纳米材料的分类和基本结构效应.pdf

纳米材料的分类及基本结构效应 李嘉 · 尹衍升 张金升 赵天平 (‘山东大学材料液态结构与遗传性教育部重点实验室，济南 250061； 济南大学材料科学与工程学院，济南 250O22) 摘 要 从不同角度对纳米材料进行了分类，讨论了纳米材料晶粒尺寸效应、界面效应及结构单 元之间的交互效应；论述了纳米材料基本结构效应与其物理化学性质之间的关系。 关键词 纳米材料 分类 微观结构 纳米材料的制备及研究是当前国际前沿研究 状、海绵状等。当粒子尺寸进入纳米级时，具有量 课题之一…。纳米材料是指粒径在 1一lOOnm间 子尺寸效应 、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧 的单晶体或多晶体，由于晶粒细小，使其晶界上的 道效应，因而展现出许多特有的性质，在催化、滤 原子数的比例增大，即产生高浓度晶界，因而使纳 光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔 米材料具有许多不同于粗晶材料的特异的性质， 的应用前景。例如录音带、录像带和磁盘等都有 如小尺寸效应、表面与界面效应 、量子尺寸效应、 采用磁性微粒作为磁记录介质。随着社会的信息 宏观量子隧道效应 、特殊的光吸收特性 、电化学性 化，要求信息储存量大、信息处理速度高，促使磁 质等 J。美国自1991年开始将纳米技：术列为 “政 记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属 府关键技术”及 “2000年战略技术”；日本、欧盟也 磁粉(20nm左右的超微磁性颗粒)制成的金属磁 纷纷开展了纳米技术的研究；我国的 “863技术” 带、磁盘，国外已经商品化，其记录密度可达 (4× 和 “973计划”也将纳米材料的研究列入了重点课 106)一(4×107)位／em，即每厘米可记录4OO万至 题。纳米材料也因此被人们誉为 “21世纪最有前 4OO0万的信息单元，与普通磁带相比，它具有高 途的材料”。本文综述了近年来的纳米材料的分 密度、低噪音和高信噪比等优点。 类及基本结构效应方面的研究进展。 1．2 纳米固体 纳米固体是由纳米微粒聚集而成的凝聚体， 1 纳米材料的类别划分 虽然可以从不同的角度将其分为许多种类，但它 们都有一个共同的特点，即超细颗粒间巨大的界 近年来，由于纳米材料的分类是从不同的学 面积，可从以下角度再分类。 科角度进行，因此显得较为混乱且缺乏系统性，本 1．2．1 按几何形态划分 文把纳米材料分为3类：即纳米微粒、纳米固体和 从几何形态的角度可将纳米固体划分为纳米 纳米组装体系。 块状材料、纳米薄膜材料、纳米纤维材料。 1．1 纳米微粒 纳米块状材料通常是指由表面清洁的纳米微 纳米微粒指线度处于 1 lOOnm之间的聚合 粒经高压形成的三维凝聚体，纳米薄膜则是指二 体，它是处于该几何尺寸的各种粒子的总称。纳 维的纳米固体，常用的制备方法有化学气相沉积 米微粒的形态并不限于球形，还有板状、棒状、角 法、溶胶一凝胶法、溅射镀膜法等。纳米固体材料 作者简介：李嘉(1908一)，女，博士研究生，讲师．主要从事陶瓷基复合材料的研究 的主要特征是具有 巨大的颗粒间界面，如 5nm颗 它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基 粒所构成的固体将含 l0个 ／cm3晶界，原子的扩 本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有 散系数要比大块材料高 10¨