第一篇：碳納米材料的性能及應(yīng)用作業(yè).

碳納米材料的性能及應(yīng)用 Z09016114 蔡排枝

摘要:納米材料被譽(yù)為21世紀(jì)的重要材料,而作為新型納米材料的碳納米材料因其本身所擁有的潛在優(yōu)越性,在化學(xué)、物理學(xué)及材料學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文依據(jù)目前碳納米材料的研究發(fā)展現(xiàn)狀,闡述了碳納米材料碳60、碳納米管及石墨烯的結(jié)構(gòu)性能,并對(duì)其應(yīng)用特性進(jìn)行了初步探討和分析。

一.引言

碳納米材料是指材料微觀結(jié)構(gòu)在0-3維內(nèi)其長(zhǎng)度不超過100nm;由碳原子組成,材料中至少有一維處于納米尺度范圍0-100nm;具有納米結(jié)構(gòu)。它有四種基本類型:a.納米粒子原子團(tuán)如C 60(零維 b.碳納米纖維和碳納米管(1維 c.碳納米層或膜材料石墨烯(2維 d.塊體納米材料如金剛石(3維。

由于碳納米材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu),使其具有不同于常規(guī)材料和單個(gè)分子的性質(zhì)如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等,從而導(dǎo)致了碳納米材料的力學(xué)性能、電磁性能、光學(xué)性能、熱學(xué)性能等的改變,并使之在電子學(xué)、光學(xué)、化工陶瓷、生物、醫(yī)藥、日化諸多方面有重要價(jià)值,得到廣泛的應(yīng)用。由于石墨,金剛石并不是常用的碳納米材料。

碳納米材料中,目前應(yīng)用最成熟的就是碳納米管。碳納米管是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的一維量子材料,由石碳原子層卷曲而成,管直徑一般為幾納米到幾十納米,管厚度僅為幾納米,長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)微米。由于擁有潛在的優(yōu)越能,碳納米管無(wú)論在物理、化學(xué)還是在材料科學(xué)領(lǐng)域都將有大發(fā)展前景。比如在材料科學(xué)領(lǐng)域,碳納米管的長(zhǎng)度是直的幾千倍,被稱為“超級(jí)纖維”,其性質(zhì)隨直徑和螺旋角的同有明顯變化。近年來(lái),美國(guó)、日本、德國(guó)和中國(guó)等國(guó)家相成立了納米材料研究機(jī)構(gòu),使碳納米管的研究進(jìn)展隨之加快并在制備及應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。

二.碳納米材料的性能

2.1 C60的主要性質(zhì)及應(yīng)用

C60具有缺電子烯的性質(zhì),同時(shí)它又兼?zhèn)浣o電子能力,六元環(huán)間的6:6雙鍵為反應(yīng)的活性部位,可發(fā)生諸如氫化、鹵化、氧化還原、環(huán)加成、光化與催化及自由基加成等多種化學(xué)反應(yīng),并可參與配合作用。C60在超導(dǎo)、磁性、光學(xué)、催化、材料及生物等方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能,對(duì)它的研究已廣泛開展。

(1超導(dǎo)體

超導(dǎo)現(xiàn)象是大約10年前第一次在一種電子攙雜的富勒烯C60中發(fā)現(xiàn)的。C60分子本身是不導(dǎo)電的絕緣體,但當(dāng)堿金屬嵌人C60分子之間的空隙后,C60與堿金屬的系列化合物將轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體如K3C60即為超導(dǎo)體,且具有很高的超導(dǎo)臨界溫度。

(2光學(xué)特性

由于C60分子中存在的三維高度非定域(電子共軛結(jié)構(gòu)使得它具有良好的光學(xué)及非線性光學(xué)性能。C60光激發(fā)后很容易形成電子一空穴對(duì)從而產(chǎn)生光電子轉(zhuǎn)移,C60還具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)和高穩(wěn)定性等特點(diǎn),可以預(yù)計(jì)C60將是很好的光電導(dǎo)材料、新型非線性光學(xué)材料,有望在光計(jì)算、光記憶、光信號(hào)處理及控制等方面有所應(yīng)用。

(3功能材料的制備

由于C60特殊籠形結(jié)構(gòu)及功能,將C60作為新型功能基團(tuán)引入高分子體系,得到具有優(yōu)異導(dǎo)電、光學(xué)性質(zhì)的新型功能高分子材料。將富勒烯豐富的電子和電化學(xué)性質(zhì)與富電子的過渡金屬配合物Ru—bipy,Ru—terpy,二茂鐵等電活性物種結(jié)合可用于新型分子電子器件的制備。華中科技大學(xué)劉曉國(guó)等人將納米富勒烯與丙烯酸(酯單體在引發(fā)劑作用下共聚,用該聚和物與有機(jī)胺中和成鹽使其水性化,制得水溶性納米富勒烯一丙烯酸(酯高分子成膜材料,發(fā)現(xiàn)富勒烯對(duì)丙烯酸(酯聚和物具有獨(dú)特的成膜改性功能。

(4新型催化劑

C60分子的電子親和力較高(2.6—2.8 ev易于通過分子內(nèi)或分子間的電子授受作用而發(fā)生氧化還原反應(yīng), 因此多數(shù)富勒烯或其衍生物的金屬配合物均具有良好的催化性能,如C60Pdn 可在常溫下催化苯乙炔的氫化, C60Pt(H h32、C60Pm對(duì)端烯烴的硅氫加成有良好的催化活性。

(5生物活性材料

Friedman 等人報(bào)道了水溶性二氨基二酸二苯基C60衍生物的合成方法,并證明它有抑制HIVP活性的功效,而艾滋病研究的關(guān)鍵是有效抑制的活性。Nakajima等人將他們合成的帶聚乙二醇的C60~t 生物與 HelaS3 細(xì)胞共同培養(yǎng)并用光照射,結(jié)果呈現(xiàn)細(xì)胞毒性。

2.2 碳納米管的結(jié)構(gòu)性能及應(yīng)用

由碳原子形成的石墨烯片層圍成的一種管狀結(jié)構(gòu),而且它們的直徑很小,基本都在納米尺度,所以稱其為納米碳管。在理想情況下,僅僅包含一層石墨烯的納米碳管稱為單壁納米碳管。包含兩層以上石墨烯片層的納米碳管稱為多壁納米碳管,片層之間的距離為0.34-0.36nm。

碳納米管是指由類似石墨的六邊形網(wǎng)格組成的管狀物,可以看作是石墨片層繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成。管子一般由單層或多層組成,相應(yīng)的納米碳管就稱為單壁納米碳管(SWNT和多壁納米碳管(MWNT。碳納米管的直徑在幾微米到幾十納米之間,長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)微米,因此有較大的管徑比。資料表明:碳納米管的晶體結(jié)構(gòu)為密排六方(hcp , a = 0.24568nm, c = 0.6852nm, c / a = 2.786,與石墨相比,a 值稍小而c 值稍大,預(yù)示著同一層碳管內(nèi)原子間有更強(qiáng)的鍵合力,碳納米管有極高的同軸向強(qiáng)度。多壁碳納米管存在三種類型的結(jié)構(gòu),分別稱為單臂納米管、鋸齒形納米管和手性納米管。

碳納米管具有很高的楊氏模量和抗拉強(qiáng)度,楊氏模量估計(jì)可高達(dá)5TPa;同時(shí)碳納米管還具有極高的韌性,十分柔軟。碳納米管的導(dǎo)電性與本身的直徑和螺旋度有

關(guān),隨著這些參數(shù)的變化可表現(xiàn)出導(dǎo)體或半導(dǎo)體性質(zhì).碳納米管管壁在生長(zhǎng)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)五邊形和七邊形缺陷,使其局部區(qū)域呈現(xiàn)異質(zhì)結(jié)特性.不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的碳納米管連接在一起會(huì)出現(xiàn)非線性結(jié)效應(yīng),有近乎理想的整流效應(yīng).在室溫條件下,碳納米管能夠吸收較窄頻譜的光波,能以新的頻譜發(fā)射光波,還能發(fā)射與原來(lái)頻譜完全相同的光波?？梢杂幸韵碌膽?yīng)用。

(1納米電子學(xué)方面

作為典型的一維量子輸運(yùn)材料,用金屬性單層碳納米管制成的三極管在低溫下表現(xiàn)出典型的庫(kù)侖阻塞和量子電導(dǎo)效應(yīng).碳納米管既可作為最細(xì)的導(dǎo)線被用在納米電子學(xué)器件中,也可以被制成新一代的量子器件.碳納米管還可用作掃描隧道顯微鏡或原子力顯微鏡的探針。碳納米管還為合成其它一維納米材料的控制生長(zhǎng)提供了一種模板或框架,碳納米管在高溫下非常穩(wěn)定,利用碳納米管的限制反應(yīng)可制備其它材料的一維納米結(jié)構(gòu).這一方法用于制備多種金屬碳化物一維納米晶體和制備氮化物的一維納米材料。在硅襯底上生長(zhǎng)碳納米管陣列的工藝與現(xiàn)行的微電子器件的制備工藝完全兼容,這就為碳納米管器件與硅器件的集成提供了可能。美國(guó)IBM公司于2001年用單分子碳納米管成功制成了當(dāng)時(shí)世界上最小的邏輯電路。美國(guó)IBM 于2002年成功開發(fā)出了當(dāng)時(shí)最高性能的碳納米管晶體管,比當(dāng)時(shí)用硅制成的最先進(jìn)的晶體管的速度還要快.(2信息科學(xué)方面

