纳米粉体范文第1篇
摘要 为进一步提升密集烤房烘烤性能，分别以泡沫保温材料和纳米涂料对密集烤房装烟室进行处理，并以普通密集烤房为对照，对比分析各处理烤房烘烤性能和效果。结果表明，铺设泡沫保温材料和涂抹纳米涂料的烤房较普通密集烤房保温性有所提升，平面温差分别降低0.85和1.19 ℃；垂直温差分别降低0.68 和1.35 ℃；烘烤时长分别缩短13 和18 h；干烟烘烤降低成本0.44和0.57元/kg，烤后烟均价分别提升0.74、1.29元/kg；感官评吸质量略有提升。经保温处理的烤房在增质提效、节能省工方面均有提升作用，但纳米涂料烤房的烘烤性能和效果要优于泡沫保温材料烤房。
关键词 密集烤房：烟叶烘烤：泡沫保温材料；纳米涂料
Study on Efficiency of Bulk Curing Barn of Different Insulation Materials
LI Hao
（Xiangcheng Tobacco Company，Xuchang Municipal Tobacco Company，Xiangcheng，Henan 461700）
Key words Bulk curing barn；Tobacco fluecuring；Foam insulating material；Nanometer paint
隨着我国科技和经济的进步以及烤烟的规模化生产，密集烤房逐渐适应了我国烤烟生产可持续发展的新形势，代表当前烤烟设备的发展方向。从早期自然通风气流上升式烤房至当前采用的机械强制通风热循环烤房，烤房发展历程一直注重在热风循环系统以及加热系统方面的改进[1]。当前推广的密集烤房虽然在装烟量、烟叶烘烤质量、集约化程度方面体现出巨大优势，但由于密集烤房墙体建造材质大多选用导热性较强的红砖或空心砖[2-3]，烘烤过程中燃料提供的热量除用于烟叶脱水干燥，还可通过空气渗漏、墙体的传导、辐射等方式散失。研究表明，即使是一座封闭良好的全新烤房，其热能利用率也只能达到60%左右[4]。热能利用率较低会增加系统能耗，烘烤过程中热量供给不及时还会造成失水变色不协调，从而增加烤坏烟的发生概率，这些因素都在一定程度上降低了烟叶烘烤的经济效益。因此，提升烤房热能利用率，使烘烤过程中烟叶处于均匀温湿度场，对于降低烘烤成本、提升烟叶质量具有重要意义。
近年来针对提升烤房热能利用率的技术或材料已有很多研究，Danford[5]设计了一种新型密集型烟叶烘烤和干燥设备，该设备中的逆流余热回收换热器可从废气中回收热量，节省大量的能源。宋朝鹏等[4]将纳米涂料喷涂于密集烤房装烟室内壁，和未做处理的烤房进行对比，结果表明，纳米涂料处理的烤房用电量和耗煤量均有所降低；整体热效率提升10.75%，并有效缩短烘烤时长、增加烤后烟上中等比例，1 hm2烟田烟农增收29 643.75元。卢军等[6]在密集烤房中添加泡沫保温材料，结果表明，使用泡沫保温材料处理的烤房在缩短烘烤耗时、能耗以及提升烤后烟叶经济性状方面均表现出较大优势。以往研究均集中在材料的应用效果方面，不同保温处理之间的对比分析尚未见报道。笔者在密集烤房中分别铺设泡沫保温材料和涂抹纳米涂料，同时以普通密集烤房为对照，对比分析2种保温材料在烘烤性能和效果方面的差异，旨在为进一步提升密集烤房烘烤效果、增加烟农收益提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2016—2017年在河南省襄城县紫云镇开展，供试品种为中烟100，试验田土壤肥力中等，前茬作物为芝麻。田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行，分别选取成熟度、颜色均匀一致的下部叶（5～6位叶）、中部叶（11～12位叶）、上部叶（15～16位叶）进行3次烘烤试验。
1.2 试验设计
于试验点密集烤房群中选择规格一致的气流上升式烤房3座（装烟室模式为2路3层设计，装烟室规格为8.0 m×2.7 m×3.5 m，烘烤能力1.33 hm2）。以三段式烘烤工艺[7]为基础，结合当地烟叶烘烤特性对烘烤过程中温湿度做适当调整。试验设3个处理：CK，普通密集烤房；T1，密集烤房装烟室铺设泡沫保温材料；T2，密集烤房装烟室内壁涂抹纳米涂料。
1.3 测定项目及方法
1.3.1 空载试验保温性能测试。
关闭3座烤房的装烟门，添加相同质量的燃煤，循环风机模式调至高速挡，同时点火，每2 h记录1次温湿度表盘显示的温度，直至烤房中温度趋于稳定时结束。
1.3.2 平面温差和垂直温差。
参照王建安等[8]的方法在烤房中每个层位悬挂9个温度计，共27个检测位点（图1），每2 h记录1次数据。
垂直温差△t垂=（|t1′-t1″|+…+|t9′-t9″|）/9 （1）
平面温差△t平n=（tmax′-tmin′） （2）
式中，t1′～ t9′为顶棚温度计读数，t1″～t9″为底棚与其相对应的各温度计读数，n（1，2，3）代表烤房棚次。
1.3.3 烘烤耗时及能耗统计。烘烤时长和能耗计算参照《烟叶烘烤原理》[9]进行统计。
1.3.4 经济性状。参照YC/T 291—2009进行烤后烟叶等级划分。
