【正文】 后凝聚在開口 CNT上 ， 虹吸作用 使金屬熔體進(jìn)入中空部 ， 形成納米絲； ?金屬熔鹽進(jìn)入管中后 ， 還原后可得 金屬 /CNT復(fù)合材料 ； ?CNT與氧化物一起焙燒 ， 獲得納米尺度的 碳化物絲 ； ?將第二種物質(zhì)封存在空間中 ， 誘導(dǎo)出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)和行為 。 69 ? 碳納米管的 特殊結(jié)構(gòu)在燃料電池和化工催化上有很大用途 。 ?空腔是很好的貯氫場所： 中科院金屬所制備了高度取向的單壁碳納米管帶和繩 ， 發(fā)現(xiàn)其具有 4％ 的儲(chǔ)氫特性 。 ?很大的比表面積： 由其形成的有序納米孔洞厚膜可用于鋰離子電池 ， 填充催化金屬或合金后可用于化工催化 。 H2原子和 C納米管 70 ? 納米碳材料的出現(xiàn)豐富了材料研究的內(nèi)涵 ， 為合成組裝新型納米材料提供了新的發(fā)展和機(jī)遇 。 71 納米材料的特性 72 小尺寸效應(yīng) ?超細(xì)微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí) ， 晶體周期性的邊界條件將被破壞， 材料的電、磁、聲、光、熱和力學(xué)等物性呈現(xiàn)新的變化，稱為 小尺寸效應(yīng) 。 ?納米粒子尺寸小，界面所占體積可與粒子本身所占體積相比擬， 界面已成為納米材料基本構(gòu)成之一 ，對材料性能產(chǎn)生重要影響。 73 ? 電學(xué)性能的變化： ?銀 是優(yōu)異的 導(dǎo)體 ， 1015nm的銀微粒 電阻突然升高，失去金屬特征而 成為半導(dǎo)體 ； ?典型的 共價(jià)鍵 結(jié)構(gòu)的 氮化硅、二氧化硅等 ，當(dāng)尺寸達(dá)到1520nm時(shí)電阻卻大大下降 。 ? 熱學(xué)性能的變化： 熔點(diǎn)大幅降低； ?塊狀金為 1337K，而 2nm的金 熔點(diǎn)為 600K； ?常規(guī)氧化鋁燒結(jié)溫度在 1973K2073K， 納米氧化鋁 可在1423K至 1673K燒結(jié)致密 ； ?常規(guī)氮化硅燒結(jié)溫度高于 2073K， 納米氮化硅燒結(jié)溫度可降低 300400K； 74 ? 磁學(xué)性能的變化： ?常規(guī) Fe塊體 矯頑力 低于 ， 呈現(xiàn)軟磁性 ； ?粒徑為 16nm時(shí) ， 127kA/m，室溫下仍保持 80kA/m， 呈永磁性 ； ?粒徑為 5nm時(shí) ，呈 超順磁性， 矯頑力趨近零。 ?小尺寸下，磁晶各向異性能減小到與熱運(yùn)動(dòng)能可相比擬，磁化方向不再固定在一個(gè)易磁化方向上，呈現(xiàn)超起伏，出現(xiàn) 超順磁性 。 超順磁性效應(yīng) 75 ? 力學(xué)性能變化： ?小尺寸效應(yīng)對陶瓷韌化十分重要 ， 納米碳化硅的斷裂韌性比常規(guī)材料提高 100倍 。 ?具有良好韌性和延展性的金屬 ， 納米化后的塊體可大幅提高強(qiáng)度 ， 如納米 Cu或 Pd的塊體材料的硬度比常規(guī)材料提高 50倍 ， 屈服強(qiáng)度提高 12倍 。 增韌陶瓷 , , , Advanced Materials,2022,16(21):18971900 納米多孔金 76 ?利用等離子共振頻率隨顆粒尺寸變化的性質(zhì) ， 可以改變顆粒尺寸 ， 控制吸收邊的位移 ， 制造具有一定頻寬的微波吸收材料 ， 用于電磁波屏蔽 、 隱形飛機(jī)等 。 隱形飛機(jī) 77 表面效應(yīng) ?納米微粒表面原子數(shù)隨粒徑減小大幅增加 ， 由于表面原子所處晶場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子不同 ， 存在許多的空鍵 ， 具有不飽和性質(zhì) ， 活性很高 ， 極易與其他原子結(jié)合 ， 引起納米粒子性質(zhì)變化 。 