浅谈纳米材料在电池中的应用[大全5篇]

第一篇：浅谈纳米材料在电池中的应用

浅谈纳米材料在电池中的应用

[论文关键词]：纳米材料 电池 复合材料

[论文摘要]：纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关，作为电极的活性材料纳米化后，表面增大，电流密度会降低，极化减小，导致电容量增大，从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破，因而开辟了全新的科学研究领域。

一、碱性锌锰电池材料

（一）纳米级γ-ＭｎＯ2

夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反应法合成制得纳米级γ-ＭｎＯ2用作碱锰电池正极材料。发现纯度不佳，但与ＥＭＤ以最佳配比混合，可大大提高第2电子当量的放电容量，也就是可出现混配效应。若制得的纳米γ-ＭｎＯ2纯度高时，本身的放电容量即优于ＥＭＤ。

（二）掺Ｂｉ改性纳米ＭｎＯ2

夏熙等通过加入Ｂｉ2Ｏ3合成得到改性ＭｎＯ2，采用纳米级和微米级改性掺Ｂｉ、ＭｎＯ2混配的方法，放电容量都有不同程度的提高，并且存在一个最佳配比。通过掺Ｂｉ在充放电过程中形成一系列不同价态的Ｂｉ、Ｍｎ复合物的共还原和共氧化，有效抑制Ｍｎ3Ｏ4的生成，可极大地改善电极的可充性。

（三）纳米级α-ＭｎＯ2

采用固相反应法合成不含杂质阳离子的纳米αＭｎＯ2，粒径小于50nｍ，其电化学活性较高，放电容量比常规粒径ＥＭＤ更大，尤其适于重负荷放电，表现出良好的去极化性能，具有一定的开发和应用潜力。

（四）纳米级ＺｎＯ

碱锰电池中的电液要加入少量的ＺｎＯ，以抑制锌负极在电液中的自放电。ＺｎＯ在电液中的分散越均匀，越有利于控制自放电。纳米ＺｎＯ在我国已应用于医药等方面。由于碱锰电池朝着无汞化发展，采用纳米ＺｎＯ是可选择的方法之一。应用的关键是要注意纳米

ＺｎＯ材料的表面改性问题。

（五）纳米级Ｉｎ2Ｏ3

Ｉｎ2Ｏ3是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一，目前已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米Ｉｎ2Ｏ3，该材料具有比表面积大，分散性好，缓蚀效果更佳的特点，应用于无汞碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用。

二、在ＭＨ/Ｎｉ电池中的应用

（一）纳米级Ｎｉ（ＯＨ）2

有人用沉淀转化法制备了纳米级Ｎｉ（ＯＨ）2，并发现纳米级Ｎｉ（ＯＨ）2比微米级Ｎｉ（ＯＨ）2具有更高的电化学反应可逆性和更快速的活化能力。采用该材料制作的电极在电化学氧化还原过程中极化较小，充电效率高，活性物质利用更充分，而且显示出放电电位较高的特点。赵力等人用微乳液法制备纳米β Ｎｉ（ＯＨ）2，粒径为40～70ｎｍ。该方法较易控制纳米颗粒粒径大小，并且所制得的纳米材料呈球型或椭球形，适用于某些对颗粒状有特殊要求的场合，如作为氢氧化镍电极的添加剂，按一定比例掺杂，可使Ｎｉ（ＯＨ）2的利用率显着提高，尤其当放电电流较大时，利用率可提高12%。

（二）纳米晶贮氢合金

陈朝晖等利用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶ＬａＮｉ5，平均粒径约20ｎｍ，采用该材料制备的电极与粗晶ＬａＮｉ5制备的电极相比，具有相当的放电容量，更好的活化特性，但其循环寿命较短。

三、锂离子电池材料

（一）阴极材料纳米ＬｉＣｏＯ2

夏熙等用凝胶法制备的纳米ＬｉＣｏＯ2，放电容量为103ｍＡｈ/ｇ，充电容量为109ｍＡｈ/ｇ，长平台在39Ｖ处，有明显提高放电平台的效果，循环稳定性也大为提高，但未见有混配效应。低热固相反应法合成纳米ＬｉＣｏＯ2，发现了混配效应:以一定比例与常规ＬｉＣｏＯ2进行混配，做成电池测试，充电容量可达132ｍＡｈ/ｇ，放电容量为125ｍＡｈ/ｇ，放电平台在39Ｖ，由于纳米颗粒增大了比表面积，令Ｌｉ+更易嵌入和脱出，削弱了极化现象，循环性能比常规ＬｉＣｏＯ2明显提高，显示出较好的性能。

（二）纳米阳极材料

中国科学院成都有机化学研究所“碳纳米管和其它纳米材料”的研究工作取得了阶段性成果。制得的碳纳米管层间距离为0.34ｎｍ，略大于石墨的层间距0.335ｎｍ，这有利于Ｌｉ+的嵌入和脱出，它特殊的圆筒状构型不仅可使Ｌｉ+从外壁和内壁两方面嵌入，而且可防止因溶剂化Ｌｉ+的嵌入引起石墨层剥离而造成负极材料的损坏。实验表明，用该材料作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显着提高负极材料的嵌Ｌｉ+容量和稳定性。中国科学院金属研究所等用有机物催化热解法制备出单壁纳米碳管和多壁纳米碳管。他们的研究表明用纳米碳管作为电极，比容量可达到1100ｍＡｈ/ｇ，且循环性能稳定。香港科技大学用多孔的沸石晶体作载体，首次成功研制出尺寸最小，全球最细且排列规整的0.4nｍ单壁纳米碳管，继而又发现在超导温度15℃以下呈现出特殊的一维超导特性。

