超导材料的特性及应用

超导材料的特性及应用（精选八篇）

超导材料的特性及应用 篇1

1 相变材料的分类

根据相变材料的定义,具有合适相变温度和较大相变潜热的材料均可作为相变材料。

但是实际应用中还需综合考虑材料的物理和化学稳定性、过冷度、腐蚀性、安全性以及价格水平等因素。目前,可利用的相变物质多达2万余种。美国道·化学公司通过系统筛选,确定了其中约200种具有实际应用价值的材料[5]。根据Abhat[6]、Kenisarin[7]、Dincer[8]、Farid[9]等的研究以及相变材料当前的研究进展,可将相变材料进行分类,如图1所示。从图1可以看出,相变材料主要包括固-气、液-气、固-液和固-固相变材料。当前研究和使用较广泛的是固-液和固-固相变材料,这主要是因为使用固-气、液-气相变材料时,在固-气、液-气转变过程中材料的体积显著增大,不利于相变材料的封装。

2 相变材料的特性

2.1 相变材料的相变潜热

材料的熔化过程是典型的相变过程,相变过程可以通过自由能差表达[10]:

ΔG=ΔH-TmΔS (1)

式中:H为焓;Tm为相变温度(K);S为熵。

平衡状态时ΔG=0,则:

ΔH=TmΔS (2)

由式(2)可知,相变温度Tm固定,相变材料的相变潜热(ΔH为相变焓差,相变过程为恒压过程,非体积功为零,相变焓为相变热)与熵的变化成正比。相变过程的显著特点是将外界输入的能量转为熵值的增加,作为潜热储存在材料(相变后)中,而不是以显热的形式引起材料温度的升高。

2.2 相变材料的封装

相变材料在应用过程中由于存在相的变化,因而必须通过容器进行封装,封装容器对相变材料起到容纳、保护、传导和操作的作用。由于相变材料在使用过程中大部分情况是固-液或液-固转变,因此封装容器可保证相变材料稳定,其次可保证相变材料不泄露,起到保护环境和人的作用。封装容器的材料一般要求具有良好的热传导性能和高的表面与体积比,从而顺利实现相变材料与环境的能量交换。

相变材料的封装形式主要有整体封装(见图2(a))、分散封装(见图2(b))和胶囊封装(见图2(c)、(d))。胶囊封装是将相变材料密封在性质稳定的微小“容器”中,从而实现相变材料的永久固态化,使得相变材料的使用、储存和运输更方便[11]。胶囊封装技术是当前相变材料的主要封装形式。容器的粒径小于1μm的称为纳胶囊;粒径在1～1000μm之间称为微胶囊;粒径大于1mm的称为大胶囊[12]。

3 相变材料的伪装应用分析

相变材料的相变过程伴随相变潜热的吸收(释放),同时其吸(放)热密度大,因而储能是其主要应用之一。此外,相变材料在吸放热的过程中,其相变温度恒定,在军事热红外伪装领域中,可利用相变材料特有的控温能力,通过调控目标的温度,进而控制目标的热红外辐射强度,实现目标的红外隐身,因而相变材料在热红外伪装领域具有广阔的应用前景。

3.1 相变材料的伪装原理

凡是温度高于绝对零度的物体均有红外热辐射,因而自然界任何实际物体都是红外辐射源,其单位表面积向半球空间发射的全波段辐射功率与被测目标表面温度T和材料表面发射率ε相关:

M=εσT4 (3)

式中:σ为斯蒂芬-波耳兹曼(Stefen-Boltzmann)常数;ε=0～1,是实际物体与同温度黑体(理想辐射体,在任意波长都能全部吸收入射能量而不发生反射)在相同条件下的辐射功率之比。

红外热成像技术就是利用红外辐射原理,通过测取目标物体表面的红外辐射能,计算出物体表面温度,再将目标及其环境背景的温度分布转换为形象直观的热图像。从热成像技术原理和式(1)可以发现,降低物体红外暴露征候的技术途径有:(1)降低物体表面发射率;(2)控制物体表面温度。从式(3)可以看出,M与T的四次方成正比,对于温度明显偏高的目标,控制物体表面温度可以更有效地达到伪装隐身的目的[13]。

3.2 相变材料的伪装应用研究现状

目前国内外对于相变材料在伪装隐身领域的研究还不是很多,主要集中在伪装纺织品、热红外假目标和工程控温几个方面,但是随着高性能相变材料的不断出现,相变材料在伪装领域的研究和应用日益加强。

(1)在热红外伪装纺织品中的应用研究

在热红外伪装中,相变材料主要集中在单兵红外伪装服和红外伪装网的应用上,而这两种伪装材料都是以纺织品为基础,因此,目前国内外对红外相变伪装材料的应用研究有相当一部分集中在对热红外伪装纺织品的研究上[14]。邓春涛等[15]将内装相变材料的微胶囊分散在红外吸收涂料中,并用该涂料对织物进行涂层整理,结果表明将经过涂层整理的织物覆盖在一根加热的棒上,用前视红外雷达(FLIR)观察,雷达未能探测到该棒。

李发学等[14]研究了相变材料在热红外伪装纺织品中的应用,制备了PG/NPG(三羟甲基乙烷/新戊二醇)体系,并对不同配比条件下制备的样品进行了DSC(差示扫描量热仪)测试,研究其相变温度随配比的变化规律;随后将选取的具有合适相变温度的PG/NPG体系填充涤纶中空纤维,并分析优化了填充条件,测试了填充相变材料后的相变纤维的相变温度,进而制成20cm×20cm的试样,并以该试样覆盖人体胳膊,利用热像仪拍下不同时刻的目标热图。结果表明,与普通纤维制品覆盖的胳膊的热图相比,相变纤维的热红外伪装效果明显,有效伪装持续时间达到100min。

(2)在热红外假目标中的应用研究

示假也是伪装隐身的一种重要手段,假目标在热红外波段的示假效果主要是通过对红外热点的模拟来实现的,当前的难点在于对目标红外热性变化过程的模拟,而利用相变材料模拟目标的红外热性变化是解决该问题的一种有效方法。

吴晓森等[16]探讨了相变材料应用于红外热成像假目标的可行性,研究表明相变材料具有良好的红外特征模拟性能,能够满足热红外成像假目标的需求,可用于生产新型红外成像假目标,也可用于对现有假目标进行改装,提高红外热成像仿真性能。孙浩等[17,18]利用相变材料的相变潜热来模拟目标的表面温度特征,实现了目标的红外仿真示假。他们选用石蜡作为芯材,以两种不同的微胶囊化工艺(原位聚合法与复凝聚法)制备出石蜡微胶囊相变材料,对微胶囊的成型方式进行了初步研究,认为涂层方式由于受涂层厚度和微胶囊相变材料含量的制约而难以满足长时间红外热成像示假的要求。他们还利用40g微胶囊相变材料制成20cm×15cm、厚3mm的简易热模块,加热该模块后,能在14～20min内保持在高于环境温度10℃以上,从而可以达到较好的红外热成像示假效果。

孙翠玲等[19]以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,利用丙烯酸(AA)极性单体与石蜡进行接枝共聚反应,制备了丙烯酸接枝石蜡,用红外光谱仪和差示扫描量热仪对丙烯酸接枝石蜡的结构和热性能进行了分析,结果表明丙烯酸接枝后的石蜡相变温度提高了12.8%,相变潜热提高了36.2%,并分析了接枝共聚物分子结构与其相变温度和潜热的关系。

(3)在工程控温中的应用研究

利用相变材料相变吸热的特点,将其作为吸热材料,控制发热目标表面温度,降低目标红外暴露概率,是相变材料在伪装隐身领域的又一重要应用。邢宏龙等[20]对微胶囊相变材料在红外隐身中的应用进行了研究,认为通过改变、调节相变物质的含量、组成等,可使相变材料尽可能多地吸收目标放出的热量,保持军事目标的温度与周围环境的温度相同,达到最佳的伪装效果。微胶囊相变材料的2种应用方式包括伪装涂层和泡沫塑料。

Mckinney等[21]将不同熔点的微胶囊相变材料加入到可见光迷彩涂料中并涂覆于坦克等武器装备上,在坦克的不同发热部位涂覆含有不同熔点微胶囊相变材料的迷彩涂料,这样在红外热像图上就会显示杂乱的红外颜色特征,与坦克真实的红外热像图产生很大的差异,从而实现了可见光和红外的双重一体化伪装效果。

孙文艳等[22]采用微胶囊技术,对正十四烷、正十八烷、石蜡3种相变材料进行封装,将其制成红外隐身涂料并应用于军事目标中,以控制目标表面热惯量及表面温度,消除或降低目标与背景的红外辐射差别,从而实现了对背景红外特征的模拟。将制备的涂料涂覆在卡车模型上,结果表明在荒漠丘陵热图背景下明显提高了目标的红外隐身性能,卡车在涂覆前后的热图对比如图3所示。

徐长明等[23]研究了相变材料降温技术在阵地工程伪装中的应用,利用相变材料制备的储能装置可迅速吸收烟气的热量,降低目标因排放烟气而被发现的概率,研究认为利用相变材料填充热储能系统,可有效减小阵地工程特定目标在红外侦察条件下的暴露征候,从而达到降低目标被发现和识别的概率,提高目标的战场生存能力。茅靳丰等[24]将相变材料应用于国防工程内部蓄热站,用以吸收、储存发电机组产生的余热,能够在与外界无热交换的情况下较好地解决电站降温和热能回收再利用的问题,对国防工程内部电站排烟口伪装具有重要意义。

