米材料科學(xué)為材料科學(xué)的一個新分支。氮吹儀價格這標志著納米材料學(xué)作為一個相對比較 獨立學(xué)科的誕生。從此以后，納米材料引起了世界各國科技界的極大興趣和廣 泛重視，很快形成了世界性的“納米熱”。 　　目前，納米材料的研究已經(jīng)經(jīng)歷了幾個發(fā)展階段，從最初對納米微粒的合成 和性質(zhì)探索發(fā)展到納米復(fù)合材料、各種形態(tài)及不同維數(shù)的納米結(jié)構(gòu)和納米組裝 體系等。納米材料科學(xué)作為多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，它所涉及的許多未知過程和新 奇現(xiàn)象，很難用傳統(tǒng)的物理、化學(xué)理論進行簡單的解釋，從某種意義上說，納米材料 研究的進展勢必把物理、化學(xué)和材料領(lǐng)域的許多學(xué)科推向一個新層次，也會給２１ 世紀科學(xué)研究帶來新的機遇。基于納米材料的應(yīng)用和納米尺度的操作建立起來 的納米高科技，屬于在前沿科學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展的先進技術(shù)，已經(jīng)為世界各國所關(guān)注。 ｄ＝２ρ（Ｂ／Δω） 四、納米材料的特性 　　納米材料在結(jié)構(gòu)上與常規(guī)晶態(tài)和非晶態(tài)材料有很大差別，突出地表現(xiàn)在小 尺寸顆粒和巨大體積分數(shù)的界面，界面原子排列和鍵的組態(tài)的較大無規(guī)則性。 這就使納米材料的物理性質(zhì)出現(xiàn)了一些不同于常規(guī)材料的新現(xiàn)象。 　　量子尺寸效應(yīng)　當粒子的尺寸小到某一值

時，金屬的費米能級附近的電子 能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散，對于納米半導(dǎo)體材料存在的不連續(xù)的最高被占據(jù)分子 軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道的能級和能隙變寬，此現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。 此效應(yīng)使納米材料的催化、光、熱、磁、電和超導(dǎo)等特性與宏觀特性顯著的不同。 　　小尺寸效應(yīng)　當超細微粒的尺寸與光波的波長，傳導(dǎo)電子的德布羅意波長 或超導(dǎo)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，其周期性的邊 界條件將被破壞，那么光、聲、電、磁、熱力學(xué)等特性會表現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。 利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸的變化的性質(zhì)，可以通過改變顆粒尺寸來控制 吸收邊的位移，制成具有一定頻寬的微波吸收材料，用于電磁波的屏蔽、隱形飛 機等。 　　表面效應(yīng)　此效應(yīng)是指納米材料表面原子與總原子數(shù)之比隨著納米粒子尺 寸的減少而大幅度地增加。使其表面能及表面張力也隨之增加。納米粒子的表 面原子所處的晶體場環(huán)境、結(jié)合能與內(nèi)部的原子不同，存在許多懸空鍵，具有不 飽和性質(zhì)，因而極易與其它原子結(jié)合，具有很高的化學(xué)活性和電化學(xué)活性。 　　宏觀量子隧道效應(yīng)　微觀粒子貫穿能壘的能力稱為隧道效應(yīng)。一些宏觀量 如磁化強度、磁通量等也具有隧道效應(yīng)。例如，超細微顆粒的磁化強度和量子相 干器中的磁通量等也具有量子隧道效應(yīng)，此現(xiàn)象稱為宏觀量子隧道效應(yīng)。它的 研究確立了微電子器件進一

步微型化的極限，是未來微電子器件的研究和開發(fā) 　第五講　納米材料與納米科技４３７ 的理論基礎(chǔ)。 　　１．納米材料的物理特性 　　（１）熱學(xué)性能　納米微粒的熔點、開始燒結(jié)溫度和晶化溫度均比常規(guī)粉體 的低很多。由于顆粒小，納米微粒的表面能高、比表面原子數(shù)多，這些表面原子 近鄰配位不全，活性大以及體積遠小于大塊材料的納米粒子熔化時所需增加的 內(nèi)能小得多，這就使得納米微粒熔點急劇下降。燒結(jié)溫度的降低也是由于納米 微粒的表面能高，在燒結(jié)中高的界面能成為原子運動的驅(qū)動力，有利于界面中孔 洞收縮，空位團的湮沒，因此，在較低溫度下燒結(jié)就能達到致密化的目的。 　　另外，由于納米材料界面原子排列比較混亂、原子密度低、界面原子耦合作 用變?nèi)酰虼思{米材料的比熱容和膨脹系數(shù)都大于同類粗晶和非晶材料的值。 如金屬銀界面熱膨脹系數(shù)是晶內(nèi)熱膨脹系數(shù)的２．１倍；納米鉛的比熱容比多晶 態(tài)鉛增加２５％～５０％；納米銅的熱膨脹系數(shù)比普通銅大好幾倍；晶粒尺寸為 ８ｎｍ的納米銅的自擴散系數(shù)比普通銅大１０１９倍。 　　（２）力學(xué)性能　高溫、高硬、高強是結(jié)構(gòu)材料開發(fā)的永恒主題，納米結(jié)構(gòu)材 料的硬度（或強度）與粒徑成反比（符合Ｈａｌ ｌｌＲｅｔｃｈ關(guān)系式）。材料晶粒的細化 及高密度界面的存在，必將對納米材料的力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響。在納米材 料中位錯密度非常低，位錯滑移和增殖采取ＦｒａｎｄＲｅ