纳米材料的表面界面问题
纳米材料的界面效应及其性能研究
纳米材料的界面效应及其性能研究随着纳米科技的发展，纳米材料的应用越来越广泛。
然而，与传统材料相比，纳米材料具有更高的表面能和更强的表面反应性，界面效应对其性质和应用产生了重要影响。
因此，研究纳米材料的界面效应是非常重要的。
一、纳米材料的界面效应界面是两个或多个材料之间的交界处，表面是材料与外界或其他介质之间的界面。
对于纳米材料而言，表明与界面之间的比例更大，并且具有更高的表面能和更强的表面反应性，因此界面效应对于纳米材料的性质和应用产生极大的影响。
纳米颗粒之间的界面效应主要表现为以下三种情况：1. 晶界效应晶界是晶粒之间的界面，是晶体材料中的重要界面。
对于纳米晶体，晶界面积占材料总表面积的比例远高于大晶粒材料。
晶界特有的原子排布和局部表面结构使晶界具有非常独特的结构和物性，在纳米晶体的性质和应用研究中起着至关重要的作用。
2. 表面效应表面效应是指由于纳米晶体的表面高比表面积，导致表面原子比体积原子更加活泼，更容易发生化学反应和吸附反应。
表面吸附可使晶体的光学、电学、磁学等性质发生变化，例如经典的量子尺寸效应和磁阻效应。
3. 界面效应界面是两种或多种不同材料之间的交界处。
当纳米材料作为复合材料的组分时，不同材料之间的相互作用就能够产生明显的界面效应，从而影响到整个复合材料的性能。
同时，纳米材料的表面、晶界也是界面，因此也存在所谓的表面界面效应。
二、纳米材料性能的界面效应设计界面效应对于纳米材料的应用和设备设计产生了很大的影响。
通过调控纳米材料的界面效应，可以实现对其性能的各种调控，为纳米材料的应用和设备设计提供了新的思路和方法。
1. 超分子表面修饰超分子表面修饰是利用有机分子与纳米材料表面相互作用的方法，在纳米颗粒表面形成超分子结构，从而改变纳米颗粒的表面性质。
超分子表面修饰可以提高纳米颗粒的分散性，延长其使用寿命，同时也能够调节纳米颗粒的光学、电学、磁学、生物学等性质。
例如，将金纳米颗粒表面修饰为特定的生物分子，可以实现生物传感器的应用，种种多了才发挥出纳米材料的可塑性。
纳米材料的界面相互作用研究
纳米材料的界面相互作用研究纳米材料的界面相互作用是纳米科技领域一个重要而复杂的研究课题。
随着纳米材料的诸多应用，了解和控制纳米材料的界面相互作用对于发展高性能纳米器件和材料至关重要。
首先，我们需要明确什么是纳米材料的界面。
纳米材料是指结构尺寸在1-100纳米范围内的物质，包括纳米颗粒、纳米管、纳米线等。
界面是指纳米颗粒表面和周围环境之间的交界面。
纳米材料的性质与其界面的性质密切相关，因为在纳米尺度下，界面成为材料的一个重要组成部分。
纳米材料的界面相互作用具有多样性和复杂性。
首先是大小和形状的差异。
纳米材料可以具有不同的形状和大小，如球形、棒形、片状等。
这些差异会影响界面的性质和界面相互作用的方式。
其次是表面的化学性质。
在纳米尺度下，材料的表面相较于体积更加活跃。
表面的化学性质与纳米材料的晶体结构、修饰方法等密切相关。
最后，纳米材料的界面相互作用还受到周围环境的影响。
外界环境中的溶剂、气体和其他化合物都会影响纳米材料界面的性质和相互作用方式。
纳米材料的界面相互作用对于构建高性能纳米器件和材料具有重要意义。
首先，界面效应可以调控纳米材料的性质。
纳米材料的性能和功能往往受到界面效应的影响，调控纳米材料的界面相互作用能够改变其光电、磁性、导电导热等性质，从而实现更好的性能和应用。
其次，界面相互作用对于纳米材料的组装和稳定性具有关键作用。
纳米材料往往以单个纳米颗粒或纳米结构的形式存在，界面相互作用可以促进纳米材料的组装和稳定，有助于构建有序的纳米结构。
此外，界面相互作用还可以影响纳米材料的聚集行为，从而对纳米粒子的分散状态和表面密度产生影响。
另外，探究纳米材料的界面相互作用有助于提高其应用性能和环境适应性。
