纳米材料的电学性能
纳米材料的电化学性能测试方法
纳米材料的电化学性能测试方法引言：随着纳米科技的不断发展与应用，纳米材料在各个领域展现出了广泛的应用前景。
电化学性能测试是评估纳米材料在电化学设备中的表现的重要方法之一。
本文将介绍纳米材料的电化学性能测试方法，以及相关技术和仪器的应用。
1. 纳米材料的电化学性能测试方法的分类电化学性能测试方法可以分为静态和动态两种。
静态测试方法主要用于测量材料的电化学特性，例如电容、电导率和电阻等参数。
动态测试方法主要用于测量材料在电化学循环中的性能，例如电化学稳定性、电化学容量和充放电效率等参数。
2. 静态测试方法2.1 电容与电导率测试电容与电导率是评估纳米材料导电性能的重要参数。
常用的测试方法有四探针法和电化学阻抗谱法。
四探针法通过测量纳米材料的电阻和几何尺寸来计算电导率。
电化学阻抗谱法则是通过测量纳米材料在交流信号下的阻抗来计算电导率和电容。
这两种方法可以有效评估纳米材料的导电性能，提供详细的电化学特性。
2.2 电阻测试电阻测试是评估纳米材料导电性能的常用方法之一。
通常使用四探针法和Kelvin探针法对纳米材料的电阻进行测量。
四探针法是通过在纳米材料上施加电压，再根据测得的电流和电压计算电阻值。
Kelvin探针法则是通过使用一个独立的探针，将电流与电压测量引线分开，避免了测量误差。
这些方法都能够准确地测量纳米材料的电阻，并为纳米材料的性能评估提供参考。
3. 动态测试方法3.1 电化学稳定性测试电化学稳定性测试是用于评估纳米材料在电化学循环中的耐久性和稳定性的重要方法。
常用的测试方法包括循环伏安法和恒流充放电法。
循环伏安法通过在纳米材料上施加变化的电压信号，测量纳米材料的电流响应，进而评估纳米材料的电化学稳定性。
恒流充放电法则是通过在纳米材料上施加恒定电流，测量充电和放电过程中的电压变化，以评估纳米材料的电化学稳定性。
这些方法可以帮助研究人员确定纳米材料的电化学性能在不同循环次数下的变化情况。
3.2 电化学容量测试电化学容量测试是评估纳米材料在充放电过程中的电容性能的重要方法。
纳米材料的特性
纳米材料的特性
纳米材料具有许多独特的特性，这些特性使其在各种领域中都具有广泛的应用前景。
以下是一些常见的纳米材料特性：
1.尺寸效应：纳米材料的尺寸通常在纳米级别，相比于宏观材料，其尺寸效应显著，导致其性能和行为发生变化。
例如，纳米颗粒的大比表面积可以增强其化学反应活性和光学性能。
2.表面效应：纳米材料的表面积与体积之比较大，因此表面效应对其性质具有显著影响。
例如，纳米材料的表面能、吸附性和电荷分布等表面特性与宏观材料不同。
3.量子效应：在纳米尺度下，量子效应开始显现，如量子限制效应、量子点效应等，这些效应导致纳米材料在光学、电学和磁学等方面表现出特殊的量子性质。
4.机械性能：纳米材料具有优异的力学性能，例如高强度、高硬度、高韧性等，这些性能使其在材料强化、纳米机械器件等方面具有重要应用价值。
5.光学性能：纳米材料的光学性能受到量子效应和尺寸效应的影响，表现出独特的光学特性，如量子点荧光、等离子体共振、表面增强拉曼散射等。
6.电学性能：纳米材料具有优异的电学性能，如高导电性、高介电常数、量子隧穿效应等，使其在电子器件、传感器、能源存储等领域具有广泛应用。
7.热学性能：纳米材料的热传导性能通常比宏观材料更好，这归因于其大比表面积和量子限制效应，因此被广泛应用于热界面材料、热导电器件等领域。
纳米材料的这些特性使其在材料科学、纳米技术、生物医学、电子器件等领域具有广泛的应用前景，对于推动科学研究和技术创新具有重要作用。
纳米材料物理化学性质
第四章纳米材料的物理化学性能纳米微粒的物理性能第一节热学性能※1.1. 纳米颗粒的熔点下降由于颗粒小，纳米颗粒的表面能高、比表面原子多，这些表面原子近邻配位不全，活性大以及体积远小于大块材料的纳米粒子熔化时所需要增加的内能小得多，这就使纳米微粒熔点急剧下降。
金的熔点：1064o C；2nm的金粒子的熔点为327o C。
银的熔点：960.5o C；银纳米粒子在低于100o C开始熔化。
铅的熔点：327.4o C；20nm球形铅粒子的熔点降低至39o C。
铜的熔点：1053o C；平均粒径为40nm的铜粒子，750o C。
※1.2. 开始烧结温度下降所谓烧结温度是指把粉末先用高压压制成形，然后在低于熔点的温度下使这些粉末结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度。
纳米颗粒尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮灭，因此，在较低的温度下烧结就能达到致密化的目的，即烧结温度降低。
※1.3. NPs 晶化温度降低非晶纳米颗粒的晶化温度低于常规粉末，且纳米颗粒开始长大温度随粒径的减小而降低。
※熔点降低、烧结温度降低、晶化温度降低等热学性质的显著变化来源于纳米材料的表（界）面效应。
第二节电学性能2.1 纳米金属与合金的电阻特性1. 与常规材料相比，Pd纳米相固体的比电阻增大；2. 比电阻随粒径的减小而逐渐增加；3. 比电阻随温度的升高而上升4. 随粒子尺寸的减小，电阻温度系数逐渐下降。
电阻的温度变化规律与常规粗晶基本相似，差别在于温度系数强烈依赖于晶粒尺寸。
随着尺寸的不断减小，温度依赖关系发生根本性变化。
当粒径为11nm时，电阻随温度的升高而下降。
5. 当颗粒小于某一临界尺寸时（电子平均自由程），电阻的温度系数可能会由正变负，即随着温度的升高，电阻反而下降（与半导体性质类似）.电子在晶体中传播由于散射使其运动受阻，而产生电阻。
