物质粒子的纳米效应
纳米效应1资料
2)矫顽力
常 规 Fe 块 体 矫 顽 力 通 常低于[1×104/4π]A/m 室 温 下 Fe 微 粒 矫 顽 力 保持在[1 × 106/4π]A/m 纳米Co-Fe合金矫顽力 高 [2.06 × 106/4π]A/m
高矫顽力的起源：
一致转动模式 当粒子尺寸小到某一尺寸，每个粒子就是一个单磁
1 结构与形貌
电子显微镜下超细颗粒一般呈球形，但随着制 备条件不同，特别是当粒子尺寸在l～100nm之间 变化时，粒子形貌并非都呈球形或类球形 表面层 晶格的畸变乃至结构发生改变
纳米颗粒表面原子的最近邻近配位数低于体内 而导致非键电子对排斥力降低等，导致颗粒内 部特别是表面层晶格的畸变乃至结构发生改变
常规顺磁材料的磁化率服从居里一外斯
定律
＝
C T－TC
纳米颗粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态，磁 化率χ不再服从居里—外斯定律，磁化率不会发生突 变，而随温度缓慢变化。
产生超顺磁性原因：
小尺寸下，当各向异性能减小到与热运 动能可相比拟时，磁化方向就不再固定在一 个易磁化方向，而作无规律变化，导致出现 超顺磁性。不同种类的纳米磁性颗粒显现超 顺磁的临界尺寸不同。
2热学性质
1)熔点
Au
表面能高、比表面原子数多
表面原子邻近配位不全
活性大
体积远小于大块材料
结果：熔化所需增加的内能小，熔点急剧下降
T＝ 2 SLT0 Hr
2)蒸汽压
蒸汽压随粒径减少而上升
式中：PM、—P摩0—尔超质细ln量颗PP0粒＝和2R块MTr状物质的蒸汽压
R—气体常数 T—绝对温度
光吸收带位置是由影响峰位的蓝移因素和红 移因素共同作用的结果。
3) 量子限域效应
纳米尺寸效应
纳米尺寸效应纳米是长度单位，原称毫微米，就是10^-9米（10亿分之一米）。
纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。
纳米效应就是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。
这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。
表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。
随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。
对直径大于0.1微米的颗粒表面效应可忽略不计，当尺寸小于0.1微米时，其表面原子百分数激剧增长，甚至1克超微颗粒表面积的总和可高达100平方米，这时的表面效应将不容忽略。
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高倍率电子显微镜对金超微颗粒（直径为2*10^-3微米）进行电视摄像，实时观察发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多李晶等），它既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。
在电子显微镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微颗粒具有稳定的结构状态。
超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。
如要防止自燃，可采用表面包覆或有意识地控制氧化速率，使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层，确保表面稳定化。
利用表面活性，金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。
小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
第二章__纳米材料的基本效应
第二章 纳米材料的基本效应 2.4 量子尺寸效应
当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的
电子能级由准连续变为离散能级的现象，以及半导
体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未
被占据分子轨道，能隙变宽的现象，均称为量子尺
寸效应。
第二章 纳米材料的基本效应 2.4 量子尺寸效应
能带理论表明，金属费米能级附近电子能级一般是 连续的，但只有在高温或宏观尺寸情况下才成立。
第二章 纳米材料的基本效应 2.2 表面效应（界面效应）
表面效应
这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子 输运和构型变化，同时也引起表面电子自旋构象和电
子能谱的变化。下面举例说明纳米粒子表面活性高的
原因。
第二章 纳米材料的基本效应 2.2 表面效应（界面效应）
图2-4 将采取单一立方晶格结构的原子尽可能以接近圆（或球）形进行配置的超微粒模式图
金纳米颗粒的熔点与粒径之间的关系曲线。
⑸特殊的力学性质
由纳米超微粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良
