纳米技术在机械工程中的应用

摘 要：作为一项重大的科技突破,纳米枝术的研发已经应用到了社会的各个领域中之中,在机械工程中,应用纳米技术已经成为了核心,其外在的表现存在于各个方面.

关 键 词：纳米技术,纳米材料

前言

自从1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议上,正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支开始,纳米技术便一步一步进入人们的生活.纳米科技是研究由尺寸在0.1-100nm之间的物质组成的体系运动规律和相互作用,以及实际应用中的技术问题的科学技术.从材料的结构层次来说,它介于宏观物质和微观原子、分子的中间领域.纳米技术不是一门单一的新型学科或者技术,它广泛应用于各类学科中,其中在机械工程中的应用对于机械工程学科的技术变革起到了不可估量的作用.纳米技术运用到机械方面尤其是产生了微型机械技术已经成为21世纪研究的核心技术,很多国家在纳米技术上开始了越来越多的研究.

1.关于纳米技术

所谓的纳米技术就是指用单一的分子、原则制造物质的一种科学技术,纳米科学技术已经成为了将很多现代的先进科学技术作为了基础科学技术,并且成为了现代科学和现代技术进行组合的重要产物之一,现代科学主要包括分子生物学、介观物理、量子力学和混沌物理,现代技术主要包括核分析技术、扫描隧道显微镜技术,微电子技术以及计算机技术,纳米技术一定会引发起一系列的全新的科学技术,比如纳米机械学、纳米材科学以及纳电子学等等.

2.微型纳米轴承

在没有纳米技术之前,轴承的体积都很大,因此会有较大的摩擦力,一般都是依靠润滑油减少摩擦力,但减少并不意味着可以避免摩擦力.运用纳米技术开发的微型纳米轴承几乎没有摩擦力,美国科学家研制的这种微型轴承具有两个明显的特点,首先是非常小,该轴承的直径仅有一根头发的万分之一,而运用在机电系统中的其直径更是只有1nm.仅有微型机械的千分之一.其次,几乎没有摩擦力,这种纳米微型轴承的摩擦力比起以往研制的微型轴承,纳米微型轴承的摩擦力都不到其最小值的千分之一.

3.纳米材料运用

合肥大学研制成功了纳米新型陶瓷刀具,这标志着利用纳米材料制作新型金属陶瓷刀具的问世.这项研究史载金属弹词中加入了纳米氧化钛从而细化品粒.因为对于品粒的细化可以增加材料的硬度和甚至断裂任性.同时,这种纳米技术的应用也大大优化了其力学性能,纳米材料加入到传统的金属陶瓷中对其力学性能来说是个很大的提供,刀具的寿命也提高到2倍以上.

4.纳米耐磨复合涂层的应用

由于纳米材料的颗粒之间往往都存在着库仑力、范德华力,有些颗粒甚还与化学键结合,这也就导致了陶瓷的颗粒极其容易团聚,并且颗粒之间越小其进行的团聚就越紧,也就使其应有的性能很难得到充分的发挥,这个问题也就能够通过施加机械能和化学作用这两种力式来进行解决,但是,硬团聚的颗粒之间紧密结合,仅仅通过化学作用是远远不够的,必须要对其辅助很大的机械力,这些机械力主要包括剪切力和撞击力.

5.纳米技术马达

纳米技术马达的最新一代是由一家美国公司生产的,ManoMuscle公司生产这款纳米技术马达首先亮世于中国的深圳,从体积方面测量,新一款的纳米技术马达仅有传统电磁马达体积的二十分之一.其功率能够负载大约四千克的重量,使用寿命更是达到了100万次,性能如此良好,但其长度却不到一根火柴杆的长度.该马达通过采用纳米技术制造的智能材料,将传统的铜、铁、磁等材料替代,因此,新一代的马达相比于传统马达具有许多优点.重量更轻,几乎没有噪音,而制造成本也更低.目前这种微型马达在机械中的运用并不是很广泛,主要运用于汽车的电动车窗方面.

6.纳米磁性液体用于旋转轴的动态密封

通常静态的密封都是采用橡胶、塑料或金属等材料制成的“O”形环作为密封元件.旋转条件下的动态密封一直是未能解决的问题,无法在高速、高真空条件下进行动态密封.纳米技术的出现促进了磁性液体密封技术的产生.南京大学已试制成水基、烷基、二脂基、硅油等多种类型的磁性液体.在电子计算机的硬盘转处已普遍采用磁性液体的防尘密封,除此之外磁性液体还可于制造新型润滑剂,巧妙利用磁场原理改善润滑效果.纳米技术在机械工程中的应用举不胜举,通过以上这些新型技术的产生,我们不难看出纳米技术对于机械工程的发展有着深远影响.同时,相对于传统机械工程来说,也正是因为纳米技术有很多优势才能取得这样显著的成果.

6.1纳米磁性液体在旋转轴中应用的尺寸效应

在纳米技术领域,其显著成果之一就是在旋转轴中,对传统的尺寸单位进行了缩小,以前的计量单位级为毫米,而今则是纳米级,而1纳米仅相当于1毫米的百万分之一,如果运用在机械工程之中,那么机械的体积会因为纳米技术的应用而极大的降低,在此基础上就有了微型机械为代表的新型机械的诞生和生产.实际上,这种微型化并不仅仅是单纯意义上的尺度上发生了重大变化,而更多的是指可以成批进行制作生产微传感器、集合微结构、微驱动器、微电路等处置装置于一体的微型机电系统.

6.2纳米磁性液体在旋转轴中应用的摩擦性能

纳米技术最为显著的一个特征就是其摩擦性能,在机械工程中,特别是结构和尺寸比较大的机械,由于摩擦力的影响,各种轴承对会因摩擦出现损伤,对机械的磨损非常严重.而纳米材料,则几乎处在一种无摩擦的状态,非常好的克服了摩擦的问题.

6.3纳米磁性液体在旋转轴中应用的材料以及多元化

纳米技术的应用使原材料能够以一种更加微小的形态出现,而且性能强大.其首先不仅改良了传统的材料,同时通过采用纳米科技,更多更新的新材料也不断涌现.磁性液体密封技术证明了磁性液体能够能够被磁场控制的特性,另外在材料的应用过程中,通过向其添加一定的微量元素,还能够使材料获得更好的效果.

7.结语

纳米材料在机械工程中改变甚至颠覆了传统模式的运转,显示了其强大的科技含量,但是在其运用中,我们仍有很多方面亟待解决：如何准确表征纳米材料的各种精细结构,怎样从结构上分析、解释纳米材料的新特性,能否利用某种标准来预测微区尺寸减少到多大时,材料表现出特殊的性能等等.对于这些问题,我们仍需深入研究,以便纳米技术更好地怎么写作于机械工程领域.