※纳米材料的电阻来源可以分为两部分：颗粒组元（晶内）：当晶粒大于电子平均自由程时主要来自晶内散射界面组元（晶界）：晶粒尺寸与电子平均自由程相当时，主要来自界面电子散射•纳米材料中大量的晶界存在，几乎使大量电子运动局限在小颗粒范围。
纳米材料的电学、光学和光电性能及应用前景
光 吸 收 系 数 和 光 致 荧 光 现 象 可 使 其 应 用 于 敏 感 元 件 ， 于 其 光 电 特 性 具 有 超 快 响 应 速 度 ， 望 在 超 快 光 电 子 器 件 中 得 到 应 由 可
用。
关 键 词 ： 纳 米 材 料 ； 学 性 能 ； 学 性 能 ； 电性 能 电 光 光
中图分 类号 ：Ｎ０ Ｔ ３４ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ２ ８ ３ （ ０ ２ ０ —０ ３０ １０ ． ９ ５ ２ ０ ） ４ ０ ２ ． ５
纳 米 材 料 是 整 个 纳 米 科 学 与 技 术 领 域 重 要 组 成 部 分 ， 涉 及 纳 米 材 料 的结 构 、 能 和 应 用 ， 米 材 它 性 纳 料 的 制 备 工 艺 及 其 检 测 手 段 等 。 各 个 纳 米 研 究 领 域 ， 如 纳 米 电子 学 、 米 化 学 、 米 生 物 学 等 都 涉 诸 纳 纳
Ｅｌ ｃ ｒ ｃ， ｐ ｉ ａ ｎｄ Ｐｈｏ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ Ｐｒ ｐｅ ｔｅ ｎｄ ｅ ｔ ｉ Ｏ ｔｃ ｌａ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉ ｏ ｒ ｉ ｓ ａ Ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｆ Ｎａ — ａ ｅ Ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｐｌｃ ｔｏｎ ｏ ｎｏ Ｓｃ ｌ ｔ ｒａ ｓ
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ｒ ｓ：
Ｎａ ｏ ｓ ａ ｅ ｍ ａｅ ａｓ； ｅ ｔ ｃｔ ｒ ｐ ｒｙ； ｔｃ ｌｐｒｐｅ ｔ Ｐｈ ｔｅ ｅ ｔ ｃ ｐ ｏ ｅ ｔ ｎ — ｃ ｌ ｔｒｌ Ｅｌ ｃ ｒ ｉｙ ｐ ｏ ｅ ｔ Ｏｐ ｉ ａ ｏ ｒｙ； ｏｏ ｌｃ ｒ ｒ ｐ ｒｙ ｉ ｉ ｉ
纳米材料的电学性质研究及应用
纳米材料的电学性质研究及应用纳米材料是一种新型材料，因其特殊的尺寸效应和表面效应，具有与宏观尺寸材料不同的物理、化学和电学性质。
在过去的几十年中，纳米材料的研究和应用已经取得了长足的进展。
其中，纳米材料的电学性质研究及应用是一个重要的研究方向。
一、纳米材料的电学性质研究纳米材料的电学性质与其尺寸和形貌密切相关，主要体现在电阻率、电导率、介电常数、电荷密度等方面。
1. 电阻率随着材料尺寸的不断减小，纳米材料中电子与原子间的散射减少，导致电子传输的流动路径减短，使电阻率降低。
同时，纳米材料还存在量子尺寸效应和界面效应等因素，使其电阻率表现出复杂的尺寸依赖性。
例如，在纯银的纳米线中，当直径小于50nm时，电阻率随直径增加而降低，但当直径小于10nm时，电阻率开始升高。
2. 电导率纳米材料的电导率与电阻率有相似的尺寸依赖性。
当材料尺寸减小到一定大小时，电导率会发生突变。
这是因为纳米材料中的电子受到晶格的限制，不再能够自由运动，从而阻碍了电子的导电。
3. 介电常数介电常数主要与材料的极化和导电性质有关。
随着尺寸的减小，纳米材料中电子的极化效应和界面效应越来越明显，从而导致介电常数的改变。
例如，在氧化锌的纳米晶体中，当粒径小于50nm时，介电常数会出现明显增加。
4. 电荷密度纳米材料的电荷密度与其表面形貌和化学成分有关。
在纳米颗粒表面，由于分子结构的改变和表面能的变化，通常会出现电子传输发生和化学反应发生的巨大变化。
以上是纳米材料电学性质的主要特征，而在实际应用中，更多的是关注纳米材料的电学性质所带来的一系列重要应用。
二、纳米材料的电学性质应用纳米材料的电学性质研究为其应用提供了重要的理论基础，同时也使得其应用领域更加广泛。
1. 生物医学纳米材料的电学性质具有较高的生物相容性和生物可降解性，可以在生物医学领域中应用。
例如，利用吸附纳米颗粒的特殊表面性质，可以研制出用于医学影像学和肿瘤治疗的纳米颗粒。
2. 能源存储纳米材料的电学性质能够提高电化学能量储存和释放的效率，因此在能源存储领域中有重要应用。
纳米材料有哪四个特性
纳米材料有哪四个特性纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。
这是指纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
例如粒子直径为10纳米时，微粒包含4000个原子，表面原子占40%；粒子直径为1纳米时，微粒包含有30个原子，表面原子占99%。
纳米材料的基本特性由于纳米材料是由相当于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小单元组成，也正因为这样，纳米材料具有了一些区别于相同化学元素形成的其他物质材料特殊的物理或是化学特性例如：其力学特性、电学特性、磁学特性、热学特性等，这些特性在当前飞速发展的各个科技领域内得到了应用。
纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面原子占相当大的比例。
随着粒径减小，表面原子数迅速增加。
这是由于粒径小，表面积急剧变大所致。
由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其它原子结合。
