纳米材料的性能及其应用.doc

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1、纳米材料的性能及其应用姓名:史俊波学号:1010251111班级:10电科1班指导:张冉电气与电子工程学院摘要纳米材料是近几年最受关注的新材料之一，被公认为“21世纪最有前途的材料”。当物质的结构单元小到纳米数量级的时候会产生特异的表面效应、体积效应和量子效应。纳米材料正是由此具有独特的物理和化学性质，呈现出常规材料不具备的优越性能，受到人们的亲睐。它的发展可能给当今的高科技领域带来新的发展和突破，而成为现今各国科学家们研究的重点。关键词：纳米材料、特殊性能、应用。AbstractNano-materialsisoneofthenewmaterialsofthemos

2、ttalkedaboutinrecentyears,isrecognizedasthe21stcentury'smostpromisingmaterials.Whenthestructureofmatterunittothenanometerscale,whenwillproducespecificsurfaceeffect,volumeeffectandthequantumeffects.Itisthusnano-materialswithuniquephysicalandchemicalproperties,showingasuperiorperformanceo

3、fconventionalmaterialsdonothavethepeople'spro-gaze.Itsdevelopmentmaybringnewdevelopmentandbreakthroughstotoday'shigh-techfields,andbecomethefocusofthestudyofnationalscientists.Keywords:Nano-materials,Specialperformance,Application。1.引言纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1nm-100nm间的粒子

4、。它是由两种组元构成的，即材料的体相组元晶体原子和界面组元晶界，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型介观系统，使它具有表面效应小尺寸效应和宏观量子隧道效应，也正以为如此界面组元在整个材料中所占的比例极大，晶面缺陷所占的体积比也相当大，使得在整体上构成了一种与晶态和玻璃态均有较大差别的崭新的微观结构，同时显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。2．纳米材料的性能2.1量子尺寸效应当微粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为分立能级

5、，这时会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为尺寸效应。随着颗粒尺寸的变小，其表面积亦显著增加，从而产生一系列新奇的性质：（1）特殊的光学性质；（2）特殊的热学性质；（3）特殊的磁学性质；（4）特殊的力学性质。2.1.1光学性质纳米金属的光吸收性显著增强。粒度越小,光反射率越低。所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小,颜色愈黑。金属超微颗粒对光的反射率通常可低于1%,约几微米的厚度就能完全消光。相反,一些非金属材料在接近纳米尺度时,出现反光现象。2.1.2热学性质固态物质超细微化后其熔点显著降低。当颗粒小于10nm数量级时尤为显著。

6、例如,金的常规熔点为1064℃,当颗粒尺寸减小到2nm尺寸时熔点仅为327℃左右;银的常规熔点为670℃,而超微银颗粒的熔点可低于100℃。2.1.3磁学性质小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料有显著的不同,大块的纯铁矫顽力约为80A/m,而当颗粒尺寸减小到20nm以下时,其矫顽力可增加1千倍,当颗粒尺寸约小于6nm时,其矫顽力反而降低到零,呈现出超顺磁性。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性,已做成高贮存密度的磁记录磁粉,大量应用于磁带、磁盘、磁卡等。2.1.4力学性质纳米材料的强度、硬度和韧性明显提高。纳米铜的强度比常态提高5倍;纳米金属比常态金属硬3-5倍。纳米陶瓷材料

7、具有良好的韧性,因为纳米材料具有大的界面,界面的原子排列相当混乱,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。例如,氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。2.2表面与界面效应随着颗粒直径变小，纳米粒子因为表面原子数目增多,比表面积增大。这会导致无序度增加,同时晶体的对称性变差,其部分能带被破坏,因而出现了界面效应。较大的比表面积和小尺寸的纳米粒子,导致位于表面的原子占有相当大的比例,原子配位不足,表面原子的配位不饱和性导致大量的悬空键和不饱和键,表面能高。纳米材料较高的化学活性,使其具有了较大的扩散系数,大量的界面为