稳态-体系自由能最低平衡状态亚稳态-如果体系能量.ppt

稳 态：体系自由能最低的平衡状态。 亚稳态：如果体系能量高于平衡态时的自由能，则是一种非平 衡状态。 同一化学成分的材料，其亚稳态时的性能不同于平衡态时的性能，而且亚稳态可因形成条件的不同而呈多种形式，它们所表现的性能迥异，在很多情况下，亚稳态材料的某些性能会优于其处于平衡态时的性能，甚至出现特殊的性能。因此，对材料亚稳态的研究不仅有理论上的意义，更具有重要的实用价值。;;纳米晶材料的结构;1.纳 米 材 料 的 发 现; 格莱特上面的设想只是材料的一般规律，他的想法一步一步地深入，如果组成材料的晶体晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？或许会发生“翻天覆地”的变化吧！ ??? 格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验，经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末，包括各种金属、无机化合物和有机化合物的超细粉末。 ??? 格莱特在研究这些超细粉末时发现了一个十分有趣的现象。; 众所周知，金属具有各种不同的颜色，如金子是金黄色的，银子是银白色的，铁是灰黑色的。至于金属以外的材料，例如无机化合物和有机化合物，它们也可以带着不同的色彩，瓷器上面的釉历来都是多彩的，由各种有机化合物组成的染料更是鲜艳无比。 可是，一旦所有这些材料都被制成超细粉末时，它们的颜色便一律都是黑色的，瓷器上的釉、染料以及各种金属统统变成了一种颜色——黑色。正像格莱特想像的那样，“小不点”与“大个子”相比，性能上发生了“翻天覆地的变化。 ???; 为什么无论什么材料，一旦制成纳米“小不点”，就都成了黑色的呢？原来，当材料的颗粒尺寸变到小于光波的波长（1×10-7 m左右）时，它对光的反射能力变得非常低，大约低到小于1％，既然超细粉末对光的反射能力很小，我们见到的纳米材料便都是黑色的了。 “小不点”性质上的变化确实是令人难以置信的。著名的美国阿贡国家实验室制备出了一种纳米金属，居然使金属从导电体变成了绝缘体；用纳米大小的陶瓷粉末烧结成的陶瓷制品再也不会一摔就破了。 ??? 格莱特的发现已经和正在改变科学技术中的一些传统概念。因此，纳米材料将是21世纪备受瞩目的一种高新技术产品。 ;2. 纳米晶材料的性能;3 . 纳米晶材料的形成;新纳米结构; 由于这种独特的锥状结构，它可能会在扫描探针显微学、场电子发射器件、纳米加工以及生物化学等领域有广泛的应用前景。与相同长度的碳纳米管相比，管状石墨锥具有极其优越的径向机械强度和稳定性， 可以做为理想的扫描探针的针尖、纳米机械压头和场发射材料。锥内的小孔径通心管（几个到几十个纳米）又可以做为储存和输运液态物质的纳米通道。特别重要的是，石墨锥的底部尺寸达到了微米量级，它可以用今天的微加工技术直接操作，是制作单个纳米器件非常理想的材料。;;2.被撞汽车自我愈合 ; 经过研究，怀特发明了这种“自我愈合”例举材料—其内部含有数百万充满液体的微型胶囊，一旦车身出现裂纹，只有0．1毫米厚的胶裂壁就会破裂，并释放出液态的“修复剂”二环戊二烯，在毛细管作用下，会把液态“修复剂”输送到裂缝处，涌入裂缝的“修复剂”在几分钟之内就会凝固，在裂纹还很细小的时候就将它们“填平”，从而显著延长汽车的使用寿命。 ;自然界中的纳米高手 ;1.洁身自好的莲花 一提到莲花，人们就会很自然地联想到荷叶上滚动的露珠，即所谓的莲花效应。那么，什么原因导致了这种莲花效应呢？莲花效应又能给莲花本身带来什么好处？ 现代电子显微镜技术给可以帮助我们给出正确的答案。通过电子显微镜，可以观察到莲叶表面覆盖着无数尺寸约10个微米突包，而每个突包的表面又布满了直径仅为几百纳米的更细的绒毛。这是自然界中生物长期进化的结果，正是这种特殊的纳米结构，使得荷叶表面不沾水滴。 借助莲花效应，莲花可保持叶子清洁。当荷叶上有水珠时，风吹动水珠在叶面上滚动，水珠可以粘起叶面上的灰尘，并从上面高速滑落，从而使得莲叶能够更好地进行光合作用。;;2.飞檐走壁的壁虎 壁虎可以在任何墙面上爬行，反贴在天花板上，甚至用一只脚在天花板上倒挂。它依靠的就是纳米技术。 壁虎脚上覆盖着十分纤细的茸毛，可以使壁虎以几纳米的距离大面积地贴近墙面。尽管这些绒毛很纤弱，但足以使所谓的范德华键发挥作用，为壁虎提供数百万个的附着点，从而支撑其体重。这种附着力可通过“剥落”轻易打破，就像撕开胶带一样，因此壁虎能够穿过天花板。;;利用“罗盘”定位的蜜蜂 ;;五彩斑斓的蝴蝶;;会吐丝的???蛛;