梁春生-纳米材料的物理性质.ppt

文档介绍：第三章纳米微粒的结构与物理特性第一节纳米微粒的结构与形貌纳米微粒一般为球形或类球形,也有其他各种形状。纳米微粒的形状与所用的物质成分和制备方法有关。由气相蒸发法合成的纳米铬微粒,当铬粒子尺寸小于20nm时,为球形并链条状结合在一起。当铬粒子(α—Cr)尺寸较大时,其二维形态为正方形或矩形。实际粒子的形态是由6个{100}晶面围成的立方体或正方体。镁的纳米微粒成六角条状或六角等轴形。第二节纳米微粒的物理特性一热学性质纳米微粒的熔点、开始烧结的温度和晶化温度均比常规粉体低得多。1 纳米微粒熔点比常规粉体低得多由于纳米微粒颗粒小,表面能高、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,因此纳米粒子融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。例如:(1)大块Pb的熔点为600K,而直径为20nm的球状Pb的熔点为288K。(2)常规Ag的熔点为1173K,而纳米Ag的初始熔点不高于373K。2 纳米微粒的开始烧结温度也比常规粉体低得多,同时烧结后可获得更高的致密度。例如:常规Al2O3的烧结温度为2073-2173K,而纳米Al2O3的烧结温度为1423-1673K,%以上。3 非晶纳米微粒的晶化温度低于常规粉体。如传统非晶氮化硅在1793K加热晶化为α—相,纳米非晶氮化硅在1673K加热4小时全部转变为α—相,比常规情况下降超过100K。纳米微粒的上述性质主要来自于纳米微粒的巨大界面,这些界面为原子提供了短程扩散途径和较高的扩散率。通过对Cu纳米晶扩散率的测定发现,其数值是普通晶格的1014~1020倍。利用这一性质可以在较低温度下使不混溶金属形成新的合金相。二磁学性能纳米微粒的主要磁特性可归纳为以下几方面:1 磁性和超顺磁性 (1)纳米磁性金属的磁化率比常规金属高出数十倍。 (2) 纳米微粒的尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。如:α-Fe、Fe3O4、α-Fe2O3粒径分别为5、16、20nm时成为顺磁体。又如纳米Ni微粒,当粒径为85nm时,矫顽力很高,磁化率服从居里-外斯定律,而当粒径小于15nm时,矫顽力趋于0,进入超顺磁状态。