1.3.5 感官评吸质量。聘请河南农业大学烟草学院8位相关专家，参照国家标准YC/T 530—2015烤烟烟叶质量风格特色感官评价方法，按“九分制”评分标准对各处理的各部位烟叶进行打分。
1.4 数据处理 数据统计和作图用 SPSS 17.0和Microsoft Excel 2010软件。
2 结果与分析
2.1 空载升温效果
从图2可以看出，空载条件下各试验烤房温度变化均呈现相同的变化趋势。0～10 h为燃料燃烧供热阶段，烤房中温度在此阶段不断上升，但上升速率有所不同，T1、T2、CK 3个处理在此阶段平均升温速率分别为436、3.86、3.43 ℃/h。各处理烤房温度均在10 h左右达到最高值，其中表现为T1>T2>CK。由于燃料消耗完毕，烤房中温度和外界温度差值较大，因此在10～18 h存在快速掉温阶段，18 h之后烤房中温度经缓慢下降后趋于稳定状态，在掉温阶段各处理烤房温度均表现为T1>T2>CK的趋势。综合各处理烤房升温掉温情况，可以看出保温材料处理的烤房较普通烤房在升温速度以及保温性能方面均有提升，且以纳米涂料处理的烤房效果最高。
2.2 烘烤耗时
由图3可知，对照处理烘烤时长分别高出 T1和 T2 2个处理13和18 h，且差异达到显著水平（P<005），2个保温材料处理烤房烘烤时长为T1>T2，二者差异不显著。烘烤时间长短反映了烘烤劳动强度和能耗高低，如果以对照普通烤房用工强度设定为1，结合T1和T2 2个处理烘烤耗时，用工强度分别节省0.11和0.14个。因此，烤房装烟室中增设保温材料在一定程度上可以降低劳动强度和烘烤成本，且纳米涂料涂抹烤房在节省烘烤耗时方面的效果优于泡沫保温材料处理的烤房。
2.3 平面温差与垂直温差
从表1可以看出，对照普通烤房平均平面温差分别高出T1和T2 2个处理0.85和1.19 ℃，且CK处理和T1、T2处理差异均达到极显著水平，2个保温材料处理之间差异不显著；垂直温差较平面温差进一步增大，3个处理表现相同趋势，T1和T2处理分别较CK处理降低16.71%和33.17%，且各处理之间差异均达到极显著水平。可见，经保温材料处理的烤房装烟室的各个位点在烘烤過程中稳温性较普通烤房均有所提升，从而使烤房内各个位置烟叶所处的温湿度环境近似相同，促进烟叶失水和变色相协调，对提升烟叶的整体烘烤质量具有重要意义，纳米涂料较泡沫保温材料在减小烤房温差方面存在一定优势。
2.4 烘烤能耗
为消除装烟量对烘烤成本的影响，数据统计后计算出1 kg干烟叶产出所需燃料用量及耗电量。由表2可知，T1和T2处理在耗煤量和耗电量方面较对照均有所降低，其中T1和T2处理在燃料成本方面较CK处理分别减少了0.42、0.52元/kg，耗电成本方面较CK处理分别减少了0.02和0.05元/kg。综合烘烤成本包括煤炭使用成本和用电成本，T1和T2处理较CK处理降低幅度分别达到17.05%和22.09%。
2.5 烤后烟经济性状
烟叶质量的高低决定了烟叶烘烤的经济效益，和烟农的利益直接相关，同时也可以作为衡量烤房性能的关键指标之一。从表3统计的不同处理烤房烤后烟叶各等级可以看出，相对于 CK处理，T1和T2处理上等烟比例较对照处理提高的幅度分别为7.43%和1087%；下等烟比例降低幅度分别为10.92%和15.14%，虽然中等烟比例较对照有所降低，但由于上等烟、下等烟比例的差异最终使均价分别提高0.74和1.29元/kg。 可见，经保温处理的烤房可以在一定程度上提升上等烟比例，降低烤坏烟比例，且纳米涂料处理的烤房提升烟叶质量的效果高于泡沫保温材料烤房。
2.6 感官质量评价
从表4可以看出，各处理感官评吸质量的各项评价指标得分均比较接近，经保温材料处理的烤房在香气量和香气质2个指标得分方面较对照略有提升，和余金龙等[10]研究结果一致。此外可以看出，T1和T2 2个处理的C3F在燃烧性方面较对照有所提升，可能是由于烟叶部位特性[11]和感官评吸人员的主观性所致[12]。整体来看，T1和T2 2个处理在感官评吸质量方面得分较为接近，略好于对照。
3 结论与讨论
该试验结果表明，经保温材料处理的烤房在烘烤性能和效果方面均优于普通密集烤房。在装烟室内铺设泡沫保温材料較普通密集烤房烘烤成本降低0.44元/kg，缩短烘烤耗时13 h左右，烤后烟均价提升0.74元/kg。而装烟室内壁涂抹纳米材料较普通密集烤房烘烤成本可降低0.57元/kg，缩短烘烤耗时18 h左右，烤后烟均价提升1.29元/kg。均表现出明显的提质增效、省工降本作用。纳米涂料在保温性能、缩短烘烤耗时、节省烘烤能耗、增加烤后烟经济性状方面均优于泡沫保温材料，平面温差不同保温处理之间差异不显著，垂直温差差异达到极显著水平，但保温材料处理对于烤后烟感官评吸质量提升效果并不明显。
纳米涂料在降低烤房温差方面表现出的明显优势主要是由于纳米涂料自身电磁学性能、光学性能、流体学性能所致[13]。特别是纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象[14]，热能通过漫射的方式在烤房中各个位置自由流动。而现有泡沫保温材料大多通过泡沫的密闭性达到物理保温效果[15]，最终导致泡沫保温材料和纳米涂料在促进烤房中温度均衡性方面出现较大差异。综合来看，密集烤房经保温处理后在烟叶烘烤的省工、降本、提质、增效方面均有一定程度的提升作用，但材料本身的挥发性对烟叶品质以及安全性的影响仍需进一探究。
