纳米材料与技术-纳米固体材料的微结构
第十一章 团簇及纳米材料
在科学研究中，发现材料的 一些结构, 其物理化学性质既不同于单个原子、分子，又 不同于常规固体，成为凝聚态物质中的一种新 结构。
团簇
团簇：由三个以上原子、分子结合成相对稳定 的微观和亚微观聚集体。如P4、As4四面体以及S6、S8 等。最著名的当属足球烯，即C60。
团簇在一个、两个或三个方向上延伸，便成为
l=1、2…p P
(10× l +2)
2
Mackay二十面体具有5次对称轴。
2、金属：电子对团簇稳定起主导作用，金属团簇的价电子
为共有电子，碱金属团簇中的s电子为团簇共有，各原子轨道 结合成分子轨道，随原子数增加分子轨道演变成能带。
相邻团簇的能量二级差分峰值出现在n=2、8、18、20、34、 40等。
四、碳纳米管和布基葱
碳纳米管又 叫做布基管； 各层之间的 间隔为石墨的 层间距； 通过在大 气中加热从外 向内逐层剥离 碳纳米管。
碳管结构与性能
碳管的直径、长度、螺旋度等直接影响到碳管的性能，可以是不
同禁带宽度的半导体，也可以是准一维导体。单一的碳纳米管可 做成电子器件。 碳纳米管的杨氏模量高达3.7×1012Pa，韧性高，密度低(约2.2g／ cm2)，弹性模量比碳纤维高5个数量级，可制备高强度轻质材料。
电子满壳层结构时，其幻数为2、8、18、20、34、40、 58、68、70、92、106等。
碱金属、碱土金属团簇的封闭壳层的原子数即为幻数
二、团簇的的性质 团簇的结构、性能与团簇的大小有非常 密切的关系。使它具有不同于常规同类材料的 物理和化学性质。
如 常规Fe、Co、Ni等材料是铁磁性材料， 它们的团簇却是超顺磁性的； 常规顺磁性的Na、K的团簇却是铁磁性 的。
三维纳米材料概述
三维纳米材料概述1 定义所谓纳米材料，指的是具有纳米量级（1~100nm）的晶态或非晶态超微粒构成的固体物质。
纳米材料真正纳入材料科学殿堂应是德国科学家Gleiter等于1984年首用惰性气体凝聚成功地制备了铁纳米微粒，并以它作为结构单元制成纳米块体材料。
1990年7月在美国巴尔的摩召开了第一届纳米科学技术会议，标志着纳米科学技术的正式诞生.此后，一些发达国家都投入了大量的资金开展研究工作。
我国也先后多次召开了全国纳米晶固体材料学术讨论会，并于1992年创办了纳米材料国际性刊物。
由于独特的微结构和奇异性能，纳米材料引起了科学界的极大关注，成为世界范围内的研究热点，其领域涉及物理、化学、生物、微电子等诸多学科。
三维纳米结构（3D nanostructure）是指由零维、一维、二维中的一种或多种基本结构单元组成的复合材料，其中包括：横向结构尺寸小于100nm的物体；纳米微粒与常规材料的复合体；粗糙度小于100nm的表面；纳米微粒与多孔介质的组装体系等。
2 分类三维纳米材料主要包括：纳米玻璃、纳米陶瓷、纳米介孔材料、纳米金属和纳米高分子。
2.1 纳米陶瓷纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处于纳米量级水平，包括晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔与缺陷尺寸等都是纳米级。
试验证明，纳米晶陶瓷材料不仅保持了传统陶瓷材料的优点，而且具有良好的力学性能，在适当的条件下，甚至能够具有超塑性质。
2.2 纳米玻璃纳米玻璃属于无机非晶质材料，它是指在透明玻璃连续相中周期排列着纳米尺寸的第二相(微粒子、分相、结晶或气孔)的玻璃材料。
2.3 纳米介孔材料1992年美国Mobile公司的科学家们首次运用表面活性剂作为模板合成出介孔二氧化硅，命名为MCM—41。
这是继微孔沸石分子筛之后的又一类分子筛材料。
按照国际纯粹与应用化学协会（IUPAC）的定义，孔径大于50nm的孔称为大孔，小于2nm的孔称为微孔，孔径为2—50nm的多孔材料称为介孔（中孔）材料。
