米材料科学为材料科学的一个新分支。氮吹仪价格这标志着纳米材料学作为一个相对比较 独立学科的诞生。从此以后，纳米材料引起了世界各国科技界的极大兴趣和广 泛重视，很快形成了世界性的“纳米热”。 　　目前，纳米材料的研究已经经历了几个发展阶段，从最初对纳米微粒的合成 和性质探索发展到纳米复合材料、各种形态及不同维数的纳米结构和纳米组装 体系等。纳米材料科学作为多学科交叉的产物，它所涉及的许多未知过程和新 奇现象，很难用传统的物理、化学理论进行简单的解释，从某种意义上说，纳米材料 研究的进展势必把物理、化学和材料领域的许多学科推向一个新层次，也会给２１ 世纪科学研究带来新的机遇。基于纳米材料的应用和纳米尺度的操作建立起来 的纳米高科技，属于在前沿科学基础上发展的先进技术，已经为世界各国所关注。 ｄ＝２ρ（Ｂ／Δω） 四、纳米材料的特性 　　纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别，突出地表现在小 尺寸颗粒和巨大体积分数的界面，界面原子排列和键的组态的较大无规则性。 这就使纳米材料的物理性质出现了一些不同于常规材料的新现象。 　　量子尺寸效应　当粒子的尺寸小到某一值

时，金属的费米能级附近的电子 能级由准连续变为离散，对于纳米半导体材料存在的不连续的最高被占据分子 轨道和最低未被占据的分子轨道的能级和能隙变宽，此现象称为量子尺寸效应。 此效应使纳米材料的催化、光、热、磁、电和超导等特性与宏观特性显著的不同。 　　小尺寸效应　当超细微粒的尺寸与光波的波长，传导电子的德布罗意波长 或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，其周期性的边 界条件将被破坏，那么光、声、电、磁、热力学等特性会表现出新的小尺寸效应。 利用等离子共振频移随颗粒尺寸的变化的性质，可以通过改变颗粒尺寸来控制 吸收边的位移，制成具有一定频宽的微波吸收材料，用于电磁波的屏蔽、隐形飞 机等。 　　表面效应　此效应是指纳米材料表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺 寸的减少而大幅度地增加。使其表面能及表面张力也随之增加。纳米粒子的表 面原子所处的晶体场环境、结合能与内部的原子不同，存在许多悬空键，具有不 饱和性质，因而极易与其它原子结合，具有很高的化学活性和电化学活性。 　　宏观量子隧道效应　微观粒子贯穿能垒的能力称为隧道效应。一些宏观量 如磁化强度、磁通量等也具有隧道效应。例如，超细微颗粒的磁化强度和量子相 干器中的磁通量等也具有量子隧道效应，此现象称为宏观量子隧道效应。它的 研究确立了微电子器件进一

步微型化的极限，是未来微电子器件的研究和开发 　第五讲　纳米材料与纳米科技４３７ 的理论基础。 　　１．纳米材料的物理特性 　　（１）热学性能　纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体 的低很多。由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子 近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需增加的 内能小得多，这就使得纳米微粒熔点急剧下降。烧结温度的降低也是由于纳米 微粒的表面能高，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中孔 洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低温度下烧结就能达到致密化的目的。 　　另外，由于纳米材料界面原子排列比较混乱、原子密度低、界面原子耦合作 用变弱，因此纳米材料的比热容和膨胀系数都大于同类粗晶和非晶材料的值。 如金属银界面热膨胀系数是晶内热膨胀系数的２．１倍；纳米铅的比热容比多晶 态铅增加２５％～５０％；纳米铜的热膨胀系数比普通铜大好几倍；晶粒尺寸为 ８ｎｍ的纳米铜的自扩散系数比普通铜大１０１９倍。 　　（２）力学性能　高温、高硬、高强是结构材料开发的永恒主题，纳米结构材 料的硬度（或强度）与粒径成反比（符合Ｈａｌ ｌｌＲｅｔｃｈ关系式）。材料晶粒的细化 及高密度界面的存在，必将对纳米材料的力学性能产生很大的影响。在纳米材 料中位错密度非常低，位错滑移和增殖采取ＦｒａｎｄＲｅ