納米技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米材料逐漸出現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用到機(jī)械工程中，同時納米材料的應(yīng)用徹底改變了傳統(tǒng)機(jī)械工程模式的運(yùn)轉(zhuǎn)，為機(jī)械工程的發(fā)展起到了推動作用。

關(guān)鍵詞：納米技術(shù)；機(jī)械工程；微型

目前納米材料科學(xué)已經(jīng)一步步進(jìn)入到人們的日常生活中，作為材料學(xué)的一個分支，納米材料是研究尺寸在0.1nm至100nm之間的物質(zhì)的組成體系和運(yùn)動規(guī)律，以及技術(shù)在人們現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用的相關(guān)問題進(jìn)行的探討。如果將材料劃分為不同的層次，那么納米材料所研究的范疇?wèi)?yīng)該是原子和分子領(lǐng)域。納米材料的出現(xiàn)對于各個行業(yè)領(lǐng)域都有影響，尤其是機(jī)械工程領(lǐng)域影響最大，改變了傳統(tǒng)機(jī)械工程模式，逐漸出現(xiàn)了微型機(jī)械技術(shù)，利用特殊的納米材料實(shí)現(xiàn)人們的機(jī)械需求，這也是目前各國都在大力研究的課題。

1.微型納米軸承

軸承是機(jī)械工程中必不可少的配件，傳統(tǒng)機(jī)械中的軸承體積都較大，軸承在運(yùn)行過程中主要是靠潤滑油來減少摩擦力，而且軸承的使用壽命也較短。在納米材料出現(xiàn)后，人們開始制作微型納米軸承，這種微型納米軸承最大的好處就是幾乎沒有摩擦力，而且自身體積較小，直徑只有一根頭發(fā)的萬分之一，在機(jī)械設(shè)備上安裝的納米軸承直徑有的只有1nm。跟以往的機(jī)械軸承相比較，納米軸承的體積占據(jù)了很大優(yōu)勢，而且納米材料制作的軸承在摩擦力方面也只是傳統(tǒng)機(jī)械軸承摩擦力最小值的千分之一而已。

2.納米技術(shù)馬達(dá)

在中國深圳展銷會上亮相了一款由納米材料制作的馬達(dá)，這是由美國Mano Muscle公司生產(chǎn)的納米技術(shù)馬達(dá)，這款納米技術(shù)馬達(dá)無論在體積和性能上都比傳統(tǒng)馬達(dá)更為優(yōu)越。納米技術(shù)馬達(dá)只有傳統(tǒng)電磁馬達(dá)體積的二十分之一，能夠承載大概四千克的重量，而且納米技術(shù)馬達(dá)的使用壽命也延長到了100萬次，但是納米技術(shù)馬達(dá)的總長度卻只有一根火柴桿的長度，同時納米技術(shù)馬達(dá)改變了傳統(tǒng)電磁馬達(dá)在材料上的限制，將銅、鐵、磁等材料用納米材料進(jìn)行代替，納米技術(shù)馬達(dá)在使用噪音上幾乎為零，體積小，重量較輕，在制造費(fèi)用上也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電磁馬達(dá)，目前市場上對于納米技術(shù)馬達(dá)應(yīng)用還不是很廣泛，主要是針對一些電動玩具和汽車的車窗進(jìn)行應(yīng)用。

3.納米材料刀具

納米材料刀具的研制成功主要是由安徽合肥大學(xué)實(shí)現(xiàn)的，將納米技術(shù)運(yùn)用到刀具設(shè)計(jì)上，采用納米材料對刀具的力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化，同時納米材料刀具的使用壽命也比傳統(tǒng)刀具提高了2倍，納米材料刀具的出現(xiàn)在很大程度標(biāo)志著刀具歷史上的新里程。

4.納米耐磨符合圖層的運(yùn)用

納米材料是以多分子的形式存在，在納米材料顆粒中還具備了范德華力、庫侖力等，并且部分顆粒中存在與化學(xué)鍵結(jié)合的情況，所以讓陶瓷顆粒團(tuán)聚的機(jī)率增大，在顆粒越小的情況下，團(tuán)聚就會更緊實(shí)，通常在這種狀況下，納米材料所具備的優(yōu)點(diǎn)將會被限制，只有部分發(fā)揮作用。一般會處理方法有兩種，分別是機(jī)械能施壓和化學(xué)作用，但是由于硬團(tuán)聚中的顆粒結(jié)合緊實(shí)度較高，所以單單采用化學(xué)作用無法徹底改變，還要與機(jī)械力結(jié)合起來，比如剪切力、撞擊力等。利用這些進(jìn)一步將材料的結(jié)合力打破。

