第二章纳米材料的理化特性综述
纳米材料性质
当材料处于纳米晶状态时，材料的固溶扩散 能力往往提高
无论液相还是固相都不混溶的金属，在处于纳 米晶状态时，会发生固溶，产生合金。典型的 例子是Ag-Fe，Ti-Mg，Cu-Fe系统
许多实验证明固溶能力的提高源于界面的弹性 应变
增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使 纳米结构材料的烧结温度大大的降低
纳米微粒与大块材料相比，其吸收带普遍存在“蓝 移”现象，即吸收带移向短波方向。
纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的红外吸收频率 峰值分别是814cm－1和794cm－1。纳米碳化硅颗粒的 红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm－1
纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的峰值红外吸收 频率分别是949cm－1和935cm－1，纳米氮化硅颗粒的 红外吸收频率比大块固体蓝移了14cm－1
随着微粒的粒径减小，微粒表面的光滑程度也 会相应变差，由此形成更多的凹凸不平的原子 台阶，可以增加化学反应的接触面，这是提高 催化作用的必要条件。
上海浦东88层金 贸大厦，用玻璃 幕墙饰面的世界 第三高楼，高达 420.5m。10余位 大厦外墙清洁工 用钢缆吊在高空 洗刷大厦的外墙， 终年在此打扫 （当他们从顶层 打扫到底层时， 顶层的外墙又已 经需要清扫了）。
特殊的磁学性质
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 20nm以下 时，其矫顽力可增加一千倍；若进一步减小其尺寸，大约 小于 6nm时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超顺磁性
人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁 细菌等生物体中存在超微的磁性颗粒，使这类生物在地磁 场导航下能辨别方向，具有回归的本领
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，纳米半 导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和 最低未被占据的分子轨道能级而使能隙变宽， 上述现象均称为量子尺寸效应
纳米材料的原理特性应用
纳米材料的原理特性应用1. 纳米材料的定义纳米材料是一种材料，其尺寸在纳米级别（10-9米）范围内。
纳米材料在表面积、光学、电学、磁学等性质上表现出与传统材料不同的特性。
纳米材料的制备需要利用纳米技术，如纳米颗粒的合成、控制和组装等。
2. 纳米材料的原理纳米材料的特性主要是由其尺寸和结构所决定的。
在纳米尺寸下，纳米材料的表面积相比体积更大，这导致了一系列特殊的物理和化学性质。
2.1 表面效应由于纳米材料的表面积相对较大，表面原子和分子与周围环境的相互作用更加显著。
这导致纳米材料在催化、吸附和光学等方面表现出优异的性能。
例如，纳米金的表面可用于催化反应，纳米二氧化钛可以吸附有机物质，并展示出优异的光催化性能。
2.2 量子效应当材料尺寸缩小到纳米级别时，量子效应开始显现。
量子效应在电学、光学和磁学性质中具有重要作用。
例如，纳米金颗粒的电学性质会发生变化，可以用于制备导电油墨和柔性电子器件。
纳米量子点在光学上表现出材料的优异性能，可用于制备高效的太阳能电池和LED。
2.3 界面效应纳米材料中的界面效应也是其特性的重要来源。
当不同材料的纳米颗粒接触时，界面上的原子和分子之间会发生相互作用，导致材料性质的变化。
界面效应在纳米复合材料的制备和性能调控中起着重要作用，如纳米复合材料的增强和导电性能的调控。
3. 纳米材料的特性纳米材料相比传统材料具有许多特殊的物理、化学和生物学特性。
3.1 优异的力学性能纳米材料的力学性能受其尺寸的影响。
纳米颗粒具有较高的硬度和强度，同时保持良好的延展性。
这使得纳米材料在增强性能和制备高强度材料方面具有巨大潜力。
3.2 卓越的热学性能纳米材料的热导率较高，具有优异的热稳定性。
纳米材料可以用于制备高效的热界面材料和热电材料。
3.3 独特的光学性能纳米材料在光学方面表现出许多独特的特性。
纳米颗粒的表面等离子共振现象可以实现各种颜色的调控，因此纳米材料在颜色过滤器、显示器和传感器等方面有广泛的应用。
化学中的纳米材料科学知识点
