纳米材料研究综述
MOF材料综述
MOF纳米材料的合成路线我选取的就是Erik A、Flugel等在Journal of Materials Chemistry上发表的的Synthetic routes toward MOF nanomorphologies这篇论文。
然后在学习的过程中,还参考了一些中文文献与老师给的chemical review的那篇文章中的第六部分(MOF Crystals, Films/Membranes, and Composites)。
虽然就是化学系的学生并且也选修了现代无机进展这门课,但就是该篇文章还就是让在阅读的过程中感到十分吃力,主要原因还就是金属无机材料这个领域了解不够。
我将试着谈谈这篇文章的内容并给出自己的一点浅薄的体会。
本篇文章就是与其她的综述流程一样,先就是在简介中介绍了MOF的功能与最近的应用与本文的大致内容,然后进入正题,分为以下几部分:1、零维的MOF纳米晶体的制备;2、一维纳米结构晶体的制备;3、二维纳米结构晶体的制备;4、三位结构晶体的制备;5、杂合纳米结构晶体的制备;6、针对某一个晶体进行结构控制的机理的研究。
最后为文章的总述与致谢。
MOF就是含氧或氮的有机配体与过渡金属通过自组装连接而形成的具有周期性网状结构的晶体材料。
其一般具有沸石与类沸石的结构。
在当今的社会中MOF 因为其具有结构与孔道可以设计,可裁剪的特点并且表面积大而多孔而受到多个学科的重视。
MOF可以应用在吸收,气体贮存,传感器设计,集光,生物显影,药物传送与催化方面。
现在得到的纳米化的MOF材料,有着与普通固体材料截然不同的性质,比如因为其小尺寸而具有的干涉与散射的光学性质,比如在生物方面展现了更长时间的血浆循环时间,有些甚至可以在淋巴中进行传送。
MOF材料的形态也就是至关重要的。
球形保证了一致的消融速度因而能够作为药物缓蚀剂。
而不就是球形的或者各向异性的因为其边缘处与角落处的活性而具有催化功能,MOF的膜或者薄片对于气体的分离与探测就是很重要的。
自组装制备纳米材料的研究现状
自组装制备纳米材料的研究现状摘要文章综述了纳米材料各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。
评述了其在制备纳米材料时的机理、优缺点。
综述了纳米材抖的各种制备方法，提出了应用自组装技术制备纳米材料。
并对国内外应用自组装技术制备纳米材料(如纳米团簇、纳米管、纳米膜等)的研究现状进行了综述。
关键字：纳米材料自组装纳米团簇纳米薄膜前言纳米材料是20世纪80年代中期发展起来的一种具有全新结构的材料，它所具有的独特性质，使它在磁学、电学、光学、催化以及化学传感等方面具有广阔的应用前景。
自组装技术从纳米材料出现开始就一直应用于纳米材料的制备，只不过当时没有明确地将其作为一种方法提出。
到目前为止，自组装技术已能用来制备纳米结构材料，如纳米团簇、纳米管、纳米环、纳米线、多孔纳米材料、功能化纳米材料、功能化纳米级膜及有机/无机纳米复合材料。
纳米科学生命科学技术、信息科学技术和纳米科学技术是本世纪科技发展的主流方向。
纳米科学技术是在纳米空间对原子、分子及其他类型物质的运动与变化规律进行研究，同时在纳米尺度范围内对原子、分子等物质结构单元进行操纵、加工的一个新兴科学领域。
著名物理学家诺贝尔奖获得者Richmd P．Feynman在1959年l2月指出”There is a plenty of room at the bottom”,并预言，如果人类按照自己的意志去安排一个个原子，将得到具有独特性质的物质。
1981年G．Binning教授和H.Rohrer 博士发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)，使人类首次能够直接观察原子，并能通过STM对原子、分子进行操纵。
1990年7月，在美国巴尔的摩召开了第一届国际纳米科学技术学术会议，这标志着纳米科学技术作为一个新兴的领域正式形成，纳米材料学成为材料科学的一个新分支。
2000年7月美国国家科学技术委员会宣布实施纳米技术创新工程，并将纳米计划视为下一次工业革命的核心。
纳米材料阻燃性能及应用前景研究进展
纳米材料阻燃性能及应用前景研究进展引言纳米材料是一种具有尺寸在纳米量级（1-100纳米）的特殊材料，相比传统材料，具有独特的物理、化学和电子性质。
纳米材料具有较大的比表面积、比表面活性和较小的尺寸效应等特点，使其在许多领域具有广泛的应用潜力。
其中一个应用领域是阻燃材料。
随着纳米材料在阻燃领域的研究日益深入，人们对纳米材料阻燃性能及其应用前景产生了浓厚的兴趣。
本文将对纳米材料阻燃性能及应用前景的研究进展进行综述。
一、纳米材料阻燃性能纳米材料由于其特殊的尺寸效应和表面效应，使其具有优异的阻燃性能。
研究表明，纳米材料可以通过以下几个方面来提高材料的阻燃性能：1. 溶胶-凝胶法制备纳米材料溶胶-凝胶法是一种常用的纳米材料制备方法，通过控制溶胶和凝胶的反应条件，可以调控纳米材料的结构和性能。
例如，采用溶胶-凝胶法合成无机氧化物纳米材料，可以提高阻燃材料的热稳定性和耐燃性。