理解和控制界面相互作用可以帮助优化纳米材料与基底材料之间的粘附与结合，从而增强材料的力学性能和稳定性。
此外，界面相互作用的研究还有助于探索纳米材料在不同环境条件下的稳定性和耐久性，为纳米材料在工业和生物医学领域的应用提供保障。
纳米材料的表面效应
纳米材料的表面效应引言：纳米材料是一种具有特殊结构和性质的材料，其表面效应是指纳米材料在纳米尺度下具有的表面特性和表现出的特殊效应。
纳米材料的表面效应对于材料的性质和应用具有重要影响，因此深入了解和研究纳米材料的表面效应是十分必要的。
一、纳米材料的表面积大增效应纳米材料相较于宏观材料而言，具有较大的比表面积。
当纳米材料尺寸减小至纳米级别时，其比表面积将显著增大。
这是由于纳米材料的体积减小，而表面积相对不变，从而导致比表面积的增加。
纳米材料的大比表面积使其具有更多的表面原子或分子，从而增强了与周围环境的相互作用，表现出特殊的表面效应。
二、纳米材料的界面效应纳米材料在纳米尺度下，其与周围环境的界面边界更加明显。
纳米材料的界面效应主要体现在两个方面：界面扩散效应和界面反应效应。
1.界面扩散效应：由于纳米材料的界面扩散效应，其表面原子或分子的扩散速率明显增加，从而使得纳米材料的化学反应速率也加快。
这一特性使得纳米材料在催化、电化学反应和气敏等领域具有重要应用价值。
2.界面反应效应：纳米材料的界面反应效应主要表现为界面的电子结构和化学性质的改变。
纳米材料的表面原子或分子与周围环境的相互作用导致电子的重新排布，从而改变了纳米材料的电子结构和化学性质。
这一界面反应效应使得纳米材料在催化、光催化、传感和能量存储等领域有着广泛的应用前景。
三、纳米材料的表面能量效应纳米材料的表面能量效应是指纳米材料表面的能量状态与其体积的能量状态之间的差异。
纳米材料的体积能量通常较低，而表面能量较高。
这是由于纳米材料的表面原子或分子与周围环境相互作用而产生的。
纳米材料的表面能量效应对于纳米材料的稳定性和热力学行为具有重要影响。
1.表面能量差异：纳米材料的表面能量较高意味着表面原子或分子具有较高的自由能，因此纳米材料的表面具有更高的反应活性和化学反应速率。
这使得纳米材料在催化、光催化和电化学反应等领域具有优越性能。
2.表面能量的调控：通过对纳米材料的表面能量进行调控，可以实现对纳米材料性质的调整和优化。
纳米材料的力学特性研究
纳米材料的力学特性研究纳米材料，作为一种新兴的材料，具有独特的物理、化学和力学特性。
力学特性是纳米材料中最为重要的研究方向之一，它关乎到纳米材料的可持续发展以及在各个领域的应用潜力。
本文将以纳米材料的力学特性研究为主题，介绍相关领域的新进展和挑战。
一、纳米材料的力学特性简介纳米材料的力学特性指的是在力学和材料科学中研究材料在施加力的作用下产生的变形行为和力学性能。
纳米材料的力学特性具有独特性，主要体现在以下几个方面：1. 尺度效应：由于纳米材料的尺寸通常在纳米级别，所以其力学特性会受到尺度效应的影响。
纳米材料的强度、硬度和韧性等力学性能与其尺寸有关，呈现出与宏观材料截然不同的特点。
2. 表面效应：纳米材料的表面积较大，表面效应在其力学特性中起到重要作用。
表面效应在纳米材料中导致应力场和位移场分布的非均匀性，从而影响了力学性能。
3. 晶界效应：纳米材料由于其颗粒尺寸较小，晶界的比例相对较高，晶界效应对力学特性的影响较大。
晶界是由不同晶格结构的晶体颗粒之间的相界面组成，晶界的存在会对纳米材料的强度、塑性和断裂韧性等力学性能产生显著的影响。
4. 可控变形：纳米材料具有较好的可塑性和可控变形能力，可以通过改变结构和形貌来调控其力学特性。
这为纳米材料的制备和应用提供了新的技术途径和研究方向。
二、纳米材料力学特性研究方法为了深入研究纳米材料的力学特性，科学家提出了许多研究方法和技术。
以下列举了几种常见的方法：1. 原位实时观察：通过采用透射电子显微镜（TEM）等技术，可以实时观察和记录纳米材料在变形过程中的微观结构和力学行为，进而得到纳米材料的力学性能参数。
