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浅谈材料的维度与应用
2019年09月26日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:241
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纵观人类几千年的进化按照<进化论>的描述,人类从猿猴进化为人的这一个过程一个很重要的因素是掌握了对“材料”的加工能力使之成为“工具”,提高了“猿人”的“自然生存”的优势所以一步步的进化成今天的样子:毛发退化缘于发明了更好的保暖材料;肌肉退化:源于发明了更省力工具 看看小编日益后退的发际线或许是应为大脑高频工作下散热的需求?  (毛发的散热性很差)

世界上材料千万种形态各异下面就由小编就从维度这个角度来说一说材料从形状上来分类材料可以被分类为3维材料,2维材料,1维材料,0维材料 

一、3维材料

我们日常看到最多的材料,金属块材,玻璃,木材,橡胶,等等

可用来建造桥梁,房屋,汽车,轮船,厨具,日用器具我们主要使用的材料“能维持一性形状的特性“看看我们的房屋的进化感受一下材料的进步

1通过切,削,磨,弯折,铆合粘结等等工艺我们可以将一块金属加工成一个勺子,也可以加工成一扇铁门也可以加工成一枚奖章 一面镜子 大家看到没?在这个阶段我们只能将材料的形状通过各种手段进行修改还没有材料进行“脱胎换骨“的改造。

(2)随技术的积累与发展人类不再满足于对材料特性单一的特性的需求希望材料能在“构型“基础之上具有更多的性能比如金属更耐腐蚀更绝热 于是科学教就试着控制材料中各种元素组分,才有了我们今天的不锈钢有了不烫嘴的勺子有没有发现在海底吃火锅捞菜勺子怎么煮都不烫手但是去一般小摊吃的话那个勺子稍微放锅里就会烫手同样是金属勺子差别为啥这么大了?那这个不烫手就”特殊需求”

秘密在于勺子是材料平常我们接触的多是铁或者铝做的勺子这两种材料热导率都非常高但是如果给铁中掺入其他导热率不高的元素后表面上看起来还是金属但导热性能却远远降低

319世界光电技术的飞跃发展人们逐渐对微观世界有了新的认识X光,紫外光可见光,电磁波的发现,大大拓展了人了的视野但是遗憾的是人类能够看到的波长仅仅380nm~680nm于是科学家思考到如果将块材的某一个维度削减到这个尺度的话,材料会变成什么样子?于是2维材料诞生了

二、2维材料

简单将就是将3维材料的一个维度进削减(此处并非实质性的削减哟而是通过某种新颖的手段让材料在生长过程就自然形成这种形态)使它远远小于另外2维的尺寸,当我们将这个维度削减毫米到亚微米的水平 比如玻璃上的镀膜 汽车上的喷漆墙壁上的油漆就这么薄薄的一层可以让玻璃更加透明让汽车更耐腐蚀让原本单调的墙壁可五彩斑斓 进一步削减到到纳米级新型功能材料比如石墨烯片状氮化硼还有目前很火的二维拓扑材料就出现了有了这些材料可以让电只在一个平面运动让热量在一个方向流动,使超导在高温下成为可能

典型的二维材料

中国少年曹原(22岁)在18年nature上发表了一篇以石墨烯研究的文章被评为2018年10大发现之首他巧妙的将2层石墨烯做了一个小角度旋转后就可以实现超导现象

是否可以在二维基础之上在削减一维?答案是显然的,于是1维度材料就诞生了

三、1维材料

3维材料的2个维度削减到远远小于另外一个维度的就变成了1维度,有人会问,一根尼龙绳算不算是1维度材料?严格的来讲不算CNT(碳纳米管)算不算?当然算 一根钢筋?当然不算;纳米银线算不算?

当然算(大家可可以一边看下图,一边细细品味上文中红色字体)

有没有觉得思想快刹不住车了?那在1维的基础上在削减的话,是不是可以形成0维材料?显然答案也是肯定的0维材料到底是个什么鬼?想必你已经猜到了它就是纳米颗粒材料

四、0维度材料

相当于3维材料的缩小版本,在3个维度都到达极小的尺度。

有没有想到“粉体“这个名词?这样理解是不是觉得粉体行业瞬间高大了?

 

那为啥要费九牛二虎之力去将宏观材料弄成粉体么?听小编娓娓道来

1比面积大大增加材料的活性会大大增加这在催化剂化学吸附等需要化学键参过程是工艺中具有及其大的优势(省材料)

2粉体材料可以通过‘增材制造’来取代传统‘减材制造’(省材料)

3更小缺陷密度同强度下可材料可更轻 (省材料)

4量子效应纳米尺度材料激发可以发光而且效率还更高(省能源)

对上面的进行一个综述当我们控制的材料对象越小时我们能够获得更多的材料特性疯狂一点的想法人类对材料的终极控制是对单个原子进行控制就像电影里面万磁王能将控制磁性元素一样这样色的

然而人类目前在实验室的确可以实现单原子控制比如这个样子

但是我们很难将将这种实验室的方法大规模用于工业生产中退而求其次我们目前可能做到的使可以对一群“原子团聚“进行控制加工他就是粉体工程

文末小编送大家一个鸡腿从材料学最基础的一些概念出发做一张维度与材料特性的交叉表供大家参考这张表面里横轴数值表示我们要追求的材料特性他们都是随着材料的维度而发生变化(不全或许还有更多新的参量),相信在工作之中大家一定都会接触到这些名词概念小编后续也会陆续整理文章来对不同材料的特性进行说明敬请期待

作者:青鸟飞鱼


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