正文 第4章 形象描述——納米態物質的特征(1 / 1)

納米是微小的粒子,除了知道它的個頭微小外,你還知道它有哪些特征嗎?關於納米的小,還有人作了一個這樣的比喻,他們說:如果你把一塊正方形的橡皮糖不停地按平均來切割,它就會由1個變成2個,2個變成4個,4個變成8個……如果把它切成隻有幾納米那麼大,那麼,它平鋪開的表麵積就有一個足球場那麼大。隨著粒子的減少,有更多的原子分布到了物體表麵,據估算當物質微粒的直徑為10納米時,約有20%的原子裸露在表麵。而平常我們接觸到的物體表麵,原子所占比例還不到萬分之一。這樣,納米像一個大容器一樣把大部分的原子都呈現了出來,而不是像其他物質那樣,把原子都包含在自己的內部。正是由於納米能把大部分的原子呈現出來,這樣它才具有一些比較特殊的性質。那麼,納米都有哪些特征呢?

1.光學特征

由於納米粒子的粒徑(一般在10~100納米之間)小於光波的波長,因此它常常與照射到它表麵的入射光線產生複雜的交互作用。這也是納米材料具有比較大的光吸收率的主要原因。因此,根據它的這一特殊光學特征,可把它應用於紅外線感測材料。此外,當我們把一些金屬分割成隻有幾納米大小的粒子時,金屬就將失去它原有的光澤變成黑色。這由於金屬的粒子越小,它對光的吸收率就越低,所以就會變成黑色。利用這些特性,又可以將納米粒子製成光熱、光電等轉換材料,從而提高太陽能轉變為熱能、電能的效率。此外,也可以將它應用到紅外敏感元件以及紅外隱身技術中。

2.熱學特征

對於固態物質來說,它的體積越大熔點就越高,而體積越小熔點就越低。當一種物質的大小隻有幾納米時,它的熔點顯著降低。例如,一般金子熔點為1064℃,但當它的大小減小到10納米以下時,它的熔點就會降低27℃,當它的大小隻有2納米時,它的熔點僅為327℃左右,比正常的熔點低737℃。由此說明,納米的熱學性質非常的低。正因為這樣,我們可以利用它的這一特征為科學領域服務。使那些熔點高的物質微分化,這樣就能把它們應用到各個領域中。

3.磁學特征

一些動物體內含有一些超微的磁性粒子,它們的存在使動物具有一定的辨別方向的能力,能認識回家的路。那麼,什麼是磁性超微粒呢?它實質上就是一個生物磁羅盤。例如,生活在水中的趨磁細菌能依靠它遊向營養豐富的水底。磁性超微粒為什麼具有辨別方向的能力呢?通過電子顯微鏡的研究表明,在趨磁細菌體內通常含有直徑約為2納米的磁性氧化物顆粒。這些納米磁性顆粒雖然非常微小,但是它的磁性卻要比普通的磁鐵強很多。生活中,我們見到的螃蟹都是橫著走,其實,在很多年以前它也可以前後運動。這是為什麼呢?據說,在億萬年前螃蟹的祖先體內具有幾顆磁性納米微粒,這樣促使它具有走南闖北、前進後退、行走自如的特性。但是後來地球的磁極發生了多次倒轉,使螃蟹體內的小磁粒失去了正常的定向作用,因此它不能前後進退而隻能橫行了。納米的磁性是決定方向的一個重要因素。

4.力學性質

陶瓷是一種比較容易破碎的物質,通常情況下它的脆性比較大。但是,如果把納米技術加到陶瓷當中去,由納米超微顆粒壓製成納米陶瓷材料,陶瓷將會呈現出一個嶄新的麵貌。不但不容易破碎,而且還具有超好的韌性。納米粒子非常小,以致它排列的界麵非常大,並且界麵原子的排列是不統一的混亂狀態。所以,與納米結合的陶瓷,原子的結構性能變強,韌性也變大,使新誕生的陶瓷材料具有神奇的力學性質。這樣陶瓷的使用範圍得到了擴展,應用前景十分寬廣。

其實,無論是關於納米的哪一種特性都和它的應用分不開。近年來科學界一直在倡導一種叫納米技術的新技術,運用納米來為人類生活服務的一項新的科學產業。那麼什麼是納米技術呢?它是在什麼樣的情況下被提倡與興起的呢?下一章我們將會對它作全麵的講述。