2. 纳米压痕：纳米压痕技术可以通过在纳米尺度下施加小负载并测量样品的力学响应，来评估纳米材料的力学特性，如硬度、弹性模量等。
3. 分子动力学模拟：分子动力学模拟是一种基于粒子系统的计算模拟方法，可以模拟纳米材料的力学行为。
通过这种方法，可以研究纳米材料的原子层面的力学响应和变形机制。
纳米材料表面修饰方法与实践
纳米材料表面修饰方法与实践纳米材料在近年来的发展中得到了广泛的关注和应用。
由于其独特的物理、化学特性以及表面效应的增强，纳米材料被广泛应用于能源、环境、医学等领域。
然而，纳米材料表面的特殊性质也使得其在应用过程中面临一系列的挑战，如表面活性不足、团聚现象、化学不稳定性等。
为了克服这些问题，表面修饰成为了一个必不可少的步骤。
纳米材料表面修饰的目的是在纳米材料表面引入不同的化学基团或结构，以改变其表面性质，提高其稳定性和功能性。
下面将介绍几种常见的纳米材料表面修饰方法与实践。
1. 化学修饰法化学修饰法是最常见的纳米材料表面修饰方法之一。
通过在纳米材料表面引入化学键，可以实现对表面性质的调控，如改善分散性、增强稳定性、提高反应活性等。
其中，有机修饰物和无机修饰物是常用的表面修饰剂。
有机修饰物可通过选择不同的官能团和链长，实现对纳米材料表面性质的调控。
而无机修饰物则可利用其不同的结构和电荷性质与纳米材料表面发生作用，从而实现表面性质的改变。
2. 生物修饰法生物修饰法是一种绿色环保的表面修饰方法。
通过利用生物分子与纳米材料之间的相互作用，可以将生物分子定向地固定在纳米材料表面，从而实现表面性质的调节。
例如，利用酶的特异性识别和结合能力，可以将酶固定在纳米材料表面，从而实现对反应活性和选择性的调控。
此外，利用抗体与纳米材料的特异性结合，还可以实现对纳米材料的生物分子识别和靶向控制释放。
3. 物理修饰法物理修饰法是一种非常简单和有效的纳米材料表面修饰方法。
该方法不需要引入新的化学基团或结构，而是通过物理手段改变纳米材料表面的形貌或结构。
常用的物理修饰方法包括高温热处理、光照、等离子体处理等。
例如，高温热处理可以改变纳米材料的晶体结构、尺寸和形貌，从而改变其物理和化学性质。
光照能够引发表面吸附物分子的解吸或变形，实现表面性能的调节。
等离子体处理则可以通过激发纳米材料表面的等离子体振荡，实现界面捕获和激发，从而实现对纳米材料表面的修饰。
材料科学中的表面与界面现象
材料科学中的表面与界面现象引言表面与界面现象是材料科学中一个极为重要的研究领域。
无论是在材料的合成、加工、性能研究还是应用开发中，表面和界面都扮演着至关重要的角色。
本文将从表面与界面的定义、表面和界面的性质以及表面与界面的应用等方面进行探讨，希望能够对读者对材料科学中的表面与界面现象有一个全面的了解。
表面与界面的定义在材料科学中，表面是指材料与外界相接触的边界部分，它是材料与外界进行物质和能量交换的重要场所。
表面能够直接反映材料的性质和特征，并且表面的性质往往与材料的体积相差较大。
界面是指两个或多个不同材料之间的接触面，它是不同材料之间相互作用的场所。
界面处的物理和化学变化可以导致材料的性能发生显著的变化，因此对界面的研究在材料科学中具有重要意义。
表面和界面的性质表面的性质材料表面的性质主要包括表面能、表面形貌和表面化学组成等。
表面能是指材料表面上的内能与外界的能量之间的交换能力，它直接反映了材料与外界的相互作用强度。
表面形貌则是指材料表面的形状和结构特征，它影响着材料的摩擦、磨损、光学和电子等性能。
表面化学组成是指材料表面元素的种类和分布情况，它决定着材料的表面反应活性和化学稳定性。
界面的性质界面的性质主要包括界面能、界面形貌和界面化学组成等。
界面能是指两个不同材料的接触面上的内能与外界能量之间的交换能力。
界面形貌则是指不同材料接触面的形状和结构特征，它对表面应力、界面强度和界面位错等起着重要作用。
