学函数，即焓、熵和吉布斯自由能，其具体表达式如下：

HbV，TE1Vr9l0.05V43r1V3B01V303r0323VWV0expVrBTTl30R0l,(13)SbV，T3kBIn1VVV，TVV，T，(14)

(15)GbV，THbV，T3kBTTRTSbV，T3kBInTTR, 其中

V11V13，(16)WVexpC011VC07.06E1213，(17)，(18)

B0r01232V27828182r061V73WV1C0V2716,(19)

r061V2r06CoWV274r001V61V2C02VWVV43WV1C0V，(20)

2TTR,(21)V，T45892r001V6V，T2r031V10TTR,(22)

4.2.纳米晶粒内部热力学函数

纳米晶粒内部晶体的热力学函数按照块体多晶体材料的热力学性质进行计算．由经典热力学理论，计算常规多晶体的焓、熵和吉布斯自由能的函数表达式分别为：

速高效的基因组测序基因诊断 基因治疗药物，导弹，技术，可靠人工组织和器官复明复聪器件等方面的应用 在环境保护方面，纳米材料因其具有强的吸附性能，在污水处理和空气净化方面也将会起到重要作用。

纳米技术目前从整体上看虽然仍然处于实验研究和小规模生产阶段，但从历史的角度看：上世纪70年代重视微米科技的国家如今都已成为发达国家。当今重视发展纳米技术的国家很可能在21世纪成为先进国家。纳米技术对我们既是严峻的挑战，又是难得的机遇。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[24]。

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7.复合材料应用研究 篇七

能源紧缺和由于能源消耗带来的环境保护压力是当前的全球化问题, 合理设计和使用绝热性能良好的保温材料是耗能行业一项重要的节能技术[1,2]。我国的能源消耗总量约占世界能源消耗的10%, 因保温不利而产生散热损失造成的能耗达到总热量的10%以上[3]。国家规定管道、设备及其附件外表面温度高于50℃时, 必须进行保温, 在平均温度为25℃时, 保温材料的导热系数应小于0.08W/ (m·K) 。电力作为高耗能行业, 开发研究高性能且经济的新型保温材料非常重要。

电厂热力设备及管道用保温材料多为无机类, 当前国内主要有珍珠岩、微孔硅酸钙、岩棉、矿棉及硅酸铝棉制品, 国外主要采用玻璃纤维、矿棉及硅酸钙制品[4], 均存在通用性及高温稳定性较差, 保温能力不高的问题。随着纳米孔超级绝热材料的发展, 气凝胶隔热材料、纳米粉末基复合隔热材料及纳米保温涂料也得到了少量应用, 但由于价格很高及工程应用数据很少, 推广尚难[5,6]。无机硅酸盐多孔材料是近年的应用热点[7], 其多孔性、低导热性、经济环保性在保温行业具有良好的应用优势[8], 关于其结构、孔性及应用的研究较多, 而基于该材料与纳米材料进行低成本复合的新材料及其电厂应用的研究还未见报道。

1 新型陶瓷复合材料基本性能

新型陶瓷复合材料 (以下简称新材料) 是一类无机硅酸盐多孔材料, 加入纳米颗粒进行改性而成。主料为中空陶瓷颗粒、纳米颗粒及陶瓷纤维, 经静电湿法工艺及干燥压制成型制得, 柔韧性强, 卷曲性能好, 容易施工, 在制备及应用过程中无健康环保问题。其容重低于220 kg/m3, 不燃性为A1级, 已在电厂中取得了一定的工程应用。该材料具有纳微尺寸的多孔结构, 可有效降低热传导、热对流和热辐射。材料导热系数低, 经防护热板法测定, 平均温度70℃时为0.041 W/ (m·K) , 且随温度升高导热系数上升缓慢。本文对其实验室管道测试结果及600MW超临界机组上的实际应用效果进行研究分析, 以获得保温效果及节能效率。

2 试验部分

2.1 实验室管道测试

火力发电厂600 MW、660 MW及1 000 MW的超临界及超超临界机组中, 高温管道介质温度在600℃左右。实验室模拟电厂管道条件设计了高温热力管道装置, 验证新材料的保温效果。装置示意图如图1所示。管道直径为ф219 mm、长度为2 m, 以电能为能源, 空气作为加热介质, 两端用耐火层及保温层绝热。

将新材料制成10~30 mm的厚度, 逐层缠绕在管道上, 最外层用铁丝捆扎。然后通电加热, 到设定温度后通过热电偶控制电路通断, 保证内部温度维持在设定温度及管道各部分温度均匀稳定。控制实验室环境温度为25℃, 测定材料不同使用厚度下的表面温度与耗电量, 每次厚度改变后经3~4 h热平衡再进行测试, 并在相同条件下对硅酸铝棉进行对比测试。