例如：金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒空子暴露在空气中会吸附并与气体进行反应。
纳米材料的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。
随着粒径变小，表面原子所占百分数将会显著增加。
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表面。
由于纳米粒子表面原子数增多，表面原子配位数不足和高的表面能，使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很高的化学活性。
2、小尺寸效应当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电磁、热力学等待性呈现新的小尺寸效应。
例如：光吸收显著增加并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态的转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等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。
CdS纳米材料的制备及其电学性质研究
CdS纳米材料的制备及其电学性质研究近年来，纳米领域的发展引起了人们极大的兴趣和热情，纳米材料逐渐成为材料科学研究的热点之一。
CdS纳米材料作为一种新型半导体材料，具有许多优良的电学、光学性质，在光电领域、生物医学领域等方面具有广泛的应用前景。
本文将介绍CdS纳米材料的制备方法及其电学性质研究进展。
一、 CdS纳米材料的制备方法CdS纳米材料的制备方法主要包括物理和化学两种方法。
物理方法包括凝聚态法、气相法、水热法等，化学方法包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳法等。
1、水热法水热法是一种简单、低成本的化学制备方法。
通过在高温高压下使CdS纳米晶体自组装形成，能够得到高质量的CdS纳米材料。
水热法制备CdS纳米材料的步骤主要包括如下几个步骤：（1）溶液混合：将Cd(NO3)2和Na2S溶解在去离子水中，得到CdS纳米材料的前体溶液。
（2）反应条件：将前驱体溶液放入高温高压反应体系中，在一定的反应时间内进行反应。
（3）沉淀和清洗：将反应后的CdS沉淀通过离心分离，用去离子水进行多次清洗，保证产品纯度。
2、微乳法微乳法是一种新型的化学制备方法，与传统的溶胶-凝胶法相比，微乳法可以得到更为均匀的CdS纳米材料。
其制备步骤如下：（1）制备微乳：将表面活性剂、油、水混合物通过高能超声波或机械搅拌等方法均匀搅拌，制备微乳。
（2）CdS纳米材料的合成：在微乳中加入Cd(NO3)2和Na2S溶液混合，充分混合后进行加热反应。
（3）清洗和分离：将反应产生的CdS纳米材料用去离子水洗涤清洗，并离心分离沉淀，得到CdS纳米粒子。
二、CdS纳米材料的电学性质研究CdS纳米材料的电学性质是其应用范围的决定因素之一，研究CdS纳米材料的电学性质对于其应用具有重要的意义。
CdS纳米材料的电学性质主要包括导电性、能带结构和光电特性等。
1、导电性CdS纳米材料的导电性受到其晶体结构和尺寸等多种因素的共同影响。
研究发现，CdS纳米材料呈现出明显的尺寸效应，纳米粒子尺寸越小，其导电性越强。
纳米材料的电学性能
外界因素对金属纳米丝电导影响
研究表明，金属纳米丝电导受很多外界因 素的影响，例如：
✓ 污染，影响电导分布，如在0.5G0、1.5G0等处出现峰值。
✓ 电子自旋（主要针对铁磁性过度组金属，Ni在无外加磁场时， G0=2e2/h，外加饱和磁场时，G0=e2/h）
✓ 外加电压
与金相比，其它金属纳米丝的量子化电导现象研究很少，有些实验结 果也不一致。大多数金属的接触点在分离前最后一个电导的台阶在G0附近， 但目前尚不清楚在什么条件下能使量子化的电导为G0的整数倍或半整数倍，
统计表明，大部分电导分布在1G0附近，少部分分布在1.5-2G0附近 对于丝单在价断金裂属前，均单出个现原上子图的(a)接、触(b)电的导单接原近子于连接1G过0，程所。以图中的电导接近 1G0的金
电导平台形成的原因
图 (a)中，金原子的突然断裂造成在[100]方向仅有 1G0 的电导平台，如 图(d)插图中的曲线 a 所示。在[111]方向，有文献报导亦能形成单原子链， 但电导亦趋向于从 3G0 到 2G0 到 1G0 连续变化，如图(d)插图中曲线b所示。 在[110]方向，由于形成纳米杆状连接，变形时纳米杆在3～4个原子厚度的 直径时会发生突然的脆性断裂，导致电导曲线没有 1G0，而只有较高次的 2G0 平台，如图(d)中曲线 c 所示。因此，金的电导与塑性变形机制相关。晶 体学分析表明，塑性变形时金的滑移面为（111）面，滑移方向为[110]方向。 在纳米金丝中，考虑[100]和[111]方向的滑移，则有三个[100]方向，4个[111] 方向和6个[110]滑移方向，即共有13个滑移方向。由于在[100]和[111]方向断 裂前均能产生单原子连接，因此电导分布图中位于 1G0 的电导的几率为（3 ＋4）/13=54％，其中包括由 2G0 到 1G0 的几率 4/13。2G0 电导应出现在 [110]方向上，几率应为 6/13＝46％，但图(d) 的统计分布图表明分布在 2G0 的几率远小于 46％。这可能是由于几纳米尺度的金丝的变形机制与块体金 有明显的不同而引起的，即几纳米直径的金丝在[110]易滑移方
纳米材料的结构及其性能
纳米材料的结构及其性能摘要：介绍了纳米材料的基本概念，纳米材料基本组成单位，四个效应及相关纳米材料的性能。
