文档介绍：纳米科学对流体技术未来走向的影响
刘长年
北京科海高技术集团公司,北京 102218
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摘要本文探讨了纳米科学对流体技术未来发展走向的影响。作者首先简介纳米科学的基本概念和流体技术的现状,指出两者之间的内涵关联性。然后从三个方面介绍了纳米技术对液压技术改造的可能性。提出走纳米技术与流体技术中间的边缘路线。认为纳米科学是改进流体技术最有效的一支生力军。
关键词纳米科学流体技术表面效应尺寸效应宏观量子遂道效应
中图分类号:TH 文献标识码:A
0 引言
“纳米”本是一种长度单位,由于它恰好位于微观和宏观之间,因此具有这种长度单位的物质比起具有宏观单位的同一物质产生了一些重大变化。正是这些新特点给有关领域带来了新的变化,给一些过去难以解释的现象找到了答案。
纳米材料的应用范围越来越广,目前多用于电子器件、磁性材料、光学材料、热材料、显示与记忆装置、机械材料和医用材料等等。
纳米技术对于流体技术也将有很大的影响。这是本文将要讨论的内容。从目前的发展趋势看,大体可分成下列几方面:
(1)关键液压部件纳米化。所谓纳米化,即是将过流的关键另件的表面镀上一层纳米材料,使其接触面达到纳米镜面,其间隙也要适当减小;
(2) 利用纳米磁性液体做旋转轴的动态密封。液压部件的密封一直是个大问题,特别是旋转轴的密封,例如油泵、液压马达等,如果采用纳米磁性油做间隙密封,则可大大减少泄漏、提高效率和寿命;
(3) 液压油的纳米化,做成这种液压油可以提高液压系统的效率,资料记载可提高7~10% 。
以上的改进都能大大提高液压系统的效率和增加元部件的寿命。由此推断纳米技术可望使流体技术发生巨大的变化。
1 纳米理论的几个关键点
众所周知宏观领域是指从人的肉眼可以看到的最小物体开始为下限,上至无限大的宇宙空间,即10-6m~∞;所谓微观领域则是以分子原子为最大起点,下限是无限
小的领域。在宏观与微观领域中间存在一个所谓的介观领域,它包括微米、亚微米、纳米和团簇(几个到几百个原子以上尺寸),即开集为10-6~10-12m,其中10-7~10-9m,即100~1nm 从介观领域独立出来,构成纳米体系。由于纳米颗粒太小,用肉眼和一般显微镜看不见,相当于红血球和细菌的几分之一,甚至小于一般病毒的大小。当小颗粒尺寸进入纳米量级(1~100nm)时,就产生了所谓量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应〔1,2〕,因而表现出许多特有的效应。例如,由纳米形成的导电物质不再遵守欧姆定律,在力学中的机械特性如弹性模量、弹性系数和摩摖等概念也有本质的变化。从而形成了纳米电子学、纳米机械学、纳米生物学和纳米材料学。利用纳米电子学可以造出极微小的电子原件,可以造出纳米机器人,其尺寸比人体红血球还小。碳纳米管具有与金刚石一样的力学性质,可将其弯成圆环,当去掉外力后还能恢复原样,而碳纳米管并不破裂。
所谓量子尺寸效应是指物资的颗粒尺寸对电子能态分布的影响。对于宏观尺寸的材料,其能态分布是准连续的,当材料尺寸进入(1~100nm)纳米范围时,电子能级的分布便转为离散。根据久保理论颗粒尺寸越小,其自由电子数越少,因而电子能级间的平均差值越大,这便是量子尺寸效应。
所谓小尺寸效应主要是指磁效应的变化,对于铁磁体存在一个