最新4超微粉体特性详解PPT课件.ppt

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1、4超微粉体特性详解目录4.1表面效应4.2小尺寸效应4.3量子效应超微粉体特性超微粉体材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于超微粉体材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：1）表面效应2）小尺寸效应3）量子效应当颗粒细化时，粒子逐渐减小时，总表面积急剧增大，比表面积相应的也急剧加大。如：把边长为1cm的立方体逐渐分割减小的立方体，总表面积将明显增加。边

2、长立方体数每面面积总表面积1cm10-5cm(100nm)10-6cm(10nm)10-7cm(1nm)11015101810211cm210-8cm210-12cm210-14cm26cm26×105cm26×106cm26×107cm2这样高的比表面，使处于表面的原子数越来越多，同时表面能迅速增加。②表面原子数的增加由于粒子尺寸减小时，表面积增大，使处于表面的原子数也急剧增加。表面原子数占全部原子数的比例和粒径之间的关系③表面能由于表层原子的状态与内部不同。表面原子配位不足，因而具有较高的表面能。如果把一个原子或

3、分子从内部移到界面，或者说增大表面积，就必须克服体系内部分子之间的吸引力而对体系做功。颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功，所做的功部分转化为表面能储存在体系中。因此，颗粒细化时，体系的表面能增加。例如-----金属的纳米颗粒在空气中会迅速氧化燃烧，甚至爆炸；无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。准固体超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体等）

4、，它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。4.2小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下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小尺寸效应。对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而产生如下一系列新奇的性质。质变①特殊的光学性质：消光性②特殊的热学性质：熔点降低③特殊的磁学性质：高矫顽力④特殊的力学性质：高强度、高韧性矫顽力(c

5、oercivity)也称为矫顽性或保磁力,是磁性材料的特性之一,是指在磁性材料已经磁化到磁饱和后,要使其磁化强度减到零所需要的磁场强度。①特殊的光学性质黄金是什么颜色？当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，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，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此

6、外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。②特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064℃，当颗粒尺寸减小到10纳米尺寸时，则降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点可低于100℃。应用因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具有高质量。超微颗粒

7、熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。③特殊的磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为2*10-2微米的磁性氧化物颗

8、粒。趋磁细菌（Magnetotacticbacterium）是一类在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体（Magnetosome）的细菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。④特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相