5.納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)用

眾所周知，在對靜態(tài)容器空間進(jìn)行密封時方法是很多，也都較為容易，通常就是用塑料、橡膠和金屬等對容器口做密封，但是在動態(tài)空間中，要想進(jìn)行密封難度就大大增加，尤其是在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，動態(tài)空間的密封一直沒有較好的解決辦法。在高速、高真空條件下一般不能進(jìn)行動態(tài)密封，而納米磁性液體的誕生則帶來了一種新的解決方式。我國南京大學(xué)近些年對納米技術(shù)進(jìn)行了研究，成功發(fā)明了多種磁性液體，比如硅油、水基、烷基、二脂基等，這些納米磁性液體可以對旋轉(zhuǎn)軸的密封起到促進(jìn)作用，同時磁性液體在計(jì)算機(jī)硬盤方面和潤滑劑制造方面都有所應(yīng)用，并且起到了十分重要的作用。

5.1納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用的尺寸效應(yīng)

在納米技術(shù)的范疇中，旋轉(zhuǎn)軸是最為突出的成果，將傳統(tǒng)的尺寸單位減小，從毫米計(jì)量單位級轉(zhuǎn)化為了納米，1毫米的百萬分之一就是1納米，若在機(jī)械工程中運(yùn)作，納米技術(shù)的應(yīng)用會對機(jī)械體積也造成最大化的縮小，在這種條件下誕生了微型機(jī)械這種新型機(jī)械是生產(chǎn)的象征。其實(shí)在實(shí)際運(yùn)用中，微型化一方面是在尺度上變得更細(xì)微，另一方面是代表能夠大量制造微傳感器、集合微結(jié)構(gòu)、微驅(qū)動器、微電路等屬于一體的微型機(jī)電系裝置。納米技術(shù)成果是該系統(tǒng)中運(yùn)用最廣泛的，所以，在某種程度上而言，已經(jīng)從傳統(tǒng)機(jī)械的理念和范圍中轉(zhuǎn)變了。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為微型機(jī)械的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，是納米科技中的核心，是運(yùn)用新興技術(shù)路線與思維方式的典范，是跨時代意義的產(chǎn)品。

5.2納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用的材料以及多元化

納米技術(shù)在旋轉(zhuǎn)軸方面的應(yīng)用主要是通過改變原材料的基礎(chǔ)性能，讓原材料通過特殊形式進(jìn)行分解，增強(qiáng)其性能。隨著納米技術(shù)的出現(xiàn)，更多新型材料開始出現(xiàn)，磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸密封方面不僅增強(qiáng)了其密封性，也改變了其對磁場的控制特性，同時技術(shù)人員通過將納米材料與微量元素相結(jié)合，研制出許多性能更好的多元化材料。

5.3納米磁性液體在旋轉(zhuǎn)軸中應(yīng)用的摩擦性能

傳統(tǒng)機(jī)械制造中，尤其是大型機(jī)械在連接處都是由軸承連接的，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)較大摩擦力容易對軸承造成磨損，這樣就會機(jī)械設(shè)備的使用壽命減短，然而納米技術(shù)的出現(xiàn)在很大程度上解決了這一問題，納米軸承基本上不存在摩擦問題，可以大大提高設(shè)備的使用壽命。

6.小結(jié)

隨著傳統(tǒng)機(jī)械模式的局限性逐漸增多，人們開始致力于對納米技術(shù)的研究，如今納米技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到我們?nèi)粘Ｉ钪械暮芏囝I(lǐng)域，尤其是將納米技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械工程方面，取代了傳統(tǒng)機(jī)械制造材料，本文中主要對納米技術(shù)在機(jī)械工程中的幾種應(yīng)用進(jìn)行闡述，也表明了納米技術(shù)對于機(jī)械工程發(fā)展的重要影響。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：陳波，（1980.4.22-），男，漢族，籍貫：重慶市石柱縣，研究方向：機(jī)械工程。