关键词：纳米材料结构性能20世纪90年代，以前人们从未探索过的纳米物质（Nanostructured materials）一跃成为科学家十分关注的研究对象。
新奇的纳米材料刚刚诞生才几年，以其所具有的独特性和新的规律，如材料尺度上的超细微化而产生的表面效应、体积效应、量子尺寸效应、量子隧道效应等及由这些效应所引起的诸多奇特性能，已引起世界各国科技界及各国政要的高度重视，使这一领域成为跨世界材料科学研究领域的"热点"。
1999年12月14日，美国总统科学和技术顾问委员会（PCAST）致函克林顿，极力推荐美国国家科学和技术委员会（NSTC）的提议，即从2001年度财政预算中开始实施"国家纳米技术推进计划"（National Nanotechnology Initiative--NNI）,引起克林顿的高度重视。
2000年1月2日，克林顿签发执行令，决定将NNI 列为美国科技领域最优先发展的计划，并在2000年度财政预案中专为此项计划追加2.25亿美元，与2000年度相比增加了84%。
美国政府这一举措引起了世界范围的广泛关注，新一轮科技竞争已经在或明或暗的气氛中形成，纳米或纳米技术背后隐藏着的巨大商机开始显现，有资料表明，1999年全球纳米技术的生产值达500亿美元，预计到2010年将达到14400亿美元。
1、纳米和纳米材料纳米是一种长度的量度单位，1纳米（nm）等于10-9米，1nm的长度大约为4到5个原子排列起来的长度，或者说1nm相当于头发丝直径的10万分之一。
在英语里纳米用nano 表示，NANO一词源自拉丁前缀，矮小之意。
纳米结构（nanostructure）通常是指尺寸在100nm以下的微小结构。
纳米材料（nanostructure materials或nanomaterials）是纳米级结构材料的简称。
碳纳米材料的电化学性能研究
碳纳米材料的电化学性能研究在过去的几十年中，纳米科学和纳米技术的发展引起了巨大关注。
纳米材料因其独特的物理和化学特性，被广泛应用于各个领域，包括电子、能源、催化等。
碳纳米材料作为一类重要的纳米材料，在电化学领域展现出了巨大的潜力。
本文将重点介绍碳纳米材料的电化学性能研究，并探讨其在能源存储和转换领域的应用。
一、碳纳米材料的种类及制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米结构材料，具有高度的晶体结构和表面活性。
常见的碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯和纳米多孔碳等。
碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，在电催化、电池和超级电容器等领域有广泛的应用。
石墨烯是由碳原子构成的单层薄片，具有高度的导电性和导热性，在电极材料和催化剂中有广泛的应用。
纳米多孔碳具有大比表面积和高孔容量，可用于储能、分离和催化等方面。
碳纳米材料的制备方法多种多样，常见的方法包括化学气相沉积、机械剥离法和热处理法等。
化学气相沉积是一种常用的碳纳米管制备方法，通过将碳源在高温下分解，碳原子重新排列形成碳纳米管。
机械剥离法是制备石墨烯的一种有效方法，通过对石墨进行机械剥离，获得单层的石墨烯。
热处理法是一种制备纳米多孔碳的方法，通过选择合适的碳源和炭化温度，在高温下形成多孔的碳材料。
二、碳纳米材料的电化学性能研究方法为了充分发挥碳纳米材料的优异性能，在电化学应用中需要深入研究其电化学性能。
常用的研究方法包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和电化学测试等。
扫描电子显微镜和透射电子显微镜可以用于观察碳纳米材料的形貌和结构特征。
通过SEM和TEM的观察，可以了解碳纳米材料的形貌、尺寸和分散性等。
X射线衍射可以用于分析碳纳米材料的晶体结构和晶格常数，从而得到其晶体学信息。
电化学测试是评估碳纳米材料电化学性能的重要方法。
常见的电化学测试包括循环伏安法（CV）、恒流充放电测试、交流阻抗谱（EIS）等。
循环伏安法可以通过对碳纳米材料施加不同的电压，得到材料的电流-电压曲线，从而了解其电化学活性和电子传递性能。
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。
纳米材料的优缺点
纳米材料的优缺点纳米材料是指在纳米尺度下制备的材料，尺寸通常小于100纳米。
纳米材料具有许多独特的优点，但也存在一些缺点。
首先，纳米材料具有较大的比表面积。
由于其粒径较小，纳米材料的比表面积较大，使其具有较高的反应活性。
这使得纳米材料在催化、吸附、传感等领域表现出优越的性能，极大地提高了其应用的效率和效果。
其次，纳米材料具有良好的力学性能和改性能。
纳米材料具有高强度、高硬度和优良的韧性等特点，这些特性使得纳米材料能够满足各种科学和工程领域的需求。
此外，通过改变纳米材料的成分、形状和结构等，还可以进一步调控其性能，实现对材料的定制化设计和功能化。
第三，纳米材料具有独特的光学和电学性能。
由于纳米材料的尺寸接近可见光和电磁波的波长，其在光学和电学领域表现出非常特殊且优异的性能。
例如，纳米材料可以表现出色散、反射、透射等光学效应，还可以实现透明导电、量子效应等电学特性，因此在光电子器件、光催化等领域有着广泛的应用前景。
然而，纳米材料也存在一些缺点。
首先，纳米材料的制备和加工技术相对较为复杂。
由于纳米材料的尺寸和形状具有极高的要求，因此需要使用一系列精密的制备和加工技术。
这不仅增加了纳米材料的制备成本，还限制了其规模化生产的难度。
其次，纳米材料的生态和安全性问题亟待解决。
