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氧化物纳米材料的特性及用途

点击次数:100 发布时间:2020/3/18
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纳米材料之所以成为纳米研究的热潮,其根本原因在于纳米材料有许多别的材料不具备的特性:如表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。具体特征表现如下:

 

一、表面效应

     纳米微粒由于尺寸小,表面积大,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例。这些表面原子牌严重的缺位状态,因此其活性极高,极不稳定,遇见其它原子时很快结合,使其稳定化。这种活性就是表面效应。

 

二、量子效应

    当粒子尺寸降到某一值时,费米能级附近的电子能级由准连续能级变为离散能级的现象、纳米半导体微粒存在不连续的高占据分子轨道和最低末被占据分子轨道能级,能级变宽的现象均称为量子尺寸效应。例如,半导体的能带结构与颗粒的尺寸有密切的关系。随着颗粒的减小,半导体的发光带或者吸光带可由长波长移向短波长,发光的颜色从红光移向蓝光,这就是半导体蓝移现象。

三、小尺寸效应

    当纳米微粒尺寸与光波的波长、传导电子的德布意波长及超导态的相干长度或穿透深度等物理特征尺寸相当时,晶体周期性的边界条件将被破坏,声、光、力、热、电、磁、内压、化学活性等与普通粒子相比均有很大变化,这就是纳米粒子的小尺寸效应。

 

四、宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒能力的效应称为隧道效应。电子即具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。近年来,人们发现一些宏观量,如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁道通量等也具有隧道效应,它们可以穿越宏观体系的势垒而产生变化,故称之为宏观量子隧道效应。

 

2氧化物纳米材料的用途

由于不同各类的氧化物对光、电、磁、力声、气、温度、湿度等物理量具有某一特殊的电学特性,使得这些材料常用作结构陶瓷和各种电子功能陶瓷。对于氧化物纳米材料而言,由于其表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们呈现出常规材料不具备的特性,从而在陶瓷增韧、磁性  材料、催化材料、光学材料和其他方面有非常广泛的应用前景。

 

一、陶瓷增韧

    纳米陶瓷是指陶瓷材料的显微结构中晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在纳米水平,纳米陶瓷晶粒的细化晶界数量大幅度增加,可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高,并对材料的电学、热学、光学和磁学等性能产生重要的影响。纳米陶瓷具有高韧性的特点可解决普通陶瓷“易碎品”形象的存在。

二、磁力性能

    磁性纳米材料由于尺寸小,具有单磁畴结构、矫顽力很高的特性,用它制成的磁记录材料可以提高信噪比,改善图像质量。

三、催化性能

    纳米微粒由于尺寸小,表面所占体积分数大,表面的价态和电子态与颗粒内部不同,表面原子配位不全等导致了表面的活性位置增加,这就使它具备了作为催化剂的基本条件。并且,随着粒径的减小,纳米微粒表面光滑程度变差,形成了凹凸不平的原子台阶,这就增加了化学反应的接触面。

四、光学性质

     纳米微粒由于小尺寸效应使它具有常规大块材料不具备的光学特性。研究表明,利用纳米微粒特殊的光学特性制备的各种光学材料装饰在日常生活和高技术领域得到广泛的应用。如优异的光吸收材料,红外吸收材料和隐身材料。

五、其它性质

    由于纳米微粒具有大的比表面积,高的表面活性,使得它与气体相互作用强,对周围环境十分敏感。例如对、气体、湿度等环境敏感,因此可用作各种传感器。还有如晶体加工,静电屏蔽性能的纳米涂料。

 
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