纳米粒子的特性
纳米微粒的物理特性
（2）原因
颗粒小; 表面能高、比表面原子数多; 表面原子近邻配位不全，活性大; 体积远小于大块材料; 纳米粒子熔化时所需增加的内能小得 多，纳米微粒熔点急剧下降。
2、开始烧结温度降低
（1）烧结温度：所谓烧结温度是指在低于熔点的温度 下使粉末互相结合成块，密度接近常规材料的最低加 热温度。 （2）原因：纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材 后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子 运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的 湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的 目的，即烧结温度降低。
2．蓝移现象 与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存在 “蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。 例： 纳米SiC颗粒：峰值红外吸收频率是814cm-1 大块SiC固体：峰值红外吸收频率是794cm-l。 纳米氮化硅颗粒：峰值红外吸收频率是 949cm-l 大块Si3N4固体：峰值红外吸收频率是935cm-l
激子：在光跃迁过程中，被激发到导带中的电子和在 价带中的空穴由于库仑相互作用，将形成一个束缚 态，称为激子。 分类：通常可分为万尼尔（Wannier）激子和弗伦 克尔（Frenkel）激子。 万尼尔激子：电子和空穴分布在较大的空间范围，库 仑束缚较弱，电子“感受”到的是平均晶格势与空穴的 库仑静电势，这种激子主要是在半导体中； 弗伦克尔激子：电子和空穴束缚在体元胞范围内，库 仑作用较强，这种激子主要是在绝缘体中。
隐身：就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。 隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂 上红外与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通 过发射电磁波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测 飞机的。 例：1991年海湾战争中，美国F117A型飞机的隐身 材料就是含有多种纳米粒子对不同的电磁波有强烈的 吸收能力。在42天战斗中，执行任务的的飞机1270架 次，摧毁了伊拉克95%的军事设施而美国战机无一受 损。 科索沃战争中B2隐形轰炸机轰炸我南联盟大使馆
纳米粒子的力学特性与运动行为
纳米粒子的力学特性与运动行为随着科学技术的不断发展，纳米科技成为了当今世界的热门话题之一。
纳米粒子作为纳米科技的基本单位，其力学特性与运动行为备受关注。
本文将探讨纳米粒子的力学特性以及其在运动中的行为。
首先，纳米粒子的力学特性是其物理性质的基础。
由于尺寸的缩小，纳米粒子的表面积相对于体积而言变得非常大，这导致了其特殊的力学特性。
例如，纳米粒子的表面能相对较高，因此具有较强的表面张力。
这种表面张力的增强使得纳米粒子在液体中的运动行为与宏观物体有所不同。
其次，纳米粒子的运动行为受到多种因素的影响。
其中一个重要的因素是热力学效应。
根据布朗运动理论，纳米粒子在液体中会受到分子的碰撞而发生随机运动。
这种随机运动被称为布朗运动，其速度与粒子的质量成反比。
因此，纳米粒子的质量越小，其布朗运动的速度越快。
此外，纳米粒子的运动行为还受到流体的黏性和浓度的影响。
在高黏性流体中，纳米粒子的运动会受到阻尼力的影响，导致其运动速度减慢。
而在低浓度的溶液中，纳米粒子之间的相互作用较小，因此其运动更为自由。
纳米粒子的力学特性和运动行为对于纳米科技的应用具有重要意义。
例如，在纳米颗粒药物输送系统中，纳米粒子的力学特性可以用于控制药物的释放速率。
