超导材料
超导材料是什么
超导材料是什么超导材料是指在低温下具有零电阻和迈斯纳效应的一类特殊材料。
超导材料在电流通过时能够完全消除电阻，使电流能够无损耗地流过，这一特性被称为超导性。
这使超导材料在电力输送、能源存储、磁共振成像等领域具有广泛的应用前景。
超导材料最早于1911年由荷兰物理学家海克·卡末林发现。
基于铅的材料是最早被发现具有超导性的材料。
然而，这类超导材料需要在非常低的温度下（接近绝对零度）才能展现出超导特性，限制了其实际应用的范围。
直到1986年，德国物理学家J·G·鲍尔汤和瑞士物理学家K·A·穆勒在氧化铜材料中发现了高温超导现象，即超导转变温度高于液氮沸点77K，使超导材料的实际应用前景大大扩展。
随后，人们陆续发现了多种高温超导材料，如铜氧化物、铁基超导体等。
超导材料主要具有以下特点：1. 零电阻：在超导状态下，电阻消失，电流可无损耗地通过。
这种特性使超导材料在电能输送领域有巨大应用潜力，能够显著减少能源损耗。
2. 迈斯纳效应：超导体中的电流不仅可以无损耗地流过，还能形成与电流方向垂直的磁场。
这一现象被称为迈斯纳效应，可用于磁体制造、磁共振成像等领域。
3. 超导转变温度：超导材料在一定的温度下会由非超导态转变为超导态。
低温超导体的转变温度通常较低，而高温超导体的转变温度可以接近或超过液氮沸点，更易于实际应用。
4. 磁场限制：在外加磁场作用下，超导材料的超导特性会受到限制。
不同材料对磁场的限制程度不同，这也对其应用领域产生了影响。
超导材料的研究和应用存在一些挑战。
其中最主要的是超导材料通常需要在极低的温度下才能展现出超导性，这对设备和工艺提出了要求。
此外，高温超导体的机制和性质仍然不完全清楚，对其进行深入研究仍然是一个重要课题。
然而，随着超导材料的不断研究和发展，人们对超导技术的应用前景充满信心。
超导磁体已广泛应用于核磁共振成像、加速器、磁悬浮交通等领域。
超导输电技术也在快速发展，预计超导材料将在未来成为电力输送和能源存储的重要组成部分。
物理学中的超导材料及其应用
物理学中的超导材料及其应用超导物理在现代物理学中占有重要地位，超导材料也因其独特的物理性质和广泛的应用而备受关注。
本文将介绍超导材料的基本概念和特性，并探讨其在电子工业、医学和能源等方面的应用。
一、超导材料的基本概念和特性超导材料是指在低温下电阻为零的一类材料，主要基于超导现象。
当一个物体被冷却到超导温度以下时，它的电阻将清零，电流将通过材料而不损失任何能量。
具有这种特性的材料称为超导材料。
超导物理的关键是超导电性。
超导电性是指在某些材料中，当它们被冷却到温度以下的临界温度时，它们的电阻突然清零，并且它们能够通过电流而不发热。
最初，超导体只能在极低温度下工作，如液氮温度（约77K），但现在有些超导材料可以在室温下或较高温度下发挥超导效应。
除了电阻为零和超导现象外，超导材料还具有其他一些特性。
例如，它们有很强的磁场排斥效应，被称为“迈斯纳效应”。
迈斯纳效应可用于制造超导磁体，这些磁体能够产生极强的磁场，从而用于研究宇宙、医学、地质学、环境科学等领域。
二、超导材料的应用1.电子工业超导电子元件是超导材料的一个主要应用领域。
在这些元件中，超导材料被用于传输电流和信息，如超导线圈、电阻器、滤波器等。
它们的主要优点是高效能、节能、体积小、重量轻等。
超导电材料还可以被用于生产微波和其他高频电子元件，这些元件在通讯技术中广泛应用。
2.医学应用超导材料在医学领域中也有广泛应用，超导磁体是其中一个例子。