Dale P. Bentz等[25]对掺入相变材料的混凝土技术进行了研究,相变材料可通过2种方式加入到混凝土中:(1)将微胶囊相变材料直接添加到混凝土中;(2)以轻骨料作为相变材料的载体,将浸润了相变材料的轻骨料加入到混凝土中。试验发现,加入相变材料可有效降低混凝土温度变化峰值。将该技术应用到伪装技术中,有望降低混凝土目标的红外暴露征候。

3.3 相变材料的伪装应用模式

相变材料作为一种伪装材料,在相变材料的选择和改性过程中需要满足以下条件:(1)具有高的性能稳定性;(2)相变过程可逆,具有高的吸放热循环次数;(3)热传导系数高;(4)储能密度高;(5)相变温度范围宽;(6)可大规模生产,价格低廉,易于施工;(7)无毒害,不易燃烧;(8)环境稳定良好,易于封装。将单一的相变材料直接应用于伪装中不太现实,一般先将其封装后复合或涂覆在目标上,从而实现伪装的目的,当前相变材料伪装应用的模式主要包括涂覆式、复合式和集成式。

(1)涂覆式

将相变材料封装于微胶囊中,含相变材料的微胶囊作为涂料的添加材料,制备出含相变材料的功能涂料,将该种涂料涂覆在目标表面,可达到实现红外伪装的目的,应用模式如图4所示。涂覆式的优点是伪装材料制备简单、施工方便、适形性好,但是由于相变材料的含量和涂层的厚度有限,因而涂覆在目标上的相变材料量不大,导致伪装持续时间较短。

(2)复合式

将相变材料复合到基体材料(聚合物、混凝土等)中,制备出具有相变功能的复合材料,再将该种复合材料贴附到目标表面,实现对目标的红外伪装,如图5所示。相变材料复合式应用的关键在于相变材料与基体材料的良好复合,这对相变材料的封装有很高的要求,封装材料一般要求耐腐蚀、耐磨。该种应用模式使相变材料与基体良好结合、成本较低,同时保证了相变材料的加入量大,延长了伪装持续时间。

(3)集成式

将相变材料、驱动材料、面板材料有机集成,相变材料吸收环境热量,驱动材料与相变材料进行热交换,并及时将相变材料的热量疏导掉,使相变材料实现长时间伪装的效果,应用模式如图6所示。集成式的优点在于伪装持续时间长,一定程度上拓宽了相变材料的伪装温度范围,但是系统一般较复杂、成本较高。

4 存在的主要问题

相变材料虽然具有高的储能密度,但是其储能容量并非无限大,在相变温度点,相变材料吸收(放出)的热量为潜热,因而不会引起温度的变化,但是当外界输入的能量超过相变材料可吸收的最大潜热值后,相变材料的温度随之升高,此时吸收的热量为显热。相变材料的伪装持续时间与储存潜热的能力有直接关系,由于相变材料储热能力是有限的,因而其伪装时间也是有限的,延长相变材料的伪装持续时间是当前相变材料在伪装领域应用的主要难题。

针对该问题,笔者设计了一种智能相变材料系统,如图7所示。智能相变材料由信息收集及处理系统、驱动材料、相变材料组成。红外传感器感知背景的红外特征,收集的红外信息通过模拟信号处理器进行处理,经A/D信号转换传输到微处理机,微处理机对接收的信息进行处理后向驱动材料发出指令,驱动相变材料进行放热或吸热反应,从而改变目标表面温度,红外传感器及时感知目标表面红外信号,并传输给微处理机进行对比,并根据对比结果调整相变材料吸放热过程,最终实现目标与背景红外特征的融合。由于驱动材料可进行及时的放热或吸热响应,因而可保证长的伪装持续时间。

5 结语

随着能源问题的日益突出,相变材料将不断受到人们的重视,在储能节能领域得到更广泛和深入的研究。目前,相变材料制备的各类储能器件已经应用于储能、建筑节能和空调蓄冷等方面,但是储能密度有限、价格较高、封装困难等因素仍然制约着相变材料的更广泛应用,解决以上问题仍将是未来相变材料的发展方向之一。

相较于节能领域,相变材料在伪装领域的应用还很少,目前基本处于研究的初始阶段,国内外均已开展了该方面的研究。伪装持续时间短是困扰相变材料在伪装领域应用的主要原因之一,随着智能材料技术的不断进步,制备智能相变材料,以延长相变材料的伪装持续时间,将成为解决该问题的主要手段。可以预见的是,随着相变材料技术的成熟以及智能相变材料伪装技术研究的不断深入,相变材料也将在伪装领域得到广泛应用。

摘要：对相变材料进行了分类,从热力学特点和应用形式两个方面介绍了相变材料的特性。通过对相变材料伪装原理、研究现状和应用模型的分析,研究了相变材料在伪装领域的应用可行性。最后提出了一种智能相变材料系统,希望通过进一步研究,能够解决相变材料伪装持续时间短的问题。

超导材料的特性及应用 篇2

摘要：文章以涉及Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的专利分析为样本，从中外专利申请量、专利申请申请人和申请国别等多种角度剖析了Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的整体发展状况。研究表明我国在Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的发明专利申请中，科研专利申请份额相当大，但在国内经济发展的趋势下，国内的专利申请量在逐年提高，建议我国在该领域的科技研发仍需进一步与工业生产结合发展。

关键词：Nb合金；含Nb化合物；超导领域；专利分析

中图分类号：TM27 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0025-02

近年，超导材料的生产和相关应用工艺日渐成熟，已经达到了能够在工业生产中应用的水平。超导材料被视为21世纪最有价值的实用新材料。20世纪50年代已发现具有超导电性能的化学元素28种，部分TC较高的元素如表1：

由表1看出，超导材料中Tc最高的是铌。随后发现Nb3Sn的Tc约等于18K，20世纪70年代得到了Tc=22.3K的Nb3Ge薄膜。超导材料以其独特的优点受到广泛的研究，在探索超导理论的同时也开展了应用研究，Nb、Nb合金（如Nb-Ti合金）及含Nb化合物（如Nb3Sn、Nb3Al、NbNx）作为超导材料也受到了人们的青睐。

本文对Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的专利的申请现状进行了统计和分析，希望能够为促进Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的应用的可持续发展提供一些参考。本文采用中国专利文献检索系统（以下简称“CPRS系统”）和德温特世界专利索引数据库（以下简称“德温特数据库”）进行检索。

1 我国Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的专利申请的现状及发展趋势

1.1 技术构成分析

技术领域是通过国际专利法分类表进行分析，根据我国从1985至2012年末，从CPRS数据库中采集的专利申请数据，其主要集中在以下技术领域（参见表2）。

由此可见，目前Nb材料在超导领域的应用多集中在超导体材料，其相关专利较多。而近年来，薄膜材料的发展迅速，其相较于超导体材料的低成本性和不亚于超导体材料的性能，越来越多地被科研单位进行研究。建议我国企业可从薄膜镀覆技术进行研发，从而突破目前的专利壁垒。

1.2 我国Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的专利申请量的分析

通过CPRS系统检索发现，自1985年我国专利法实施至2013年，中国专利局在Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的相关申请量共计158件，超导领域的主要分类号为H01B、H01F、H01L和C23C。在德温特数据库中，检索到专利申请共计308件。可见向中国专利局申请的专利文件在数量上相对国外专利局来说较少，我国在Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域对于专利价值的挖掘还远远不够。

从图1可以看出，我国Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域专利申请的总体发展呈上升趋势，其主要分成以下三个阶段：第一阶段，1985～2004年，发展较为缓慢，主要原因是我国该产业在经济投资、技术水平以及人才储备上还未形成规模，并且中国还未作为世界的“代工产品基地”，国外公司也未积极在我国进行专利封锁。第二阶段，2005～2012年，专利申请量开始上升，2012年达到了最高的32件，这一时期处于最活跃期。究其原因，主要是在世界范围内该技术已经如火如荼地发展起来，国外公司在中国进行专利保护作为资产储备，我国企业也在此环境下，带动了一批企业、科研单位、大专院校以及个人从事相关研究，促进了专利申请量的增加。第三阶段，2012～2013年，其专利申请总量呈降低趋势，主要是因为我国发明专利申请需要18个月才能公开，实用新型则需要大约1年左右的时间，因此，笔者对此期间的文献进行统计时，2012～2013年之间申请的大量专利尚未公开。

2 国内外Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域专利申请量比较

在CPRS系统检索到的Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域专利申请中，中国申请人申请的专利（以下简称“国内专利申请”）共计124件，占80%，包括发明专利申请114件和实用新型专利申请10件；其他国家申请人在中国申请的专利（以下简称“国外专利申请”）共计30件，占20%，其中日本和美国的专利申请居多，参见图2，上述数据表明这些国家在该领域的科技发展水平较高。

3 国内外专利国家的国别分布以及主要申请人

由图3能够得出，在中国申请的专利中，申请人分布范围较广，包括科研单位、院校、公司，其中申请数量最多的是中国科学院，公司的申请较少，由上述数据可以看出，国内申请大多尚处于科技研发阶段，未大量应用于工业生产，而国外申请人都是公司申请，即以工业应用为主。国内申请人中公司分布较广，说明了该项技术的应用得到了企业的重视，加强了专利的保护，但也从另一侧面反映了科研和生产关系的紧密程度尚需完善，双方还需积极沟通、取长补短。

4 总结与建议

4.1 增强基础研究与实际生产的结合力度

在Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域，中国企业需要大力发展研发机构，政府也需加强对于科研机构的支撑，建立产研互相促进的环境。