2.2 电厂工程应用实验

为验证新材料在工程中的保温绝热及节能效果, 将其应用于当前电厂主流的600 MW超临界机组中。代表性的选择管径ф558 mm的566℃主蒸汽管道及管径ф508 mm的285℃给水管道各一段、420℃锅炉水冷壁的一部分为试验点, 其他部分仍保持用传统材料 (硅酸铝棉) 。将新材料制成10~30mm的厚度, 在主蒸汽管道和给水管道上逐层缠绕, 外层用铁丝捆扎;在锅炉水冷壁上直接敷设, 再用钩钉钉牢, 施工完毕后待机组稳定运行1个月, 热态平衡稳定后, 测试新材料保温后的表面温度、实际使用厚度及环境温度, 同时对比测试硅酸铝棉的使用厚度。对工程应用效果进行热态考核[9]。

使用厚度采用直尺测量, 表面温度采用以色列Fourier公司的Daq PRO 5300八通道手持式多通道热流计进行测量, 选择的传感器型号为HFS 30和HFS 25010, 其系统分辨率分别为1.2 W/m2和0.43W/m2, 热阻抗均为0.006℃/ (W/m2) 。

3 测试结果及数据分析

3.1 实验室测试

国标规定, 环境温度为25℃时, 热力设备及管道的保温结构外表面温度不应超过50℃, 本实验中将室温控制在25℃, 测试数据可直接与国标对比。将新材料与硅酸铝棉在600℃管道上的测试结果进行对比, 如表1所示。

从表1看出, 新材料使用厚度140 mm时, 表面温度为49.3℃, 已经符合国标要求, 此时的耗电量为2.4 k W·h。随着使用厚度的逐步增加, 其表面温度逐渐降低, 耗电量逐渐减少, 平均每增加10 mm厚度, 表面温度降低0.97℃, 耗电量减少0.075k W·h, 说明可通过增加材料的使用厚度以降低表面温度和减少耗电量。据表还可看出, 表面温度同为47.5℃时, 硅酸铝棉使用厚度为250 mm, 新材料使用厚度为150 mm, 仅为硅酸铝棉的60.0%, 且新材料的耗电量比硅酸铝棉低4.4%, 说明新材料保温性能良好, 具有明显的节能降耗效果, 可将其应用于保温绝热工程中。

3.2 电厂600 MW超临界机组应用

现场的环境温度不固定, 为便于比较, 将现场测试的保温结构外表面温度修正为环境温度为25℃时的数值, 结果如表2所示。从表看出, 在285℃的给水管道、566℃的主蒸汽管道、420℃的锅炉水冷壁上, 新材料保温后, 保温结构表面温度均低于50℃, 符合国标规定, 保温效果良好。

将新材料及硅酸铝棉的使用厚度进行对比, 如表3所示。从表得出, 在285~566℃温度范围内, 新材料的使用厚度均低于硅酸铝棉, 仅为硅酸铝棉的47.0%~62.0%, 与实验室管道测试结果一致。同时看出新材料在水冷壁上的厚度优势更加明显。在管道和平面上, 新材料的保温性能均良好, 可以有效阻止热量传递, 节省材料使用厚度。

根据两种材料的厚度差, 计算出材料散热面积 (即表面积) 与占用空间 (即体积) 差, 求百分比, 结果如表4所示。从表中可以看出, 新材料在单位长度给水管上可节约空间35.7%, 节约散热面积19.8%;在单位长度主蒸汽管上可节约空间45.6%, 节约散热面积26.3%;单位面积水冷壁平面上可节约空间38.0%, 在平面上因使用面积不变, 不节约散热面积。平均结果显示, 使用新材料可节约设备空间39.8%, 管道上节约散热面积23.1%。实验说明, 新材料可有效提高设备的空间利用率, 减少散热面积, 且管道温度越高, 新材料的节约空间和散热面积效果越明显。

3.3 电厂节能效益分析

根据行标DL/T 5072-2007[10]的计算公式和取值规定, 计算保温结构的外表面散热损失。保温结构外表面传热系数按室内管道结构取值。管道单层保温模型的外表面散热损失及线散热损失计算公式为

平面单层保温模型的外表面散热损失公式为

式中q———保温结构外表面散热损失/W·m-2;

ql———保温结构外表面线散热损失/W·m-1;

t———设备和管道外表面温度/℃;

ta———环境温度/℃;

λ———导热系数/W·m-1·℃-1;

D1———保温层外径/mm;

D0———管道外径/mm;

α———保温结构外表面传热系数/W·m-2·℃-1;

