文档介绍：纳米材料的特性纳米材料的热学性质纳米材料的光学性质纳米材料的电学性质纳米材料的磁学性质纳米材料的力学性质纳米材料的化学性质纳米材料的特性纳米结构材料(nanostructuredmaterials)又称纳米固体,它是由颗粒尺寸为1~100nm的粒子凝聚而成的块体、薄膜、多层膜和纤维等。纳米微粒具有大的比表面积,表面原子数、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加,小尺寸效应,表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致纳米微粒的热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子,这就使得它具有广阔应用前景。纳米相材料纳米微粒§1. 纳米材料的热学性质1、, J. Phys. Chem. 100, 13227 (1996)纳米材料的热学性质纳米微粒熔点降低的原因与常规粉体材料相比,由于纳米微粒的颗粒小,其表面能高、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,这就使得纳米微粒的熔点急剧下降。?金的熔点:1064 oC;2nm的金粒子的熔点为327 oC。?银的熔点: oC;银纳米粒子在低于100 oC开始熔化。?铅的熔点: oC;20nm球形铅粒子的熔点降低至39 oC。?铜的熔点:1053 oC;平均粒径为40nm的铜粒子,750 oC。纳米材料的热学性质00fusion21sc sl ls lTT TH r?? ?? ?? ?? ?? ? ??? ?? ??? ?? ?r — particle radiusT0 — the bulk melting temperature,Hfusion— the latent heat of fusion?s and ?l — the densities of solid and liquid metal, respectively?sl— the solid–liquid interfacial energy?l — the surface energy of the liquidAnna Moisala, J. Phys.: 15 (2003) S3011–S3035金属纳米粒子的粒径与熔点的关系Melting Temperature of Metal Nanoparticles纳米材料的热学性质Thermodynamic Behaviors of Metal . Lee et al, J. Comp. Chem 21, 380 (2000), Phys. Rev. Lett. 86, 999 (2001)纳米材料的热学性质2、烧结温度比常规粉体显著降低所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形,然后在低于熔点的温度下使这些粉末互相结合成块,密度接近常规材料的最低加热温度。纳米粒子尺寸小,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,有利于界面附近的原子扩散、界面中的空洞收缩及空位团的湮没。因此,在较低温度下烧结就能达到致密化目的,即烧结温度降低。烧结前烧结后纳米材料的热学性质?常规Al2O3的烧结温度为2073~2173K,在一定条件下,纳米Al2O3可在1423~1773K烧结,%。?常规Si3N4的烧结温度高于2273K,纳米Si3N4的烧结温度降低673~773K。纳米TiO2在773K加热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S烧结就能达到类似的硬度,如图所示。纳米材料的热学性质3、非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体传统非晶氮化硅在1793K晶化成?相,纳米非晶氮化硅微粒在1673K加热4h全部转变成?相。纳米微粒开始长大温度随粒径的减小而降低。右图表明8nm,15nm和35nm粒径的Al2O3粒子快速长大的开始湿度分别为~1073K,~1273K和1423K。8nm15nm35nm纳米材料的热学性质纳米材料的熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表(界)面效应。