4.2 提高专利意识，加强专利保护

通过上述分析可以看出，我国在该领域的技术水平发展较快，已具有较多的专利，Nb、Nb合金及含Nb化合物在超导领域的应用仍将是今后超导元件领域研究的重要方向。在该领域的发明专利申请中，国外专利申请量大，并且，我国“走出去”的专利还非常少。笔者建议提高国内专利申请的竞争力，避免重生产轻专利的现象，将专利作为与国外企业竞争的法律利器，利用专利维护国内企业的权益，预防后续的专利风险。

超导材料的特性及应用 篇3

关键词：纳米材料的特性,制备方法,应用

1 纳米材料的特性

当物体的粒子的直径减小到纳米这一数量级时, 能够使一些材料的声、、电、磁、热性等呈现一些新的特性。对纳米体材料的一些特性可以用“更轻、更高、更强”进行概括。

2 制备方法

2.1 物理制备纳米材料的方法

在早期常将较粗的固体物质进行粉碎, 如超声波粉碎法、蒸气快速冷却法、蒸气快速油面法等方法。随着时代的方法近年来出现了一些新的方法, 如旋转涂层法, 通过控制转速来获得不同空隙的颗粒.然后再在其表面积一层膜, 最后经过热处理的方法得到纳米颗粒的阵列。

(1) 真空蒸发获得纳米材料。利用电弧高频加热对需要处理的固体材料进行加热, 使之形成等离子体, 然后对该材料进行骤冷, 最后凝结成纳米材料。纳米材料的微粒径可通过改变通入气体的种类或压力等方法进行控制。具体操作过程是将需要蒸发的材料放人柑锅中, 先更高程度的真空, 然后向里面注人少量的惰性气体, 然后再加热, 最后蒸发形成纳米微粒。

(2) 利用等离子体蒸发凝聚获得纳米材料这种方法是把一种或多种固体颗粒注人到等离子体中, 使之蒸发, 再通过骤冷装置获得纳米微粒。

2.2 化学制备纳米微粒的方法

化学法制纳米材料的方法是通过适当的化学反应, 把分子或原子制备成纳米物质, 其中包括化学气相沉积 (CVD) 法、化学气相冷凝法 (CVC) 等。

(1) 化学气相沉积法是目前最广泛的方法, 这种方法是在一个加热的衬底上, 通过几种气态元素形成纳米材料的过程, 这种方法可以可分成热分解反应沉积的方法和化学反应沉积的方法。使用这种方法能均匀的对整个基体进行沉积。缺点是衬底的温度比较高。随着科技的进步, 由此产生了许多的新技术, 比如等离子体增强化学气相沉积方法及激光诱导化学气相沉积的方法等。

(2) 化学气相冷凝法制备纳米材料是通过热解有机高分子获得纳米颗粒。

(3) 化学沉淀法的方法是通过在金属盐类的水溶液中适当控制条件使沉淀剂与金属离子进行反应, 产生难溶化合物形成沉淀, 然后经分离、热分解得到纳米微粒。化学沉淀法有多种如直接沉淀法、共沉淀法等。

2.3 物理化学方法制纳米材料

一般在实践情况下是不会只用物理或只用化学方法进行制作纳米材料的, 很多是结合了物理和化学两种方法的, 主要方法有

(1) 热等离子体法是用等离子体将金属等粉末融化后进行蒸发然后再冷凝, 从而制成纳米微粒, 这种方法是制作金属台金系列纳米微粒比较有效的方法。比如用电弧的方法混合等离子体, 它能有效的弥补了传统法存在的一些缺陷, 如等离子枪功率小、使用年限比较短和热转化的效率比较低等一些缺点。

(2) 利用激光加热蒸气的方法, 这种方法是用激光快速加热热源, 使反应物分子内部能够很快地吸收能量和传递能量, 气体在很短的时间内就能反应的长大和终止.这种方法可以很快生成表面洁净纳米的颗粒。

(3) 利用辐射合成法来制作纳米颗粒, 这种方法是用用辐射台成法制备纳米材料, 它的制备工艺一般是比较简单的, 可以在常温常压下进行操作, 制备周期时间比较短, 生成的粒度比较容易易控制, 生成的效率也是较高的, 使用这种方法不仅可制备纯度比较高的金属粉末, 还可制备各种氧化物纳米粒子以及纳米复台材料, 所以纳米材料的辐射法制备近年来得到了很大的发展。

3 纳米技术的一些技术应用

(1) 纳米材料的用途十分的广泛, 比如目前在许多医药领域使用了纳米技术, 这样能使药品生产非常的精细, 它直接利用原子或者分子的排布制造一些有特殊功能的药品。由于纳米材料所使用的颗粒比较小, 所以这种药品在人体内的传输是相当方便的, 有些药品会采用多层纳米粒子包裹, 这种智能药物到人体后可直接并攻击癌细胞或者对有损伤的组织进行修复。纳米技术也可以用来监测诊少量血液, 通过对人体中的蛋白质的分析诊断出许多种疾病。

(2) 在家电方面, 选用那么材料制成的产品有许多的特性, 如具有抗菌性、防腐抗紫外线防老化等的作用。在电子工业方面应用那么材料技术可以从扩大其产品的存储容量, 目前是普通材料上千倍级的储器芯片已经投入生产并广泛应用。在计算机方面的应用是可以把电脑缩小成为“掌上电脑”, 使电脑使用起来更为方便。在环境保护领域未来将出现多功能纳米膜。这种纳米膜能够对化学或生物制剂造成的污染进行过滤, 从而改善环境污染。在纺织工业方面通过在原始材料中添加纳米Zn O等复配粉体材料, 再通过经抽丝、织布, 最终能够制成除臭或抗紫外线辐射等特殊功能的服装, 这些产品可以满足国防工业要求。

(3) 最新型的纳米侦察卫星是采用的是纳米元件和按照纳米进行加工方的方法组装而成的, 它的质量小于10kg。纳米卫星的体积虽然只有一般比麻雀稍微大一点, 但是却拥有非常强大的运算能力, 在太空中数十颗甚至数百颗这样的纳米卫星连接在一起就可以织成“天网”, 形成纳米卫星侦察系统, 能够实现对全球各个地区的覆盖和侦察, 在军事上是的应用是非常的重要的, 能实现军队对高空无“死区”的侦查。纳米飞行侦察系统属于是一种比较微型化的飞行系统, 它能够携带多种探测侦查设备, 他们具有非常高的信息处理和导航和通信的能力。该系统的其主要功能是对敌方进行秘密的部署, 关键时候可以到敌方信息资源库和相关武器系统的内部或附近地区进行监视敌方的情况, 与此同时也可对敌方的各种雷达、通信设备等实施有效监视和干扰。它能够附着在敌方的建筑物或者机械设备上进行监听, 有时也可以直接把敌方目标的位置坐标传送到我方发送到我方的炮兵发射基地进行发射导弹, 这能够有效地引导精确制导武器进行有效地攻击。当然除了可以放在飞行的纳米飞行器上, 还有其它理性的的纳米传感器和侦查设备。他们的体积一般都比较小不容易被发现, 内部都装有非常敏锐的传感器。还有一些传感器广泛的分布在一些武器装备的表面, 这种传感器叫做环境传感器, 它能够察觉比较细微的外部环境的一些“刺激”, 用来对武器系统进行调整。潜艇的蒙皮改用纳米材料以后能够灵敏地察觉水流、水压等一些极为细微的外部环境环境的变化, 同时及时反馈给潜艇的中央控制系统, 实现最低限度地降低噪声, 通过对水波的变化的“察觉”能够判断来袭的敌方鱼雷, 使潜艇及时有效的进行规避; 这能用比较低辐射功率完成“敌我识别, 能有效的避免免误伤自己。

(4) 纳米材料技术现在已广泛应用于遗传育种中, 该技术能够结合转基因技术并且已经在培育新品种方面取得了很大的进展。这种技术是通过纳米手段将染色体分解为单个的基因, 然后对它们进行组装, 这种技术整合成的基因产品的成功率几乎可以达到100%。经过实践证明, 科研人员能够让单个的基因分子链展现精细的结构, 并可以通过具体的操纵其实现分子结构改变其性能, 从而形成纳米图形, 这样就能使人们可以在更小的世界范围内、更加深的一种层次上进行探索生命的秘密。

(5) 纳米材料技术在发动机尾气处理方面的应用, 目前有一种新型的纳米级净水剂有非常强的吸附能力, 它是一般净水剂的20 倍左右。纳米材料的过滤装置, 还能有效的去除水中的一些细菌, 使矿物质以及一些微量元素有效的保留下来, 经过处理后的污水可以直接饮用。纳米材料技术的为解决大气污染方面的问题提供了新的途径。这种技术对空气中的污染物的净化的能力是其它技术所不可替代的。

现在我国已经建立十多条的纳米材料和技术的生产线。纳米复合材料、纤维的改性、纳米材料在能源和环保等方面的应用与开发已在我国兴起。国内纳米技术注册的公司已经近百个, 一些知名的企业家对纳米技术的关注, 已经为我国纳米技术产业注入了新的活力。相信在不久将来, 纳米材料技术将会应用很快的应用于我国的船舶行业。

4 结语

目前世界上的的纳米物质和产品的种类非常的多, 制作方法上也是五花八门, 但总体上看还很不完整.从纳米材料的发展角度看, 需要开发一些比较简单的, 能够大规模进行生产的方法.从对纳米颗粒的基础来看, 需要开发能够进行严格控制其微粒尺寸的制备方法.这些工作的进展将有助于以后更好的开发纳米材料的用途, 从而创立新的电子学材料、光学材料、传感器等。

参考文献

[1]曹茂盛.纳米材料导论[M]纳米材料应用, 2014 (6)