δ———保温层厚度/mm。

计算新材料的散热损失, 与国标规定散热损失最大允许值进行对比, 结果如图2所示。从图可知, 随着温度的升高, 散热损失会逐渐增大, 说明尤其高温下需要严格控制散热损失。在566℃的主蒸汽管道上, 新材料保温后的散热损失为173.0 W/m2, 为国标允许最大值284 W/m2的60.9%;在420℃的平面上, 新材料保温后的散热损失为163.9 W/m2, 为国标允许最大值233 W/m2的70.3%;在285℃的主蒸汽管道上, 新材料保温后的散热损失为134.0 W/m2, 为国标允许最大值180 W/m2的74.4%。不同温度下, 新材料保温后散热损失均低于国标规定的最大允许散热损失, 其有效减少了热态运行下的散热量, 降低能量损失。

为分析新材料与硅酸铝棉在节能率上的差异, 计算了管道上的线散热损失, 如图3所示。线散热损失反映单位长度上材料的能量损失大小, 从公式可知其与使用厚度成复杂的反比例函数关系。不同材料因保温性能存在差异, 在同一管道上达到相同表面温度条件下, 使用厚度不同, 则线散热损失不同, 对比线散热损失可直观反应不同材料的节能效果。从图3看出, 新材料的线散热损失均比硅酸铝棉低, 在285℃时可减少6.5%, 566℃时减少8.5%, 平均减少7.5%。说明新材料保温效果好, 在不同的温度段上都可有效的减少热量损失, 适合在各温度段的管道保温使用。

单位长度管道上, 热量损失Q=qlt时间, 标煤的发热量为29 271 k J/kg, 将散热损失换算成热量和标准煤耗, 如表5所示。从表可得, 在285℃管道上每天可减少热量损失1 638.4 k J, 节约标煤0.05 kg;在566℃管道上每天可减少热量损失3 731.8 k J, 节约标煤0.13 kg, 与实验室测试的新材料耗电量低结果相一致。说明新材料可以明显减少热量消耗, 减少煤耗, 节约能源, 从而可提高机组运行效率与能源利用率, 减少排放, 具有明显的经济和社会效益。

6 结语

新型陶瓷复合材料作为一种无机非金属保温材料, 导热系数低, 性能稳定, 施工简便, 不燃安全, 是一类性能优良的保温材料。在实验室600℃管道测试中较传统材料使用厚度明显减少, 耗电量更低, 性能优于传统材料;在电厂600 MW超临界机组管道及水冷壁应用中节能降耗, 散热损失值小, 远低于国家标准规定的最大允许散热损失值, 与传统材料相比厚度及线散热损失均大幅度减小, 可节约能源及煤耗, 具有明显的经济性。电厂测试结果与实验室结果相一致, 说明试验方案设计合理。新材料如在工业管道及设备保温中广泛应用, 可增强保温效果, 大大节约设备空间, 带来有效的节能率及经济性, 提高工业设备的运行效益。

摘要：为研究新型保温材料在电厂的应用效果及节能效率, 采用实验室管道模拟装置测试了材料的保温性能。在600 MW超临界机组的主蒸汽管道、给水管道和锅炉水冷壁上, 对保温结构进行热态考核, 得出散热损失。与硅酸铝棉的对比测试数据显示, 新型保温材料使用厚度低, 保温效果优良, 节约设备空间, 在单位主蒸汽管道上每天减少热量损失3 731.8 k J, 节约标煤0.13 kg。新型保温材料可有效阻挡热量传递, 减小能量损失, 经济性强。

关键词：陶瓷,复合,保温,节能,散热损失

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8.浅谈纳米材料的应用研究 篇八

关键词：纳米材料；应用研究

前言：材料科学技术的应用范围广泛，是国民经济发展很重要的支撑，是航天、航空、国防、信息等高新技术进步和发展的基础。随着科技发展和科学进步的需要，材料的组成己开始由单一型向复合型、杂化型进行转化，颗粒粒径也由微米级向纳米级过渡。近些年来，纳米材料所具有的独特的化学和物理性质，给物理、化学、生物、材料、医药等学科的研究带来了新的机遇和挑战。因此，如何能够快速、简便、有效地制备出纳米粉体，正成为纳米材料的研究首先需要攻克的难题之一。

一、纳米材料的特殊性质

1.力学性质。纳米微晶材料有很大的表面积/体积比，杂质在界面的浓度便大大降低，因此提高了材料的力学性能，由此可见晶界对于物质的力学性能有这重大影响。高韧、高硬度、高强度是结构材料开发应用的经典方向。具有纳米结构的材料强度会与粒径成反比，晶界纯度的提高和晶粒尺寸的减小，可以提高陶瓷类材料的反应活性及降低烧结的温度。纳米材料的位错密度比较低，位错的滑移和增殖符合Frank-Reed模型，其临界位错圈的直径比纳米晶粒粒径还要大，增殖后的位错塞积的平均间距一般比晶粒大，所以纳米材料中的位错滑移和增殖不会发生，这就是纳米晶强化效应。据报道，不少纳米陶瓷和金属的硬度均高于普通材料的4-5倍以上。与硬度相对应，纳米销的屈服应力的强度也比普通的钯高出5倍。研究结果表明，纳米材料的弹性范围被大幅度展宽，屈服应力被大幅度提髙。