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纳米粉体范文第2篇
本书详细介绍了纳米科学和纳米技术，涉及到纳米尺度材料的研究和发展。现在，纳米科学和纳米技术已扩展到人类生活各方面。总的来说，纳米科学注重于纳米尺度下纳米材料的物理性质、化学性质和纳米合成、组装和表征等基础科学之间的根本内在问题的解决，而纳米工程主要解决纳米材料的设计、制造和应用问题。因而纳米科学和纳米工程的研究和发展，需要多种多样的学科专业如物理、化学、材料科学、电子工程、机械工程和生物医学工程等背景的研究人员进行紧密合作，推动纳米科技的发展。纳米科技的最终目标是在传统科学和技术的基础上开发制造新型材料、器件和系统，创建完全新颖的功能。
本书是第一本系统论述了纳米科学工程方面的教材。该领域已表现出巨大的潜力，是目前学术界最活跃和最重要的领域之一。直接关系到工业和日常生活。
本书的主要内容有：1.物理和生物的纳米科学和纳米技术；2.纳米制备与表征；3.碳纳米材料；4.纳米结构材料；5.聚合物纳米技术；6.纳米复合材料；7有机电子纳米材料。这些内容是根据作者在世界各地的学术机构做的讲座和课程整理总结而写出的。
本书作者是来自美国阿肯色大学的Vijay K Varadan和Linfeng Chen，以及来自印度国防研究与发展机构的A Sivathanu Pillai，Debashish Mukherji和Mayank Dwivedi。其中，Vijay K Varadan博士是目前的21世纪生物技术与医药协会主席、阿肯色大学工程学院电气工程和生物医学工程系特聘教授和宾夕法尼亚州大学医学院神经外科特聘教授。
本书可作为纳米科学和纳米技术工程方面的本科生和研究生的教科书，亦适用于相关人员的短期专业培训的参考资料，也可作为学术研究和工程技术人员的参考资料。
杨盈莹，助理研究员
纳米粉体范文第3篇
摘 要：应用型专业人才培养是高校人才培养面临的新课题，本文介绍了战略性新兴产业专业应用型人才培养的探索与实践，形成了人才培养新思路，以期为战略性新兴产业专业教育提供参考。
关键词：新兴产业；人才培养；探索实践
一、前言
战略性新兴产业对我国经济社会发展具有全局带动和重大引领作用，因此，培养战略性新兴产业专业工程技术人才是我国高等学校特别是理工科院校十分重要的任务。战略性新兴产业涉及领域多为交叉学科，在战略性新兴产业专业应用型人才培养的过程中，实践教育是至关重要的环节。然而，战略性新兴产业专业的实践教育是摆在所有教育工作者及合作企业之间的全新课题，需要广大教育工作者不断进行探索。
二、应用型人才教学模式探索
1.实施工程教育，着力完善人才培养方案
为了加强学生的工程实践能力，培养应用型人才，粉体材料科学与工程专业构建了工程岗位实习、专题培训与实践、在企业全程做毕业设计的“三段式”实践教学形式，实践教学累计时间不少于一年，分别为工程岗位实习9周、专业课程实践19周、毕业设计16周。“三段式”实践教学形式由浅入深，难易层次分明，可以有效增强学生实践环节的学习效果。
2.突出工程实践，建立逐渐深入的校内实践教学体系
校内实践教学环节是实践教育环节不可或缺的一部分，为提高学生实践能力应将专业实践教学贯穿于大学四年。大学一年级，通过宣传、鼓励、教师指导的方式让大部分学生参与到各级竞赛中，通过一系列竞赛，使学生对实践环节有初步的接触。大学二年级，安排有能力的学生进入教师的课题组，开展各种基础性实验，使学生对实践工作有了充分接触。大学三年级，实行导师与学生双向选择制，由导师对学生所做的毕业设计（实验）工作进行总体布置，使学生提前接触毕业设计（实验）工作。同时，鼓励学生到粉体专业的校外实践基地进行相关课程的课程设计工作，以实际问题为研究对象，与企业导师共同探索完成课程设计工作。大学四年级，学生进入毕业设计阶段，鼓励学生在完成课程设计环节之后继续进入校外合作企业开展毕业设计工作，在毕业设计期间，为学生配备专门的毕业设计导师，全程与学生一起完成毕业设计工作，以企业亟须解决的技术问题为课题，实现“真题真做”，大大缩短了学生毕业设计与工程实践的距离。毕业设计工作完成后，学生在企业进行毕业答辩，由企业兼职教师和校内专职教师共同给出毕业答辩成绩。
通过大学四年不同阶段对学生的实践教育，使学生适应了从开始接触到与直接面对工程实践的过程。粉体专业学生在获得荣誉的同时，从根本上锻炼了工程实践能力，也为应用型人才培养打下了十分坚实的基础。
3.突出社会实践，结合专业特点选择校外实践基地
校外实践是实践教育环节不可或缺的部分，校外实践基地的选择和建设工作直接决定了实践教育环节的效果。粉体材料科学与工程专业在选择校外实习基地的过程中准确把握“与本专业相关度高，涵盖面广，与专业方向一致”的原则，与合作企业一道，共同开展实践教育。现有的实践教育基地中，既有“抚顺东方碳素有限公司”和“方大集团抚顺碳素有限公司”等传统碳材料的生产企业，又有“大化国瑞”和“阜新久伟新型碳材料有限公司”等新型碳材料生产企业；既有“合陆重科有限公司”这样的传统破碎设备生产企业，又有“丹东百特仪器科技有限公司”这样的新型颗粒检测设备生产企业。以上几种不同的实习基地，涵盖了粉体材料科学与工程专业领域的大部分内容使学生在参加实践教育的过程中，对粉体领域既有总体的认识，又有深入的了解。
