【文章內(nèi)容簡介】 具有上述特性 167。2. 納 米固體材料 熱學 性能 ? 比 熱 ? 熱 膨 脹 ? 晶粒 長 大 臨 界 溫 度 比 熱 ?J. Rupp等人 研 究了晶粒尺寸 為 8nm和 6nm的 納 米晶 Pd和 Cu的定 壓 比 熱 。在 150K－ 300K溫 度范 圍內(nèi) ， 納 米晶 Pd比多晶 Pd增大 29%－ 54%； 納 米晶 Cu比多晶 Cu增大 9%－ 11%。 熱 膨 脹 ?納 米晶體在 溫 度 變 化 時 非 線 性 熱 振 動 可分為兩個 部分：晶 內(nèi) 的非 線 性 熱 振 動 和晶界的非 線 性 熱 振 動 。后者的非 線 性 熱 振 動較前者更 為顯 著。占體 積 分 數(shù) 很大的界面 對納 米晶體 熱 膨 脹 的 貢獻 起主 導 作用。 納 米晶體比常 規(guī) 晶體 熱 膨 脹 系 數(shù) 幾乎大 1倍，并 且 證實 晶界 對熱 膨 脹 的 貢獻 比晶 內(nèi) 高 3倍。 晶粒 長 大 臨 界 溫 度 ?對納 米相材料的退火 實驗 表明，在相 當寬溫 度范 圍內(nèi)顆 粒尺寸 沒 有明 顯長 大。但 當退火 溫 度大于某一 臨 界 溫 度（ Tc） 時 ， 顆粒突然 長 大。 167。3 納 米固體材料光 學 性能 ? 紅 外吸收 ? 熒 光 現(xiàn) 象 ? 光致 發(fā) 光 紅 外吸收 ?對納 米材料 紅 外吸收的 研 究表明， 紅 外吸收 譜 中出 現(xiàn)藍 移和 寬 化。 納 米相 Al2O3紅外吸收 譜見圖 26。 紅 外吸收 譜 的 藍 移和寬 化可以解 釋為 小尺寸效 應 和量子尺寸效應導 致 藍 移和尺寸效 應 和界面效 應導 致 寬化。 圖 26 不同溫度退火的納米相 Al2O3的紅外吸收譜 熒 光 現(xiàn) 象 ?用紫外光激 發(fā)摻 Cr和 Fe的 納 米相 Al2O3時 ，在可 見 光范 圍觀 察到新的 熒 光 現(xiàn) 象， 見圖 27。出 現(xiàn)兩個較寬 的 熒 光 帶P1和 P2， 說 明 納 米相Al2O3在可 見 光范 圍 的熒 光 現(xiàn) 象具有很好的 熱穩(wěn) 定性。 光致 發(fā) 光 ?光致 發(fā) 光是指在一定波 長 的光照射下，被激 發(fā) 到高能 級 的 電 子重新 躍 入低能 級 ，被空穴捕 獲 而 發(fā) 光的微 觀過 程。 電 子 躍遷 可分 為兩類 ：非 輻 射 躍遷 和 輻 射 躍遷 。 當 能級間 距很小 時 ， 電 子通 過 非 輻 射 躍遷 而 發(fā)射 聲 子，不能 發(fā) 光；只有 當 能 級間 距 較 大時 ，才有可能 發(fā) 射光子， 實現(xiàn)輻 射 躍遷 而發(fā) 光。 167。4 納 米固體材料磁 學 性能 ? 和磁化強度 納 米晶 Fe與 常 規(guī) 非晶 態(tài) Fe和粗晶多晶 ?－ Fe都具有 鐵 磁性，但 納 米晶 Fe的 飽 和磁化強度 Ms比常 規(guī) 非晶 態(tài) Fe和粗晶多晶 ?－ Fe低。在 4K時 ，其 飽 和磁化強度 Ms僅為 常規(guī) 粗晶 ?－ Fe的 30%。 ? 轉(zhuǎn)變 由于 納 米材料 顆 粒尺寸很小， 這 就可能使一些抗磁體 轉(zhuǎn)變 成 順 磁體。如金 屬 Sb通常 為抗磁性的 (?＜ 0＝，其 ?＝一 1 106 emu/Oeg，但 納 米微晶 Sb的 ?＝ 20 106 emu/Oeg，表 現(xiàn) 出 順 磁性。 ? 