（2）原因

颗粒小; 表面能高、比表面原子数多; 表面原子近邻配位不全，活性大; 体积远小于大块材料; 纳米粒子熔化时所需增加的内能小得 多，纳米微粒熔点急剧下降。
2、开始烧结温度降低


（1）烧结温度：所谓烧结温度是指在低于熔点的温度 下使粉末互相结合成块，密度接近常规材料的最低加 热温度。 （2）原因：纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材 后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子 运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的 湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的 目的，即烧结温度降低。

2．蓝移现象 与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在 “蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。 例： 纳米SiC颗粒：峰值红外吸收频率是814cm-1 大块SiC固体：峰值红外吸收频率是794cm-l。 纳米氮化硅颗粒：峰值红外吸收频率是 949cm-l 大块Si3N4固体：峰值红外吸收频率是935cm-l


激子：在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在 价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚 态，称为激子。 分类：通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦 克尔（Frenkel）激子。 万尼尔激子：电子和空穴分布在较大的空间范围，库 仑束缚较弱，电子“感受”到的是平均晶格势与空穴的 库仑静电势，这种激子主要是在半导体中； 弗伦克尔激子：电子和空穴束缚在体元胞范围内，库 仑作用较强，这种激子主要是在绝缘体中。



隐身：就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。 隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂 上红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通 过发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测 飞机的。 例：1991年海湾战争中，美国F117A型飞机的隐身 材料就是含有多种纳米粒子对不同的电磁波有强烈的 吸收能力。在42天战斗中，执行任务的的飞机1270架 次，摧毁了伊拉克95%的军事设施而美国战机无一受 损。 科索沃战争中B2隐形轰炸机轰炸我南联盟大使馆

式中， m 为电子质量；△ E 为跃迁能量；μ为跃迁偶 极 矩 。 当 R< α B 时 ， 电 子 和 空 穴 波 函 数 的 重 叠 1U(0)12将随粒径减小而增加，近似于(αB /r)3。 因为单位体积微晶的振子强度f微晶/V（V为微晶体积） 决定了材料的吸收系数，粒径越小，1U(0)12越大， f微晶/V也越大，则激子带的吸收系数随粒径下降而增 加，即出现激子增强吸收并蓝移，这就称做量子限域 效应。纳米半导体微粒增强的量子限域效应使它的光 学性能不同于常规半导体。

原因：纳米粒子大的比表面导致了平均配位数↓，不 饱和键和悬键↑，与常规大块材料不同，没有一个单 一的、择优的键振动模式，而存在一个较宽的键振动 模的分布，在红外光场作用下它们对红外吸收的频率 也就存在一个较宽的分布，这就导致了纳米粒子红外 吸收带的宽化。


应用: 大约几微米的厚度就能完全消光。利用 这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换 材料，可以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。 太阳能热水器的真空集热管 吸热镀膜涂层， 该涂层应具有较高的太阳吸收比和较低的红外 发射比，镀膜层太薄影响吸收热量；太厚则红 外发射率增高，保温效果差。而目前生产工艺 上采用的干涉膜和渐变膜并无优劣之分，只是 工艺不同而己，用户很难区别。





（B）球链模型：采用球链反转磁化模式来计算纳米 Ni微粒的矫顽力。 由于静磁力作用，球形纳米Ni微粒形成链状，对 于由n个球形粒子构成的链的情况，矫顽力
式中，n为球链中的颗粒数；μ为颗粒磁矩；d 为颗粒间距。设n=5，则Hcn≈[55×104/(4 π)]A/m，大于实验值。

Ohshiner引入 缺陷对球链模型 进行修正后，矫 顽力比上述理论 计算结果低。他 认为颗粒表面氧 化层可能起着类 似缺陷的作用， 从而定性地解释 了上述实验事实。
3．居里温度（TC）

（1）定义：磁化率呈现明显峰值的温度。居里 温度 Tc 为物质磁性的重要参数，通常与交换积 分Je成正比，并与原子构型和间距有关。 （2）特点 （A）对于薄膜：理论与实验研究表明，随着铁 磁薄膜厚度的减小，居里温度下降。 （ B ）对于纳米微粒 : 由于小尺寸效应和表面效 应而导致纳米粒子的本征和内部的磁性变化， 因此具有较低的居里温度。
பைடு நூலகம்
三、 纳米粒子的磁学性质
1．超顺磁性

（1）定义：超顺磁性是指当纳米磁性粒子的粒径小于 某一临界尺寸后，在有外加磁场存在时，表现出较强 的磁性，但当外磁场撤消时，无剩磁，不再表现出磁 性。 特点：这时磁化率χ不再服从居里-外斯定律。
C T TC

矫顽力Hc→0，磁化强度MP可以用朗之万公式来描述。 Mp≈μ2H/(3kBT)，μ为粒子磁矩。
1、形貌 （1）一般形状 纳米微粒一般呈球形（在通常的电子显微镜下观察） 随着制备条件不同特别是当粒子的尺寸变化时(1～ l00nm之间)，粒子的形貌并非都呈球形或类球形。 （2）其他形状 （A）球形粒子的表面上存在原子台阶。（用高倍超 高真空的电子显微镜观察纳米球形粒子） （B）正方形或矩形。 （C）五边形十面体形状（银的纳米微粒） （D）其他形状