三、结语
通过实践改革，粉体材料科学与工程专业毕业生培养取得了丰硕的成果。2015、2016、2017三屆毕业生的一次结业率达到92%以上，均从事与在校实践环节高度相关的工作，并且受到了用人单位的好评，实现了从人才培养到走向工作岗位的无缝对接。由此可见，通过不断强化实践教学，大大提高了粉体专业学生的就业竞争力和职业能力，真正使学生实现了终身受益。
参考文献：
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基金项目：2016辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目：“基于CDIO工程教育理念共建共管共享的校外实践教育基地模式的研究与实践”；“2015沈阳理工大学校级教学改革研究项目”（项目编号：4721008a045）。
纳米粉体范文第4篇
纳米是一个微小的长度单位,1纳米等于10亿分之一米,即1nm=10-9m,它相当于原子大小的4倍,万分之一头发粗细.形象地讲,1纳米的物体放到乒乓球上,就像一个乒乓球放在地球上一样.
1959年,著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德·费曼预言,人类可以用小的机器制造更小的机器,最后将变成根据人类意愿,逐个地排列原子,制造产品,这是关于纳米技术最早的梦想.纳米技术是指在0.1~100纳米的尺度里,研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术.科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子,显著地表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术,就称为纳米技术.
纳米技术的应用
陶瓷领域:利用纳米技术使陶瓷具有像金属一样的高硬度、高韧性、低温超塑性、易加工等优点.有效克服陶瓷的易碎及难以加工的缺点.
微电子学领域:纳米电子学按照全新的理念来构造电子系统,并开发物质潜在的储存和处理信息的能力,实现信息采集和处理能力的革命性突破.计算机在普遍采用纳米材料后,可以缩小成为“掌上电脑”,使得计算机存储空间及运算速度大大提高.
光电领域:纳米技术的发展,使微电子和光电子的结合更加紧密,在光电信息传输、存贮、处理、运算和显示等方面,使光电器件的性能大大提高.将纳米技术用于现有雷达信息处理上,可使其能力提高10倍至几百倍,甚至可以将超高分辨率纳米孔径雷达放到卫星上进行高精度的对地侦察.
化工领域:将纳米TiO2粉体按一定比例加入到化妆品中,则可以有效地遮蔽紫外线.将金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可以大大降低静电作用.纳米微粒还可用作导电涂料,用作印刷油墨,制作固体润滑剂等.
医疗领域:纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便,用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织;在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应;使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液,就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病.
纳米技术应用还远远不止提到的这些.纳米材料是纳米技术的一个重要组成部分,纳米材料也体现一个国家在纳米技术的科研水平.碳纳米管就是最热门的纳米材料.
1991年,碳纳米管被人类发现,它具有优良的力学性能、导电性能、导热性能.它的质量是相同体积钢的六分之一,强度却是钢的10倍.设想我们在地球与月球之间要架设一台直达电梯,如果使用钢作为连接材料,本身的重力就会使得它断裂.碳纳米管的导电性能可以趋向于零电阻,碳纳米管有着较高的热导率,只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会得到很大的改善.正因为他的优良特性,诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为,碳纳米管将是未来纤维的首选材料,也将被广泛用于超微导线、超微开关以及纳米级电子线路等.
纳米很小,那么如何来研究它呢?研究纳米的最重要的工具就是扫描隧道显微镜(stm),它的基本结构有:隧道针尖、三维扫描控制器、减震系统、电子学控制系统、在线扫描控制和离线数据处理软件.扫描隧道显微镜在低温下(4k)可以利用探针尖端精确操纵原子,因此它既是重要的测量工具又是加工工具.人们利用它可以让原子按照意愿排列组合.
1990年美国国际商用机器公司在镍表面用36个氙原子排出“IBM”.1993中国科学院北京真空物理实验室自如地操纵原子成功写出“中国”二字.这一成果表明中国在纳米技术上占有了一席之地.