超导磁体的强大磁场可以用于产生高品质的医学影像，例如磁共振成像（MRI）和其他医学成像技术。
另外，超导电性还可以被用于治疗癌症和其他疾病，如超导加速器是医学放射学的基本设备之一。
3.能源应用超导材料不仅可以成为能源的传送介质，还可以被用于发电。
腔型超导磁体是将超导材料用于发电的实际应用之一。
超导磁体将水变成高速运动的离子，并通过强磁场来产生电力。
这种技术比传统的热能发电技术效率高。
4.其他应用超导材料还被用于核磁共振（NMR）和超导量子计算机技术。
超导材料的结构与特性分析
超导材料的结构与特性分析超导材料是指在低温下电阻为零的材料。
在超导体中，电子会以无阻力的方式流动，因此电流可以在其中流动无限长的时间。
这使超导材料在许多领域中具有重要应用，例如在MRI医疗成像和在电力输送中节省能源。
本文将介绍超导材料的结构与特性，帮助读者了解这种材料的基本原理和应用。
1. 超导材料的结构超导材料的结构可以分为两类：金属超导体和氧化物超导体。
1.1 金属超导体金属超导体是由固态金属制成的。
这种材料在超过临界温度时表现出金属性质，而在低于临界温度时表现出超导性质。
金属超导体的晶体结构类似于钻石结构，其中原子按照一定的规则排列。
金属超导体的临界温度通常较低，一般在个位数经ˍơ。
1.2 氧化物超导体氧化物超导体是由氧化物构成的复杂结构材料。
这种材料通常具有复杂的晶体结构，由于原子之间的相互作用而表现出超导性质。
例如，一种氧化物超导体是由铜、氧和铁组成的，其晶体结构非常复杂，并且原子之间形成了许多不同的结构。
氧化物超导体的临界温度通常较高，可以达到数十开尔文。
2. 超导材料的特性超导材料具有许多独特的特性，这些特性是当今科学和工程中广泛应用超导材料的重要原因之一。
以下是超导材料的一些主要特性。
2.1 零电阻超导材料不会在流动电流时损失能量，即电阻为零。
这意味着电流可以在其中流动无限长的时间，因此超导材料被广泛用于需要高电流密度的应用，例如电动汽车和磁共振成像。
2.2 磁通排斥超导材料对磁场表现出强烈的反抗力。
当材料降至超导状态时，它对磁场形成了一种称为磁流体的排斥力，这意味着磁通不能穿透材料。
这种特性使超导材料适用于制造高磁场强度的磁体，例如MRI扫描器和核磁共振仪。
2.3 超导泄漏材料的超导状态不是永久的，当磁场密度超过材料能承受的临界值时，它将失去超导性。
这种现象称为超导泄漏，它限制了超导材料在强磁场应用中的使用。
2.4 临界温度超导材料的临界温度是指材料必须降至的温度，以便表现出超导性质。
常用超导材料
常用超导材料常用超导材料超导材料是指在低温下电阻消失或达到非常低的值的材料。
它们具有极低的电阻和杰出的电流传输能力，因此在许多领域都有重要的应用。
本文将介绍一些常用的超导材料。
首先是铜氧化物超导体，它是目前最常用和最研究的超导材料之一。
铜氧化物超导体通过掺杂稀土元素和过渡金属来增强其超导性能。
它们具有较高的临界温度和较大的临界电流密度，因此在电力输送和磁体应用中得到广泛应用。
第二种常用的超导材料是镁二硼化铜，它是一种间合物超导体。
镁二硼化铜具有较高的临界温度和良好的机械性能，因此在超导磁体、磁浮列车和核磁共振成像等领域有广泛应用。
除了铜氧化物超导体和镁二硼化铜，还有一些其他的常用超导材料。
例如，铁基超导体是一类新兴的超导材料，具有较高的临界温度和介电常数。
它们在能源传输和能源存储等领域具有巨大应用潜力。
此外，铜钴氧化物超导体也是一种常用的超导材料。