纳米材料
绪论1、纳米科技的提出：源自于费曼大师1959年在美国物理学会年会上的一次演讲。
Richard Feynman：世界上首位提出纳米科技构想的科学家。
2、纳米材料（1）纳米材料的定义：物质结构在三维空间至少有一维处于纳米尺度，或由纳米结构单元组成且具有特殊性质的材料（也是以维数划分纳米材料的原因）（2）纳米尺度：1-100 nm范围的几何尺；纳米的单位:1 nm = 10^-9 m，即千分之一微米(μm)。
（3）纳米结构单元：具有纳米尺度结构特征的物质单元，包括纳米团簇、纳米颗粒、纳米管、纳米线、纳米棒、纳米片等（4）纳米材料的维度：○1零维：纳米团簇、纳米颗粒、量子点（三维尺度均为纳米级，没有明显的取向性，近等轴状）○2一维：纳米线、纳米棒、纳米管（单向延伸、二维尺度为纳米级、第三维尺度不限，、直径大于100 nm，具有纳米结构）○3二维：纳米片、纳米带、超晶格、纳米薄膜（一维尺度为纳米级，面状分布，，厚度大于100 nm，具有纳米结构）○4三维：纳米花、四脚针等（包含纳米结构单元，三维尺寸均超过纳米尺度，由不同型低维纳米结构单元复合形成）（5）纳米材料的分类○1具有纳米尺度外形的材料○2以纳米结构单元作为主要结构组分所构成的材料3、久保理论：即金属的超微粒子将出现量子限域效应，显示出与块体金属显著不同的性能；金属纳米粒子，量子限域效应。
4、扫描隧道电子显微镜(STM)：将探针靠近导电材料表面进行扫描，获得表面图像。
分辨率达0.1~0.2 nm，可以直接观察和移动原子。
5、原子力显微镜(AFM)：利用针尖和材料原子间的相互微弱作用力来获得材料表面的形貌图像。
可用于研究半导体、导体和绝缘体。
AFM三大特点：原子级高分辨率、观察活生命样品和加工样品的力行为成就。
6、纳米科技的研究内容：纳米科学、纳米技术与纳米工程分支学科：纳米力学：研究物体在纳米尺度的力学性质纳米物理学：研究物质在纳米尺度上的物理现象及表征纳米化学：研究纳米尺度范围的化学过程及反应纳米生物学：利用纳米的手段解决生物学问题，在分子水平揭示细胞内外的物质、能量与信息交换机制；纳米医学：利用纳米科技解决医学问题的边缘交叉学科纳米材料学：包括纳米材料的成分、结构、性能与使用效能四个方面。
纳米材料的制备方法
纳米材料的制备方法一、前言纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。
早在二十世纪60年代，英国化学家Thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。
纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。
当粒子尺寸小至纳米级时，其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。
自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来，一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。
纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。
应用纳米技术制成超细或纳米晶粒材料时，其韧性、强度、硬度大幅提高，使其在难以加工材料刀具等领域占据了主导地位。
使用纳米技术制成的陶瓷、纤维广泛地应用于航空、航天、航海、石油钻探等恶劣环境下使用。
纳米材料的比热和热膨胀系数都大于同类粗晶材料和非晶体材料的值，这是由于界面原子排列较为混乱、原子密度低、界面原子耦合作用变弱的结果。
因此在储热材料、纳米复合材料的机械耦合性能应用方面有其广泛的应用前景。