2.磁学性质。磁性金属和合金一般都会有磁电阻现象，所谓磁电阻现象就是指在一定磁场下电阻改变的一种现象。纳米多层膜系统的巨磁电阻效应会比普通磁头高出一倍以上，可以用于信息存储的磁电阻读出磁头，具有相当高的灵敏度和低噪音。纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外界磁场间存在着近似的线形关系，可用作新型的磁传感器材料。r-Fe2O3高分子纳米复合材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数也比传统粗晶材料低得多，因此磁性比FeBO3和FeF3等透明磁体至少高1个数量级，而对红外波段的吸收系数要比传统的粗晶材料低三个数量级，即使有透光性略低的缺点，但可广泛在磁光材料、磁光系统中得到应用。

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型的粗晶材料，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企堵塞效应制成的纳米电子器件则具有超高速、超容量、超微型、低能耗的特点，由于纳米桂薄膜中存在着大量的纯净界面，其导电机制以晶粒界面陷阱模型为主要途径，类似于多晶薄膜的传导机制，纳米微晶材料的电导率明显地高于同成分的晶态或非晶态材料的电导率，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。

二、纳米材料的种类

1.纳米微粒。纳米微粒是指线度处于1-lOOnm之间的粒子聚合体，它是处于该几何尺寸范围的各种粒子聚合体的总称。纳米微粒的形态并不局限于球形，还有片状、针状、棒状、网状、星状等。一般认为，微观粒子聚合体的线度小于1nm时被称为簇，而通常所说的微粉的线度又在微米级。纳米微粒的线度恰好正处于这两者之间，所以又常被称作超微粒。

2. 纳米固体。纳米固体是指由纳米微粒聚集而成的凝聚体。从几何形态的角度可将纳米固体划分为纳米块状材料、纳米薄膜材料和纳米纤维材料。这几种形态的纳米固体又可称作纳米结构材料。

3.纳米组装体系。由人工组装合成的纳米结构材料的体系称为纳米组装体系，也叫纳米尺度的图案材料。它是以纳米微粒以及其组成的纳米丝和管作为基本单元，在一维、二维和三维空间进行组装排列成具有纳米结构的体系。纳米微粒、丝、管可以是有序或无序的排列，其特点是能按照人们的意愿进行设计，使得整个体系具有人们所期望的特性，因而该领域被认为是材料学、化学和物理学的重要前沿课题。

三、纳米材料的应用现状

1.在催化剂方面的应用。纳米微粒由于尺寸小，表面所占的体积百分数也大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子的配位不全等导致表面的活性位置增加。纳米颗粒因表面积大、表面活性中心多等优势，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。纳米粒子用作催化剂，可大大提高反应效率、控制反应速度，甚至使得原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度会提高10-15倍。纳米微粒作为催化剂应用的较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物的制备方面。

2.在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，并且会影响到人类生活的方方面面。纳米材料在性能上的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示出它的独特魅力。在塑料、棵胶、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米Si02，就可以提高橡胶的抗紫外辑射和红外反射能力。普通橡胶中加入纳米Al2O3和Si02，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且其弹性也明显优于其他用白炭黑作填料的橡胶。在塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的韧性和强度，而且其致密性和防水性也会相应提高。纳米管在作纤维增强材料方面也有着潜在的应用前景。

3.在传感材料方面的应用。纳米粒子具有高活性、高比表面积、特殊的物理性质及超微小性等特征，是适合用作传感器材料的最有前途的材料。外界环境的改变会迅速引起纳米粒子表面或界面离子价态和电子运输的变化，因此利用其电阻的显著变化可做成传感器，其特点是灵敏度高、响应速度快、选择性优良。

四、结语

纳米材料是一种新型的材料，它具有广阔的应用前景。研究表明，纳米材料有其独特的结构和性质，具体表现在：一是有体效应，即由于纳米级的材料体积小、质量轻；二是有表面和界面效应，即由于组成纳米材料的基本单元的微粒子表面原子的不稳定性和纳米材料的界面组成的气体样结构而引出的效应。这两种效应互相影响、互相制约，某一种具体的宏观特异性质可能会是二者共同作用的结果。

参考文献：

[1] 漆宗能，尚文字.聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料理论与实践.[M].北京：化学工业出版社，2002.