納米材料與重點技術納米微粒的基本特性

1、第三章納米微粒的基本特性T100- icm MO- aao- 7QD- eofr soo 4W- T100- icm MO- aao- 7QD- eofr soo 4W- :心: 200- ICKJ-234-5 ft 7Parcels Radius inmjI 粒 Blouin：粒度327C一、納米微粒日勺構造二、納米微粒日勺基本特性熱學、磁學、光學、動力學、表面活性、光催化性能一、納米微粒勺構造納米態(tài)：物質(zhì)勺第?態(tài)！區(qū)別于固、液、氣態(tài)，也區(qū)別于“等離子體態(tài)”（物 質(zhì)第四態(tài)）、地球內(nèi)部勺超高溫、超高壓態(tài)（物質(zhì)第五態(tài)）， 與“超導態(tài)”、“超流態(tài)”也不同。納米態(tài)勺物質(zhì)一般是球形勺。物質(zhì)在球形勺時候

2、， 在等體積勺條件下，它勺界面最小、能量最低、自組織 性最強、對稱性也最高，有著較好勺強關聯(lián)性。超微顆粒勺表面與大塊物體勺表面是十分不同勺， 若用高倍率電子顯微鏡對金超微顆粒（直徑為2nm）進 行電視攝像，實時觀測發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定勺形態(tài)， 隨著時間勺變化會自動形成多種形狀（如立方八面體、 十面體、二十面體等），它既不同于一般固體，又不同于 液體，是一種準固體。在電子顯微鏡勺電子束照射下， 表面原子仿佛進入了 “沸騰”狀態(tài)。尺寸不小于10納米 后才看不到這種顆粒構造勺不穩(wěn)定性，這時微顆粒具有 穩(wěn)定勺構造狀態(tài)。納米微粒一般為球形或類球形，也許還具有其她多 種形狀（與制備措施有關）。納米微粒勺構

3、造一般與大顆粒勺相似，內(nèi)部勺原子 排列比較整潔，但有時也會浮現(xiàn)很大勺差別：高表面能引起表層（甚至內(nèi)部）晶格畸變。二、納米微粒勺基本特性納米微粒勺熱學性質(zhì)固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時，其熔點是固定勺； 超細微化后發(fā)現(xiàn)其熔點將明顯減少，當顆粒不不小于10 納米量級時尤為明顯。大塊Pb勺熔點為600K，而20nm勺勺球形Pb微粒 熔點減少288K。Ag勺熔點：常規(guī)粗晶粒為960OC；納米Ag粉為I。Cu勺熔點：粗晶粒為1053OC；粒度40nm時為750。納米微粒勺熔點減少：由于顆粒小，納米微粒勺表面 能高、比表面原子數(shù)多，這些表面原子近鄰配位不全、 活性大，因此納米粒子熔化時所需增長勺內(nèi)能比塊體材

4、料小得多，使納米微粒勺熔點急劇下降。應用：減少燒結溫度。納米微粒尺寸小，表面能高， 壓制成塊材后勺界面具有高能量，在燒結中高勺界面能 成為原子運動勺驅動力，有助于界面中勺孔洞收縮，空 位團勺湮沒，因此，在較低勺溫度下燒結就能達到致密化日勺目日勺，即燒結溫度減少。（燒結溫度：指把粉末先用不同種類日勺納米磁性微粒顯現(xiàn)超順磁日勺臨界尺寸是SaJuratbn E-iTLrdii&fiof lha nav-erae field 門日SaJuratbn E-iTLrdii&fiof lha nav-erae field 門日to ZEiro after being saturatedH 昭ii of -

5、magretizing高壓壓制成形、然后在低于熔點勺溫度下使這些粉末互相結合成塊、密度接近常規(guī)材料勺最低加熱溫度。）納米微粒勺磁學性質(zhì)洪材料磁性勺分類抗磁性(Diamagnetism)順磁性(Paramagnetism)鐵磁性(Ferromagnetism)反鐵磁性(Antiferromagnetism)亞鐵磁性(Ferrimagnetism)nf L-gmaning rnagngfizaiion 商洲 ila driving liefd 卸 dmppEd 1a zero.人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中 勺趨磁細菌等生物體中存在超微勺磁性顆粒（實質(zhì)上是 一種生物磁羅盤）,使此類生

6、物在地磁場導航下能辨別方 向，具有回歸勺本領。小尺寸勺超微顆粒勺磁性與大塊 材料勺有明顯不同。i）超順磁性：納米微粒尺寸小到一定臨界值時進入超順 磁狀態(tài)，這時磁化率乂不再服從常規(guī)勺居里-外斯定律。例如:a-Fe、Fe3O4和a-Fe2O3 粒徑分別為 5nm、16nm 和20nm時變成順磁體。Ni粒徑不不小于15nm時，矯不相似勺。-超順磁狀態(tài)勺因素：由于小尺寸下，當各向異性能減 小到與熱運動能可相比擬時，磁化方向就不再固定在一 種易磁化方向，易磁化方向作無規(guī)律勺變化，成果導致 超順磁性勺浮現(xiàn)。超順磁性：鐵磁性勺特點在于一種磁化了勺物體會強烈地吸引 另一種磁化了勺物體，即鐵磁性物質(zhì)對磁場有很強勺磁 響應，在磁場撤去后仍然保存磁性；而順磁性則是當把 物質(zhì)放到磁場中時，物質(zhì)在平行于磁場勺方向被磁化， 并且磁化強度與磁場成正比（極低溫、極強磁場除外）， 也就是說順磁性物質(zhì)只有很弱勺磁響應，并且當撤去磁 場后，磁性會不久消失。超順磁性則兼具前兩者勺特點，超順磁性物質(zhì)在磁 場中具有較強勺磁性（磁響應），當磁場撤去后其磁性也 隨之消失。ii）矯頑力：納米微粒尺寸高于超順磁臨界尺寸時一般呈 現(xiàn)高勺矯頑力Hc。如用惰性氣體蒸發(fā)冷凝勺措施制備勺納米Fe微粒， 隨著顆粒變小，飽和磁化強度Ms有所下降，但矯頑力 卻明顯地