纳米材料四大效应
纳米材料的表面效应
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。
纳米材料的应用范围及应用效应
纳米材料的应用范围及应用效应纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
纳米新材料配方是一门在100 纳米以内空间内，通过自然更改直接排序原子与分子创造出来的新纳米材料的项目。
纳米新材料与该领域是现代力量和现代技术创新的起点,新的规律和原理的发现与全新的理念创设给予基础科学，提供了新的机会,这会成为许多领域的重要改革新动力。
纳米新材料配方由于SAIZU细小,拥有很多奇特的性能。
1988年Baibich 等第一次在纳米Fe/ Cr MS里发现磁电阻变化率达到百分之五十,与一般的ME比起来要大一个级别,并且是负值的,各向一样,称作GMR 。
之后还在纳米体系的、隧道结和Perovskite结构、颗粒膜中发现巨ME。
里面Perovskite结构在一九九三年是发现且具有极大ME,叫做CMR ,在隧道结中找到的为TMR。
纳米材料的应用范围1、天然纳米材料海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。
最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。
如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。
生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。
2、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。
纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。
超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。
3、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。
纳米材料在纺织领域的应用
存在的缺陷和尚待解决的问题
1、水洗牢度不高 2、生产工艺不成熟 3、生产成本高 4、产品局限性
精品
纳米防紫外线织物应用举例
雪地衣 遮阳伞
航天服
精品
纳米材料在染整中应用
之
精品
抗菌、除臭的必要性
➢ 外因：环境的恶化导致人类生存环境的恶化 ，我们周 围微生物的生态平衡遭到破坏， 人类健康受到 威胁
●纳米TiO2、ZnO、Fe2O3和纳米云母等都有在这个波段
吸收紫外线的特征，将少量纳米微粒添加到化学纤维中， 就会产生紫外线吸收现象，从而可以 有效保护人体免受紫外线的损伤。
精品
以TiO2对棉织物的涂层整理为例介绍纳米材料防紫 外线在染整中的应用
●采用正交试验研究了纳米TiO2对棉的防紫外线整理工艺，结果显示纳
●利用防紫外线织物对人体进行保护，是抵御紫外线侵害的 重要手段之一。
精品
防紫外线织物的生产途径主要有两种：
(1)在聚合或纺丝时，加入紫外线屏蔽剂制成抗紫外纤维，然 后经纺纱、织造等加工。生产出防紫外线织物。该方法的 优点是对产品风格影响较小，但只适用于合成纤维。
(2)用紫外线屏蔽剂对织物进行浸轧或涂层，达到防护效果。 该方法简单易行，但产品存在耐洗牢度差、织物风格、手 感等会受到一定影响。
在纳米尺寸上对物质和材料进行研究处理 的技术称为纳米技术。纳米技术本质上是一 种用单个原子、分子制造物质的科学技术。
精品
纳米科技？
创造和制备优异性能的纳米材料 设计、制备各种纳米器件和装置 探测分析纳米区域的性质和现象
精品
纳米材料的四大效应
1、体积效应（小尺寸效应） 2、 表面效应 3、量子尺寸效应 4、宏观量子隧道效应
➢ 内因：人们对环境质量的要求不断提高，对安全、舒适 的生活品质及生存环境的迫切愿望
纳米材料的特性
纳米材料的特性
纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料，通常由几百到几千个原
子组成。
由于其尺寸小，纳米材料具有许多特殊的物理、化学和生物学特性，使其在材料科学、生物医学和能源领域具有广泛的应用前景。
首先，纳米材料的特性之一是表面效应。
由于纳米材料的尺寸小，其表面积相
对于体积来说非常大，因此表面效应在纳米材料中变得非常显著。
这使得纳米材料在催化、传感和吸附等方面具有独特的性能，可以提高材料的反应活性和选择性。
其次，纳米材料还具有量子尺寸效应。
当纳米材料的尺寸接近原子或分子的尺
寸时，量子效应将会显现出来。
这种效应使得纳米材料的电子结构和光学性质发生变化，导致其具有与宏观材料不同的电子输运和光学性能，这对于纳米电子器件和纳米光学器件的设计和制备具有重要意义。
此外，纳米材料还表现出优异的力学性能。
由于纳米材料的晶粒尺寸非常小，
其晶界和缺陷对材料的力学性能产生显著影响。
因此，纳米材料通常具有优异的强度、硬度和韧性，这使得纳米材料在材料加工和结构设计中具有重要的应用潜力。
此外，纳米材料还具有独特的磁学和光学性质。
由于纳米材料的尺寸接近光波
长或磁域尺寸，因此纳米材料在磁学和光学领域表现出与宏观材料不同的性质。
这使得纳米材料在磁记录、光学传感和光电器件等领域具有广泛的应用前景。
