纳米材料的特殊性质.ppt

《纳米材料的特殊性质.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三节、纳米材料的特殊性质纳米材料的热学性质纳米材料的光学性质纳米材料的电学性质纳米材料的磁学性质纳米材料的力学性质纳米材料的化学性质纳米材料的特性纳米结构材料(nanostructuredmaterials)又称纳米固体，它是由颗粒尺寸为1～100nm的粒子凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维等。纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子，这就使得它具有广阔应用前景。纳米相材料纳米微粒§1.纳米材料的热学性质

2、1、熔点显著降低金纳米微粒的粒径与熔点的关系CdS纳米晶的粒径与熔点的关系A.P.Alivisatos,J.Phys.Chem.100,13227(1996)纳米材料的热学性质纳米微粒熔点降低的原因与常规粉体材料相比，由于纳米微粒的颗粒小，其表面能高、比表面原子数多。这些表面原子近邻配位不全，活性大，以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需增加的内能小得多，这就使得纳米微粒的熔点急剧下降。金的熔点：1064oC；2nm的金粒子的熔点为327oC。银的熔点：960.5oC；银纳米粒子在低于100oC开始熔化。铅的熔点：327.4oC；20nm球形铅粒子的熔

3、点降低至39oC。铜的熔点：1053oC；平均粒径为40nm的铜粒子，750oC。纳米材料的热学性质2、烧结温度比常规粉体显著降低所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。纳米粒子尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散、界面中的空洞收缩及空位团的湮没。因此，在较低温度下烧结就能达到致密化目的，即烧结温度降低。烧结前烧结后纳米材料的热学性质常规Al2O3的烧结温度为2073～2173K，在一定条件下，纳米Al2

4、O3可在1423～1773K烧结，致密度达99.7％。常规Si3N4的烧结温度高于2273K，纳米Si3N4的烧结温度降低673～773K。纳米TiO2在773K加热呈现出明显的致密化，而晶粒仅有微小的增加，致使纳米微粒TiO2在比大晶粒样品低873K的温度下S烧结就能达到类似的硬度，如图所示。纳米材料的热学性质3、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体传统非晶氮化硅在1793K晶化成相，纳米非晶氮化硅微粒在1673K加热4h全部转变成相。纳米微粒开始长大温度随粒径的减小而降低。右图表明8nm，15nm和35nm粒径的Al2O3粒子快速长大的开始湿度分别为

5、～1073K，～1273K和1423K。8nm15nm35nm纳米材料的热学性质纳米材料的熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。§2.纳米材料的光学性质纳米粒子的一个最重要的标志是尺寸与物理的特征量相差不多，例如，当纳米粒子的粒径与超导相干波长、玻尔半径以及电子的德布罗意波长相当时，小颗粒的量子尺寸效应十分显著。与此同时，大的比表面使处于表面态的原子、电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有很大的差别，这种表面效应和量子尺寸效应对纳米微粒的光学特性有很大的影响，甚至使纳米微粒具有同样材质的宏观大块物体不具备

6、的新的光学特性。纳米材料的光学性质固体材料的光学性质与其内部的微结构，特别是电子态、缺陷态和能级结构有密切的关系。纳米相材料在结构上与常规的晶态和非晶态体系有很大的差别，表现为：小尺寸、能级离散性显著、表(界)面原子比例高、界面原子排列和键的组态的无规则性较大等。这些特征导致纳米材料的光学性质出现一些不同于常规晶态和非晶态的新现象。纳米材料的光学性质1、宽频带强吸收大块金属具有不同颜色的金属光泽，表明它们对可见光范围各种颜色(波长)的光的反射和吸收能力不同。而当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈黑色。它们对可见光的反射率极低，而吸收率相当高。例如

7、，Pt纳米粒子的反射率为1％，Au纳米粒子的反射率小于10％。这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子变黑。h纳米材料的光学性质纳米氮化硅、碳化硅以及三氧化二铝粉等对红外有一个宽频带强吸收谱。不同温度退火下纳米三氧化二铝材料的红外吸收谱1－4分别对应873，1073，1273和1473K退火4小时的样品纳米材料的光学性质纳米材料的红外吸收谱宽化的主要原因1)尺寸分布效应：通常纳米材料的粒径有一定分布，不同颗粒的表面张力有差异，引起晶格畸变程度也不同。这就导致纳米材料键长有一个分布，造成带隙的分布，这是引起红外吸收宽化的原因之一。2)界面效应：界面原子的比例

8、非常高，导致不饱和键、悬挂键以及缺陷非常多。界面原子除与体相原子能