纳米钨铜复合材料

1.小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化；

2.表面效应：纳米钨铜微粒的表面原子与总原子之比随着纳米微粒尺寸的减小而大幅增加，粒子表面结合能也随之增加，从而引起纳米微粒性质变化；

3.量子尺寸效应：当钨铜粒子尺寸下降到一定尺寸时，费米能级附近的电子能级由连续向分立能及转化。其间存在不连续的被占据的高能级分子轨道，与此同时也存在违背占据的最低分子轨道，并且高低轨级间的间距随纳米颗粒的粒径变小而增大；

4.宏观量子隧道效应：电子具有波粒二象性和贯穿势垒的能力，称为隧道效应；

5.库伦阻塞与量子隧穿：纳米级尺寸中，充电和放电过程是不连续的，充入一个电子所需能量被称为库伦堵塞能。而在这样的小体系中单电子运输行为称为库伦堵塞效应，若两个量子点通过一个结连接起来，一个量子点上的单电子穿过能垒到另一个量子点上的行为就是量子隧穿。

而纳米颗粒的钨铜材料在热学性质、磁学性质、光学性质、超导性质、催化性质等方面有着更优良的特性。热学性质上，在超低温情况下，纳米颗粒的钨铜材料热阻几乎为零。磁学性质上，纳米微粒尺寸超过一定临界值时就会进入超顺磁状态，呈现较高的矫顽力。光学性质上，纳米颗粒的量子尺寸效应更为显著，在光学上表现为宽频带接收，使得分散系具有特殊的光学性能。纳米钨铜颗粒的超导转变温度也随着粒度的减小而提高。另外，在催化性质方面，随着粒径的减小反应活性明显增强，在适当的条件下能够催化断裂H-H、C-H、C-C、C-O等化学键。 2100433B

纳米钨铜复合材料由于具有常规结晶材料所不具有的特异性能，而受到国内外材料研究者的关注。目前纳米钨铜复合材料的研究主要集中在纳米钨铜复合材料的制备工艺和烧结特性两个方面。这类材料主要用在微电子封装材料，高性能电触头、电极材料以及航天、军工领域高温用钨铜复合材料中。全致密、高性能的细晶钨铜复合材料的制备关键在于纳米结构钨铜复合粉体的获取。

复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，如今发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。

在纳米聚合物基复合材料方面，主要采用同向双螺杆挤出方法分散纳米粉体，分散水平达到纳米级，得到了性能符合设计要求的纳米复合材料。我们制备的纳米蒙脱土/PA6复合材料中，纳米蒙脱土的层间距为1.96nm，处于国内同类材料的领先水平（中国科学院为1.5~1.7nm），蒙脱土复合到尼龙基体中后完全剥离成为厚度1~1.5nm的纳米微粒，其复合材料的耐温性能、阻隔性能、抗吸水性能均非常优秀，此材料已经实现了产业化；正在开发的纳米TiO2/聚丙烯复合材料具有优良的抗菌效果，纳米TiO2粉体在聚丙烯中分散达到60nm以下，此项技术正在申报发明专利。

由于纳米聚合物复合材料的成型工艺不同于普通的聚合物，本方向还积极开展新的成型方法研究，以促进纳米复合材料产业化的进行。

碳纳米管是上个世纪九十年代初发现的一种新型的碳团簇类纤维材料，具有许多特别优秀的性能。

我们在碳纳米管取得的研究成果主要包括：

1）大规模生产多壁碳纳米管的技术，生产出的碳纳米管的质量处于世界先进水平，生产成本也很低，为碳纳米管的工业应用创造了条件。

2）开发了制造碳纳米管为电极材料的双电层大容量电容器的技术。

3）开发了制造具有软基底定向碳纳米管膜的技术。

钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材料、电子封装和热沉材料。采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力学性能，我们采用国际前沿的金属复合盐溶液雾化干燥还原技术成功制备了纳米钨铜复合粉体和纳米氮化钨－铜复合粉体，目前正在加紧其产业化应用研究。

本书较全面系统地介绍了纳米功能复合材料的基本特性及制备方法，重点介绍了在军用、民用领域有重要应用前景的纳米催化复合材料、纳米新能源复合材料、纳米隐身复合材料、纳米磁性复合材料、纳米环保复合材料及纳米功能陶瓷等的制备方法、性能及应用。 本书可以供从事纳米、微米技术与材料研究的工程技术人员阅读参考，也可作为高等院校相关专业研究生的教学参考书。

第1章 概论

第2章 纳米材料

第3章 填充纳米复合材料

第4章 杂化复合材料

第5章 插层复合材料

第6章 纳米复合材料的应用

第7章 纳米复合材料的结构与表征