由于晶界面上原子体积分数增大，纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导金属——绝缘体转变（SIMIT）。
利用纳米粒子的隧道量子效应和库仑堵塞效应制成的纳米电子器件具有超高速、超容量、超微型低能耗的特点，有可能在不久的将来全面取代目前的常规半导体器件。
纳米巨磁电阻材料的磁电阻与外磁场间存在近似线性的关系，所以也可以用作新型的磁传感材料。
高分子复合纳米材料对可见光具有良好的透射率，对可见光的吸收系数比传统粗晶材料低得多，而且对红外波段的吸收系数至少比传统粗晶材料低3个数量级，磁性比FeBO3和FeF3透明体至少高1个数量级，从而在光磁系统、光磁材料中有着广泛的应用。
二、纳米材料的制备方法（一）、机械法机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。
纳米材料合成方法
溶剂热法
用有机溶剂代替水作介质，采用类似水热合成 的原理制备纳米粒子。非水溶剂代替水，不仅扩大 了水热技术的应用范围，而且能够实现通常条件下 无法实现的反应，包括制备具有亚稳态结构的材料。
苯由于其稳定的共轭结构，是溶剂热合成的优良溶剂，最近 成功地发展成苯热合成技术，溶剂热合成技术可以在相对低 的温度和压力下制备出通常在极端条件下才能制得的、在超 高压下才能存在的亚稳相。
通常可通过两大的途径得到纳米材料：
｛ 纳米材料制备途径
从小到大: 原子团簇纳米颗粒 从大到小: 固体微米颗粒纳米颗粒
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
目前纳米材料制备常采用的方法:
按有无发生反应
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
(按物态分类)
气相法 液相法
蒸发-冷凝法
化学气相反应法 沉淀法 喷雾法 溶胶-凝胶法
基本原理：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶或经解凝 形成溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、 焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。
溶胶－凝胶法一般包括以下过程
● 先沉淀后解凝
● 控制沉淀过程 直接获得溶胶
● 控制电解质浓 度
● 迫使胶粒间相 互靠近
●加热蒸发 ●焙烧等
天津理工大学纳米材料与技术研究中心
天津理工大学纳米材料与技术研究中心按物态分类蒸发冷凝法化学气相反应法溶胶凝胶法沉淀法喷雾法非晶晶化法机械粉碎高能球磨法固态反应法天津理工大学纳米材料与技术研究中心主要介绍以下三类纳米结构的制备方法零维纳米材料的制备方法如纳米颗粒等
纳米技术的基础知识
超微颗粒表面原子百分数与颗粒直径的 关系
直径（′10-4微米）10 1000
质子总数 106
30 4′
表面质子百分数 100 2
50
100
103 3′ 104 3′
40
20
由上表可见，对直径大于 0.1微米的颗粒 表面效应可忽略不计，当尺寸小于 0.1微米时 ，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微 颗粒表面积的总和可高达100米2，这时的表面 效应将不容忽略。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 2′10-3微米）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，二十面体多李晶等），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。