界面化学组成是指两个不同材料接触面上化学元素的种类和分布情况，它决定了界面反应的速率和界面附着力。
表面与界面的应用表面与界面的性质在材料科学中具有广泛的应用价值。
以下将介绍几个常见的应用领域。
表面涂层技术表面涂层技术是指将附加层覆盖在材料表面上，以提高材料的性能和增加其使用寿命。
表面涂层技术广泛应用于防腐、耐磨、导热、导电等方面。
例如，汽车制造中常用的喷涂技术可以在汽车外部覆盖一层防腐、防划伤的漆膜，提高汽车的耐用性和外观质量。
纳米材料的表面效应
纳米材料微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1nm--100nm）调制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团蔟（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米微粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米相材料。
纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、长程有序的"气体状"固体结构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。
因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的"第三态晶体材料"。
正是由于纳米材料这种特殊的结构，使之产生四大效应，即表面效应和界面效应、小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应），从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性。
（1）表面与界面效应这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。
再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。
如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。
（2）小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。
例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。
再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。
利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。
纳米材料表面效应
纳米材料表面效应纳米材料表面效应是指当物质体积大小缩减到纳米级别时，材料表面和界面所产生的物理化学效应。
这种效应会引起材料的性质和性能发生巨大变化，成为纳米材料研究的一个重要方向。
纳米材料表面效应造成的影响既可以是优化性能的利好，也可以是影响实际应用的缺点。
首先让我们来关注纳米材料表面效应的优异性。
纳米级物质的比表面积相对于其体积会增加大量。
“宏观物质，微观问题”，表面对物质的性质有着更加明显的影响。
具体来说，纳米材料表面和界面具有比体积更高的活性和表面自由能，这意味着表面能量明显增加，更容易发生化学反应和物理过程。
举个例子，《自然》杂志上的一篇文章表明，纳米金颗粒主要受制于表面效应，而非晶体微晶颗粒则不是。
（ "Size Effects in the Luminescence of Silicon Nanocrystals: Role of Surface Termination." Trimble, C.L., et al., Physical Review Letters, Volume 104, 2010）因此，纳米材料表面效应成为利用纳米技术改进传统材料性能的方向之一。
