纳米材料的特性是什么？

Question

如题所述

Answer 1

纳米材料的特点：
（1）表面与界面效应。
主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。
（2）小尺寸效应。
当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。
（3）量子尺寸效应。
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。
（4）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。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

Answer 2

假如给你一块橡皮，你把它切成两半，那么它就会增加露在外面的表面，假如你不断地分割下去，那么这些小橡皮总的表面积就会不断增大，表面积增大，那么露在外面的原子也会增加。如果我们把一块物体切到只有几纳米的大小，那么一克这样的物质所拥有的表面积就有几百平方米，就像一个篮球场那么大。随着粒子的减小，有更多的原子分布到了表面，据估算当粒子的直径为10纳米时，约有20％的原子裸露在表面。而平常我们接触到的物体表面，原子所占比例还不到万分之一。当粒子的直径继续减小时，表面原子所占的分数还会继续增大。如此看来，纳米粒子真是敞开了胸怀，不像我们所看到的宏观物体那样，把大部分原子都包裹在内部。
正是由于纳米粒子敞开了胸怀，才使得它具有了各种各样的特殊性质。我们知道原子之间相互连接靠的是化学键，表面的原子由于没能和足够的原子连接，所以它们很不稳定，具有很高的活性。用高倍率电子显微镜对金的纳米粒子进行电视摄像，观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状，它既不同于一般固体，也不同于液体；在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化和燃烧。如果要防止自燃，可采用表面包覆或者有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层。
概括一下，纳米颗粒具有如下一些的特殊性质：
光学性质
纳米粒子的粒径(10～100纳米)小于光波的波长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。纳米材料因其光吸收率大的特点，可应用于红外线感测材料。当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂(白金)变成铂黑，金属铬变成铬黑。由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1％，大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性，可以将纳米粒子制成光热、光电等转换材料，从而高效率地将太阳能转变为热能、电能。此外，又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。
热学性质
固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点往往是固定的，超细微化后，却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，金的常规熔点为1064℃，当颗粒尺寸减小到10纳米时，熔点则降低27℃，2纳米时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点则可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具有高质量。日本川崎制铁公司采用0.1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。
磁学性质
人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为2纳米的磁性氧化物颗粒。这些纳米磁性颗粒的磁性要比普通的磁铁强很多。生物学家研究指出，现在只能“横行”的螃蟹，在很多年前也是可以前后运动的。亿万年前螃蟹的祖先就是靠着体内的几颗磁性纳米微粒走南闯北、前进后退、行走自如，后来地球的磁极发生了多次倒转，使螃蟹体内的小磁粒失去了正常的定向作用，使它失去了前后进退的功能，螃蟹就只能横行了。
力学性质
陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此纳米陶瓷材料能表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。至于金属一陶瓷等复合纳米材料，则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。

Answer 3

纳米材料的特点？

当粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。比方说：被广泛研究的II-VI族半导体硫化镉，其吸收带边界和发光光谱的峰的位置会随着晶粒尺寸减小而显著蓝移。按照这一原理，可以通过控制晶粒尺寸来得到不同能隙的硫化镉，这将大大丰富材料的研究内容和可望得到新的用途。我们知道物质的种类是有限的，微米和纳米的硫化镉都是由硫和镉元素组成的，但通过控制制备条件，可以得到带隙和发光性质不同的材料。也就是说，通过纳米技术得到了全新的材料。纳米颗粒往往具有很大的比表面积，每克这种固体的比表面积能达到几百甚至上千平方米，这使得它们可作为高活性的吸附剂和催化剂，在氢气贮存、有机合成和环境保护等领域有着重要的应用前景。对纳米体材料，我们可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。“更轻”是指借助于纳米材料和技术，我们可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。本回答被网友采纳

Answer 4

纳米材料分为两类：纳米超微粒子（颗粒尺寸为1－100nm的超微粒子的材料）、纳米固体材料(由超微粒子组成的固体材料)
纳米材料的特性：
1.自组装效应
2.小尺寸效应
3.表面效应
4.量子效应
由于内容比较多，具体请参见下面我列举的书。
相关：
纳米是一个比微米小得多的计量单位。纳米技术是指在纳米范围内研究物质的结构及其变化规律，并应用于生产生活之中的技术。纳米材料(nano material)，纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子(nano particle)，纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm 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的不同。
由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性。因此纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。

参考资料：朱宏伟等著　《碳纳米管》P7纳米材料的特性　机械工业出版社　2003.1

Answer 5

纳米材料的特性包括具有极小尺寸、高比表面积、优异的电学、光学、磁学性质以及特殊的力学属性等。
石墨烯纳米抗菌材料是一种以石墨烯为基础的材料，具有高度的导电性和导热性、优异的力学强度和柔韧性、高比表面积等特性。由于其独特结构，石墨烯纳米抗菌材料还具有良好的抗菌性能，可以应用于医疗、食品卫生等领域。