纳米颗粒的物化特性与纳米催化.pdf

纳米微粒的物化特性 纳米微粒的物化特性 纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、 纳米微粒具有大的比表面积，表面原子数、 表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加 表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加 小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及 小尺寸效应，表面效应、量子尺寸效应及 宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热学、 宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热学、 电学、磁学、光学、催化性能等不同于常 电学、磁学、光学、催化性能等不同于常 规粒子，这就使得它具有广阔应用前景。 规粒子，这就使得它具有广阔应用前景。 热学性能 热学性能 纳米微粒的粒径与熔点的关系 纳米微粒的粒径与熔点的关系 对于一个给定的材料来说，熔点是指固态和液 对于一个给定的材料来说，熔点是指固态和液 态间的转变温度。 态间的转变温度。 当高于此温度时，固体的晶体结构消失，取而 当高于此温度时，固体的晶体结构消失，取而 代之的是液相中不规则的原子排列。 代之的是液相中不规则的原子排列。 1954年，M. Takagi首次发现纳米粒子的熔点低 1954年，M. Takagi首次发现纳米粒子的熔点低 于其相应块体材料的熔点。 于其相应块体材料的熔点。 从那时起，不同的实验也证实了不同的纳米晶 从那时起，不同的实验也证实了不同的纳米晶 都具有这种效应。 都具有这种效应。 纳米颗粒的熔点和开始烧结温度比常规粉体 纳米颗粒的熔点和开始烧结温度比常规粉体 的低得多。 的低得多。 例如： 例如： 大块铅的熔点327 ℃，20 nm 纳米Pb 39 ℃. 大块铅的熔点327 ℃，20 nm 纳米Pb 39 ℃. 纳米铜(40 nm) 的熔点，由1053℃(体相)变为 纳米铜(40 nm) 的熔点，由1053℃(体相)变为 750℃。 750℃。 块状金熔点 1064 ℃，10 nm 时1037 ℃；2 nm 块状金熔点 1064 ℃，10 nm 时1037 ℃；2 nm 时，327 ℃； 时，327 ℃； 银块熔点，960 ℃；纳米银(2-3 nm)，低于100 银块熔点，960 ℃；纳米银(2-3 nm)，低于100 ℃。 ℃。 Wronski计算出Au微粒的粒径与熔点的关系，如 Wronski计算出Au微粒的粒径与熔点的关系，如 图所示。 图所示。 图中看出，超细颗粒的熔点随着粒径的减小而下 图中看出，超细颗粒的熔点随着粒径的减小而下 降。当粒径小于10 nm时，熔点急剧下降。其中 降。当粒径小于10 nm时，熔点急剧下降。其中 3nm左右的金微粒子的熔点只有其块体材料熔点 3nm左右的金微粒子的熔点只有其块体材料熔点 的一半。 的一半。 熔点下降的原因： 熔点下降的原因： 由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、表面 由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、表面 原子数多，这些表面原子近邻配位不全， 原子数多，这些表面原子近邻配位不全， 活性大(为原子运动提供动力) ，纳米粒子 活性大(为原子运动提供动力) ，纳米粒子 熔化时所需增加的内能小，这就使得纳米 熔化时所需增加的内能小，这就使得纳米 微粒熔点急剧下降。 微粒熔点急剧下降。 超细颗粒的熔点下降，对粉末冶金工业具 超细颗粒的熔点下降，对粉末冶金工业具 有一定吸引力。 有一定吸引力。 烧结温度 烧结温度 烧结温度是指把粉末先用高压压制成形， 烧结温度是指把粉末先用高压压制成形， 然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相 然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相 结合成块，密度接近常规材料时的最低加 结合成