它们具有较高的临界温度和良好的机械性能，因此在电力输送和磁体应用中得到广泛应用。
尽管这些超导材料具有很高的超导性能，但它们仍然存在一些挑战。
首先是制备工艺的复杂性和成本高昂。
超导材料的制备需要特殊的工艺和设备，这增加了制造成本。
其次，超导材料的低温要求也限制了它们的应用范围。
大多数超导材料在非常低的温度下才能表现出超导性能，这限制了它们在常温条件下的应用。
此外，超导材料在外磁场下的超导性能也受到限制。
在高磁场下，一些超导材料会失去超导性能，这限制了它们在强磁场应用中的使用。
为了克服这些挑战，研究人员正在努力开发新的超导材料。
例如，石墨烯超导体是一种新兴的超导材料，具有良好的机械性能和较高的临界温度。
石墨烯超导体可能成为未来超导技术的潜在候选者。
总的来说，超导材料在能源、电力输送、磁体和医学成像等领域具有重要应用。
虽然目前存在一些挑战，但随着技术的不断发展，超导材料的性能和应用前景有望得到进一步提升。
希望未来能够有更多的新材料被开发出来，以满足不同领域的需求。
材料科学中的超导材料
材料科学中的超导材料超导材料是指在低温下（通常低于室温）具有完全导电性的材料。
这种现象被称为超导现象。
超导现象一般发生在某些金属、合金、化合物和高温超导体等材料中。
当这些物质在低温下接近绝对零度（-273.15℃）时，它们的电阻率会降为零，电流可以在材料中自由流动而不会损耗能量。
这种现象被广泛应用于电力输送、磁共振成像、超导磁体制备等领域。
超导现象的发现可以追溯到1911年，当时荷兰物理学家海克·卡末林(H. K. Onnes)首次发现了液氦下汞的超导现象。
然而，最初发现的超导材料是纯的元素材料，如铅、汞、锡等低温超导体。
这些材料的低温限制了它们的应用范围。
直到20世纪80年代后期，高温超导体的发现才引起了全世界的注意和热情。
高温超导体可以在液氮(77K)以下的温度下实现超导现象，相对于低温超导体而言，它们具有更广泛的应用前景。
在材料科学中，多种材料都有可能成为超导材料，有金属、氧化物、氟化物、硫化物等。
其中，高温超导材料是最具有潜力的超导材料，并且受到了广泛的研究。
高温超导材料常常由氧化物构成，例如铜氧化物和铁氧化物。
其中，铜氧化物（La-Ba-Cu-O,LBCO和YBCO等）是最典型的高温超导体。
这些铜氧化物的高温超导温度（超导状转变转变温度）可高达-135℃以下。
高温超导材料的应用前景主要体现在多领域，其中电力输送是最突出的领域。
电力输送的效率和可靠性直接影响着社会和经济的发展。
在输电过程中，电能的损耗一般是通过电线的电阻而衍生的。
蒸汽发电厂发电时，电能的损失甚至高达30%；在电力输送时，损耗情况也因传输距离、工作负载等不同而有所不同。
使用超导材料的输电方式可以大大减少电能的损耗，提高电力输送的效率和可靠性。
在超导磁体方面，超导材料的应用几乎占据了全部市场。
超导磁体可以产生极强的磁场，例如用于核磁共振成像的磁体。
由于超导材料可以实现零电阻、高电流密度和高磁场密度，因此超导磁体具有比传统磁体更高的自身强度、操作稳定性更好等特点。
超导材料
超导材料当电流通过金属时，金属会发热。
用熔点高的金属丝制成的电热原件，当有电流通过时，电能将转换为热能，从而获得高温。
Ni、Cr；Ni、Cr、Fe；Ni、Cr、Al等合金以及W、Mo、Pt等金属确实是常用的电热元件材料。
电流通过金属〔或合金〕而使金属发热是由于金属内部存在着电阻，电阻具有阻碍电流通过的性质。