四、电容器材料

由可充电电池和电容器共同组合的复合电源系统引起了人们的浓厚兴趣，特别是环保电动汽车研究的兴起，这种复合电源系统可在汽车启动、爬坡、刹车时提供大功率电源，因而可以降低电动车辆对蓄电池大功率放电的限制要求，大大延长蓄电池循环使用寿命，从而提高电动汽车的实用性。近年来以纳米碳管为代表的纳米碳材料的研究和作为电极材料的应用，为更高性能的电化学超级电容器的研究开辟了新的途径。清华大学用催化裂解丙烯和氢气混合气体制备碳纳米管原料，再采用添加粘结剂或高温热压的工艺手段制备碳纳米管固体电极，通过适当的表面处理，制得的碳纳米管电极具有极高的比表面积利用率。用纳米碳管和ＲｕＯ2的复合电极制备双电层法拉第电容器，在纳米碳管比表面积为150ｍ2/ｇ时，电容量可达20Ｆ/ｇ左右。清华大学已经制备出电容量达100Ｆ的实验室样品。在充分利用纳米材料的表面特性和中空结构上，纳米碳管是目前最理想的超级电容器材料。

五、结束语

首先，材料的先进性必然会推动电池的先进性，因此纳米材料技术在电化学领域具有十分广阔的前景，不仅可使传统的电池性能达到一个新的高度，更有望开发出新型的电源。其次，由于纳米材料的研究目前大多处于实验室阶段，因此如何制得粒径可控的纳米颗粒，解决这些颗粒在贮存和运输过程中的团聚问题，简化合成方法，降低成本，是今后实用化应注意的问题。再次，纳米材料技术在电池中应用时，应注意相关工艺的匹配，并综合考虑成本，如利用材料的混配效应，而不能仅仅是材料取代的简单考虑。

第二篇：纳米材料在电池中的应用(一)要点

纳米材料在电池中的应用(一)

纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关,作为电极的活性材料纳米化后,表面增大,电流密度会降低,极化减小,导致电容量增大,从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料———纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究已取得了重大突破,因而开辟了全新的科学研究领域。碱性锌锰电池材料 1 1 纳米级γ-ＭｎＯ2

夏熙等利用溶胶凝胶法、微乳法、低热固相反应法合成制得纳米级γ ＭｎＯ2用作碱锰电池正极材料。发现纯度不佳,但与ＥＭＤ以最佳配比混合,可大大提高第2电子当量的放电容量,也就是可出现混配效应。若制得的纳米γ ＭｎＯ2纯度高时,本身的放电容量即优于ＥＭＤ。2 掺Ｂｉ改性纳米ＭｎＯ2

夏熙等通过加入Ｂｉ2Ｏ3合成得到改性ＭｎＯ2,采用纳米级和微米级改性掺Ｂｉ ＭｎＯ2混配的方法,放电容量都有不同程度的提高,并且存在一个最佳配比。通过掺Ｂｉ在充放电过程中形成一系列不同价态的Ｂｉ Ｍｎ复合物的共还原和共氧化,有效抑制Ｍｎ3Ｏ4的生成,可极大地改善电极的可充性。3 纳米级α-ＭｎＯ2 采用固相反应法合成不含杂质阳离子的纳米α ＭｎＯ2,粒径小于50ｎｍ,其电化学活性较高,放电容量比常规粒径ＥＭＤ更大,尤其适于重负荷放电,表现出良好的去极化性能,具有一定的开发和应用潜力。4 纳米级ＺｎＯ

碱锰电池中的电液要加入少量的ＺｎＯ,以抑制锌负极在电液中的自放电。ＺｎＯ在电液中的分散越均匀,越有利于控制自放电。纳米ＺｎＯ在我国已应用于医药等方面。由于碱锰电池朝着无汞化发展,采用纳米ＺｎＯ是可选择的方法之一。应用的关键是要注意纳米ＺｎＯ材料的表面改性问题。5 纳米级Ｉｎ2Ｏ3 Ｉｎ2Ｏ3是碱锰电池的无机代汞缓蚀剂的选择之一,目前已开发并生产出无汞碱锰电池用高纯纳米Ｉｎ2Ｏ3,该材料具有比表面积大,分散性好,缓蚀效果更佳的特点,应用于无汞碱锰电池具有良好的抑制气体产生的作用。在ＭＨ/Ｎｉ电池中的应用 2 1 纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2

周震等人用沉淀转化法制备了纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2,并发现纳米级Ｎｉ(ＯＨ)2比微米级Ｎｉ(ＯＨ)2具有更高的电化学反应可逆性和更快速的活化能力。采用该材料制作的电极在电化学氧化还原过程中极化较小,充电效率高,活性物质利用更充分,而且显示出放电电位较高的特点。赵力等人用微乳液法制备纳米β Ｎｉ(ＯＨ)2,粒径为40～70ｎｍ。该方法较易控制纳米颗粒粒径大小,并且所制得的纳米材料呈球型或椭球形,适用于某些对颗粒状有特殊要求的场合,如作为氢氧化镍电极的添加剂,按一定比例掺杂,可使Ｎｉ(ＯＨ)2的利用率显著提高,尤其当放电电流较大时,利用率可提高12%。2 纳米晶贮氢合金

陈朝晖等利用电弧熔炼高能球磨法制备出纳米晶ＬａＮｉ5[6],平均粒径约20ｎｍ,采用该材料制备的电极与粗晶ＬａＮｉ5制备的电极相比,具有相当的放电容量,更好的活化特性,但其循环寿命较短。锂离子电池材料 1 阴极材料———纳米ＬｉＣｏＯ2

夏熙等用凝胶法制备的纳米ＬｉＣｏＯ2,放电容量为103ｍＡｈ/ｇ,充电容量为109ｍＡｈ/ｇ,长平台在3 9Ｖ处,有明显提高放电平台的效果,循环稳定性也大为提高,但未见有混配效应。低热固相反应法合成纳米ＬｉＣｏＯ2,发现了混配效应:以一定比例与常规ＬｉＣｏＯ2进行混配,做成电池测试,充电容量可达132ｍＡｈ/ｇ,放电容量为125ｍＡｈ/ｇ,放电平台在3 9Ｖ,由于纳米颗粒增大了比表面积,令Ｌｉ+更易嵌入和脱出,削弱了极化现象,循环性能比常规ＬｉＣｏＯ2明显提高,显示出较好的性能。2 纳米阳极材料