纳米材料表面效应的优异性之外，它也会带来许多负面影响。
一方面，纳米颗粒的表面活性极高，与周围环境交互作用强烈，可能引发各种有害效应，例如毒性和致癌等问题。
近年来，许多科学家和环保团体都关注到纳米颗粒对健康和环境的潜在风险。
（《纳米化食品》）另一方面，纳米材料的表面性质容易受外界因素干扰和污染。
对于纳米材料应用场合严苛的情况，如药物缓释、涂层制备、电子元器件等，则需要对表面效应进行过一系列的研究，以避免材料的失效。
如何有效地管理纳米材料表面效应，既能充分发挥优异性，又能避免负面影响，是纳米技术的重要研究课题。
目前，学界与工业界正在进行多方面的研究和实验，来探索和利用表面效应。
例如，在纳米金属材料的制备中，可以通过加入与金属表面有特殊化学亲和力的有机配体，来控制纳米颗粒的尺寸、形状和表面性质。
纳米粒子表面与界面改性
纳米粒子表面改性摘要：本文介绍了纳米粒子的表面改性原理，对几种纳米粒子ZnO纳米粒子、Fe3O4纳米粒子、SiO2纳米粒子的表面改性方法进行了总结。
关键字：纳米材料；表面改性剂；改性机理1 前言在制备纳米材料的过程中，由于纳米粒子比表面积大，表面能高，纳米粒子很容易团聚；另一方面，纳米粒子与表面能比较低的基体的亲和性差，二者在相互混合时不能相溶，导致界面出现空隙，存在相分离现象。
只有对纳米粒子在材料中的团聚问题解决得好，纳米粒子的特殊效应才会在材料中得到很好的体现，最终使材料的力学、光学、热学等方面的性能都有较大的提高[1]。
所谓纳米粒子的表面改性就是让纳米粒子表面与表面改性剂发生作用，以改善纳米粒子表面的可润湿性，增强纳米粒子在介质中的界面形容性，使纳米粒子容易在有机化合物或是水中分散。
选用特殊的表面改性剂可以使纳米粒子获得特殊的性质。
2 表面改性剂表面改性剂可以是无机化合物，比如通常采用Al2O3，SiO2，ZnO作为改性剂对纳米TiO2进行表面改性。
经过处理后的锐钛矿型TiO2具有较强的紫外吸收能力，可安全地应用到化妆品、造纸、涂料等领域。
用氟化物改性α-Al2O3，可制得分散均匀、平均粒径<50nm的氧化铝粉。
也可以是有机化合物，特别是聚合物。
实际上有机化合物是主要的纳米粒子改性剂。
上面提到在溶胶-凝胶法制备纳米SiO2过程中，用聚合物为表面活性剂对粒子进行改性的过程。
实际上，聚合物对纳米粒子表面改性就是以聚合物网络稳定纳米粒子。
在聚合物网络中引入羧基盐、磺酸盐等，经硫化氢气流处理成硫化物纳米粒子，粒径平均仅几个纳米，受聚合物网络的立体保护作用，提高了纳米粒子的稳定性，实现了纳米粒子特殊性质的微观调控，聚合物优异的光学性质及易加加工性，为纳米粒子的成型加工提供了良好的载体。
表面改性剂还可以是另外的纳米粒子。
纳米粒子对纳米粒子的改性实际就是利用纳米粒子间的复合来提高被处理的纳米粒子的某些性能。
纳米材料与纳米结构的表面与界面以及相关尺度效应的开题报告
纳米材料与纳米结构的表面与界面以及相关尺度效应的开题报告1. 研究背景随着科技的不断进步，各种纳米材料和纳米结构得以制备并应用于各个领域。
但是，由于纳米材料和纳米结构具有特殊的尺寸和表面/界面性质，其性能往往与宏观材料有很大不同。
因此，研究纳米材料和纳米结构的表面与界面以及相关尺度效应是一个重要的科学问题。
2. 研究目的本文的目的是通过对纳米材料和纳米结构的表面与界面以及相关尺度效应进行研究，进一步了解纳米材料和纳米结构的特殊性质，并为其应用提供科学依据。
3. 研究内容（1）纳米材料和纳米结构的表面与界面特性：纳米材料和纳米结构表面/界面与体积相比具有更高的表面积、更高的化学反应活性及更强的界面耗散。
因此，研究纳米材料和纳米结构表面/界面化学反应、表面结构及表面化学组成等特性是十分必要和重要的。