人们早道，金属的电阻随温度的升高而增大，电阻的增大反过来又促进金属的发热，如此恶性循环，用金属导线送电时，传输的电流因而受到限制，如铜导线在自然冷却的条件下，同意通过的最大电流密度为2～6A ／mm2；电流再大，会因发热过多而有烧坏导线的危险。
金属的这一弱点，促使人们去研究低温时金属电阻的变化。
金属材料的电阻通常随温度的降低而减小。
20世纪初，科学家发明汞冷却到低于4.2K时，电阻突然消逝，导电性几乎是无限大的，当外加磁场接近固态汞随后又撤去后，电磁感应产生的电流会在金属汞内部长久地流动而可不能衰减，这种现象称为超导现象。
具有超导性质的物体称为超导体。
超导体电阻突然消逝的温度称为临界温度〔Tc)。
在临界温度以下时，超导体的电阻为零，也确实是电流在超导体中通过时没有任何损失。
超导体的最突出的性质是它们处于超导状态时，材料内部的电阻为零，电流通过时不发热，每平方毫米同意通过的电流可达到数万安培。
超导体的另一性质确实是将超导体放入磁场中，超导体内部产生的磁感应强度为零，具有完全的抗磁性。
目前，已发明近30种元素的单质，8000多种化合物和合金具有超导性能。
超导材料大致可分为纯金属、合金和化合物三类。
具有最高临界温度〔Tc〕的纯金属是镧，Tc=12.5K；合金型目前要紧有银钛合金，Tc=9.5K；化合物型要紧有银三锡，Tc=18.3K；钒三镓，Tc=16.5K。
1986年以来，高温超导体的研究取得了重大突破。
1987年发明，在氧化物超导材料中有的在240K出现超导迹象。
由镧、锶、铜和氧组成的陶瓷材料在287K 的室温下存在超导现象，这为超导材料的应用开辟了广阔的前景。
超导原材料
超导原材料
1 超导原材料简介
超导原材料是指那些能够在超导状态下传导电流的材料。
超导材料具有很低的电阻和电感，能够在常温下转变为超导状态，具有很高的导电性能。
这种材料在电力传输、医疗、计算机和通信等领域，都会有广泛的应用。
2 超导材料的分类
超导材料可以分为两类：第一类是金属超导材料，如铜、铝、金等；第二类是陶瓷超导材料，如氧化铜、氧化铯、氧化银等。
除此之外，还有一些复合超导材料，如氧化镍等。
3 超导材料的制备
超导材料的制备过程包括制备材料、制备超导体和烧结制备等步骤。
其中烧结制备是制备陶瓷超导材料的基本方法。
该方法通过将高纯度的化合物粉末加热到很高的温度下，形成一种纯净的超导物质。
4 超导材料的应用
超导材料在诸多领域都有应用，以下列举几个：
1. 电力传输领域，超导线圈可以大幅减少能源损耗，在输电距离较长或承载电流较大的情况下更加有效。
2. 医疗领域，超导磁共振成像（MRI）技术的核心部分是超导体。
该技术相比传统的X光摄影技术更为精准。
3. 计算机和通信领域，超导器件和超导电缆可以提供更高效和可
靠的数据传输和存储。
总之，超导材料具有广泛的应用前景。
虽然目前仍存在一些制备
难度和生产成本高的问题，但在不久的将来，随着技术的进步和研究
的不断深入，这种材料必将得到更加广泛的应用。
超导材料
金属间化合物超导体的临界温度与临界磁场一般比合 金超导体的高，但此类超导体的脆性大，不易直接加 工成带材或线材。
4. 陶瓷金超导体
1986年发现了陶瓷超导体，使超导材料获得了更高 的临界温度，如YBaCuO（Tc＝90K）、TiBaCaCuO（Tc ＝120K）等。最大缺点为脆性大，加工困难。
2. 磁流体发电
火力发电
化学能
热能
机械能
电能
磁流体发电
热能
电能
3. 磁悬浮列车 时速 400 ~ 500km.