由于纳米材料具有较强的反应活性和可溶性，一些纳米材料可能对环境和人体产生一定的风险和危害。
因此，纳米材料的环境和安全性评估需要加强，制定相关的标准和规范以确保其安全应用。
总结起来，纳米材料具有许多优点，如较大的比表面积、良好的力学性能和改性能，以及独特的光学和电学性能。
然而，纳米材料的制备和加工技术复杂，生态和安全性问题仍然需要关注和解决。
随着科学技术的不断进步，纳米材料的应用前景仍然十分广阔。
纳米材料在电化学储能中的应用
纳米材料在电化学储能中的应用随着科技的不断进步，电化学储能技术在能源存储和转换领域扮演着至关重要的角色。
纳米材料作为一种新型材料，在电化学储能中展现出了其独特的优势和广阔的应用前景。
本文将探讨纳米材料在电化学储能中的应用，以及其对能源存储和转换领域的影响。
一、纳米材料对电化学储能性能的增强纳米材料具有高度的比表面积和丰富的表面活性位点，这使得它们在电化学储能中能够提供更多的反应界面和储能位，从而增强了储能性能。
例如，在锂离子电池中，纳米材料能够提供更多的锂离子扩散路径和更短的离子扩散距离，从而提高了电池的充放电速度和循环寿命。
此外，纳米材料还可以通过调控其晶体结构和微观形貌来进一步优化电化学储能性能。
通过合理设计纳米材料的形貌、尺寸和结构，可以实现储能材料的高效储能、快速电荷传输和优异的循环稳定性。
例如，通过制备纳米多孔材料，可以大大增加其储能表面积和电子传输通道，提高电子和离子传输速率，并降低电荷储存和释放过程中的能量损失。
二、纳米材料在锂离子电池中的应用锂离子电池作为一种重要的电化学储能设备，在便携电子产品、电动汽车和储能电网等方面有着广泛的应用。
纳米材料在改善锂离子电池性能方面发挥了重要的作用。
首先，纳米材料可以作为锂离子电池的正负极材料。
以纳米二氧化钛为例，其具有高度的比表面积和优异的电导率，能够提供更多的反应界面和电子传输通道，并且具有优异的循环稳定性。
此外，纳米二氧化钛还能够提高锂离子电池的储能密度和循环寿命。
其次，纳米材料可以作为锂离子电池的电解质添加剂。
添加纳米材料能够有效提高电解质的离子传导性能，减小电解质阻抗，从而提高锂离子电池的充放电速度和功率密度。
例如，纳米氧化铝的添加可以提高电解质的离子传导性能，并增加电解质的机械强度和热稳定性。
三、纳米材料在超级电容器中的应用超级电容器作为一种能量储存和释放速度极快的电化学设备，在可再生能源存储和移动电子器件中具有广泛的应用前景。
纳米材料在提高超级电容器性能方面发挥了重要作用。
纳米材料的电学性质及其在电子器件中的应用
纳米材料的电学性质及其在电子器件中的应用随着科技的不断进步，人类对于物质的控制程度越来越高。
纳米材料作为新型材料中的佼佼者，其独特的电学性质正引起越来越多的关注。
本文将从材料学的角度出发，简要介绍纳米材料的电学性质，并探讨其在电子器件中的应用。
一、纳米材料的电学性质纳米材料因其具有尺寸小、比表面积大、量子效应等特征，在电学性质上与宏观材料有很大的不同。
下面我们将从导电性、阻挡效应、光电性能等几个方面来看。
（一）导电性纳米材料的导电性与其表面电子状态有关。
当纳米材料尺寸缩小至几十纳米以下，其表面所占比例就越来越大。
而表面电子状态与材料尺寸和表面结构有关，当表面电子态密度不断增大时，会使导电性逐渐增强。
（二）阻挡效应当材料尺寸缩小至纳米级别时，其电子波长与材料尺寸相近，会产生量子效应，形成电子驻留态，从而出现阻挡效应。
在这种效应下，当电子从材料中吸收能量时，其仅能在一定的能量范围内进行运动，不能完成整个波长的运动，从而使电子不能通过纳米尺寸的材料，呈现出与材料厚度成反比的障壁。
这种效应的存在，增加了纳米材料在器件中的应用广度和深度。
（三）光电性能在纳米级尺寸下，量子效应也可以发挥其独特作用，使材料产生显著不同于大尺寸材料的光电性能。
一方面，当电界强度足够时，可以形成电子空穴对，从而使材料具有非线性光吸收特性；另一方面，由于量子效应的存在，纳米尺寸的材料可以对不同波长的光产生明显的吸收峰，从而可以用于太阳能电池、光催化等光伏应用。
二、纳米材料在电子器件中的应用（一）传感器纳米级传感器可以利用纳米材料的表面电子特性和量子效应，高效地传递电子信号，从而满足传感器对灵敏度、快速响应的要求。
同时，低维纳米材料的高表面积、多孔结构使其具有极高的吸附能力，将分子吸附在表面，形成电容变化，从而实现对于物质的检测。
（二）光电器件在光电器件方面，纳米材料的应用也具有重要的意义。
例如，纳米级量子点可以将光能转化为电能，形成高效的太阳能电池；纳米级光学波导和谐振腔可以实现高效率的激光器和LED器件，还可以利用纳米尺寸材料的表面等离子共振现象，实现超薄、柔性的太阳能电池。
纳米材料的电化学性能测试技巧与注意事项
纳米材料的电化学性能测试技巧与注意事项纳米材料的电化学性能测试是研究纳米材料在电化学反应中的行为和性质的重要手段。
电化学性能测试可以评估纳米材料的电化学活性、电催化性能、电导率等参数，为纳米材料在能源存储、传感器、催化等领域的应用提供基础数据。
然而，由于纳米材料的特殊性质和表面效应，对其进行电化学性能测试需要注意一些技巧和事项。
一、电化学性能测试技巧1. 选择合适的电极材料：纳米材料通常被用作电极材料或在电极表面修饰，因此选择合适的电极材料是电化学性能测试的关键。
常见的电极材料包括金、银、铂、碳等，应根据纳米材料的特性和测试目的选择合适的电极材料。
2. 考虑纳米材料的负载量：在测试纳米材料的电化学性能时，应考虑纳米材料的负载量对测试结果的影响。
过高的负载量可能会引起电化学反应的限制性扩散，从而影响测试结果的准确性。
因此，需在测试前进行合理的纳米材料负载量的控制。
3. 选择适当的电位扫描速率：电位扫描速率是电化学性能测试过程中的一个重要参数。
过高的电位扫描速率可能导致纳米材料的电极过程不可逆，从而影响测试结果的可靠性。