超导材料的特性及应用 篇4

1 透水混凝土

1.1 特性及应用

透水混凝土又称多孔混凝土、无砂混凝土、透水地坪,是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土,它不含细骨料,由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构,故具有透气、透水和重量轻的特点。多用于园路、树池铺设。

1.2 施工注意事项

(1)施工现场须应有专人负责物料的配比。严格控制水灰比,在搅拌中分2~3次加水,不允许一次性加入;为使物料搅拌均匀,适当延长机械搅拌时间,但不宜过长。

(2)透水混凝土属于干性混凝土料,其初凝快,摊铺必须及时。对于人行道面,大面积施工采用分块隔仓式进行摊铺物料,其松铺系数为1.1。将混合料均匀摊铺在工作面上,用刮尺找准平整度和控制一定的泛水度,然后用平板振动器或人工捣实,最后用抹合拍平。

(3)透水混凝土施工后,视气温不同,当混凝土强度>5 MPa时,用切缝机进行切割伸缩缝,并在缝内填入柔性缝料。

(4)透水混凝土摊铺结束后,需据温度情况进行一定时间的养护,高温时不少于14 d,低温时不少于21 d。

(5)混凝土表面成型干燥后3 d左右,需涂刷透明封闭剂,增强耐久性和美观性。防止混凝土受污而堵塞空隙。

2 沥青碎石路

2.1 特性及应用

沥青路面是指在矿质材料中掺入路用改性沥青和碎石材料铺筑的各种类型的路面。沥青碎石结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力,使路面平整少尘、坚固耐用(图1)。因此,沥青碎石路面是道路建设中一种最常用的路面之一。由于沥青碎石的强度主要靠石料颗粒间的嵌锁力,受沥青软化的影响较小,因此其热稳性较好。沥青碎石的沥青用量较沥青混凝土少,因此沥青碎石的工程造价较低。

2.2 施工注意事项

(1)沥青混合料拌合时要控制其温度、油石比及材料的级配。利用电子称量器,对各种材料进行分别称量,以控制油石比。

(2)沥青混合料运输时宜用15 t以上的自卸汽车,装料前在汽车翻斗内刷一层柴油与水的混和物,以防止粘料。

(3)运料车辆到达摊铺机作业面时,摊铺机要调好初始状态。摊铺厚度、宽度以设计为准。摊铺机熨平板的仰角要准确,行走速度要稳定,操作手要集中精力,精心操作。

(4)摊铺成型后及时进行碾压,碾压前技术人员要认真检查,发现有局部离析及边缘不规则时要进行人工修补。碾压过程中技术人员要随时检查,发现有缺陷及时处理。

(5)检测贯穿于沥青路面施工的全过程,碾压成型后的路面必须满足设计要求。检测内容包括:测定平整度、厚度、宽度、高程及钻芯取样等工作。

3 植草砖

3.1 特性及应用

植草砖由混凝土、颜料等优质材料经过高压砖机振压而成,完全免烧砖,达到环保生产的要求,经过科学系统的养护,植草砖具有很强的抗压性,铺设在地面上有很好的稳固性,能经受行人、车辆的辗压而不被损坏。同时植草砖的镂空处地被植物仍能正常生长而不会受到伤害。因此植草砖得到了广泛的应用,很多大小城市也正在使用植草砖,它既方便了人们出行,充分利用了场地,又可以增加绿化面积,改善城市的环境景观质量和空气质量。

3.2 施工注意事项

(1)在铺设支撑层时,特别要注意保证有足够的渗水性,但最主要的还是牢固性。支撑层的受压情况和厚度由假设的施压物(汽车、行人等)决定,如承载小汽车需30 cm厚度。

(2)铺设植草砖前,必须先在支撑层上铺设1层厚2~3 cm的中砂混合物。植草砖既可排成一排,也可梯形排列。各植草砖均应拼接完好,可以用通用工具将其制成弧形或其他造型。可将标志块嵌入植草砖。

(3)植草砖底部交错排列可使其很好的固定安装在地基上。按要求可能需要在整块地区外围加框或者用固定钉将其固定,为避免植草砖可能发生的热胀情况,必须在每块植草砖之间预留1~1.5 cm的缝隙。

(4)植草要分二步完成。先填入基层土可撒少许有机肥,然后在土上洒水,使其稳固,接着撒上草籽,最后再撒上一些土以使基层土与植草砖顶端等高。

(5)在草籽发芽期间,土壤应保持湿润,铺设植草砖的区域,雨水被直接引入泥土中。

4 仿古青砖

4.1 特性及应用

仿古青砖选用天然的粘土,运用现代科技结合传统工艺烧制而成,产品具有抗冻性、耐酸碱性、不易剥落、无辐射、耐老化、无光污染,施工方便、造价合理等特性,素雅、沉稳、古朴、自然、宁静(图2),具有透气、吸水、抗氧化、净化空气等功能,是返璞归真、回归自然的绿色环保建材。为房屋墙体、路面装饰的一款理想装饰材料。

4.2 施工注意事项

(1)砖在铺贴前1 d,应浸透、晾干备用。

(2)根据控制线先铺贴好左右造边基准行(封路)的地砖块,以后根据基准行由内向外接线逐行铺贴。

(3)用水泥膏(厚2~3 mm)满涂块料背面,对准接线及缝子,将地砖块铺贴上,用水木锤着力敲击至平正。

(4)粘贴水泥膏凝固后,用白水泥、颜料(色泽根据面料颜色调配)填平缝子(过大缝子要拦细砂填灌),用锯末(木糠),棉丝将表面擦干净至不留残灰为止。

(5)调整、擦缝的操作人员,要穿软底鞋,踩踏地砖时要垫上平整木板。

(6)完成后的地面,表面要覆盖保护(可撒锯末),2 d内严禁上人行走及堆放物品。

5 渗水砖

5.1 特性及应用

渗水砖也叫透水砖,属于绿色环保新型建材,原材料多采用水泥、砂、矿渣、粉煤灰等环保材料一次性压缩而成。表面无龟裂、脱层现象;耐磨性好,挤压后不出现表面脱落,适合更高的负重使用环境;透水性好、防滑功能强;色泽自然、持久。使用寿命长;边角清晰,线条整齐;抗冻性能和抗盐碱性高;维护成本低,易于更换;颜色形状多样,与四周环境相映衬,自然美观(图3)。尤其下雨时,雨水能及时通过渗水砖渗入地下,或者储存于渗水砖的空隙中,减少路面积水。渗水砖可广泛用于庭院、公园、广场、园林、工厂区域、停车场、花房、人行步道及轻量交通公路等路面的铺设。既可以美化环境,又可以防止宝贵水资源的流失,具有良好的社会、环境和生态效应。

5.2 施工注意事项

(1)根据道路不同的用途,应该选择不同产品规格和渗水率系数的透水砖。人行道车行道、停车场应选择使用规格在(200~240)mm×(100~120)mm范围内的产品,既符合道路的使用又经济。

(2)基础层平整后应用人工或机器碾压平整,进行素土夯实。垫层可选用砂石垫层或三合土垫层,人行道垫层厚度应在100~150 mm,车行道垫层厚度应在150~200 mm。砂、石都不得有含水泥成分。

(3)找平层最好用中砂或粗砂加10%的白灰拌和后摊平(不要使用水泥),人行道用砂即可,厚度控制在15~20 mm。

(4)铺装应按规范进行操作,铺装后缝与缝之间用笤帚扫入砂粒填实。

6 广场砖

6.1 特性及应用

广场砖属于耐磨砖的一种,因其超级耐磨、防滑和装饰美观性能,广泛用于休闲广场、市政工程、园林绿化、屋顶美观、花园阳台以及人流量众多的公共场合。具有防滑、耐磨、美观、修补方便的特点。是现代城市建设理想的地面、屋顶装饰材料。具有整体性强、抗压、抗折、强度高、不变色、不粉化、耐磨、经久耐用等特点。可广泛应用于一般人行道、公众街道、大楼中庭、露天娱乐场、行车路、汽车专用道路、停车场、一般餐厅、酒店大堂、广场、商业大厦、喷水池、游泳池旁边休闲区、庭院地板、公园人行走道、城市居住小区人行走道、绿化区散步走道等。

6.2 施工注意事项

(1)开箱时,请认准核验产品规格、尺寸、色号等,并把相同的产品铺贴在一起,对掉角、脱粒、开裂或损坏的产品剔除不用。在施工现场严禁散装散放,严禁受潮。

(2)在铺贴前首先在地面上试铺,根据铺贴形式确定排砖方式,砖面如有花纹或方向性图案,应将产品按图示方向铺贴,以求最佳效果;将不同规格、色号、尺码不同的广场砖区分好类别,加以标号标明,在使用完同一色号或尺码后,才可使用邻近的色号与尺码。预铺时,在处理好的地面拉两根相互垂直的线,并用水平尺校水平。

(3)施工过程中,及时将砂子、锯末等均匀地洒在铺贴面上,用扫帚清扫,将留在砖面的水泥或其他粘污物抹擦干净,以免表面藏污时间过长,难以清理。

(4)广场砖施工后应洒水养护,促进水泥砂浆和广场砖的凝固结合,一般养护15 d后即可正常使用。

7 防腐木

7.1 特性及应用

防腐木,就是将普通木材经过人工添加化学防腐剂高压蒸煮之后,使其具有防腐蚀、防潮、防真菌、防虫蚁、防霉变以及防水等特性。能够直接接触土壤及潮湿环境,经常使用在户外地板、工程、景观、花架等,供人们歇息和欣赏自然美景,是户外地板、园林景观、木秋千等娱乐设施、木栈道(图4)等的理想材料,深受青睐。

