纳米技术论文 篇一
锂离子电池纳米材料研究
制药工程学院制药工程专业2014级一班胡波142010106 摘要锂离子电的核心是选择高能储锂电极材料，纳米材料以其独特的物理化学性能应用作为锂离子电池电极材料，具有减小极化，增大充放电电流密度，提高放电容量和循环稳定性等优点，有利于高性能、高容量和高功率电池的发展。纳米电极材料具有非常广阔的应用前景，但目前已有的研究基本处于实验开发阶段，且主要集中在制备方法上，其微观结构和电化学性能沿需进一步研究探讨。关键词锂离子电池纳米材料
Abstract The main task in Lithium-ion battery research is how to find out the material with high storage -scale material is used to be the positive electrode of Lithium-ion battery for its special physical and chemical this paper, the applying actuality of Nano-scale anode and cathode materials of Lithium-ion battery are performances and the preparation methods of the materials are also words Lithium-ion battery, nano-scale material, 1.电极
锂离子电池纳米电极存在一些潜在的优缺点。
优点：（1）更好地释放锂嵌入和脱嵌过程中的应力，提高循环寿命；（2）可发生在块体材料中不可能出现的反应；
（3）更高的电极/电解液接触面积提高了充/放电速率；（4）短的电子输运路径（允许在低电导或高功率下使用）。缺点：（1）有自放电现象，差的循环性能及寿命；
（2）劣等的颗粒包装技术使其体积能量密度很低，限制应用；（3）电极合成过程可能会更加复杂。2.正极材料的性能和一般制备方法
为了获得较高的单体电池电压，倾向于选择高电势的嵌锂化合物。正极材料应满足：（1）在所要求的充放电电位范围内，具有与电解质溶液的电化学相容性；（2）温和的电极过程动力学；（3）高度可逆性；
（4）全锂化状态下在空气中的稳定性。
成功的商品化电极材料在制备工艺上都有其独到之处，这是国内目前研究的差距所在，各种制备方法优缺点列举如下。（1）固相法：一般选用碳酸锂等锂盐和钴化合物或多元化合物研磨混合后，进行烧结反应:。此方法优点是工艺流程简单，原料易得；缺点是所制得正极材料电容量有限，原料混合均匀性差，制备材料的性能稳定性不好，批次与批次之间质量一致性差。（2）络合物法：用有机络合物先制备含锂离子和钴或钒离子的络合物前驱体，再烧结制备。该方法的优点是分子规模混合，材料均匀性和性能稳定性好，正极材料电容量比固相法高；缺点是材料振实密度低，生产使用困难。
（3）溶胶凝胶法：利用上世纪70年代发展起来的制备超微粒子的方法，制备正极材料，该方法具备了络合物法的优点，而且制备出的电极材料电容量有较大的提高；缺点是成本较高，技术还属于开发阶段]。（4）离子交换法：用离子交换法制备的LiMnO2，获得了可逆放电容量达270mA·h/g高值，它具有所制电极性能稳定，电容量高的特点。但过程涉及溶液重结晶蒸发等费能费时步骤，距离实用化还有相当距离。（5）橄榄石型的磷酸铁锂材料，近年研究已经取得了很大的进展，已经在部分产品中应用，它具有安全性高（不存在爆炸的理论危险），使用寿命长（是钴酸锂的4倍）、可以大电流充放电等优异性能；缺点是生产成本高、材料堆积密度小，不利于生产控制，还不能应用到手机和电脑上。
3、负极材料的性能和一般制备方法 负极材料的电导率一般都较高，则选择电位尽可能接近锂电位的可嵌入锂的化合物，如各种碳材料和金属氧化物。可逆地嵌入脱嵌锂离子的负极材料要求具有：（1）在锂离子的嵌入反应中自由能变化小；（2）锂离子在负极的固态结构中有高的扩散率；（3）高度可逆的嵌入反应；（4）有良好的电导行；
（5）热力学上稳定，同时与电解质不发生反应。锂离子电池中所用碳材料尚存在两方面的问题：
（1）电压滞后，即锂的嵌入反应在0～0．25V之间进行（相对于Li＋／Li）而脱嵌反应则在1V左右发生；
（2）循环容量逐渐下降，一般经过12～20次循环后，容量降至400～500mA·h/g。一般制备负极材料的方法可综述如下。