4. 超导计算机 速度是计算机永远追求的主题
如：四硫富瓦稀四腈代对苯醌二甲烷
目前高分子超导体的最高临界温度仅 仅达到10K
（三）超导材料的应用
超导的应用，基本上可以分为强电强磁和弱电弱 磁两大类。 （1）超导强电强磁应用
主要基于超导体的零电阻特性和完全抗磁性 以及非理想第二类超导体所特有的高临界电流密 度和高临界磁场。
主要应用在电力方面如超导电缆、超导磁体 （如超导磁悬浮列车）、巨大环形超导磁体、超 导磁分离等。
第二类超导体（硬超导体）
当H< HC1 时，B＝0，处于迈斯纳状态，完全抗磁
当Hc1<H< HC2 时，处于混合状态，但电阻仍为零，这时体内有磁 感应线穿过，形成许多半径很小的圆柱形正常区，正常区周围是连 通的超导区。
当H> HC2 时，B＝μH
钒、铌 以及大 多数合 金或化 合物超 导体均 属于第 二类
（二）超导材料
元素超导体 合金超导体 金属间化合物超导体 陶瓷超导体 高分子超导体
1. 元素超导体
在低温常压下， 具有超导特性的化学 元素共有26种，由于 临界温度太低，无太 大实用价值
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一、超导材料有些材料当温度下降至某一临界温度时，其电阻完全消失，这种现象称为超导电性，具有这种现象的材料称为超导材料。
超导体的另外一个特征是：当电阻消失时，磁感应线将不能通过超导体，这种现象称为抗磁性。
一般金属（例如：铜）的电阻率随温度的下降而逐渐减小，当温度接近于0K时，其电阻达到某一值。
而1919年荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2K（即-269℃）时，发现水银的电阻完全消失，超导电性和抗磁性是超导体的两个重要特性。
使超导体电阻为零的温度称为临界温度（TC）。
超导材料研究的难题是突破“温度障碍”，即寻找高温超导材料。
以NbTi、Nb3Sn为代表的实用超导材料已实现了商品化，在核磁共振人体成像（NMRI）、超导磁体及大型加速器磁体等多个领域获得了应用；SQUID作为超导体弱电应用的典范已在微弱电磁信号测量方面起到了重要作用，其灵敏度是其它任何非超导的装置无法达到的。
但是，由于常规低温超导体的临界温度太低，必须在昂贵复杂的液氦(4.2K)系统中使用，因而严重地限制了低温超导应用的发展。
高温氧化物超导体的出现，突破了温度壁垒，把超导应用温度从液氦（4.2K）提高到液氮（77K）温区。
同液氦相比，液氮是一种非常经济的冷媒，并且具有较高的热容量，给工程应用带来了极大的方便。
另外，高温超导体都具有相当高的磁性能，能够用来产生20T以上的强磁场。
超导材料最诱人的应用是发电、输电和储能。
利用超导材料制作超导发电机的线圈磁体制成的超导发电机，可以将发电机的磁场强度提高到5~6万高斯，而且几乎没有能量损失，与常规发电机相比，超导发电机的单机容量提高5~10倍，发电效率提高50%；超导输电线和超导变压器可以把电力几乎无损耗地输送给用户，据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线上，在中国每年的电力损失达1000多亿度，若改为超导输电，节省的电能相当于新建数十个大型发电厂；超导磁悬浮列车的工作原理是利用超导材料的抗磁性，将超导材料置于永久磁体（或磁场）的上方，由于超导的抗磁性，磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体（或磁场）和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在上方。
利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车，如已运行的日本新干线列车，上海浦东国际机场的高速列车等；用于超导计算机，高速计算机要求在集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会产生大量的热量，若利用电阻接近于零的超导材料制作连接线或超微发热的超导器件，则不存在散热问题，可使计算机的速度大大提高。
二、能源材料能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物电池材料等。
