【正文】 如 ， 70nm的 Ni粒子的居里溫度比常規(guī)粗晶 Ni低約 40oC。 有人認(rèn)為這是由于大量界面引起的 。 常規(guī)塊體 Ni的居里溫度約為358oC。 磁化率 納米磁性金屬的磁化率是常規(guī)金屬的 20倍 。 納米粒子的磁性與其所含的總電子數(shù)的奇偶性密切相關(guān) : cCTT? ? ? 電子數(shù)為奇數(shù)的粒子集合體的磁化率 Χ服從居里－外斯定律 ， ， 量子尺寸效應(yīng)使磁化率遵從 d 3規(guī)律； 電子數(shù)為偶數(shù)的系統(tǒng) ， ?∝ kBT， 并遵從 d 2規(guī)律 。 納米材料的磁學(xué)性質(zhì) 抗磁性到順磁性的轉(zhuǎn)變 由于納米材料顆粒尺寸很小 ， 這就可能一些抗磁體轉(zhuǎn)變成順磁性 。 例如 ， 金屬 Sb通常為抗磁性的 (?0)。 但是 ， Sb的納米晶的磁化率 ? 0， 表現(xiàn)出順磁性 。 順磁到反鐵磁的轉(zhuǎn)變 當(dāng)溫度下降到某一特征溫度 [尼爾 (Neel)溫度 ， (也有稱奈爾溫度 )]時(shí) ， 某些納米晶順磁體轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁體 。 這時(shí)磁化率 ?隨溫度降低而減小 ， 且?guī)缀跖c外加磁場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān) 。 例如 ， 粒徑為 10nm的FeF2納米晶的順磁到反鐵磁體的轉(zhuǎn)變等 。 納米材料的磁學(xué)特性起源于多種效應(yīng) 。 如：磁有序態(tài)向磁無序態(tài)的轉(zhuǎn)變 (超順磁性 )源于小尺寸效應(yīng) (各向異性能 )；高矯頑力也源于小尺寸效應(yīng) (單疇臨界尺寸 )；而量子尺寸效應(yīng)則是納米材料磁化率增大的主要原因；鐵磁質(zhì)居里溫度降低則來源于界面效應(yīng) 。 167。 5. 納米材料的力學(xué)性質(zhì) 由于納米晶體材料有很大的比表面積 ， 雜質(zhì)在界面的濃度便大大降低從而提高了材料的力學(xué)性能 。 由于納米材料晶界原子間隙的增加和氣孔的存在 ， 使其楊氏模量減小了 30％ 以上 。 此外 ， 由于晶粒減小到納米量級(jí) ， 使納米材料的強(qiáng)度和硬度比粗晶材料高 4～ 5倍 。 14nm晶粒的 Pd樣品 ， 其 ％屈服強(qiáng)度為 250MNm2， 而 50?m晶粒的僅為 52MNm2。 在對(duì)其他材料如 Ti、 NiP的報(bào)道中也有類似情況 。 陶瓷材料在通常情況下呈現(xiàn)脆性 ， 而由納米超微粒制成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性 ， 這是由于納米超微粒制成的固體材料具有大的界面 ， 界面原子排列相當(dāng)混亂 。 原子在外力變形條件下自己容易遷移 ， 因此表現(xiàn)出很好的韌性與一定的延展性 ， 使陶瓷材料具有新奇的力學(xué)性能 。 這就是目前的一些展銷會(huì)上推出的所謂 “ 摔不碎的陶瓷碗 ” 。 納米材料的力學(xué)性質(zhì) 摔不碎的納米陶瓷 溶膠凝膠法制備的光纖前體 納米陶瓷正被送入純化室 Bell Labs / Lucent Technologies Net shape forming via consolidated nanoparticles R. W. Siegel, Rensselaer Polytechnic Institute 科技日?qǐng)?bào) 2022/3/13報(bào)道：日本研制出能隨意拉伸 、 可自由折疊的彈性陶瓷 —— 該陶瓷材料由 40％ 氧化鋯 、 30％ 鋁酸鎂尖晶石和 30％ 的 ?－氧化鋁在 1650oC加熱 25秒制成 。 可從 1厘米拉到 11厘米 。 納米材料的力學(xué)性質(zhì) 美國學(xué)者報(bào)道 ， 納米 CaF2材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂 ， 人的牙齒之所以有很高的強(qiáng)度 ，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的 。 納米金屬固體的硬度要比傳統(tǒng)的粗晶材料硬 3～ 5倍 ， 至于金屬－陶瓷復(fù)合材料則可在更大的范圍內(nèi)改變材料的力學(xué)性質(zhì) ， 在軍事上作為高強(qiáng)度抗穿甲防護(hù)材料 ，以及在特種武器上作為應(yīng)用材料和民用作為抗摩擦材料等方而的應(yīng)用前景十分廣闊 。 納米材料的力學(xué)性質(zhì) 超塑性 超塑性從現(xiàn)象學(xué)上定義為 ， 在一定應(yīng)力拉伸時(shí) ， 產(chǎn)生極大的伸長量 , 其 Δl/l ≥ 100％ 。 