碳納米管可制作碳納米管場(chǎng)致發(fā)射顯示器碳納米管的頂端很細(xì),有利于電子的發(fā)射,它可用做電子發(fā)射源,推動(dòng)場(chǎng)發(fā)射平面顯示發(fā)展.實(shí)驗(yàn)證明在硅襯底上可生長(zhǎng)規(guī)則的碳納米管陣列,采用蒸發(fā)和掩膜技術(shù)在硅表面形成鐵的薄膜微觀圖形,利用乙烯做反應(yīng)氣體,在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下,碳納米管可垂直于襯底表面生長(zhǎng),形成規(guī)則的陣列,陣列的形狀由襯底上鐵膜的微觀圖形決定.這種碳納米管陣列的一個(gè)可能的直接應(yīng)用是場(chǎng)發(fā)射平面顯示.西安交通大學(xué)朱長(zhǎng)純教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組采用新的技術(shù),引導(dǎo)碳納米管有序、定向地生長(zhǎng)在導(dǎo)電的硅片襯底上引,并且進(jìn)一步研制出功能完備的場(chǎng)發(fā)射像素管0訓(xùn),由于其純度高、有序性好,場(chǎng)發(fā)射性能也大為提高。和傳統(tǒng)顯示

器比,這種顯示器不僅體積小,重量輕,大大省電,顯示質(zhì)量好,而且響應(yīng)時(shí)間僅為幾微秒,從零下45℃到零上85℃都能正常工作.(3能源方面

由于碳納米管具有獨(dú)特的納米級(jí)尺寸和空心結(jié)構(gòu),有較大的比表面積,比常用的吸附劑活性炭有更大的氫氣吸附能力,非常適合作為儲(chǔ)氫的材料.碳納米管在儲(chǔ)氫率方面有明顯的優(yōu)勢(shì),加之碳材料的價(jià)格低廉,化學(xué)性能穩(wěn)定,密度較小,CNT 儲(chǔ)氫的應(yīng)用前景很好。中科院金屬研究所青年研究員成會(huì)明博士研究小組, 在單壁納米碳管的儲(chǔ)氫研究方面取得顯著成果,他們采用等離子體氫電弧法半連續(xù)大量制備出高質(zhì)量單壁納米碳管,其純度高,納米碳管的直徑較粗.在室溫下獲得優(yōu)異儲(chǔ)氫性能,儲(chǔ)氫量達(dá)4Wt%以上,其中約四分之三的儲(chǔ)量可在室溫和常壓下放出.(4材料方面應(yīng)用

碳納米管的強(qiáng)度約比鋼高100多倍,而比重卻只有鋼的1/6;同時(shí)碳納米管還具有極高的韌性,十分柔軟。它被認(rèn)為是未來(lái)的“超級(jí)纖維”,是復(fù)合材料中極好的加強(qiáng)材料。目前已經(jīng)用于納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和混凝土的強(qiáng)化.對(duì)碳納米管可控制生長(zhǎng)技術(shù)、表征技術(shù)和應(yīng)用的深入研究將會(huì)促進(jìn)納米科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展,有助于發(fā)現(xiàn)新的效應(yīng),發(fā)展新的器件,以至于形成新的產(chǎn)業(yè)。

(5制備納米材料的模板

一維納米中空孔道賦予了納米碳管獨(dú)特的吸附、儲(chǔ)氣和浸潤(rùn)特性。根據(jù)理論計(jì)算,中空的納米碳管具有毛細(xì)作用,納米碳管為模板制備其它納米線的研究工作。以納米碳管為基礎(chǔ),利用它的中空結(jié)構(gòu)和毛細(xì)作用可制備其它納米結(jié)構(gòu)。對(duì)納米碳管進(jìn)行B、N等元素?fù)诫s已獲得了一系列新型納米管。以納米碳管為母體,通過氣相反應(yīng)方法可以制備出SiC、GeO2、GaN等多種納米棒以及各種金屬的

納米線。這些新的一維納米材料的出現(xiàn),必將對(duì)納米材料的研究和發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

(6催化劑載體

納米材料比表面積大,具有特殊的電子效應(yīng)和表面效應(yīng)。如氣體通過納米碳管的擴(kuò)散速度為常規(guī)催化劑顆粒的上千倍,擔(dān)載上催化劑后可極大地提高催化劑的活性和選擇性,使其在加氫、脫氫和擇型催化等反應(yīng)中具有很大的應(yīng)用潛力。

(7復(fù)合材料增強(qiáng)相

碳納米管還有非凡的力學(xué)性質(zhì)。理論計(jì)算表明,碳納米管應(yīng)具有極高的強(qiáng)度和極大的韌性。由于碳納米管中碳原子間距短、單層碳納米管的管徑小,使得結(jié)構(gòu)中的缺陷不易存在,因此單層碳納米管的楊氏模量據(jù)估計(jì)可高達(dá)5太帕,其強(qiáng)度約為鋼的100倍,而密度卻只有鋼的1/6。因此,碳納米管被認(rèn)為是強(qiáng)化相的終級(jí)形式,人們估計(jì)碳納米管在復(fù)合材料中的應(yīng)用前景將十分廣闊。

(8納米器件

納米碳管的電學(xué)性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。就其導(dǎo)電性而言,由于納米碳管直徑和螺旋角不同,可以是金屬性的,也可以是半導(dǎo)體性的,甚至在同一根納米碳管上的不同部位,由于結(jié)構(gòu)的變化,也可以呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性。納米碳管中存在大量未成對(duì)電子,但其在納米碳管中的徑向運(yùn)動(dòng)卻受到限制,表現(xiàn)出典型的量子限域效應(yīng);而電子在軸向的運(yùn)動(dòng)不受任何限制。因此,可以認(rèn)為納米碳管是一維量子導(dǎo)線。利用催化熱解法成功地制備了納米碳管-硅納米線,測(cè)試表明,這種金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)具有二極管的整流作用。當(dāng)一個(gè)金屬性單層納米碳管與一個(gè)半導(dǎo)體性單層納米碳管同軸套構(gòu)而形成一個(gè)雙層納米碳管時(shí),兩個(gè)單層管仍分別保持原來(lái)的金屬性和半導(dǎo)體性,利用這一特性可制造具有同軸結(jié)構(gòu)的金屬-半導(dǎo)體器件。

納米碳管的電學(xué)性能和所處氣氛有關(guān),在不同氣體氣氛下,其電阻會(huì)發(fā)生改變,根據(jù)這一現(xiàn)象有可能把納米碳管用作體積很小而靈敏度極高的化學(xué)傳感器。納米碳管具有優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能,而且在空氣中穩(wěn)定同時(shí)具有較低工作電壓和大的發(fā)射電流等優(yōu)點(diǎn),直徑細(xì)小的納米碳管可以用來(lái)制作極細(xì)的電子槍,在室溫及低于80伏的偏置

電壓下,即可獲得0.1~1微安的發(fā)射電流。有望在新一代冷陰極平面顯示器中得到應(yīng)用。

2.3 石墨烯的主要性質(zhì)及應(yīng)用

石墨烯除了有特殊的結(jié)構(gòu)外,還具有一系列獨(dú)特的性質(zhì)。最顯著的是它的導(dǎo)熱性和機(jī)械強(qiáng)度。石墨烯本身就是一個(gè)良好的導(dǎo)熱體,可以很快地散發(fā)熱量,而電子穿過石墨烯幾乎沒有任何阻力,所產(chǎn)生的熱量也非常少;而它的強(qiáng)度可以和碳納米管相媲美,理想強(qiáng)度可達(dá)110--130 GPa[6j。理想的單層石墨烯具有超大的比表面積(2 630m2/g17j,是很有潛力的儲(chǔ)能材料;同時(shí)石墨烯又是一種非常優(yōu)異的半導(dǎo)體材料,具有比硅高很多的載流子遷移率(2×105cm2/V,因?yàn)榧词乖谑覝叵螺d流子在石墨烯中的平均自由程和相干長(zhǎng)度也可為微米級(jí)。石墨烯還是目前已知在常溫下導(dǎo)電性能最優(yōu)秀的材料,電子在其中的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般導(dǎo)體,達(dá)到了光速的1/300;這一特性使其在納電子元件、傳感器、晶體管及電池中有著巨大的應(yīng)用前

景。石墨烯還具有良好的透光性,是傳統(tǒng) IT0 膜潛在替代產(chǎn)品。石墨烯可應(yīng)用在以下方面。

(1鋰離子電池中的應(yīng)用

石墨烯作為電池電極材料以提高電池效率有著誘人的應(yīng)用前景。單層或者多層石墨烯在鋰離子電池里的應(yīng)用潛力引起了各國(guó)學(xué)者的極大關(guān)注。Yoo 等人對(duì)應(yīng)用于鋰離子二次電池負(fù)極材料中石罷烯的性能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)其比容量可以達(dá)到540 mAh/g。如果在其中摻入C60 和碳納米管后,負(fù)極的比容量分別可達(dá)784mAh /g和730mAh/g,Khan ~tha等人通過理論計(jì)算討論了石墨烯的儲(chǔ)鋰機(jī)理。

(2計(jì)算機(jī)芯片材料中的應(yīng)用

馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家的研究表明,未來(lái)的計(jì)算機(jī)芯片材料中石墨烯可能取代硅。石墨烯具有遠(yuǎn)高于硅的載流子遷移率,并且從理論上說,它的電子遷移率和空穴遷移率兩者相等.因此其 n 型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和 P 型場(chǎng)效應(yīng)晶體管是對(duì)稱的,因?yàn)槠溥€具有零禁帶特性,即使在室溫下載流子在石墨烯中的平均自由程和相干長(zhǎng)度也可為

微米級(jí),所以它是一種性能非常優(yōu)異的半導(dǎo)體材料.專家指出硅基芯片在室溫條件下的速度是有限的,很難再大幅提高;而電子穿過石墨烯幾乎沒有任何阻力,所產(chǎn)生的熱量也非常少,且石墨烯本身就是一個(gè)良好的導(dǎo)熱體,可以很快地散發(fā)熱量,由石墨烯制造的集成電路運(yùn)行的速度將要快得多.據(jù)估計(jì)用石墨烯器件制成的計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度可達(dá)到lT(1012Hz ,即比現(xiàn)在常見的 1G(109的計(jì)算機(jī)快1000 倍.(3減少納米元件噪聲領(lǐng)域的應(yīng)用

