3.可行性分析 3.1纳米材料的特性 3.1.1表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所 引起的性质上的变化。 3.1.2小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、 透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、 光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。 3.1.3量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分 立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚 能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能 变化。 3.1.4宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧 道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观 量子隧道效应。 3.2用纳米材料制备活塞表面的可行性分析 3.2.1现有的研究结果 有研究人员在某125cc摩托车发动机铝合金活塞（以下简称普通活塞）中加 入多种纳米级、具有热收缩性、能重组铝合金结构、提高铝合金硬度和强度、降 低磨损、杜绝咬合的贵金属元素，经过特殊的热处理，使普通铝合金活塞的金相 组织结构发生转变（如图1所示），制成具有纳米材料独特性能的铝合金复合陶瓷 活塞。在与普通活塞进行的耐久性和普通性能的对比实验中，这种纳米活塞表现 出了极为优良的特点，并得出以下结论：基于纳米技术的发动机性能实验研究表 明，与配装普通活塞发动机相比，配装纳米活塞发动机呈现出新的性能特点：不 仅可以实现发动机在“微配缸间隙”和更恶劣润滑条件下的正常运转，而且可以 使发动机及其摩托车动力、经济性和排放等常规性能耐磨性能和抗拉缸极限性能 得到一定程度的提升。 3.2.2纳米粉末在发动机活塞上的应用 正如科学家将纳米级陶瓷粉末加入到传统陶瓷中制成具有或高强度或高硬 度或耐高温的纳米陶瓷材料一样，我们一样可以制备纳米级金属粉末及非金属粉 末加入到发动机活塞表面，用以减少磨损，改善发动机性能。 在发动机活塞和汽缸摩擦过程中，金属表面由于产生塑性变形，发生冷作硬 化，提高了表面显微硬度，表面抗磨能力是否因此提高，就取决于表面强化层与 基体金属材料的联结强度。若表面强化层与基体材料牢固地联结在一起，这样表 面层抵抗破坏能力就提高。因而我们可以在发动机表面加入一些耐高温纳米氧化 铝作为表面强化层和基体材料的粘结剂，同时选择其他高硬度材料比如纳米级二 氧化硅粉末提高表面耐磨性，再加入铝等金属粉末提高韧性。通过实验对比最终 可以实现最好的成分配比。3.可行性分析 3.1 纳米材料的特性 3.1.1 表面与界面效应 这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所 引起的性质上的变化。 3.1.2 小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、 透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、 光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。 3.1.3 量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分 立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚 能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能 变化。 3.1.4 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也有隧 道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观 量子隧道效应。 3.2 用纳米材料制备活塞表面的可行性分析 3.2.1 现有的研究结果 有研究人员在某 125cc 摩托车发动机铝合金活塞(以下简称普通活塞)中加 入多种纳米级、具有热收缩性、能重组铝合金结构、提高铝合金硬度和强度、降 低磨损、杜绝咬合的贵金属元素，经过特殊的热处理，使普通铝合金活塞的金相 组织结构发生转变(如图 1 所示)，制成具有纳米材料独特性能的铝合金复合陶瓷 活塞。在与普通活塞进行的耐久性和普通性能的对比实验中，这种纳米活塞表现 出了极为优良的特点，并得出以下结论：基于纳米技术的发动机性能实验研究表 明，与配装普通活塞发动机相比，配装纳米活塞发动机呈现出新的性能特点:不 仅可以实现发动机在“微配缸间隙”和更恶劣润滑条件下的正常运转，而且可以 使发动机及其摩托车动力、经济性和排放等常规性能耐磨性能和抗拉缸极限性能 得到一定程度的提升。 3.2.2 纳米粉末在发动机活塞上的应用 正如科学家将纳米级陶瓷粉末加入到传统陶瓷中制成具有或高强度或高硬 度或耐高温的纳米陶瓷材料一样，我们一样可以制备纳米级金属粉末及非金属粉 末加入到发动机活塞表面，用以减少磨损，改善发动机性能。 在发动机活塞和汽缸摩擦过程中，金属表面由于产生塑性变形，发生冷作硬 化，提高了表面显微硬度，表面抗磨能力是否因此提高，就取决于表面强化层与 基体金属材料的联结强度。若表面强化层与基体材料牢固地联结在一起，这样表 面层抵抗破坏能力就提高。因而我们可以在发动机表面加入一些耐高温纳米氧化 铝作为表面强化层和基体材料的粘结剂，同时选择其他高硬度材料比如纳米级二 氧化硅粉末提高表面耐磨性，再加入铝等金属粉末提高韧性。通过实验对比最终 可以实现最好的成分配比