【正文】 界面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高分辨 TEM觀察，發(fā)現(xiàn)界面內(nèi)結(jié)構(gòu)與常規(guī)粗晶材料的界面沒有明顯差別（圖 16）。高能量的 電 子束照射薄膜 試樣 表面可能 導(dǎo) 致局部 過熱 ，而 產(chǎn) 生界面 結(jié)構(gòu) 弛豫。 正 電 子湮 沒研 究 ? 正 電 子射入材料中 時(shí) ，在 與 周 圍達(dá) 到 熱 平衡后，通常要 經(jīng)歷 一段 時(shí)間 才 會(huì) 和 電 子湮 沒 ， 這 段 時(shí)間稱為 正 電 子 壽 命。 處 于自由 態(tài) 或束縛態(tài) 的正 電 子都 會(huì) 和 電 子湮 沒 同 時(shí)發(fā) 射出 ?射 線 。通 過對(duì)圖譜 分析，可得到在不同空位型缺陷中 與電 子湮 沒 的正 電 子 壽 命、材料的 電 子 結(jié)構(gòu) 或缺陷 結(jié)構(gòu) 的有用信息。正電子是電子的反粒子，它的質(zhì)量和電荷量與電子相同，但電荷符號(hào)相反。中國物理學(xué)家趙忠堯在此之前 (1929～ 1930)曾觀測到重元素對(duì)硬 γ射線有反常的吸收，并伴隨放出能量大約為 105電子伏的光子 ,后來被證實(shí)為正、負(fù)電子對(duì)的產(chǎn)生和隨后正電子的湮沒輻射。納米晶的正電子湮沒壽命譜與納米微粒、常規(guī)粗晶及非晶的都不同。 二、 納 米 結(jié)構(gòu) 材料的性能 ?167。 米固體材料 熱學(xué) 性能 ?167。4 納 米固體材料 磁 學(xué) 性能 ?167。1 納 米固體材料力 學(xué) 性能 強(qiáng)度和硬度 ?HallPetch關(guān)系是常規(guī)多晶材料的屈服強(qiáng)度或硬度與晶粒尺寸之間的關(guān)系，它是建立在位錯(cuò)塞積理論基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)公式，即： ?式中：為移動(dòng)單個(gè)位錯(cuò)所需的克服點(diǎn)陣摩擦的力； K是常數(shù)； d是平均晶粒直徑。這就是說，隨晶粒直徑的減小，屈服強(qiáng)度或硬度都增加，它們都與成線性關(guān)系。 圖 21 納米晶材料 Fe、 Ni、 Pd、 Cu 正 HallPetch關(guān)系 (K?0) 反 HallPetch關(guān) 系 (K0) ?這種關(guān) 系在常 規(guī) 多晶材料中 從 未出 現(xiàn)過 ，但 對(duì)許 多 種納 米材料都 觀 察到 這種 反 HallPetch關(guān) 系，即硬度隨納 米晶粒的 減 小而下降。 正一反混合 Ha11Petch關(guān) 系 ?最近 對(duì) 多 種納 米材料硬度 試驗(yàn) 都 觀 察到了硬度 隨 品粒直 徑 的平方根的 變 化 并 不是 線性地 單調(diào) 上升或 單調(diào) 下降，而存在一 個(gè) 拐點(diǎn) (臨 界晶粒直 徑 dc)， 當(dāng) 晶粒直 徑 d大于 dc，呈正 HallPetch關(guān) 系 (K0)； 當(dāng) 晶粒直 徑 d＜ dc，呈反 HallPetch關(guān) 系 (K0)。 圖 21給 出了由蒸 發(fā) －凝聚原位加 壓 制成的 納 米晶 Cu實(shí)驗(yàn)結(jié) 果， 它 服從這種 混合 關(guān) 系。 (再附 圖 21和 22) 偏離 HallPetch關(guān) 系 ?圖 23給 出了 電 沉 積 的 納 米晶體 Ni維 氏硬度 與 晶粒度平方根倒 數(shù) 的 關(guān) 系。 塑性和 韌 性 ?納 米材料的特殊 結(jié)構(gòu) 及 龐 大體 積 分 數(shù) 的界面，使它 的塑性、沖 擊韌 性和 斷 裂 韌 性 與 粗晶材料相比有很大改善。 ?從 理 論 上分析， 納 米材料比常 規(guī) 材料 斷 裂 韌 性高。 超塑性 ?