普通的納米元件隨著尺寸越來(lái)越小,電噪聲(電荷在材料中反彈導(dǎo)致各種各樣的干涉,會(huì)變得越來(lái)越大,這種關(guān)系被稱為“豪格規(guī)則 Hogue’Slaw”.因此,如何減小噪聲成為實(shí)現(xiàn)納米元件的關(guān)鍵問題之一。美國(guó)蚴司[25-27J宣布,通過一層疊加在另一層上面的雙層石墨烯來(lái)構(gòu)建晶體管時(shí),發(fā)現(xiàn)可大幅降低納米元件特有的噪聲。雖然這離其商品化生產(chǎn)還甚遙遠(yuǎn),還有不少難題要克服,但降低噪聲是石墨烯晶體管研制過程中邁出的重要一步。

三、總結(jié)

隨著研究的不斷深入,碳納米材料的優(yōu)異性能和潛在價(jià)值被逐步發(fā)掘出來(lái),而其在復(fù)合材料、納米器件、儲(chǔ)氫材料,量子計(jì)算機(jī)以及超靈敏傳感器等領(lǐng)域也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。當(dāng)前碳納米材料的研究還主要集中在基礎(chǔ)研究方面,如何大規(guī)模制備碳納米材料如碳納米管,石墨烯人是未來(lái)的一個(gè)研究重點(diǎn)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái),碳納米材料會(huì)給人類的生活,生產(chǎn)實(shí)踐帶來(lái)巨大的變化。

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第二篇：常用材料的性能及應(yīng)用范圍

公司常用原材料的種類、性能和應(yīng)用范圍

一、鋼材的基礎(chǔ)知識(shí)

1、鋼材的化學(xué)成分：鋼材的化學(xué)成分主要包括以下幾種：C Si Mn Mo Cr Ni V Ti W Nb Cu Al P S，專門用途的鋼材，在牌號(hào)前部加上代表該鋼用途的代號(hào)。也有在鋼材牌號(hào)后面加上A、E 等符號(hào)，這里的A、E不是鋼材的化學(xué)元素符號(hào)，而是代表另外一種用途的鋼種。例如：0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2、1Cr5Mo、35CrMoA、Y1Cr17。

2、鋼材的機(jī)械性能（力學(xué)性能）：鋼材的機(jī)械性能常用的主要有以下幾種：抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率、沖擊值、布氏硬度、鉻氏硬度、維氏硬度。

a）抗拉強(qiáng)度：在用金屬試樣作拉伸試驗(yàn)時(shí)，在試樣要拉斷前所承受的最大負(fù)荷與試樣原始截面之比，稱為強(qiáng)度極限或抗拉強(qiáng)度，用“σb”表示，單位為“MPa”。

b）屈服強(qiáng)度：材料在拉伸過程中，當(dāng)載荷達(dá)到某一值時(shí)，載荷不變而試樣仍繼續(xù)伸長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為屈服。材料開始發(fā)生屈服時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，稱為屈服點(diǎn)、屈服強(qiáng)度或屈服極限，用 “σS”表示，單位“MPa”在進(jìn)行閥門設(shè)計(jì)時(shí)，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度是選擇閥門主要部件材料的主要依據(jù)。

c）延伸率：金屬材料在作拉伸試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分的總伸長(zhǎng)△L與原標(biāo)距長(zhǎng)度L0之比的百分比，稱為伸長(zhǎng)率或延伸率，用“δ”表示。

d）斷面收縮率：金屬材料在拉斷后，其縮徑處橫截面積的最大縮減量與原橫截面積的百分比，稱為斷面收縮率，作“ψ”表示。延伸率和斷面收縮率是檢驗(yàn)金屬材料塑性的主要依據(jù)。延伸率或斷面收縮率太小，材料就成了脆性材料，如鑄鐵。

e）沖擊韌性：用一定尺寸和形狀的試樣，在規(guī)定類型的試驗(yàn)機(jī)上，用大能量一次沖擊，將沖斷試樣所消耗的功Ak除以缺口處的斷面積Fo，即為沖擊韌性，用“Ak”表示，單位為J/cm。

2f）布氏硬度、鉻氏硬度、維氏硬度是三種不同的檢驗(yàn)鋼材硬度的的方法，單位分別為“HB”、“HRC”、“HV”。他們互相之間有一定的換算關(guān)系，同時(shí)他們與材料的抗拉強(qiáng)度也有一定的換算關(guān)系。

材料的機(jī)械性能除上面講過的以外還有其他的幾種如：（強(qiáng)度方面）疲勞極限、持久極限、蠕變極限；（塑性方面）冷彎性能、壓扁試驗(yàn)；（韌性）應(yīng)變時(shí)效沖擊敏感性、脆性轉(zhuǎn)變溫度；（脆性）低溫冷脆、應(yīng)變時(shí)效脆性、回火脆性；（剛度）彈性模量E等。特別是在高溫情況下使用的材料，這些性能就更為重要。

3、金屬材料的腐蝕性能:

腐蝕的類型主要有: 點(diǎn)蝕：金屬表面產(chǎn)生點(diǎn)狀腐蝕，并從表面向內(nèi)部擴(kuò)展，形成孔穴。選擇性腐蝕：金屬中某些組分不按其在合金中所占的比例進(jìn)行反應(yīng)所發(fā)生的合金腐蝕。晶間腐蝕：沿著或緊挨著金屬的晶粒邊界發(fā)生的腐蝕。應(yīng)力腐蝕：由殘余或外加應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變和腐蝕聯(lián)合作用所產(chǎn)生的材料破壞過程。龜裂：金屬表面產(chǎn)生的網(wǎng)狀細(xì)裂紋。氫脆：由于吸氫使金屬的韌性和延伸性降低的過程。氫脆有時(shí)導(dǎo)致斷裂。氫蝕：高溫下（200℃以上）氫和鋼中的滲碳體（Fe3C）發(fā)生還原作用生成甲烷導(dǎo)致沿金屬晶界腐蝕的現(xiàn)象。

4、金屬材料的金相組織狀態(tài)：奧氏體：是碳在γ-Fe中的固溶體。在合金鋼中則是碳和合金元素溶液于γ-Fe中所形成的固溶體。以大寫字母A表示。鐵素體：碳在α-Fe中的固溶體，通常以大寫字母F表示。鐵素體的性質(zhì)接近純鐵，塑性、韌性高，強(qiáng)度低。滲碳體：鐵和碳的化合物，用Fe3C表示，含碳量為6.69%其性能硬而脆,幾乎沒有塑性。殊光體：由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織，按片間距的大小，分別稱為珠光體、索氏體和屈氏體，以大寫字母P、S、T表示。珠光體中的滲碳體呈粒狀分布在鐵素體基體上的組織，稱為粒狀珠光體。馬氏體：碳在α-Fe中的過飽和固溶體，是鋼通過淬火使奧氏體過冷到MS點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變而成的，用大寫字母M表示。馬氏體具有高硬度、但較脆、淬火后可使鋼得到強(qiáng)化，低碳馬氏體則具有高的硬度和韌性的良好的綜合機(jī)械性能。貝氏體：奧氏體過冷到中溫區(qū)間轉(zhuǎn)變而成的產(chǎn)物，組織是過飽和鐵素體和滲碳體的混合物。根據(jù)形成溫度的高低分上貝氏體和下貝氏體。下貝氏體有較好的機(jī)械性能。

5、金屬材料的熱處理：

將固態(tài)金屬或合金，在一定介質(zhì)中加熱，保溫和冷卻，以改變其整體或表面的組織狀況（金相組織），從而獲得所需性能的工藝過程，稱為熱處理。

重結(jié)晶：固態(tài)金屬及合金，在加熱或冷卻通過臨界點(diǎn)時(shí)，金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)從一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象兒為重結(jié)晶。

過熱：金屬或合金在熱加工時(shí)，由于溫度過高，晶粒長(zhǎng)的很大，致使性能顯著降低的現(xiàn)象，稱為過熱。過熱的材料可以通過熱處理的方法使其恢復(fù)。

過燒：金屬或合金加熱溫度達(dá)到固相線附近時(shí)，發(fā)生晶界開始部分熔化或氧化的現(xiàn)象，稱為過燒。過燒的金屬或合金不能通過熱處理的方法使其恢復(fù)。

時(shí)效：合金經(jīng)固溶處理或冷變形后，性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象，稱為時(shí)效。由固溶處理所引起的時(shí)效稱為熱時(shí)效或淬火時(shí)效，而由冷變形所引起的時(shí)效稱為應(yīng)變時(shí)效或機(jī)械時(shí)效。

退火：把鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ac1或Ac3）或再結(jié)晶溫度以上，保溫硬度時(shí)間，然后緩慢冷卻，使組織達(dá)到接近平衡狀態(tài)的熱處理過程，稱為退火。退火又可分為完全退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火等。

正火：將鋼加熱到Ac3（或Acm）以上30~50℃，保溫后在空氣中冷卻，得到珠光體型組織的熱處理操作過程稱為正火。正火主要用于碳鋼與低合金鋼，細(xì)化晶粒，改善組織，提高其機(jī)械性能。

回火：鋼淬火后為了消除殘余應(yīng)力及獲得所需的組織性能，把以淬火的鋼重新加熱到AC1以下溫度，保溫后機(jī)械冷卻的熱處理工藝，稱為回火。回火又分低溫回火、中溫回、高應(yīng)回火。低溫回火：回火后鋼有較高的硬度和較好的耐磨性。（200~300℃），中溫回火：回火后鋼有足夠的硬度和較高的彈性強(qiáng)度并保持一定的韌性。（400~600℃），高溫回火：回火后鋼既有較高的強(qiáng)度和硬度又有較好的韌性。（600℃以上）。