通过调节纳米粒子的表面性质和形状，可以实现药物的缓释和靶向输送，提高药物的疗效和减少副作用。
此外，纳米粒子的运动行为也对纳米材料的制备和加工技术有着重要影响。
例如，在纳米颗粒的制备过程中，控制纳米粒子的运动行为可以实现粒径的精确控制。
通过调节溶液中的温度、浓度和pH值等参数，可以控制纳米粒子的布朗运动速度，从而实现纳米颗粒的尺寸调控。
总之，纳米粒子的力学特性与运动行为是纳米科技研究的重要内容。
了解纳米粒子的力学特性和运动行为，有助于我们更好地理解纳米材料的性质和行为规律，为纳米科技的发展和应用提供理论基础和技术支持。
随着科学技术的不断进步，相信纳米粒子的力学特性与运动行为将会有更多的新发现和应用。
纳米颗粒的物理特性介绍
磁学性能
矫顽力
纳米微粒尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常 出现高的矫顽力Hc。对于纳米微粒具有高矫 顽力的起源有两种解释： （1）一致转动模式（2）球链反转磁化模式
一致转动磁化模式基本内容是：当粒
子尺寸小到某一尺寸时．每个粒子就是一个单 磁畴，例如Fe和Fe3O4单磁畴的临界尺寸分别 为12nm和40nm。
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光学性能
宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的光泽，表明它们对可 见光范围各种颜色（波长）的反射和吸收能力不同， 而当尺寸减小到纳米级时各种金属纳米微粒几乎都 呈黑色，它们对可见光的反射率极低，例如铂金纳 米粒子的反射率为l%，金纳米粒子的反射率小于10 ％。这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子变 黑。
22
光学性能
决定了材料的吸收系数，粒径越小， |U(0)|2越大， f微晶 /V也越大，则激子带的吸 收系数随粒径下降而增加，即出现激子增 强吸收并蓝移，这就称作量子限域效应。 纳米半导体微粒增强的量子限域效应使它 的光学性能不同于常规半导体。
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光学性能
纳米微粒的发光
当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波 长的光激发下发光。但对于发光原因的解释不尽统 一，且依据不同物质有所不同。如： • 硅纳米微粒发光，Tabagi 认为是载流子的量子限 域效应引起的；Brus则认为是硅粒径小到某一程度 时，结构的平移对称性消失，导致发光。 • 掺Cd SexS1-x纳米微粒玻璃在530nm波长光的激发 下会发射荧光，是因为半导体具有窄的直接跃迁的 带隙，在光激发下电子容易跃迁引起发光。
对纳米微粒吸收带“蓝移”的解释有几种说 法，归纳起来有两个方面：
一是量子尺寸效应，由于颗粒尺寸下降能隙 变宽,这就导致光吸收带移向短波方向。Ball等 对这种蓝移现象给出了普适性的解释：已被电 子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级 之间的宽度(能隙)随颗粒直径减小而增大，这 是产生蓝移的根本原因。这种解释对半导体和 绝缘体都适用。
下转换纳米粒子定义 -回复
下转换纳米粒子定义-回复1.引言（100-200字）纳米粒子是指具有纳米级尺寸的微小颗粒，通常指的是纳米级别的固体颗粒。
由于其小尺寸特性以及特殊的物理和化学性质，纳米粒子在各个领域都具有广泛的应用潜力，如能源储存、生物医学、环境治理等。
本文将深入探讨纳米粒子的下转换效应及其应用。
2.纳米粒子的定义及特性（300-500字）纳米粒子是一种纳米级别的颗粒，其尺寸通常在1-100纳米之间。
与宏观物质相比，纳米粒子的尺寸更小，因此其表面积比相对较大，具有较高的比表面积。
这使得纳米粒子拥有特殊的物理和化学性质。
纳米粒子的性质随其尺寸和形状的变化而变化，并且可以通过控制其制备条件来调控其形貌和尺寸。