中国科学院成都有机化学研究所“碳纳米管和其它纳米材料”的研究工作取得了阶段性成果。制得的碳纳米管层间距离为0 34ｎｍ,略大于石墨的层间距0 335ｎｍ,这有利于Ｌｉ+的嵌入和脱出,它特殊的圆筒状构型不仅可使Ｌｉ+从外壁和内壁两方面嵌入,而且可防止因溶剂化Ｌｉ+的嵌入引起石墨层剥离而造成负极材料的损坏。实验表明,用该材料作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显著提高负极材料的嵌Ｌｉ+容量和稳定性。中国科学院金属研究所等用有机物催化热解法制备出单壁纳米碳管和多壁纳米碳管。他们的研究表明用纳米碳管作为电极,比容量可达到1100ｍＡｈ/ｇ,且循环性能稳定。香港科技大学用多孔的沸石晶体作载体,首次成功研制出尺寸最小,全球最细且排列规整的0 4ｎｍ单壁纳米碳管,继而又发现在超导温度15℃以下呈现出特殊的一维超导特性。电容器材料

由可充电电池和电容器共同组合的复合电源系统引起了人们的浓厚兴趣,特别是环保电动汽车研究的兴起,这种复合电源系统可在汽车启动、爬坡、刹车时提供大功率电源,因而可以降低电动车辆对蓄电池大功率放电的限制要求,大大延长蓄电池循环使用寿命,从而提高电动汽车的实用性。近年来以纳米碳管为代表的纳米碳材料的研究和作为电极材料的应用,为更高性能的电化学超级电容器的研究开辟了新的途径。清华大学用催化裂解丙烯和氢气混合气体制备碳纳米管原料,再采用添加粘结剂或高温热压的工艺手段制备碳纳米管固体电极,通过适当的表面处理,制得的碳纳米管电极具有极高的比表面积利用率。用纳米碳管和ＲｕＯ2的复合电极制备双电层法拉第电容器,在纳米碳管比表面积为150ｍ2/ｇ时,电容量可达20Ｆ/ｇ左右。清华大学已经制备出电容量达100Ｆ的实验室样品。在充分利用纳米材料的表面特性和中空结构上,纳米碳管是目前最理想的超级电容器材料。结束语

ａ 材料的先进性必然会推动电池的先进性,因此纳米材料技术在电化学领域具有十分广阔的前景,不仅可使传统的电池性能达到一个新的高度,更有望开发出新型的电源。

ｂ 由于纳米材料的研究目前大多处于实验室阶段,因此如何制得粒径可控的纳米颗粒,解决这些颗粒在贮存和运输过程中的团聚问题,简化合成方法,降低成本,是今后实用化应注意的问题。

ｃ 纳米材料技术在电池中应用时,应注意相关工艺的匹配,并综合考虑成本,如利用材料的混配效应,而不能仅仅是材料取代的简单考虑。

第三篇：碳基薄膜在纳米晶TiO2 DSSC 电池中的应用和性能研究

碳基薄膜在纳米晶TiO2 DSSC 电池中的应用和性能研究

作 者：**

（电子工程学院、集成电路0701）

指导教师：**(西安邮电学院、讲师)摘要：

染料敏化太阳能电池(DSSC)是新一代的光电池，有着极大的应用前景。本文在查阅大量DSSC相关资料的基础上，介绍了染料敏化太阳能电池的基本结构、工作原理；采用传统的半导体工艺、丝网印刷和电泳沉积等多种技术，设计制备出碳基薄膜对电极的染料敏化纳米晶TiO2太阳能电池。另外，做出了工作总结并展望染料敏化电池的发展。具体的内容如下：

1、采用Protel软件设计出染料敏化太阳能电池的基本结构，绘制出光绘片；

2、利用半导体工艺中的匀胶、曝光、显影和刻蚀等技术，在ITO玻璃上制备出染料敏化太阳能电池的电极；

3、采用超生波分散技术制备出TiO2浆料，并利用丝网印刷技术印刷TiO2浆料，经烧结后形成染料敏化太阳能电池的光阳极。

4、采用电泳沉积技术在光阴极玻璃电极上电镀碳基薄膜，采用金相显微镜对TiO2膜和碳薄膜进行表征。

5、采用热封膜对电池组件进行封装，并利用微量进样器注入电解液。

6、在太阳能模拟光源的条件下，用万用表进行电池测试。

7、分析表征图像和测试数据。

关键词：太阳能电池，纳米TiO2薄膜，染料敏化，碳对电极

Author: Chen Xin(Electronic Engineering,IC design and intergration system,grade 2007,class 01)

Faculty adviser:Shang Shi-guang Xi’an University of Post and Telecommunications,lectuer

Abstract Dye-sensitized Solar Cells(DSSC)are the next generation solar cells with great application prospect.In this paper, based on the relative reference of dye-sensitized solar cells, the structure and working principle of dye-sensitized solar cell are described.The design and preparation of dye-sensitized nanocrystalline TiO2 solar cells with carbon-based films were completed by conventional semiconductor process, screen printing and electrophoretic deposition technology.In addition, a summary of the work and the development prospect of dye sensitized solar cells were proposed.The main contents are as following:

1.Designing the basic structure of dye-sensitized solar cell by the software protel 99 SE, and gerbering drawn film.2.Preparing the electrodes a dye-sensitized photovoltaic solar cell on ITO glasses by semiconductor technologies, such as spin coating, exposure, development and etching.3.The use of ultrasonic wave dispersion TiO2 slurry prepared and printed by screen printing technique TiO2 film formed by sintering the photoelectric dye-sensitized solar pole.4.Plating carbon film on the photocathode glass by electrophoretic deposition technology, and characterizing TiO2 film and carbon film by optical microscope.5.Using sealing flim to package the solar cell and injecting the electrolyte solution by micro-injector.6.Testing the solar cells with multimeter under simulated solar light condition.7.Analyzing images and test data.Keywords:Solar Cells, Nano TiO2 film, Dye-sensitization, Carbon counter electrode 1 染料敏化太阳能电池简介

染料敏化太阳能电池（Dye-sensitized Solar Cells，DSSC电池)是一种电化学太阳电池,但与常规的电化学太阳电池相比,在半导体电极与染料上有很大的改 进。