7.2 施工注意事项

(1)在施工现场,防腐木材应通风存放,尽可能避免太阳暴晒直射。

(2)在施工时,尽可能使用防腐木材现有的尺寸,如需切割、钻孔等,必须在切割、钻孔部位使用CCA防腐剂进行涂刷补救,以保证防腐木材的使用寿命。

(3)在连接时应预先钻孔,这样可以减少开裂。

(4)所有连接点请使用热镀锌紧固件,或者不锈钢及不锈的五金件。

(5)在搭建露台时尽量使用长木板减少接头,以求美观;板面之间留5~10 mm缝隙,以保证防腐木材在受潮伸缩变化时有一定的空间,否则便会出现起拱现象。

(6)厚度大于35 mm的木方,为了防止其变形,可在其木芯一面的中心线开一个宽度与深度均为10 mm的小槽。

(7)安装的时候不用再加任何的保护性涂料,本身防腐木就具有防腐的功效,具有一定的保护性。如果对防腐木的颜色不是很满意,需要做更改处理的时候,应使用油性的或者是水性的涂料来处理,使两种涂料的性能融合,也不会对防腐木造成破坏。

(8)用防腐木做地板安装架设龙骨时,2根龙骨间距不大于50 cm,龙骨也使用防腐材料以延迟整个地板的使用寿命。铺设地板时注意区分一下防腐材料的正反面,将处理得较好的一面朝上,使其耐磨损期更长一些。

8花岗石

8.1 特性及应用

花岗岩属于天然石材,具有硬度高、耐磨损、抗风化、耐酸蚀、耐磨损、吸水率低、颜色美观等特点,是良好的地面铺装用材,常用于庭院、市街、广场(图5)等路面铺装,具有很好的实用性、装饰性和观赏性。

8.2 施工注意事项

(1)依据施工图进行弹线,确定石材尺寸及位置。进行石材试拼,检查拼接处及与其他设施的连接处。拼花石材需要依照编号准确对位。

(2)基层扫水保持湿润,刷水泥砂浆并进行找平处理,水泥砂浆强度应不低于M15。

(3)铺完结合层后要及时安装石材面板,拼花石材按照编号对号入座,需要切割石材按照规定尺寸切割后铺贴。依据弹线位平稳铺下,用橡胶锤轻敲面板,振实砂浆,找平找直,缝隙合适与标准线契合。否则重新抹浆铺设。

(4)花岗岩面板铺装完毕晾晒2 d后进行灌缝处理,有颜色要求的进行水泥颜色调制,稍干后擦缝,清除粘附在面板上的脏污物。

(5)铺装完成后需要进行地面彻底干燥,对地面进行封闭围挡,并盖上通风透气覆盖物养护最少7 d。严禁未干透就上人踩踏,养护期间注意喷水防止干裂影响铺装效果。

9 青石板

9.1 特性及应用

青石板质地密实,强度中等,易于加工,可采用简单工艺凿割成薄板或条形材,是理想的建筑装饰材料。用于建筑物墙裙、地面铺贴等,具有古建筑的独特风格,与自然环境协调、友好。

9.2 施工注意事项

(1)铺砌前对材料尺寸进行检验,厚度及长度允许误差不大于±2 mm,缺边掉角长度不大于±5 mm,同种表面颜色一致,无蜂窝、露石、脱皮、裂缝等现象。

(2)按控制点定出方格坐标并挂线,再分段铺砌且随时检查位置与高程。

(3)铺贴时材料要轻拿轻放,铺装前先用水清洗砼表面,铺贴时在砖背面抹上7 mm厚的水泥膏;按拉线放好后用橡皮锤或木锤敲打使砖下沉约4 mm以免空鼓,砖在抹上水泥膏后要在30 s内铺贴就位,施工时不得损坏砖边角。道板的伸缝要平正直顺,不能有弯曲不平现象。缝宽应符合设计要求,间缝宽度宜为10 mm、深度宜为5 mm。

(4)铺贴好后应检查平整度,若发现有位移翘角、与相邻板不平等现象应立即修正;最后用干沙掺1/10水泥拌合均匀将砖缝填满,并在砖面洒水使砂灰混合料沉实直至灰砂灌满为度。

(5)保持砖面清洁并洒水养护5~7 d,在此期间内不得有行人和其他机具在上面踏压。

10烧结砖

10.1 特性及应用

烧结砖是以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为原料,经成型和高温焙烧而制得。园林铺装采用实心烧结砖,隔热、隔声,耐用,价格低廉。

烧结砖多应用在别墅、酒店、市政广场等公共场合中(图6)。主要用于贴在路面上,除了本身的功能外,还具有一定的建筑装饰作用。

10.2 施工注意事项

(1)施工时施工人员双手应保持卫生。

(2)用小镘刀括浆,浆厚1~2 mm,刮面须均匀,每块砖的满浆度应达90%以上,两头手抓处可留一点空。

(3)留缝方法和留多宽均按设计要求,及时把溢到缝里的浆刮掉,不然会直接影响填缝勾缝效果。

(4)应选用配套的勾缝钢筋条来拉缝和勾缝,拉出的缝要深凹、饱和、润滑。

(5)密缝贴时也可一致留有0.5~1 mm细缝,才愈加表现砖的立体感。

超导材料的特性及应用 篇5

一直以来, 高液限土作为公路工程路基填料中的一种, 由于其不良的土质特性, 因此, 在用作路基填料进行填筑时, 一直都保持着慎用的态度。本人通过结合我市某一级公路新建工程局部路段使用高液限土填筑路基这一工程实例, 对该类土质在用作本工程路基填料93区前采取的一些改良措施及处治方法进行一一概述, 以让我们更清楚、更深入地了解这一特殊土质, 以消除普遍存在"谈高色变"的模糊心理。由于该实例工程高液限土的应用数量大, 分布范围广, 因此, 其处治方案在某种程度上也具有一定的代表性, 对以后我们正确看待该种不良土质, 积累正确的处治经验, 具有较大的指导意义。

2 高液限土的土质及土力学特性

2.1 土质特性

土是由固相、液相和气相构成的三相体系。土的固相物质主要是无机矿物颗粒和有机质, 它们构成土的骨架。而对于高液限土来说, 由于土内粗粒组含量较少 (<25%) , 颗粒零星分散, 其骨架作用并不明显。因此, 高液限土的工程性质主要取决于土粒间的各种相互作用力, 也即与土粒本身的结晶格架特征有关。高液限土通常含有大量的蒙脱石、伊利石等粘土矿物成分, 这些成分和水分子发生相互作用时, 其晶格活动性极大, 甚至晶格层间可能完全分散, 成为高度分散且横向延伸极大的薄膜片状粒子。因此, 此类矿物成分具有较大的塑性 (如蒙脱石的液限变化范围可达到140～710%, 塑限为50～100%;伊利石的液限为80～120%, 塑限为45～60%。) 及膨胀性, 极易崩解, 从而使高液限土也具有相似的工程性质。

土的液相是指土孔隙中存在的水, 一般包括结合水和自由水 (包括毛细水和重力水) 。由于高液限土颗粒粒径较小, 因此, 毛细水上升高度较大, 但速度较慢;又由于其中含有的矿物成分 (如蒙脱石) 带有较多的负电荷, 亲水性较强, 造成土粒结合水膜厚度较大, 而渗透系数较低。这表明高液限土中的水分在正常情况下不易逸出, 并且土不易压实。

2.2 土力学特性

高液限土的强度主要来源于粘聚力。高液限粉土干时稍具粘结性, 但易被压碎, 浸水时则易成流体状态, 故其强度无论在干湿状态下均较低;高液限粘土干时粘聚力很大, 强度很高, 但浸水时强度随粘聚力降低较快。同时, 无论是高液限粉土还是粘土, 浸水后整体稳定性均较差。

总的来说, 高液限土的土质及土力学特性表现为:透水性较差, 干时坚硬不易挖掘, 不易压实, 并具有较大的可塑性、粘结性和膨胀性, 毛细现象也很显著, 浸水后能较长时间保持水分, 因而承载力较小, 稳定性较差。

3 高液限土的处治方法

鉴于上述高液限土的特性, 若直接用于填筑路堤时会产生路基填土难以压实、翻浆、边坡坍塌等病害, 因此规范规定该类土不宜作为路堤填料, 如要使用, 则须采取技术措施进行处治。

由于高液限土的不良工程性质主要是由其土粒形状、大小、空间结构、矿物成分以及浸水后和水产生的相互作用引起的, 因此可以通过改变这些特性来改良其工程性质。

3.1 包边或包心处治方案。

是本工程主要采用的处治方式。高液限土在合适的含水量下经充分压实之后, 只要不受到水浸, 其整体强度、承载能力及稳定性基本上可以满足路基设计的要求。

包边方法是指在路基两测用适宜土质分层 (每3m一层) 包裹的方法;包心方法是指在路基两侧包边, 路基底部采用50cm砂砾透水层, 顶部50cm用掺灰改性土加以封闭的方式。通过包边或包心, 再加上在挖填结合部位挖台阶及加铺土工格栅等辅助手段, 以及合适的排水措施, 使路基形成一个稳定的、具有相当强度的不受水浸破坏的整体, 从而达到处治的目的。该方案属于后期保护的一种措施, 其最大特点是经济环保, 处治得当效果也较好, 但其缺点也是显著的:a、高液限土通常也具有较高的天然含水量, 尤其是在经历过雨季之后, 其天然含水量可高达40～50%。由于高液限土保水性较好, 要将这样的土通过晾晒达到最佳含水量左右 (要求±2%) , 通常需要3～7天时间, 因此, 工期会延长, 从这一点看经济效益并不理想;b、在施工过程中, 如果遇到降雨, 尚未封闭的路堤将会受水浸而破坏, 若雨量较多受影响的可能会包括整个包边 (心) 层;c、当层压实完成之后, 若晾晒时间较长, 由于压实层上部水分散失, 容易干缩网裂, 造成路基整体强度下降。