好的韧性，这是因为纳米超微粒制成的固体材料具有
大的界面，界面原子的排列相当混乱。原子在外力变
形条件下容易迁移，因此表现出很好的韧性与一定的
延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性能。这就是目
前的一些展销会上推出的所谓“摔不碎的陶瓷碗”。
表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径
的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。如下图。
从图中可以看出，粒径在10nm 以下，将迅速增加表面原子的比 例。当粒径降到1nm时，表面原子 数比例达到约90%以上，原子几 乎全部集中到纳米粒子的表面。
Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size
纳米粒子的四大效应
纳米粒子的四大效应纳米材料由纳米粒子组成。
纳米粒子一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，它具有以下四方面效应，并由此派生出传统固体不具有的许多特殊性质：1.表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。
随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加。
例如粒径为10nm 时，比表面积为90m2/g；粒径为5nm时，比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。
粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。
这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的。
表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。
这种表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子输运和构型变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。
2.量子尺寸效应大块材料的能带可以看成是连续的，而介于原子和大块材料之间的纳米材料的能带将分裂为分立的能级。
能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。
当热能、电场能、或者磁场能比平均的能级间距还小时就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子效应。
这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。
3.小尺寸效应随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。
由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
对纳米颗粒而言尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，产生一系列新奇的性质。
例如金属纳米颗粒对光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移；小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别，由磁有序态向磁无序态，超导相向正常相转变。
纳米材料的四个基本效应
纳米材料的四个基本效应纳米材料，听起来是不是有点高大上？这些小家伙可真是科技界的“隐形冠军”。
你知道吗，纳米的意思就是十亿分之一，简直让人觉得这些材料像微型超级英雄一样。
它们不仅体型小，还拥有一些神奇的特性，今天咱们就来聊聊这四个基本效应，听起来可能有点复杂，但咱们就轻松点儿，别让脑子冒烟！咱们得说说量子效应。
这可是纳米材料的一大法宝。
它们小到连普通物质的行为都跟着变了，真是有趣！比如，当这些材料缩小到纳米级别时，它们的电子会被限制在小空间里，这样就能引起一些奇妙的变化。
你可以想象一下，就像是小朋友在狭窄的空间里玩耍，变得更加活跃，原本懒散的态度一下子就不见了，嘿，这就是量子效应给我们带来的新奇现象。
接下来要聊的是表面效应，别看名字简单，但它可是个大事儿。
这种效应说明，纳米材料的表面积相对体积是个大赢家！想想看，表面积大了，反应速度自然快了。
就像咱们吃东西，如果吃一块大蛋糕，可能觉得有点沉闷；可是如果分成小块，哎呀，吃得可欢了！这就是表面效应的魅力所在，材料的化学反应能力直接上升。
很多时候，科学家们会用这种特性来设计新的催化剂，提高反应效率。
你说，这多像个厨师，做菜时总得让食材多接触火，才能做出美味啊。
然后，再来说说量子隧穿效应。
听起来像是科幻电影里的情节，实际上却是纳米材料中经常发生的事情。
这个效应让粒子能“穿越”原本无法逾越的障碍，就像小孩子在跳绳时，有时能做到意想不到的高跳。
科学家们利用这个特性开发了更高效的电子器件。