化学中的纳米材料科学知识点纳米材料是指至少在一个尺寸范围内具有一个或多个尺寸小于100纳米的材料。
纳米材料的研究兴起于20世纪90年代，随着技术的进步和科学的发展，纳米材料在化学领域中扮演着重要的角色。
一、纳米材料的定义和特点纳米材料通常是由许多个纳米粒子组成的，这些纳米粒子具有特殊的物理和化学性质。
纳米材料的特点包括以下几个方面：1. 尺寸效应：当材料的尺寸减小到纳米级别时，其物理和化学性质会发生显著变化。
2. 量子效应：纳米材料中的电子、光子等粒子表现出与宏观材料不同的行为，显示出量子效应。
3. 表面效应：纳米材料的表面积相比于体积更大，表面上的原子和分子与周围环境的相互作用更加明显。
二、纳米材料的制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过溶胶状态中的小颗粒到凝胶状态的沉淀，得到纳米材料。
2. 熔融法：通过材料的熔化和快速冷却，形成纳米粒子。
3. 气相法：通过在高温下使气体或蒸汽的粒子聚集形成纳米颗粒。
4. 暴露还原法：通过还原剂的作用，还原纳米粒子。
5. 电化学法：利用电流的作用，将金属离子沉积成纳米颗粒。
三、纳米材料的应用领域1. 光电子学领域：纳米材料在太阳能电池、显示器件和激光等方面有广泛应用。
2. 催化剂领域：纳米材料的比表面积大，可以提高反应速率和选择性，有助于催化反应的进行。
3. 生物医学领域：纳米材料在药物传递、肿瘤治疗和成像方面具有潜在应用价值。
4. 传感器领域：纳米材料可以用来制作高灵敏度的传感器，用于检测化学物质、生物分子等。
5. 环境保护领域：纳米材料在水处理、废气净化等方面具有广泛应用前景。
四、纳米材料的安全性和环境风险尽管纳米材料在科学研究和技术应用中非常有前景，但其安全性和环境风险也需要引起关注。
1. 纳米材料对人体的影响：纳米材料可以穿透细胞膜，进入人体内部，可能对人体造成潜在的毒性和健康风险。
2. 纳米材料对环境的影响：纳米材料的释放和排放可能会对环境和生态系统造成潜在的危害。
纳米材料的特性
纳米材料的特性1.2纳米材料的特性在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏;纳米微粒的表面层附近的原子密度减小;电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。
尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。
这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。
1.2.1.量子尺寸效应当纳米粒子的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空轨道和能隙变宽的现象统称为量子尺寸效应〔9-l‘’。
量子尺寸效应产生最直接的影响就是纳米材料吸收光谱的边界蓝移。
这是由于在半导体纳米晶粒中，光照产生的电子和空穴不再自由，它们之间存在库仑作用，形成类似于宏观晶体材料中的激子的电子一空穴对。
由于空间的强烈束缚导致激子吸收峰、带边以及导带中更高激发态均相应蓝移，并且当电子一空穴对的有效质量越小，电子和空穴受到的影响越明显，吸收阈值就越向更高光子能量偏移，量子尺寸效应也越显著。
1.2.2. .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、力学等特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、超导相向正常相的转变;声子谱发生改变。
例如，纳米尺度的强磁性颗粒(Fe—Co合金，氧化铁等)，当颗粒尺寸为单磁畴临界尺寸时，具有很高的矫顽力，可制成磁性信用卡、磁性钥匙、磁性车票等，还可以制成磁性液体，广泛地用于电声器件、阻尼器件、旋转密封、润滑、选矿等领域。
纳米材料的性质
纳米材料的性质纳米材料是一种具有特殊性质的材料，其尺寸在纳米尺度范围内。
纳米材料的性质与传统材料有着显著的差异，这些性质的独特之处使得纳米材料在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景。
首先，纳米材料的尺寸效应是其独特性质的重要来源之一。
当材料的尺寸缩小至纳米尺度时，其表面积和表面能显著增加，从而导致了许多新的性质的出现。
例如，纳米颗粒的光学性质会因为尺寸的减小而发生变化，表现出特殊的光学效应，如量子尺寸效应和表面增强拉曼散射效应。
这些性质的出现为纳米材料在光电子器件、传感器和生物医学领域的应用提供了可能。
其次，纳米材料的力学性质也表现出独特的特点。