3.2 掺灰或水泥等固化材料处治方案。

将一定的比例的石灰或水泥 (建议石灰掺量5～7%, 325#水泥掺量为2～4%) 与土拌和均匀后, 石灰中的Ca (OH) 2或水泥中的熟料矿物与土中的水发生碳化或水化反应, 一方面降低了土中的天然含水量, 有利于土的压实;另一方面其反应生成物有效地提高了土的强度和水稳性, 使成型后的路基获得较高的强度和较好的稳定性。在施工过程中, 掺灰土可闷料24h, 以使其反应更加充分彻底。若掺用水泥, 则应尽量做到随拌随铺、随压。该处治方案是上述三种方案中效果最好的一种。除造价较高外, 和方案2一样还有拌和困难、工效较低的缺点。

结束语

综上所述, 高液限土虽然由于其材料特性而被列为路基填料中的不良土质, 但在在经过一些技术措施的处理改良后, 它仍然可以用作我们路基的填料之一, 规范里在对该种土质进行相关说明时, 也只是建议我们慎用, 并规定了它可以在路基中的某一些特殊部位进行使用, 比如路基填土93区。因此, 高液限土的应用问题, 也其实不是一项高不可攀的技术难题, 我们只有深术地掌握其材料特性, 并针对它材料特性中的不足之处再对其进行"对症下药", 也是一样可以放心使用的。

摘要：本文通过对高液土进行材料试验, 较为详细地阐述了高液限土这种特殊土质的土力学特性。同时, 结合在我市某一级公路新建工程路基填土中的应用情况, 对其几种常见的处治方法进行分析比较, 以供各位业内同行共同参考借鉴。

关键词：高液限土,土力学特性,处治方法

参考文献

FeSe基超导材料的研究进展 篇6

铁基超导材料是2008 年才被发现的超导材料的新成员,其潜在的超导性能引起了国内外的广泛关注。铁基超导材料根据其母体化合物的组成和晶体结构可以被分成4大类:1111 体系(如LaFeAsO)[1]、122 体系(如BaFe2As2)[2]、111体系(如LiFeAs)[3]、11体系(如FeSe)[4]。作为结构最简单的铁基超导材料,FeSe除具有较高的超导性能、较高的本征临界电流密度Jc、较小的各向异性外,还具备以下优点:不含有有毒元素,制备方法相对简单,并且单晶中测量得到的临界电流密度为105A/cm2[5]。另外,FeSe基超导材料的临界磁场Hc2高于低温超导材料(如Nb3Sn、NbTi和MgB2等),FeSe基超导材料在4.2K左右时,Hc2均可达到50T以上,接近Nb3Sn(30T)的2倍。与铜氧化物超导材料相比,FeSe基超导材料的原料储备丰富,无需使用贵金属,并且FeSe基超导材料同样具有较小的钉扎势能和较低的电流密度。

FeSe基超导材料是11体系铁基超导材料中的一种,是由吴茂昆小组首先发现,当时发现的FeSe1-x[6](其中x为0.12或0.18)的超导转变温度在8K左右。这一发现掀起了国内外新一轮高温超导材料及高温超导机制的研究热潮。

纯FeSe是一种多晶型化合物,随着温度的不同主要存在两种晶态:四方相(Tetragonal)、六方相(Hexagonal)。其中只有四方相具有良好的超导性能,所以在制备FeSe基超导材料的过程中,科研人员利用适当的方法尽可能将六方相FeSe转变为四方相FeSe。目前FeSe基超导材料研究方向主要包括块材、线材、薄膜的制备,而重点研究的是线材和块材,薄膜的研究相对比较少。FeSe基超导材料的主要制备方法包括粉末装管法(PIT)、电化学沉积法、固相烧结法、激光脉冲沉积(PLD)、分子束外延(MBE)等。另外,制备工艺的优化主要是控制化学计量比、温度、元素的掺杂等。本文将对国内外FeSe基超导材料的制备工艺及成果进行简要概述。

1 FeSe的晶体结构和化学组成

FeSe晶体结构示意图及其电子云分布如图1 所示。FeSe的结构比较简单,仅为共边的FeSe四面体组成的超导层在空间上的重复排列。一般而言,Fe过量的化学配比会提升FeSe相的超导性能,也就是可以将其化学式改写成FeSe1-x,其中x=0.03~0.18。部分FeSe基超导材料的化学组成、晶格参数和转变温度如表1所示。

以FeSe0.88为例,其晶体类型为四方晶格结构,其中a为3.7676,c为5.4847。另外FeSe基超导材料的超导临界转变温度为8~15K,上临界场为16.3T,相干长度为4.5nm。

另外FeSe基超导材料的化学组成也比较简单,FeSe基超导性能对成分和结构有序化具有高度敏感性,其中Fe的含量对材料的超导性能极其重要[8，9],FeSe体系中存在两种Fe元素的占位,除正常晶格位置外,还有极少量的Fe位于间隙位置。以上结构与成分的分析为FeSe基超导材料的制备提供了参考依据。

2 FeSe基超导材料制备进展

2.1 FeSe块材制备

FeSe块材相比于薄膜或线带材,其制备工艺简单、对设备要求较低,因此目前FeSe块材制备的相关资料比较多,但制备的块材单一成分纯度还没有达到研究者的预期,这是由于FeSe基超导材料在制备过程中对于成分的控制要求严格,所以合成单一成分的FeSe基超导材料是今后科研人员需要面临的难题[10]。另外,在制备FeSe基超导单晶过程中,研究人员发现其临界电流密度可以达到105A/cm2,但在FeSe基线带材中,其载流性能低于103A/cm2,对比说明晶间连接性是限制材料超导性能的因素。

Williams等[11]将高纯度铁和硒按相应比例混合,制备出了FeSe块体材料。在制备过程中首先加入一定量的炭作吸氧剂,避免铁粉被氧化,然后在1000 ℃ 以上高温环境保温24h,获得组织均匀的样品,再将其在420 ℃保温48h,最后将样品放置到退火炉中进行退火处理,温度为330 ℃,退火时间48~120h,最终制备的样品为多晶块状FeSe基超导材料。Mok等[12]利用助溶剂法,以KBr和KCl为电解液,制备出FeSe单晶块状超导材料,但制备的样品存在可能被电解液污染等缺点。阿贡国家实验室U.Patel等[13]通过蒸发自传输法(Vapor self-transport)巧妙地避免了制备的样品被电解液污染的难题,将混合研磨后的高纯铁粉、硒粉装管,放入炉中烧结近36天,得到了含有少量β相的a-FeSe晶体,为毫米级的六边形晶体,并且通过设备检测得到其超导性能参数Tc=7.5K,Tonset=11.5K。

Wu Maw-kuen等[14]在制备单晶块状样品上获得了突破。他利用聚焦炉的卤素灯光,将其产生的能量聚集到样品表面,使样品局部产生熔融。同时样品沿着灯光垂直方向移动,形成熔融区域,然后样品沿着纵向缓慢移动。首先将样品升温至800 ℃,并保温48h,再降至480 ℃,并保温30h,最后经过高温处理得到单晶块状样品。但是由于熔融液体具有较高的粘度,因此很大程度上抑制了样品的形核率。

Ding等利用低温法制备了FeSe0.5Te0.5块材,并通过对块体进行表征,发现获得样品的颗粒尺寸较小,为10mm左右,远低于传统方法制备的50~100mm尺寸的样品。因此,该方法使块材的载流能力高于线材,4.2K零场下Jc达到了700A/cm2。这表明减小颗粒尺寸对于提高线带材性能具有重要作用。

2.2 FeSe线材制备

由于铁基超导材料缺乏良好的加工性能,因此制备单一几何形状的样品比较困难。Tkachenko[15]首次利用粉末装管技术制备出铁基超导线材,该方法的优点在于成本较低,要求的技术简单。 之后,Mizuguchi[16]深入进行制备Fe(Se,Te)超导线材的研究,其制备过程为:首先将Se粉与Te粉按比例混合、烧结,获得SeTe固溶体,然后将固溶体粉末装入Fe管中,拉拔并轧制至设计尺寸后,将其切割成4cm左右的线材,封入石英管后于500 ℃烧结2h。在这一过程中,Fe管既具有包套的作用,又参与反应,是反应物之一。通过该工艺得到的Fe(Se,Te)超导带材,其临界电流密度在4.2K零场条件下仅为12.4 A/cm2。由于电流密度较低,Mizuguchi提出了两种改进方法,首先是增大超导相的比例,其次是改善退火工艺,从而引入钉扎中心,使电流密度得到大幅提高。

2009年6月,日本国立材料研究所利用先位装管法以及退火扩散法制备出Fe(Se,Te)超导带材,其临界转变温度为11K,并采用四引线法测量样品的传输电流,在4.2K零电场下,Jc值为100A/cm2[16]。另外,Mizuguchi等[17]使用Fe扩散法分别制备了单芯、三芯和七芯(图2)的FeSe超导线材,通过对线材传输性能的测试,分别在4.2K零场条件下获得Jc为218A/cm2、588A/cm2和1027A/cm2。这一实验证明了采用多次组装的方法可以有效提高芯丝的密度,从而增强体系的载流性能。

