納米金屬材料是形成納米晶粒的金屬與合金。具有晶界比例,比表面能,表面原子比例大等特點(diǎn)。粒徑由100nm降至5nm,顆粒表面能與總能量之比由0.8%增至14%,晶界比例由3%增至50%,表面原子的比例增至40%,2nm時(shí)增至80%。具有特異性能:納米可提高燃燒效率;含1.8%C的鋼,納米晶斷裂強(qiáng)度可達(dá)4800MPa。
納米固體中的原子排列既不同于長(zhǎng)程有序的晶體,也不同于長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的“氣體狀”固體結(jié)構(gòu),是一種介于固體與分子間的亞穩(wěn)中間態(tài)物質(zhì)。因此,一些研究人員把納米材料稱之為晶態(tài)、非晶態(tài)之外的“第三態(tài)晶體材料”。正是由于納米材料這種特殊的結(jié)構(gòu),使納米材料科學(xué)與技術(shù)之產(chǎn)生四大效應(yīng),即小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)(含宏觀量子隧道效應(yīng))、表面效應(yīng)和界面效應(yīng),從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的物理、化學(xué)性能,表現(xiàn)出獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、催化、化學(xué)特性和超導(dǎo)性能等特性,使納米材料在國(guó)防、電子、化工、冶金、輕工、航空、陶瓷、核技術(shù)、催化劑、醫(yī)藥等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為小尺寸效應(yīng)。對(duì)納米顆粒而言,尺寸變小同時(shí)其比表面積顯著增加,從而產(chǎn)生一系列新奇的性質(zhì)。例如米顆粒對(duì)光吸收顯著增加,與大尺寸固態(tài)物質(zhì)相比納米顆粒的熔點(diǎn)會(huì)顯著下降,例如,2nm的金屬顆粒熔點(diǎn)為600K,隨著粒徑增加,熔點(diǎn)迅速上升,塊狀金屬為1337K。還有,小尺寸的納米顆粒磁性與大塊材料有明顯的區(qū)別。一般固體的熱運(yùn)動(dòng)于晶格振動(dòng),固體本身并不運(yùn)動(dòng)。而對(duì)于納米金屬粒子,除了晶格振動(dòng)以外,顆粒整體也振動(dòng),結(jié)果使納米金屬粒子比導(dǎo)體中的電子自由程小,其磁疇比強(qiáng)磁性物質(zhì)的磁疇小,有時(shí)甚至小于磁疇,從而呈單磁疇結(jié)構(gòu)。

有色金屬[Metallurgy]non-ferrous metal,狹義的有色金屬又稱非鐵金屬,是鐵、錳、鉻以外的所有金屬的統(tǒng)稱。廣義的有色金屬還包括有色合金。
有色合金是以一種有色金屬為基體(通常大于50%),加入一種或幾種其他元素而構(gòu)成的合金。有色金屬通常指除去鐵(有時(shí)也除去錳和鉻)和鐵基合金以外的所有金屬。有色金屬可分為重金屬(如銅、鉛、鋅)、輕金屬(如鋁、鎂)、貴金屬(如金、銀、鉑)及稀有金屬(如鎢、鉬、鍺、鋰、鑭、鈾)。
有色合金的強(qiáng)度和硬度一般比純金屬高,電阻比純金屬大、電阻溫度系數(shù)小,具有良好的綜合機(jī)械性能。常用的有色合金有鋁合金、銅合金、鎂合金、鎳合金、錫合金、鉭合金、鈦合金、鋅合金、鉬合金、鋯合金等。
由于稀有金屬在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要意義,有時(shí)也將它們從有色金屬中劃分出來(lái),單獨(dú)成為一類。而與黑色金屬、有色金屬并列,成為金屬的三大類別。
有色金屬是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料,航空、航天、汽車、機(jī)械制造、電力、通訊、建筑、家電等絕大部分行業(yè)都以有色金屬材料為生產(chǎn)基礎(chǔ)。隨著現(xiàn)代化工、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn),有色金屬在人類發(fā)展中的地位愈來(lái)愈重要。它不僅是世界上重要的戰(zhàn)略物資,重要的生產(chǎn)資料,而且也是人類生活中不可缺少的消費(fèi)資料的重要材料。