想象一下，手机里的芯片能更快运行，真是让人拍手称快！未来的科技大潮中，这可是一块不容小觑的“宝藏”。
咱们得提提光学效应。
纳米材料对光的反应那可真是一绝。
有些纳米材料能吸收或散射特定波长的光，这就是它们的“光学效应”。
想象一下，一块材料在不同光线下竟然能变换颜色，简直就像变魔术！这些特性在太阳能电池和传感器中都有广泛应用，给科技增添了不少“色彩”。
通过调节这些材料的结构，咱们可以打造出更高效的光电设备，未来可期啊！所以说，纳米材料可真是科技的“宝藏”，它们的四个基本效应像四位高手，各有千秋，互相辉映。
纳米粒子 纳米晶-概述说明以及解释
纳米粒子纳米晶-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述纳米粒子和纳米晶是当前材料科学领域中备受关注的两个重要研究课题。
纳米材料以其特殊的物理、化学和光学性质引起了广泛的兴趣，其应用领域涵盖了能源、医学、电子、环境和材料等多个领域。
纳米粒子和纳米晶具有较大的比表面积、尺寸效应和量子效应等特点，使其在纳米技术、纳米医学和纳米电子等方面展示出巨大的潜力。
随着纳米技术的不断进步，人们对纳米粒子和纳米晶的研究越来越深入。
纳米粒子是指晶体的尺寸在1到100纳米之间的微小颗粒，其特殊的大小效应使其具有与传统材料不同的性能和特征。
纳米粒子的应用领域十分广泛，例如在能源方面，纳米粒子被用于太阳能电池、储能材料和催化剂等领域；在医学方面，纳米粒子被用于癌症治疗、药物传递和生物成像等领域；在电子方面，纳米粒子则广泛应用于电子器件和显示技术中。
与此同时，纳米晶作为另一类重要的纳米材料，也吸引了广大科学家的关注。
纳米晶是指晶体的尺寸在1到100纳米之间的晶体，其形成过程常通过溶液化学合成、机械合金化和气相沉积等方法进行。
纳米晶具有独特的晶界、表面和尺寸效应等特征，使其在光学、电子、磁性和机械性能等方面表现出卓越的性能。
纳米晶在光电子领域的应用，例如光传感器、太阳能电池和光电存储器等，已经取得了显著的进展。
纳米粒子和纳米晶的研究和应用对于推动材料科学的发展具有重要意义。
它们不仅能够催生出许多新型材料，还能够改善传统材料的性能和功能。
未来，随着纳米技术的进一步成熟，纳米粒子和纳米晶的研究将会得到更大的突破，为人类社会带来更多的科技创新和社会福祉。
因此，深入了解纳米粒子和纳米晶的特性和应用具有重要的理论和实践意义。
在本文中，我们将重点介绍纳米粒子和纳米晶的定义、形成过程、特性和应用，并展望其未来的发展趋势。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构部分旨在介绍本文的整体结构和各个部分的内容，以便读者能够有一个清晰的阅读指引。
纳米生物学概论
纳米生物学概论一、纳米生物学简介纳米生物学是生物学和纳米科技交叉学科，主要研究纳米级别生物体系的结构、功能和相互作用。
纳米生物学的研究领域涵盖了纳米尺度生物大分子的结构与功能、纳米级生物过程的调控以及纳米生物材料与药物的应用等方面。
当前，纳米生物学的发展迅速，为生物医学、组织工程、肿瘤治疗等领域带来了新的机遇与挑战。
二、纳米粒子纳米粒子是指尺寸在纳米级别的物质单元，具有极小的尺寸效应、高比表面积和良好的生物相容性等特点。
纳米粒子在生物医学中有着广泛的应用，如药物载体、诊断试剂、组织工程材料和细胞培养等。
制备纳米粒子的方法有多种，如物理法、化学法以及生物法等，其中物理法和化学法常用的有蒸发-冷凝法、乳滴法、溶胶-凝胶法等，而生物法则利用生物分子的自我组装和生物合成等特性制备纳米粒子。
三、纳米生物材料纳米生物材料是指应用于生物医学领域的纳米级材料，包括天然生物材料和人工合成材料。
纳米生物材料可分为生物活性材料、生物降解材料、生物相容材料和生物医用金属材料等。
制备纳米生物材料的方法包括物理法、化学法和生物法等，如溶胶-凝胶法、静电纺丝法、生物矿化法等。
纳米生物材料在组织工程中具有重要的应用价值，可以促进细胞的生长和分化，增强组织的修复能力。
四、纳米药物纳米药物是指将药物分子包裹在纳米粒子中，或药物分子本身就是纳米粒子的情况。
纳米药物可以提高药物的疗效、降低毒副作用，并能够实现药物的定向输送。
制备纳米药物的方法包括物理法、化学法和生物法等，如乳滴法、溶剂挥发法、蛋白质结晶法等。
纳米药物在肿瘤治疗中具有重要的应用价值，可以实现对肿瘤的靶向治疗，提高药物的疗效并降低毒副作用。
五、纳米生物技术的未来展望纳米生物技术正面临着巨大的挑战与机遇。
随着纳米科技和生物技术的不断发展，纳米生物技术的应用领域将越来越广泛。
未来，纳米生物技术将在肿瘤的早期诊断与治疗、组织工程、再生医学、神经科学等领域发挥重要作用。
同时，纳米生物技术的伦理和社会问题也需要引起重视，如纳米粒子的环境影响、纳米药物的监管和使用等。
纳米材料的表征
纳米材料是21世纪的主导技术
纳 米 材 料 在 各 个 领 域 中 的 应 用
航空航天
化工领域 微电子领 域 纳米技术 医学领域
陶瓷领域
国家安全
其它领 域…
光电领域 推动GDP快速增长
化工领域
纳 米 材 料 在 各 个 领 域 中 的 应 用
1.汽车尾气
含铅汽油中的铅很容易通 过血液长期蓄积于人的肝、 肾、脾、肺和大脑中，从 而导致人的智能发育障碍 和血色素制造障碍等后果。
XRD在纳米材料中的应用
物相结构的分析 介孔材料的分析 纳米薄膜的厚度以及界面结构的测定.