調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火（獲得索氏體組織）獲得強(qiáng)度和韌性相配合的綜合機(jī)械性能。固溶處理：將合金加熱到高溫單相區(qū)，經(jīng)過充分的保溫，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的工藝過程。固溶處理改善了金屬的塑性和韌性，并為進(jìn)一步沉淀硬化處理準(zhǔn)備條件。

沉淀硬化：從過飽和固溶體中析出彌散的碳化物或金屬化合物等第二相而引起的硬化現(xiàn)象，稱為沉淀硬化。金屬經(jīng)過固溶處理后加熱到480~630℃保溫一小時(shí)空冷，或獲得HB900~1150狀態(tài)的馬氏體組織。

6、按金相組織區(qū)分的合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼金屬材料類型：珠光體型、馬氏體型、鐵素體型、奧氏體型、鐵素體-奧氏體型、沉淀硬化型。

二、常用優(yōu)質(zhì)碳素鋼

（一）20、20g、20G、20R號(hào)鋼：20號(hào)鋼是使用較多的低碳鋼，也是優(yōu)質(zhì)碳素鋼。主要用途是制作各種高壓管件、水冷排等。焊接性能優(yōu)良，因此廣泛用于需要焊接的管件制作上。對(duì)于20號(hào)鋼根據(jù)其用途的不同，可分為20、20g、20G、20R等幾種，這四種材料的化學(xué)成份沒用太大的區(qū)別，但是其機(jī)械性能有較大的區(qū)別。因此對(duì)這幾種鋼的冶煉方法，檢驗(yàn)方法及熱處理都有不同的要求。

（二）25、35、45號(hào)鋼：25、35、45號(hào)鋼是比較常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，按其含碳量的多少可知，25號(hào)鋼為低碳鋼，而35、45號(hào)鋼為中碳鋼。使用25號(hào)鋼作碳鋼高壓閥門的閥體，具有優(yōu)良的

工藝性能，焊接性好，通過正火又可以得到較好的綜合機(jī)械性能，完全滿足閥門設(shè)計(jì)的需要。

35、45號(hào)鋼用來(lái)作閥體、法蘭、螺栓、螺母、各種管件等。

三、常用低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn：具有低合金結(jié)構(gòu)鋼的特性，具有良好的綜合機(jī)械性能、焊接性能、工藝性能及低溫沖擊韌性，冷沖壓及切削性能好。廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備。主要用來(lái)制作中、低壓管件。

四、常用合金結(jié)構(gòu)鋼和耐熱鋼：具有良好的淬透性又有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性，還具有一系列特殊的力學(xué)性能和物理性能，如抗蠕變和持久破斷能力、抗松馳性、抗氧化性和介質(zhì)腐蝕性能、組織穩(wěn)定性等。這類鋼與高合金鋼相比，有冷熱加工工藝性能優(yōu)越，在工作條件范圍內(nèi)，力學(xué)性能高，屬于比較經(jīng)濟(jì)的材料。

（一）常用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr、35CrMo：

40Cr是機(jī)械制造業(yè)常用的鋼種，此鋼具有良好的淬透性，有較高的疲勞強(qiáng)度。主要是作中低壓閥門的閥桿。40Cr鋼的焊接性能較差，有形成裂縫的傾向。如必須焊接要制定焊接工藝規(guī)范，焊前要預(yù)熱，焊后要進(jìn)行熱處理。40Cr鋼可進(jìn)行正火、調(diào)質(zhì)等各種形式的熱處理，熱處理的溫度不同，可以得到所需的各種不同的機(jī)械性能。

25CrMo鋼是常用的緊固件用合鋼結(jié)構(gòu)鋼，在淬火高溫回火后有很好的綜合機(jī)械性能。此鋼調(diào)質(zhì)后有良好的抗松弛性、持久塑性和組織穩(wěn)定性；有較高的疲勞極限和抗沖擊的能力；在高溫（550℃）條件下亦有較高的強(qiáng)度，因此該鋼也是較常用的緊固件用耐熱鋼；此鋼的低溫韌性良好。常用此鋼制造480℃以下使用的雙頭螺栓、510℃以下的螺母及溫度低于400℃條件下工作的法蘭、盲板等。

（二）常用耐熱鋼15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo、10MoWVNb、12SiMoVNb：

在高溫條件下工作的部件用鋼稱為耐熱鋼。耐熱鋼通常應(yīng)具備兩種性能：一種是能在高溫下長(zhǎng)期工作而不致因介質(zhì)的侵蝕導(dǎo)致破壞，即高溫化學(xué)穩(wěn)定性，適應(yīng)這種性能的稱為熱穩(wěn)定鋼；另一種是在高溫下仍具有較高的強(qiáng)度，在受載下不產(chǎn)生大的變形和破斷，稱為熱強(qiáng)鋼?？梢?，耐熱鋼應(yīng)具備抗氧化性及高溫力學(xué)性能。耐熱鋼不但在常溫下有較好的機(jī)械性能，而且在高溫工作條件下也要有較好的機(jī)械性能。因此，耐熱鋼除了具有常溫用鋼材的機(jī)械性能外，還應(yīng)具備在高溫條件下能正常工作所需的機(jī)械性能。選擇含碳量低的鋼或在鋼中加入能形成穩(wěn)定性高的碳化物的合金元素，如鉻、鉬、鎢、鈦、鈮等是提高鋼的抗氫腐蝕的主要措施。

12Cr1MoV鋼有很好的高溫力學(xué)性能，鋼的組織穩(wěn)定，在540℃條件下長(zhǎng)期運(yùn)行有很高的持久強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和抗氧化性能。我國(guó)引進(jìn)了美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)TP304H（1Cr18Ni9）、TP347H等奧氏體熱強(qiáng)鋼，其性能更優(yōu)于12Cr1MoV鋼。該種鋼材在電站用閥門、管件上還在廣泛使用。

10MoWVNb與12SiMoVNb是我國(guó)自主研發(fā)的抗氫鋼新鋼種。這兩種鋼主要用于中置式鍋爐系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備，三十萬(wàn)噸合成氨裝置開工加熱爐，氨合成塔內(nèi)件。煉油，石油化工加熱爐及廢熱鍋爐爐管等600~650℃以下耐熱用鋼；這些設(shè)備的管線、閥門、管件等均在高壓（32MPa），中溫（400℃），高溫（600~650℃）氫、氮、氨介質(zhì)條件下工作，不僅要求鋼材有一定的綜合機(jī)械性能，而且要求具有良好的耐氫、氮、氨腐蝕，抗中、高溫的耐熱強(qiáng)度，同時(shí)還要求加工制造和焊接性能好等。12SiMoVNb主要是用在中置鍋爐（400℃），PN32MPa的加氫裝置中，作抗氫鋼使用。12SiMoVNb還具有較好的加工性能，可進(jìn)行煨彎、鍛造、車削、氣割、機(jī)械加工、等各種加工形式，工藝性好。

常用美標(biāo)低合金耐熱鋼：經(jīng)常遇到的美標(biāo)低合金耐熱鋼是F11、F12、F21、F22這幾種型號(hào)，他們與國(guó)產(chǎn)12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、1Cr5Mo、有相同的方面，比如都是低合金耐熱鋼，都具有優(yōu)良的工藝性能，焊接性好。在高溫下工作有一定的熱強(qiáng)性和抗氧化性。但是二者又不完全相同，美標(biāo)低合金耐熱鋼的鉻含量高于國(guó)產(chǎn)鋼12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV，低于1Cr5Mo。

五、常用的不銹鋼：

不銹鋼的耐腐蝕性能，一般認(rèn)為是由于在腐蝕介質(zhì)中的作用下其表面形成了“鈍化膜”的結(jié)果，而耐腐蝕的能力則取決于“鈍化膜”的穩(wěn)定性。這除了與不銹鋼的化學(xué)成分有關(guān)外，還與腐蝕介質(zhì)的種類、濃度、溫度、壓力、流動(dòng)速度以及其他因素有關(guān)。不銹鋼的種類很多，按照我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13304—91《鋼分類》以及 國(guó)際上通用的分類方法是按鋼的金相組織劃分，分為5類即：馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼、奧氏體型不銹鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼、沉淀硬化型不銹鋼等五種。下面分別介紹我公司常用不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti、00Cr17Ni14Mo2、0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr17Mn14Mo2N、00Cr22Ni5Mo3N等。

（一）馬氏體不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13

具有良好的淬火性能、較高的韌性和冷變形性，通過淬火和高溫回火可以得到優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。有良好的耐蝕性；在淡水、蒸汽、濕大氣條件下有足夠的抗銹性和耐蝕性。這三種鋼被

廣泛用于閥門制造業(yè)，1Cr13鋼熱處理后，主要用來(lái)制造要求韌性較高、承受沖擊載荷的零件，如水壓機(jī)閥、緊固件等；2Cr13用的最多，它可以用作各種高壓閥門的閥桿，高、中、低壓閥門的閥瓣，閥座。如我公司生產(chǎn)的合成氨高壓截止閥，抗氫鋼截止閥等，閥桿全是2Cr13，他不但強(qiáng)度高，而且在425℃的溫度下仍有較好的強(qiáng)度和耐腐蝕性；3Cr13主要用來(lái)制造要求強(qiáng)度較高的結(jié)構(gòu)件，如螺栓、閥門閥瓣、閥座等。

（二）奧氏體不銹鋼：奧氏體型不銹鋼分為鉻鎳鋼和鉻錳鋼兩大類。1、18-8型奧氏體不銹耐酸鋼：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti

0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti都是典型的18-8型奧氏體不銹耐酸鋼。與之為一個(gè)種族的還有1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti 等。18-8型鋼具有較好的抗晶間腐蝕性能，優(yōu)良的耐腐蝕性能和冷加工沖壓性能。對(duì)硝酸有很強(qiáng)的抗腐蝕性；對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸都有一定的抗腐蝕能力。1Cr18Ni9Ti常用作酸容器和耐酸設(shè)備的襯里、輸送管道，如氮肥工業(yè)用的吸收塔、熱交換器等。我公司生產(chǎn)的各種耐酸、堿的閥門中，閥體材料以“P”為標(biāo)志的都是以這兩種材料為主。2、18-12型奧氏體不銹耐酸鋼0Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti

在化肥行業(yè)，最早使用在尿素管路中的不銹耐酸鋼就是0Cr18Ni12Mo2Ti，被化肥行業(yè)通稱為Mo2Ti鋼，隨著不銹耐酸鋼材料的發(fā)展，后來(lái)逐漸有了00Cr17Ni14Mo2，用以取代了0Cr18Ni12Mo2Ti。到現(xiàn)在隨著國(guó)外材料的引進(jìn)化肥廠生產(chǎn)效益的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越追求更加優(yōu)良的鋼種用于尿素生產(chǎn)設(shè)備，于是又出現(xiàn)了316L和尿素級(jí)不銹鋼316LMod、25-22-2等等。

3、超低碳不銹鋼00Cr17Ni14Mo2、00Cr17Ni14Mo3

這兩種鋼是廣泛應(yīng)用的超低碳不銹耐酸鋼，對(duì)各種無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、堿、鹽類（如來(lái)硫酸、硫酸、磷酸、醋酸、甲酸、氯鹽、鹵素、來(lái)、亞硫酸鹽）均有良好的耐蝕性，由于含碳低，因此晶間腐蝕傾向比0Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni12Mo2Ti鋼小，有優(yōu)良的焊接性能，適合于多層焊接，焊后無(wú)刀口腐蝕傾向。是制造合成纖維、石油化工、紡織、化肥、印染及原子能后處理等工業(yè)設(shè)備的重要耐蝕鋼材料。00Cr17Ni14Mo2在我公司應(yīng)用較多，主要是用來(lái)制造尿素裝置用高壓閥門和各種尿素裝置用高壓管件。它在尿素及甲胺液介質(zhì)中的耐腐蝕性遠(yuǎn)高于0Cr18Ni12Mo2Ti。同時(shí)也用來(lái)制作尿塔襯里等。

（三）雙相不銹鋼

雙相不銹鋼是在其金相組織中即有奧氏體組織，也有鐵素體組織的鋼，如果以?shī)W氏體為基體，則鐵素體組織約占15%~50%；如果以鐵素體為基體，則奧氏體組織約15%~50%即可稱為雙相不銹

鋼。雙相不銹鋼即具有奧氏體鋼的特點(diǎn)，又具有鐵素體鋼的特點(diǎn)，近些年來(lái)隨著煤化工的發(fā)展，雙相不銹鋼的開發(fā)與使用越來(lái)越廣泛。雙相不銹鋼如果以鉻含量的多少來(lái)進(jìn)行分類的話，可分為18%Cr系、22%Cr系、25%Cr系和28%Cr系。在雙相不銹鋼組織中，鉻、鉬、硅等鐵素體元素濃縮在α相中，而鎳、錳、碳和氮等奧氏體穩(wěn)定元素濃縮在γ相中。

1、雙相不銹鋼有以下特點(diǎn)：

a、含鉬雙相不銹鋼在低應(yīng)力下有良好的耐氯化物腐蝕的性能。

b、含鉬雙相不銹鋼有良好的耐孔蝕性能，相當(dāng)于316L的耐孔蝕性能。含25%Cr的雙相不銹鋼的耐孔蝕性能超過316L。

c、雙相不銹鋼具有良好的耐腐蝕疲勞和磨損腐蝕性能。

d、雙相不銹鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。有較高的持久強(qiáng)度和耐疲勞性能，其屈服強(qiáng)度是18-8型奧氏體不銹鋼的2倍。經(jīng)固溶處理后的雙相不銹鋼的延伸率達(dá)到25%、韌性值在100J以上。

e、雙相不銹鋼可焊性良好，熱裂傾向小。一般焊前不需預(yù)熱，可與碳鋼及其他奧氏體鋼異種焊接。

f、含低鉻（18%Cr）的雙相不銹鋼熱加工溫度范圍比18-8型奧氏體不銹鋼寬，抗力小。j、與奧氏體不銹鋼相比，導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)小。

h、有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于300℃的工作條件下使用。

2、國(guó)產(chǎn)雙相不銹鋼

a、0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti（22%Cr系）這兩種不銹鋼都是我國(guó)為代替1Cr18Ni9Ti鋼而設(shè)計(jì)的。他們比1Cr18Ni9T有更優(yōu)良的機(jī)械性能，特別是強(qiáng)度高，廣泛用于化學(xué)工業(yè)，食品工業(yè)和航空工業(yè)。這種鋼我公司還沒使用過，不作進(jìn)一步介紹。

b、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn14Mo2N（18%Cr系）這兩種不銹鋼是以Mn、N代Ni的雙相不銹鋼，具有良好的耐蝕性能，并有良好的機(jī)械性能和工藝性能，他們?cè)谥圃毂╇婧湍蛩氐裙I(yè)設(shè)備中用來(lái)代替0Cr18Ni12Mo2Ti、00Cr17Ni14Mo2具有良好的耐蝕性能。如在全循環(huán)法生產(chǎn)尿素的合成塔內(nèi)件、蒸發(fā)器、甲銨泵等使用1Cr18Mn10Ni5Mo3N取得良好的效果。他們可以代替18-8型不銹鋼使用。其中0Cr17Mn14Mo2N鋼也稱A4鋼。近些年該鋼在化工系統(tǒng)，特別在尿素生產(chǎn)設(shè)備（如合成塔、高壓分離器等）上得到進(jìn)一步利用。0Cr17Mn14Mo2N（A4鋼）的晶間腐蝕試驗(yàn)采用T法,即硫酸銅加硫酸加銅屑法。650℃敏化處理時(shí)間為30分鐘至一小時(shí)。此鋼在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下有良好的可焊性。

c、00Cr22Ni5Mo3N等仿美標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的雙相不銹鋼：這些雙相不銹鋼是我國(guó)仿照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的鋼種，其化學(xué)成分與機(jī)械性能及熱處理與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的雙相不銹鋼相同。

d、國(guó)產(chǎn)雙相不銹鋼的熱處理及機(jī)械性能

00Cr22Ni5Mo3N等仿美標(biāo)產(chǎn)品，大量用在煤氣化工程中。由于國(guó)際上石油不斷長(zhǎng)價(jià)，因此我國(guó)好多企業(yè)利用我國(guó)煤碳資源豐富的特點(diǎn)，煤改油變成了油改煤。引進(jìn)英國(guó)殼牌公司的技術(shù)，利用煤碳資源制造合成氨和生產(chǎn)甲醇。煤碳在粉碎、升溫變成粉沫（粉煤灰）的過程中產(chǎn)生大量的H2S氣體，對(duì)金屬的腐蝕性十分嚴(yán)重。而雙相不銹鋼是耐H2S腐蝕的最好材料，同時(shí)其強(qiáng)度又比奧氏體不銹鋼高，適應(yīng)這種生產(chǎn)環(huán)境。因此被大量采用制造煤氣化工程中的各種管件，閥門等。我公司2004~2006年曾為中國(guó)石化集團(tuán)、柳化、洞氮化肥廠等多家企業(yè)設(shè)計(jì)制造雙相不銹鋼截止閥、球閥等。其中十英寸大口徑雙相不銹鋼球閥為我公司獨(dú)創(chuàng)。

沉淀硬化型不銹鋼：0Cr17Ni4Cu4Nb（17-4PH，S17400）是一種具備不銹鋼特有的耐蝕性外，還可以通過進(jìn)行時(shí)效處理（使鋼中的碳化物沉淀析出），從而達(dá)到提高強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)沉淀硬化的高強(qiáng)度不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼分為馬氏體系沉淀硬化不銹鋼、半奧氏體系沉淀硬化不銹鋼、奧氏體系沉淀硬化不銹鋼、鐵素體系沉淀硬化不銹鋼、和奧氏體-鐵素體系沉淀硬化不銹鋼。我國(guó)鋼材標(biāo)準(zhǔn)GB/T1220—1992中以經(jīng)列入的這類鋼有馬氏體型0Cr17Ni4Cu4Nb、半奧氏體型0Cr15Ni7Mo2Al、0Cr17Ni7Al三種沉淀硬化不銹鋼，此鋼具有易強(qiáng)化又耐腐蝕的性能。

六、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼簡(jiǎn)介

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和引進(jìn)技術(shù)的增加，化工行業(yè)引進(jìn)了大量的外國(guó)先進(jìn)工藝和設(shè)備，有的成套引進(jìn)外國(guó)設(shè)備，而這些外國(guó)設(shè)備中，使用的閥門、管件等產(chǎn)品，大量使用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)材料，其中我們大家比樣熟悉的材料有304、304L、316、316L、316L Mod等等。美國(guó)鋼鐵牌號(hào)表示方法較多，但我們常見的主要是ASTM（美國(guó)試驗(yàn)和材料學(xué)會(huì)）表示方法。