由于其尺寸较小，纳米材料表现出了优异的力学性能，如高强度、高韧性和高硬度。
这些性质使得纳米材料在材料增强、纳米复合材料和纳米机械领域具有重要的应用前景。
例如，碳纳米管具有优异的力学性能，被广泛应用于材料增强和纳米传感器领域。
另外，纳米材料的电子性质也是其重要的特点之一。
由于纳米材料的尺寸接近电子的波长，其电子结构和输运性质会发生显著的变化。
例如，纳米材料表现出了优异的电子传输性能，被广泛应用于电子器件、能源存储和转换领域。
同时，纳米材料的量子效应也使得其在纳米电子学和量子计算领域具有重要的应用前景。
此外，纳米材料的化学性质也表现出了独特的特点。
由于其表面积的增大，纳米材料表现出了优异的化学活性和表面催化性能。
这些性质使得纳米材料在催化剂、传感器和生物医学领域具有重要的应用价值。
例如，金纳米颗粒被广泛应用于生物医学成像和药物输送领域，其表面的化学活性使得其具有良好的生物相容性和药物载体性能。
综上所述，纳米材料具有独特的性质，包括尺寸效应、力学性质、电子性质和化学性质。
这些性质使得纳米材料在材料科学和工程领域具有广泛的应用前景，为我们解决许多重大科学和工程问题提供了新的途径和方法。
随着纳米技术的不断发展和进步，相信纳米材料的性质将会进一步展现出其独特的魅力，并为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
第二章纳米材料的理化特性
n1 LV ln ( 0 )( h2 h1 ) g n2 RT
式中， n1 和 n2分别是高度 h1 和 h2 处粒子的浓度（数密度）， ρ 和 ρ0 分 别是分散相和分散介质的密度，V是单个粒子的体积，g是重力加速 度。
5. 表面活性及敏感特性
高的表面活性
随纳米微粒粒径减小，比表面增大，表面原子数增多及表面 原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等，这就使得 纳米微粒具有高的表面活性。
X
RT Z N 0 3 r
X为粒子的平均位移，Z为观察的时间间隔，为介质的粘滞系数，r 为粒子半径，N0为阿伏加德罗常数。 布朗运动会稳定胶体溶液，也可能因粒子碰撞而团聚。
（2）扩散 由于胶体粒子有布朗运动，在有浓差的情况下，会发生从高浓度向低 浓度处的扩散。胶体微粒比普通分子大得多，因此扩散速度慢得多。 其扩散依然遵守菲克定律。
纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降不饱和键和悬键增多与常规大块材料不同没有一个单一的择优的键健振动模而存在一个较宽的键振动模的分布在红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化
第二章
纳米材料的理化特性
主要内容
1. 纳米微粒结构与形貌
2. 热学性能
3. 磁学性能 4. 光学性能 5. 纳米微粒分散物系的动力学性质 6. 表面活性及敏感特性 7. 吸附特性 8. 分散与团聚
第一节
纳米微粒的结构与形貌
纳米微粒一般为球形。如 -Cr小微粒为球形。
尺寸较大的微粒为立方体或正方体。 微粒表面有原子台阶。 纳米微粒的形状与制备方法有关。
纳米微粒高的表面能和比表面积造成晶格畸 变，原子间距减小。
ZnS
纳米材料的物理和化学性质
纳米材料的物理和化学性质是当今材料科学和纳米技术研究的重要领域，也是新材料开发和科技进步的重要方向。
纳米材料在物理、化学和生物学等多个领域有着广泛的应用，包括电子学、光电子学、能源材料、生物医学、环境治理、汽车、航空等等。
本文将从纳米材料的定义、物理化学性质、制备方法和应用等方面进行论述。
一、纳米材料的定义纳米材料指的是尺寸在纳米级别(1纳米=10^-9米)的材料，其尺寸通常在1-100纳米之间。
由于其尺寸非常小，因此纳米材料具有许多普通材料所不具备的独特性质。
二、纳米材料的物理化学性质1.尺寸效应由于纳米材料具有微小的尺寸，导致其物理化学性质发生了明显的尺寸效应。
例如，相同材料的纳米颗粒比其体积大的颗粒具有更高的比表面积和更短的扩散距离，从而影响其化学反应、光学和磁学等性质。
2.量子效应当尺寸小于或等于一定的大小时，纳米材料就会表现出现量子效应。
量子效应是一种量子物理现象，其最重要的表现之一是材料中只有离散的能级，不同的粒子之间出现量子隧道效应。
在纳米材料中，电子和光子表现出来的量子效应会对光电学、磁学和电学性质产生明显影响。
3.表面效应由于纳米材料具有高于其体积大的材料更大的表面积，使其表面反应速率增加，表面原子费米能级上升，更易于表面和物质之间的反应。
三、纳米材料的制备方法制备纳米材料的方法有很多种，例如：化学合成法、物理气相法、凝胶法、溶胶-凝胶法、电化学沉积法、电子束物理沉积法、熔滴工艺等。
