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延安納米材料特性

文章出處:本站 人氣:57544 發(fā)表時間:2021-04-21 10:22:17

納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍(1nm~100nm)或由他們作為基本單元構(gòu)成的材料。這是指納米晶體粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。例如粒子直徑為10納米時,微粒包含4000個原子,表面原子占40%;粒子直徑為1納米時,微粒包含有30個原子,表面原子占99%。

(1)表面與界面效應(yīng)

主要原因就在于直徑減少,表面原子數(shù)量增多。再例如,粒子直徑為10納米和5納米時,比表面積分別為90米2/克和180米2/克。如此高的比表面積會出現(xiàn)一些極為奇特的現(xiàn)象,如金屬納米粒子在空中會燃燒,無機納米粒子會吸附氣體等等。

(2)小尺寸效應(yīng)

當(dāng)納米微粒尺寸與光波波長,傳導(dǎo)電子的德布羅意波長及超導(dǎo)態(tài)的相干長度、透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時,它的周期性邊界被破壞,從而使其聲、光、電、磁,熱力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。例如,銅顆粒達(dá)到納米尺寸時就變得不能導(dǎo)電;絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時卻開始導(dǎo)電。再譬如,高分子材料加納米材料制成的刀具比金鋼石制品還要堅硬。利用這些特性,可以高效率地將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能,此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等等。

(3)量子尺寸效應(yīng)

當(dāng)粒子的尺寸達(dá)到納米量級時,費米能級附近的電子能級由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級。當(dāng)能級間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時,會出現(xiàn)納米材料的量子效應(yīng),從而使其磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性能變化。例如,有種金屬納米粒子吸收光線能力非常強,在1.1365千克水里只要放入千分之一這種粒子,水就會變得完全不透明。

(4)宏觀量子隧道效應(yīng)

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強度等也有隧道效應(yīng),它們可以穿過宏觀系統(tǒng)的勢壘而產(chǎn)生變化,這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。

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