（1）在一定高温下加热软碳得到高度石墨化的碳；
（2）将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到的硬碳；（3）高温热分解有机物和高聚物制备的含氢碳；（4）各种金属氧化物其机理与正极材料类似；
（5）作为一种嵌锂材料，碳纳米管、巴基球C60等也是当前研究的一个新热点，成为纳米材料研究的一个分支。4.电解液
锂离子电池的进展不仅需要电极性能的提高，也需要依靠电解液性能的增强。固态聚合物电解质代表了电池所需性能的终极形式。最理想的聚合物电解质是那些无溶剂薄膜形成的，如聚乙烯（乙烯氧化物），PEO和锂盐（LiX），如LiPF6或LiCF3SO3。然而这些材料在室温下差的离子传导性使之无法实现那么高的期望；1998年，Croce, F.等在Nature上宣告将纳米级无机填充物分散于无溶剂、聚醚基的电解质中，可以使其传导性增加数个量级。电解质输运性能提高的原因可用Maier开发出的不同种类掺杂模型来解释。可能与无机纳米粒子的表面状态跟聚合物链或锂盐阴离子之间发生的路易斯酸基交互作用有关。事实上，人们也在开发其它可以达到高导率的聚合物电解质。与这方面相关的有聚合物-盐纳米结构和离子液体的控制。
纳米技术论文 篇二
纳米材料的应用及未来小望
（北京交通大学 软件学院 软件工程 15301111 张子开）由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感性等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。8.1陶瓷增韧
陶瓷材料在通常情况下呈脆性，由纳米粒子压制成的纳米陶瓷材料有很好的韧性。因为纳米材料具有较大的界面，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，因此表现出甚佳的韧性与延展性。8.2磁性材料方面的应用
磁性金属和合金一般都有磁电阻现象，所谓磁电阻是指在一定磁场下电阻改变的现象，人们把这种现象称为磁电阻。所谓巨磁阻就是指在一定的磁场下电阻急剧减小，一般减小的幅度比通常磁性金属与合金材料的磁电阻数值约高10余倍。巨磁电阻效应是近10年来发现的新现象。磁性液体的主要特点是在磁场作用下可以被磁化，可以在磁场作用下运动，但同时它又是液体，具有液体的流动性。在静磁场作用下，磁性颗粒将沿着外磁场方向形成一定有序排列的团链簇，从而使得液体变为各向异性的介质。当光波、声波在其中传播时（如同在各向异性的晶体中传播一样），会产生光的法拉第旋转、双折射效应、二向色性以及超声波传播速度与衰减的各向异性。此外，磁性液体在静磁场作用下，介电性质亦会呈现各向异性。这些有别于通常液体的奇异性质，为若干新颖的磁性器件的发展奠定了基础。纳米微晶软磁材料目前沿着高频、多功能方向发展，其应用领域将遍及软磁材料应用的各方面，如功率变压器、脉冲变压器、高频高压器、可饱和电抗器、互感器、磁屏蔽、磁头、磁开关、传感器等，它将成为铁氧体的有力竞争者。新近发现的纳米微晶软磁材料在高频场中具有巨磁阻抗效应，又为它作为磁敏感元件的应用增添了多彩的一笔。研制纳米复合稀土永磁材料，通常软磁材料的饱和磁化强度高于永磁材料，而永磁材料的磁晶各向异性又远高于软磁材料，如将软磁相与永磁相在纳米尺度范围内进行复合，就有可能获得兼备高饱和磁化强度、高矫顽力的新型永磁材料。微磁学理论表明，稀土永磁相的晶粒尺寸只有低于20 nm时，通过交换糯合才有可能增大剩磁值。
8.3纳米材料在催化领域的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使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提高10～18倍。
8.4在浆料方面的应用 纳米材料用作导电浆料，导电浆料是电子工业的原材料，由于纳米材料可使块体材料的熔点大大降低，因此用超银粉制成的导电浆料可以在低温下烧结，此时基片可以不用耐高温陶瓷，甚至可采用塑料等低温材料。8.5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，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、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SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。
