5.4.1　纳米晶须复合材料的性能

纳米晶须作为金属基复合材料是一种具有高度取向性的短纤维状单晶体材料，有多种优良的物理性能，具有晶体结构缺陷小、长径比大、强度和模量都接近于完整晶体材料的理论值的特点；与此同时，它还具有熔点高、热稳定性好、硬度高、热膨胀系数较低等特性，并且是一种热和电的良导体。Andreas Lendlein Dr.（2002）通过选择性加热油酸铁络合物，成功地合成了尺寸约为2×20 nm的氧化铁纳米晶须，根据电子结构计算和热重分析，这些纳米结构是由油酸铁配合物的配位微环境的差异造成的，随后提出了配体导向的生长机制，使生长过程合理化，纳米晶须的形成形状控制的纳米结构提供了一个独特的例子，为纳米颗粒的合成提供了更多的见解；周江峰（2002）对氮化镓微米晶须及纳米线的制备进行研究，利用CVD方法大量制备超纯氮化镓微米晶须及纳米线的最新结果。利用镍、甸及其化合物等做催化剂，将金属镓放置在氨气中1000℃左右进行反应，结果在衬底上获得了大量的氮化镓微米晶须，及纳米线，许多晶须还通过自组装形成了非常奇特的梯子状的形貌。研究还发现，大部分氮化镓微米晶须的择优生长方向为［0001］方向（c轴方向）。X射线衍射谱揭示，反应产物为非常纯的氮化镓晶体，而低温光致发光谱分析则发现，氮化镓微米晶须在520 nm处有一个杂质发光峰。这一研究结果有助于了解氮化镓晶体的生长机理，并可望应用于微米、纳米蓝光发光二极管等器件；Hurang Hu（2010）综述了纳米复合材料力学性能表征的实验研究、微纳米力学理论和数值分析的最新进展，介绍了纳米材料的分类，讨论了纳米压痕试验和相应的有限元建模方法，并对纳米复合材料的刚度进行了分析建模。讨论的分析模型包括Voigt和Reuss界、Hashin和Shtrikman界、Halpin-Tsai模型、Cox模型以及各种Mori和Tanaka模型。这些微观力学模型预测了纳米复合材料的刚度，包括取向纤维和随机取向纤维。重点是数值模拟，包括分子动力学模拟和有限元模拟。讨论了有限元建模的三种不同方法，即多尺度代表体元建模、单元建模和面向对象建模，探讨了纳米复合材料力学性能提高的机理以及提高纳米复合材料刚度和断裂韧性的途径（图5.10）。

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图5.10　纳米晶须金属基复合材料