某些納米陶瓷材料具有超塑性 ，如氧化鋁和羥基磷灰石及復(fù)相陶瓷 ZrO2/Al2O3等 。 研究表明 ，陶瓷材料出現(xiàn)超塑性的臨界顆粒尺寸范圍約 200～ 500nm。 陶瓷材料超塑性的機(jī)制目前尚不十分清楚 ， 有兩種說法：一是界面擴(kuò)散蠕變和擴(kuò)散范性；二是晶界遷移和粘滯流變 。均很粗糙 ， 停留在經(jīng)驗(yàn)性 、 唯象的描述上 。 一般而言 ， 當(dāng)界面中原子的擴(kuò)散速率大于形變速率時(shí) ，界面表現(xiàn)為塑性 ， 反之界面表現(xiàn)為脆性 。 納米材料中界面原子的高擴(kuò)散性是有利于其超塑性的 。 納米材料的力學(xué)性質(zhì) 納米金屬銅的超延展性 金屬納米顆粒粉體制成塊狀金屬材料 ， 會(huì)變得十分結(jié)實(shí) ， 強(qiáng)度比一般金屬高十幾倍 ， 同時(shí)又可以像橡膠一樣富有彈性 。 理論上納米材料應(yīng)具有很好的超塑性 ， 須注意的是 ，界面數(shù)量過多雖然可能出現(xiàn)超塑性 ， 但由于材料強(qiáng)度的下降也不能成為超塑性材料 。 納米材料的力學(xué)性質(zhì) 硬度和強(qiáng)度 對(duì)各種粗晶材料來說 ， 硬度存在 HallPetch 關(guān)系： H ＝ H0 ＋ Kd1/2 (d：粒徑 ) 納米材料存在以下三種不同的規(guī)律： 1) 正 HallPetch關(guān)系 (K0)， 與常規(guī)多晶材料一樣 ， 硬度隨粒徑的減小而增大 。 2) 反 HallPetch 關(guān)系 (K0)， 與常規(guī)材料相反 ， 硬度隨粒徑的減小而下降 。 3) 正 反混合 HallPetch關(guān)系 ， 存在臨界晶粒尺寸 dC ， 當(dāng)晶粒尺寸大于 dC時(shí) ， 呈正 HallPetch關(guān)系；反之 ， 呈反 HallPetch關(guān)系 。 4) K隨晶粒尺寸變化 。 5) 偏離 HallPetch 關(guān)系 。 納米陶瓷未經(jīng)燒結(jié)的生坯強(qiáng)度和硬度都比常規(guī)陶瓷材料低的多 ， 原因是致密度很低 。 為提高致密度 ， 增加斷裂強(qiáng)度 ， 一是燒結(jié) ， 二是加入添加劑進(jìn)一步提高燒結(jié)致密化 。 對(duì)二氧化鈦來說 ， 對(duì)應(yīng)于同樣燒結(jié)溫度 ， 納米陶瓷硬度均高于常規(guī)陶瓷 。 167。 6. 納米材料的化學(xué)性質(zhì) 由于納米材料的比表面積很大 ， 界面原子數(shù)很多 ， 界面區(qū)域原子擴(kuò)散系數(shù)高 ， 而表面原子配位不飽和性將導(dǎo)致大量的懸鍵和不飽和鍵等 ， 這些都使得納米材料具有較高的化學(xué)活性 ， 許多納米金屬微粒室溫下在空氣中就會(huì)被強(qiáng)裂氧化而燃燒 。 將納米 Er和納米 Cu粒子在室溫下進(jìn)行壓結(jié)就能夠發(fā)生反應(yīng)形成 CuEr金屬間化合物 ，而很多催化劑的催化效率隨顆粒尺寸減小到納米量級(jí)而顯著提高 ，同時(shí)催化選擇性也增強(qiáng) 。 目前 ， 關(guān)于納米粒子的催化劑有以下幾種：第一種是金屬納米粒子催化劑 ， 主要以貴金屬為主 ， 例如 Pt、 Rh、 Ag、 Pd， 非貴金屬還有 Ni、 Fe、 Co等；第二種以氧化物為載體把粒徑為 1～ 10nm的金屬粒子分散到這種多孔的襯底上 。 襯底的種類很多 ， 有氧化鋁 、氧化硅 、 氧化鎂 、 氧化鐵 、 沸石等；第三種是碳化鎢 、 ?Al2O3， ?Fe2O3等納米粒子聚合體或者分散于載體上 。 納米材料的化學(xué)性質(zhì) Gold nanoparticles, ripe for catalysis, adorn a titanium oxide substrate Chemists have proposed several possible mechanisms to explain why ordinarily inert gold turns into a powerful catalyst when shrunk to nanoparticle size Effects of particle size on the activity of TiO2supported Au for the oxidation of CO CO + 189。 O2 CO2 Au , Science, 281(1998)1647 Science 299(2022)1684 , Science, 299(2022)1688 金納米簇的催化活性 納米材料的化學(xué)性質(zhì) , Science, 299(2022)1688 納米材料的化學(xué)性質(zhì) Gratzel型太陽能電池