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纳米材料的定义

指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料。

纳米技术

1）至少有一维处于0.1～100nm；

（2）因具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、或宏观量子隧道效应等引起光学、热

学、电学、磁学、力学、化学等性质发生十分显著的变化。

.5自然界的纳米技术

★人体和兽类的牙齿

★海洋中的生命粒子

★蜜蜂的“罗盘”－腹部的磁性纳米粒子

★螃蟹的横行－磁性粒子“指南针”定位作用的紊乱

★海龟在大西洋的巡航－头部磁性粒子的导航

★荷花出污泥而不染等

二、纳米材料性能

纳米材料的微粒特性

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，

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、磁、光敏

感特性和表面稳定性等不同于常规粒子，这就使得它具有广阔应用前景。

2、量子尺寸效应

当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和

纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低末被占据的分子轨道能级，这些能

隙变宽现象均称为量子尺寸效应。

3、小尺寸效应

纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等

物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性边界条件将会被破坏；非晶态纳米粒子表面层附近

原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的小尺寸效应。

4、表面界面效应

纳米颗粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。随尺寸减小，表面原子数迅

速增加：表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极

不稳定，很容易与其他原子结合，例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧，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。

5、宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称隧道效应。

§2.2.1热学性能

纳米材料是指晶粒尺寸在纳米数量级的多晶体材料，具有很高比例的内界面(包括晶界、

相界、畴界等)。

由于界面原子的振动焓、熵和组态焓、熵明显不同于点阵原子，使纳米材料表现出一系

列与普通多晶体材料明显不同的热学特性，如比热容升高、热膨胀系数增大、熔点降低等。

纳米材料的这些热学性质与其晶粒尺寸直接相关。

熔点下降的原因：

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，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，对粉末冶金工业具有一定吸引力。

§2.2.2光学性能

(1)宽频带强吸收

当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，便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。

(2)蓝移和红移现象

A蓝移

与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。

纳米微粒吸收带“蓝移”的解释：

一、量子尺寸效应

由于颗粒尺寸下降能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波方向。

Ball等对这种蓝移现象给出了普适性的解释：已被电子占据分子轨道能级与未被占据分

子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径减小而增大，这是产生蓝移的根本原因，这种解

释对半导体和绝缘体都适用。

B红移

在一些情况下，粒径减小至纳米级时光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”现象。即吸收带

移向长波长。

吸收光谱的红移现象的原因

由于表面或界面效应，引起纳米微粒的表面张力增大，使发光粒子所处的环境变化致使

粒子的能级改变，带隙变窄所引起的。

6.3液相法制备纳米微粒液相法制备纳米微粒是将均相溶液通过各种途径使溶质和溶

剂分离，溶质形成一定形状和大小的颗粒，得到所需粉末的前驱体，热解后得到纳米微粒。

Solution-basedmethod

液相法具有设备简单、原料容易获得、纯度高、均匀性好、化学组成控制准确等优点，

主要用于氧化物系超微粉的制备。

液相法包括沉淀法，水解法，水热法，喷雾法，乳液法，溶胶-凝胶法，其中应用最广

的是沉淀法、溶胶-凝胶法。

§6.3.1沉淀法precipitationmethod

沉淀法是指包含一种或多