纳米材料的小尺寸效应

物质的尺度加工到1～100nm，它的物理性质或者化学性能与较大尺度时相比，会发生变化，这些物质组成的材料称为“纳米材料”.

纳米材料在声、光、电、磁、热、力学等性能呈现出“新奇”的现象.随着颗粒尺寸变小，在一定条件下会引起颗粒性质改变.由此引起的宏观物理性质的变化称为“小尺寸效应”.纳米材料小尺寸效应主要表现在如下方面：

⒈特殊光学性质：所有金属在纳米状态时都呈现黑色.尺寸越小颜色愈黑，银白色的铂变成铂黑，金属铬变成铬黑.金属超微颗粒对光的反射率很低，通常低于l％，约几微米厚度就能完全消光.利用此特性可制造高效率光热、光电转换材料，以很高效率将太阳能转变为热能、电能.还可用于红外敏感元件、红外隐身技术等.

⒉特殊热学性质：通常晶体具有固定的熔点，当晶体达到纳米尺寸时却截然不同.例如：金的熔点为1064℃，而直径为10nm的金粉熔点降低到940℃，直径为5nm的金粉熔点降低到830℃.此特性可应用于粉末冶金工业.

⒊特殊电学、磁学性质：纳米材料的导电性有所改变.例如：铜颗粒达到纳米尺寸就变得不能导电；通常绝缘的二氧化硅颗粒在20nm时却开始导电.此外，纳米材料呈现出超顺磁性，科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中都存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领.

⒋特殊力学性质：氟化钙纳米材料在室温下可大幅度弯曲而不断裂.研究表明，人的牙齿具有高强度，是因为它由磷酸钙等纳米材料构成.纳米金属要比传统金属硬3～5倍.金属陶瓷复合纳米材料不但强度高且韧性好，制成的刀具比金刚石制品还要坚硬.

纳米材料小尺寸效应还表现在超导电性，介电性能、声学特性以及化学性能等方面.

纳米技术目前已成功应用于许多领域，在工业、农业、能源、环保、医疗、国家安全等都有广泛应用，图34是1993年中国科学院北京真空物理实验室自行操纵原子写出的“中国”二字，标志着我国开始在世界纳米领域占有一席之地.

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