相应地，较低的电位扫描速率可以提供更详细和准确的电化学信息。
4. 优化测试条件：测试纳米材料的电化学性能时，应优化测试条件以获取最佳的电化学响应。
常见的测试条件包括电解质浓度、pH 值、温度等。
通过调节这些条件可以获得更可靠和重复性的测试结果。
5. 使用循环伏安法进行稳定性测试：纳米材料的稳定性是评估其应用潜力的重要参数之一。
循环伏安法可以通过周期性的电位扫描测试来评估纳米材料的稳定性。
通过监测纳米材料的电化学响应随时间的变化，可以了解纳米材料在电化学反应中的失活机理和稳定性。
二、电化学性能测试注意事项1. 防止氧气污染：纳米材料的电化学性能测试应在惰性气体（如氮气或氩气）保护下进行，以防止氧气的存在导致测试结果的失真。
氧气的存在可能引起氧还原反应，干扰纳米材料的电化学行为。
2. 掌握正确的电极制备方法：电极的制备对于电化学性能测试是至关重要的。
纳米尺度下材料的电化学性能检测方法解析
纳米尺度下材料的电化学性能检测方法解析电化学性能检测是研究材料在电化学环境中的表现和性能的重要手段，对于材料科学与工程领域的研究和应用具有重要意义。
尤其在纳米尺度下，材料的电化学性能因受限于其尺寸和表面特性的改变而发生显著变化，因此需要有专门的方法来解析和评估。
在纳米尺度下，材料的电化学性能检测方法主要包括电化学循环伏安法（CV）、交流阻抗谱法（EIS）、恒电流充放电法（CD）、循环伏安谱法（CVP）等，这些方法各具特点，可以从不同的角度来研究材料的电化学行为。
电化学循环伏安法是最常用的电化学测试方法之一，可以提供材料的电化学反应动力学和电化学活性表面积等信息。
在实验中，施加一定的电势范围，通过观察电流-电势曲线的变化来研究材料的电化学行为。
CV方法通常用于研究电化学催化剂、电化学传感器和电池材料等。
交流阻抗谱法是一种用来研究材料的电化学过程和界面特性的非破坏性测试方法。
通过施加交变电压，测量材料的交流电阻和相位变化来分析电化学界面的反应机制。
EIS方法可以得到材料的电学性能参数，如电极电荷转移阻抗、电解质电阻、双电层电容等，对于研究材料的电子传导和离子传输过程非常有帮助。
恒电流充放电法主要用于研究材料的储能性能和导电性能，例如电池材料的电化学性能评价。
利用恒定电流施加不同时间的充电和放电过程，测量电流-时间曲线来分析材料的电化学行为和电化学储能能力。
CD方法可以提供材料的充放电容量、电荷传输速率等信息，对于新型电池材料的开发和优化具有重要作用。
循环伏安谱法是将CV和EIS方法相结合的一种研究电化学行为的综合测试方法。
该方法通过在循环伏安测试过程中进行频率扫描，同时测量电流-电势和交流阻抗，可以获取更全面的材料电化学特性信息。
CVP方法具有高分辨率和高灵敏度的优点，可以用于研究材料的催化活性、氧化还原行为和电极界面特性等。
此外，还有一些衍生的电化学性能检测方法，例如差分脉冲伏安法（DPV）、差示脉动伏安法（DHPV）等，可以用于独特的材料性能研究和分析。
纳米材料的电学特性
J=nqv
或
J=I/S
由
R =V/I
J=E/ρ=Eσ
J：电流密度：
R=ρh/ S
E：电场强度；
E= V/ h
：载流子旳迁移率；
q：一种载流子旳电荷
n：载流子旳浓度.
欧姆定律最一般旳形式
电导率（σ）与迁移率（μ）：σ＝J/E＝nqv/E=nqμ
载流子旳迁移率旳物理意义为：载流子在单位 电场中旳迁移速度。电导率旳一般体现式为
低温时大致和T5成正比； ➢ 含杂质和缺陷旳金属旳电阻是纯金属电阻加上和
温度有关旳一种电阻值。
金属导电旳理论旳发展
• 经典自由电子理论 • 量子自由电子理论 • 能带理论
kz
O
ky
kx
状态代表点在k空间中旳分布
f(E)—E旳关系曲线
能带理论
• 上世纪30年代初布洛赫和布里渊等人研究了周期 场中运动旳电子性质，为固体电子旳能带理论奠 定了基础。
在外电场E旳作用下， 金属中旳自由电子旳加速度：a==eE/m e 电子每两次碰撞之间旳平均时间2； 松弛时间 ，与晶格缺陷和温度有关，温度越高， 晶体缺陷越多电子散射几率越大， 越小； 单位时间平均散射次数1/2 ；电子质量m e； 自由电子旳平均速度：v= eE/m e ； 自由电子旳迁移率： e=v/E= e/m e ；
固体电解质旳离子传导机理
晶格导电通道概貌
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
体心立方晶格导电通道
面心立方晶格导电通道
六方密堆积旳晶格导电通道
离子导电旳种类
•本征导电------晶格点阵上旳离子定向运动（热缺 陷旳运动）。
纳米材料的电化学性质研究方法和技巧
纳米材料的电化学性质研究方法和技巧导言：纳米材料是一种具有特殊结构和性质的材料，其在电化学领域中的应用潜力巨大。
为了深入了解纳米材料的电化学性质，科研人员需要借助一系列研究方法和技巧。
本文将介绍纳米材料电化学性质研究的常用方法和技巧。
一、电化学实验技术的基本原理电化学实验技术是研究纳米材料电化学性质的基础。
首先，科研人员需要了解电化学实验中的基本原理。
电化学反应可以分为氧化反应和还原反应，通过控制电势和电流，可以实现材料的电荷转移过程。
电化学实验技术还可以用于测量纳米材料的电导率、电容等电化学性质。
二、电化学界面的构建与调控电化学界面是纳米材料电化学性质研究的关键。
科研人员需要构建一个稳定的电化学界面，以保证实验结果的可靠性。
常用的方法包括在电极表面修饰纳米材料、调控电解质溶液的成分和浓度等。
此外，还可以利用表面修饰剂来调控纳米材料的电化学性质，并实现对界面的定向控制。
三、纳米材料电化学性能的表征表征纳米材料电化学性能是研究的重要环节。
科研人员可以利用循环伏安法、恒电位法、交流阻抗法等电化学实验技术来测定材料的电化学性质。
