正确答案:
(一)小尺寸效应
当超微粒子的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及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,周期性的边界条件特技破坏,声、光、电磁、热力学等特性均会呈现新的尺寸效应,称为小尺寸效应。
(1)力学性质 陶瓷材料在通常情况下呈现脆性,而由纳米微粒制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。纳米微粒制成的固体材料具有大的界面,界面原子排列相当混乱。原子在外力变形条件下容易迁移,从而表现出优良的韧性和延展性。
(2)热学性质 固体物质在粗晶粒尺寸时,有固定的熔点,超微化后,熔点降低。如块状金的熔点为1064;当颗粒尺寸减到10nm时,降低为1037℃;2nm时,变为327℃。银的熔点为690℃,超细银熔点变为100℃,银超细粉制成的导电浆料可在低温下烧结。
(3)光学性质 所有金属纳米微粒均为黑色,尺寸越小,色彩越黑。银白色的铂变为铂黑,铬变为镍黑等。这表明金属纳米微粒对光的反射率很低,一般低于1%。大约几纳米厚度即可消光,利用此特性可制作高效光热、光电转换材料,将太阳能转化为热能和电能,也可作为红外敏感材料和隐身材料。
(4)磁性 纳米微粒的磁性与体材料不同,纳米材料具有很高的磁化率和矫顽力,具有低饱和磁化磁矩和低磁滞损耗。20nm纯铁纳米微粒的矫顽力是大块铁的1000倍,但当尺寸再减小时(6nm),其矫顽力反而下降到零,表现出超顺磁性。
(二)表面和界面效应
纳米微粒尺寸小,表面大,位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小,表面急剧变大,引起表面原子数迅速增加。例如,粒径为10nm时,比表面积为90m2
/g;粒径为5nm时,比表面积为180m2
/g;粒径小到2nm时,比表面积猛增到459m2
/g。这样高的比表面积,使处于表面的原子数越来越多,大大增强了纳米微粒的活性。例如,金属的纳米微粒在空气中会燃烧,无机材料的纳米微粒暴露在大气中会吸附气体,并与气体进行反应。
表面微粒的活性不仅引起微粒表面原子输运和构型的变化,而且也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。 (三)量子尺寸效应
当微粒尺寸下降到某一值时,金属费米能级附近的电子能级出现由准连续变为离散的现象。当能级间距大于热能、磁能、电能或超导态的凝聚能时,纳米微粒会呈现一系列与宏观物体截然不同的反差特性,称之为量子尺寸效应。如导电的金属在制成超微粒时可以变成半导体或绝缘体,磁矩的大小与微粒中电子是奇数还是偶数有关,比热会发生反差变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,催化活性与原子数目有奇妙的关系,多一个原子活性很高,少一个原子活性很低,这些是量子尺寸效应的客观表现。
解析:
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