2. 纳米粒子的表面修饰纳米粒子的表面修饰可以增强材料的阻燃性能。
通过改变纳米粒子的表面性质，可以增强材料的炭化特性、抑制热解和延缓燃烧速率。
近年来，研究人员通过将聚合物包覆在纳米粒子表面或利用金属氧化物修饰纳米粒子表面等方法，成功提高了材料的阻燃性能。
3. 纳米复合材料的构筑纳米复合材料是指将纳米材料与基体材料进行复合得到的材料。
通过在基体材料中引入纳米材料，可以提高材料的热稳定性、抗烧蚀性和抑制烟雾生成能力。
研究发现，纳米复合材料具有更好的阻燃性能和热分解特性，具有广阔的应用前景。
二、纳米材料阻燃应用前景纳米材料具有出色的阻燃性能，可以在多个领域应用，拥有广阔的前景。
以下是几个纳米材料在阻燃领域的应用前景：1. 电子设备随着电子设备的普及，电子设备的火灾事故也时有发生。
纳米材料作为阻燃新材料，可以有效提高电子设备的安全性能，降低火灾事故的风险。
2. 轻量化材料纳米材料具有轻质、高强度和良好的抗热性能，可以用于制造轻量化材料，如汽车和飞机等。
纳米材料综述功能材料与应用论文(已处理)
纳米材料综述功能材料与应用论文（已处理）纳米材料综述摘要概述了纳米材料的基本概念、分类方法及结构特征, 重点介绍了纳米材料的光谱、催化、光电化学及反应性等化学特性及应用.1、纳米材料的基本概念纳米材料是指颗粒尺寸为纳米量级 0.11 nm, 100nm 的超微粒子纳米微粒及由其聚集而构成的纳米固体材料。
纳米固体材料分为纳米晶体材料、纳米非晶态材料及纳米准晶态材料。
其中纳米晶体材料按其结构形态又可分为四类:1 零维纳米晶体, 即纳米尺寸超微粒子;2 一维纳米晶体, 即在一维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如一维纤维, 一维碳纳米管;3 二维纳米晶体, 即在二维方向上晶粒尺寸为纳米量级, 如纳米薄膜、涂层;4 三维纳米晶体, 指晶粒在三维方向上均为纳米尺度, 如纳米体相材料, 纳米陶瓷材料。
另外, 还有纳米复合材料, 以复合方式不同分为0-0、0-2、0-3 型复合, 即零维纳米粒子分别与纳米粒子、二维及三维材料复合而成的固体材料。
纳米材料科学是现代化学、物理学、材料学、生物学等多门学科相互交叉、相互渗透的新兴学科, 其研究内容主要包括两个方面:1 系统地研究纳米材料的性能、微结构和谱学特性,通过和常规材料对比, 找出纳米材料的特殊规律, 建立描述和表征纳米材料的新概念和新理论, 发展完善纳米材料科学体系;2 探索新的制备方法, 发展新型的纳米材料, 研究制备工艺与材料结构、性能之间的关系规律, 并拓宽其应用领域。
2、纳米材料的性质2.1、纳米微粒的结构和特性纳米粒子处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域，是由数目很少的原子或分子组成的聚集体。
由于纳米粒子具有壳层结构。
粒子的表面原子占很大比例，并且是无序的类气状结构, 而在粒子内部则存在有序-无序结构，这与体相样品的完全长程有序结构不同。
纳米粒子的结构特征使其产生了小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，并由此派生出传统固体材料所不具备的许多特殊性质。
纳米材料分散的综述
纳米材料分散的综述一、纳米材料简介纳米材料是指尺寸在纳米级别的材料，具有优异的物理、化学和机械性能。
由于其独特的性质，纳米材料在能源、环保、医疗、信息技术等领域具有广泛的应用前景。
二、纳米材料制备方法纳米材料的制备方法多种多样，主要包括物理法、化学法以及生物法。
物理法包括机械球磨法、真空蒸发法等；化学法包括溶液法、气相法等；生物法则利用生物分子的自我组装和生物模板法。
不同的制备方法适用于不同类型的纳米材料，且具有各自的优势和局限性。
三、纳米材料的应用领域纳米材料因其优异的性能被广泛应用于以下领域：1.能源领域：太阳能电池、燃料电池、储能电池等；2.环保领域：空气净化器、水处理设备等；3.医疗领域：药物输送、生物成像、癌症治疗等；4.信息技术领域：电子器件、量子计算等。
四、纳米材料的分散技术纳米材料的分散技术是实现其应用的关键。
纳米材料由于其高比表面积和表面能，容易发生团聚，因此需要对其进行分散。
分散技术可分为物理分散和化学分散。
物理分散包括机械搅拌、超声波分散等；化学分散则是利用表面活性剂或偶联剂进行分散。
五、纳米材料分散的物理化学原理纳米材料分散的物理化学原理主要包括表面能作用、静电力作用和空间位阻作用。
表面能作用是纳米材料分散的主要驱动力，静电力作用则是在带电纳米粒子间的相互作用，空间位阻作用则是利用高分子物质对纳米粒子进行稳定分散。
六、纳米材料分散的方法与技术纳米材料分散的方法与技术主要包括以下几种：1.机械搅拌分散：通过机械搅拌的方式将纳米材料分散在溶剂中，可加入适量的表面活性剂或分散剂以增强分散效果。
2.超声波分散：利用超声波的振动能将纳米材料打散在溶剂中，可有效破解团聚现象。
3.化学分散：利用化学反应改变纳米材料的表面性质，如通过偶联剂对纳米材料进行改性，使其具有更好的分散稳定性。