1、奧氏體型不銹耐酸鋼316L、316LMod

這兩種鋼都是為高壓尿素工藝生產(chǎn)的需要而生產(chǎn)的特種不銹鋼，由于工藝條件的強(qiáng)腐蝕性和腐蝕機(jī)制的復(fù)雜性，因此在開發(fā)316L的基礎(chǔ)上調(diào)整了鉻、鎳、鉬的含量并添加了氮后形成了316LMod尿素級(jí)不銹鋼。對(duì)于316LMod除了化學(xué)成分及金相組織（鐵素體含量最高為0.6%）有了更嚴(yán)格的限制以外，對(duì)其晶間腐蝕試驗(yàn)的取樣方法和試驗(yàn)方法以及合格標(biāo)準(zhǔn)（最大腐蝕率為0.60mm/a）都有了比316L更嚴(yán)格的限制。

2、尿素級(jí)不銹鋼的新鋼種UNS N031050、U1、U2，（通常稱為25/22/2）

尿素級(jí)316LMod 在尿素合成塔液相介質(zhì)中使用多年后，仍存在晶間腐蝕的現(xiàn)象，這是因?yàn)?16LMod 焊縫中存在少量鐵素體，使其發(fā)生選擇性腐蝕。同時(shí)316LMod 還存在縫隙腐蝕、點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕等局部腐蝕形式。UNS N031050是高合金奧氏體鋼，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。

我國(guó)鋼鐵研究總院也研制了與UNS N031050同一類型的鋼種U1鋼和U2鋼，在尿素合成介質(zhì)中，能使腐蝕率減小一半，國(guó)內(nèi)尿素高壓設(shè)備己逐漸采用，明顯改善材料的抗晶間腐蝕的能力。這幾種鋼與316LMod相比，主要是含碳量明顯減少，硫、磷含量控制更加嚴(yán)格，同時(shí)鉻、鎳含量明顯提高。從而使其耐腐蝕性得到進(jìn)一步提高。目前這兩種鋼還在試驗(yàn)階段，相信很快就會(huì)得到大量的應(yīng)用。

第三篇：碳晶電熱板性能及優(yōu)點(diǎn)

產(chǎn)品介紹

一、工作原理

碳晶電熱板的制熱原理：在電場(chǎng)的作用下，發(fā)熱體中的碳分子團(tuán)產(chǎn)生“布朗運(yùn)動(dòng)”，碳分子之間發(fā)生劇烈的摩擦和撞擊，產(chǎn)生的熱能以遠(yuǎn)紅外輻射和對(duì)流的形式對(duì)外傳遞，其電能與熱能的轉(zhuǎn)換率高達(dá)98%以上。碳分子的作用使碳晶電熱板表面溫度迅速升高，將電熱板安裝在墻面上，熱能就會(huì)源源不斷地均勻傳遞到房間的每一個(gè)角落。

碳晶電熱板之所以能夠?qū)臻g起到迅速升溫的作用，就在于其100%的電能輸入被有效地轉(zhuǎn)換成了超過65%的遠(yuǎn)紅外輻射熱能和30%的對(duì)流熱能。

1.遠(yuǎn)紅外輻射供暖

碳晶電熱板在電場(chǎng)作用下，會(huì)輻射大量的波長(zhǎng)在8-14微米之間的遠(yuǎn)紅外線，受體接收遠(yuǎn)紅外線后，能量被吸收轉(zhuǎn)化為熱能，使受體溫度升高，其原理如同“陽(yáng)光普照萬(wàn)物”的原理一樣。這種供暖環(huán)境，使人體熱感覺增強(qiáng)，這是因?yàn)檫h(yuǎn)紅外線直接到達(dá)人體，補(bǔ)償人體表面散熱。遠(yuǎn)紅外線到達(dá)墻面和其它圍護(hù)結(jié)構(gòu)，加熱速度快于空氣加熱，使環(huán)境溫度更加均衡。

2.對(duì)流供暖

由于碳晶電熱板表面材料對(duì)遠(yuǎn)紅外能量的吸收作用，只要5-10分鐘后，發(fā)熱體與蓄熱層即達(dá)到熱態(tài)平衡，蓄熱層將熱能緩緩地向室內(nèi)貼近墻面的空氣傳遞。按“熱空氣輕、冷空氣重”這一熱工學(xué)原理的作用，緊貼墻面的空氣受熱后逐漸上升，冷空氣不斷補(bǔ)充到墻面被升溫加熱??如此循環(huán)往復(fù)，最終空氣的上下垂直對(duì)流作用帶動(dòng)室內(nèi)環(huán)境溫度的提升。

二．碳晶供暖系統(tǒng)的特征

1、碳晶低溫輻射采暖系統(tǒng)，是基于碳晶電熱材料開發(fā)的在平面供暖技術(shù)上的應(yīng)用發(fā)展，它是以電為能源，通過紅外線輻射傳熱的新型供暖方式，它是供暖技術(shù)的革命性轉(zhuǎn)變。作為傳統(tǒng)供暖方式的換代品，它具有恒溫可調(diào)、單室可控、經(jīng)濟(jì)、舒適、壽命長(zhǎng)、安全免修等優(yōu)點(diǎn)，它是節(jié)能、舒適、無(wú)污染的綠色環(huán)保產(chǎn)品。該采暖系統(tǒng)發(fā)熱面積大，熱場(chǎng)均勻、溫度效應(yīng)好、節(jié)約能源、不消耗室內(nèi)氧氣、無(wú)燥熱感、遠(yuǎn)紅外線充沛、不向大氣排放污染物。

以電為能源的采暖方式將成為今后的主要采暖方式之一，電能是最潔凈、最環(huán)保、價(jià)格最穩(wěn)定的能源，而隨著煤炭、石油價(jià)格的進(jìn)一步高漲，電能在這些方面優(yōu)勢(shì)會(huì)更加突出。在未來(lái)5年中，政府計(jì)劃投入6000億元人民幣，建設(shè)更多發(fā)電廠。與此同時(shí)，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司計(jì)劃在同期投入8000億元，擴(kuò)大和改進(jìn)它的輸電網(wǎng)。中國(guó)國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)正在制定中國(guó)核電發(fā)民用工業(yè)規(guī)劃，到2020年中國(guó)將建成40座相當(dāng)于大來(lái)灣那樣的百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站，從而永遠(yuǎn)解決能源需求的矛盾。

2、碳晶墻面低溫輻射采暖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了采暖行業(yè)的革命性跨越，它在采暖效果、節(jié)能效率、熱面平衡、耐候指標(biāo)、使用壽命和安裝速度上全面超越了傳統(tǒng)的水、電材料采暖技術(shù)。該碳晶供暖系統(tǒng)一經(jīng)面世，便以其經(jīng)濟(jì)節(jié)能、舒適安全、健康環(huán)保等突出優(yōu)勢(shì)引人矚目，倍受業(yè)內(nèi)人士推崇和越來(lái)越多用戶的青睞，目前，已成為居民住宅區(qū)、別墅、酒店、辦公等場(chǎng)所采暖的首選。民用采暖行業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，碳晶采暖產(chǎn)品更因其突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)擁有廣闊的市場(chǎng)前景。

碳晶電熱板是一種改性提純碳晶顆粒發(fā)熱產(chǎn)品，它在發(fā)熱均性、耐火性、安全性、耐候性、電熱轉(zhuǎn)換效率和紅外輻射率等指標(biāo)上均比普通碳纖維產(chǎn)品均有大幅度的改進(jìn)和提高。較水暖、空調(diào)、發(fā)熱電纜等其它采暖方式碳晶電熱板具有以下創(chuàng)新點(diǎn)和先進(jìn)性：

創(chuàng)新點(diǎn)：

（1）對(duì)碳纖維或碳素原料進(jìn)行球磨加工改性后得到碳晶電熱材料，以此生產(chǎn)出的碳晶電熱板是碳纖維的下一代產(chǎn)品。該產(chǎn)品既能繼承碳纖維材料的優(yōu)點(diǎn)，又能克服其致命缺陷，能夠廣泛應(yīng)用于民用采暖領(lǐng)域。

（2）作為一種新型采暖產(chǎn)品，碳晶電熱板的誕生是一項(xiàng)劃時(shí)代的改革，落后的各類采暖方式將被一種電熱轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%、紅外輻射、精確采暖的碳晶采暖產(chǎn)品所取代。

（3）碳晶電熱板使用的是無(wú)污染的清潔能源—電能，隨著“浩樂”碳晶電熱板采暖產(chǎn)品的普及，人類將進(jìn)入一個(gè)便捷高效、節(jié)能無(wú)污、精確采暖的時(shí)代。

先進(jìn)性：

（1）面狀發(fā)熱、參數(shù)可調(diào)：根據(jù)要求，發(fā)熱體功率、阻值及表面溫度可任意設(shè)計(jì)調(diào)整。

（2）升溫迅速：發(fā)熱快。通電5分鐘即可采暖。碳晶電熱板直接對(duì)室內(nèi)輻射熱量，溫度上升速度比傳統(tǒng)的水暖和發(fā)熱電纜快5倍以上。

（3）熱效率高：是目前電熱轉(zhuǎn)換率最高的產(chǎn)品。

（4）保健理療：碳晶電熱板在制熱的同時(shí)，向外輻射紅外線，醫(yī)學(xué)上稱之為“生命光波”；對(duì)人體有極佳的保健效果，對(duì)病后調(diào)理，具有促進(jìn)康復(fù)的作用；還可以改善人體的微循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，提高人體免疫力，有益于健康。

（5）經(jīng)濟(jì)節(jié)能：日常運(yùn)行費(fèi)用是空調(diào)的三分之一，水暖和發(fā)熱電纜的一半以下。

（6）安裝簡(jiǎn)便、精確采暖：安裝可根據(jù)您的喜好任意布置采暖區(qū)域，分區(qū)安裝、分區(qū)控制、分區(qū)采暖、（7）安全可靠、使用壽命長(zhǎng)：絕緣強(qiáng)度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其使用壽命可達(dá)100000小時(shí)，而且不脫落，不斷裂，可防水、防潮。