传感器是纳米技术应用的一个重要 领域。随着纳米技术的进步，造价更低 、功能更强的微型传感器将广泛应用在 社会生活的各个方面。比如，将微型传 感器装在包装箱内，可通过全球定位系 统，可对贵重物品的运输过程实施跟踪 监督；将微型传感器装在汽车轮胎中， 可制造出智能轮胎，这种轮胎会告诉司 机轮胎何时需要更换或充气；还有些可 承受恶劣环境的微型传感器可放在发动 机汽缸内，对发动机的工作性能进行监 视。在食品工业领域，这种微型传感器 可用来监测食物是否变质，比如把它安 装在酒瓶盖上就可判断酒的状况等。
美国于2000年2月宣布启动“ 国家纳米科技计划(NNI)”，在2001 年财政年度拨款4.95亿美元以加强研 究实力。政府认为纳米技术就像20 世纪50年代的晶体管一样，其科研 和工业化的应用将进一步促进美国 经济的发展；为美国培养新世纪的 技术人才；增强美国国际科技竞争 力的需要；节约资源能源，保证美 国未来的可持续发展；纳米技术是 开发未来微型武器的技术基础，是 国防工业的未来。
纳米材料与生物分子的相互作用与微结构特性_过馨露
第32卷第6期2012年12月物理学进展PROGRESSINPHYSICSVol.32No.6Dec.2012
纳米材料与生物分子的相互作用与微结构特性过馨露，张建，王炜*南京大学固体微结构实验室，物理学院,南京210093
摘要:纳米材料是物理、化学、生物等领域所广泛关注的研究方向，主要分为无机材料、有机材
料及复合材料。其中由纳米粒子与生物分子组成的复合材料因具有独特的光学、化学、电磁学等性质，在医学和医疗等方面有着良好的应用前景。此外，利用生物分子自组装的方法，可设计出具有复杂有序结构的复合材料。因此，研究纳米粒子和生物分子的相互作用对纳米材料的设计和应用有着重要的意义。本文从实验和计算机模拟两个方面综述了纳米粒子对生物分子（包括蛋白质、DNA、生物膜）结构特性以及热力学、动力学性质的影响，并概述了影响两者相互作用的多种因素，包括纳米粒子的尺寸、形状、浓度、表面特性等。
关键词:纳米材料；蛋白质；DNA；生物膜；作用机制
中图分类号：Q61文献标识码：A
目录I.引言285II.纳米材料与生物分子相互作用的实验研究286A.纳米粒子对蛋白质结构特性的影响2861.影响蛋白质热力学动力学稳定性的因素2862.纳米粒子对具有聚集倾向的蛋白质的影响287B.纳米粒子与DNA链及生物膜形成的微结构及其相互作用287
III.纳米材料与生物分子相互作用的模拟研究288A.纳米粒子与蛋白质的相互作用289B.纳米粒子与DNA的相互作用290C.纳米粒子与生物膜的相互作用290
IV.结论291参考文献291
I.引言随着纳米技术的发展，纳米材料受到了物理、化学、生物、医学等领域的广泛关注[1]。传统纳米材料由极细晶粒组成，特征尺寸在1∼100nm，主要包括C60、石墨层、碳纳米管、金属及其氧化物的粒子以及
Receiveddate:2012-5-16*wangwei@nju.edu.cn基金项目：国家自然科学基金项目(10974088,10834002，91127026)，江苏省自然科学基金项目(BK2009008)
纳米材料的制备方法
纳米/微米三维结构的制备纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)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。
纳米级结构材料简称为纳米材料(nano material)，是指其结构单元的尺寸介于1纳米～100纳米范围之间。
由于它的尺寸已经接近电子的相干长度，它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。