纳米技术应用前景十分广阔,经济效益十分巨大,美国权威机构预测,2010年纳米技术市场估计将达到14400亿美元,纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业.纳米复合塑胶、橡胶和纤维,纳米功能涂层材料的设计和应用,将给传统生产和产品注入新的高科技含量.专家指出,纺织、建材、化工、石油、汽车、军事装备、通讯设备等领域,将免不了一场因纳米而引发的“材料革命”.现在我国以纳米材料和纳米技术注册的公司有近100家,建立了10多条纳米材料和纳米技术的生产线.纳米布料、服装已批量生产,像电脑工作装、无静电服、防紫外线服等纳米服装都已问世.加入纳米技术的新型油漆,不仅耐洗刷性提高了十几倍,而且无毒无害无异味.一张纳米光盘上能存几百部、上千部电影,而一张普通光盘只能存两部电影.纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量.
纳米粉体范文第5篇
随着工业需求的提高和应用场景的多样化，高强度、高塑性、高韧性成为金属材料发展的必然趋势。通常情况下，可以通过固溶强化、应变强化、第二相弥散强化等方法来提升金属材料的强度，这些方法的本质都是在金属材料中引入各种缺陷，通过阻碍位错运动来实现，但往往会导致塑性的降低。因此，如何在保证高强度、高韧性的前提下提高金属材料的塑性，成为金属材料研究的关键问题川。
细晶强化是一种能够在提高强度的同时改善塑性和韧性的方法，因此备受研究人员关注。而当单相或多相金属材料基体中的晶粒被细化至纳米级别（1～100nm），即称为“纳米晶金属材料”。纳米晶金属材料相对于传统的金属材料，在强度、硬度、韧性、超塑性等力学性能方面均有较大幅度的提升，其强化机理是当晶粒被细化至纳米级别后，晶界占材料的体积百分比非常大，材料整体的缺陷密度也会相应提高，从而阻碍位错运动。自20世纪80年代德国H.Gleite暾授课题组利用惰性气体凝聚原位加压法制备出块体纳米晶金属后，纳米材料的研究及制备技术引起了研究人员的普遍重视。经过30余年的发展，纳米金属粉体、金属纳米晶薄膜的制备和材料表面纳米化技术已经比较成熟，有部分制备技术已经实现产业化，而制备块体纳米晶金属材料的报道却相对较。
本文将对块体纳米晶金属材料的特性和制备方法进行介绍，继而结合文献计量法分析当前块体纳米晶金属材料的研究热点和发展态势，最后通过对公开资料整理以及专利分析，讨论当前块体纳米晶金属材料的应用。
1纳米晶金属材料的特性及制备方法
1.1纳米晶金属材料的特性
通过细化晶粒，能够同时提高金属材料的强度、塑性和韧性。但是随着材料加工（制备）技术的发展，晶粒尺寸被加工（制备）到更细的水平，许多实验数据表明，当晶粒被细化到亚微米、纳米尺度之后，以往“强度和塑性随晶粒尺寸减小而增强”的结论并不适用。对此，国内外研究者开展了大量的工作试图阐明其机理。
1.1.1强度
在通常情况下，金属材料的屈服强度和晶粒尺寸满足霍尔—佩奇关系（Hall Perch Relationship），即晶粒尺寸越小，金属材料的强度和硬度会越大。显然，晶粒细化至纳米尺寸，理论上金属材料的强度和硬度将会有显著的提高。然而越来越多的实验数据表明，当金属材料的晶粒尺寸小于某个临界值之后，强度與晶粒尺寸会呈反霍尔—佩奇关系（anti HallPerch Relationship），即强度随晶粒尺寸减小而降低（见图1）。研究表明这个临界尺寸大约是10～50nm（不同的金属材料临界尺寸略有不同）。研究人员对此现象进行了分析，发现当晶粒尺寸（或者说晶界体积百分数）到达I临界值时，纳米晶金属材料的塑性形变的主导机制就会从位错诱导变为晶界滑移。此外，由于晶界的体积百分数增大，界面能也随之增大，纳米晶金属材料的结构并不稳定，即使在室温下也可能会出现晶粒长大的现象，使其强度降低。
1.1.2塑性
在传统的粗晶金属材料领域，降低晶粒尺寸可以在提高强度的同时增强材料的塑性。然而研究人员发现当晶粒尺寸缩小至纳米尺度时，虽然金属材料的强度或许能够得到很大的提升，但是塑性却未必能够得到增强，甚至会下降，这种现象尤其体现在金属材料的均匀延伸率上。图2反映了块体纳米晶金属材料中强度和塑性的关系，可见，大多数纳米晶金属材料处于阴影区域的左边，表明大部分纳米晶金属材料表现出高强度、低塑性。而少数落在阴影区外的点为纳米晶铜，表明金属铜在晶粒被细化到纳米尺寸后仍能保持较高的强度和塑性。此外，晶粒的细化对金属材料塑性的影响还反映在加工硬化率变差上，加工硬化率差会使材料在拉伸测试中产生应力集中，过早出现局部变形，影响材料的成型。
1.2块体纳米晶金属材料制备方法