（8）適應(yīng)范圍：碳晶電熱板可應(yīng)用于各類環(huán)境；其衍生產(chǎn)品使用面更廣闊。

（9）規(guī)格、形狀可變：根據(jù)使用要求、規(guī)格、形狀可設(shè)計(jì)。

三、碳晶低溫輻射采暖系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：

1、舒適性

碳晶低溫輻射采暖系統(tǒng)是以紅外線低溫輻射為主要能量傳遞方式的產(chǎn)品。試驗(yàn)證明人體處在低溫輻射環(huán)境中，就如同置于陽(yáng)光下，人體的實(shí)感溫度要高于室內(nèi)空氣溫度2—3℃，從而提高了生活環(huán)境舒適度。同時(shí)在低溫輻射條件下，室內(nèi)空氣的對(duì)流速度大幅度降低，使室內(nèi)減少灰塵，無(wú)噪音，室內(nèi)無(wú)冷點(diǎn)和熱點(diǎn)，溫度均衡，使人無(wú)燥熱感，溫度柔和如陽(yáng)光般感覺。

碳晶電熱板產(chǎn)生的遠(yuǎn)紅外線波長(zhǎng)在8—14微米區(qū)域內(nèi)，人長(zhǎng)期處在這樣的環(huán)境中可以改善人體微循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，增強(qiáng)細(xì)胞活力，同時(shí)有調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)，舒筋活血，提高人體免疫力等功能。

2、經(jīng)濟(jì)型

碳晶低溫輻射采暖系統(tǒng)供暖效果好，升溫快。由于實(shí)現(xiàn)了分戶、分室供暖，可根據(jù)氣溫和需要隨意調(diào)節(jié)各室溫度，亦可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。系統(tǒng)效率高，當(dāng)室溫設(shè)定為16℃時(shí)，能達(dá)到18℃的取暖效果，室溫每降低一度可節(jié)約5%的能源。由于室內(nèi)周圍物體溫度高于空氣溫度，在短期關(guān)閉供暖系統(tǒng)時(shí)，室內(nèi)周圍物體散發(fā)的熱量會(huì)起到保持室溫穩(wěn)定的作用。試驗(yàn)表明低溫輻射電熱系統(tǒng)停電6小時(shí)，室溫僅下降2℃。

3、安全性

碳晶電熱板的生產(chǎn)符合GB/T4654-2008標(biāo)準(zhǔn)，并通過國(guó)家紅外及工業(yè)電熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心質(zhì)檢，以及相關(guān)《家用和類似用途電器的安全通用要求》GB4706.1-2005、《家用和類似用途電器安全室內(nèi)加熱器的特殊要求》GB4706.23-2007標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)。產(chǎn)品絕緣強(qiáng)度高、阻燃、防水、防潮、耐腐蝕、免維修、使用壽命長(zhǎng)（通過十萬(wàn)小時(shí)老化試驗(yàn)）。

4、簡(jiǎn)便性

碳晶電熱板以國(guó)際先進(jìn)的模塊化理念進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)合理，安裝便捷。組合靈活，可以任意方式安裝組合，無(wú)最小安裝面積要求。本系統(tǒng)不占用室內(nèi)使用空間，不需要維修，節(jié)約了其他供暖方式所需的維修和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

1、超環(huán)保：碳晶墻暖發(fā)熱原片可釋放大量負(fù)氧離子和遠(yuǎn)紅外線，運(yùn)行時(shí)具有殺菌、除異味、凈化空氣等作用，是一種環(huán)保綠色科技新品。

2、保健佳:碳晶墻暖發(fā)熱原片釋放的遠(yuǎn)紅外線，可促進(jìn)人體新陳代謝，活化水分子，降血脂提高免疫力等功效，遠(yuǎn)紅外線在醫(yī)學(xué)里被稱謂 ”生命之光“。

3、高效率:碳晶墻暖電熱轉(zhuǎn)換達(dá)98%。

4、易安裝:碳晶墻暖輕薄，安裝便捷，不占空間。

5、升溫快:一分鐘快速升溫，5分鐘表面可達(dá)75±5℃，根據(jù)室內(nèi)保溫狀況，采暖面積可達(dá)5-8㎡／片。

6、壽命長(zhǎng):天甲科技碳晶墻暖，采用高科技術(shù)與高聚合物 精制而成，一次安裝使用壽命可達(dá)50年，無(wú)需 任何維護(hù)。

7、高質(zhì)保:碳晶墻暖5年超長(zhǎng)質(zhì)保，彰顯高端品質(zhì)。碳晶7大特點(diǎn)

第四篇：納米TiO2自清潔性及其應(yīng)用

納米TiO2自清潔性及其應(yīng)用

201240720221劉婷 應(yīng)化2班

摘 要：由于自潔凈材料具有光催化、自清潔、抗菌等功能 ,人們對(duì)光催化自潔凈材料的研究日益關(guān)注，市場(chǎng)對(duì)于自清潔薄膜產(chǎn)品的需求也日益增加，其發(fā)展前景非常樂觀。本文主要概述了納米二氧化鈦?zhàn)郧鍧嵅牧系臋C(jī)理及應(yīng)用。關(guān)鍵詞：光催化；TiO2；自清潔；應(yīng)用 引言

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，如何消除或減少工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境造成的污染已成為一個(gè)全球性的問題。TiO2能直接利用包括太陽(yáng)光在內(nèi)的各種途徑的紫外光，在室溫下對(duì)各種有機(jī)的或無(wú)機(jī)的污染物進(jìn)行分解或氧化，從空氣中清除這些污染物。該項(xiàng)技術(shù)具有能耗低、易操作、除凈度高等特點(diǎn)，尤其對(duì)一些特殊的污染物具有比其他方法更突出的去污效果，而且沒有二次污染等，成為多相光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。2 自清潔機(jī)理 2.1 光催化機(jī)理

TiO2是一種n型半導(dǎo)體材料，有強(qiáng)的氧化性和還原性。在光化學(xué)反應(yīng)中，以TiO2作催化劑，在太陽(yáng)光，尤其是在紫外線的照射下，使TiO2固體表面生成空穴(h+)和電子(e-)。空穴(h+)使H2O氧化，電子(e-)使空氣中的O2還原，使有機(jī)物氧化為CO2、H2O等簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物[1]。光催化反應(yīng)的機(jī)理模式如下: TiO2 + hγ → e-+ h+ h+ + H2O →·OH+ H+ e-+ O2 →·O2-·O2-+ H+ →HO2· 2HO2·→O2+H2O2 H2O2+·O2-→·OH +OH-1.2 親水性機(jī)理

在紫外光照射的條件下，氧化鈦表面的超親水性是由于其表面的結(jié)構(gòu)變化：在紫外光的照射下，氧化鈦價(jià)帶的電子被激發(fā)到了導(dǎo)帶，電子和空穴向氧化鈦表面遷移，在表面形成電子空穴對(duì)，電子與Ti4+反應(yīng)，空穴則同薄膜表面的橋氧離子反應(yīng)，分別生成Ti3+和氧空位，空氣中的水分子與氧空位結(jié)合形成表面羥基,形成物理吸附水層, 其表面就會(huì)有極強(qiáng)的親水性,與水的接觸角減小到5°以下,甚至水滴可以完全浸潤(rùn)二

氧化鈦薄膜表面，薄膜具有的這種性質(zhì)稱為超親水性。

從實(shí)際應(yīng)用角度看，薄膜所處的環(huán)境是復(fù)雜多變的，涉及到溫度、空氣的濕度、日照時(shí)間、空氣中灰塵的濃度等因素。特別是空氣中的灰塵，一旦積聚在薄膜表面并形成化學(xué)結(jié)合，必將大大減弱薄膜的親水性能。TiO2薄膜必須不斷進(jìn)行光催化降解而除去這些污染物，才能達(dá)到自清潔的效果[2]。2 自清潔材料的應(yīng)用

在室內(nèi)環(huán)境凈化研究中，利用納米TiO2的光催化性和超親水性, 將納米TiO2負(fù)載在墻紙、日光燈、窗玻璃上，可以除去空氣中的細(xì)菌和有機(jī)污染物；經(jīng)納米TiO2負(fù)載的抗菌陶瓷用品是醫(yī)院、賓館衛(wèi)生設(shè)施抗菌除臭的理想材料；將納米TiO2摻入建筑涂料中,可以提高涂料的防水性,防污性，而且對(duì)人體和環(huán)境無(wú)任何損害。將納米TiO2膜用于建筑材料表面時(shí),可使建材表面具有凈化空氣、殺菌、除臭、防污等環(huán)保功能，大大節(jié)省保潔費(fèi)用。2.1 自清潔玻璃 2.1.1 自清潔玻璃的定義

自清洗玻璃是優(yōu)質(zhì)清潔玻璃基片鍍膜后，經(jīng)太陽(yáng)光照射后，具有降解有機(jī)物和光誘導(dǎo)超親水性，在雨水的洗刷下，能將污物松散和除去，達(dá)到玻璃表面的自潔凈的玻璃[3]。

2.1.2 自清潔玻璃的機(jī)理

自清潔玻璃則是通過在玻璃表面鍍制TiO2光催化涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該涂層在陽(yáng)光中的紫外線的作用下，將其表面附著的有機(jī)物分解為H2O和無(wú)害的無(wú)機(jī)物, 使玻璃表面具有超親水性，從而使玻璃變得易清洗、不結(jié)霧。當(dāng)水在TiO2薄膜表面的接觸角小于15°時(shí)具有高的水流動(dòng)性，小于10°時(shí)有自清潔效果，小于7°時(shí)有防霧效果[4]。2.2 自清潔陶瓷