并且，其尺度已接近光的波长，加上其具有大表面的特殊效应，因此其所表现的特性，例如熔点、磁性、光学、导热、导电特性等等，往往不同于该物质在整体状态时所表现的性质。
纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子(nano particle)组成。
纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。
纳米技术的广义范围可包括纳米材料技术及纳米加工技术、纳米测量技术、纳米应用技术等方面。
其中纳米材料技术着重于纳米功能性材料的生产（超微粉、镀膜、纳米改性材料等），性能检测技术（化学组成、微结构、表面形态、物、化、电、磁、热及光学等性能）。
纳米加工技术包含精密加工技术（能量束加工等）及扫描探针技术。
纳米材料具有一定的独特性，当物质尺度小到一定程度时，则必须改用量子力学取代传统力学的观点来描述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米降至10纳米时，其粒径虽改变为1000倍，但换算成体积时则将有10的9次方倍之巨，所以二者行为上将产生明显的差异。
纳米粒子异于大块物质的理由是在其表面积相对增大，也就是超微粒子的表面布满了阶梯状结构，此结构代表具有高表面能的不安定原子。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第七章 纳米固体材料的微结构 微结构 纳米材料的特性 主要考虑：① 颗粒的尺寸、形态及其分布，② 界面的形态、原子组态或键组态，③ 颗粒内部和界面的缺陷种类、数量及组态，④颗粒内部和界面的化学组分、杂质元素的分布，等等。 一、纳米固体的结构特点 二、纳米固体界面的结构模型 三、纳米固体界面的X光研究 四、纳米固体界面的电镜观察 五、纳米固体界面的Mössbauer谱研究 六、纳米固体界面的内耗研究 七、纳米材料结构中的缺陷 一、纳米固体的结构特点 1. 结构组成 颗粒组元 + 界面组元 非晶界面：界面组元的原子排列，比非晶态的颗粒组元内的原子排列更混乱，无序程度更高。 微晶界面：原子结构取决于相邻晶体的相对取向以及边界的倾角。 若微晶粒随机取向，则所有的界面将具有不同的原子结构（原子间距也各不相同），则它们的组合（界面组元）具有连续分布的原子间距值 界面组元的微结构既与长程序的晶态不同，也区别于短程序的非晶态！ 2. 结构组成的比例 d：颗粒组元的平均直径，设为5nm ：界面的平均厚度（含3—4个原子层），设为1nm D：d + ，为颗粒的平均直径，即为6nm 则：界面组元与颗粒组元的体积之比R = 3 / d = 60 % 界面原子所占总的体积之比为： Ci = 3 / (d + ) = 3 / D = 50 % 单位体积（1cm3）内的界面面积： Si = Ci / = 0.5 cm3 / 1 nm = 500 m2 单位体积（1cm3）内包含的界面数（粒子为立方形）： Nf = Si / D2 = 500 m2 / 3610-18 m2 1.41019 (个/ cm3) 二、纳米固体界面的结构模型 过剩体积的界面（大比表面积）对纳米材料的许多特性产生重要影响，界面的微结构在某种意义上是影响纳米材料性质的最重要的因素。 （颗粒内部结构无明显特殊性） 纳米材料界面结构现仍处于争论阶段，尚未形成统一的结构模型。
1. 类气态模型 （1987年Gleiter提出，1990年以后不再用了） 纳米微晶界面的结构：界面内原子排列既无长程序，又无短程序，是一种类气态的、无序程度很高的结构。