纳米粒子常见的制备方法包括溶剂热法、溶胶凝胶法、气相法等。
3.纳米材料的下转换效应（500-800字）下转换是指材料在受激激发后从高能级向低能级发射辐射。
纳米粒子由于其小尺寸和巨大的比表面积，常常显示出显著的下转换效应。
这是由于纳米粒子表面处于一个高能级状态，而内部处于一个低能级状态，导致激发能量容易向表面迁移。
当纳米粒子受到外部光照或能量输入时，部分能量将被吸收并转化为激发态能量，然后通过下转换的过程将能量从高能级向低能级传递，并发射出辐射。
这种下转换效应可以用于光、热能的转换和储存等。
4.纳米粒子的下转换材料与机制（500-800字）纳米粒子常用的下转换材料包括金属、半导体和稀土离子等。
金属纳米粒子具有独特的光电性能和表面等离子体共振效应，可以吸收和发射特定波长的光辐射。
半导体纳米粒子往往通过量子大小效应而具有调控的光学特性，在受到光照后产生上转换和下转换的效果。
稀土离子纳米粒子由于其特殊的能级结构，能够显示出显著的下转换效应。
纳米粒子下转换的机制包括电子跃迁、多光子过程和表面等离子共振等。
5.纳米粒子下转换在生物医学应用中的应用（300-500字）纳米粒子的下转换效应被广泛应用于生物医学领域。
例如，在生物成像方面，利用纳米粒子的下转换效应可以实现高分辨率、高对比度的细胞和组织成像。
纳米技术中的纳米粒子
纳米技术中的纳米粒子纳米技术是一种跨学科的技术，可应用于医学、材料科学、计算机科学、能源等领域。
纳米粒子作为纳米技术的重要组成部分，具有其独特的优势和应用。
一、纳米粒子的定义和性质纳米粒子是一种直径在1到100纳米之间的粒子，其直径小于一百分之一的毫米。
纳米粒子比其它大分子更易溶解和稳定，具有高比表面积和特殊的物理和化学性质。
与大颗粒相比，纳米粒子具有更高的反应速率、更高的催化活性和更强的光学特性，因此具有非常广泛的应用前景。
二、纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法包括物理法、化学法和生物法三种。
物理法主要通过高能球磨、蒸发凝结、溅射和激光等方法制备纳米材料；化学法主要通过共沉淀、溶胶-凝胶、沉淀、还原等方法制备纳米材料；生物法则利用生物学原理获得纳米材料。
三、纳米粒子的应用1. 医学应用纳米粒子可以用于制备新型的药物递送系统，用于传递药物以达到更好的治疗效果。
同时，纳米粒子还可以应用于基因治疗、细胞成像、生物传感等方面。
2. 环境治理纳米粒子可以用于污染物的检测和净化，也可以用于修复环境污染。
比如，利用TiO2 纳米粒子可以提高污水的净化速度，利用Fe3O4 纳米粒子可以去除水中的重金属等有害物质。
3. 材料科学纳米粒子可以用于改善材料的性能，制备出更为优越的材料。
比如纳米金属材料具有良好的导电特性和光学特性，能够用于制作太阳能电池和化学传感器等领域。
4. 能源纳米粒子可以用于提高电池和储能器的性能，同时也可以用于制备高性能的光电转换材料。
在可再生能源方面，利用纳米粒子可以有效的提高太阳能电池的转化效率。
四、纳米粒子的安全性纳米粒子的安全性一直是人们关注的一个问题。
作为一种新型材料，目前对纳米粒子的毒性研究还没有太多的数据支持，但是近年来对其安全性的研究和探索已经逐渐开展，需要进一步深入的研究。
五、结语纳米粒子作为一种重要的纳米技术应用材料，具有许多优势和应用前景。
随着纳米技术的深入研究和应用，我们相信纳米粒子一定会在更多领域发挥其重要的作用。
纳米材料与技术-纳米微粒的基本特性
第三章纳米微粒的基本特性一、纳米微粒的结构二、纳米微粒的基本特性热学、磁学、光学、动力学、表面活性、光催化性能一、纳米微粒的结构纳米态：物质的第?态！区别于固、液、气态，也区别于“等离子体态”（物质第四态）、地球内部的超高温、超高压态（物质第五态），与“超导态”、“超流态”也不同。
纳米态的物质一般是球形的。
物质在球形的时候，在等体积的条件下，它的界面最小、能量最低、自组织性最强、对称性也最高，有着很好的强关联性。