（2）纳米材料和纳米结构的尺度效应：纳米材料和纳米结构的尺寸在纳米尺度下呈现出不同于宏观材料的物理、化学和机械性能。
例如，纳米材料具有很高的比表面积，强化了表面传感器和催化器的效率。
同时，尺度效应也会导致纳米材料的力学、热学性质发生改变。
（3）应用研究：对于不同的纳米材料和纳米结构，根据其特殊性质可以将其应用于不同的领域，如生物学、环境科学和能源科学等。
例如，纳米材料在生物医学领域中有着广泛的应用，如用于癌症治疗和生物传感器等。
4. 研究方法本文将采用文献综述和实验研究相结合的方法，通过对纳米材料和纳米结构表面与界面特性及相关尺度效应进行分析和研究，进一步了解其特殊性质及应用。
5. 研究意义纳米材料和纳米结构具有特殊的尺寸和表面/界面性质，因此其性能往往与宏观材料有很大不同。
此次研究对于进一步了解纳米材料和纳米结构的特殊性质，并为其应用提供科学依据，具有重要的理论和实践意义。
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纳米材料的表面、界面问题目录摘要 (2)1 纳米粒子和纳米固体的表面、界面问题 (3)纳米微粒的表面效应 (3)纳米固体的界面效应 (3)纳米材料尺度效应导致的热学性能问题 (4)纳米材料尺度效应导致的力学性能问题 (4)纳米材料尺度效应导致的相变问题 (4)2. 金属纳米材料的表面、界面问题 (5)高性能铜(银)合金中的高强高导机理问题 (5)金属复合材料的强化模型和物理机制问题 (5)原子尺度上的Cu/X界面研究 (6)3 纳米材料表面、界面效应的研究成果综述 (9)参考文献 (11)摘要纳米材料包含纳米微粒和纳米固体两部分，纳米微粒的粒子直径与电子的德布罗意波长相当，并且具有巨大的比表面；由纳米微粒构成的纳米固体又存在庞大的界面成分。
强大的表面和界面效应使纳米材料体现出许多异常的特性和新的规律，这些特性和规律使其展现出广阔的应用前景。
其中，在宏观尺度上制造出具有纳米结构和纳米效应的高性能金属材料，并揭示这些材料的组织演化特征以实现功能调控，是金属材料学科面临的重大科学问题和需要解决的核心关键技术。
本文将对纳米材料的表面、界面效应进行介绍并重点阐述金属纳米材料界面、尺度与材料塑变、强化关系的研究进展。
关键词：纳米材料；表面效应；复合材料、1 纳米粒子和纳米固体的表面、界面问题纳米粒子是指颗粒尺度在范围的超细粒子，它的尺度小于通常的微粉，接近于原子簇。
是肉眼和一般显微镜看不见的微小粒子[1]。
只能用高倍的电子显微镜进行观察。
最早日本名古屋大学上田良二教授给纳米微粒下了一个定义：用电子显微镜能看到的微粒被称为纳米微粒[2]。
纳米固体是由纳米微粒压制活特殊加工而成的新型固体材料，它可以是单一材料，也可以是复合材料。
纳米固体最早是由联邦德国萨尔兰大学格莱特等人在80年代初首先制成的。
他们用气相冷凝发制得具有清洁表面的纳米级超级微粒子，在超高真空下加压形成固体材料。
纳米微粒的表面效应随着微粒粒径的减小，其比表面积大大增加，位于表面的原子数目将占相当大的比例。
例如粒径为5nm时，表面原子的比例达到50%；粒径为2nm时，表面原子的比例数猛增到80%；粒径为1nm时，表面原子比例数达到99%，几乎所有原子都处于表面状态。
庞大的表面使纳米微粒的表面自由能，剩余价和剩余键力大大增加。
键态严重失配、出现了许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡、非整数配位的化学价，导致了纳米微粒的化学性质与化学平衡体系有很大差别，我们把这些差别及其作用叫做纳米微粒的表面效应[3]。
从电镜研究中也可以看出，由于强烈的表面效应使得纳米微粒的微观结构处于不断地变化之中。
纳米固体的界面效应由纳米微粒制成的纳米固体，不同于长程有序的晶态固体，也不同于长程无序短程有序的非晶态固体，而是处于一种无序状态更高的状态。