按照原材料和工艺路径的不同，块体纳米晶金属材料的制备方法可分为2大类。第一类是“两步法”，这种方法从微观层面入手，先制备出纳米级的颗粒，再经加压、烧结获得块体纳米晶金属材料。如机械合金法、粉末冶金法、惰性气体冷凝法等;而第二类则“一步法”又可以细分成2种，一种是通过特殊工艺对宏观的块状金属材料机进行处理，将其晶粒尺寸细化至纳米级，如非晶晶化法、大塑性形变法;另一种是通过快速凝固、电沉积、等离子烧结等方法直接制备出块体纳米晶金属材料。主要制备方法及优缺点如表1。
2基于文献计量的块体纳米晶金属材料研究态势分析
在科学网（Web of Science）中的科学引文索引扩展板（sCIExpand，SCIE）数据库对块体纳米金属材料相关论文进行检索，以了解该技术领域的研究现状及发展趋势。检索式：TS一[（nano grain OR\"nanograin”OR nanocrystal*）AND（alloy*OR metal*）AND（synthsi*OR prepat*）AND（bulk））NOTTI=oxid*;检索时间是2020年3月27日;检索时间范围为1990-2020年;数据库是sCIE;文献类型为全部类型，共检索到相关论文1137篇。
2.1块体纳米晶金属领域发文趋势分析
对1991-2019年间该领域年度发表的论文进行分析，结果如图3所示。可见从1994-2009年间，块体纳米晶金属材料领域的论文量总体呈上升趋势，而在2010-2019年间发文量有所回落。数据表明在1994-2009年间纳米晶金属材料研究的热度逐渐上升，在2010年之后年度发文量在60篇左右波动。这或许是由于领域的相关研究进入了一个瓶颈期，有待技术上革命性的突破。
2.2发文国家，地区分析
对相关论文通讯地址所在国家/地区进行分析，根据发文数量进行排序，结果如图4所示。中国、美国、德国、日本、印度等国家发文量排名前5，其中我国在纳米金属材料领域发文量遥遥领先，为第2名（美国）的4倍，可见我国在块体纳米晶金属材料领域具有较好的研究基础和技术储备。
2.3研究机构
对相关论文的发文通讯单位进行分析，根据发文数量进行排序，前10名如表2所示。国内主要以中国科学院、北京工业大学、燕山大学、兰州理工大学等高校及科研院所发文较多，其中以中国科学院为通讯机构的文章主要来自中科院金属研究所。国外印度理工学院、日本东北大学、德国德莱斯顿莱布尼兹固态与材料研究所等高校或科研院所发文较多。
2.4研究热点
对相关论文的关键词进行分析，整理出与制备方法、研究方向相关的关键词，如表3所示。可见机械合金法（Mechanical Alloying）、放电等离子烧结（Spark plasmasintering）、粉末冶金（PowdermetallurgY）等关键词的出现频次较多，表明研究人员多关注于“两步法”的块体纳米金属材料制备方法。其次，无定形（amorphous）、晶化（crystallization）、电化学沉积（electrodeposition）、金属玻璃（metallic glasses）等关键词频次也较高，表明非晶晶化法、电化学沉积法等“一步法”和纳米金属玻璃的制备也受到一定的关注。
3块体纳米晶金属材料应用现状及产业化前景
3.1块体纳米晶金属材料应用现状
在应用方面，块体纳米金属材料在实验中展现出比传统金属材料更好的力学性能和抗腐蚀性，理论上在生物医疗、航空航天、船舶、电子通讯、汽车、机械、核电等多个行业具有一定的应用潜力。但是根据网络调研，未见纳米金属材料大批量产业化应用的报道，少量的与应用相关报道来自于高校和科研院所的成果介绍。
兰州理工大学喇培清团队制备出了相对密度大于98%、平均晶粒尺寸小于20nm且在各个方向基本均匀，材料厚度大于10mm、直径约为90mm的纳米晶金属材料，并在某型号潜艇发动机密封环中得到了应用。
根据美国小企业技术转移创新研究计划（SBIR STTR）网站查询结果，共查询到86个相关项目信息，结果表明在2000-2015年问，美国已有较多块体纳米金属相关研究成果，并尝试投入实际生产。值得一提的是，相關项目涉及多种军事用途，如子弹弹头、个体装甲等。根据网站资料显示，项目基本于2015年前结题，并未查询到后续产业化信息。
日本早在2002年已着手组织大学和企业开发纳米金属材料，拟为航空航天、海洋开发及半导体元器件等高技术行业提供高强度、耐腐蚀、耐高温、导电性好的金属材料。对相关专利进行解读，日本纳米技术研究所在2003年通过机械合金法制备出品粒尺寸在30～80nm不等的多种纳米晶奥氏体钢。
3.2基于专利分析的块体纳米晶金属材料产业化前景分析
对块体纳米金属材料相关专利进行分析，从技术分布和成果转化的角度了解当前块体纳米晶金属材料的应用现状及前景。以检索式IPC=（C21OR C23OR C25OR C40ORC30OR C99OR B22） ANDTIAB=[（nano OR nano-grain ORnanocrystal*OR纳米晶OR纳米）AND（alloy*OR metal*OR金属）AND（synthsi*OR prepar*OR制备OR制造）AND（bulk OR块）NOT（氧化物OR oxid*）1在Incopat专利检索平台经行检索，共检索到专利472条，检索时间为2020年3月25日。