9纳米材料的应用前景
纳米材料的应用前景是十分广阔的，如：纳米电子器件，医学和健康，航天、航空和空间探索，环境、资源和能量，生物技术等。我们知道基因DNA具有双螺旋结构，这种双螺旋结构的直径约为几十纳米。用合成的晶粒尺寸仅为几纳米的发光半导体晶粒，选择性的吸附或作用在不同的碱基对上，可以“照亮”DNA的结构，有点像黑暗中挂满了灯笼的宝塔，借助与发光的“灯笼”，我们不仅可以识别灯塔的外型，还可识别灯塔的结构。简而言之，这些纳米晶粒，在DNA分子上贴上了标签。目前，我们应当避免纳米的庸俗化。尽管有科学工作者一直在研究纳米材料的应用问题，但很多技术仍难以直接造福于人类。现阶段纳米材料的应用主要集中在纳米粉体方面，属于纳米材料的起步阶段，应该指出这不过是纳米材料应用的初级阶段，可以说这并不是纳米材料的核心，更不能将“纳米粉体的应用”等同与纳米材料。
10小结
纳米科学是一门将基础科学和应用科学集于一体的新兴科学，主要包括纳米电子学、纳米材料学和纳米生物学等。21世纪是纳米技术的时代，国家科委、中≮≯科院将纳米技术定位为“21世纪最重要、最前沿的科学”。纳米材料的应用涉及到各个领域，在机械、电子、光学、磁学、化学和生物学领域有着广泛的应用前景。纳米科学技术的诞生，将对人类社会产生深远的影响，并有可能从根本上解决人类面临的许多问题，特别是能源、人类健康和环境保护等重大问题。21世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性，设计出各种新型的材料和器件。通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品，目前已出现可喜的苗头，具备了形成21世纪经济新增长点的基础。
参考文献及资料
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[2]王中林。纳米材料表征[M]。北京：化学工业出版社，2006
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纳米技术的论文 篇三
纳米技术在新型建筑材料中的应用
纳米技术作为一门新兴的技术，在多个范畴具有十分重要的应用，特别是极大地推进了新型建材的开展，引见了纳米技术在新型建筑涂料、复合水泥、自洁玻璃、陶瓷、防护资料等方面的应用，经过阐述可知，纳米资料在新型建材范畴具有很好的开展应用前景。纳米技术；新型建材；应用；前景 1 纳米涂料的应用
通常传统的涂料都存在悬浮稳定性差，耐老化、耐洗刷性差，光亮度不够等缺陷。而纳米涂料则能较好的处理这一问题，纳米涂料具有下述优越的性能:(1)具有很好的伸缩性，可以弥盖墙体细小裂痕，具有对微裂痕的自修复作用。(2)具有很好的防水性，抗异物粘附、沾污性能，抗碱、耐冲刷性。(3)具有除臭、杀菌、防尘以及隔热保温性能。(4)纳米涂料的色泽鲜艳温和，手感温和，漆膜平整，改善建筑的外观等。
固然国内外对纳米涂料的研讨还处在初步阶段，但是已在工程上得到了较普遍的应用，如北京纳美公司消费的纳米系列涂料已大量应用于北京建欣苑、建东苑等住宅区的外墙粉刷，效果良好。在首体改造工程中，运用纳米涂料1700吨，涂刷6万平方米。复旦大学教育部先进涂料工程研讨中心的专家已研发出了“透明隔热玻璃涂料”。2 纳米水泥的应用
普通水泥混凝土因其刚性较大而柔性较小，同时其本身也存在一些固有的缺陷，使其在运用过程中不可防止地产生开裂并毁坏。为理解决这一问题就必需加速对具有特殊性能混凝土的研发，而纳米混凝土就能有效的处理这样问题，纳米混凝土，与普通混凝土相比，纳米混凝土的强度、硬度、抗老化性、耐久性等性能均有显着进步，同时还具有防水、吸声、吸收电磁波等性能，因此可用于一些特殊的建筑设备中（如国防设备）。通常在普通混凝土中参加纳米矿粉（纳米级SiO2、纳米级CaCO3）或者纳米金属粉末已到达纳米混凝土的性能，而且经过改动纳米资料的掺量还能配置出防水砂浆等。目前开发研制的纳米水泥资料包括纳米防水复合水泥，纳米敏感水泥、纳米环保复合水泥以及纳米隐身复合水泥。
纳米防水水泥是经过在水泥中添加XPM水泥外加剂的纳米资料而制成的，该纳米外加剂掺入水泥后，能够加快水泥诱导期和加速期的水化反响，改善水泥凝固的三维构造，同时进步水泥石的密实度，加强了防水性能。