总的来说，纳米材料具有许多独特的特性，这些特性使得纳米材料在材料科学、生物医学和能源领域具有广泛的应用前景。
随着纳米技术的不断发展，相信纳米材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的发展做出更大的贡献。
纳米材料的基本效应
特殊的力学性质
• 陶瓷材料在通常情况下呈现脆性，然而由纳米超微颗粒压 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。
特殊的磁学性质
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重存在超微 的磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下 能辨别方向，生活在水中的趋磁细菌依靠 它游向营养丰富的水底。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20nm的磁性氧化物颗粒。
特殊的磁学性质
F-117A隐形战斗机
特殊的热学性质
• 固态物质在其形态为大尺寸时，熔点是固定的，超细微化 后却发现其熔点显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为 显著。
• 例如，金的常规熔点为1064度，当颗粒小到10纳米是，则 降低27度，2nm尺寸时的熔点仅为327度左右；银的常规 熔点为670度，而超微银颗粒的熔点可低至100度。
• 量子尺寸 • 粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近
的电子能级由准连续能级变为分立能级的 现象称为量子尺寸效应。 Kubo采用一电子 模型求得金属超微粒子的能级间距为： 4Ef/3N。
量子尺寸效应
• 式中Ef为费米势能，N为微粒中的原子数。宏观物 体的N趋向于无限大，因此能级间距趋向于零。纳 米粒子因为原子数有限，N值较小，导致有一定的 值，即能级间距发生分裂。半导体纳米粒子的电 子态由体相材料的连续能带随着尺寸的减小过渡 到具有分立结构的能级，表现在吸收光谱上就是 从没有结构的宽吸收带过渡到具有结构的吸收特 性。在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电 子的波动性带来了纳米粒子一系列特性，如高的 光学非线性，特异的催化和光催化性质等。
纳米技术及其应用
（SIMIT ）
注意：
物质不同，物质旳性质不同，其性质变化所需 旳δ也就不同。所以，不同物质、不同性质其发生 性能突变时具有不同旳临界尺寸。
换句话说，并不是凡处于纳米尺寸范围内 （0.1nm-100nm）旳全部物质旳全部性质都显示量 子尺寸效应，不同旳物质或不同旳性质都会具有不 同旳临界尺寸限值。
磁性：
纳米尺度旳强磁性颗粒（Fe-Co合金，氧化铁等)， 伴随颗粒尺寸减小磁性呈现一定旳规律。当颗粒 尺寸为单磁畴临界尺寸时，具有甚高旳矫顽力。 可制成磁件信用卡、磁性钥匙、磁性车票等，还 能够制成磁性液体，广泛地用于电声器件、阻尼 器件、旋转密封、润滑、选矿等领域。
纳米微粒因为具有量子尺寸效应和小尺 寸效应，所以才体现出：
（可见发生了能级分裂）。所以，在拥有104个电子旳超微粒子
中，超出或者缺乏（excess or deficit）一种电子都是不可能旳。
当能级间距不小于热能、磁能、静电能、静磁能、 光子能量或超导态旳凝聚能时，会造成纳米微粒旳 磁、光、声、热、电以及超导性与宏观特征有着明 显不同。
举例：
Ag旳导体绝缘体转变 纳米Si旳发光现象
V 是超微粒体积
对久保公式旳讨论
两种情形：
4 EF V 1
3N
（1）宏观物质（大块粒子）： 因为：N→∞ 所以：δ→0
久保公式
（2）纳米微粒 因为：N很小
所以：δ有一定旳值
例 ： Na ， EF 大 约 是 3.1eV ， 内 部 原 子 间 距 是 0.372nm ， 边 长 为 10nm 旳 立 方 体 包 括 约 2.5×104 个 原 子 ， 所 以 δ 约 为 1.5×10-4eV
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本章要点回顾
1. 久保理论和久保公式 2. 纳米微粒旳四大效应
纳米材料应用发展情况调研报告
纳米材料应用发展情况调研报告看过《三体》的人都知道，太空电梯的主要支撑材料是一种叫“飞刃”的新型纳米材料，只有头发丝十分之一粗细的线形材料，强度就足以吊起一辆大卡车，这种材料一旦被广泛应用，无疑会为我们生活的世界带来翻天覆地的变化。
本文将从市场而非科学的角度对当前纳米材料应用发展情况及未来的市场前景进行分析，以期找到纳米材料应用发展的市场特点、相关规律，为投资者及市场观察者提供相对合理的参考。
一、应用范围当前，市场上对纳米材料的应用发展主要根据材料本身的特性或效应，开展科学研究和生产符合市场需求的产品。
学术上认为纳米材料主要有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等四大效应。
