302· 第8章现代化学的研究进展 需要指出的是,只有当纳米粒子的尺寸小到一定程度时,物质的性质才 会发生突变,出现特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子,也 不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度 达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。过去,人们只注意 原子、分子或者宇宙空间,常常忽略这个中间领域,而这个领域实际上大量 存在于自然界,只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。其次,不同类型 的纳米粒子发生这种突变的临界尺寸是不同的,并且即使是同一种纳米粒子, 呈现纳米材料的某些不同的特异性能所需要的临界尺寸也可能是不同的 3.纳來树料的基本翰理和化性质 31电学性能 金属为导体,但纳米金属微粒在低温由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性 纳米半导体材料的介电常数随测量频率的减小呈明显上升趋势,而相应的常 规半导体材料的介电常数较低,在低频范围内介电常数的上升趋势远远低于 纳米半导体材料:并且在低频范围,纳米半导体材料的介电常数呈现尺寸效 应,即粒径很小时,其介电常数较低,随粒径增大,介电常数先增加然后下 降,在某一临界尺寸呈极大值。 32熔点与烧结性能 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。由于 颗粒小,纳米微粒表面能高,表面原子数多,这些表面原子近邻配位不全, 纳米微粒间是一种非共价相互作用,活性大,纳米粒子熔化时所增加的内能 小得多,这就使得纳米微粒熔点急剧下降。例如,大块的铅的熔点为600K 而20nm球形铅微粒熔点低于288K;纳米银微粒在低于373K开始熔化,常 规银的熔点高于1233K。这对金属的冶炼具有重要意义。 常规氮化硅的烧结温度高于2073K,而纳米级氮化硅烧结温度可降低 300400K,实验表明,烧结温度的降低是纳米结构材料的普遍现象。·302· 第 8 章 现代化学的研究进展 需要指出的是，只有当纳米粒子的尺寸小到一定程度时，物质的性质才 会发生突变，出现特殊性能。这种既具有不同于原来组成的原子、分子，也 不同于宏观的物质的特殊性能构成的材料，即为纳米材料。如果仅仅是尺度 达到纳米，而没有特殊性能的材料，也不能叫纳米材料。过去，人们只注意 原子、分子或者宇宙空间，常常忽略这个中间领域，而这个领域实际上大量 存在于自然界，只是以前没有认识到这个尺度范围的性能。其次，不同类型 的纳米粒子发生这种突变的临界尺寸是不同的，并且即使是同一种纳米粒子， 呈现纳米材料的某些不同的特异性能所需要的临界尺寸也可能是不同的。 3. 纳米材料的基本物理和化学性质 3.1 电学性能 金属为导体，但纳米金属微粒在低温由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性； 纳米半导体材料的介电常数随测量频率的减小呈明显上升趋势，而相应的常 规半导体材料的介电常数较低，在低频范围内介电常数的上升趋势远远低于 纳米半导体材料；并且在低频范围，纳米半导体材料的介电常数呈现尺寸效 应，即粒径很小时，其介电常数较低，随粒径增大，介电常数先增加然后下 降，在某一临界尺寸呈极大值。 3.2 熔点与烧结性能 纳米微粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均比常规粉体低得多。由于 颗粒小，纳米微粒表面能高，表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全， 纳米微粒间是一种非共价相互作用，活性大，纳米粒子熔化时所增加的内能 小得多，这就使得纳米微粒熔点急剧下降。例如，大块的铅的熔点为 600K， 而 20 nm 球形铅微粒熔点低于 288K；纳米银微粒在低于 373K 开始熔化，常 规银的熔点高于 1233K。这对金属的冶炼具有重要意义。 常规氮化硅的烧结温度高于 2073 K，而纳米级氮化硅烧结温度可降低 300~400K，实验表明，烧结温度的降低是纳米结构材料的普遍现象