4.溶剂热法：在高温高压条件下，利用溶剂的性质将纳米材料溶解分散在溶剂中。
此方法可用于制备一些具有特殊性质的纳米材料。
纳米材料综述
从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代江业革命之前)、毫米时代江业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)>i n。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleite}2]提出‘纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级通常指1一100 rm)的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料哟米微粒久一维材料值径为纳米量级的纤维久二维材料(}度为纳米量级的薄膜与多层膜久以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体客观世界的新层次，是交叉学科跨世纪的战略科技领域。
1国内外研究现状50年代末，美国著名物理学家Richard.P Feyn-man曾经设想“如果有一天能按人的意志安排一个个原子和分子，将会产生什么样的奇迹?”他提出逐级地缩小生产装置，以致最后直接由人类按需排布原子以制造产品。
这在当时只是一个美好的梦想。
然而，随着时间的推移和科学技术的日益发展，这个梦想正在逐渐地变成现实。
进入60年代后，人们就开始对分立的纳米粒子进行了真正有效的研究;70年代末，德雷克斯勒成立了NST (NanoscaleScience & Technology)研究组;1984年德国科学家G 1e ite r首先制成了金属纳米材料，同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议，使纳米材料成为世界性的热点之一;1990年在美国巴尔的摩生;1994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议，表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。
近年来，世界各国先后对纳米材料给予了极大的关注，对纳米材料的结构与性能、制备技术以及应用前景进行了广泛而深入的研究，并纷纷将其列人近期高科技开发项目。
稀土纳米材料-综述
稀土有机配合物具有优良的发光性能，但其较 差的光稳定性和热稳定性限制了它们的应用， 采用溶胶凝胶法将稀土配合物引入到有机-无 机互穿网络中，不仅解决了纳米粒子的稳定性 和分散性问题，而且制成加工性能好和具有功 能性质的薄膜。已制成多种引入稀土配合物的 有机-无机纳米杂化薄膜，它们不仅具有良好 的发光特性，而且加工性能好，有望用于电致 发光薄膜。
掺稀土的ZrO2是一种应用广泛的陶瓷材料，添加 Y2O3, CeO2或La2O3 等稀土元素的作用在于防止 ZrO2高温相变和变脆，生成ZrO2相变增韧陶瓷结构 材料。纳米Y2O3-ZrO2陶瓷具有很高的强度和韧性， 可用作刀具、耐腐零件，可制成陶瓷发动机部件；用 于燃料电池作为固体电解质。
2、稀土纳米催化剂
具有良好的吸收性能，可以用于制备紫外吸收材料。 国外已将CeO2用于防晒霜。纳米CeO2对紫外光吸收 性能优于常用的TiO2是更好的紫外吸收剂。用纳米 CeO2作为紫外吸收剂，可望用于防止塑料制品紫外 照射老化，坦克、汽车、舰船、储油罐等的紫外老化。
纳米涂层材料是近年来纳米材料研究的热点，主要的 研究聚集在功能涂层上。美国采用80nm的Y2O3作为 红外屏蔽涂层，反射热的效率很高。
3、稀土化合物纳米薄膜
稀土化合物纳米薄膜可分成稀土配合物纳米薄 膜和稀土氧化物纳米薄膜两大类。稀土氧化物 纳米薄膜主要采用物理法和化学法来制备，采 用物理法制备稀土氧化物纳米薄膜是以相应的 稀土氧化物或纯金属等为前驱物，通过电子束 蒸发或电子束轰击等过程，将前驱物沉积到预 置的衬底上而得到所需的稀土氧化物纳米薄膜。 采用物理方法制备的薄膜的机械稳定性和化学 稳定性高。化学法制膜主要有喷雾热解法、化 学气相沉积法和溶胶-凝胶法等，这些方法成 本低，易于操作，应用较为广泛。
核壳纳米粒子的合成方法及性质研究综述
科教论坛ScienceandEducationForum核壳纳米粒子的合成方法及性质研究综述文/江健林 刘松 吴昱均 王铭樟 田雪梅 王晓芳摘要：基于核壳纳米粒子优越的性能，其可控的制备以及相应的性质是现代材料科学的研究热点，本课题主要综述了机械混合反应法、新型溶胶-凝胶法、微乳液聚方式、氧化还原-重金属化法、沉淀法等核壳纳米粒子合成方法，并以核壳TiO2纳米颗粒为例，综述了对其光电催化性能的研究成果。
关键词：核壳纳米粒子；氧化还原；TiO2。
1 前言在20世纪初，美国国家纳米技术计划（NNI）预测纳米技术的发展将处于两个基本阶段。
