纳米材料的种类和性质

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1、纳米材料的种类和性质摘要：本文简述了纳米材料的基本概念、种类和性质。关键词：纳米材料；概念；性质；种类正文：1纳米材料概念：从尺寸大小来说，通常产生物理化学性质显著变化的细小微粒的尺寸在0.1微米以下（注1米=100厘米，1厘米=10000微米，1微米=1000纳米，1纳米=10埃）,即100纳米以下。因此，颗粒尺寸在1〜100纳米的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。纳米级结构材料简称为纳米材料（nanometermaterial）,是指其结构单元的尺寸介于1纳米〜100纳米范围Z间。由于它的尺寸已

2、经接近电了的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并.「L,其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特姝效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子（nanoparticle）组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1〜100nm间的粒了，是处在原了簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型的介

3、观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米材料人致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其屮纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是牛产其他三类产品的基础。2.1纳米粉末：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原了、分子与宏观物体之间处于屮间物态的固体颗粒材料。可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电了封装材料；光电了材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高

4、效催化剂;高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。2.2纳米纤维：指肓径为纳米尺度而长度较人的线状材料。可用于：微导线、微光纤（未来量了计算机与光了计算机的重要元件）材料；新型激光或发光二极管材料等。静电纺丝法是目前制备无机物纳米纤维的一种简单易行的方法。2.3纳米膜：纳米膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于：气体催化（如汽车尾气处理）材料；过滤器材料；高密度

5、磁记录材料；光敏材料；平面显示器材料；超导材料等。2.4纳米块体：纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结品而得到的纳米品粒材料。主要用途为：超高强度材料；智能金属材料等。3纳米材料性质：3.1体积效应：当纳米粒子的尺寸与传导电子的徳布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。纳米粒子的以下儿个方面效应及具多方面的应用均基于它的体积效应。例如，纳米粒子的熔点可远低于块状木体，此特性为粉粉冶金

6、工业提供了新工艺；利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一•种频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁屏蔽，隐形飞机等。3.2表面效应：表而效应是指纳米粒子表而原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表9-2给出了纳米粒子尺寸与表面原了数的关系。表1纳米粒子尺寸与表面原子数的关系粒径(nm)包含的原了(个)表面原子所占例202.5X10^510103.0X10^42054.0X10^34022.5X10^28013099从表可以看出，随粒径减

7、小，表面原了数迅速增加。另外，随着粒径的减小，纳米粒子的表面积、表面能的都迅速增加。这主耍是粒径越小，处于表而的原子数越多。表而原子的品体场环境和结合能与内部原子不同。表而原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易于其他原子想结合而稳定下來，因而表现出很人的化学和催化活性。3.3量子尺寸效应：粒了尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电了能级由准连续能级变为分立能级的现彖称为量子尺寸效应。Kubo采用一电子模型求得金属超微粒子的能级间距为：4Ef/3N式中Ef为费米势能，N为微粒中的原子数。宏

8、观物体的N趋向于无限人，因此能级间距趋向于零。纳米粒了因为原了数冇限，N值较小，导致冇一定的值，即能级间距发生分裂。半导体纳米粒子的电子态由体相材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具存分立结构的能级，表现在吸收光谱上就是从没冇结构的宽吸收带过渡到具冇结构的吸收特性。在纳米粒了中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子一系列特性，如高的光学非线性，特杲的催化和光催化性质等。3.4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