格莱特认为，这类固体的晶界有“类气体”的结构，具有很高的活性和可移动性。
从结构组成上看它是由两种组元构成，一是具有不同取向的晶粒构成的颗粒组元，二是完全无序结构各不相同的晶界构成的界面组元。
由于颗粒尺寸小，界面组元占据了可以与颗粒组元相比拟的体积百分数。
例如当颗粒粒径为5-50nm时构成的纳米固体，界面所占体积百分数约为50%-30%。
晶体界面对晶体材料的许多性能有重大影响。
由于纳米固体的界面与通常晶粒材料有很大的不同，界面组元的增加使纳米固体中的界面自由能大大增加，界面的离子价态，电子运动传递等于结构有关的性能发生了相当大的变化，这种变化我们称之为纳米固体的界面效应[3]。
纳米材料尺度效应导致的热学性能问题由于纳米粒子尺寸小，其表面活性高、比表面大，而表面原子近邻配位不全等，使得纳米粒子熔点，熔化熵，原子问结合能，固溶度以及熔化焓等许多性质都与块体材料不同[4,5]。
例如，1992年．Goldstein等人在Science报道利用逆胶束化学沉淀法制备的直径为的CdS半导体纳米晶，其熔化温度根据实验观察呈现出强烈的尺度效应，随着颗粒尺度的减小而降低。
纳米材料尺度效应导致的力学性能问题随着晶粒减小．材料的强度与硬度都相应地增大，并且近似地遵从经典的Hall-Petch关系纳米材料的强度、硬度、韧性和塑性与常规材料相比也有相当大的改变[6]。
另外纳米材料也由于它的尺寸效应而导致光吸收显著增强并产生吸收峰的等离子共振频移、磁有序态向无序态的转变、超导相和正常相的转变等在电、磁、光、化学和催化性能上表现出异于体材料下的性质。
纳米材料尺度效应导致的相变问题在研究材料的性质和新材料的制备过程中将出现相变的问题。
对于在小尺度范围以内，传统的相交规律和热平衡相图将不能适用于应用的需要。
例如在纳米金刚石的相交过程中，纳米尺度下的金刚石形核势垒比石墨更低，更易于形核。
而金刚石相图上的B-S线与体材料相比将下降，其物理本质是基于Laplace-Young 方程的纳米尺度诱导的附加表面张力的影响。
2. 金属纳米材料的表面、界面问题随着材料中显微组织尺度的减小，各种界面的作用愈显重要。
对于金属复合材料，其力学性质和物理性质取决于基体、增强体和界面的特性。
一般情况下，对于宏观尺度的金属复合材料，混合定律(ROM)Xc=X mφm+X fφf(其中X是材料的性能，如密度、弹性模量、强度、电导、热导等；φ是材料的体积分数；c、m和f 分别指复合材料、基体和增强体)可以描述材料结构与性能的关系。
随着复合材料中组元相尺度的减小，组元相本身的尺度效应和组元相界面处的界面效应将显著影响复合材料的性质。
高密度相界面的存在将改变材料塑性流变的基本特性，因而必须修正Hall-Petch关系和Orowan关系等，因此，起源于位错与相界之间Hall-Petch型相互作用的贡献将作为混合定律中的强度附加项。
由此可见，界面效应与尺度效应成为金属复合材料中突出的基础科学问题，必须探索可以描述复合材料中结构−性能关系的新机制[7]。
高性能铜(银)合金中的高强高导机理问题对于金属纳米复合材料，一个典型的范例是高性能铜(银)合金中的高强高导机理问题。
已有的研究表明，实验测得的强度值远高于按照混合定律计算出的强度值，传统的强化机制(包括细晶强化、固溶强化、析出强化等)均无法解释这种高强现象；另一方面，复合材料的电导值却小于混合定律预言的电导值，基体金属的尺度效应和电子在相界面处的非弹性散射成为解释电输运性质的主要观点。
近年来，在这类纳米复合材料中的界面效应与尺度效应成为国际上的研究热点。
金属复合材料的强化模型和物理机制问题目前，金属复合材料的强化模型和物理机制仍处在发展之中，实验上仍然没有获得一个结论性的数据来鉴别两种主要模型：位错强化模型和相界面障碍模型。
显而易见，无论在位错强化模型还是在相界面障碍模型中，两相界面始终起着关键作用。
一个基本的考虑是界面结构问题，然而，关于界面晶格匹配类型对金属纳米复合材料的微观组织结构演变、强化机制、弹塑性转变过程和电导行为等影响的研究仍属空白。