超塑性是指在一定應(yīng)力下伸長率 ≥ 100%的塑性變形。界面數(shù)量太少，沒有超塑性；界面數(shù)量過多，雖然可能出現(xiàn)超塑性，但是強(qiáng)度下降也不能成為超塑性材料。 ?超塑性產(chǎn)生的原因： ?界面的流變性是超塑性出現(xiàn)的重要條件。 ?界面能及界面的滑移也是影響陶瓷超塑性的重要因素。2. 納 米固體材料 熱學(xué) 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 。 熱 膨 脹 ?納 米晶體在 溫 度 變 化 時(shí) 非 線 性 熱 振 動(dòng) 可分為兩個(gè) 部分：晶 內(nèi) 的非 線 性 熱 振 動(dòng) 和晶界的非 線 性 熱 振 動(dòng) 。占體 積 分 數(shù) 很大的界面 對(duì)納 米晶體 熱 膨 脹 的 貢獻(xiàn) 起主 導(dǎo) 作用。 晶粒 長 大 臨 界 溫 度 ?對(duì)納 米相材料的退火 實(shí)驗(yàn) 表明，在相 當(dāng)寬溫 度范 圍內(nèi)顆 粒尺寸 沒 有明 顯長 大。 167。 納 米相 Al2O3紅外吸收 譜見圖 26。 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(shí) ，在可 見 光范 圍觀 察到新的 熒 光 現(xiàn) 象， 見圖 27。 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(jí) 的 電 子重新 躍 入低能 級(jí) ，被空穴捕 獲 而 發(fā) 光的微 觀過 程。 當(dāng) 能級(jí)間 距很小 時(shí) ， 電 子通 過 非 輻 射 躍遷 而 發(fā)射 聲 子，不能 發(fā) 光；只有 當(dāng) 能 級(jí)間 距 較 大時(shí) ，才有可能 發(fā) 射光子， 實(shí)現(xiàn)輻 射 躍遷 而發(fā) 光。4 納 米固體材料磁 學(xué) 性能 ? 和磁化強(qiáng)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(qiáng)度 Ms比常 規(guī) 非晶 態(tài) Fe和粗晶多晶 ?－ Fe低。 ? 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。g，但 納 米微晶 Sb的 ?＝ 20 106 emu/Oe ? 順 磁性 穆斯堡爾 譜研 究表明， 對(duì) 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(shí)間變 小，磁有序易 實(shí)現(xiàn) ，因此超 順 磁性峰降低。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℃ 。5 納 米固體材料 電學(xué) 性能 ? 阻和 電導(dǎo) ? 電 特性 ? 壓電 效 應(yīng) 阻和 電導(dǎo) 納米材料中大量界面的存在，使大量電子的運(yùn)動(dòng)局限在小晶粒范圍。 界面這種高能壘是使電阻升高的主要原因。 ?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(dǎo) 致缺陷 數(shù) 量 減 少。 壓電 效 應(yīng) ? 某些晶體受到機(jī)械作用 (應(yīng) 力或 應(yīng)變 )，在其 兩端出 現(xiàn) 符 號(hào) 相反的束 縛電 荷的 現(xiàn) 象 稱壓電 效 應(yīng) 。 ? 僅 有 20種 非中心 對(duì)稱 點(diǎn)群的晶體才可能具有 壓電 效 應(yīng) 。 ? 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) 。傳統(tǒng) 的非晶 氮 化硅，界面急 劇減 少（ %）， 導(dǎo) 致 壓電 效 應(yīng)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