石墨烯的XRD图
（a）石墨，（b）氧化石墨，（c）石墨烯 XRD patterns of graphite(a)、graphite oxide(b) and graphene (c)
Raman光谱可获得的信息
100 80
尺寸小 表面大 活性高
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20 30 40 50
Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size
%
（2）量子尺寸效应 当粒子尺寸极小时，费米能级附近 的电子能级将由准连续态分裂为分立能级的现象。
应用前景
它使人类在改造自然方面进入到原子、分子的纳米层次。纳 米技术的核心是按人们的意志直接操纵单个原子、分子或原 子团、分子团, 制造具有特定功能的产品。 由于纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应都同 时在起作用, 它们对材料某一种性能的贡献大小、强弱往往 很难区分, 是有利的作用,还是不利的作用更难以判断, 这 不但给某一现象的解释带来困难, 同时也给设计新型纳米结 构带来很大的困难。 如何控制这些效应对纳米材料性能的影响, 如何控制一种效 应的影响而引出另一种效应的影响, 这都是控制工程研究亟 待解决的问题。 在纳米材料的研究中, 目前主要的工作有: 一是用纳米材料 替代传统材料改善产品品质与性能; 另一方面是开发新材料。
纳米材料和纳米技术简介
五、纳米粒子图片
SnO2纳米棒的TEM 照片
SiO2的SEM照片
花状 ZnO 的TEM照片
TEM image of Fe3O4/SiO2 composite particles
1、家电 用纳米材料制成的纳米材料多功能塑料，具有
抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可 用处作电冰霜、空调外壳里的抗菌除味塑料。
2、电子计算机和电子工业 阅读硬盘上读卡机以及存储容量为目前芯片普遍采用纳米材料后，可以缩小成为“掌上电 脑”。
纳米材料包括纳米无机材料、纳米聚合物材料、纳米 金属材料、纳米半导体材料及纳米复合材料等。纳米材料 按照形态，可将其分四种纳米：颗粒型材料，纳米固体材 料，纳米膜材料，纳米磁性液体材料。
二、纳米粒子的性质
纳米粒子最大的特点是量子尺寸效应十分显著， 这使得纳米体系的光、热、电、磁等物理性质与常 规材料不同，出现许多新奇特性。
7、橡胶 橡胶是一种伸缩性优异的弹性体，但其综合性能
并不令人满意，生产橡胶制品过程中通常需在胶料 中加入炭黑来提高强度、耐磨性和抗老化性，但由 于炭黑的加入使得制品均为黑色，且档次不高。而 纳米到或米SiO超SiO2过后2作传，为统产补高品强档的剂橡强，胶度在制、普品耐通。磨橡性胶和中抗添老加化少性量等的均纳达 8、在涂料中的应用 因此例它如添：加纳到米涂S料iO中2具能有对极涂强料的形紫成外屏和蔽红作外用反，射从特而性， 达到抗紫外老化和热老化的目的，同时增加了涂料 的拥隔有热庞性 大。 的另 比外 表， 面纳积米，表SiO现2出还极具大有的三活维性网，状能结在构涂， 料干燥时形成网状结构，不仅增加了涂料的强度和 光洁度，而且还能保持涂料的颜色长期不变。
纳米材料和纳米技术简介
Nanomaterials and nanometer technology
2纳米效应
表征能级间距和金属颗粒直径关系——
久保公式
1 EF ＝ 3 N
δ—能级间距 EF—费米能级 N—总电子数
金属能级的不连续和半导体能级间隙 变宽
久保效应
是纳米颗粒体积效应的一种 , 指金属微粒 中电子能级不连续，低温下，当费米能级 附近的平均能级间隔 δ>kT 时，金属微粒 显示出与块状物质明显不同的热性质的现 象。
金属纳米粒子的能带结构
右图给出平均电子能级间隔随 颗粒尺寸的变化。 值由热容测定 而得，因此包括电子－声子相互作 用导致的费米面上的态密度增加因 素。某些元素仅给出一个尺寸，对 应于 =1K 的情况。
久保模型优越于等能级间隔模型，比较好地解释了 低温下超微粒子的物理性能。
久保理论本身也存在许多不足之处。因此该理论提 出后一些科学工作者，如Halperin和Denton等，对其进行 了修正，使其得到了进一步的完善。
EF
δ～kBT
自由电子气能量示意图
高温简化为与1/T成线性关系
式中为能级间隔，kB为玻耳兹曼常数。
金属纳米粒子的能带结构
等能级间隔模型的缺点 等能级近似模型可以推导出低温下单个金属纳米颗 粒的比热公式，但实际上无法用实验验证，因为我们只 能对纳米颗粒的集合体进行实验。而在此集合体中又必 须考虑（因粒径尺寸等因素造成的）能级间隔δ 的统计分 布性质。久保的贡献主要体现在这方面。
与块体材料相比，半导体 纳米团簇的带隙展宽，展 宽量与颗粒尺寸成反比。 在吸收光谱上表现为随尺 寸减小吸收带边的兰移。