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm）进行电视摄像，实时观察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纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。
纳米微粒一般为球形或类球形，可能还具有其他各种形状（与制备方法有关）。
纳米微粒的结构一般与大颗粒的相同，内部的原子排列比较整齐，但有时也会出现很大的差别：高表面能引起表层(甚至内部)晶格畸变。
二、纳米微粒的基本特性1. 纳米微粒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。
➢大块Pb的熔点为600K，而20nm的的球形Pb微粒熔点降低288K。
➢ Ag的熔点：常规粗晶粒为960︒C；纳米Ag粉为100︒C ➢ Cu的熔点：粗晶粒为1053︒C；粒度40nm时为750︒C纳米微粒的熔点降低：由于颗粒小，纳米微粒的表面能高、比表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全、活性大，因此纳米粒子熔化时所需增加的内能比块体材料小得多，使纳米微粒的熔点急剧下降。
✍应用：降低烧结温度。
纳米微粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
纳米颗粒的物理特性介绍
1
纳米微粒一般为球形或类球形，除了球形 外，纳米微粒还具有各种其他形状，这些 形状的出现与制备方法密切相关。
例如： • 由气相蒸发法合成的铬微粒，当铬粒子尺寸 小于 20nm时，非球形，并形成链条状连结在— 起。-Cr粒子的二维形态为正方形或矩形 ； • 镁的纳米微粒呈六角条状或六角等轴形。 • Kimoto 和Nishida观察到银的纳米微粒具有五 边形10面体形状。
28
表面活性及敏感特性
随纳米微粒粒径减小，比表面积增大，表面原子 数增多及表面原子配位不饱和性，导致大量的悬键 和不饱和键等，这就使得纳米微粒具有高的表面活 性。用金属纳米微粒作催化剂时要求它具有高的表 面活性，同时还要求提高反应的选择性。金属纳米 微粒粒径小于5nm时，使催化活性和反应的选择性 呈特异性行为。
22
光学性能
决定了材料的吸收系数，粒径越小， |U(0)|2越大， f微晶 /V也越大，则激子带的吸 收系数随粒径下降而增加，即出现激子增 强吸收并蓝移，这就称作量子限域效应。 纳米半导体微粒增强的量子限域效应使它 的光学性能不同于常规半导体。
23
光学性能
纳米微粒的发光
当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波 长的光激发下发光。但对于发光原因的解释不尽统 一，且依据不同物质有所不同。如： • 硅纳米微粒发光，Tabagi 认为是载流子的量子限 域效应引起的；Brus则认为是硅粒径小到某一程度 时，结构的平移对称性消失，导致发光。 • 掺Cd SexS1-x纳米微粒玻璃在530nm波长光的激发 下会发射荧光，是因为半导体具有窄的直接跃迁的 带隙，在光激发下电子容易跃迁引起发光。
• 纳米微粒颗粒小；
• 表面能高、比表面原子数多； • 表面原子近邻配不全，活性大； • 体积远小于大块材料； • 纳米粒子熔化时所需增加的内能 小。
纳米微粒的物理特性
•TEOS + Cl3GeCH2CH2COOH → GeO2-SiO2 + H2 → Ge / SiO2 Temperature time Ge/Si Ge nanoparticles with various sizes
44
45
46
PL results from Ge clusters J. phys. Chem 2003, 107, 13319
例如：Pt纳米粒子的反射率为1%, Au纳米粒子的反射率小于10%。
23 这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子变黑。
b.红外吸收带的宽化