此外，还可以使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）等表征手段来研究材料的表面形貌和结构特征。
通过这些表征手段，科研人员可以对纳米材料的电化学性质进行全面的分析和评估。
四、纳米材料的合成与修饰纳米材料的合成与修饰是实现其电化学性质优化的重要手段。
科研人员可以利用溶剂热法、气相沉积法、原位合成法等方法来合成纳米材料。
此外，通过表面修饰、掺杂控制等手段，还可以改变纳米材料的结构和组成，从而调控其电化学性质。
合理的纳米材料合成与修饰能够提高其活性表面积和离子扩散速率，增强其电化学性能。
五、纳米材料的应用前景与挑战纳米材料在能源转换与储存、催化剂、传感器等领域具有广泛的应用前景。
科研人员在研究纳米材料电化学性质的同时，还需要关注其应用时可能面临的挑战。
纳米材料的电学性能
纳米金属块体材料的电导
纳米金属块体材料的电导随着晶粒尺 寸的减小而减小而且具 有负的电阻温度系数，已被实验所证 实。
纳米Ag块体的电阻温度系数与晶粒尺寸的关系
左图是纳米晶Ag块体的组成粒度 和晶粒度对电阻温度系数的影响。当 Ag块体的组成粒度小于18nm时，在 50～250K的温度范围内电阻温度系数 就由正值变为负值，即电阻随温 度的升高而降低。
1、电阻温度系数 由正变负
当Ag粒度由20nm降为11nm时，样品的电阻 发生了1～3个数量级的变化。这是由于在临 界尺寸附近，Ag费米面附近导电电子的能级 发生了变化，电子能级由准连续变为离散， 出现能级间隙，量子效应导致电阻急剧上升。 根据久保理论可计算出Ag出现量子效应的临界 尺寸为20nm。
粒度对电阻的影响 （a）粒度为11nm （b）粒度为18nm （c）粒度为20nm
2、电阻急剧增大
纳米金属丝的电导量子化及特征
金纳米丝的电导呈现台阶型的变化，台阶高度为电导量子
G 0 2e 2 h＝7.75×10－5－1 ，电导量子 G 0 可由测不准原理求
得。根据电导定义 G I V ，V 为电位差，电流 I 为单位时
间 t 通过的电量 Q 。由于量子限制，对于一个单通道的电
荷为 Q e ，电化学位差为 E eV ，由此可得出：
e2 G
Et
根据测不准原则
Et
≥h
，得到：G≤
2e 2 h
第四章 纳米材料的特异性质
应用:
利用宽频带强吸收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。此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等。 隐身就是把自己隐蔽起来，让别人看不见、测不到。
隐型飞机就是让雷达探测不到，它是在机身表面涂上红外 与微波吸收纳米材料来实现的，因为雷达是通过发射电磁 波再接收由飞机反射回来的电磁波来探测飞机的。1991年 海湾战争中，美国F117A型飞机的隐身材料就是含有多种 纳米粒子，故对不同的电磁波有强烈的吸收能力。在42天 战斗中，执行任务的的飞机1270架，摧毁了伊拉克95%的 军大事块设金施而美国战机无一受损。
（2）蓝移现象
与大块材料相比，纳米微粒的 吸收带普遍存在“蓝移”现象， 即吸收带移向短波方向。例如， 纳米SiC颗粒和大块SiC固体的峰 值红外吸收频率分且是814cm-1 和794cm-1。纳米氮化硅颗粒和 大 块 Si3N4 ， 固 体 的 峰 值 红 外 吸 收 频 率 分 别 是 949cm-1 和 935 cm-1 。由不同粒径的Si纳米微粒 纳吸大收块光金谱看出，随着微粒尺寸 的变小而有明显的蓝移。
应用:
利用不同粒径纳米颗粒的 蓝移现象可以设计波段可 控的新型吸收材料。
大块金
（3） 吸收光谱的红移现象
• 有时候，当粒径减小至纳米级时，会观察到光吸收带 相对粗晶材料的“红移”现象。例如，在200－1400nm 范围，块体NiO单晶有八个吸收带，而在粒径为54－ 84nm的NiO材料中，有4个吸收带发生兰移，有3个吸 收带发生红移，有一个峰未出现。
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米联接和原子联接的
HRTEM照片：(a) [100]方
向形成的直径约为1nm的
金丝和单原子连接，(b)
[111]方向形成的只有一
个金原子连接的双“金
字塔”型收缩区，(c)
[110]方向形成的杆状连
接，(d)
金纳米丝500条曲线的台
统计表明，大部分电导阶分分布布在，1插G0图附表近示，少样部品分分布在1.5-
量 。由于量子限制，对于一个单通道的电
荷为 可得出：
，电化学位e 2差为 G Et
，由此
根据测不准原则Et h
≥
G，得2e2到：
h
≤
式中因子2来自于电子的自旋。因此，每个通
道的最G大0电 导2e不2 h能大于
。
纳米金属丝电导的测量方法 主要包括：
✓ 扫描隧道显微镜（STM）
✓ 机械可控劈裂结（MCBJ）
STM方法测量金属丝电导的基本工作 原理示意图
STM测量Au纳米丝电导
(b) 对应的金纳米丝联接形成及分离
(a) 用STM形成金纳米颗粒联接及分离过程 过程中电导呈台阶式变化（ T≈4.2
示意图 图(a)中上部三个图表示STM 针尖接近样品表面过程中形成纳 米丝连接，下部三个图表明针尖 分离时同样形成纳米丝。
✓ 纳米晶金属块体材料的电导随着晶粒度的减小而减小。 ✓ 电阻的温度系数亦随着晶粒的减小而减小，甚至出现 负的电阻温度系数。 ✓ 金属纳米丝的电导被量子化，并随着纳米丝直径的减 小出现电导台阶、非线性的 I-V 曲线及电导振荡等粗晶
纳米金属块体材料的电导
纳米金属块体材料的电导随
着晶粒尺寸的减小而减小而