其中，化学合成法是应用最广泛的制备方法之一。
四、纳米材料的应用由于纳米材料具有优异的物理化学性质，因此在科学领域和工业应用中有着广泛的应用前景。
1.电子学和光电子学领域纳米材料在电子学和光电子学领域应用广泛，尤其是在显示技术、半导体和光电器件、光电子计算机、传感器、激光等应用中。
2.生物医学领域纳米材料在生物医学领域中也有广泛的应用，例如用于抗肿瘤、抗癌、功能分子探测和药物递送等等。
3.环境治理领域纳米材料在环境治理领域中的应用更为多样，包括净水、空气净化、污水处理、土壤修复、油污清洗等等。
纳米晶零维材料的物理和化学性能
纳米晶体
❖ 纳米晶体独特的结构特征也使其表现出一系 列与普通多晶体和非晶态固体有本质差别的 性能, 如高强度, 良好的塑性变形能力, 高比热, 高热膨胀系数, 独特的电、磁性能等。特别是 纳米晶体表现出的超塑性行为使陶瓷材料增 韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了新 的可能性。所以, 纳米晶体材料得到了世界各 国材料科学家的普遍重视, 被誉为“ 二十一 世纪的新材料”。
❖ 按传统学科体系，纳米材料可分为纳米晶体材料、 纳米陶瓷材料、纳米复合材料、纳米高分子材料。
❖ 按应用目的，可分为纳米电子材料、纳米磁性材料、 纳米发光材料、纳米隐身材料、纳米生物材料等。
纳米晶体
❖ 纳米晶体是指晶粒尺寸在纳米量级的多晶体。由于晶粒极细, 大量的原子处于晶粒之间的界面上。这种独特的结构特征使 纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态固体的一种新材料, 其中界面成为一种不可忽略的结构组元。因此, 纳米晶体为 研究固体的内界面结构、热力学态及界面特性提供了得天独 厚的条件, 是目前凝聚态物理领域中的一个研究热点。
美 国 用 于 军 人事 的而 手研 臂制 的 纳 米 机 器
纳 米 抗 菌
袜
用“原子”写的“原子”
纳米材料的分类
❖ 狭义上讲，纳米材料就是有关原子团簇、纳米颗粒、 纳米线、纳米薄膜、纳米碳管和纳米固体材料等的 总称。
❖ 广义上讲，纳米材料是晶粒或晶界等显微构造能达 到纳米尺寸水平的材料。
纳米晶-零维材料的 物理和化学性能
纳米材料
❖ 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺 度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料， 这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。
❖ 从材料的结构单元层次来说，它介于宏观物质和微 观原子、分子的中间领域。在纳米材料中，界面原 子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围 的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均 不同的一种新的结构状态。
纳米材料的特性与性能解析
纳米材料的特性与性能解析纳米材料是一种具有特殊结构和性质的材料，其颗粒大小在纳米级别（1纳米=10-9米）范围内。
相对于传统材料而言，纳米材料拥有独特的物理、化学和生物学特性，展现出出色的性能和广泛的应用前景。
本文将深入解析纳米材料的特性和性能，帮助读者更好地了解纳米技术的重要性和潜力。
首先，纳米材料的特性之一是其巨大的比表面积。
由于颗粒尺寸极小，纳米材料的比表面积远大于同等体积的传统材料。
这意味着纳米材料提供了更多的活性位点，具有更多的反应表面，更高的反应速率和更高的化学反应活性。
此外，纳米材料的巨大比表面积还使其具有更好的吸附能力，可以被用于环境污染物的吸附和分解，有助于解决环境保护问题。
其次，纳米材料还表现出优异的力学性能。
由于其小尺寸、高表面能和大应变能力，纳米材料通常具有高强度、高硬度和高韧性。
这些优异的力学性能使得纳米材料在材料加工、摩擦减磨、机械工程等领域具有广泛的应用前景。
例如，纳米材料用于制备高强度的纳米复合材料，可以提高材料的强度和韧性，延长材料的使用寿命。
此外，纳米材料还表现出独特的光学性能。
在纳米尺度下，光的吸收、散射和透射等特性会发生明显变化。
纳米材料的颜色、荧光等光学性质可以通过纳米颗粒的形状、大小和组成来控制和调节。
这使得纳米材料在电子显示器、光电器件、传感器等领域具有广泛的应用。
例如，利用纳米材料的荧光特性，科学家们开发了高效的荧光探针，广泛应用于生物医学研究和临床诊断中。
此外，纳米材料还具有独特的热学性能。