例： α-Fe——5nm Fe3O4 ——16nm α- Fe2O3 ——16nm （2）原因：在小尺寸下，当各向异性能减小到与热 运动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁 化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺 磁性的出现。 不同种类的纳米磁性微粒显现超顺磁的临界尺寸是 不相同的。

2．矫顽力

（1）定义：使单磁畴纳米微粒去掉磁性所需要施加的 反向磁场力。（必须使每个粒子整体的磁矩反转，这 需要很大的反向磁场） 纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫 顽力Hc。

（2）原因： 对于纳米微粒高矫顽力的起源两种解释：一致转动模 式和球链反转磁化模式。

（A）一致转动磁化模式： 基本内容：当粒子尺寸小到某一尺寸时，每个粒子就是 一个单磁畴。
例：
材料 烧结温度
常规 Al2O3 纳米 Al2O3 常规Si3N4 纳米Si3N4
2073---2173K 1423---1773K 2273K 673---773K

纳米TiO2在773K加热时呈现出明显的致密化，而 晶粒仅有微小的增加，致使纳米微粒TiO2在比大 晶粒样品低873K的温度下烧结就能达到类似的硬 度(见图1.6)。



荧光粉中的应用 有些氧化物，如TiO2、 Fe2O3、 ZnO2、 Al2O3，当达 到纳米尺寸时对紫外光有强烈的吸收。 亚微米TiO2 对紫外光没吸收。 纳米TiO2 对400nm以下紫外光有强烈的吸收。 纳米Fe2O3 对600nm以下紫外光有强烈的吸收。 纳米Al2O3 对250nm以下紫外光有强烈的吸收。 把几种纳米氧化物混到稀土荧光粉中，能有效地吸收 掉有害的紫外光而不降低荧光粉的发光效率。 日光灯是利用水银的紫外线来激发管壁的荧光粉导致 高亮度的照明,但紫外光对荧光粉的寿命及人体有损害。 所以要进行过滤。

例 ： Fe 和 Fe3O4 单 磁 畴 的 临 界 尺 寸 分 别 为 l2nm 和 40nm。 许多实验表明，纳米微粒的Hc测量值与一致转动的 理论值不相符合。 例：粒径为65nm 的Ni微粒具有大于其他粒径微粒的 矫顽力，Hcmax≈[25×104/4π]/A/m。这远低于一 致转动的理论值，Hc=4K1/3Ms≈[16×105/4 π]/A/m。 都有为等人认为对纳米微粒Fe、Fe3O4和Ni等的高 矫顽力的来源应当用球链模型来表示。
纳米微粒的物理特性

一、 纳米微粒的形貌与结构 二、 纳米微粒的热学性质 三、 纳米粒子的磁学性质 四、 纳米微粒的光学性质 五、 纳米微粒分散物系的动力学性质 六、 表面活性及敏感特性 七、 光催化性能 八、 电学性能 九、 特殊的力学性质
一、 纳米微粒的形貌与结构
防晒油、化妆品的应用 太阳光包含光的各种波长，有可见光、 红外光、和紫外光。 对人体伤害的是紫外光， 300～ 400nm之间。所以在防晒油、化妆品中加 入TiO2等纳米氧化物能很好地吸收有害的 射线，达到保护皮肤的目的。颗粒不能太 大或太小，一般40nm，太大起不到吸收作 用，太小会堵塞毛孔，影响健康。
3、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体

传统非晶Si3N4在1793K晶化成α-相，纳米非晶 Si3N4微粒在1673K加热4h全部转变成α相。
纳米微粒 开始长大的 温度随粒径 的减小而降 低。


应用: 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，既省料又具高质量。熔点下降 的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引 力。
3．量子限域效应 激子的影响。 半导体纳米微粒的半径r<αB(激子玻尔半径) 时，电子的平均自由程受小粒径的限制，被局 限在很小的范围，空穴很容易与它形成激子， 引起电子和空穴波函数的重叠，这就很容易产 生激子吸收带。随着粒径的减小，重叠因子 (在某处同时发现电子和空穴的几率1U(0)12) 增加，对半径为r的球形微晶，忽略表面效 应，则激子的振子强度

金纳米粒子
纳米Al2O3微粒的高分辩电镜照片. （黑点为Al原子，表面具有原子台阶，内部原子排列整齐.）
银纳米粒子
银纳米粒子
2、结构（晶体结构）

基本规律：纳米微粒的结构一般与大颗粒的 相同，但有时会出现很大差别。 例:用气相蒸发法制备Cr的纳米微粒时，占主 要部分的α-Cr微粒与普通bcc结构的铬是一致 的，晶格参数α0=0.288nm。但同时还存在 δ-Cr，它的结构是一种完全不同于α-Cr的新 结构，晶体结构为A-15型，空间群Pm3n。