1.1 DSSC 电池结构

DSSC电池具有类似三明治的结构(如图1-l所示)，主要由导电膜、导电玻璃、纳米晶半导体多孔膜(如TiO2，ZnO，Nb2O5，SnO2等一些列宽禁带半导体材料)、染料光敏化剂、电解质(I-/I3-)和对电极（也叫反电极或光阴极）等组成。导电玻璃厚度一般为3mm，表面上镀有一层0.5~0.7μm厚的掺F的SnO2膜或氧化铟锡(ITO)膜[1]。

图1-1：染料敏化太阳能电池的组成结构[2]

1.2 DSSC 电池工作原理

光敏染料分子吸收太阳光跃迁至激发态，处于激发态的染料向半导体的导带内注入电子借以实现电荷分离，是光电化学电池的基本原理。最具代表性的染料敏化太阳能电池是Grazel电池，工作原理如图1-2所示。在该类装置中，纳米TiO2不仅作为光敏染料的支持剂，而且作为电子的受体和导体。TiO2是一种宽禁带的n 型半导体，其禁带宽度为3.2eV，而且只能吸收波长小于375nm的紫外光，可见光却不能将它激发，需要对它进行一定的敏化处理，即在TiO2表面吸附染料光敏剂，这样在可见光的作用下染料分子吸收太阳光能，使跃迁至激发态，处于激发态的电子不稳定，会很快地进入较低能级的TiO2导带，从而有效地产生电子-空穴对。

图1-2：染料敏化太阳能电池工作原理图[1]

光电转换机理[3]：(1)太阳光照射到电池上，基态染料分子(S)吸收太阳光能量被激发，染料分子中的电子受激跃迁到激发态(S*)；(2)激发态的电子快速注入到TiO2导带中；(3)电子在TiO2 膜中迅速传输，在导电基片上富集，并通过外电路流向对电极；(4)在对电极附近，电解质溶液得到电子而还原；(5)处于氧化态的染料分子(S+)与电解质(I-/I3-)溶液中的电子供体(I-)发生氧化还原反应而回到基态，染料分子得以再生。碳基薄膜染料敏化太阳能电池的制备工艺

2.1 掩模光绘片设计

本实验采用Protel99SE软件进行掩膜板的绘制，制成的光绘片如图2-1所示：

图2-1(a)总体图形

图2-1(b)：实物光绘片（左图为光阳极，右图为对电极）2.2 光阳极制备（1）光阳极电极制备

利用绘制好的光绘片，采用微电子工艺在ITO导电玻璃上进行涂胶、光刻、刻蚀，制备出 DSSC 电池的图形化的导电基底。

制备步骤为：a.利用玻璃切割机切割出尺寸为20mm25mm 长方形玻璃；b.采用KW-5型号匀胶机涂胶，转速Ⅰ700转/分钟（时间18s），转速Ⅱ2500转/分钟（时间25s），前烘时间12~15min；c.采用型号为 JKG-2A光刻机曝光，曝光时间22s，显影45s，定影30s，坚膜时间为45min，温度为140℃；d.配制35ml HCL：H2O：HNO3=4：2：1（HCl浓度36.5%~37.5%，HNO3浓度70%）的混合溶液，在45℃ 水浴中去除ITO，再用NaOH溶液去除多余的胶。（2）光阳极TiO2 膜制备

本实验用溶胶-凝胶法制纳米二氧化钛，再用丝网印刷法印刷出TiO2薄膜。印刷完成后，在室温干燥10min，在50℃下处理15 min，再以20-50℃/ min 的速率升温至250℃烧结，恒温2h。（3）染料敏化TiO2 膜

本实验使用标准染料DHS-N719。

染料敏化液的配制：0.2-0.3 M的乙腈与叔丁醇（试剂如图3-16）进行体积比为1:1的配置(乙腈与叔丁醇各10mL)作为溶剂，或者用乙醇溶液将作为溶剂。然后将7.2mg染料固体溶解在20mL溶剂中，等溶液均匀即可。

将已经做好TiO2薄膜的玻璃放入容器中，加入染料敏化液，密封、避光，浸泡12h-24h 后取出，取出后用酒精溶液冲洗一下多余的染料浮液。2.3 光阴极制备（1）光阴极电极制备

光阴极电极的制备工艺与光阳极的是相同的，只是在曝光的时候用的是阴极的光绘片。当阴极图形刻蚀完成后，在进行碳薄膜制备前要在有电极的上边缘打一个小孔，以便于注入电解液。（2）光阴极碳基薄膜制备

传统的碳纳米管薄膜加工方法包括[4]：化学气相沉积(CVD)、丝网印刷、吸附、烧结、电泳等。CVD方法的加工过程需要高真空、高温，对生长碳纳米管的基底有很高的要求，并且引入了不易去除的金属催化剂；丝网印刷方法引入了有机添加剂，薄膜厚度、均匀度不易控制，且碳纳米管和基底的结合只依靠有机质粘接和碳纳米管基底之间的范德华力，难以保证其电学和力学性能；而吸附、烧结等方法对基底和碳纳米管有较高的处理要求，引入了部分难以去除的杂质，且大都很难与现有的微电子工艺相兼容。目前，电泳的方法被应用于碳材料的成膜。电泳（electropho-resis）是指在直流电场中，带电粒子向带符号相反的电极 移动的现象。

本实验用了两种成膜方法来制备碳基薄膜： a.丝网印刷碳纳米管

跟印刷TiO2的方法是一样的，只需将TiO2换成碳纳米管，再选择对电极的图形印刷就可以了。

b.电泳技术制备

所需器材：恒温磁力搅拌器，直流可调稳压电源，导线若干，碳棒一根（不锈钢材料也可以），100mL烧杯一个（用做电泳槽）

溶液配制：碳黑1g，硝酸镁0.8g，异丙醇60mL，将三者混合配成溶液。用磁力搅拌器搅拌23小时。

电镀：加直流电压10V~30V，碳棒接阳极，图形化的对电极ITO玻璃接阴极。当电源接通后，在加10V电压的条件下，电流显示为0.06A（每片玻璃在不同电压下显示的电流均不一样，都小于0.1A），并且递减为0A，电泳时间为3分钟，此时，说明电镀已经完成，因为镀膜不导电。也可加大电压来控制电泳的速度和膜的厚度。这需要多次反复实验来验证。

