文档介绍：纳米粉体在焊接材料中的应用
李兴志1,2
(1、内蒙古工业大学材料科学与工程学院, 呼和浩特 010062
2、胜利石油管理局总机械厂经营计划科,山东东营,257067)
摘要: 本文综述了纳米材料的表面效应、体积效应、Kubo 效应,进而引申出纳米粉体在焊接材
料中的应用。
关键词:纳米粉体,焊接材料
材料、能源、信息是当今世界发展的三大支柱,而材料又是能源和信息技术发展的基础。材
料的创新,以及在此基础上发展起来的新材料制备技术及应用技术是未来世界各国经济发展、国
力增强最有影响力的战略研究领域。纳米材料和纳米结构是当今材料研究领域最富有活力、对经
济发展最具影响力的研究领域。世界各国都十分重视对纳米技术及纳米材料的研究,美、英、
日、德等国竞相大力开展系统研究,并列入各自的高科技发展计划。如美国的“星球大战计划”,
西欧的“尤里卡计划”,以及日本的“高技术探索研究”,我国在“八五”期间,也将纳米技术
和纳米材料列入国家重大基础研究计划和应用研究项目中[1]。
纳米科学与技术是研究纳米尺度(~100nm) 物质组成体系运动规律,相互作用以及实际
应用技术的一门科学技术。通过对纳米尺度的物质反应、传输和转变的控制来创造新材料、开发
器件,并充分利用它们的特殊性能,探索在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律。纳米科学
技术主要包括纳米材料学,纳米化学,纳米体系物理学,纳米生物学,纳米机械学,纳米电子学,
纳米力学等[2]。
纳米材料的表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后
所引起的性质上的变化,由于表面原子的晶场和结合能与内部原子不同,导致其表面积、表面能
及表面结合能都迅速增大,决定了纳米材料具有很高的化学活性。
体积效应是指当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条
件将被破坏,磁性、内压、光吸收性、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很
大的变化。纳米粒子的体积效应主要表现为熔点降低(由于表面原子存在振幅增大,频率减少,
当振幅达到晶格常数的时,结晶便开始熔化,使纳米晶粒的熔点远低于块状本体)和活性表面(表
面原子周围缺少相邻的原子,有许多的悬空键,具有不饱和性)的出现,此外,纳米粒子还有量
子尺寸和宏观量子隧道效应等。这一系列效应导致了纳米粒子在光学性质、催化性质、化学反应
性、磁性、熔点、蒸气压、相变温度、烧结、超导及塑性形变等许多方面都显示出特殊的性能。
Kubo效应是指当粒子尺寸下降到最低值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级

的现象。Kubo 早就提出著名的公式:
D=4Ef/3N
其中D为能级间距, Ef为费米能级,N为总电子数,对宏观物体包含无限个原子(即N→∞) ,由公
式式可得D→0,即对大粒子或宏观物体能级间距几乎为零;而对纳米微粒, 所包含的原子数有限,
N 值很小,这就导致D有一定的值,即能级间距发生分裂。当能级间距大于热能、磁能、静磁能、
静电能、光子能量或超导态的凝聚能时,必须要考虑Kubo 效应, 这就导致纳米微粒磁、光、声、
热、电以及超导电性与宏观特性有显著的不同。
近几年材料工作者将纳米技术和纳米材料应用于焊接领域,包括