纳米材料的应用_纳米材料举例10个

表（界）面效应

随着微粒尺寸的减小，其比表面积迅速增大。当尺寸降至纳米级别时，表面原子占微粒总原子数的比例显著增加，这赋予了纳米材料极高的表面能。这种因微粒表面原子占比较高而产生的特殊效应被称为表面效应。

纳米微粒因其小尺寸和高表面能，表面原子比例极大。表1中列出了纳米Cu微粒的粒径、比表面积、表面原子数比例、表面能和一个粒子中原子数的关系。

由表1可见，随着粒径的减小，表面原子数迅速增加，这是由于粒径变小导致表面积急剧变大。例如，粒径为10nm时，比表面积为90m2/g，而当粒径减小到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。这种高比表面的特性使得表面原子数越来越多，同时表面能也迅速增加。由此可以看出，Cu的纳米微粒从100nm降至10nm，再至1nm，其比表面积和表面能增加了两个数量级。

表1 纳米Cu颗粒的相关参数关系

粒径/nm

Cu的比表面积/m2·g-1

表面原子/全部原子比例

一个粒子中原子数

比表面能/J·mol-1

量子尺寸效应

根据能带理论，金属费米能级附近的电子能级在高温或宏观尺寸情况下是连续的。对于只有有限个导电电子的超微粒子来说，在低温下能级是离散的。对于大粒子或宏观物体，能级间距几乎为零；而对于纳米微粒，所包含的原子数有限，这就导致能级间距有一定的值，即发生能级。

当材料的尺寸减小到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级、能隙变宽等现象，都称为量子尺寸效应。

其他效应与潜在应用

上述提到的小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应等都是纳米微粒与纳米固体的基本特性。这些特性使纳米材料呈现出许多奇异的物理、化学性质，为设计和开发新一代纳米结构器件提供了基础。

例如，金属纳米材料在低温时可能呈现电绝缘性；纳米陶瓷在交流电下可能表现出极佳的导电性。纳米技术在催化、光吸收、磁性等方面都有广泛应用。通过深入研究这些效应和现象，我们可以开发出更多具有实际应用价值的纳米材料和器件。

纳米科技的发展将为人类带来更多的可能性，改变我们的生活和工作方式。