半导体纳米粒子的能带结构
半导体纳米颗粒的能隙展宽
如图，单个原子具有离散的能级，由数个原子构成半导体团簇 的能级也是离散的，类似于分子的能级性质。随着团簇内原子数的 增加，成键轨道（ HOMO ）和反键轨道（ LUMO ）能级不断增多， 表 现 为 HOMO 和 LUMO 带 的 不 断 展 宽 ， 从 而 导 致 如 图 所 示 的 HOMO和LUMO带间隔的不断缩小， 即禁带宽度的减小。当原子数增加到 非常多时，离散的能级变成实际上连 续的能带，称为宏观的块体材料，此 时两能带间的距离即块体材料的禁带 宽度。 从块体到纳米颗粒的变化则正 好与上述过程相反。
纳米材料特性
纳米材料特性纳米材料特性是指纳米级材料与宏观材料相比所具有的特殊性质。
纳米材料是指其粒径在纳米尺度范围内的材料，通常为1-100纳米。
以下是纳米材料的主要特性：1. 高比表面积：纳米材料具有较高的比表面积，这是由于其小尺寸导致与周围环境的接触面积相对较大。
这意味着纳米材料可以提供更多的活性表面，有助于增强材料的化学反应、吸附和催化性能。
2. 尺寸效应：纳米材料通常具有尺寸效应，即其性质随着粒径的减小而发生变化。
例如，金属纳米颗粒的熔点和电阻率会随着粒径的减小而降低，光学、电子和磁学性质也会发生变化。
这种尺寸效应可以使纳米材料表现出与宏观材料不同的性能。
3. 量子效应：当纳米材料的尺寸小到纳米级别时，其电子结构会发生明显变化，引发量子效应的出现。
量子效应可以改变纳米材料的光学、电子和磁性质，进而带来许多新的应用和性能。
4. 界面效应：纳米材料常常能够形成大量的界面，这是由于纳米粒子与周围环境的相互作用引起的。
这些界面可以提供额外的活性位点，促进物质的吸附、催化和反应过程。
此外，纳米材料之间的界面也可能引发一些新的现象和效应。
5. 磁性效应：纳米材料中的磁性效应是纳米尺度时才能显现的。
由于纳米材料的尺寸较小，其表现出的磁性特性与宏观材料不同。
纳米材料的磁性能够通过控制尺寸、形状和结构来调控，具有潜在的磁性应用前景。
6. 机械性能：纳米材料的较小尺寸使其具有出色的力学性能。
研究表明，纳米材料具有较高的强度、硬度和弹性模量。
这些优良的机械性能可能归因于尺寸效应的存在，即当尺寸减小到纳米级别时，晶体的位错运动受到限制。
7. 光学特性：纳米材料的光学性质也具有独特的特点。
由于其尺寸接近光的波长量级，纳米材料能够与光发生特殊的相互作用。
许多纳米材料展示了显著的光学增强效应、表面增强拉曼散射和荧光发射等。
总结起来，纳米材料具有高比表面积、尺寸效应、量子效应、界面效应、磁性效应、优异的机械性能和独特的光学特性。
这些特性使纳米材料在许多领域中具有广泛应用的潜力，包括能源、生物医学、电子学、催化剂等。
第三章 纳米材料基本的物理效应
（4）特殊的力学性质 4
由于纳米材料粒度非常微小,具有良好的表面效应 由于纳米材料粒度非常微小 具有良好的表面效应 克纳米材 具有良好的表面效应,1克纳米材 料的表面积达到几百平方米。因此,用纳米材料制成的产品其 料的表面积达到几百平方米。因此 用纳米材料制成的产品其 强度、柔韧度、延展性都十分优越 都十分优越， 强度、柔韧度、延展性都十分优越，就象一种有千万对脚的 毛毛虫，当它吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积大， 毛毛虫，当它吸附在光滑的玻璃面上时，由于接触面积大， 12级台风有也吹不掉它。 级台风有也吹不掉它。 级台风有也吹不掉它 陶瓷材料在通常情况下呈脆性，陶瓷茶壶一摔就碎， 陶瓷材料在通常情况下呈脆性 ， 陶瓷茶壶一摔就碎 ， 然而 由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料， 由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料，竟然可以象弹簧一 良好的韧性。 样具有良好的韧性 样具有良好的韧性。 研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度， 研究表明 ， 人的牙齿之所以具有很高的强度 ， 是因为它是 由磷酸钙等纳米材料构成的。 由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳米晶粒的金属要比传统的 粗晶粒金属硬3～ 倍 至于金属 陶瓷等复合纳米材料 金属---陶瓷等复合纳米材料， 粗晶粒金属硬 ～5倍。至于金属 陶瓷等复合纳米材料，其 应用前景十分宽广。 应用前景十分宽广。
各种 元素 的 原 子具 有特 原子、大块晶体、和纳米晶的能态 定的 光谱 线， 如 钠 原子 具有 黄色 的 光 谱线 。由 无数的原子构成固体时， 单独 原子 的 能 级就 并合 成能 带， 由 于 电 子 数目 很多 ， 能 带 中能 级的间 距很 小， 因 此 可 以 看作 是连 续的， 从 能 带 理论 出发 成功 地 解 释了 大块 金属 、半 导 体、绝 缘体 原子 固体 固体能级填充 纳米晶 之间的联系与区别。