经多次反复实验，阳极与阴极距离2.5cm 时，薄膜比较均匀，效果比较好。电镀完成后再烧结，调节温度300℃，恒温2.5h。烧结后的薄膜颜色呈暗灰色。封装与测试

3.1 电池的封装

本实验用热封膜将两电极封装。

所需器材：热封台、小刀、微量进样器、直尺。

所需试剂：热封膜（Surlyn®1702）、电解液（DHS-E23）。（1）用封装膜封装

电镀的碳薄膜比一般丝网印刷的要厚，所以电镀的碳薄膜要采用两层膜进行封装，丝网印刷的碳纳米管薄膜用一层膜封装。

封装步骤：a.先用纸做出一个能很好地套合TiO2膜和碳薄膜的封装膜模型，再按照模型用小刀与直尺两工具进行膜的裁剪，得到完好的封装膜。b.将印有TiO2的ITO玻璃平放在实验台上，把封装膜对齐到ITO玻璃上，再将对电极导电面扣在上面（可以用小夹子来固定），用热封台加热玻璃电极使热封膜发挥作用，大约5分钟即可。（2）注入电解液

用10μL的微量进样器（如图3-1）吸取1μL的DHS-E23电解液，将针头对准对电极上的小孔，轻微的在小孔里滴入一滴电解液，通过电池内外压强差和毛 细现象将之灌入。再用热封装薄膜以及载玻片在烙铁或者热封台的加热下将小孔热封。注入电解液过程如图3-2所示，成品电池如图3-3所示。

图3-1：微量进样器 图3-2：电解质注入

图3-3：封装好的电池

3.2 碳薄膜表征与分析

本实验用金相显微镜观测膜表面特征。电脑型金相显微镜系统是将传统的光学显微镜与计算机（数码相机）通过光电转换有机的结合在一起，放大倍数可以达到上千倍，不仅可以在目镜上作显微观察，还能在计算机（数码相机）显示屏幕上观察实时动态图像。（1）电泳法制备的碳薄膜表征

a.电泳液没有用磁力搅拌器搅拌

图3-4：电泳碳薄膜表征图（1）

b.电泳液用磁力搅拌器搅拌24小时。

图3-5：电泳碳薄膜表征图（2）

图分析结果：由图3-4和3-5对比可以看出，经磁力搅拌器搅拌的电泳液粒子分散的更均匀，电镀的碳薄膜也会比较好。(2)丝网印刷的碳薄膜表征

图3-6：丝网印刷碳薄膜表征

图3-6中的碳薄膜是在250℃条件下恒温烘焙2h，冷却后在金相显微镜下观测到的图形。图3-6与图3-5相比较，碳薄膜不够致密。采用电泳的方法沉积的碳薄膜,与丝网印刷法制得的阴极相比分布更为均匀,且厚度更容易控制。3.3 电池的测试与分析(1)电池的测试

将封装好的电池拿到室外阳光较好的地方，先用万用表测试。阴极和阳极电极分别接万用表的两根线，万用表打到伏安档。测得结果如下：a.电镀碳薄膜电池的正向开路电压为0.065V；b.碳纳米管薄膜电池的正向开路电压为0.038V。测试过程如图3-7所示（本实验也可以进一步在太阳模拟器下进行，如图3-8）。

图3-7：室外万用表测试电池

图3-8：室内太阳能模拟器下测试电池

（2）结果分析

a.测得的数据比预期的小一个数量级

对于这一点分析可能有以下原因：①工艺制备中电极基底的刻蚀中导电膜可能有损伤，使导电性能有所下降；②用热封膜封装的时候，碳薄膜和TiO2膜叠 加后膜比较厚，而采用的封装膜厚度不够，导致两电极间空隙减少；③注入的电解液较少，导致光照下电解质进行氧化还原反应的能力下降。

由②也可以导致③。

b.电镀的碳薄膜电池比丝网印刷的碳薄膜电池的性能好

通过对两种碳薄膜电池进行测量可以看出，电镀的碳薄膜电池的开路电压、短路电流均比丝网印刷的碳薄膜电池的要高。导致此现象出现的原因可以从以下几点分析：①用电泳技术电镀的碳薄膜比丝网印刷的碳薄膜分散的均匀；②薄膜有效导电面积会影响短路电流；③开路电压受到电解质氧化还原电位与半导体费米能级的影响，本电池中电解质含量比较低，然而前者电压大于后者主要是半导体膜的不同导致的。总结

电泳方法是利用直流电场使悬浮溶液中的带电离子包裹住粒子在电性相反的电极板上沉积一层均匀的薄膜。我们发现采用电泳的方法沉积的碳薄膜，与丝网印刷法制得的阴极相比分布更为均匀，且厚度更容易控制。由于本实验配制电泳液时使用了碳黑，而丝网印刷的是碳纳米管，且碳纳米管具有较小的曲率半径，较大的长径比，极高电导率，卓越的机械强度和化学稳定性等优点，因此，可以考虑用电泳法沉积碳纳米管薄膜，这样既可以提高电泳碳薄膜电池的性能，也使电泳法与丝网印刷技术更具对比性。

电池的性能也受阳极TiO2膜的影响，可以考虑印刷两层膜，即先印刷一层TiO2+CNT薄膜，并在烘箱中将其烘培1h，温度定为140℃；烘干后继续印刷一层TiO2膜，再将实验品放入烘箱中烘培2h。这是由于一维纳米材料碳纳米管不但可大大缩短电子传输距离，还可以抑制电子复合，使电子传输效率提高。用印刷两层膜的方法也可能会提高电池的性能。

参考文献

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镍/碳纳米管复合薄膜的制备及其性能的研究微细加工技术[J] 2008年4月第2期

