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纳兰性德
长 相 思
纳兰
性德
纳米固体材料的性能
力学性能
热学性质
纳米结构材料中的扩散问题
光学性质
磁性
电学性质
Ha不十分清楚，目前有两种说法:
一、界面扩散蠕变和扩散范性
其中 为拉伸应力， 为原子体积，d为平均晶粒尺寸，B为一数字常数，Db为晶界扩散系数， 为波尔兹曼常量，T为温度， 为晶界厚度。由公式可看出，d愈小， 愈高．
二、晶界迁移和粘滞流变
强度、硬度、韧性和塑性
（1）强度与硬度
根据断裂强度的经验公式可以推断材料的断裂与晶粒尺寸的关系，这个公式可表如下：
这里 与Kc为常数，d为粒径．从式中可知，当晶粒尺寸减到足够小时，断裂强度应该变得很大，但实际上对材料的断裂强度提高是有限度的，这是因为颗粒尺寸变小后材料的界面大大增加，而界面与晶粒内部相比一般看作是弱区，因而进一步提高材料断裂强度必须把着眼点放在提高界面的强度上．
为了提高纳米陶瓷的致密度，增强断裂强度，通常采用两个途径：
一、进行烧结。
二、通过加入添加剂进一步提高烧结致密化。
近年来的研究表明，采用上述措施制备的纳米陶瓷强度、硬度及其他综合性能都明显地超过同样材质的常规材料．
（2）韧性和塑性
纳米材料的特殊构成及大的体积百分数的界面使它的塑性、冲击韧性和断裂韧性与常规材料相比有很大的改善，这对获得高性能陶瓷材料特别重要，一般的材料在低温下常常表现为脆性，可是纳米材料在低温下就显示良好的塑性。
纳米结构材料从理论上进行分析应该有比常规材料高的断裂韧性，这是因为纳米结构材料中的界面的各向同性以及在界面附近很难有位错塞积发生，这就大大地减少了应力集中，使微裂纹的出现与扩展的概率大大降低。
热学性质
比热
材料的比热主要由熵来提供。在温度不太低的情下，电子熵可忽略，体系熵主要由振动熵和组态熵贡献．纳米结构材料的界面结构原子分布比较混乱，与常规材料相比，由于界面体积百分数比较大，因而纳米材料熵对比热的贡献比常规粗晶材料大得多，因此可以推测纳米结构材料的比热比常规材料高得多。
我们就用下面的图来说明这一推测：
从中可以看出，比热与温度成线性关系。对应粒径为80nm的Al2O3的比热，比常规粗晶Al2O3高8％
热膨胀
当温度发生变化时，晶格作非线性振动就会有热膨胀发生。纳米晶体在温度发生变化时非线性热振动可分为两个部分：
一、晶内的非线性热振动
二、晶界组分的非线性热振动
往往后者的非线性振动较前者更为显著，可以说占体积百分数很大的界面对纳米晶热膨胀的贡献起主导作用．
纳米Cu(8nm)晶体在110K到293K的温度范围它的膨胀系数为 31×10-6K-1 ，而单晶Cu在同样温度范围为16×l0-6K-1，可见纳米晶体材料的热膨胀系数比常规晶体几乎大一倍．纳米材料的增强热膨胀主要来自晶界组分的贡献，有人对Cu和Au(微米)多晶晶界膨胀实验证实了晶界对热膨胀的贡献比晶内高3倍，这也间接地说明了含有大体积百分数的纳米晶体为什么热膨胀系数比同类多晶常规材料高的原因．
如图所示．由图可以测得8 0 nm时热膨胀为×10-6 /k，105 nm ×10-6 /k, 5 ×10-6 /k．可见随颗粒增大，热膨胀系数减小．纳米结构Al2O3 (80nm) 的热膨胀系数在测量温度范围几乎比5um 粗晶 Al2O3 多晶体高一倍。
两个线性范围，转折的温区为723K到893K．从室温到723K，热膨胀系数为-6K-1，从893K到1273K．膨胀系数为-6K-1,常规晶态Si3N4陶瓷(热膨胀系数为2．7x10-6K-1)，纳米非晶氮化硅块体的热膨胀系数高1到26倍。
原因主要归结为纳米非晶氯化硅块体的结构与常规Si3N4有很大的差别，前者是由短程有序的非晶态小颗粒构成的，它们之间的界面占很大的比例，界面原子的排列较之非晶颗粒内部更为混乱，对这样结构的固体原子和键的非线性热振动比常规Si3N4晶态在相同条件下显著得多，因此它对热膨胀的贡献也必然很大．
热稳定性
纳米结构材料的热稳定性是一个十分重要的问题，它关系到纳米材料优越性能究竟能在什么样的温度范围使用，能在较宽的温度范围获得热稳定性好的(颗粒尺寸无明显长大)纳米