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纳米材料的研究及应用

纳米材料的讨论及应用

纳米材料的讨论及应用

魏方芳

(福建师范高校化学与材料学院重点试验室.福建300)5

摘要:介绍纳米材料的范围、定义、四个基本效应及应用领

城。关镶词:纳来材并;基本效应;应用

1概述

纳米材料是近年来进展起来的一种新型高性能材料。纳米材

料(又称超微小粒)是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一

种典型系统，依据其形

象即为外表效应[。主13要表现为熔点降低、比热

增大。

超微颗粒的外表具有很高的活性，在空气中金属颗粒会快速

氧化而燃烧。如要防止自燃，可采纳外表包覆或有意识地掌握氧化

速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保外表稳定

化。利用外表活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和

贮气材料以及低熔点材料。

态分为零维、一可维、二维和三维纳米材料t。l

纳米材料的晶粒尺寸、晶界尺寸、缺陷尺寸均在

lonm以下，随着晶格数量大幅度增加，材料的强度、韧性

和超塑性都大为提高，对材料的电学、磁学、光学等性能产生重要

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的影响。目前对纳米材料的定义为:粒径为1一100nm的纳米粉，

直径为1一10O的纳米线，厚度为1一lon的纳米薄mnom

2。小尺寸效应2在肯定条件下，颗粒尺寸的量变，会引起

颗粒

的质变。由于颖粒尺寸变小所引起的宏观物理性质

膜，且现米应材[。并出纳效的料12

2纳米材料的基本特性

纳米材料有四个基本的效应，即小尺寸效应、外表与界面效

应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因此消失常规材料所没有

的一些特殊性能，如

的改变称为小尺寸效应4]。对超微颐粒而言，尺【

寸变小，同时比外表积亦显著增加，从而产生一系列新颖的

性质。)1热学性质改变大尺寸固态物质经过超微小化后，发觉其

熔点将显著降低，当颗粒小于1纳米量级时尤为显著。0例如，

金的常规熔点为164℃，当颗粒尺寸减小0到10纳米尺寸时，则

降低27℃，2纳米尺寸时的熔点仅为32℃左右;银的常规熔点为

67℃，而70超微银颗粒的熔点可低于100℃。因此，超细银粉制

成的导电浆料使膜厚匀称，掩盖面积大，可以进行低温烧结，此时

元件的基片不必采纳耐高温的陶

瓷材料。

高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔

点、奇怪的磁性和极强的吸波性等，从而使纳米材料己获得

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和正在获得广泛的应用。2，外表效应1纳米晶粒外表原子数和

总原子数之比与颖粒直径成反比，随着颗粒直径变小，比外表积将

会显著

增大。如将体积为Ic3物质粉碎成In的微粒，ntm外

表积就从6，一增加到一

二澎，而比)z(nl4r1护表面积从6，102m一增

加到6*109m一。说明外表原’‘

子所占的百分将会显著地增加，从而增大其活性。这种表活

性引起的纳米粒子外表原子输送和结构改变，及外表电子自旋构象

和电子能谱的改变现

2)光学性能改变金属在超微颗粒状态都呈现为黑色，且尺寸

越小，颜色愈黑，银白色的铂(白金)变成铂黑，金属铬变成铬

黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%，

大约几微米的厚度就

化学工程与装备

2022年

第3期

能完全消光。利用这个特