第四篇：纳米材料的应用

纳米材料的应用

纳米是英文namometer的译音，是一个物理学上的度量单位，1纳米是1米的十亿分之一；相当于45个原子排列起来的长度。通俗一点说，相当于万分之一头发丝粗细。就象毫米、微米一样，纳米是一个尺度概念，并没有物理内涵。当物质到纳米尺度以后，大约是在1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。这种既具不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。第一个真正认识到它的性能并引用纳米概念的是日本科学家，他们在20世纪70年代用蒸发法制备超微离子，并通过研究它的性能发现：一个导电、导热的铜、银导体做成纳米尺度以后，它就失去原来的性质，表现出既不导电、也不导热。磁性材料也是如此，象铁钴合金，把它做成大约20—30纳米大小，磁畴就变成单磁畴，它的磁性要比原来高1000倍。80年代中期，人们就正式把这类材料命名为纳米材料。

在充满生机的21世纪，信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求，元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小；航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域，纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。

近年来，纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。1988年法国人首先发现了巨磁电阻效应，到1997年巨磁电阻为原理的纳米结构器件已在美国问世，在磁存储、磁记忆和计算机读写磁头将有重要的应用前景。最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色印橡带来革命性的变革。纳米粉体材料在橡胶、颜料、陶瓷制品的改性等方面很可能给传统产业和产品注入新的高科技含量，在未来市场上占有重要的份额。纳米材料在医药方面的应用研究也使人瞩目，正是这些研究使美国白宫认识到纳米材料和技术将占有重要的战略地位。原因之二是纳米材料和技术领域是知识创新和技术创新的源泉，新的规律新原理的发现和新理论的建立给基础科学提供了新的机遇，美国计划在这个领域的基础研究独占“老大”的地位。我国纳米材料研究始于80年代末，“八五”期间，“纳米材料科学”列入国家攀登项目。国家自然科学基金委员会、中国科学院、国家教委分别组织了8项重大、重点项目，组织相关的科技人员分别在纳米材料各个分支领域开展工作，国家自然科学基金委员会还资助了20多项课题，国家“863”新材料主题也对纳米材料有关高科技创新的课题进行立项研究。1996年以后，纳米材料的应用研究出现了可喜的苗头，地方政府和部分企业家的介入，使我国纳米材料的研究进入了以基础研究带动应用研究的新局面。目前，我国有60多个研究小组，有600多人从事纳米材料的基础和应用研究，其中，承担国家重大基础研究项目的和纳米材料研究工作开展比较早的单位有：中国科学院上海硅酸盐研究所、南京大学。中国科学院固体物理研究所、金属研究所、物理研究所、中国科技大学、中国科学院化学研究所、清华大学，还有吉林大学、东北大学、西安交通大学、天津大学、青岛化工学院、华东师范大学，华东理工大学、浙江大学、中科院大连化学物理研究所、长春应用化学研究所、长春物理研究所、感光化学研究所等也相继开展了纳米材料的基础研究和应用研究。我国纳米材料基础研究在过去10年取得了令人瞩目的重要研究成果。已采用了多种物理、化学方法制备金属与合金（晶态、非晶态及纳米微晶）氧化物、氮化物、碳化物等化合物纳米粉体，建立了相应的设备，做到纳米微粒的尺寸可控，并制成了纳米薄膜和块材。在纳米材料的表征、团聚体的起因和消除、表面吸附和脱附、纳米复合微粒和粉体的制取等各个方面都有所创新，取得了重大的进展，成功地研制出致密度高、形状复杂、性能优越的纳米陶瓷；

近年来，我国在功能纳米材料研究上取得了举世瞩目的重大成果，引起了国际上的关注。根据国际纳米材料研究的发展趋势，我国建立和发展了制备纳米结构（如纳米有序阵列体系、介孔组装体系、mcm－41等）组装体系的多种方法，特别是自组装与分子自组装、模板合成、碳热还原、液滴外延生长、介孔内延生长等也积累了丰富的经验，已成功地制备出多种准一维纳米材料和纳米组装体系。这些方法为进一步研究纳米结构和准一纳米材料的物性，推进它们在纳米结构器件的应用奠定了良好的基础。纳米材料和纳米结构的评价手段基本齐全，达到了国际90年代末的先进水平。综上所述，“八五”期间我国在纳米材料研究上获得了一批创新性的成果，形成了一支高水平的科研队伍，基础研究在国际上占有一席之地，应用开发研究也出现了新局面，为我国纳米材料研究的继续发展奠定了基础。10年来，我国科技工作者在国内外学术刊物上共发表纳米材料和纳米结构的论文2400多篇，在国际上排名第五位，1998年 6月在瑞典斯特哥尔摩召开的国际第四届纳米材料会议上，对中国纳米材料研究给予了很高评价，指出这几年来中国在纳米材料制备方面取得了激动人心的成果，在大会总结中选择了8个纳米材料研究式作取得了比较好的国家在闭幕式上进行介绍，中国是在美国、日本、德国、瑞典之后进行了大会发言。

第五篇：纳米材料航天应用

纳米材料定义：

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(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。纳米材料特性

特性 :（1）表面与界面效应

这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。

（2）小尺寸效应

当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。

（3）量子尺寸效应

当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。

（4）宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。纳米材料发展：

纳米技术的灵感，来自于已故物理学家理查德·费曼1959年所作的一次题为《在底部还有很大空间》的演讲。这位当时在加州理工大学任教的教授向同事们提出了一个新的想法。从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质做成有用的形态有关。范曼质问道，为什么我们不可以从另外一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求?他说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”

1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了ibm三个字母。这证明范曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。

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作更小的机器，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;

70年代，科学家开始从不同角度提出有关纳米科技的构想，1974年，科学家唐尼古奇最早使用纳米技术一词描述精密机械加工;

1982年，科学家发明研究纳米的重要工具——扫描隧道显微镜，为我们揭示一个可见的原子、分子世界，对纳米科技发展产生了积极促进作用;

1990年7月，第一届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举办，标志着纳米科学技术的正式诞生;

1991年，碳纳米管被人类发现，它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是钢的10倍，成为纳米技术研究的热点，诺贝尔化学奖得主斯莫利教授认为，纳米碳管将是未来最佳纤维的首选材料，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;

