納米材料的高強度和高蘇醒如何體現?

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納米材料為什么能同時兼有高強度和高塑性,分別在什么條件下體現?其內在原理是什么?謝謝各位大師!

狗娃子

可以簡單理解為”尺寸效應”。當材料的結構單元的典型尺寸縮小到一定程度時，材料的性能會發生突變。一般認為是<=100納米 （nm）。

. p1 Y2 Z& a* [& B# f3 S8 R# R納米材料是一個很寬的范圍，這里以納米晶粒金屬材料為例。通常的金屬材料是由晶粒組成的，晶粒之間即為晶界，室溫時晶界強度比晶粒內部高。晶粒粗大時，晶界占的體積很小，對材料性能的貢獻小。但當晶粒小到一定程度，晶界占到足夠的分量時，晶界的貢獻不可復略，使得材料強度提高。特別是在納米尺寸時，晶界的表面張力還會對晶粒內部產生很大的壓強，使晶內強度也很高（此時晶粒可以視著不可變形的硬質點），此時的變形以晶粒間的滑動和轉動為主。納米晶粒很小，也容易滑動和轉動，并維持材料的連續性。所以材料表現出高強度和高塑性。這也是為什么納米陶瓷也有塑性的原因。

條件是：材料的晶粒必須在納米量級，即<100nm（個別金屬在幾百納米也會表現出來）。通常要達到這個條件成本很高，所以很難做到大塊的納米材料，商業化一般以納米顆粒、納米薄膜居多。另外，納米材料屬于非平衡態材料，在較高溫度時晶粒會長大粗化，從而喪失其性能。