纳米材料基本效应
超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的
基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。
表（界）面效应的主要影响
熔点降低 烧结温度降低 晶化温度降低 表面化学反应活性
催化活性
纳米材料的（不）稳定性 铁磁质的居里温度降低 纳米材料的超塑性和超延展性 介电材料的高介电常数（界面极化）
1 nm，表面原子~99%
粒径越小，表面原子所占 比例越高
表面原子 26/27 表面原子 98/125
教育部顧問室奈米科技人才培育計畫
表面原子的效应
•原子配位(coordination)不足
•高面能
直径小于100nm的微粒之表面效应不可忽略
1 、熔 点 显 著 降 低
与常规粉体材料相比，纳米粒子的表面能高，表面原子数多， 这些表面原子近邻配位不全，活性大，因此，其熔化时所需增 加的内能小得多，这就使得纳米粒子熔点急剧下降。
当 δ大于热能 kBT、磁能、净磁能、静电能、光子能 量或超导态的凝聚能时，必须要考虑量子尺寸效应
量 子 尺 寸 效 应 影 响
1. 导体向绝缘体的转变 2. 吸收光谱的兰移现象 3. 磁矩的大小和颗粒中电子是奇 数还是偶数有关
4. 纳米颗粒的发光现象
二、表（界）面 效 应
球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的 立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直径成反比。 随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大，说明表面原子 所占的百分数将会显著地增加。
电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效
应。
小尺寸效应的主要影响
金属纳米相材料的电阻增大与临界尺寸现象（电子平均自 由程） 超导相向正常相的转变（超导相干长度？） 宽频带强吸收性质（光波波长） 激子增强吸收现象（激子半径） 磁有序态向磁无序态的转变（超顺磁性）（各向异性能） 超导相向正常相的转变（超导相干长度？） 磁性纳米颗粒的高矫顽力（单畴临界尺寸） 吸收光谱的红移现象
五种常见纳米效应
五种常见纳米效应《五种常见纳米效应》随着纳米科技的不断发展，纳米材料及其应用领域也越来越广泛。
纳米材料的特殊尺寸效应以及表面效应使其具有许多独特的物理、化学和生物学性质。
在不同的应用领域中，纳米效应也展现出了不同的表现形式。
本文将介绍五种常见的纳米效应。
1. 显著增强的机械性能当材料的尺寸达到纳米级别时，例如纳米颗粒或纳米线，其表现出的机械性能会显著增强。
这是由于纳米材料具有较高的比表面积，有利于原子间和粒子间的相互作用。
因此，纳米材料在强度、硬度和抗拉伸等机械性能方面具有出色的表现。
2. 增强的光学效应纳米颗粒或纳米结构可以引起光的散射、吸收和发射等光学效应。
当光线遇到纳米结构时，由于其特殊的尺寸和形状，光的波长与纳米材料的尺寸相匹配，从而引发局域表面等离子体共振现象。
这种现象可导致光学性质的改变，包括颜色的变化、荧光增强等。
3. 改变的电学特性在纳米材料中，由于电荷传输的限制和表面效应的存在，电学特性会发生显著的改变。
例如，金属纳米颗粒的离子化能力增强，电子可以更容易地在纳米颗粒之间传递，从而改变了材料的电导率和电阻率等属性。
4. 提高的化学反应率纳米材料因其较高的比表面积和丰富的表面活性位点，能够提高化学反应的速率。
这是因为纳米颗粒或纳米孔道能够为反应物提供更多的接触面，从而增强了物质间的反应。
此外，纳米材料的特殊结构和表面修饰也可以调控反应的选择性和催化活性。
5. 增强的热导性与传统材料相比，纳米材料的热导率通常显著提高。
这是由于纳米材料中的电子和声子在尺寸约束下的输运方式发生变化。
纳米结构提供了更迅速的电子和能量传输路径，从而导致更高的热导率。
总结起来，纳米材料的特殊尺寸和表面效应赋予了其独特的物理、化学和生物学性质。
五种常见的纳米效应包括：显著增强的机械性能、增强的光学效应、改变的电学特性、提高的化学反应率和增强的热导性。
这些纳米效应不仅为纳米材料的应用提供了新的机遇，还为进一步的研究和开发提供了众多可能性。
纳米效应的概念
纳米效应的概念纳米效应是指当物质的尺寸缩小到纳米级别时，其性质和行为将发生巨大的变化和改变的现象。
这种效应是由于纳米材料的尺寸与其它物理或化学特征之间的相互作用所引起的。
纳米效应在纳米科技和纳米材料研究中起着至关重要的作用。
首先，纳米材料的尺寸通常在纳米级别，介于1到100纳米之间。
这种尺寸的纳米材料具有相对较大的比表面积，即相同质量下比表面积更大。