1993年，继1989年美国斯坦福大学搬走原子团“写”下斯坦福大学英文、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”之后，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，标志着中国开始在国际纳米科技领域占有一席之地;

1997年，美国科学家首次成功地用单电子移动单电子，利用这种技术可望在20年后研制成功速度和存贮容量比现在提高成千上万倍的量子计算机;

1999年，巴西和美国科学家在进行纳米碳管实验时发明了世界上最小的“秤”，它能够称量十亿分之一克的物体，即相当于一个病毒的重量;此后不久，德国科学家研制出能称量单个原子重量的秤，打破了美国和巴西科学家联合创造的纪录;

到1999年，纳米技术逐步走向市场，全年基于纳米产品的营业额达到500亿美元;

近年来，一些国家纷纷制定相关战略或者计划，投入巨资抢占纳米技术战略高地。日本设立纳米材料研究中心，把纳米技术列入新5年科技基本计划的研发重点;德国专门建立纳米技术研究网;美国将纳米计划视为下一次工业革命的核心，美国政府部门将纳米科技基础研究方面的投资从1997年的1.16亿美元增加到2001年的4.97亿美元。

2003年，纳米技术在基础研究和应用研究方面都取得了突破性进展。如：美国利用超高密度晶格和电路制作新方法，获得高密度的铂纳米线；日本用单层碳纳米管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料等。纳米材料缺点

生产出来的成本高，应用不广泛，同时生产出来的纳米产品的毒理学没有广泛的深入，在某种意义上讲一些东西处于探索阶段

前言纳米材料由于具有独特的小尺寸效应而表现出不同于传统材料的物理和化学性质。利用纳米材料这些独特的性质。可对传统材料进行改性，进而开发出更高性能的材料．开辟出新的材料生产途径．以满足传统材料所不能达到的要求．尤其是满足航天航空领域对材料性能的特殊要求。应用纳米材料可减小航天器电子元器件的体积和质量．并提高其可靠性。纳米材料的发展方向主要有功能纳米材料及结构纳米材料纳米材料在航天器结构材料上的应用 1．金属及金属基复合材料晶粒细化是提高金属材料强度最有效的方法之一。利用添加纳米陶瓷来增强金属合金基材料的方法，就是把纳米陶瓷粉体均匀分散于合金中．以提高合金的成核速率．同时抑制晶粒长大．从而起到晶粒细化的作用。抑制材料使用过程中微裂纹的扩展．提高产品的强度。例如，将纳米碳化硅、纳米氮化硅、纳米氮化钛、纳米硅粉添加到金属基体(铝、铜、银、钢、铁等合金)中。可制造出质量轻、强度高、耐热性好的新型合金材料。

(1)纳米氮化钛应用于合金钢、铁纳米氮化钛具有硬度和热稳定性高、粒度小，以及分散性好的特点。在钢水冷却结晶过程中．纳米氮化钛成为晶核相．可大大增加成核数量，减小晶粒尺寸．达到细化合金晶粒的效果．使合金的综合性能大大改善。

(2)纳米碳化硅应用于银基复合材料通过向基体中加入均匀、细J．J＼，具有良好稳定性的颗粒．达到弥散强化合金的目的．是制备高强高导合金材料的重要途径之一。纳米碳化硅对于银合金来说是一种有效的增强相．当纳米碳化硅的质量百分含量为l％时．强化效果佳．材料的抗拉强度可达39IMPa．相对电导率为60．2％，强度和耐磨性均有所提高。(3)纳米碳化硅弥散强化铜基复合材料高强高导铜基复合材料在集成电路的引线框架 各类点焊、滚焊机的电极、触头材料，电枢、电动工具的换相器等电子设备中具有广泛的用途。但铜合金的高强度和高导电性一直是一对互相矛盾的特性．一般只能在牺牲电导率和热导率的前提下改善铜的力学性能，以获得高强度。采用纳米碳化硅稳定弥散强化铜基材料是解决 这一矛盾的较好方法 通过向基体中加入均匀、细小，具有良好稳定性的纳米碳化硅颗粒以达到弥散强化铜合金的目的．已成为制备高强高导铜基复合材料的研究热点。

(4)纳米碳化锆应用于硬质合金纳米碳化锆是一种重要的高熔点、高强度和耐腐蚀的高温结构材料 纳米碳化锆用于硬质合金材料中．可提高材料的强度和耐腐蚀性等性能。

2．聚合物基复合材料纳米粒子加入聚合物基体后．可提高其耐磨性、硬度、强度和耐热性等性能

(1)纳米氮化铝应用于环氧树脂在纳米氮化铝一环氧树脂体系中．纳米氮化铝的用量为1％～5％时．玻璃化转变温度提高．弹性模量达到极大值。将纳米氮化铝添)30~0环氧树脂中制得的复合材料．在结构上完全不同于添加粗晶的氮化铝一环氧树脂基复合材料：粗晶氮化铝一般作为补强剂加入．其主要分布在高分子材料的链间．而纳米氮化铝由于表面严重的配不足、庞大的比表面积使其表现出极强的活性．同时。尚有一部分纳米氮化铝颗粒分布在高分子链的空隙中。与粗晶氮化铝相比．纳米氮化铝具有很高的流动性．可使环氧树脂的强度、韧性及延展性均大幅提高。

(2)纳米碳化硅在橡胶轮胎中的应用在橡胶轮胎中添加一定量的纳米碳化硅．在不改变原橡胶配方的条件下进行改性处理．可在不降低其原有性能和质量的前提下．将耐磨性提高 15％～30％。另外。纳米碳化硅还可应用于橡胶胶辊、打印机定影膜等需耐磨、散热、耐温的橡胶产品中。

