第2讲纳米化学 33力学性能 由于纳米物质的巨大表面,纳米物质的力学性能也表现出许多特点。例 如纳米陶瓷材料是近年来受到重视的一个领域,其特点是在一般陶瓷中添加 少量纳米陶瓷粉,经烧结后其力学性能会有成倍的增加。例如在Al2O3陶瓷 材料中加入少量纳米SiC,其性能得到显著提高:抗弯强度由原来的300~400 MPa提高到1000~1500MPa;断裂韧性也提高了40%,因此这一类材料将具 有很好的应用前景。对这种材料断裂后的显微观察结果表明,主要发生的是 穿晶断裂,因此可以认为加入纳米粉后,晶粒界面显著加强,有利于力学性 能的提高。在Si3N4中加入纳米SiC粉后,也可以产生超塑性,其高温抗氧化 性能和高温抗蠕变性也都大大优于一般的Si3N4陶瓷材料。还有人发现,SiC 纳米棒的强度比纳米碳管更高,因此是极好的增强填料。有人甚至认为,这 可能是世界上已发现的材料中力学性能最强的材料 34光学性质 由于表面效应,使得纳米微粒的表面与内部原子的化学键的振动频率不 同,结果使吸收峰变宽:并且粒径减小,粒子的折合质量减小,使吸收峰出 现“蓝移”现象:再者,随着粒径的减小,对光的反射大大降低,当减小到 纳米量级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色。 35催化性能 化学家研究纳米物质一开始就把注意力放在催化方面。纳米颗粒的巨大 表面积和表面原子占很大比例这些特点;以及由于量子尺寸效应,固体费米 能级(固体中电子的化学势)附近的准连续的能级成为分立的能级,并且禁带 司距加大,从而赋予纳米粒子一系列奇异的光催化性能。目前,人们对在TiO2 纳米粒子上进行的光催化反应研究得较多,这是由于TiO2具有稳定的化学性 质,强的氧化还原性,抗光阳极腐蚀性,难溶、无毒、低成本等。所以它是第 2 讲 纳米化学 ·303· 3.3 力学性能 由于纳米物质的巨大表面，纳米物质的力学性能也表现出许多特点。例 如纳米陶瓷材料是近年来受到重视的一个领域，其特点是在一般陶瓷中添加 少量纳米陶瓷粉，经烧结后其力学性能会有成倍的增加。例如在 Al2O3 陶瓷 材料中加入少量纳米 SiC，其性能得到显著提高：抗弯强度由原来的 300~ 400 MPa 提高到 1000~1500 MPa；断裂韧性也提高了 40%，因此这一类材料将具 有很好的应用前景。对这种材料断裂后的显微观察结果表明，主要发生的是 穿晶断裂，因此可以认为加入纳米粉后，晶粒界面显著加强，有利于力学性 能的提高。在 Si3N4 中加入纳米 SiC 粉后，也可以产生超塑性，其高温抗氧化 性能和高温抗蠕变性也都大大优于一般的 Si3N4 陶瓷材料。还有人发现，SiC 纳米棒的强度比纳米碳管更高，因此是极好的增强填料。有人甚至认为，这 可能是世界上已发现的材料中力学性能最强的材料。 3.4 光学性质 由于表面效应，使得纳米微粒的表面与内部原子的化学键的振动频率不 同，结果使吸收峰变宽；并且粒径减小，粒子的折合质量减小，使吸收峰出 现“蓝移”现象；再者，随着粒径的减小，对光的反射大大降低，当减小到 纳米量级时各种金属纳米微粒几乎都呈黑色。 3.5 催化性能 化学家研究纳米物质一开始就把注意力放在催化方面。纳米颗粒的巨大 表面积和表面原子占很大比例这些特点；以及由于量子尺寸效应，固体费米 能级 (固体中电子的化学势)附近的准连续的能级成为分立的能级，并且禁带 间距加大，从而赋予纳米粒子一系列奇异的光催化性能。目前，人们对在 TiO2 纳米粒子上进行的光催化反应研究得较多，这是由于 TiO2 具有稳定的化学性 质，强的氧化还原性，抗光阳极腐蚀性，难溶、无毒、低成本等。所以它是