順 磁性 穆斯堡爾 譜研 究表明， 對 于 納 米 ?Fe203塊體，界面體 積 分 數(shù) 很大，界面的磁各向 異性常 數(shù) K比晶粒 內(nèi) 部小， 這 就使磁有序的弛豫 時間變 小，磁有序易 實現(xiàn) ，因此超 順 磁性峰降低。 ? 溫 度 ?納 米晶材料具有低的居里 溫 度。例如粒 徑為 70nm的 納 米晶 Ni塊 體比常 規(guī) 粗晶 Ni的居里 溫 度低 約 40℃ 。 167。5 納 米固體材料 電學 性能 ? 阻和 電導 ? 電 特性 ? 壓電 效 應 阻和 電導 納米材料中大量界面的存在，使大量電子的運動局限在小晶粒范圍。 晶界原子排列愈混亂，晶界厚度愈大，對電子散射能力就愈強。 界面這種高能壘是使電阻升高的主要原因。 電 特性 介 電 常 數(shù)變 化的尺寸效 應與納 米材料的 結(jié)構 特征是密切相 關 的 : ?納 米材料的晶 內(nèi) ， 電 子松弛 極 化起主要作用，而在界面內(nèi) ， 則 其離子松弛 極 化或其 它極 化 趙 主 導 作用。 ?隨 著 顆 粒尺寸的增大，晶 內(nèi)組 元體 積 分 數(shù) 增加，而界面組 元體 積 分 數(shù) 下降， 結(jié) 果 導 致缺陷 數(shù) 量 減 少。 ?總 的 趨勢 是 隨顆 粒尺寸增加，晶 內(nèi)組 元 對 介 電貢獻 越 來越大，界面 組 元的 貢獻 越 來 越小， 電 子松弛 極 化的 貢獻越 來 越大，而離子松弛 極 化及其 它極 化 (特 別 是空 間電 荷極 化 )越 來 越弱， 這 必然 導 致在某 個臨 界尺寸下介 電 常 數(shù)出 現(xiàn)極 大 值 。 壓電 效 應 ? 某些晶體受到機械作用 (應 力或 應變 )，在其 兩端出 現(xiàn) 符 號 相反的束 縛電 荷的 現(xiàn) 象 稱壓電 效 應 。具有 壓電 效 應 的物體 稱為壓電 體。 ? 僅 有 20種 非中心 對稱 點群的晶體才可能具有 壓電 效 應 。在各向同性的物體里不存在 壓電 效 應 。 ? 未 經(jīng)遲 火或 燒結(jié) 的 納 米非晶 氮 化硅 塊 體均具有比 PCM和 PZT壓電 陶瓷高得多的 壓電 常 數(shù) 。 ? 納 米非晶 氮 化硅 塊 體的 壓電 性是由界面 產(chǎn) 生的。傳統(tǒng) 的非晶 氮 化硅，界面急 劇減 少（ %）， 導 致 壓電 效 應為 0. 三、 納 米材料的制 備 方法 米 金 屬 材料的制 備 惰性 氣 體蒸 發(fā) 原位加 壓 法 惰性 氣 體蒸 發(fā) 原位加 壓 法 ? 用 該 方法成功地制 備 了 Fe、 Cu、 Au、 Pd等 納 米晶金 屬塊 體和 Si－ Pd、 Pd－ Fe－ Si、 Si－ Al等 納 米金 屬 玻璃。 ? 惰性 氣 體蒸 發(fā) 原位加 壓 法 屬 于“一步法”，步 驟 是：制 備納 米 顆 粒 顆 粒收集 壓 制成塊 體。上述步 驟 一般都是在 真 空下 進 行的。 高能球磨法 ? 高能球磨法是利用球磨機的 轉(zhuǎn)動 或振 動 ，使硬球 對 原料 進 行強烈的撞 擊 、 研 磨和 攪 拌，把金屬 或合金粉末粉碎 為納 米 級 微粒的方法。 ? 將兩種 或 兩種 以上金 屬 粉末同 時 放入球磨機的球磨罐中 進 行高能球磨，粉末 顆 粒 經(jīng)壓 延， 壓合，又碾碎，再 壓 合的反 復過 程，最后 獲 得 組織 和成分分布均 勻 的合金粉末。 這種 方法 稱為機械合金法 (Mechanical Alloying， 簡寫 成 MA)。