2. 有序模型 许多人认为纳米材料的界面原子排列是有序的： 有人据HRTEM，认为纳米材料的界面结构和粗晶材料的界面结构本质上差别不很大。 有人据XRD和EXAFS，提出纳米结构材料界面原子排列是有序的或是局域有序的。 有人据HRTEM，观察纳米Pd的界面中有孪晶、层错和位错亚结构（这些缺陷只能在有序晶体中出现），认为界面是扩展有序的。 Lupo的理论计算：300K时纳米Si的径向分布函数 ： 在界面原子间距 ra d/2（d为粒径）时，类似多晶，界面有序；ra > d/2时，与非晶态相同，界面结构无序。 纳米材料的界面有序是有条件的，主要决定于界面的原子间距和颗粒大小。
3. 结构特征分布模型 界面结构并不同样、单一，而是多种多样，存在一个结构上的分布，每个界面组成单元都处于无序和有序的中间状态。 这是由于界面的数目庞大( 1.41019 个/ cm3) ， 能量、缺陷、相邻晶粒间的取向以及杂质偏聚上有差别，等等。 此结构特征分布受制备方法、温度和压力等因素的影响很大。退火温度升高，压力增大，都使有序或扩展有序的界面的数量增加。
三、纳米固体界面的X光研究 1. 类气态模型的诞生及争论 ① 1987年，Gleiter小组的XRD实验和理论计算均表明： 界面组元的衍射强度类似于具有气态结构的Fe样品的散射；须采用短程无序的界面模型才能拟合实验谱。 纳米微晶界面既非长程有序，也非短程有序。 ② 1992年，美国人的数据处理和实验均表明纳米微晶和粗晶的衍射背景相差不多 纳米界面的原子是趋于有序的排列，而非混乱地运动 有序结构模型 2. 有序结构模型的实验依据 ① 纳米Pd的氢化行为： －Pd可完全转变为－PdHx 表明纳米Pd的界面不是扩展的无序界面（可阻止氢化），而是有序的（不能随意改变结构）。 ② EXAFS研究 纳米Pd粉体峰 < 纳米晶Pd块体峰 < Pd粗晶峰 （界面占的比重极小） （界面比重大） 故EXAFS幅度的降低不是由于界面原子杂乱排列引起的，界面原子可以有序。 3. 纳米非晶固体界面的RDF研究 对纳米非晶Si3N4块体： ① Si—N配位数小于传统晶态和非晶态Si3N4中的最近邻配位数； ② 在不同热处理温度下， Si—N或Si—Si键长几乎相同（是稳定的）。 因此，不能认为界面中键长是变化的、原子是混乱排列的。用短程有序来描述纳米非晶Si3N4的界面结构是合理的。不过，界面和颗粒组元的短程结构还是有偏离的（N/Si原子比例不同）。 四、纳米固体界面的电镜观察 1. 特点 HRTEM可直接观察纳米微晶、尤其是界面的原子结构，可给出界面结构直观、生动的图象。 2. 结果 ① 纳米晶Pd的界面原子排列很有序，和常规粗晶材料的界面无明显区别 ② 纳米晶Pd的界面基本上是有序的，称为扩展的有序结构 ③ 纳米晶Pd同一试样中既有原子有序排列的界面，也有原子混乱排列的无序界面。 3. 两点疑问 ① 试样制备过程中界面的结构弛豫问题 界面自由能高，为不稳定态，当试样减薄时，应力弛豫导致纳米材料界面结构的弛豫，可能与初始态的结构有很大的差异。 ②电子束诱导的界面结构弛豫 界面内原子扩散速度很快、激活能低，在电子束轰击下局域发热，使界面原子运动弛豫、影响原始初态。 界面结构丰富：差异有序、无序共存，有个结构分布。 超薄的试样中就有如此的差别，三维块体中界面将更加多种多样。 五、纳米固体界面的Mössbauer谱研究 1. 特点 在固体中处于激发态的核，回到基态时无反冲地放出光子，这种光子被处于基态的同种核（吸收体）无反冲地共振吸收的吸收谱 穆斯堡尔谱。 原子核与周围环境间的磁偶极相互作用和电四极相互作用导致核能级分裂，此类超精细相互作用反映为穆斯堡尔谱中的多吸收峰，使其能直接有效地给出原子核外（某原子周围）有关微观结构的信息：如近邻原子、晶体结构（对称性）…… 2. 结果（对纳米铁微晶样品）：退火过程中（晶粒长大），趋于消失的谱线来自于纳米Fe微晶的界面。 ① 该谱线反映出较强的超精细磁场 界面原子密度减小 最近邻原子间距增大 单位原子的磁矩增大 超精细场（内磁场）增强 ② 该谱线的同质异能移（isomer shift）增加 界面中原子间距较大，界面组元的电子密度减小，产生正的同质异能移。 ③ 该谱线线宽增大 界面的原子间距分布较宽，使穆氏参数不再单一，增宽的参数分布导致谱线增宽。