纳米氮化硅、SiC、及Al2O3粉对红外有一个宽 频带强吸收谱。 这是由于纳米粒子大的比表面导致了平均配位数 下降，不饱和键和悬键增多，与常规大块材料不 同，没有一个单一的，择优的键振动模，而存在 一个较宽的键振动模的分布，在红外光场作用下， 它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布， 这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。
的蓝移因素和红移因素共同作用的结果。
如果蓝移的影响大于红移的影响，吸收
带蓝移。
反之红移。
33
随着粒径的减小，量子尺寸效应会导致 吸收带的蓝移 但是粒径减小的同时，颗粒内部的内应 力会增加。 内应力 p = 2γ/r
r为粒子半径，γ为表面张力
34
这种内应力的增加，会导致能带结构的变 化，电子波函数重叠加大，结果带隙、能 带间距变窄， 这就导致电子由低能级向高能级，即半导 体电子由价带到导带跃迁，引起的光吸收 带和吸收边也发生红移。 纳米NiO 中出现的光吸收带的红移时由于 粒径减小是红移因素大于蓝移因素所至。
47
掺CdSexS1-x纳米微粒的波动在530nm波长光的激
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美国F117隐形轰炸机
美国B2隐形轰炸机
4．力学性能
• 纳米材料由大量的小原子团簇或晶粒组成,晶粒之间的 界面在决定和控制材料性能方面起至关重要的作用。
• 如纯金属原子容易在金属晶体结构中通过位错这种缺 陷运动,故易于成形;而当金属由纳米晶粒组成时,晶界阻 碍位错运动,且小的晶粒尺寸使位错形成困难,需要更大 的力使材料变形,因而纳米金属的强度和硬度大幅度提 高。
• 20世纪80年代以来，人们用纳米SiO2和纳米TiO2微 粒制成了多层干涉膜，总厚度为微米级，衬在有灯 丝的灯泡罩的内壁，结果不但透光率好，而且有很 强的红外线反射能力。有人估计这种灯泡亮度与传 统的卤素灯相同时，可节省约15％的电.
优异的光吸收材料
•
纳米微粒的量子尺寸效应等使它对某种波长的光吸收
• 大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒 熔点降低为288K；
• 纳米Ag微粒在低于373K时开始熔化，常规 Ag的熔点为1173K左右。
• 这一特点使低温下将纳米金属烧结成合 金产品成为现实，且为不溶解的金属冶 炼成合金创造了条件。
纳米金属铜的超延展性
•纳米ZrO2的烧结温度比微米级ZrO2的烧结温度降低了400℃
例如，纳米银细粒径 和构成粒子的晶粒直 径分别减小至等于或 小于18nm和11nm时， 室温以下的电阻随温 度上升呈线性下降， 即电阻温度系数a由正 变负。
介电特性
• 介电特性是材料的基本物性, 电介质材料中介电 常数和介电耗损是最重要的物理特性.
• 常规材料的极化都与结构的有序相联系，而纳米 材料在结构上与常规粗晶材料存在很大的差 别．它的介电行为（介电常数、介电损耗）有自 己的特点。主要表现在介电常数和介电损耗与颗 粒尺寸有很强的依赖关系。电场频率对介电行为 有极强的影响。
第四节 纳米粒子的特性．
1．热学性质
• 与粗晶材料相比，纳米材料比热较大 。 • 纳米材料的热膨胀数，近乎是单晶的2倍
• 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温 度均比常规粉体低得多。
• 例如，平均粒径为40nm的纳米铜粒子的熔 点由l 053℃降到750℃，降低了300℃左右；
• 块状的金的熔点l 064℃，当颗粒尺度减到 10nm时，则降低为1037℃，降低了27℃， 2nm时变为327℃；
• 美国政府大幅度追加纳米科技研究经费，其原 因之一是磁电于器件巨大的市场与高科技所带 来的高利润，其中巨磁电阻效应高密度读出磁 头的市场估计为10亿美元，目前己进入大规模 的工业生产，磁随机存储器的市场估计为1千 亿美元。磁电子传感器件的应用市场亦十分宽 广
纳米磁极
6极
8极
4极
磁性液体