原子尺度上的Cu/X界面研究原子尺度上的Cu/X界面结构是深入了解这类纳米复合材料结构—性能关系的基础问题。
最近，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室以Cu/Nb多层复合材料为例，采用原子模拟方法研究界面原子结构及其与复合材料形变机制的关系，显示非相干Cu-Nb界面剪切强度的几个典型特征：剪切强度明显低于完整晶体的理论预言值，强的界面晶体学取向的依赖性，在空间分布上的非均匀性，对界面原子结构的依赖性。
这样一种弱的界面是一个强的滑移位错陷阱，剪切的界面将对滑移位错产生一种吸引力，从而导致位错在界面处被吸收，当滑移位错进入界面时位错芯结构很容易展开成一种极其复杂的形式。
同时，由于Cu-Nb界面处滑移系的晶体学非连续性，因此，位错很难穿越界面，从而说明纳米复合材料的高强特性。
进一步的理论研究也显示，界面原子排布在很大程度上决定着界面失配位错的分布以及Cu界面层的弹性畸变如图1所示。
在半相干Cu-Ag界面处，错配位错心的结构显著影响着错配位错与滑移位错的相互作用，错位配错心结构相当宽并具有高流动性，因而减小了界面相干应力场的范围。
尽管上述理论研究揭示了多层复合材料中Cu-Nb和Cu-Ag界面原子结构及其与位错相互作用的基本特征，且对块体Cu/Nb纳米金属复合材料的力学性质、弹塑性转变、热稳定等性质研究具有很强的理论指导意义，但是很多方面仍然需要实验证据上的支持。
图1 位于不同界面时错配位错图2 机械合金化过程中位错穿过机制模型示意图对于Cu/Nb界面处的高度界面互混现象，人们提出三种理论模型。
第一种是纯的扩散机制，但是退火处理引起的退互混和球化现象却不支持这一观点。
第二种是缺陷辅助的扩散机制，它预言了互混在界面处的对称性分布，这却与实验观察不符，因此晶格位错在界面某一侧的热力学稳定化是可能的，但却缺乏实验证据。
对于Cu/Nb界面处的高度界面互混现象的机制之一是位错拖曳和剪切带机制，这是关于位错滑移过异质相界面的模型；对于极塑变形过程，从传统的晶内位错滑移到穿过相界的位错滑移会经过3个阶段：在宏观尺度上，经典的Hall-Petch界面力学是适用的；随着芯丝尺寸的减小，半位错源或界面位错源开始被激活，因而塑性由层片组织中的Orowan扩展主导；当芯丝尺寸减小到纳米尺度时，滑移穿越将发生。
RAABE等的实验结果支持晶格位错穿过近邻相界面的界面互混机制，其示意图如图2所示。
对于界面非晶化，严重互混和高密度位错存在的区域极易发生非晶化现象，在基体相或芯丝相中积累的形变能似乎不是界面非晶化的原因，这也与最近报道的界面结构理论计算结果相符，实验上也容易观察到一个非晶层的存在。
可见，纳米金属复合材料中的界面互混/非晶化现象和晶格位错与界面的相互作用密切相关，系统研究不同界面类型对应变诱导互混和非晶化的影响是必要的。
3 纳米材料表面、界面效应的研究成果综述固体中界面应力的概念是由Gibbs首先提出来的，随后Gurtin等发展了界面弹性理论模型，认为界面的出现引起了结合材料边界条件的变化，受到了人们的广泛认同。
对于传统复合材料中表面/界面效应的问题，很多学者进行了研究。
Duan等通过理论和试验分析了界面效应对复合材料有效特性的影响。
Lee和Pyo 研究了颗粒复合材料中弱界面对材料强度的影响。
Aghdam和Falahatgar分析了横向载荷下界面特性对铁基复合材料的影响。
李宾等研究了聚合物基导热绝缘复合材料的界面状况对材料导热和绝缘性能的影响。
采用非线性黏附力法，Tan等分析了颗粒增强型复合材料中界面效应对材料宏观特性的影响。
纳米材料的性质是由组成它的原子的位置和能量所决定的，因此表面/界面效应对纳米结构的强度、稳定性以及动力学和热力学特性的影响巨大。
近年来，一些研究成果揭示了界面效应对纳米结构的力学性能的影响。