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纳米材料的小尺寸效应

物质的尺度加工到1~100nm,它的物理性质或者化学性能与较大尺度时相比,会发生变化,这些物质组成的材料称为“纳米材料”。

纳米材料在声、光、电、磁、热、力学等性能呈现出“新奇”的现象。随着颗粒尺寸变小,在一定条件下会引起颗粒性质改变。由此引起的宏观物理性质的变化称为“小尺寸效应”。纳米材料小尺寸效应主要表现在如下方面:

1.特殊光学性质:所有金属在纳米状态时都呈现黑色。尺寸越小颜色愈黑,银白色的铂变成铂黑,金属铬变成铬黑。金属超微颗粒对光的反射率很低,通常低于l%,约几微米厚度就能完全消光。利用此特性可制造高效率光热、光电转换材料,以很高效率将太阳能转变为热能、电能。还可用于红外敏感元件、红外隐身技术等。

2.特殊热学性质:通常晶体具有固定的熔点,当晶体达到纳米尺寸时却截然不同。例如:金的熔点为1064℃,而直径为10nm的金粉熔点降低到940℃,直径为5nm的金粉熔点降低到830℃。此特性可应用于粉末冶金工业。

3.特殊电学、磁学性质:纳米材料的导电性有所改变。例如:铜颗粒达到纳米尺寸就变得不能导电;通常绝缘的二氧化硅颗粒在20nm时却开始导电。此外,纳米材料呈现出超顺磁性,科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中都存在超微磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。

4.特殊力学性质:氟化钙纳米材料在室温下可大幅度弯曲而不断裂。研究表明,人的牙齿具有高强度,是因为它由磷酸钙等纳米材料构成。纳米金属要比传统金属硬3~5倍。金属陶瓷复合纳米材料不但强度高且韧性好,制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。

纳米材料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。

纳米技术目前已成功应用于许多领域,在工业、农业、能源、环保、医疗、国家安全等都有广泛应用,图34是1993年中国科学院北京真空物理实验室自行操纵原子写出的“中国”二字,标志着我国开始在世界纳米领域占有一席之地。

请回答下列问题:

(1)铜颗粒达到纳米尺寸就可以变成 (选填:“导体”或“绝缘体”) 。

(2)金属陶瓷复合纳米材料强度高且韧性好,请对此种材料提出一项可以应用于人体的设想:

(3)小东针对纳米材料的“特殊光学性质”,提出了一个问题:金属的颜色会变黑吗?

请你判断这是不是一个可以探究的科学问题。答:

(4)请你针对纳米材料“特殊热学性质”,提出一个可以探究的科学问题:

 0  196574  196582  196588  196592  196598  196600  196604  196610  196612  196618  196624  196628  196630  196634  196640  196642  196648  196652  196654  196658  196660  196664  196666  196668  196669  196670  196672  196673  196674  196676  196678  196682  196684  196688  196690  196694  196700  196702  196708  196712  196714  196718  196724  196730  196732  196738  196742  196744  196750  196754  196760  196768  235360 

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