孔板納米材料的奇怪特點介紹

    納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性，如原本導電的負壓變送器到某一納米級界限就不再導電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時開始導電。這是由于納米材料具有穎粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所占比例大等特點，以及其特有的效應:表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應。
1.2.1表面效應
    球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積(表面艱獷體積)與直徑成反比。隨著穎粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所占的百分數(shù)將會顯著埔加。對直徑大于0.15m的顆粒的表面效應可忽略不計，當尺寸小于0.15m時，其表面原子百分數(shù)急劇增長，甚至Ig超微顆粒表面積的總和可高達100m2，這時的表面效應將不容忽略。超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒(直徑為2x10一，ILM)進行電視攝像，實時觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時間的變化會自動形成各種形狀(如立方八面體，十面體。二十面體多粒晶等)，它既不同于一般固體，又不同于擴散硅壓力變送器，是一種準固體。在電子顯徽鏡的電子束照射下，表面原子仿佛進人了“沸騰.狀態(tài)，尺寸大于10。后才觀察不到這種顆粒結構的不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有穩(wěn)定的結構狀態(tài)。超微顆粒的表具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化且燃燒。如要防止自燃，可采用表面包搜或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄且致密的氧化層，確保表面穩(wěn)定化。利用表面
活性，金屬超微顆粒有望成為新一代的高效催化劑、儲氣材料或低熔點材料。

1.2.2小尺寸效應
    當微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體周期性的邊界條件將被破壞;隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對負壓變送器而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產(chǎn)生如下一系列新奇的性質。
    (1)特殊的光學性質。當黃金被細分到小于光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈黑色。尺寸越小，顏色越黑，銀白色的鉑(白金)變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此叮見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通�？傻陀�1%，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變?yōu)闊崮�、電能。此外，又有可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。
    (2)特殊的熱學性質。固態(tài)物質在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低，當顆粒小于lonm量級時尤為顯著。例如，金的常規(guī)熔點為1064-C,當顆粒尺寸減小10nm時，則降低2790，減小到2nm時的熔點僅約為3279C;銀的常規(guī)熔點為6709C，而超微銀顆粒的熔點可低于loo. c.因此，超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的荃片不必采用耐高溫的陶瓷材料，甚至可以使用塑料。采用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質量的性能。日本川崎制鐵公司采用0.1一' pin的銅、鎳超微顆粒制成導電漿料可代替把與銀等貴金屬。超微顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業(yè)具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1% -0.5%(質量分數(shù))的超微鎳顆粒后，可使燒結溫度從3000℃降低到1200一13009C，以致可在較低的溫度下燒制成大功率半導體管的基片。

    (3)特殊的磁學性質。人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養(yǎng)豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體內通常含有直徑約為2x10-25m的磁性氧化物顆粒。小尺寸的超微顆粒磁性·與大塊材料具有顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為80A/m，而當顆粒尺寸減小到2x10一，5m以下時，其矯頑力可增加1000倍，若進一步減小其尺寸，大約小于6x10-'llm時，其矯頑力反而降低到零，
呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已做成高儲存密度的磁記錄磁粉，大量應用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超oi磁性，人們已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。
    (4)特殊的力學性質。負壓變送器在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力
變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出甚佳的韌性與一定的延展使陶瓷材料具有新奇的力學性質。美國學者報道，氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶拉金屬硬3一5倍。至于金屬一陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。超微穎粒的小尺寸效應還表現(xiàn)在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等方面。

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