納米材料的四大效應(yīng)

納米材料的四大效應(yīng)

1、體積效應(yīng)

當(dāng)納米粒子的尺寸與傳導(dǎo)電子的德布羅意波相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，磁性、內(nèi)壓、光吸收、熱阻、化學(xué)活性、催化性及熔點(diǎn)等都較普通粒子發(fā)生了很大的變化，這就是納米粒子的體積效應(yīng)。納米粒子的以下幾個(gè)方面效應(yīng)及其多方面的應(yīng)用均基于它的體積效應(yīng)。例如，納米粒子的熔點(diǎn)可遠(yuǎn)低于塊狀本體，此特性為粉粉冶金工業(yè)提供了新工藝；利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸變化的性質(zhì)，可以改變顆粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一種頻寬的微波吸收納米材料，用于電磁屏蔽，隱形飛機(jī)等。

2、量子尺寸效應(yīng)

粒子尺寸下降到一定值時(shí)，費(fèi)米能級(jí)接近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)能級(jí)變?yōu)榉至⒛芗?jí)的現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。Kubo采用一電子模型求得金屬超微粒子的能級(jí)間距為：4Ef/3N

式中Ef為費(fèi)米勢(shì)能，N為微粒中的原子數(shù)。宏觀物體的N趨向于無(wú)限大，因此能級(jí)間距趨向于零。納米粒子因?yàn)樵訑?shù)有限，N值較小，導(dǎo)致有一定的值，即能級(jí)間距發(fā)生分裂。半導(dǎo)體納米粒子的電子態(tài)由體相材料的連續(xù)能帶隨著尺寸的減小過(guò)渡到具有分立結(jié)構(gòu)的能級(jí)，表現(xiàn)在吸收光譜上就是從沒(méi)有結(jié)構(gòu)的寬吸收帶過(guò)渡到具有結(jié)構(gòu)的吸收特性。在納米粒子中處于分立的量子化能級(jí)中的電子的波動(dòng)性帶來(lái)了納米粒子一系列特性，如高的光學(xué)非線性，特異的催化和光催化性質(zhì)等。

3、量子隧道效應(yīng)

微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘產(chǎn)生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。用此概念可定性解釋超細(xì)鎳微粒在低溫下保持超順磁性等。

4、介電限域效應(yīng)

納米粒子的介電限域效應(yīng)較少不被注意到。實(shí)際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質(zhì)所包圍，而這些介質(zhì)的折射率通常比無(wú)機(jī)半導(dǎo)體低。光照射時(shí)，由于折射率不同產(chǎn)生了界面，鄰近納米半導(dǎo)體表面的區(qū)域﹑納米半導(dǎo)體表面甚至納米粒子內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)比輻射光的光強(qiáng)增大了。這種局部的場(chǎng)強(qiáng)效應(yīng)，對(duì)半導(dǎo)體納米粒子的光物理及非線性光學(xué)特性有直接的影響。對(duì)于無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化材料以及用于多相反應(yīng)體系中光催化材料，介電限域效應(yīng)對(duì)反應(yīng)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)有重要影響。