粉末粒徑 (nm) 100 20 10 5 2 1 比表面積 (m2/g） — 90 180 450 900 表面原子數(shù) (%) — 10 20 40 80 99 粉末比表面積和表面原子數(shù)隨粉末粒徑變化趨勢 78 ?納米微粒表面的原子數(shù)多，鍵態(tài)嚴(yán)重失配，出現(xiàn)許多活性中心，表現(xiàn)出非化學(xué)平衡、非整數(shù)配位的化學(xué)價(jià)，使這些 表面原子具有高的活性， 在 化工催化領(lǐng)域具有重要用途。 ?30nm的鎳 可把 有機(jī)加氫和脫氫反應(yīng)速度 提高 15倍 ； ?在 環(huán)二烯的加氫反應(yīng) 中，納米微粒催化劑比一般催化劑的反應(yīng)速度提高 1015倍 ； ?金屬納米粒子 (Fe、 Cu、 Ni等 )表面原子數(shù)多，活性大， 不鈍化處理可在空氣中自燃。 ?可用于含能材料，燃燒效率提高 100%； ?用于國防工業(yè)，提高彈頭初速； 79 量子尺寸效應(yīng) ?粒子尺寸下降到某一值時(shí)， 金屬費(fèi)米能級 附近的電子能級由 準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級 ； 半導(dǎo)體 微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道能級和最低未被占據(jù)分子軌道能級， 能隙變寬 ， 這些現(xiàn)象均為量子尺寸效應(yīng)。 ?能級間距發(fā)生分裂，引起納米微粒的 磁、光、聲、熱、電及超導(dǎo)性能等 與宏觀特性有顯著不同； ?納米顆粒表面的原子、電子與內(nèi)部的原子、電子行為有很大差別，量子尺寸效應(yīng)十分顯著，對納米微粒的光學(xué)特性有很大影響。 80 ?一是寬頻帶強(qiáng)吸收 ?當(dāng)金屬顆粒尺寸減小到納米級時(shí) ， 對可見光的反射率極低 ， 幾乎都呈黑色 。 ?納米粒子大的比表面使平均配位數(shù)下降 ， 不飽和鍵和懸鍵增多 ， 在紅外光場作用下對紅外吸收的頻率存在一個(gè)較寬的分布 ， 表現(xiàn)出 紅外吸收帶的寬化 。 ?二是藍(lán)移現(xiàn)象 ?納米微粒的吸收帶普遍向短波方向偏移： 納米 SiC顆粒和大塊 SiC塊體紅外吸收峰值頻率分別是 814cm1和 794cm1， 藍(lán)移了 20cm1。 ?Cd3P2微粒尺寸變化到 ， 顏色從黑變到藍(lán) 、 橙 、黃 ， 最后到無色 。 81 ?三是納米微粒出現(xiàn)常規(guī)材料不具備的新發(fā)光現(xiàn)象 。 ?日本佳能公司在室溫中觀察 6nm的硅顆粒 ， 在波長為800nm附近發(fā)現(xiàn)強(qiáng)的發(fā)光帶； ?尺寸減小到 4nm時(shí) ， 發(fā)光帶短波側(cè)已延伸到可見光范圍 ，淡淡的紅光 (605nm700nm)使人們長期追求硅發(fā)光的努力成為現(xiàn)實(shí) 。 硅可能成為跨世紀(jì)的光電子材料 。 Si基發(fā)光材料熒光光譜 可見光顏色對應(yīng)的波長 82 宏觀量子隧道效應(yīng) ?微觀粒子具有貫穿勢壘的能力 為隧道效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，如微粒磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等具有隧道效應(yīng)，稱為 宏觀量子隧道效應(yīng) 。 ? 宏觀量子隧道效應(yīng) 是微電子器件的基礎(chǔ) ， 確定了微電子器件的極限 ， 對基礎(chǔ)及應(yīng)用研究具有重要意義 。 ?硅集成電路的線寬減小至 100nm以下 ， 電子就會(huì)出現(xiàn)宏觀量子隧道效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等 ， 溢出器件 ， 無法正常工作 。 ?所有芯片必須按照新原理來設(shè)計(jì) 。 ?量子共振隧穿晶體管 就是利用量子效應(yīng)制成的新一代器件 。 83 謝謝大家！