首先，通过合并简单的纳米结构并发现其新的纳米级性能来改善现有产品。
其次，开发兼具安全性和多功能性的新型复杂纳米系统。
如今，纳米粒子和纳米结构的发展已在各个层面上广泛开展，其影响已广泛传播到几乎所有科学技术领域，例如材料科学，光学，电子，传感器，能源，太阳能电池，医学，药物输送和生物应用。
开发纳米颗粒多功能性的一种常见方法是将各种形式的材料组合在一起，例如有机-有机、有机-无机、无机-无机、有机-生物等形式作为双金属纳米复合材料或核壳纳米颗粒。
核壳纳米粒子是成功的多组分纳米材料，其中包括众多功能，具有较好的发展前景，受到人们关注[6–8]。
因此，本文对核壳纳米粒子的部分研究成果进行分析，对其合成方法做了简要综述，并重点总结了核壳TiO2纳米例子及其光电催化性能的研究成果。
2 核壳纳米结构粒子的相关合成方法2.1 机械混合反应法与大多数传统合成方法相反，机械混合反应能在不高温、不复杂的条件下合成核壳纳米粒子，具有简单，高效、快速的特点。
2016年Mojgan Ghanbar采用新型的机械混合反应物法合成制备并表征了TiCdI3纳米结构。
选择了硝酸铊、硝酸镉和碘化锂作为起始试剂，在室温条件下制备了用于合成TiCdI3的CdI2和TiI。
TiCdI3的形貌、相结构和相纯度可以由TiI：CdI2的比例控制，也可以通过调节表面活性剂的种类来控制。
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纳米材料研究综述摘要:本文简要阐述了纳米材料基本概念、研究状况及特殊性能,介绍了其制备方法及应用前景。
关键词:纳米材料、性能、制备方法、应用1 引言20世纪90年代,因特网、生物基因、纳米科技几乎同时为世人所瞩目。
前两者的重要性及其应用前景已为人们所知晓,而纳米科技其效应如何呢?国内外众多知名科学家认为,因特网、生物基因与纳米科技相结合,可以达到至善至美的程度。
大家知道,有了微电子技术,才发展了当今的电脑和因特网。
目前,芯片已达到了物理极限,要真正在电脑上实现高速公路,还有许多困难,至少此公路还比较窄,必须用纳米科技才能解决这一难题。
在生物基因的基础上再造动植物生命是人们本世纪所追求的目标,而这一目标的实现也必须依靠纳米科技。
纳米科技又以纳米材料而体现。
小小的纳米材料为何如此神奇呢?当今纳米材料的研究、制备方法达到了什么程度?前景又如何呢?下面简单介绍一下。
2 纳米材料的概念纳米是几何尺寸的计量单位(nm),1 nm=10-9m,略等于45个原子排列起来的长度。
科学家们发现,当物质的结构(如晶粒或孔隙)小到纳米级(0.1~100 nm)时,物质的各种性质(机械强度、磁、光、声、热等)都有很大程度的不同,而且还具有辐射、吸收、吸附等许多新特性。
由此而制备的材料具有特殊的功能。
纳米材料的研究、制备借助于扫描隧道显微镜(STM)进行。
STM是一种基于量子隧道效应的新型高分辨率的显微镜。
它能以原子级空间分辨率来观测物质表面原子或分子的几何分布和态密度分布,确定物体局域的光、电、磁、热和机械性能。
用此显微镜可以在真空、大气或液体中对试样作原子级分辨的无损检测。
STM 可以实际测量物体表面的实空间三维图像,其平行和垂直于表面的测量分辨率分别为0.1 nm和0.01 nm。
用STM可以长期直接观察原子的真面貌,刻划纳米级微细线条以及移动原子。
因此,用扫描隧道显微镜,在0.1~100nm尺度范围内,可揭示出一个可见原子、分子世界,并按照人们的意愿排列物质的原子和分子,使之结构、组分、大小和形状得到控制,最终直接以分子、原子构造出具有特定功能的产品。
3 纳米材料研究的状况自 70 年代纳米颗粒材料问世以来，80 年代中期在实验室合成了纳米块体材料，至今已有 20 多年的历史，但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在 80 年代中期以后。
从其研究的内涵和特点来看大致可划分为三个阶段。
第一阶段（1990 年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体，合成块体（包括薄膜），研究评估表征的方法，探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。
1984 年，格雷特采用气体冷凝方法，制备成功铁纳米微粉。
随后，美国、德国和日本科学家先后制成多种纳米材料粉末及烧结块体材料，开始了纳米材料及技术的研究时代。
对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在 80 年代末期一度形成热潮。
研究的对象一般局限在单一材料和单相材料，国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。
第二阶段（1994 年前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合材料，通常采用纳米微粒与纳米微粒复合，纳米微粒与常规块体复合及发展复合材料的合成及物性的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。