纳米敏感水泥是在水泥中参加对四周环境变化非常敏感的纳米资料，从而到达改善水泥制品温敏、湿敏、气敏、力敏等性能。依据添加的敏感资料的不同可将纳米敏感水泥用于化工厂的建立、高速路面的铺设等。
纳米环保复合水泥是应用纳米资料的光催化功用，从而使水泥制品具有杀菌、除臭以及外表自清洁等功用。通常是选用TiO2作为纳米添加剂。
纳米隐身复合资料是经过运用具有吸收电磁波功用的纳米资料（纳米金属粉居多），在电磁波映照时，纳米资料的外表效应使得原子与电子运动加剧，促使电子能转化为热能，增强对电磁波的吸收，从何使资料可以在很宽的频带范围内避开雷达、红外光的侦查，这一资料常用于军事国防建筑等。3 纳米玻璃的应用
普通玻璃在运用过程中会吸附空气中的有机物，构成难以清洗的有机污垢，同时，水在玻璃上易构成水雾，影响可见度和反光度。而经过在平板玻璃的两面镀制一层TiO2纳米薄膜构成的纳米玻璃，则能有效的处理上述缺陷，同时TiO2光催化剂在阳光作用下，能够合成甲醛、氨气等有害气体。此外纳米玻璃具有十分好的透光性以及机构强度。将这种玻璃用作屏幕玻璃、大厦玻璃、住宅玻璃等可免去费事的人工清洗过程。4 纳米技术在陶瓷资料中的应用
陶瓷因其具有较好的耐高温以及抗腐蚀性以及良好的外观性能而在工程界得到了普遍的应用（如铺贴墙面的瓷砖），但是陶瓷易发作脆性毁坏，因此在运用过程中也遭到了一定的限制。运用纳米资料开发研制的纳米陶瓷则具有良好的塑性性能，可以吸收一定量的外来能量。在陶瓷基中参加纳米级的金属碳化物纤维能够大大进步陶瓷的强度，同时具有良好的抗烧蚀性，火箭喷气口的耐高温资料就选用纳米金属陶瓷作为耐高温资料。用纳米SiC、Si3N、ZnO、SiO2、TiO2、A12O3等制成的陶瓷资料具有高硬度、高韧性、高强度、耐磨性、低温超塑性、抗冷热疲倦等性能优点。纳米陶瓷将作为防腐、耐热、耐磨的新资料在更大的范围内改动资料的力学性质，具有十分宽广的应用前景 5纳米级多相资料中纳米粒子的开发与应用
纳米级多相资料的优越性并非不为人知，这里不加赘述。笔者在这里讨论的是，在一种纳米粒子（或者微米粒子）
纳米技术在新型建筑材料中的应用
上生成另一种纳米粒子的办法以及它的应用价值。
开发的动因:在实践工作中，笔者接触到的浸透膜、离子隔阂等，大局部是进口产品。如反浸透膜有90%需求进口，超滤膜和微滤膜大约有50%需求进口，生物和医用膜、气体别离膜、特殊别离膜绝大局部需求进口。固然，关于这方面的种类，如反浸透膜、电池隔阂，我国曾经开端完成了范围化消费，但是，在性能上，与国外先进产品相比，仍有较大差距。譬如，反浸透膜的透盐率。国外同类产品能够小于“2”，而我国常常大于“5”至“10”。显而易见，国外在这方面的先进性显而易见。在数量上，锂电池的隔阂供不应求，依托大量进口，即使钒电池、超级电容等的隔阂，也是进口为主，我们存在的最大问题是在膜资料的制造方面。因而，开发新的隔阂消费技术火烧眉毛。
应用价值:纳米颗粒的开发具有普遍的应用价值。主要表现为:其一，参加物质外表，能够起到对应的化学催化、光触媒、烧结、传感、物质外表改性等作用。譬如，纳米铂在汽车尾气催化净化中可以起到十分好的效果，一些优秀的三元催化器就有纳米铂的成分，同时也普遍应用在氢氧燃料电池的低温催化反响方面；又譬如，目前许多空调的光触媒含有纳米二氧化钛；极薄到肉眼看不见的纳米金在玻璃上的涂层能够起到冬暖夏凉的作用。其二，参加物质内部，能够起到对应的改动物质的物化性质的作用。特别是金属和非金属资料的混合，如纳米级陶瓷粉末和金属粉末（包括纳米级金属粉末）的烧结的加工刀具。曾经普遍的应用在实践消费中了。又譬如纳米超硬资料参加到工程塑料中，能够使工程塑料的耐磨性大幅度的进步，能够普遍应用到国防、航天等范畴。其三，单独运用。如纳米级二氧化钛用于喷雾杀菌和合成甲醛，纳米银用于杀菌，纳米药物用于治疗等。
利用纳米材料可以提高塑料（高分子材料）的强度，同时还能起到增韧作用。纳米材料的问世，为新型增强塑料的合成提供了新的机遇，为传统增强塑料的改性提供了一条新的途径。把分散好的纳米颗粒均匀地添加到树脂材料中，可达到全面改善增强塑料性能的目的。通过加入纳米材料，能够明显提高塑料的强度和延伸率，提高耐磨性和改善材料表面的光洁度，提高抗老化性能。
纳米技术应用前景十分广阔，经济效益十分巨大，2010年纳米技术市场估计达到14400亿美元，纳米技术未来的应用将远远超过计算机工业。纳米技术正在改善着、提高着人们的生活质量。