文档介绍：金属纳米材料
金属纳米材料
金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。
纳米材料特别是金属纳米材料之所以在未来高新技术发展中占有重要地位,是因为其奇异特性及产业化的大好前景。
金属纳米材料的分类
①零维。
指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米粉体、原子团簇等。
按照维数分类:
②一维。
指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等。
③二维。
指在三维空间中有一维处于纳米尺度,如超薄膜、多层膜及超晶格等。
金属纳米材料的特性

2. 表面效应

5. 宏观量子隧道效应
6. 原子的扩散行为
7. 催化和贮氢性能

金属纳米材料具有非常独特的力学性能及结构一性能关系,同时发现了一些新的现象和规律,这些结果不但深化了对金属多晶材料变形机理和力学性能的认识,而且对发展新材料和改善传统材料的性能具有强力的推动作用。
①用于本征力学性能测试的“理想纳米材料,、无污染、完全驰豫态、三维大尺寸
块状纳米材料样品才有可能准确测量各力学性能参量

②纳米晶体材料变形理论模型的建立。用于普通多晶材料变形的传统位错理论显然不适用于纳米晶体材料的变形过程,通过进一步理解纳米材料的微观结构特征和力学性能,建立适用于纳米材料变形过程的模型及理论至关重要。
2. 表面效应
球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面利体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小,比表面积,比表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。
表1 超微颗粒表面原子百分数与颗粒直径的关系
2. 表面效应
由表1可见,¨m的颗粒其表面效应可忽略不计,当尺寸小于0. 1!m 时,比表面积剧增,甚至1g 超微颗粒表面积的总和可高100m2,这时的表面效应将不容忽略。巨大的比表面积,键态严重失配,出现许多活性中心,表面台阶及粗糙度增加,表面出现非化学平衡、非整数配位的化学价,导致纳米体系的化学性质与化学平衡体系出现很大差别[ 5 ~ 7 ]。因此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而燃烧。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。

纳米材料以原子或分子为起点,可设计出更强、更轻、可自修复的结构材料。当纳米微粒尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态相干长度等特征尺寸相当或者更小时,其周期性边界被破坏,则其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出新奇的现象,显现出与传统材料的极大差异。如铜颗粒达到纳米尺寸就不能导电,而二氧化硅颗粒在20nm 时却开始导电,高分子材料加纳米材料制成的刀具比金刚石制品还要坚硬,纳米陶瓷具有良好的韧性等。金属纳米材料的电阻随尺寸下降而增大,电阻温度系数下降甚至变成负值;10nm ~ 25nm 的铁磁金属微粒矫顽力比相同的宏观材料大1 000 倍,而当颗粒尺寸小于10nm 时矫顽力变为0,表现为超顺磁性。

因为宏观物体包含无限原子,$ 趋于无穷,则! 趋于零,即大粒子或宏观物体能级间距几乎为零,而纳米微粒包含原子有限,$ 不算太大,则能级间距大于热能、电场能或者磁场能时,使其磁、光、热、电、超导电性能与宏观材料显著不同,即量子尺寸效应。金属超微粒子中电子数较少,因而不再遵守费米统计,小于10nm 的纳米微粒强烈地趋于电中性,即久保效应。