材料化学论文纳米晶材料.docVIP

纳米晶材料 纳米晶材料，最早是由H.Gleiter提出的，这类固体是由（至少在一个方向上）尺寸为几个纳米的单元结构（主要是晶体）所构成。不同取向的纳米尺度小晶粒晶界联结在一起，由于晶粒极微小，晶粒所占的比例就相应增大。纳米材料是一种非平衡态的结构，其中存在大量的晶体缺陷。 纳米晶材料因其超细的晶体尺寸（与电子波长、平均自由程度等为同一数量级）和高体积分数的晶界（高密度缺陷）而呈现特殊的物理、化学和力学性能。纳米晶微粒之间能产生量子输运的隧道效应、电荷转移和界面原子耦合等作用，故纳米材料的物理性能也异常于通常材料。纳米晶导电金属的电阻高于多晶材料，因为晶界对电子有散射作用，当晶粒尺寸小于电子平均自由程时，晶界散射作用加强，电阻及电阻温度系数增加。 纳米材料的特性 米材料的表面效应 纳米材料的表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后引起的性质上的变化。当粒径在10nm以下，将迅速增加表面原子的比例；当粒径降到1nm时，表面原子数比例达到约90﹪以上，原子几乎全部集中到纳米粒子的表面。由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易于其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。 纳米材料的体积效应 由于纳米粒子体积极小，所包含的原子数很少，因此许多现象就不能用通常有无限个原子的块状物质的性质加以说明，这种特殊的现象通常称之为体积效应，其中有名的久保理论就是体积效应的典型例子。久保理论是针对金属纳米粒子费米面附近的电子能级状态分布而提出的，久保把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态，并进一步假设它们的能级为准离子态的不连续能级，并认为相邻电子能级间距和金属纳米粒子的直径的关系为： σ=4EF／3N∝V-1∞1/d3 其中，N为一个金属纳米粒子的总导电电子数；V为纳米粒子的体积；EF为费米能级。随着纳米粒子的直径减小，能及间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。 纳米材料的量子尺寸效应 当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。 在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质，如高的光学非线性、特异的催化和光催化性质等。当纳米粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特异性出现异常。利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸、控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。 纳米材料的用途 医用 使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动有哪些信誉好的足球投注网站并攻击癌细胞或修补损伤组织你。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。 家电 用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。 电子计算机和电子工业 可以从阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片都已投入生产。计算机在普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电脑”。 环境保护 环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。 纺织工业 在合成纤维树脂中添加纳米SiO2 、纳米ZnO、纳米SiO2复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、用品，可制得满足国防要求的抗紫外线辐射的功能纤维。 机械工业 采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米粉涂层处理，可以提供机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。 纳米材料的发展前景 纳米科技经过多年发展，已经在国际上形成了研究开发热潮。与计算机和信息技术发展相类似，纳米科技的发展将对各个研究领域产生广泛而深入的影响，进而对社会进步产生影响。因此，世界各国已将发展纳米科技发展战略目标的一部分，纷纷投入巨资用于纳米科技的研究和开发。 纳米材料既是纳米科技的基础和先导，也是未来社会发展极为重要的物质基础。利用各种纳米材料，科学家可以构建零维、一维、二维和三维等多层次、多功能的纳米器件。正如高纯单晶硅的研制成功，使集成电路、先进的