納米技術在機械工程中的應用

摘 要：隨著科學技術的不斷進步，納米材料逐漸出現，并廣泛應用到機械工程中，同時納米材料的應用徹底改變了傳統機械工程模式的運轉，為機械工程的發展起到了推動作用。

關鍵詞：納米技術；機械工程；微型

目前納米材料科學已經一步步進入到人們的日常生活中，作為材料學的一個分支，納米材料是研究尺寸在0.1nm至100nm之間的物質的組成體系和運動規律，以及技術在人們現實生活中的應用的相關問題進行的探討。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應該是原子和分子領域。納米材料的出現對于各個行業領域都有影響，尤其是機械工程領域影響最大，改變了傳統機械工程模式，逐漸出現了微型機械技術，利用特殊的納米材料實現人們的機械需求，這也是目前各國都在大力研究的課題。

1.微型納米軸承

軸承是機械工程中必不可少的配件，傳統機械中的軸承體積都較大，軸承在運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，直徑只有一根頭發的萬分之一，在機械設備上安裝的納米軸承直徑有的只有1nm。跟以往的機械軸承相比較，納米軸承的體積占據了很大優勢，而且納米材料制作的軸承在摩擦力方面也只是傳統機械軸承摩擦力最小值的千分之一而已。

2.納米技術馬達

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

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實現的，將納米技術運用到刀具設計上，采用納米材料對刀具的力學性能進行優化，同時納米材料刀具的使用壽命也比傳統刀具提高了2倍，納米材料刀具的出現在很大程度標志著刀具歷史上的新里程。

4.納米耐磨符合圖層的運用

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鍵結合的情況，所以讓陶瓷顆粒團聚的機率增大，在顆粒越小的情況下，團聚就會更緊實，通常在這種狀況下，納米材料所具備的優點將會被限制，只有部分發揮作用。一般會處理方法有兩種，分別是機械能施壓和化學作用，但是由于硬團聚中的顆粒結合緊實度較高，所以單單采用化學作用無法徹底改變，還要與機械力結合起來，比如剪切力、撞擊力等。利用這些進一步將材料的結合力打破。

5.納米磁性液體在旋轉軸中的應用

眾所周知，在對靜態容器空間進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，但是在動態空間中，要想進行密封難度就大大增加，尤其是在旋轉狀態下，動態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行動態密封，而納米磁性液體的誕生則帶來了一種新的解決方式。我國南京大學近些年對納米技術進行了研究，成功發明了多種磁性液體，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軸的密封起到促進作用，同時磁性液體在計算機硬盤方面和潤滑劑制造方面都有所應用，并且起到了十分重要的作用。

5.1納米磁性液體在旋轉軸中應用的尺寸效應

在納米技術的范疇中，旋轉軸是最為突出的成果，將傳統的尺寸單位減小，從毫米計量單位級轉化為了納米，1毫米的百萬分之一就是1納米，若在機械工程中運作，納米技術的應用會對機械體積也造成最大化的縮小，在這種條件下誕生了微型機械這種新型機械是生產的象征。其實在實際運用中，微型化一方面是在尺度上變得更細微，另一方面是代表能夠大量制造微傳感器、集合微結構、微驅動器、微電路等屬于一體的微型機電系裝置。納米技術成果是該系統中運用最廣泛的，所以，在某種程度上而言，已經從傳統機械的理念和范圍中轉變了。現代科學技術為微型機械的發展奠定了基礎，是納米科技中的核心，是運用新興技術路線與思維方式的典范，是跨時代意義的產品。

5.2納米磁性液體在旋轉軸中應用的材料以及多元化

納米技術在旋轉軸方面的應用主要是通過改變原材料的基礎性能，讓原材料通過特殊形式進行分解，增強其性能。隨著納米技術的出現，更多新型材料開始出現，磁性液體在旋轉軸密封方面不僅增強了其密封性，也改變了其對磁場的控制特性，同時技術人員通過將納米材料與微量元素相結合，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軸中應用的摩擦性能

傳統機械制造中，尤其是大型機械在連接處都是由軸承連接的，長時間運轉較大摩擦力容易對軸承造成磨損，這樣就會機械設備的使用壽命減短，然而納米技術的出現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，可以大大提高設備的使用壽命。

6.小結

隨著傳統機械模式的局限性逐漸增多，人們開始致力于對納米技術的研究，如今納米技術已經應用到我們日常生活中的很多領域，尤其是將納米技術應用到機械工程方面，取代了傳統機械制造材料，本文中主要對納米技術在機械工程中的幾種應用進行闡述，也表明了納米技術對于機械工程發展的重要影響。

參考文獻：

[1]樊東黎.納米技術和納米材料的發展和應用[J].金屬熱處理，2011（02）.

[2]閆超.納米技術在機械工程中的應用淺談[J].價值工程，2010（29）.

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