3.2.1专利技术来源及构成
对检索得到专利的申请人国别进行分析（见图5），大部分专利来自于中国，数量占总体的57%，其中我国专利的申请人类型主要为大专院校，其次是企业和科研单位。表明我国块体纳米金属材料的相关技术主要来自于高校或科研机构。
3.2.2专利技术转化情况
对472件专利的法律事件进行分析，其中71件专利发生转让，转让率为15%，领域专利转让率较高。进一步分析转让专利的受让人情况，结果如图6所示。可见有64件专利的受让人为企业，占64%;有25件专利的受让人为高校及科研院所，占24%;值得注意的是有11件专利的受让人为美国空军、美国海军等美国官方机构，表明部分专利可能用作军事用途。
4结语
块体纳米金属材料在实验中展现出比传统金属材料更好的力学性能和抗腐蚀性，能够适应更多的应用场景，理论上在航空航天、船舶、电子通讯、汽车、机械、核电、生物医疗等多个行业具有应用潜力，并具有军事用途，美国有用作子弹头、个体装甲等相关项目。
从论文发表情况来看，块体纳米晶金属材料受到了一定的关注，但是其研究可能进入了瓶颈期，有待突破。当前研究主要集中在“两步法”，其中机械合金法、放电等离子烧结、粉末冶金等方法研究较多。“一步法”中电化学沉积和非晶晶化法相对关注度较高。
我国块体纳米金属材料相关研究论文和专利的发表量遥遥领先，具有较好的研究基础和技术储备。但是国外纳米金属材料相关专利的转让率较高，且多数受让人为企业，也有军事部门。
目前仅有少数纳米金属材料试验性应用的报道，主要是一些体积较小的构件，并未出现大型构件采用块体纳米晶金属材料的相关报道。虽然美国、日本等在2l世纪初期已开展纳米金属材料的技术研究和应用项目，但后续没有产业化，这可能是由于纳米晶金属材料当前的制备技术还无法满足大批量工业生产的需求。
纳米粉体范文第6篇
这位年轻的中国科学院院士，以其在纳米技术领域的独特贡献向人们昭示了一片诱人的科学天地。
在瞬息万变的纳米研究领域要跑得快
从读研究生开始，十几年来，卢柯一直专注于研究金属材料。他说：“我非常幸运，从事了这个全世界都关注的研究领域。”这个热门领域就是纳米材料。
卢柯的历史也像纳米一样有点传奇色彩。在中科院新当选院士材料上，关于卢柯成就的介绍是：“发展了一种制备无微孔隙和界面污染金属纳米材料的新方法———非晶完全晶化法”。这个重要成就，使我国在纳米晶体研究领域一跃而进入国际前列。而这一思路是卢柯1990年读博士时提出的，那年他刚刚25岁。卢柯在攻读博士学位期间，对非晶态金属的晶化动力学及其微观机制进行了深入研究，在国际学术刊物上发表论文10余篇，被本领域一些知名专家称为“非晶态金属晶化方面近10年来的好文章”。而由他发展的制造纳米材料的新方法，解决了多年来一直困扰着科学界的纳米材料孔隙大、密度小、易断裂等问题，成为当今国际上纳米材料的三种主要制备方法之一。
2000年，由他领导的研究小组在进一步冷轧实验中，卢柯与同事们观察到一种奇异现象：发丝状的纳米铜的长度竟能从1厘米左右延伸到近1米，而其厚度却能从1毫米逐渐减少到20微米……这一研究成果被评为当年中国十大科技进展之一。
2003年8月，第十三届国际材料强度大会在匈牙利首都布达佩斯举行，卢柯作了大会特邀报告。此后三个多月他被增补为中科院院士。一个这么年轻的科学工作者就获得如此高的荣誉。卢柯做什么都比别人快几拍，在飞速发展、瞬息万变的纳米研究领域，用卢柯的话说：“跑得不快能行吗？”
在古人的墨块中就有纳米尺度的颗粒
卢柯说：“纳米技术在应用上可以涉及到许多方面，对我们生活的方方面面都可能带来很大变化，而且它是一项十分具体的新技术，但我并不认为纳米技术的具体应用已经进入成熟阶段，它还有许多需要解决的问题。”2003年卢柯与他的课题小组在美国《科学》杂志上发表了一项最新发现：将铁表层的晶粒细化到纳米尺度，其氮化反应温度显著降低，这为氮化处理更多种材料和器件提供了可能，其应用前景十分看好。如果将这些枯燥的专业名词与现实应用联系起来，无疑更有助于公众理解材料科学家的工作。但卢柯并不十分乐观，他说：“这需要相当长的一个过程，就像不锈钢出现几十年后才开始大量用于社会生活。一些国家重大科技工程中的设备就包含我们金属所的工作，但要想在更大范围内使用这些成果，我们还需要做更多的工作。”
卢柯认为，纳米技术在很多人的头脑中还只是概念而已，做这方面的普及工作显得十分重要。卢柯给我们解释纳米的概念时说：“纳米是长度单位，由毫米到微米，再到纳米，纳米不是最小，但已经很小了，正因为其小，在结构、性能的调节方面就有了不同，它的神奇之处就显示出来了。”他举例说：“我国古人用的墨块中就有纳米尺度的颗粒，只是那时人们还没有纳米的概念，我们现在则是有意识地应用。”
