纳米材料研究概述

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1、纳米材料研究概述Xxx（xxxxx四川xxx000000）摘要：本文主要介绍了纳米材料的特性、结构和各种制备方法，并对纳米材料的特点、研究进展及前景展望进行了较为全而的综述。关键词：纳米材料应用范围研究进展未来展望前言纳米材料科学是一门涉及众多科学领域的交叉科学，是许多基础理论、专业理论与当代尖端高新技术的结晶。随着纳米材料及纳米科技的发展，利用纳米材料奇特的表面效应和小尺寸效应，纳米材料已被广泛应用于电子、化工、冶金、宇航军事、环境保护、医学和生物工程等国民经济发展的许多领域。纳米材料是纳米科学技术的一个重要发展方向，是由尺寸介于

2、原子、分子和宏观体系间的纳米粒子组成的新一代材料[1]。一、纳米材料的特性1.1纳米材料的概念纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm[2]间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型人介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著

3、的不同。1.2纳米材料的独特效应纳米材料的主要特点就是尺寸缩小、精度提高。纳米材料的重要意义最主要体现就是在这样一个尺寸范围内，其所研究的物质对象将产生许多既不同于宏观物体也不同于单个原子、分子的奇异性质，或对原有性质有十分显著的改进和提高。1.2.1小尺寸效应当微粒光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等的物理特征尺寸相近或更小的时候，符合周期性的边界条件受到破坏，因此在光、热、电、声、磁等的物理特性方面都会出现一些新的效应，称为小尺寸效应。1.2.2表面与界面效应纳米微粒的表面积很大，在表面的原子数目所占比例很高，

4、大大增加了纳米粒子的表面活性；表面粒子的活性不但引起微粒表面原子输运和构型的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。1.2.3宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，都是纳米粒子与纳米固体材料的基本特性，是纳米微粒和纳米固体出现与宏观特性“反常”的原因。1.3纳米材料的结构特点1.3.1纳米材料的晶体结构纳米颗粒被压成三维材料后，大量的原子处于“晶界”上，处在晶界上的原子既不存在长程有序，电不存在短程有序，它的晶体结构不同于已知晶体材料中的原子结构。德国

5、某大学的科研小组采用多种实验测量手段，发现在纳米结构的金属材料中，处于体相内的原子仍然具有晶体结构而处于晶界上的原子其密度很低，原子与原子之问的间距存在一个分布。然而，采用拉曼光谱分析具有离子键的纳米结构材料时发现晶界上的原子或离子仍然具有晶体结构。1.3.2纳米材料的相稳定性随着粒子尺度的减小，纳米粒子的表面原子与总原子数之比急剧增大。大量的原子处于界面上．使得表面能起到非常大的作用，原来处于某一相能量最低的粒子由于粒径减小，表面能增大，而处于一种能量并非最低的相态；从而影响了纳米材料的稳定性[3]。相稳定性是材料最为重要的性能之

6、一。通常研究相态稳定性方法有两种：①加热使材料由一个相态转变为另一个相态。但是，在高温下晶粒可能长大，使得这种方法很难用于粒径对相稳定性影响的研究。②室温下加压使材料由一个相态转变为另一个相态。这种方法目前被应用于纳米结构材料的相稳定性研究，一般以室温条件下材料的相转变压力的大小来表征材料的相稳定性，转变压力越小相越不稳定，反之转变压力越大相态越稳定。1.3.3亚稳态纳米结构采用纳米技术可以将桕溶性很差的金属或金属氧化物制成亚稳态的纳米结构材料，从而改变材料的物理化学性能，如三氧化二铁和氧化锡是完全不相溶的两种无机材料，但采用一种非

7、平衡的纳米材料制备方法，可以获得一种亚稳态的共溶相。这种亚稳态的纳米结构材料对特定的气体具有很好的气敏性能，具有较好的选择性，是一种很有应用前景的气敏材料，金属铁在铜中的相溶性仅为7×10%，采用纳米制备技术可以获得一种亚稳态的原子尺度上纳米合金，这种纳米合金材料具有优异的催化性能。二、纳米材料的分类纳米材料至少是在一维方向上受纳米尺度(1-100nm)调制的各种固体材料，从这个概念上讲，所研究涉及的纳米材料结构大致分为以下几类：(1)零维的原子团簇和纳米微粒；(2)一维调制的纳米单层或多层薄膜；(3)二维调制的纳米纤维结构；(4)

8、三维调制的纳米相材料。从人们对纳米材料进行大量研究来看，目前重点是三维结构的纳米固体，其次是层状纳米固体，而对线状纳米纤维则研究得很少。三、纳米材料的制备方法纳米材料的制造方法很多，一些制取超细微粉的方法可以用来制纳米微粒。但是高效应