凭借纳米材料的小尺寸效应，可以改变金属冶炼工艺，控制颗粒大小转变光波的吸收性能，比如通过制造具有特定吸收频宽的材料用于电磁波屏蔽、隐形飞机改良等领域；凭借表面效应，增强材料表面活性，开发特殊用途的高效催化剂、高性能涂料、杀菌剂等；凭借量子尺寸效应，可以用来设计新型电子器件，比如纳米晶体管、电容器、电阻器以及高效的太阳能电池、LED灯等；凭借宏观量子隧道效应，可以制作具有超高速、超容量、超微型、低耗能的纳米电子器件，极有可能在未来取代目前的常规半导体器件。
同时，不同的纳米材料还有很多差异巨大且极为特殊的性质属性，通过不同的尺寸变化、结构组合等，可以将材料的韧性、硬度提高高原来的百倍以上，也可以将金属材料熔点降低5倍，还可以将极易导电的材料变为绝缘体，其应用空间和应用前景绝对是超乎想象。
二、市场规模从上世纪80年代以来，随着国家对纳米材料技术研究的重视，加大了对相关基础、应用研究项目的资金支持，企业开始从事纳米材料生产开发的数量逐年增多，特别是进入90年代后，社会资金积极涌入纳米粉体材料的生产，催动纳米技术向各个应用领域渗透，直至目前我国纳米材料产业已进入稳定、健康的发展阶段，产品规模及系列化、多元化的应用已走在世界前列。
【精品文章】纳米材料在几种功能涂料中的应用
纳米材料在几种功能涂料中的应用
一、纳米材料的定义及特点
当前定义纳米材料尺寸范围为0.1-100纳米。现代材料和物理学家所称的
纳米材料是指固体颗粒小到纳米尺度的超微粒子（也称之为纳米粉）和晶
粒尺寸小到纳米量极的固体和薄膜。
纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的四大效应，即量子尺寸效应、小
尺寸效应、表面效应、和宏观量子隧道效应，从而表现出许多奇特的光
学、表面活性、填充特性、磁学、力学、物理、化学性能。
由于纳米纳米材料独特的光、电、磁性能，将其应用于涂料中后，除了
可以起到改性作用外，更为重要的是可以制备出各种功能涂料，如抗辐
射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能。
二、纳米材料在涂料中的应用
纳米材料在涂料中应用主要为两种：①纳米材料经特殊处理后，添加到
传统涂料分散后制成的纳米复合涂料。将纳米离子应用于涂料中所得到的
一类具有抗辐射、耐老化、具有某种特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。
②完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料。
a、随角异色效应涂料---变色龙漆
由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见
光的波长（390～780纳米），本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的
遮盖，透射光在铝粉表面反射跟在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视
觉效果。
举例：将纳米级二氧化钛与铝粉混合颜料或纳米二氧化钛包覆的云母变
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纳米材料四大效应
纳米材料是一种具有特殊尺寸和结构的材料，其尺寸在纳米尺度范围内，即1纳米（nm）等于十亿分之一米。
由于其独特的性质和应用潜力，纳米材料在科学研究和工业应用中引起了广泛的关注。
纳米材料具有四大效应，包括量子效应、表面效应、尺寸效应和量子尺寸效应。
一、量子效应
量子效应是指纳米材料在纳米尺度下具有与宏观材料不同的性质和行为。
由于其尺寸接近电子波长，纳米材料的电子结构和能带结构发生变化，导致其电子、光学、磁学等性质呈现出新的特性。
例如，纳米材料的能带宽度增大，带隙变窄，电子输运性质改变，导致电子在材料中的行为呈现出量子级别的效应。
这种量子效应使得纳米材料在光电、催化、传感等领域具有广泛的应用前景。
二、表面效应
纳米材料与宏观材料相比，其比表面积更大。
由于纳米材料的尺寸较小，其比表面积相对较大，使得纳米材料的表面原子或分子与外界环境之间的相互作用增强。
这种表面效应使得纳米材料在催化、吸附、储能等方面具有优异的性能。
例如，纳米金属催化剂具有较高的催化活性，纳米多孔材料具有较大的吸附容量，纳米材料的电极材料具有较高的储能密度。
三、尺寸效应
纳米材料的尺寸在纳米尺度范围内，相对于宏观材料，其尺寸具有明显的差异。
这种尺寸效应使得纳米材料的物理、化学和力学性质发生变化。
例如，纳米颗粒的晶格缺陷比例增加，导致其力学性能下降；纳米材料的杨氏模量和热膨胀系数随尺寸的减小而发生变化。
尺寸效应使得纳米材料在材料加工、力学强化等方面具有独特的应用潜力。
四、量子尺寸效应
当纳米材料的尺寸接近或小于其准束缚半径时，量子尺寸效应将显现出来。
量子尺寸效应是指纳米材料的电子、光学和磁学性质与其尺寸有关，呈现出量子级别的效应。
例如，纳米颗粒的能带结构呈现出禁带宽度的量子化现象，导致光学性质和能带结构的变化；纳米线和纳米薄膜的电子输运性质受到限制，呈现出量子隧穿效应。
量子尺寸效应使得纳米材料在信息存储、量子计算和光电器件等领域具有巨大的应用潜力。
纳米材料具有四大效应，包括量子效应、表面效应、尺寸效应和量子尺寸效应。
这些效应使得纳米材料在科学研究和工业应用中具有特殊的性质和潜力，为实现纳米技术的发展提供了基础。
然而，纳米材料的制备和应用仍面临着许多挑战，需要进一步深入研究和探索。
相信随着科学技术的不断推进，纳米材料将在各个领域取得更加广泛和深入的应用。