卢柯认为，科技与人文的发展是统一的，任何技术的发展都应该得到理性的控制。“纳米技术也有可怕的一面，那就是谁也不知道它到底能发展到哪一步，到底能做什么。”
对有些人谈到的“纳米技术将导致一场革命”，卢柯说：“有这种可能，但还要取决于今后一段时间内纳米技术的发展情况。”而对有些人提出的所谓“纳米是一场骗局”的论调，卢柯则毫不含糊地说：“那就让我们走着瞧吧！”
我在加倍地读书
1988年金属所准备让卢柯去日本读博士，当时他爱人也接到了美国一所大学的入学通知书。一些同学和亲友都督促他们赶快办手续。卢柯却反复思考：“就整体科技发展水平而言我国是落后，而就局部来说，有些方面不一定比国外差，金属所具有国际水平的仪器设备和科研环境，我要立足在国内发展。”卢柯认为科技的发展很大程度上取决于人的思想观念的发展，尽管在中国做尖端科研的条件与国外比有不小的差距，但能不能做好主要取决于人，要对自己的思维有信心才行。
平时，卢柯喜欢打网球，他说他能从网球中寻找生活的技巧，并把它用到工作中去，工作也给了他许多幸福的感受。在颁奖仪式上，卢柯的老师赵忠贤认为卢柯是“科学地从事科学研究的人”。卢柯感慨地说：“在我增选为中科院院士的时候，我不认为自己是一个合格的能享受如此荣誉的人，但这鼓励我要耐得住寂寞，做更深入的研究工作。”
如今，卢柯已经培养了近20名研究生，这些学生大都出国了。卢柯不认为这是什么坏事，他说：“中国纳米技术部分研究在国际有一席之地，是领先的，但整体水平与国外相比差距比较大，无论是保持优势，还是缩小差距都需要有人打出去，再打回来，我们需要把金属所这块阵地经营好，这就能为今后回归的人才创造发展的条件。”
卢柯回母校南京理工大学作报告，有人问他是如何成功的。卢柯对他的师弟师妹们说：“10年前的今天，我在读书，现在的我还在加倍地读书。我建议大家利用现在大学良好的环境，抓紧时间读书。对从事科学研究的人来说，一生都需要好好读书。”
敢于修正国际权威确定的位向关系
卢柯深入系统地研究了纳米材料的结构性能及稳定性，在全致密纳米材料中发现了反常Hall-Petch关系，提出并在实验中证实了纳米晶体的晶格畸变效应。这些开创性的研究成果突破了以往的传统观点和理论框架，将纳米材料的研究推向了一个新的高度。他领导的研究小组还创造性地提出了过热晶体熔化的均匀形核灾变模型，建立了固体熔点的动力学极限理论，提出了非晶态合金晶化的新微观机制--有序原子集团切变沉积机制。这些结果极大地丰富和完善了非平衡相变过程动力学理论。
在2000年出版的《SCIENCE》杂志上，卢柯领导的研究小组公布了关于纳米材料超塑延展性的研究成果。他们在实验中发现纳米金属铜样品在室温下具有的神奇特性———超塑延展性，而没有加工硬化效应。即将晶粒为纳米尺度的铜放在室温下反复冷轧，延伸率能达到5100%，而不出现硬化现象。这一发现表明金属纳米材料具有与普通的金属材料完全不同的力学性能和加工行为，缩短了纳米材料理论和实际应用的距离。纳米材料“鼻祖”、德国科学家格莱特教授认为，这项工作是“本领域的一次突破，它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的”。这一成果被评为2000年中国十大科技新闻，申请获准专利7项。
1990年，卢柯在新晶化微观机制的基础上提出制备纳米晶体的新方法———非晶晶化法，该方法具有工艺简单、晶粒度易于控制、界面清洁且不含微孔洞等优点。论文在美国《J.Appl.Phys》及《Scripta Metall.Mater.》发表后至1994年6月份已被引用近200次。国际学术刊物《Mater.Sci.Eng.Reports》邀请他撰写此领域的专题综述。这一方法已成为当今国际上纳米材料的三种主要制备方法之一。该制备方法的确定，使我国在纳米晶体研究领域一跃进入国际前列。1998年国际亚稳及纳米材料年会(ISMANAM)授予卢柯博士ISMANAM金质奖章, 以表彰他对这一新兴领域的杰出贡献。卢柯成为我国材料界第一位获此殊荣的青年学者。
近年来，卢柯在《SCIENCE》等学术刊物上发表论文193篇，22次在国际学术会议上做特邀报告，论文被SCI（科学引文索引）引用高达1200余次，确立了我国在世界上该领域的领先地位。他先后被选聘为国际纳米材料委员会委员（唯一的中国委员）、国际《亚稳及纳米材料杂志》、《国际非平衡过程杂志》和《德国金属学报》等学术刊物国际编委。他多次担任国际学术会议主席、分会主席或学术委员，兼任国内五所大学的兼职教授和德国马普学会金属研究所、美国威斯康星大学、德国柏林工业大学、法国特瓦鲁技术大学、新加坡国立大学访问教授，培养博士硕士生39人。作为中科院最年轻的院士———卢柯，他的实力与魅力都让人惊讶。