Ozaki等[18]首先利用先位法制备出Fe(Se,Te)基线材。其制备工艺为:将Fe粉、Se粉和Te粉按比例混合装入石英管中,650 ℃烧结15h,获得前驱体粉末,然后利用压片机将粉末压片,再次真空密封至石英管内,650 ℃烧结15h,随炉冷却,将样品研磨后装入Fe管中,最终制成直径1.1mm的线材。通过测量发现,线材在未烧结状态下已经具有一定的载流性能。将线材在150~500 ℃分别烧结2h后,在4.2K零场条件下获得了64.1A/cm2的临界电流密度。经过分析可得晶间连接性是影响载流性能提高的主要因素。然而,通过对该线材的上临界场和不可逆场进行估算,发现其上临界场Hc2仅为40T,与多晶样品中测量得到的结果(120T)相比具有很大差异,说明线材中的晶间弱连接严重限制了材料的性能。

对FeSe基线材的显微结构进行分析发现,较低的密度是制约其载流性能的主要因素,因此,提高超导相的密度和均匀度是提高其超导输运性能的主要途径。Gao等[19]开发了一种新型的扩散法制备工艺,即将Se粉与Fe线(带)装入Fe管中,在400~800℃之间烧结,使Fe线(带)与Se蒸气反应,在线带材表面获得极易被分离的FeSe相。由于这种方法制备的FeSe相结构致密,晶间连接性较好,因此通过对线带材表面的超导相进行测量,在4K零场条件下获得了137A/cm2的载流性能。Ding等[20]对这种扩散法进行了改进,在更优化的热处理工艺下,获得了临界电流密度为600A/cm2的FeSe带材,并且通过对样品进行磁光表征,证实了晶间弱连接是影响材料性能的主要因素。

尽管在FeSe线带材的研究过程中,通过改变加工方法、热处理方法等提高了超导芯密度,从而将线带材的载流性能从10A/cm2提高到1000A/cm2数量级,但是,基于其单晶中测量得到的临界电流密度可以达到105A/cm2,因此,在FeSe基超导线材的研究过程中,其性能仍有很大的提升空间。后续研究过程中,可以通过提高FeSe超导相含量、第二相掺杂以及提高晶粒织构度等方法对材料的性能进行进一步的优化[15]。

2.3 FeSe薄膜制备

为了获得性能更优异的FeSe基超导材料,研究人员近几年开始尝试制备FeSe薄膜,薄膜的制备方法有电沉积法[21]、机械法[22]、热分解法和硒化法[23]。然而制备出的薄膜总会存在杂相,如六方相FeSe,而获得单一四方相FeSe薄膜是研究人员所希望的结果。目前国内外制备薄膜普遍是利用脉冲激光沉积法,如Nie等[24]利用脉冲激光沉积法生成FeSe薄膜,发现薄膜临界转变温度与拉伸应变有关,说明应力和变形制约着薄膜的超导电性。吴茂昆等研究发现,FeSe薄膜厚度也制约FeSe薄膜超导电性和晶粒的取向。另外Barone等[25]通过激光沉积法制备了FeSe0.5Te0.5薄膜,其最高的临界温度超过17K。

Tkachenko等[26]利用相变受到压力和温度影响的原理,发明了一种新的薄膜制备方法:将磁控溅射沉积得到的FeSe0.88置于高压炉内,并在一定氩气保护下加热到900 ℃,之后经过长时间的高压退火,并缓冷得到FeSe0.88样品,测得的临界温度比常压下高出3K。

Chen等[27]通过PLD法制备FeSe薄膜,并对薄膜在500℃进行了30min退火,退火后,薄膜的临界转变温度和载流性能都得到了提高。通过对薄膜的微观结构进行分析,如图3所示,发现在退火过程中原位形成了大量纳米尺寸的Fe3O4,导致其涡旋钉扎性能提高,从而证实了这种原位第二相离子的引入对于体系性能的提高有一定的作用。

2.4 FeSe基超导材料制备存在的问题

相比其他超导材料,FeSe基超导材料的Jc、Hc、Tc比较低,因此如何提高FeSe基超导材料的临界转变温度是现阶段研究的难点。制备过程中生成的杂相、微裂纹、晶界处的非晶相与晶间弱连接是影响材料性能的主要因素,另外制备方法与材料本身的性质也是制约FeSe基超导材料的因素。

3 结语

Bi系、MgB2等发现较早的超导材料经过了多年的实验阶段,已经部分应用到实际生产。相比之下,自2008年发现至今,虽然FeSe基超导材料具备较高的超导性能,较高的本征临界电流密度Jc,较小的各向异性,无毒,制备工艺简单等优点,但其仍然处于实验研究的起步阶段,需要解决的问题很多。通过国内外近几年的研究发现,可以通过提高FeSe超导相含量、第二相掺杂以及提高晶粒织构度等方法对FeSe基超导材料的性能进行进一步的优化。基于上述研究基础,未来的研究方向可以偏向改善铁与硒的化学计量比,掺杂与铁或硒同类型的元素,探索新方法制备FeSe等,达到消除制备过程产生的杂相(如六方相FeSe、FeSe2、Fe7Se8、Fe3Se4等)的目的。作为一种新型的超导材料,FeSe基超导材料已经成为了目前铁基超导材料的研究热点之一,因此对其进行广泛而深入的基础和应用研究,具有重要的科学意义。

摘要：介绍了FeSe基超导材料的物理性能及其优点;简单介绍了FeSe基超导材料的发展历程;详细综述了FeSe基超导材料的研究进展,如FeSe块材、线材、薄膜的制备过程;分析了各种制备方法的优劣;并展望了FeSe基超导材料今后的研究方向。

欧式木窗的特性和材料应用 篇7

1 欧式木窗的特性

1.1 欧式与传统木窗的区别

国内传统窗始于商周, 早期以横格和竖格交叉组成, 没有玻璃, 以纸代替填入其中, 起到采光作用, 到了清末随着洋务运动的兴起, 出现了玻璃窗, 70年代铝合金窗进入中国, 塑钢窗被广泛应用, 特点是简单易做, 成本较低, 但是密封性, 保温性能差。欧式木窗进入国内较晚, 分两大类, 一类是纯实木窗, 以纯实木为主体, 通过卯榫连接, 外表喷上水性漆, 将多层中空玻璃固定在窗扇内, 以胶条密封, 通过五金件将框和扇连接和开启。另一类是铝包木窗, 区别在于木窗的外面加装了铝板, 更加适合潮湿多雨或风沙天气较多的城市。两者的共同点是美观大方, 密封性及保温性好, 但价位比铝合金和塑钢窗高。

1.2 欧式木窗产品系列

目前国内欧式窗主要以IV68系列为主, 即厚度为68 mm的木窗, 宽度根据各生产厂家的情况略有不同, 一般纯实木窗的框及扇宽为80 mm左右, 铝包木窗的框宽为68 mm左右, 扇宽为81 mm左右。加工欧式窗需要专业的刀具, 以意大利的锐无敌, 德国的蓝帜, 及意大利的森特立诺为主, 国内还没有刀具厂家生产这方面刀具。配套设备以德国威力的UC-6为主。IV58和IV78系列也在使用, 但是需求量不大, 属于小众化产品。以前这三个系列的刀具是分开的, 即每一系列各有一套刀具, 这样就造成了刀具多, 成本高, 需要有较大的刀具库来存储刀具, 且对于IV58和IV78这种小众化产品, 很多时间刀具是闲置的, 容易造成生锈和意外的损坏。后来开发研制出了将这三种系列融为一体的可拆卸刀具, 例如只用一套IV68的刀具, 当需要生产IV58和IV78产品时, 更换相应的刀盘或刀片就可以。对窗厂而言, 既节省了成本, 又减少了刀具的存放空间。刀片的使用也很灵活, 有的刀片是可转位的, 即一个刀片上有几个相同的刀刃, 当一个刀刃变钝或损坏时, 通过转换刀刃位置可以重复利用。还有可以修磨的刀片, 以往刀片钝了经过修磨后刀片尺寸变化, 会影响产品的精度, 现在刀具厂开发了带可补偿式的定位块, 即使修磨后刀片尺寸发生变化, 也可自动补偿误差, 保证产品精度。欧式木窗的产品种类繁多, 大体分为中规中矩的方形窗, 三角窗, 圆弧窗。

1.3 欧式木窗连接方式

国际上通用的有长榫和半榫两种方式, 长榫指的是部件先加工出端头的卯榫形状和纵向的內型, 然后组装成框和扇, 再把扇外形加工出来。半榫指的是一次性加工出部件的端头和纵向的内型和外型, 通过圆棒销和螺丝把部件连接。2013年齐齐哈尔的华鹤窗业引进了一套德国威力的门窗设备和意大利锐无敌的刀具, 加工另一种方式的木窗, 介于长榫和半榫之间。就是类似半榫把部件一次性加工出端头和纵向的内外形, 然后类似长榫在端头抹胶, 通过组框机组合, 而不是通过圆棒销和螺丝固定。这种方式看似方便, 但是对设备, 刀具及木材的精度要求都很高。哪种连接方式更合理, 关键是哪一种更适合国情, 长榫从欧式窗引进国内就一直在使用, 优点在于与传统的卯榫结构一脉相承, 更适合国人对于窗稳定性的认可。国外虽然有很多企业在使用半榫, 但这是为了节约高昂的劳动力成本, 并且有高精度, 数控化的设备来支持。半榫可以将部件一次性的铣型和打出定位孔, 用于后期的组装和安装中挺等, 节省了组框, 加工扇外形和打定位孔的人员。目前为止, 国内大型木窗厂, 只有几家在使用半榫, 如天津威盾。半榫要在国内推广需要很长的时间, 原因在于:1.国人对半榫的接触不多, 需要市场宣传和较高的成本。2.国内的订单以工程为主, 散单较少, 半榫加工柔性足够, 效率较低, 较难满足供货期短, 订货量大的现状。