图中向上箭头及灰色线a表明形成纳米丝接 时电导呈台阶式的上升，向下的箭头及黑 示形成的纳米丝连接分离式电导呈现台阶 在 1G0 附近形成较长的电导平台。
机械可控劈裂结（MCBJ）显微图和整 体结构示意图
可控地分离连接点，即可控制地拉 伸金属丝以形成几个纳米直径的连接区
断裂前出 现单原子
连接
用MCBJ方法制备的金纳
2G0附近
断裂前的电导曲
对于单价金属，单个线原，子显的示接出触最电后导一接个近电于 1G0，所以图中
电导平台形成的原因
图 (a)中，金原子的突然断裂造成在[100]方向仅有 1G0 的电导平台，如图(d)插图中的曲线 a 所示。在[111] 方向，有文献报导亦能形成单原子链，但电导亦趋向于 从 3G0 到 2G0 到 1G0 连续变化，如图(d)插图中曲线b所 示。在[110]方向，由于形成纳米杆状连接，变形时纳米 杆在3～4个原子厚度的直径时会发生突然的脆性断裂， 导致电导曲线没有 1G0，而只有较高次的 2G0 平台，如 图(d)中曲线 c 所示。因此，金的电导与塑性变形机制相 关。晶体学分析表明，塑性变形时金的滑移面为（111） 面，滑移方向为[110]方向。在纳米金丝中，考虑[100]和 [111]方向的滑移，则有三个[100]方向，4个[111]方向和6 个[110]滑移方向，即共有13个滑移方向。由于在[100]和 [111]方向断裂前均能产生单原子连接，因此电导分布图 中位于 1G0 的电导的几率为（3＋4）/13=54％，其中包 括由 2G0 到 1G0 的几率 4/13。2G0 电导应出现在[110]方 向上，几率应为 6/13＝46％，但图(d) 的统计分布图表 明分布在 2G0 的几率远小于 46％。这可能是由于几纳 米尺度的金丝的变形机制与块体金有明显的不同而引起降低。源自纳米Ag块体的电阻温度系数与晶
粒尺寸的关系 左图是纳米晶Ag块体的 组成粒度和晶粒度对电阻 温度系数的影响。当Ag块 体的组成粒度小于18nm时， 在50～250K的温度范围内 电阻温度系数就由正值变 为负值，即电阻随温 度的升高而降低。
1、电阻温度系数 由正变负
2、电阻急剧增大
当Ag粒度由20nm降为11nm时，样品的电阻 发生了1～3个数量级的变化。这是由于在临 界尺寸附近，Ag费米面附近导电电子的能级 发生了变化，电子能级由准连续变为离散， 出现能级间隙，量子效应导致电阻急剧上升。 根据久保理论可计算出Ag出现量子效应的临界 尺寸为20nm。
粒度对电阻的影响 （a）粒度为11nm （b）粒度为18nm （c）
纳米金属丝的电导量子化 及特征
金纳米丝的电导呈现台阶型的变化，台阶
高G0 度 为2e 2电h 导量子
G0
＝7G.75I ×V10－5V－1 ，电导量子I 可
由测t 不准原理求Q得。根据电导定义
，
为电位Q 差 e，电流 为单位E 时e间V 通过的电
3.2 纳米材料的电学 性能
3.2.1 纳米晶金属的电导
• 纳米晶金属电导的尺寸效应 • 纳米金属块体材料的电导 • 纳米金属丝的电导量子化及特征 • 电导波动及巨电导振荡
3.2.2 单电子效应及其应用
• 单电子效应的基础知识 • 单电子效应的应用
3.2.3 纳米材料的介电性能
• 介电常数和介电损耗 • 纳米BaTiO3基材料的介电性能
且
具
有负的电阻温度系数，已被
实验所证实。
电阻率与晶粒尺寸和温度的关系
晶粒越 细电阻 率越高， 温度越 高电阻 率越高。
晶粒尺寸和温度对纳米 Pd块体电阻率的影响
左图为Gleiter等 人对纳米Pd块体的 比电阻的测量结果， 表明纳米Pd块体的 比电阻均高于普通 晶粒Pd的比电阻， 晶粒越细，比电阻 越高。且电阻率随 温度的上升而增大。 温度为150K时，晶 粒尺寸为10nm的Pd 的电阻率比微米级
式中，L 表示晶格振动散射的影响，与r 温度相关。 表
示杂质与缺陷的影响， 与温度无关 ，它是温度趋近于绝对零
度时的电阻值， 称为剩余电阻。杂质、缺d陷dT可以改变金属电
阻的阻值，但不改变电阻的温度系数
。
纳米晶金属电导的尺寸效 应
对于粗晶金属，在杂质含量一定的情况下，由于 晶界的体积 分数很小，晶界对于电子的散射是相对稳定的。因此普通的粗晶 和微米晶金属的电导可以认为和晶粒大小无关。 由于纳米晶材料中含有大量的晶界，且晶界的体积分数随晶粒尺 寸的减小而大幅度上升，此时，纳米材料的界面效应对剩余电阻 的影响是不能忽略的。因此，纳米材料的电导具有尺寸效应，特 别是晶粒小于某一临界尺寸时，量子限制将使电导量子化 （Conductance Quantization ）。因此纳米材料的电导将显示出许多 不同于普通粗晶材料电导的性能，例如：
纳米Pd块体的直流电阻温度系 数
左图是Gleiter等人
测量得到的纳米晶Pd
块体的直流电阻温度
系数与晶粒直径的关
系。可知，随着晶粒
尺寸的减小，电阻温
度系数显著下降，当
晶粒 尺寸
晶粒尺寸小于某一临 界值时，电阻温度系
减小， 数 就 可 能 变 为 负
电阻
纳米晶Pd块体的直流电阻 温度
值。
温度系数和晶粒尺寸的关系系数
什 么
性势场中运动，电子的稳定状态是布洛赫波描述的状 态，这时不存在产生阻力的微观结构。对于不完整晶
？
？
体，晶体中的杂质、缺陷、晶面等结构上的不完整性
以及晶体原子因热振动而偏离平衡位置都会导致电子
偏离周 期性势场。这种偏离使电子波受到散射，这就
是经典理论中阻力的来源。这种阻力可用电阻率 来
表示： L r
3.2.1纳米晶金属的电 导
纳米晶金属电导的尺寸效应 在一般电场情况下，金属和半导体
的导电均服从欧姆定律。 稳定电流密度j与外加电场成正比：
j E
式中，σ为电导率，单位为s∙m-1，
其 倒数为电阻率 。
稳定电流密度的条件:电子在材料内部受到的阻力正好与电
电阻与晶体结构的关系
为
由固体物理可知，在完整晶体中，电子是在周期