纳米材料的特性及制备

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1、纳米材料的特性及制备主商要：1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下：一相任一维的尺寸达到100nm以下的材料为纳米材料［1】。因此，纳米材料是由尺度在1〜100nm的微小颗粒组成的体系，由于独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”，我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响，因此，纳米材料形貌和尺寸的控制合

2、成是非常重要的。本文将对纳米材料的特性及其制备进行简单介绍。关键词：纳米材料；材料特性：制备方法：应用前景近十几年来，随着高尖端技术的快速发展，关于高性能新型纳米材料的丌发促使人们对固体微粒的制备、结构、性质和应用前景进行了广泛深入的研究随着物质的超微化，纳米材料表面电子结构和晶体结构发生变化，产生Y宏观物体所不具冇的四大效应小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应，使得其具冇传统材料所不其备的一系列优异的力、磁、电、光学和化学等宏观特性，从而使其作为一种新型材料在宇航、电子、冶金、化工、生物和医学领域展现出广阔的应用前景，因而

3、使得纳米材料的研究成为当今世界材料科学、凝聚态物理、化学等领域屮的一个热门课题［2'一、纳米材料的特性纳米材料指的是颗粒尺寸为1〜lOOnm的粒子组成的新型材料。由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效应，它具有常规飢晶材料不具备的特殊性能。（一）小尺寸效应：当超细微粒的尺、r与光波波长、德介罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或史小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。例如:光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有

4、序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等［5］。（二）表面效应：纳米微粒尺寸小，表而能高，位于表而原子占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子数迅速增加。这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表而能，使这些表而原子具冇高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气屮会吸附并与气体进行反应。（三）量子尺寸效应：当粒子尺、r卜*降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象以及纳米半异体微粒存在不连续的

5、最高被心据分子轨道和最低轨道能级而使能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。量子尺、j•效应直接解释了纳米粒子特别的热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量以及超导态的凝聚能等一系列的与宏观特性冇着显著不同的特性［6］。（四）宏观量子隧道效应：微观粒子具冇贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来,人们发现了一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子和干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要意义。它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的吋间极限。量了•尺、』•效应、隧道效应将会是未來微电了•器件

6、的基础，或荞它确立了现存微电子器件进一步微化的极限。当微电子器件进一步细微化时，必须耍考虑上述的量子效应［7］。（五）纳米材料奇特的物理性能：1.奇特的光学特性：一是宽频带强吸收:纳米粒了对光的反射率很低，吸收率很强导致粒子变黑。二是蓝移现象：纳米微粒的吸收带普遍向短波方向移动。三是纳米微粒出现了常规材料不出现的新的发光现象。由于在纳米结构材料中有大的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。因此，与单晶材料相比，纳米结构其宥较高的扩散率。较高的扩散率对蠕变、超塑性等力学性能冇显著影响，同时可以在较低的温度对材料进行冇效的掺杂，可

7、以在较低温度使不混溶金属形成新的合金和。增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使纳米材料的烧结温度大大降低［8］。纳米微粒物性的一个最大特点是与颗粒尺寸有很强的依赖关系。由于纳米微粒的小尺、r使其具宥了一系列的奇特的物理性质，从而给纳米材料的应用打开了一个广阔的天地［9］。二、纳米材料的合成与制备方法物理制备方法1.机械法机械法冇机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能，通过球磨让物质使材料之间发生界面反应，使大晶粒变为小晶粒，得到纳米材料。范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。利用金属羰基粉高能球

8、磨法获得纳米级的Fe-18Cr-9W合金粉末。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉，尤其适用于制备脆性材料的超微粉。超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度，使和问传质和微观混合得到极大的加