这导致了纳米材料具有比宏观物质更高的表面反应性和吸附性能。
例如，纳米颗粒的表面可以吸附更多的分子，从而增加化学反应速率。
此外，纳米颗粒的表面形态和形状会影响粒子的表面性质和结构，进而影响纳米材料的物理、化学和生物学特性。
其次，纳米材料的量子效应是纳米效应的重要方面之一。
当纳米材料的尺寸接近或小于一定程度时，它们的能带结构会发生变化。
传统的宏观材料中的电子和其它粒子行为可以用经典力学来描述，而纳米材料中的电子行为受到量子力学的支配。
这种量子效应使得纳米材料具有独特的光学、电学、磁学、热学和力学特性。
例如，量子尺寸效应可以导致纳米材料在某些波长下显示出不同的光电响应，从而扩展了纳米材料在光电器件中的应用。
此外，由于尺寸效应和量子效应的相互作用，纳米材料的力学、热学和传输性质也会发生显著变化。
纳米材料的力学性质通常会变得更加脆弱，同时也具有更高的强度、硬度和弹性模量。
纳米材料的导热性能也会显著提高，这是由于纳米材料比较大的比表面积导致的，可以更有效地传递热量。
此外，纳米材料的电子、热子和光子传输性质也会受到纳米尺寸的限制影响，从而影响纳米材料在能量转换和传输领域的应用。
最后，纳米效应还体现为纳米材料的自组装和自组织特性。
由于表面积的增加和界面效应的增强，纳米材料可以通过自组装形成高度有序的结构和体系。
这种自组装和自组织特性可以用来制备具有特定形状、结构和功能的纳米结构体，并在纳米科技、纳米生物技术和纳米电子学中得到广泛应用。
例如，纳米颗粒可以通过自组装排列形成具有特定周期性排列的纳米结构体，从而实现纳米电子器件的设计和制备。
质粒和纳米颗粒的关系-概述说明以及解释
质粒和纳米颗粒的关系-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：质粒和纳米颗粒是两个在纳米科学和生物学领域中具有重要意义的概念。
质粒通常是环状DNA分子，它们存在于细胞质中，可以自主复制和传递基因信息。
而纳米颗粒是尺寸在纳米级别的微小颗粒，由于其特殊的物理和化学性质，使得它们在纳米科学、材料科学和医学等领域的应用前景广阔。
本文将讨论质粒和纳米颗粒之间的关系，并探讨它们在科学研究和应用中的相互作用和重要性。
首先，我们将介绍质粒的定义和特点，包括其结构、功能和生物学意义。
然后，我们将探讨纳米颗粒的定义和特点，包括其制备方法、物理性质和应用领域。
接下来，我们将深入探讨质粒与纳米颗粒之间的相互作用，包括它们在纳米颗粒载体和基因传递系统中的应用。
最后，我们将总结质粒和纳米颗粒的关系，并对未来的研究和应用提出展望。
通过对质粒和纳米颗粒的深入理解，我们可以更好地了解它们在生物学、医学和材料科学等领域中的潜在应用。
此外，进一步研究质粒和纳米颗粒之间的相互作用，也有助于推动纳米科学和生物学之间的交叉研究，促进科学技术的发展。
因此，本文的目的是为读者提供对质粒和纳米颗粒关系的深入理解，并为未来的研究和应用提供一些思路和启示。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将首先介绍质粒和纳米颗粒的定义和特点，分别从微观和宏观角度观察它们的结构和性质。
随后，我们将探讨质粒与纳米颗粒之间的相互作用，包括它们在生物学、化学和材料科学中的作用机制和影响。
接着，我们将探讨质粒和纳米颗粒在不同应用领域中的关系，如药物输送、基因工程和环境治理等方面的应用。
最后，我们将总结质粒和纳米颗粒之间的关系，展望未来研究的方向和趋势。
通过本文的阐述，读者将更深入地了解质粒和纳米颗粒之间的关系，以及它们在现代科学和技术领域中的重要性和应用前景。
1.3 目的:本文旨在探讨质粒和纳米颗粒之间的关系，以及它们在生物学、医学、材料科学等领域的应用。
通过深入分析质粒和纳米颗粒的定义、特点以及相互作用，我们将揭示它们在科学研究和实际应用中的重要性和潜在的发展方向。
纳米材料的性能及其应用研究进展
纳米材料的性能及其应用研究进展近年来，纳米科技发展迅速，纳米材料被广泛应用于生物医学、环保、新能源、信息技术等领域，得到了研究人员的广泛关注。
本文将从纳米材料的性能入手，阐述其应用研究进展。
一、纳米材料的性能纳米材料指尺寸小于100纳米的物质，由于纳米尺度下的量子大小效应、表面效应等物理、化学特性，与宏观物质相比，其性能具有明显的差异。
1、物理性能纳米材料的光学、磁学、电学等物理性质迥异于宏观材料。
例如，金属纳米颗粒在可见光范围内具有显著的表面等离子共振吸收现象，与尺寸和形状有关，可应用于传感器、光学器件等领域；磁性纳米粒子在外加磁场下表现出不同的磁性，可应用于医学成像、存储介质等领域；碳纳米管的导电性和导热性特别好，在新能源领域有广泛应用。
2、化学性质纳米材料的表面积相比宏观物质大幅提高，其表面能、化学活性、滞留作用都具有显著特点。
例如，银纳米颗粒的表面具有广谱抗菌性，可应用于医疗用品、水处理等领域；纳米氧化锌的表面具有光催化降解有机污染物的作用，可应用于水处理、空气净化等领域。
