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纳米材料的研究及应用38纳米材料的研究及应用纳米材料的研究及应用魏方芳（福建师范大学化学与材料学院重点实验室.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发展起来的一种新型高性能材料。纳米材料（又称超细微粒）是处在原子簇和宏观物体交界过渡区域的一种典型系统，根据其形象即为表面效应[。主13要表现为熔点降低、比热增大。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。利用表面活性，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mnom2。小尺寸效应2在一定条件下，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122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、表面与界面第1页共7页效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因而出现常规材料所没有的一些特别性能，如的变化称为小尺寸效应4]。对超微颐粒而言，尺【寸变小，同时比表面积亦显著增加，从而产生一系列新奇的性质。）1热学性质变化大尺寸固态物质经过超细微化后，发现其熔点将显著降低，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均匀，覆盖面积大，可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料。高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性等，从而使纳米材料己获得和正在获得广泛的应用。2，表面效应1纳米晶粒表面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，比表面积将会显著增大。如将体积为ic3物质粉碎成in的微粒，ntm表面积就从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。表明表面原’‘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表面原子输送和结构变化，及表面电子自旋构象和电子能谱的变化现2）光学性能变化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2007年第3期能完全消光。利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外第2页共7页又有可能应用于红外敏感元态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等特点，导致表面的活性位置增加，使纳米颗粒具备了作为催化剂的先决条件[。纳米微粒作催化剂16可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个件、红外隐身技术等。）3磁学性质变化随着纳米晶粒尺寸变小，与体积成正比的磁各项异性也降低，当体积能与热能相当或更小时，会呈现出超顺磁性。利用超顺磁性，可制成用途广泛的磁性液体。利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。超微颗粒的小尺寸效应还表现在力学、超导电半导体颖粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子一一空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。性、介电性能、...