当纳米颗粒尺寸小到一定程度时，费米面附近电子能 级的离散性非常显著，量子尺寸效应不容忽视，最后导致
低温下导体向绝缘体的转变
～
（如kBT）
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第一节 纳米材料
4.宏观量子隧道效应
隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总 能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来 ，人们发现一些宏观量如微颗粒的磁化强度、量子相干器 件中的磁通量及电荷也具有隧道效应，他们可以穿越宏观 系统的势阱而产生变化，故称之为宏观量子隧道效应。
另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波
长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。
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第一节 纳米材料
（2）力学性质
金属纳米材料和陶瓷纳米材料有着比一般材料更高的
强度和硬度，甚至大部分陶瓷纲米材料也具有良好的塑性
和韧性。如A12O3基体中加入纳米SiC晶粒制成的陶瓷材料， 其最高强度大于1500MPa，最高使用温度也可以原来的 800℃提高到1200 ℃，纳米Ag微粒只要低于373K就开始 熔化，而常规Ag的熔点却在1173K左右。
当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进入了超顺磁状
态。
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第一节 纳米材料
二、纳米材料的主要制备方法 1、物理方法
(1)真空冷凝法 用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料 气化或形成等离子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组 织好、粒度可控，但技术设备要求高。 (2)物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米
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第一节 纳米材料
（3）热学性质
纳米微粒的熔
点、烧结温度
和晶化温度均
比常规粉体低
得多。这是纳 米微粒量子效 应造成的。
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第一节 纳米材料
（4）磁学性质
纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效 应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。
第一节 纳米材料
纳米材料的基本特性：
1. 量子尺寸效应
2. 表面效应
3.小尺寸效应
4.宏观量子隧道效应
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第一节 纳米材料
1.表面效应
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20 30 40 50
第一节 纳米材料
2. 化学方法
(1)气相沉积法 利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材
料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。
(2)沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理 得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大 ，适合制备氧化物。 (3)水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，
主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁
化率。
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第一节 纳米材料
超顺磁状态的起因： 由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相 比时，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。 例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很高，而
• 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。
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原子排成的“原子”字样
1nm=1/10亿米，10个氢原子 紧密排列，20nm是头发丝直 径的3000分之一
第一节 纳米材料
2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应
纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米
微粒称为胶体（或分散相）。
由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散 物系具有特殊的光学特性，例如丁达尔效应。丁达尔效应 ——如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂 直方向上可以看到一个发光的圆锥体。
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第一节 纳米材料
2.小尺寸效应
金属纳米固体材料的电阻增大与临界尺寸现象归因于小尺寸
效应。当颗粒尺寸与电子运动的平均自由程可比拟或更小
时，小尺寸效应不容忽视。界面散射为主因。
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第一节 纳米材料
3.量子尺寸效应
粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分
布不均匀。
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第一节 纳米材料
(3)机械球磨法 采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素
纳米粒子、合金纳米粒子或复合材料的纳米粒子。其特点
操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
二、纳米材料的主要制备方法 三、纳米材料的应用领域
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第一节 纳米材料
一、纳米材料概述
• 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间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的 过渡区域。
第六章 新材料化学
新材料是指新近发展的或正 在研发的、性能超群的一些材料， 具有比传统材料更为优异的性能。
新材料技术则是按照人的意志，
通过物理研究、 材料设计、材料
加工、试验评价等一系列研究过
程，创造出能满足各种需要的新 型材料的技术。
第六章 新材料化学
第一节 纳米材料 第二节 复合材料 第三节 生物材料 第四节 智能材料 第五节 新能源材料
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第一节 纳米材料
由于纳米材料的组织粒子极其小，其中所包含的原子 个数极少、质量极轻，许多物理和化学性质表现就不能用 宏观上块状物质的性质来描述，而是出现一些“反常现象
”。
（1）光学性质
（2）力学性质
（3）热学性质 （4）磁学性质
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第一节 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ米材料
（1）光学性质
1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈
黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强
吸收率、低反射率。
例如，铂金纳米粒子的反射率为1%。
纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频 带强吸收谱。
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