3．-r-程塑料及其它复合材料纳米材料与工程塑料复合既能提高工程塑料的固有性能．又可赋予其高导电性、高阻隔性及优良的光学性能等。因此。把纳米材料应用于工程

塑料的改性．可进一步拓宽工程塑料的应用范围。

(1)工程塑料，{I内米粒子复合材料采用纳米粒子对有一定脆性的工程塑料增韧是改善工程塑料韧性和强度等力学性能的一种行之有效的方法。只要纳米粒子与基体树脂结合良好． 2010 6军民两用技术与产品纳米粒子也可承受拉伸应力．增韧、增强作用明显少量纳米氮化钛粉体用于改性热塑性工程塑料时．可起到结晶成核剂的作用。将纳米氮化钛分散于乙二醇中．通过聚合使纳米氮化钛更好地分散于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)工程塑料中．可加快PET工程塑料的结晶速率．使其成型简单．扩大其应用范围。而大量纳米氮化钛颗粒弥散 于PET中．可大幅提高PET工程塑料的耐磨性和抗冲击性能。

(2)工程塑料／纳米磁性金属及其氮化物复合材料这种复合材料具有特殊的光电功

能(对电磁波有特殊的吸收作用)和优良的磁性能及导电性．可广泛应用于军事、航空航天、电子通讯等高技术领域 用偶联剂进行表面处理后的纳米碳化硅．在添加量为10％左右时． 可大大改善和提高PI(聚酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)、PTFE(聚四氟乙烯)等特种塑料的性能．全面提高材料的耐磨、导热、绝缘、抗拉伸、耐冲击、耐高温等性能。

4．陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体．与各种纳米材料复合制得的材料。陶瓷基体包括氮化硅、碳化硅等。这些先进陶瓷具有耐高温、强度和硬度高、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能．而其致命的弱点是具有较强的脆性。在应力作用下．会产生裂纹。甚至断裂导致材料失效 而将纳米材料与陶瓷基体复合．是提高陶瓷韧性和可靠性的一种有效方法．可得到韧性优良的纳米增强陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。例如，纳米氮化硅掺杂制造的精密陶瓷结构器件可用于冶金、化工、机械、航空、航天及能源等行业中使用的滚动轴承的滚珠和滚子、滑动轴承、套、阀．以及有耐磨、耐高温、耐腐蚀要求的结构器件中 纳米材料在航天器功能

1．雷达及红夕 隐身材料纳米材料具有的小尺寸和量子尺寸效应等特性．使金属、金属氧化物和某些非金属材料在细化过程中．处于表面的原子越来越多．悬挂键增多、界面极化增强．为吸波材料应用提供了可能性。多重散射及量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级能隙变宽．能隙宽度处于微波范围(10％V 10-SeV)内。因而可能成为新的吸波通道。纳米陶瓷粉体是陶瓷类红外吸收剂的一种新类型．主要包括纳米碳化硅粉、纳米氮化硅粉等。纳米陶瓷类红外吸收剂具有吸收波段宽及吸收强度大等特性。纳米碳化硅和磁性纳米吸收剂(如磁性纳米金属粉等)复合后。吸波效果还能大幅度提高。纳米氮化物吸收剂主要有氮化硅和氮化铁．纳米氮化硅在IOOH一1MHz范围内有比较大的介电损耗．纳米氮化硅的这种强介电损耗是由于界面极化引起的纳米氮化铁具有很高的饱和磁感应强度和饱和磁流密度．有可能成为性能优良的纳米雷达波吸收剂。

2．导电、导热等功能材料纳米氮化钛具有优良的导电性能．在A1，O 基体中加入纳米氮化钛颗粒可有效降低其电阻率。随着纳米氮化钛加入量的增加．复合材料的电阻率逐渐降低．当加入的纳米氮化钛体积含量达~U20％以后．复合材料的电阻率趋于稳定。为5．5x10-3~．cm。添加超高导热纳米氮化铝的硅胶具有良好的导热性和电绝缘性、较宽的电绝缘使用温度 工作温度一6oX3200~2)、较低的稠度和良好的施工性能．可广泛应用于子器件的热传递介质中．能够提高工作效率．如CPU与散热器填隙、大功率三极管、可控 硅元件、二极管、与基材接触的细缝处的热传递介质等纳米氮化铝粉体可大幅提高塑料的导热率。将纳米氮化铝粉体以5％～10％的质量比例添加到塑料中．可使塑料的导热率从0．3w／(ni．k)提高到5W／(m．k)，导热率提高了l6倍多。与目前市场上的导热填料(氧化铝或氧化镁等)相比，其添加量低。对制品的机械性能有提高作用。目前，相关厂家已大规模采购纳米氮化铝粉体．新型纳米导热塑料将投放市场纳米氮化铝粉体与二氧化硅的匹

配性能好．在橡胶中容易分散．在不影响橡胶的机械性能的前提下(实验证明．对橡胶的机械性能还有提高作用)可大幅提升硅橡胶的导热率．在添加过程中不像氧化物等会使黏度下降慢．添加量很小，现已厂泛应用于军事、航空。以及信息工程领域。

3．涂层材料

纳米材料用作涂层可提高工件的耐磨性、抗剥蚀性和抗氧化性。研究表明，用纳米碳化硅、碳化锆、碳化钛、氮化钛、碳化硼等粉体作为金属表面的复合涂层．可获得超强耐磨性和润滑性．其耐磨性比轴承钢高100倍．摩擦系数为0．06～0．1．同时还具有高温稳定性和耐腐蚀性。在液体火箭发动机关键零部件中应用纳米技术．可大大延长这些零部件的使用寿命 4．特种密封材料发动机出现故障最多的是各种密封面的失效．密封面的表面质量是决定密封性能好坏的主要因素．和用纳米材料改性密封零件基体或在密封表面覆盖一层纳米粉末极大地改善其密 性能。目前。密封橡胶所用的增强剂多为纳米级炭黑．若改用纳米氮化硅使其拉伸强度提高1 4倍．并改善其耐磨性和密封性。5．固体火箭推进剂 将纳米金属粉添加到固体火箭推进剂中．可显著改善固体推进剂的燃烧性能。例如，在固体火箭推进剂中添加纳米级铝粉或镍粉．推进剂燃烧效率可得到较大提高、燃速显著增大。含有纳米金属铝粉的固体推进剂燃速比含有常规铝粉的固体推进剂的燃速高5 20倍.