在陶瓷表面涂以TiO2的途層，可以使這些材料的表面經(jīng)光照后具有防污垢沉積、易洗、易干等“自潔”功能。陶瓷的表面吸附了空氣中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物后，有機(jī)物不溶于水，形成污垢，表面變臟，且有機(jī)污垢用水很難擦洗干凈。如果這些材料表面涂敷-層TiO2薄膜，利用光催化作用，可以把吸附在表面的有機(jī)物分解成CO2和H2O，剩余的無(wú)機(jī)物可以被雨水沖刷干凈，這個(gè)過程就是自清潔[5]。

日本ToTo公司在世界上首先開發(fā)出具有抗菌效果的建筑衛(wèi)生陶瓷。目前我國(guó)在自潔凈陶瓷的研究和開發(fā)方面也已取得了明顯的進(jìn)展。劉平等采用改進(jìn)的Sol-Gel技術(shù)制備了負(fù)載型自清潔陶瓷,考察了熱處理?xiàng)l件和膜厚度等光催化膜制備與反應(yīng)條件對(duì)自清潔陶瓷光催化活性的影響,研究結(jié)果表明,滅菌效果和油酸光降解速度取決于負(fù)載光催化膜的晶相組成、晶粒大小及其比表面積。賀飛等采用溶膠-凝膠法,在自制的陶瓷釉體表面負(fù)載粒徑大小為40～100 nm的TiO2晶粒 ,形成透明均一無(wú)“彩虹效應(yīng)”的TiO2光催化薄膜型自潔功能陶瓷,具有超強(qiáng)親水性和去污功能[6]。

2.3 自清潔涂料

自清潔涂料，也稱自潔凈涂料、光催化劑涂料等，在功能上與自清潔陶瓷或自清潔玻璃一樣，利用了光催化材料的超級(jí)氧化，分解污物的能力和超親水性。與自清潔瓷磚或玻璃不同的是，涂料可以在室溫下成膜、可適用范圍和場(chǎng)合更廣、制作和運(yùn)輸更方便、價(jià)格更低廉[7]。

自清潔涂層能夠使表面污染物或灰塵顆粒在重力、雨水、風(fēng)力等外力作用下自動(dòng)脫落或通過光催化降解而除去，具有節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、交通、新能源等行業(yè)具有重要的應(yīng)用前景。近年來(lái)，它已成為先進(jìn)功能涂料的研究熱點(diǎn)。目前，基于不同的自清潔原理，已發(fā)展了兩類自清潔涂層。一類是超疏水(水接觸角>150°)自清潔涂層，它通過水滴滾動(dòng)帶走灰塵，實(shí)現(xiàn)類似于荷葉的自清潔功能。如在 2000 年，德國(guó)推出具有“荷葉自清潔”功能的硅樹脂外墻涂料，墻面灰塵可通過雨水沖刷去除，達(dá)到自清潔效果。但現(xiàn)有超疏水涂層仍存在制備工藝復(fù)雜、制備面積小、力學(xué)性能差、耐油性污染物能力差等問題，缺乏實(shí)際使用價(jià)值。另一類是基于無(wú)機(jī)光催化半導(dǎo)體材料的自清潔涂層。在這一類自清潔涂層中，最為典型的是二氧化鈦(TiO2)涂層材料[8]。2.4 自清潔紡織品

紡織品經(jīng)常洗滌容易起毛起球和變形，既影響穿著舒適性又影響美觀。因此，研究與開發(fā)出一種具有光催化自清潔功能的納米自清潔紡織產(chǎn)品，將具有較大的實(shí)際意義，能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

經(jīng)過納米自清潔整理的羊絨織物纖維表面均勻分布了大量的納米復(fù)合粉體顆粒。由于納米材料粒徑小，表面能高，因此它能牢而提高，這是因?yàn)樵黾蛹{米整理劑濃度的同時(shí)，吸附在羊絨針織品上的納米TiO2復(fù)合粉體將會(huì)增加，當(dāng)光子照射到織物表面的時(shí)候，就會(huì)激發(fā)出更多的高活性自由移動(dòng)的光生電子(e-)和空穴(h+)，生成更多的超氧陰離子自由基(·O2-)和羥基自由基(·OH)，致使更有效地將有機(jī)油污直接氧化為CO2和 H2O等無(wú)機(jī)小分子[9]。

納米TiO2用于對(duì)織物的整理,在日光照射或其他含有紫外光的光線照射下,織物中的納米二氧化鈦產(chǎn)生光催化作用,具有排除灰塵、氣味、細(xì)菌、色澤污跡及分解有害有機(jī)物質(zhì)如甲醛等物質(zhì)的功能。2.5 自清潔綠色外墻瓷磚

外墻瓷磚在建筑上使用廣泛，但其清洗維護(hù)則存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染重和成本費(fèi)用高等問題。

綠色外墻瓷磚是指具有光催化性能和自清潔功能的環(huán)境友好型免維護(hù)外墻瓷磚，通常在普通外墻瓷磚表面通過物理或化學(xué)方法沉積一層堅(jiān)硬牢固的光活性納米二氧化鈦膜層。二氧化鈦膜層經(jīng)過太陽(yáng)光中的紫外線照射后，能夠?qū)⒈砻娓街挠臀鄣扔袡C(jī)污染物高效降解為二氧化碳和水。同時(shí)，無(wú)機(jī)污染物也不易附著在自潔凈外墻瓷磚

表面，經(jīng)紫外線照射的瓷磚表面具有良好的親水性。雨水落在外墻瓷磚上面時(shí)，形成一層薄的水膜，而不是水珠，雨水不會(huì)聚集在一處而是擴(kuò)散到整個(gè)表面,均勻地沖刷掉浮在瓷磚表面上的污跡，不會(huì)在普通外墻瓷磚上留下難看的條痕。通常自然的降雨就能夠使綠色外墻瓷磚保持長(zhǎng)期的清潔效果。在雨水稀少時(shí)，降解后的污跡顆粒能夠被風(fēng)吹掉，用清水簡(jiǎn)單地沖洗也能使外墻瓷磚保持潔凈[10]。3 結(jié)語(yǔ)

研發(fā)具有抗菌和自凈化功能的自清潔材料對(duì)保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義,這類新型功能材料的使用面極廣,具有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。但是,目前自清潔材料的產(chǎn)業(yè)化受到了一些技術(shù)上的制約:其在可見光下的光催化效率太低, TiO2膜的大面積制備技術(shù)也不夠成熟,自清潔性能的持久性還有待提高等。今后的自清潔材料將會(huì)朝著光催化效率更高,自清潔性能更穩(wěn)定的方向發(fā)展。同時(shí),自清潔材料的應(yīng)用領(lǐng)域還可以不斷的拓寬,如空氣凈化、污水處理、光催化反應(yīng)器和太陽(yáng)能電池組件等。只有通過不斷的研究和探索,才能更大的發(fā)揮光催化自潔凈材料的作用,使它能滿足人們對(duì)較高生活質(zhì)量的追求。

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第五篇：碳納米材料論文讀書筆記（范文）

碳納米管限域催化研究讀書筆記

繼2008年在英國(guó)Chem Comm發(fā)表特寫論文（Feature Article）后，受美國(guó)化學(xué)會(huì)《化學(xué)研究報(bào)告》（Accounts of Chemical Research）邀請(qǐng)，中科院大連化學(xué)物理研究所潘秀蓮研究員和包信和院士等近日撰寫綜述文章，詳細(xì)報(bào)道在限域催化領(lǐng)域研究最新進(jìn)展，完整詮釋由該研究組發(fā)展起來(lái)的納米限域催化新概念（Acc.Chem.Res.DOI 10.1021/ar100160t）。

碳納米管可認(rèn)為是石墨烯片層按一定規(guī)則卷曲形成納米級(jí)管狀結(jié)構(gòu)的孔材料，是自上世紀(jì)90年代以來(lái)被廣泛研究的碳材料家族中的重要成員。由于構(gòu)成碳納米管管壁的石墨片層具有一定的曲率，致使大π鍵發(fā)生畸變，管內(nèi)外電子分布發(fā)生變化，管壁附近的電荷發(fā)生分離，從而形成了一種由管內(nèi)指向管外的表觀靜電場(chǎng)。

包信和院士帶領(lǐng)的研究小組，在大量系統(tǒng)、深入的實(shí)驗(yàn)和理論研究基礎(chǔ)上，發(fā)明了一系列在管徑小于10nm的多壁和單雙壁碳納米管內(nèi)高效組裝納米金屬和金屬氧化物催化劑的新技術(shù)，并從理論和實(shí)驗(yàn)上充分證實(shí)了管腔不僅可以從幾何上控制金屬顆粒尺度，獲得和穩(wěn)定高分散的納米催化劑粒子；而且納米碳管管壁的卷曲結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的管腔內(nèi)電子環(huán)境畸變，一方面改變了反應(yīng)分子和產(chǎn)物在管道內(nèi)的吸附和擴(kuò)散行為，更重要的是修飾了限域在管腔內(nèi)的催化劑納米粒子的電子特性以及相關(guān)的催化性能。

近年來(lái)，這些概念在該研究組和國(guó)內(nèi)外其他研究組包括合成氣催化轉(zhuǎn)化制液體燃料、乙醇合成、低碳烯烴合成、氨合成、氨分解、碳?xì)浠衔锏倪x擇加氫、燃料電池電催化以及選擇氧化反應(yīng)等一系列催化體系中得到了初步驗(yàn)證。該研究小組的部分結(jié)果相繼發(fā)表在Nature Materials，Journal of American Chemical Society 和Energy & Environmental Science 等相關(guān)刊物，并先后申報(bào)多件發(fā)明專利，初步形成了一個(gè)較為完整的概念體系，被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為 “一個(gè)非常重要的發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該具有普遍意義和廣泛應(yīng)用”，“這個(gè)概念為調(diào)變金屬催化劑的反應(yīng)性能提供了一條新途徑，而且這種作用可能推廣并應(yīng)用于更多的反應(yīng)體系中”。