稀有金屬是在地殼中含量較少,分布稀散或難以從原料中提取的金屬。如鋰、鈹、鈦、釩、鍺、鈮、鉬、銫、鑭、鎢、鐳等。按其物理、化學(xué)性質(zhì)及生產(chǎn)方法上的不同可分為:(1)稀有輕金屬,如鈹、鋰、銣、銫等;(2)稀有貴金屬,如鉑、銥、鋨等;(3)稀有分散金屬,如鎵、鍺等;(4)稀土金屬,如、鈧釔、鑭、鈰、釹等,(5)難熔稀有金屬,如鈦、鋯、鉭等; (6)放射性稀有金屬,如釙、鐳、錒、鈾、钚等。
稀有金屬主要用于制造特種鋼、超硬質(zhì)合金和耐高溫合金,在電氣工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、陶瓷工業(yè)、原子能工業(yè)及火箭技術(shù)等方面。
稀有金屬的名稱具有一定的相對(duì)性,隨著人們對(duì)稀有金屬的廣泛研究,新產(chǎn)源及新提煉方法的發(fā)現(xiàn)以及它們應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,稀有金屬和其它金屬的界限將逐漸消失,如有的稀有金屬在地殼中的含量比銅、汞、鎘等金屬還要多。
有的稀有金屬在物理-化學(xué)性質(zhì)上近似而不容易分離成單一金屬。過(guò)去制取和使用得很少,因此得名為稀有金屬。19世紀(jì)即有稀有元素(rare elements)一詞,20世紀(jì)20年代在此基礎(chǔ)上定名為稀有金屬。稀有金屬開(kāi)發(fā)較晚,所以有時(shí)還稱為新金屬(new metals)。第二次世界大戰(zhàn)以來(lái),由于新技術(shù)的發(fā)展,需求量的增大,稀有金屬研究和應(yīng)用迅速發(fā)展,冶金新工藝不斷出現(xiàn),這些金屬的生產(chǎn)量也逐漸增多。稀有金屬已經(jīng)不稀。稀有金屬所包括的金屬也在變化,如鈦在現(xiàn)代技術(shù)中應(yīng)用日益廣泛,產(chǎn)量增多,所以有時(shí)也被列入輕金屬。

重金屬原義是指密度大于4.5g/cm3的金屬,包括金、銀、銅、鐵、汞、鉛、鎘等,重金屬在人體中累積達(dá)到一定程度,會(huì)造成慢性中毒。但就環(huán)境污染方面所說(shuō)的重金屬主要是指汞()、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重元素。重金屬非常難以被生物降解,相反卻能在食物鏈的生物放大作用下,成千百倍地富集,后進(jìn)入人體。重金屬在人體內(nèi)能和蛋白質(zhì)及酶等發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用,使它們失去活性,也可能在人體的某些器官中累積,造成慢性中毒。而其中重金屬對(duì)人體的傷害常見(jiàn)的有:
汞:食入后直接沉入肝臟,對(duì)大腦視力神經(jīng)破壞極大。天然水每升水中含0.1毫升,就會(huì)強(qiáng)烈中毒。含有微量的汞飲用水,長(zhǎng)期食用會(huì)引起蓄積性中毒。
鉻:會(huì)造成四肢麻木,精神異常。
鎘:導(dǎo)致,引起心腦血管疾??;破壞骨鈣,引起腎功能失調(diào)。
鉛:是重金屬污染中毒性較大的一種,一旦進(jìn)入人體很難排除。直接傷害人的腦細(xì)胞,特別是胎兒的神經(jīng)板,可造成先天大腦溝回淺,智力低下;對(duì)老年人造成癡呆、腦死亡等。
鈷:對(duì)皮膚有放射性損傷。
釩:傷人的心、肺,導(dǎo)致膽固醇代謝異常。
銻:與砷能使銀手飾變成磚紅色,對(duì)皮膚有強(qiáng)損傷。
:會(huì)使人得多發(fā)性神經(jīng)炎。
錳:超量時(shí)會(huì)使人甲狀腺機(jī)能亢進(jìn)。
錫:與鉛是古代劇毒藥‘鴆’中的重要成分,入腹后凝固成塊,使人致死。
鋅:過(guò)量時(shí)會(huì)得鋅中毒。
這些重金屬中任何一種都能引起人的、頭暈、、健忘、神經(jīng)錯(cuò)亂、關(guān)節(jié)疼痛、結(jié)石、(如肝、胃、腸、膀胱、乳腺、前列腺及烏腳病和畸形兒)等;建議平常注意飲食,不然一旦在體內(nèi)沉淀會(huì)給身體帶來(lái)很多危害。
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