3、机械性能纳米材料比宏观物质的强度、硬度、塑性等力学性能更具优越性。
例如，纳米硬度大于单晶体硬度的1/3，石墨烯比钢的强度高200倍，且弹性模量高，可应用于强度要求高的工业领域。
二、纳米材料的应用研究进展1、生物医学领域纳米材料在生物医学领域有广泛应用，包括药物送递、分子诊断、组织工程、生物成像、抗菌等方面。
例如，通过化学修饰，纳米材料可选择性地靶向癌细胞，并释放药物；同时，纳米颗粒的表面还可与生物分子相互作用，形成生物传感器，应用于分子诊断和成像。
2、环保领域纳米材料在环保领域的应用包括空气净化、水处理和废物处理等方面。
例如，纳米TiO2、纳米铁等材料具有光催化降解作用，可应用于水处理和空气净化；纳米材料与污染物结合后可通过热解、燃烧等方式进行处理。
3、新能源领域纳米材料在新能源领域的应用主要集中在太阳能电池、储能材料和催化剂等方面。
纳米效应.ppt
纳米微粒的表面原子数增多，比表面积大， 原子配位不足，表面原子的配位不饱和导 致大量的悬空键和不饱和键，表面能高， 使这些表面原子具有高的活性，极不稳定， 很容易与其他原子结合
特殊的光学性
黄金被细分到小于光波波长的尺寸时，即 失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上，所 有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸 越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂 黑，金属铬变成铬黑。金属超微颗粒对光的反 射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度 就能完全消光
利用这个特性可以作为高效率的光热、光 电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为 热能、电能
美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯 曲而不断裂。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的 强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。呈纳 米晶粒的金属要比传统的粗晶粒金属硬3～5倍
三、量子尺寸效应
能带理论表明，金属费米能级附近电子能级一 般是连续的，这一点只有在高温或宏观尺寸情 况下才成立
小尺寸效应
表面效应
量子尺寸效应
宏观量子隧道效应
一、表面效应
表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子 数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性 质上的变化
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子 占相当大的比例。随着粒径减小，表面原子百 分数迅速增加
图3-1 表面原子数与粒径的关系
小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同，大块的纯 铁矫顽力约为 80安／米，而当颗粒尺寸减小到 2×10-2微 米以下时，其矫顽力可增加1千倍，若进一步减小其尺寸， 大约小于 6 × 10-3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现 出超顺磁性
纳米 跨膜效应
纳米跨膜效应
纳米跨膜效应是指纳米颗粒在穿过细胞膜时对膜的影响。
纳
米颗粒具有纳米尺寸的特殊性质，如高比表面积、表面活性、电荷等，这些特性使纳米颗粒能够与细胞膜相互作用。
纳米颗粒可以通过不同的方式穿过细胞膜，包括被动转运、主动转运和穿孔。
被动转运指的是纳米颗粒通过扩散进入细胞膜；主动转运是指纳米颗粒通过与膜上的蛋白质相互作用，利用细胞自身的转运机制进入细胞膜；穿孔是指纳米颗粒通过与细胞膜相互作用，形成孔道而进入细胞膜。
纳米颗粒通过穿过细胞膜进入细胞内后，可以对细胞产生多种效应。
例如，纳米颗粒可以改变细胞的形态和结构，干扰细胞的代谢和功能，影响细胞的信号传导和基因表达等。
此外，纳米颗粒还可以促进细胞的内吞作用，增加细胞对其他物质的吸收能力。
纳米跨膜效应在生物医药领域具有广泛的应用前景。
通过控
制纳米颗粒与细胞膜的相互作用，可以实现针对细胞的高效递送药物、基因等治疗物质，提高治疗效果和减少副作用。
此外，纳米跨膜效应还有望用于细胞成像、细胞修复和细胞治疗等
领域的研究与应用。
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１４ 一 ０ ９
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