纳米材料
纳米材料又称为超微颗粒材料,(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料,,这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
从通常的关于微观和宏观的观点看,这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统,是一种典型人介观系统,它具有表面效应/小尺寸效应和宏观量子隧道效应.
1nm=1/10亿米,10个氢原子紧密排列,20nm是头发丝直径的3000分之一
从尺寸大小来说,(注1米=100厘米,1厘米=10000微米,1微米=1000纳米,1纳米=10埃),即100纳米以下。因此,颗粒尺寸在1~100纳米的微粒称为超微粒材料,也是一种纳米材料。
纳米金属材料是20世纪80年代中期研制成功的,后来相继问世的有纳米半导体薄膜、纳米陶瓷、纳米瓷性材料和纳米生物医学材料等。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nanometer material),是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性,例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等,往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒(纳米级)后,它将显示出许多奇异的特性,即它的稀土纳米材料
光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产(超微粉、镀膜、纳米改性材料等),性能检测技术(化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能)。纳米加工技术包含精密加工技术(能量束加工等)及扫描探针技术。
纳米材料具有一定的独特性,当物质尺度小到一定程度时,则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为,当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时,其粒径虽改变为1000倍,但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨,所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大,也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构,此结构代表具有高表面能的不安定原子。这类原子极易与外来原子吸附键结,同时因粒径缩小而提供了大表面的活性原子。
就熔点来说,纳米粉末中由于每一粒子组成原子少,表面原子处于不安定状态,使其表面晶格震动的振幅较大,所以具有较高的表面能量,造成超微粒子特有的热性质,也就是造成熔点下降,同时纳米粉末将比传统粉末容易在较低温度烧结,而成为良好的烧结促进材料。
一般常见的磁性物质均属多磁区之集合体,当粒子尺寸小至无法区分出其磁区时,即形成单磁区之磁性物质。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜时,将成为优异的磁性材料。
纳米粒子的粒径(10纳米~100纳米)小于光波的长,因此将与入射光产生复杂的交互作用。金属在适当的蒸发沉积条件下,可得到易吸收光的黑色金属超微粒子,称为金属黑,这与金属在真空镀膜形成高反射率光泽面成强烈对比。纳米材料因其光吸收率大的特色,可应用于红外线感测器材料。
纳米结构纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础按一定规律构筑或营造的一种新体系。它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。对纳米阵列
体系的研究集中在由金属纳米微粒或半导体纳米微粒在一个绝缘的衬底上整齐排列所形成的二位体系上。而纳米微粒与介孔固体组装体系由于微粒本身的特性,以及与界面的基体耦合所产生的一些新的效应,也使其成为了研究热点,按照其中支撑体的种类可将它划分为无机介孔复合体和高分子介孔复合体两大类,按支撑体的状态又可将它划分为有序介孔复合体和无序介孔复合体。在薄膜嵌镶体系中,对纳米颗粒膜的主要研究是基于体系的电学特性和磁学特性而展开的。美国科学家利用自组装技术将几百只单壁纳米碳管组成晶体索“Ropes”,这种索具有金属特性,;将纳米三碘化铅组装到尼龙-11上,在X射线照射下具有光电导性能, 利用这种性能为发展数字射线照相奠定了基础。
这是指纳米晶体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的性质上的变化。例如,粒子表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象,如金属纳米粒子在空中会燃烧,无机纳米粒子会吸附气体等等。
随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所
走进科技论文讲述 来自淘豆网m.daumloan.com转载请标明出处.