2 欧式木窗的材料特性

2.1 欧式木窗的木材

木材通常采用落叶松, 红松, 楸木和橡木。用得较多的是落叶松, 优点在于树脂道小, 油漆性能好, 耐水, 耐腐蚀, 硬度高, 木纹质感强。国内用的落叶松多从北欧进口, 主要是国内采取了木材政策性禁伐和限伐, 减少了木材的供应量。另据相关资料表明:相同干燥条件下, 国产落叶松比北欧进口落叶松更易发生变形和开裂, 在加工集成材的过程中, 国产落叶松的出材率比进口落叶松的出材率低, 成本高。落叶松要经过一系列的处理后做成集成材才能用于木窗的生产, 原因是集成材没有改变木材的结构和特点, 但在抗拉和抗压强度方面都优于整根木材。

2.2 欧式木窗的五金件

欧式木窗的五金件通常采用进口品牌, 如德国诺托和丝吉利娅, 除了坚固耐用外, 对各关键部件的强度都有要求, 如执手, 合页等要求反复开启次数不小于5万次。过去常用的是9系五金件, 指的是扇关闭时, 扇与框的接触面到扇五金槽中心点的距离是9 mm。现在经过进一步改进后, 出现了13系五金件, 优点是扇开启时, 支撑点更靠近扇的中心, 更加牢固。

2.3 欧式木窗的玻璃

欧式木窗采用的是多层中空玻璃, 使用的玻璃有浮法玻璃, 钢化玻璃, Low-E玻璃。具有良好的保温, 隔热, 隔音等性能。由于中空玻璃的隔热性能好, 可以起到降低冷辐射的作用。冷辐射指的是寒冷的物体对身体造成的辐射, 比如人在靠近冰冷的玻璃时, 会产生冷的感觉, 这是因为冷辐射所致。

2.4 欧式木窗的铝型材

欧式木窗的铝型材固定在窗的室外面, 起到固定窗扇玻璃, 防风沙, 防潮, 保护木材的作用。表面采用静电粉末喷涂, 具有很强的耐磨擦性和抗冲击性。

铝型材的壁厚通常要求在1.5 mm之上, 以保证足够的强度。铝型材是45度切角, 经角码连接, 在组合面有间隙, 水分会渗透到木材, 通常会在组合面抹密封胶。但不美观, 且密封胶后期易脱落。现在有的厂家采用了无缝焊接技术, 即经过处理后, 在组合面处平整无缝。不仅美观且密封性强, 哈尔滨森鹰窗业已经在使用该项技术。

2.5 欧式木窗的油漆

欧式木窗的油漆普遍采用水性漆, 特点是以水作为稀释剂, 不含有甲醛, 铅等重金属化合物, 是一种安全和无污染的环保型涂料。水性漆和油性漆的区别在于无刺激性气味, 附着力好, 长时间不易开裂脱落。常用的品牌有SIKKENS, 雷马仕, 雷诺科。

2.6 欧式木窗其它配件

除了以上几大主材外, 欧式木窗的配件还有密封条, 密封胶, 玻璃垫片等。

3 结语

综上所述, 欧式木窗相对于传统窗, 无论从选材还是自身特性来说, 都有着很严格的要求, 也具有很强的优势, 市场需求越来越大。

参考文献

[1]张占宽, 王雪华.高质木窗用异形集成材制造技术分析[A].木材加工机械, 2009.

新型碳元素材料的特性和潜在应用 篇8

石墨烯, 自2004年被曼彻斯特大学的科学家G eim教授和N ovosolov教授发现以来, 已经在纳米科学领域引起了长久的和成果丰富的研究风潮。由于石墨烯超越其它材料的卓越物理性质, 科学家和工程师已经将石墨烯在从电子学到合成材料的范围内进行了大量的应用。

目前, 对于石墨烯的研究兴趣逐渐覆盖了石墨烯衍生材料, 因为在一些特定的领域里, 石墨烯的衍生材料也许比石墨烯有更加诱人的性质。对于石墨烯的衍生材料通常有两种:石墨烯的衍生材料, 如石墨烯碳纳米管, 和石墨烯的掺杂材料, 如石墨烯参杂金属原子 (C a C) 6或其他元素。仅仅在石墨烯衍生材料, 碳纳米管和富勒烯的研究领域里面, 科学家们已经得到了众多的应用成果和理论发现, 可想而知, 石墨烯的其它衍生材料也会引起巨大的研究兴趣。

2 石墨烯的性质和应用发展

石墨烯具有单层碳原子结构, 每一个碳原子与其他三个碳原子产生共价键, 从而形成六角形的二维结构。石墨烯是人类发现的第一种二维材料。与以往常常研究的三维晶体材料相比, 石墨烯的二维结构意味着它具有特殊的电子能带结构———狄拉克锥。锥形的电子能带结构使得电子的散射关系具有线性结构———电子的能量和电子的动量是线性相关的———就像光子一样。因此, 石墨烯中的电子也有零质量相对论性原子的性质。

石墨烯特殊的电子性质使其成为新兴电子元件材料的强劲候选者。石墨烯可以制备超快速和超小体积的晶体管。二维石墨烯薄膜卷成的一维碳纳米管被用来制备这种超高性能的晶体管。石墨烯还可以成为光子传感器的制作材料。光子传感器的作用是测量光纤中的信息。石墨烯很可能成为硅的替代者, 目前的光子传感器的制作材料。由石墨烯制作的可触摸屏幕也已经由韩国研究者制造出来了, 石墨烯做的平板电脑触摸屏已经进入工业制造领域。

石墨烯的研究和应用成果不计其数, 从透明的传感器到触摸屏幕到超级电容, 并且目前的研究趋势没有丝毫减缓的迹象。

3 石墨烷的性质和应用前景

石墨烷是在不破坏石墨烯的二维六角形结构的前提下, 在每一个碳原子上连接一个氢原子的石墨烯衍生材料, 在2009年被曼彻斯特大学的G eim教授和N ovosolov教授发现的。制备方法是将纯的石墨烯暴露在氢原子气中, 石墨烯和氢原子气会发生一种化学反应, 使得单个氢原子可以与石墨烯中的单个碳原子相连接而不破坏石墨烯的六角形二维结构。

与石墨烯不同的是, 石墨烷是绝缘体。石墨烷的价带顶和导带底均位于布里渊区的点上, 带隙大小为3.4e V。实际上, 对于调节石墨烯的电子性能, 石墨烷起到了积极的作用。因为可以通过对于石墨烷表面的氢原子的调控得到不同电子性质的石墨烯, 由绝缘到半导体再到高导电性。

更加惊人的发现是, 经过第一性原理计算, p型掺杂的石墨烷在90K的高温就能够达到B C S超导, 如此高的温度打破了B C S超导不会在高温 (液氮沸点以上) 发生的认识。碳原子之间的化学键和费米能级处的高电子态密度使得光学支的声子产生了强烈的Kohn异常, 从而将超导温度推高到90K。

如果在实验上被证实了, 这将是一个重要的发现, 尤其因为石墨烷的超导是B C S机制。石墨烷或将成为超导温度最高的B C S超导体。

4 石墨炔的性质和研究前景

与石墨烯和石墨烷不同的是, 石墨炔是以三种杂化态形成的一种碳同素异形体。如图是石墨炔的几何结构和结构单元。由于苯环之间的链接是由碳-碳三键组成的, 石墨炔的原子不能形成完整的六角形结构。从理论上来说, 石墨炔会有许多双键和三键放在不同位置的同素异形体。在实验上合成大面积的石墨炔薄膜已经被实现。

石墨烯并不具有明显的能带隙, 因此这将使其不适合被应用与场效应晶体管。但是在众多的2D材料中, 石墨炔具有明显的能带隙, 其具体数值为1.22e V。相比石墨烯, 石墨炔更适合被应用与场效应晶体管。更值得关注的事, 石墨炔的能带隙数值与硅 (1.11e V) 很相近, 而且石墨炔直接能带隙的存在, 促进了光-电能的高效转换, 有助于其在光电学器件上的应用。这些优点就使得石墨炔很可能成为贵点血器件优异的替代材料。

5 总结

石墨烯在材料科学领域和物理学领域都已经是讨论最为频繁的材料, 其具有大量未来的应用可能。全球的学者和工程师都在研究这种材料的应用潜能。

另一方面, 石墨烷和石墨炔具有更高效的电性质, 比如导电性、稳定性, 在制作晶体管和电子设备上可能是比石墨烯更好的候选材料。虽然二者都已经在实验室中可以制备, 但是对二者的研究都尚处于理论阶段, 所以目前低成本、大批量且高质量制备二者的方法研究还不成熟, 因此面临着巨大挑战。

摘要：新型的碳元素材料石墨烯, 由于其特殊的结构和优秀的物理性质, 已经成为了材料科学和凝聚态物理学领域的热门研究对象。随着研究的深入, 研究人员正在对石墨烯的衍生物越来越产生兴趣。本文除了介绍了石墨烯的基本特性和应用研究外, 还介绍了两种具有应用潜力的石墨烯衍生物——石墨烷和石墨炔的物理性质, 以及其可能超越石墨烯的应用前景。

关键词：石墨烯,石墨烷,石墨炔,特殊性质,潜在应用

参考文献

[1]Geim, A.K.and K.S.Novoselov (2007) ."The rise of graphene."Nat Mater 6 (3) :183-191.