1993 年《自然》的副主编曾预言“以单电子隧道效应为基础设计的单电子晶体管可能诞生在下一世纪的初叶”,他的预见发表不到 2 年,日本率先在实验室研制成功纳米结构的三级管,紧接着美国的普度大学也在实验室研制成功纳米结构的晶体管。
1995 年超低功耗和高集成的纳米结构单电子三级管在美国研制成功,使人们对于纳米结构的研究对下一代量子器件的诞生的重要性有了进一步认识。
第三阶段（从 1994 年到现在）纳米组装体系、人工组装合成的纳米结构的材料体系越来越受到人们的关注，正在成为纳米材料研究的新的热点。
高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题;纳米结构设计,异质、异相和不同性质的纳米基元(零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝)的组合、纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点。
国际上，把这类材料称为纳米组装材料体系或者称为纳米尺度的图案材料。
它的基本内涵是以纳米颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系，包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜嵌镶体系。
纳米颗粒、丝、管可以是有序或无序地排列。
如果说第一阶段和第二阶段的研究在某种程度上带有一定的随机性，那么这一阶段研究的特点更强调人们的意愿设计、组装、创造新的体系，更有目的地使该体系具有人们所希望的特性。
4 纳米材料的性能4.1 小尺寸效应一个纳米=10-9米(10亿分之1米)。
1~100纳米所组成的材料为纳米材料。
纳米颗粒的小尺寸所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
对纳米颗粒而言,尺寸变小,同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质。
4.1.1 特殊的光学性质当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时,即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。
事实上,所有的金属在纳米颗粒状态都呈现为黑色。
尺寸越小,颜色愈黑,银白色的铂(白金)变成铂黑,金属铬变成铬黑。
金属纳米颗粒对光的反射率很低,通常可低于l%,大约几千纳米的厚度就能完全消光。
利用这个特性纳米材料可以作为高效率的光热、光电等转换材料,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。
4.1.2 特殊的热学性质固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。
例如,银的常规熔点为670℃,而纳米颗粒纳米银的熔点可低于100℃。
因此,超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结,此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料,甚至可用塑料。
采用超细银粉浆料,可使膜厚薄均匀,覆盖面积大,既省料又质量高。
日本川崎制铁公司1 000纳米的铜、镍纳米颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵重金属。
采用100~纳米颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。
例如,在钨颗粒中附加0.1%0.5%重量比的纳米镍颗粒后,可使烧结温度从3000℃降低到1200℃~1300℃,以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。
~4.1.3 特殊的磁学性质人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在纳米的磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。
磁性纳米颗粒实质上是一个生物磁罗盘,生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的的水底。
通过电子显微镜的研究表明,在趋磁细菌体内通常含有直径约为20纳米的磁性氧化物颗粒。
纳米颗粒磁性材料与大块材料显著不同,大块的纯铁矫顽力约为80安/米,而当颗粒尺寸减小到20纳米以下时,其矫顽力可增加1千倍,若进一步减小其尺寸,大约小于6纳米时,其矫顽力反而降低到零,呈现出超顺磁性。