• 纳米粒子粒径小于临界半径(一般为5～10ｎｍ) 时变得有超顺磁性,如把此强磁性纳米粒子包裹一 层表面活性剂后均匀地分散到溶液中,可制得一类 新型液态胶状磁流体材料--磁性液体。
带有蓝移现象。纳米微粒粉体对各种波长光的吸收带有宽
化现象。纳米微粒的紫外吸收材料就是利用这两个特性。
通常的纳米微粒紫外吸收材料是将纳米微粒分散到树脂中
制成膜，这种膜对紫外有吸收能力依赖于纳米粒子的尺寸
和树脂中纳米粒子的掺加量和组分。目前，对紫外吸收好
的几种材料有：30～40nm的TiO2纳米粒子的树脂膜；
其它磁性材料
• 软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微 晶态的历程。纳米做晶金属软磁材料具有十分 优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化 强度，己应用于开关电源、变压器。传感器等， 可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功 能化，近年来发展十分迅速。
• 磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力 的重大成果。除巨磁电阻效应读出磁头、 MRAM、磁传感器外，全金属晶体管等新型器 件的研究正方兴未艾。磁电子学已成为一门颇 受青睐的新学科。
(2).矫顽力 纳米粒子尺寸高于超顺磁临界尺寸时通常呈现高的矫顽力 每个的转变温度） 居里温度Tc与交换积分J成正比，并与原子构形和间距有
关纳米粒子的Tc比固体相应的低。 纳米粒子中原子间距随着颗粒尺寸减少而减小。原子间距
小将会导致J的减小，因而Tc下降。 5nm Ni:点阵参数缩小2.4%
• 矫顽力显著增长。
• 粗晶状态下为铁磁性的材料，当粒径小于 某一临界值时可以转变为超顺磁状态。
• 鸽子、蝴蝶、蜜蜂等生物体中存在超微磁 性颗粒，小尺寸超微粒子的磁性比大块材 料强许多倍，20nm的纯铁粒子的矫顽力是 大块铁的l000倍
纳米多层中的巨磁电阻效应
• 1986年德国科学家Grunberg小组有一重要的发现，就 是在Fe/Cr/Fe三层膜中观察到两个铁层之间通过铬层 产生耦合。
2．磁学姓质
(1).超顺磁性
居里－外斯定律：＝ C
T Tc
超顺磁性：矫顽力H c
0，对于 H
kBT
1时：
磁化强度：M P
2 H ，为粒子磁距
3k BT
起源：在小尺寸下，当各向异性能减少到与热运动能可想
比拟时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化
方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。
• 1999年以GMR多层膜为磁头的硬盘驱动器(HDD) 进入市场，其存储密度达到11Gbits/in2，而1990年 仅为0.1Gbits/in2，10年中提高了100倍。
• 目前GMR的研究开发工作正方兴未艾，而将
上述隧道磁电阻(TMR)多层膜应用于新型随机存 储器 (MRAM)的研究又已经展开。
瓷碗”。
纳米陶瓷.swf
Hall—Petch(H—P)关系
• 当晶粒减小到纳米级时，材料的强度和硬 度随粒径的减小而增大，近似遵循经典的 Hall一Petch关系式。
• 强度
• 硬度
• 人的牙齿之所以有很高的强度，是因为 它是由磷酸钙等纳米材料构成的。
• 由于晶粒减小到纳米量级，使纳米材料 的强度和硬度比粗晶材料高4—5倍。
• 另外，纳米材料的GMR现象(磁场中材料电阻 减小)非常明显，磁场中组晶材料的电阻仅下 降1％一2％，而纳米材料电阻下降可达50％一 80％，为巨磁阻效应。可以做成超高密度存储 盘。
电导
电导是常规金属和合金材料一个重要的性 质．纳米材料的出现，人们对电导（电阻）的研究 又进入了一个新的层次．由于纳米构中庞大体积百 分数的界面使平移周期在一定范围内遭到严重的破 坏．颗粒尺寸愈小，电子平均自由程愈短，这种材 料偏移理想周期场就愈严重，这就带来了一系列的 问题：
（i）纳米金属和合金与常规材料金属与合金电 导（电阻）行为是否相同?
