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纳米材料论文 纳米材料技术介绍 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 胡宇杨 学 号： 1120101117 班 级： D机制131 度增加，粒子的表面能及表面张力也随之增加，从而引起纳米榻料性质的变化。例如，粒径为5 nm的SiC比表面积高达300 ／12／g；而纳米氧化锡的表面积随粒径的变化更为显著，10 lltlfl时比表面积为90．3 m2／g，5 nm时比表面积增加到181 m2／g，而当粒径小于2 nm时，比表面积猛增到450 m2／g。这样大的比表面积使处于表面的原子数大大增加．这些袭面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在着大量的表而缺陷和许多悬挂键，具有高度的不饱和性质，因而使这些原子极易与其他原子相结合而稳定下来，具有很高的化学反应活性。 另外，处于高度活化状态的纳米微粒的表面能也很高，比表面积和裘面能可使纳米微粒具有很强的化学反应活性。例如，金属纳米微粒在空气中会燃烧．一些氧化物纳米微粒暴露在大气中会吸附气体，并与气体进行反应等。此外，由于纳米微粒表面原予的畸形也引起表面电子自旋构象和电子能潜的变化，所以纳米材料具有新的光学及电学性能。例如，一些氧化物、氮化物的纳米微粒对红外线有良好的吸收和发射作用，对紫外线有良好的屏蔽作用。 1．2小尺寸效应 当超微粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，声、光、电磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸效应。例如，光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态，超导相向正常相的转变；声子谱发生改变。纳米微粒的这些小尺寸效应为实用技术开 拓了新领域。例如，银的熔点为900'C，而纳米银粉熔点可降低到100，C，此特性为粉末冶金工业提供了新工艺。利用等离子共振频率颗粒尺寸变化的性质，可以通过改变颗粒尺寸来控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等。 1. 3量子尺寸效应 当粒子尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级现象，其关系为： 式中￡为能级间距；E为费米能级；N为总电子数。宏观物体包含无限个原子(即所含电子数，N），于是0，即大粒子或宏观物体的能级间距几乎为零；而纳米微粒包含的原子数有限，N值很小，导致有一定的值，即能级间距发生分裂。块状金属的电子能谱为准连续能带，而当能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导的凝聚态能时，必须考虑量子效应，这就导致纳米微粒磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性的显著不同，称为量子尺寸效应。 1．4物理特性 纳米材料的物理效应包括磁学、光学特性。 纳米材料的直径小，材料以离子键及共价键为主要结合力。与晶体相比，对光的吸收能力增强，表现出宽频带、强吸收、反射率低的特点。例如，尽管各种块状金属有不同颜色，但当其细化到纳米级的颗粒时所有金属都有呈现出黑色；有些物体还会出现新的发光现象，如硅本身属不发光的物体，但纳米硅具有发光现象。 由于纳米材料直径小，原子、分子更加裸露，磁性排更加随机，更加无规则，因此，纳米材料具有超顺磁性。 l . 5化学特性 纳米材料的化学效应包括吸附及催化等特性。 纳米材料有着较大的比表面积．使得其对其他物质具有更强的吸附特性。 纳米材料可以用作高教催化剂。由于纳米微粒尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态、电子态与颗粒内部不同，表面原子配价不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。纳米材料作为催化剂的作用主要有3个方面： (1)改变反应速度，提高反应效率； 决定反应路径，有优良的选择性，如只进行氢化、脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应； (3)降低反应温度。例如，以粒径小于0．3 nm的Ni和Cu—mon合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物氢化的效率是传统镍催化剂的10倍；超细PL粉、WC粉是高效的氢化催化剂；超细的Feb、Ni与Fe02，混合轻烧结体可以替代贵金属作为汽车尾气净化剂；超细Aug粉可以作为乙炔氧化的催化剂。 2纳米材料的制备 纳米材料的制备方式有多种，根据制备过程中是否有明显的化学反应发生，可分为物理制备方法和化学制备方法。其中物理制备方法有机械研磨法、干式冲击法、共混法、高温蒸发法；化学制备法有溶胶一凝胶法、沉淀法、溶剂蒸发法。 3纳米材料在纺织领域中的应用 正是由于纳米微粒这些奇特的性质，为其广泛应用奠定了基础。例如，纳米微粒有特殊的