利用磁性纳米颗粒具有高矫顽力的特性,已作成高贮存密度的磁记录磁粉,大量应用于磁带、磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。
利用超顺磁性,人们已将磁性纳米颗粒制成用途广泛的磁性液体。
在医学上可用作药剂的载体,在外磁场的引导下集中于病患部位,有利于提高药效。
4.1.4 特殊的力学性质陶瓷材料在通常情况下呈脆性,然而由纳米颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。
因为纳米材料具有大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性,使陶瓷材料具有新奇的力学性质。
美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。
研究表明,人的牙齿之所以具有很高的强度,因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。
呈纳米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3~5倍。
至于金属-陶瓷等复合纳米材料则可在更大的范围内改变材料的力学性质,其应用前景十分宽广。
在临期床上主要用于人工器官制造等方面。
纳米颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。
4.2 表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。
随着颗粒直径变小,比表面积将会显著增大。
对直径大于100纳米的颗粒表面效应可忽略不计,当尺寸小于100纳米时,其表面原子百分数急剧增长,甚至1克纳米颗粒表面积的总和可高达100平方米,这时的表面效应将不容忽略。
纳米颗粒的表面与大块物体的表面不同,若用高倍率电子显微镜对直径为2纳米金颗粒进行电视摄像,发现这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会自动形成各种形状,如立方八面体、十面体、二十面体、多晶体等,它既不同于一般固体,又不同于液体,是一种准固体。
在电子显微镜的电子束照射下,表面原子仿佛进入了“沸腾”状态,尺寸大于10纳米后这种颗粒结构的不稳定性才消失,并进入相对稳定的状态。
纳米颗粒的表面活性很高,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。
为防止自燃,可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层,确保表面稳定。
利用表面活性,金属纳米颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。
某些纳米金属粉末可作为制备动物生长素药物的新型添加剂,还可用于免疫分析。
4.3 宏观量子隧道效应各种元素的原子具有特定的光谱线,如钠原子具有黄色的光谱线。
原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释,由无数的原子构成固体时,单独原子的能级就并合成能带,由于电子数目很多,能带中能级的间距很小,因此可以看作是连续的,从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别,对介于原子、分子与大块固体之间的纳米颗粒而言,大块材料中连续的能带将分裂为分离的能级;能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。
当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时,就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性,称之为量子尺寸效应。
例如,导电的金属在纳米颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。
因此,对纳米颗粒在低温条件下必须考虑量子效应,原有宏观规律已不再成立。
电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。
近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观的量子隧道效应。
量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础,或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限,当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。
例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道效应而溢出器件,使器件无法正常工作,经典电路的极限尺寸大概在250纳米。