（ii）纳米材料电导（电阻）与温度的关系有什 么差别?
（iii）电子在纳米结构体系中的运动和散射有什 么新的特点?
纳米金属与合金的电阻
Gleiter等对纳米金属Cu，Pd，Fe块体的电 阻与温度关系，电阻温度系数与颗粒尺寸的关 系进行了系统的研究表明：随颗粒尺寸减小， 电阻温度系数下降，与常规粗晶基本相似．其 差别在于纳米材料的电阻高于常规材料，电阻 温度系数强烈依赖于晶粒尺寸．当颗粒小于某 一临界尺寸（电子平均自由程）时，电阻温度 系数可能由正变负。
3．光学性质
• (1)宽频带强吸收
• 而当尺寸减小到纳米级时，各种 金属纳米微粒几乎都呈黑色。
• 利用此特性可制作高效光热、光 电转换材料，可高效地将太阳能 转化为热电能。此还可作为红外 敏感元件、红外隐身材料等。
(2)蓝移和红移现象
• 与大块材料相比，纳米微粒的吸收带普遍存 在“蓝移”现象，即吸收带移向短波长方向。
•
在Fe/Cr/Fe系统中，相邻铁层间存在着耦合，
它随铬层厚度的增加而呈正负交替的振荡衰 减形
式。使得相邻铁层磁矩从彼此反平行取向到平行
取向交替变化。外磁场也可使多层膜中铁 磁层的
反平行磁化状态发生变化。当通以电流时，这种
磁化状态的变化就以电阻变化的形式反 映出来。
这就是GMR现象的物理机制。
• 以Cr中电子为中介的铁层间的耦合，随着Cr层厚度 增加而振荡衰减。其平均作用范围为1~3nm，这是 对Cr层厚度的一个限制。在金属中，特别是在磁性 金属中，电子平均自由程(10~20nm)和自旋扩散长 度(30~60nm)很短。这是对多层膜各个亚层厚度的 又一限制。
• 在一些情况下，可以观察到光吸收带相对粗 晶材料呈现“红移”现象，即吸收带移向长 波长。
• 此外，纳米固体有时会呈现一些比常规粗晶 强的，甚至新的光吸收带。
• 纳米材料光学性能研究的另一个方面为非线 性光学效应。
发光现象
• 纳米二氧化钛的光致发光现象
• 纳米激光通讯技术的应用
红外反射材料
• 高压钠灯以及各种用于拍照、摄影的碘弧灯都要求 强照明，但是电能的69％转化为红外线，这就表明 有相当多的电能转化为热能被消耗掉，仅有一少部 分转化为光能来照明。同时，灯管发热也会影响灯 具的寿命。如何提高发光效率，增加照明度一直是 亟待解决的关键问题，纳米微粒的诞生为解决这个 问题提供了一个新的途径。
•
基于上述原因，可以说GMR和TMR现象的研
究完全取决于纳米材料科学的进步。任何创新或
转化都以此为基础。但是，纳米尺度是如此之微小，
这给多层膜的制备和微结构表征带来了挑 战。
纳米磁性材料
• 磁性是物质的基本属性，磁性材料是古老而用 途十分广泛的功能材料，纳米磁性材料是20世 纪70年代后逐步产生、发展、壮大而成为最富 有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。
• 磁性液体最先用于宇航工业，后应用于民用工业， 这是十分典型的纳米颗粒的应用，它是由超顺磁 性的纳米微粒包覆了表面活性剂，然后弥散在基 液中而构成。目前美、英、日、俄等国都有磁性 液体公司，磁性液体广泛地应用于旋转密封，如 磁盘驱动器的防尘密封、高真空旋转密封等，以 及扬声器、阻尼器件、磁印刷等应用。
Fe2O3纳米微粒的聚酯树脂膜。前者对400nm波长以下的