太阳能电池材料是新能源材料，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。
氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在全部氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。
氢对一般材料会产生腐蚀，造成氢脆及其渗漏，在运输中也易爆炸，储氢材料的储氢方式是能与氢结合形成氢化物，当需要时加热放氢，放完后又可以继续充氢的材料。
目前的储氢材料多为金属化合物。
如LaNi5H、Ti1.2Mn1.6H3等。
固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。
三、智能材料智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一。
国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司的导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它作制动器时、反应时间仅为10分钟；形状记忆合金还已成功在应用于卫星天线等、医学等领域。
另外，还有压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。
四、磁性材料磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料二类。
1．软磁材料是指那些易于磁化并可反复磁化的材料，但当磁场去除后，磁性即随之消失。
这类材料的特性标志是：磁导率（μ=B/H）高，即在磁场中很容易被磁化，并很快达到高的磁化强度；但当磁场消失时，其剩磁很小。
这种材料在电子技术中广泛应用于高频技术。
如磁芯、磁头、存储器磁芯；在强电技术中可用于制作变压器、开关继电器等。
目前常用的软磁体有铁硅合金、铁镍合金、非晶金属。
Fe-(3%~4%)Si的铁硅合金是最常用的软磁材料，常用作低频变压器、电动机及发电机的铁芯；铁镍合金的性能比铁硅合金好，典型代表材料为坡莫合金（Permalloy），其成分为79%Ni-21%Fe，坡莫合金具有高的磁导率（磁导率μ为铁硅合金的10~20倍）、低的损耗；并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力，广泛用于电讯工业、电子计算机和控制系统方面，是重要的电子材料；非晶金属（金属玻璃）与一般金属的不同点是其结构为非晶体。
它们是由Fe、Co、Ni及半金属元素B、Si所组成，其生产工艺要点是采用极快的速度使金属液冷却，使固态金属获得原子无规则排列的非晶体结构。
非晶金属具有非常优良的磁性能，它们已用于低能耗的变压器、磁性传感器、记录磁头等。
另外，有的非晶金属具有优良的耐蚀性，有的非晶金属具有强度高、韧性好的特点。
2．永磁材料（硬磁材料）永磁材料经磁化后，去除外磁场仍保留磁性，其性能特点是具有高的剩磁、高的矫顽力。
利用此特性可制造永久磁铁，可把它作为磁源。
如常见的指南针、仪表、微电机、电动机、录音机、电话及医疗等方面。
永磁材料包括铁氧体和金属永磁材料两类。
铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但磁性能一般，用于一般要求的永磁体。
金属永磁材料中，最早使用的是高碳钢，但磁性能较差。
高性能永磁材料的品种有铝镍钴（Al-Ni-Co）和铁铬钴（Fe-Cr-Co）；稀土永磁，如较早的稀土钴（Re-Co）合金（主要品种有利用粉末冶金技术制成的SmCo5和Sm2Co17），以及现在广泛采用的铌铁硼（Nb-Fe-B）稀土永磁，铌铁硼磁体不仅性能优，而且不含稀缺元素钴，所以很快成为目前高性能永磁材料的代表，已用于高性能扬声器、电子水表、核磁共振仪、微电机、汽车启动电机等。
五、纳米材料纳米本是一个尺度，纳米科学技术是一个融科学前沿的高技术于一体的完整体系，它的基本涵义是在纳米尺寸范围内认识和改造自然，通过直接操作和安排原子、分子创新物质。
纳米科技主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学七个方面。
纳米材料是纳米科技领域中最富活力、研究内涵十分丰富的科学分支。
