纳米材料的性质

现代化工990620

现代化工

MODERN CHEMICAL INDUSTRY

1999年 第19卷 第６期 No.６ Vol.19 1999

纳米材料的性质

李维芬

编者按：纳米材料是近年来科学上的一项重大发现，已成为当今许多学科的研究热点。纳米材料是指颗粒尺寸在纳米量级(1～100 nm)的超细材料，其尺寸大于原子簇而小于通常的微粉，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域。正如美国著名物理学家、诺贝尔奖获得者R.P.Feynman所言：“如果我们得以在细微尺度上控制事物的话，毫无疑问，这将使材料所具有的物性范围大为扩充。”纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，正引起材料科学家的浓厚兴趣。纳米材料科学是凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学、表面、界面等学科的交叉学科，是现代材料科学的重要组成部分。纳米材料的发展对于人们进一步认识固体材料的本质结构性能具有十分重要的价值，科学家们把这种材料誉为“21世纪最有前途的材料”。因此，本刊拟开辟“纳米材料专栏”，以期对纳米材料的性能、研制方法以及在各个领域的应用与发展作较为全面、系统的报道。欢迎专家学者投稿进行专题介绍与评述，也欢迎读者来信来函提出意见和建议。

现有的材料大体分为晶态和非晶态两类。晶态材料由许多晶粒组成，在晶粒内部原子严格按点阵规则排列，而晶粒表面处原子的排列没有一定规律，所以它的基本特征是长程有序、短程无序。非晶态材料不形成晶粒，只是在个别小区域内有可能出现有规则的排列，故其基本特征是长程无序、短程有序。

当晶粒缩小到纳米量级(1～100 nm)时便是纳米态材料。由于纳米态材料的晶粒小，表面曲率大或比表面积大，所以存在于晶粒表面无序排列的原子百分数远大于晶态材料中表面原子所占的百分数，并且在同一纳米态晶粒内还常存在各种缺陷(如孪晶界、层错、位错)，甚至还有不同的亚稳相共存［1］。纳米晶粒的这种特殊结构导致了它具有如下几方面的效应，并由此派生出了传统固体不具有的许多特殊性质。

1　纳米材料的基本性质

1.1　体积效应

当纳米晶粒的尺寸与传导电子的de Broglie波长相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等与普通粒子相比都有很大变化，这就是纳米粒子的体积效应。该效应为纳米粒子的应用开拓了广阔的新领域。例如，纳米晶粒小的结果导致纳米晶粒的熔点远低于块状本体，因而为粉末冶金工业提供了新工艺；利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可通过改变颗粒尺寸来控制吸收边的位移，从而制造出具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。

1.2　表面效应

表面效应是指纳米晶粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起file:///E|/qk/xdhg/xdhg99/xdhg9906/990620.htm（第 1／5 页）2010-3-23 11:05:10