六、纳米固体界面的内耗研究 1. 内耗 内耗(internal friction)是材料中的机械振动能量由于材料内部的原因而被转换成其他形式的能量（一般为热能）的现象。把机械振动能量的吸收作为一些外部参量如频率、温度、振幅等的函数时，就得到了机械振动能量吸收谱（内耗谱）。 纳米材料经过压制过程，内部畸变能较高，大比表面(界面)的高界面能，使其处于亚稳态 直接TEM研究有困难，会有弛豫；X光研究只给出静态结果，对原子、缺陷和界面等的动态行为的研究无能为力。 内耗谱技术是非破坏性的手段，由于其对晶体缺陷的高度敏感性而在研究缺陷的状态和动力学行为方面得到了广泛的应用。
2. 界面黏滞性滑移 晶界内耗峰 损耗的能量 = 相对位移×沿晶界滑移的阻力 ① 纳米尺寸小，晶界内相对位移也很小 ② 界面原子扩散很快，晶界滑移阻力也很小 故纳米材料晶界弛豫强度（为1/2峰高）较小，一般约比金属粗晶粒的晶界内耗峰低一个数量级。 如纳米晶Pd的晶界滑移较容易发生，在较低温度下即出现晶界内耗峰。且该峰较宽大，表明晶界弛豫不单一，而是多个弛豫过程的叠加。 进一步证实纳米晶界类型并不完全一样，在结构上有一个分布。
3. 退火效应 高温退火后，内耗峰消失，表明纳米块体内畸变消失，界面黏滞性变差。 退火过程中，界面结构弛豫，使原来较混乱的原子排列有序化：界面中原子密度增加、原子平均间距减小；配位数增加，悬挂键减少，原子间结合力（键）增强，界面变得更加有序。 退火使试样体积发生不可逆收缩，使纳米块体烧结。
对纳米固体界面的研究，还有正电子湮没技术(PAT：缺陷、致密度研究)、核磁共振(NMR：近邻原子组态、分布研究)、电子自旋共振(ESR：悬挂键的类型、数量以及键的结构、特征、组态等研究) 、Raman光谱(元激发的状态、结构和界面结构、键态、特征、相变行为等研究)，等等研究手段。
七、纳米材料结构中的缺陷 1. 缺陷 实际晶体结构和理想的点阵结构发生偏差的区域。会影响材料的结构和性能。 按缺陷在空间的分布，可分为： 点缺陷：空位，杂质及其小聚合体 线缺陷：位错（刃型、螺型、混合型）， 其尺度（自由程、线长）均小于晶粒尺寸 面缺陷：层错，界面，孪晶面等 2. 纳米材料中的缺陷 平移周期性遭到很大破坏，密度很高： 晶粒组元：大的表面张力 晶格畸变 界面组元：排列混乱（视为构成，不是缺陷） 点缺陷（最主要） 单空位：晶界处随机分布 松散原子压制时容易造成点阵缺位 空位团：三叉晶界上，很稳定（不能被退火消除） 单空位的扩散凝聚，压制时形成。 孔洞：晶界上（退火温度、时间的增加 孔洞的收缩、消失（质量迁移） 烧结） 点缺陷将影响材料的致密化： 硬团聚体中的孔穴残留 须加添加剂 表面气体脱附、留小孔洞 真空原位加压 孔洞率影响致密化 位错 观点1：无位错（晶粒很小，启动位错的切应力要很大） 观点2：有位错，但表现行为与常规晶体不同。 如位错密度低、运动自由程很短、无位错塞积。 稳态位错的出现，与晶粒的形状、界面的类型、弹性模量比（晶粒和晶界的剪切模量影响位错的滑移运动）、特征长度等有密切关系。
三叉晶界：三个或多个相邻晶粒中间的交叉区域 三叉晶界所占的体积分数对晶粒尺寸很敏感。 d从100nm到2nm时，三叉晶界体积分数增加了三个量级！比界面的增速快100倍。 其对纳米块体材料的性能影响巨大。 三叉晶界结构依赖于相邻晶粒的晶体学排列。 可描述为旋错(disclination)结构，其中的缺陷随相邻晶粒间取向的混乱而增多。
旋错的运动导致界面区的软化， 使纳米材料整体的延展性增加。
纳米材料中的缺陷 （密度很高） ① 点缺陷（最主要）、② 位错、③ 三叉晶界