用纳米来命名材料是20世纪80年代，纳米材料是指由纳米颗粒构成的固体材料，其中纳米颗粒的尺寸最多不超过100纳米。
纳米材料的制备与合成技术是当前主要的研究方向，虽然在样品的合成上取得了一些进展，但至今仍不能制备出大量的块状样品，因此研究纳米材料的制备对其应用起着至关重要的作用。
1．纳米材料的性能物化性能纳米颗粒的熔点和晶化温度比常规粉末低得多，这是由于纳米颗粒的表面能高、活性大，熔化时消耗的能量少，如一般铅的熔点为600K，而20nm 的铅微粒熔点低于288K；纳米金属微粒在低温下呈现电绝缘性；钠米微粒具有极强的吸光性，因此各种纳米微粒粉末几乎都呈黑色；纳米材料具有奇异的磁性，主要表现在不同粒径的纳米微粒具有不同的磁性能，当微粒的尺寸高于某一临界尺寸时，呈现出高的矫顽力，而低于某一尺寸时，矫顽力很小，例如，粒径为85nm的镍粒，矫顽力很高，而粒径小于15nm的镍微粒矫顽力接近于零；纳米颗粒具有大的比表面积，其表面化学活性远大于正常粉末，因此原来化学惰性的金属铂制成纳米微粒（铂黑）后却变为活性极好的催化剂。
扩散及烧结性能纳米结构材料的扩散率是普通状态下晶格扩散率的1014~1020倍，是晶界扩散率的102~104倍，因此纳米结构材料可以在较低的温度下进行有效的掺杂，可以在较低的温度下使不混溶金属形成新的合金相。
扩散能力提高的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大降低，因此在较低温度下烧结就能达到致密化的目的。
力学性能纳米材料与普通材料相比，力学性能有显著的变化，一些材料的强度和硬度成倍地提高；纳米材料还表现出超塑性状态，即断裂前产生很大的伸长量。
2．纳米材料的应用纳米金属：如纳米铁材料，是由6纳米的铁晶体压制而成的，较之普通铁强度提高12倍，硬度提高2~3个数量级，利用纳米铁材料，可以制造出高强度和高韧性的特殊钢材。
对于高熔点难成形的金属，只要将其加工成纳米粉末，即可在较低的温度下将其熔化，制成耐高温的元件，用于研制新一代高速发动机中承受超高温的材料。
纳米陶瓷：首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。
纳米碳管纳米碳管的直径只有1.4nm，仅为计算机微处理器芯片上最细电路线宽的1%，其质量是同体积钢的1/6，强度却是钢的100倍，纳米碳管将成为未来高能纤维的首选材料，并广泛用于制造超微导线、开关及纳米级电子线路。
纳米催化剂由于纳米材料的表面积大大增加，而且表面结构也发生很大变化，使表面活性增强，所以可以将纳米材料用作催化剂，如超细的硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂；超细的银粉可以为乙烯氧化的催化剂；用超细的Fe3O4微粒做催化剂可以在低温下将CO2分解为碳和水；在火箭燃料中添加少量的镍粉便能成倍地提高燃烧的效率。
量子元件制造量子元件，首先要开发量子箱。
量子箱是直径约10纳米的微小构造，当把电子关在这样的箱子里，就会因量子效应使电子有异乎寻常的表现，利用这一现象便可制成量子元件，量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的，从而它能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。
另外，量子元件还可以使元件的体积大大缩小，使电路大为简化，因此，量子元件的兴起将导致一场电子技术革命。
人们期待着利用量子元件在21世纪制造出16GB（吉字节）的DRAM，这样的存储器芯片足以存放10亿个汉字的信息。
目前我国已经研制出一种用纳米技术制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可使象桑塔纳一类的轿车降低10%左右的耗油量；纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力，在室温常压下，约2/3的氢能可以从这些纳米材料中得以释放，可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。
编辑本段综述随着科学技术发展，人们在传统材料的基础上，根据现代科技的研究成果，开发出新材料。
新材料按组分，有金属材料、无机非金属材料（如陶瓷、砷化镓半导体等）、有机高分子材料、先进复合材料四大类。
按材料性能分，有结构材料和功能材料。