正文 第7章 納米材料的特性(1 / 1)

以上我們介紹了納米技術及其應用,從而使我們了解到了納米技術是多麼的神奇。但是,在納米的世界裏,還有一種物質被稱為納米材料,它在納米的世界裏也有著舉足輕重的地位。那麼,它究竟是怎麼樣的一種物質呢?

納米材料是指會產生物理化學性質顯著變化的細小微粒,它的尺寸在0.1微米以下,也就是在100納米以下。因此,顆粒尺寸在1~100納米的微粒稱為超微粒材料,也就是我們通常所說的納米材料。

1.表麵與界麵效應

這是指納米晶體粒表麵原子數與總原子數之比,隨粒徑變小而急劇增大後所引起的性質上的變化。也就是說,納米晶體粒表麵的原子數越多,它排列開時所占的界麵就越大。例如納米晶體粒子的直徑為10納米時,微粒包含有4000個原子,表麵原子占40%;粒子直徑為1納米時,微粒包含有30個原子,表麵原子占99%。粒子直徑變小,其晶體表麵原子數量就會相應增多。那麼,這種效應對納米材料有什麼影響呢?對於不同的納米材料,由於構成它的原子大小不一樣,因此它的表麵比也就不一樣,因而它所具有的特性也不一樣。例如金屬納米粒子在空中會燃燒,無機納米粒子則會吸附氣體等。

2.小尺寸效應

我們知道納米材料非常微小,當它的微粒尺寸與光波波長、傳導電子的德布羅意波長及超導態的相幹長度、透射深度等具有物理特征的尺寸相當或者更小時,就會發生小尺寸效應,也就是說它的周期性邊界將被破壞,使它原本所具有的聲、光、電、磁、熱力學等特性呈現出“另類”的現象。當銅顆粒達到納米尺寸時就會失去原來的導電性能,變得不能導電;而原本絕緣的二氧化矽顆粒,當它的尺寸小到20納米的時候反而會具有導電性能;原本性能很脆的高分子材料,在加入納米材料而製成刀具後,它的硬度會比金剛石製品還要堅硬!由於納米材料具有這一特性,人們可以利用它,高效率地將太陽能轉變為熱能、電能,並且還能把它應用到紅外敏感元件、紅外隱身技術上等。

3.量子尺寸效應

什麼是量子尺寸效應呢?它是指當粒子的尺寸達到納米量級時,原來粒子所具有的能量會出現分級的現象,當這些能量級的間距大於熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導態的凝聚能時,就會出現納米材料的量子效應。這一效應能夠使它的磁、光、聲、熱、電以及超導電性能發生變化。例如,某種金屬的納米粒子吸收光線能力非常強,在重1千克左右的水裏隻要放入千分之一的這種粒子,水就會變得完全不透明了。這就是這種粒子的能量發生了變化,使原本清澈的水變得渾濁了。

4.宏觀量子隧道效應

納米粒子的磁化強度具有隧道效應,它們可以穿過宏觀係統的勢壘(積累空間電荷的區域)而產生變化,這就是納米粒子的宏觀量子隧道效應。

我們知道納米材料的4個特征後,那麼,納米材料有哪些分類呢?納米材料的分類有很多種,從它的形態上來分主要包括的有納米微粒、納米薄膜(多層膜和顆粒膜)、納米固體等;從應用上來分主要有高分子納米生物材料、納米陶瓷材料以及納米複合材料等。下麵我將就這兩方麵的分類分別對它們進行闡述。