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納米材料的小尺寸效應(yīng)物質(zhì)的尺度加工到1~100nm,它的物理性質(zhì)或者化學(xué)性能與較大尺度時(shí)相比,會(huì)發(fā)生變化,這些物質(zhì)組成的材料稱為“納米材料”.
納米材料在聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象.隨著顆粒尺寸變小,在一定條件下會(huì)引起顆粒性質(zhì)改變.由此引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為“小尺
寸效應(yīng)”.納米材料小尺寸效應(yīng)主要表現(xiàn)在如下方面:
(1)特殊光學(xué)性質(zhì):所有金屬在納米狀態(tài)時(shí)都呈現(xiàn)黑色.尺寸越小顏色愈黑,銀白色的鉑變成鉑黑,金屬“金屬鉻變成鉻黑.金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低,通常低于l%,約幾微米厚度就能完全消光.利用此特性可制造高效率光熱、光電轉(zhuǎn)換材料“光電轉(zhuǎn)換材料,以很高效率將太陽(yáng)能“太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮、電能“電能.還可用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等.
(2)特殊熱學(xué)性質(zhì):通常晶體具有固定的熔點(diǎn),當(dāng)晶體達(dá)到納米尺寸時(shí)卻截然不同.例如:金的熔點(diǎn)為1064℃,而直徑為10nm的金粉熔點(diǎn)降低到940℃,直徑為5nm的金粉熔點(diǎn)降低到830℃.此特性可應(yīng)用于粉末冶金“冶金工業(yè).
(3)特殊電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì):納米材料的導(dǎo)電性有所改變.例如:銅顆粒達(dá)到納米尺寸就變得不能導(dǎo)電;通常絕緣的二氧化硅顆粒在20nm時(shí)卻開始導(dǎo)電.此外,納米材料呈現(xiàn)出超順磁性,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌“趨磁細(xì)菌等生物體中都存在超微磁性顆粒,使這類生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向,具有回歸的本領(lǐng).
(4)特殊力學(xué)性質(zhì):氟化鈣納米材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂.研究表明,人的牙齒具有高強(qiáng)度,是因?yàn)樗闪姿徕}“磷酸鈣等納米材料構(gòu)成.呈納“納米金屬要比傳統(tǒng)金屬硬3~5倍.金屬陶瓷復(fù)合納米材料不但強(qiáng)度高且韌性好,制成的刀具比金鋼石制品還要堅(jiān)硬.
納米材料小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性“導(dǎo)電性,介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面.
納米技術(shù)目前已成功應(yīng)用于許多領(lǐng)域,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保、醫(yī)療、國(guó)家安全等都有廣泛應(yīng)用,圖21是1993年中國(guó)科學(xué) 院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自行操縱原子寫出的“中國(guó)”二字,標(biāo)志著我國(guó)開始在世界納米領(lǐng)域占有一席之地.
請(qǐng)回答下列問題:
(1)銅顆粒達(dá)到納米尺寸就可以變成絕緣體.(選填:“導(dǎo)體”或“絕緣體”)
(2)金屬陶瓷復(fù)合納米材料強(qiáng)度高且韌性好,請(qǐng)對(duì)此種材料提出一項(xiàng)可以應(yīng)用于人體的設(shè)想:人造牙齒.
(3)小東針對(duì)納米材料的“特殊光學(xué)性質(zhì)”,提出了一個(gè)問題:金屬的顏色會(huì)變黑嗎?
請(qǐng)你判斷這是不是一個(gè)可以探究的科學(xué)問題.答:不是.
(4)請(qǐng)你針對(duì)納米材料“特殊熱學(xué)性質(zhì)”,提出一個(gè)可以探究的科學(xué)問題:納米晶體的熔點(diǎn)與其直徑有關(guān)嗎.