由于其小尺寸和表面效应，纳米材料表现出与体积相同的传统材料相比更高的热导率和更低的热膨胀系数。
这使得纳米材料在热传导和热管理方面具有潜力。
例如，纳米材料被广泛应用于制备高效热界面材料，用于改善电子元器件的散热性能，提高器件的稳定性和可靠性。
最后，纳米材料还表现出独特的电学性能。
相对于传统材料而言，纳米材料具有更高的载流子迁移率、更低的电阻率和更好的电化学活性。
第二章 纳米材料的特性
小尺寸的超微颗粒磁性与大块材料显著的不同， 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 安 寸减小到 2×10-2微米以下时，其矫顽力可增加 × 微米以下时， 1千倍，若进一步减小其尺寸，大约小于 6×10千倍， 千倍 若进一步减小其尺寸， × 3微米时，其矫顽力反而降低到零，呈现出超 微米时，其矫顽力反而降低到零， 顺磁性。 顺磁性。 利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性， 利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，已作 成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、 成高贮存密度的磁记录磁粉，大量应用于磁带、 磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性， 磁盘、磁卡以及磁性钥匙等。利用超顺磁性， 人们已将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液 体。
特殊的磁学特性
纳米微粒的小尺寸效应、 纳米微粒的小尺寸效应、使其具有常规粗晶材 料不具备的磁特性。 料不具备的磁特性。 主要表现为：超顺磁性、矫顽力、 主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和 磁化率。 磁化率。 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、 人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在 水中的趋磁细菌等生物体中存在超微的磁性颗 使这类生物在地磁场导航下能辨别方向， 粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向， 具有回归的本领。 具有回归的本领。 磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘， 磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活 在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。 在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。 通过电子显微镜的研究表明， 通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内 通常含有直径约为 2×10-2微米的磁性氧化物颗 粒。
电子的弹性散射平均 自由程λ 自由程λ与体系尺度相 比甚小， 比甚小，电子在无序 分布的杂质散射， 分布的杂质散射，其 路径为无规行走。 路径为无规行走。 电子平均自由程与体 系的尺度相当， 系的尺度相当，进入 弹道输运区， 弹道输运区，限制电 流大小的是样品的边 界散射， 界散射，杂质散射可 忽略。 忽略。 每种材料具有特定的电导。导线的电导与其长度成反比。 每种材料具有特定的电导。导线的电导与其长度成反比。 但另一方面，当导线的长度减小到电子的平均自由程， 但另一方面，当导线的长度减小到电子的平均自由程，电 子的输运性质由扩散式变为弹道式(Ballistic transport)。 子的输运性质由扩散式变为弹道式 。
纳米材料的物理与化学特性
纳米材料的物理与化学特性随着科技的发展，人们在材料领域也不断探索创新，其中纳米材料已成为研究的热点。
纳米材料的物理和化学特性与传统的宏观材料有很大的不同，本文将对纳米材料的这些特性进行介绍。
一、纳米材料的物理特性1.尺寸效应纳米材料的尺寸一般在1-100纳米之间，相比传统的宏观材料来说，尺寸更小，因此表现出了很多独特的物理特性。
其中，最重要的一个特性便是尺寸效应。
尺寸效应是指在纳米尺度下，材料的物理性质与其尺寸变化密切相关。
由于其尺寸非常小，纳米颗粒表面原子数目相对较少，而表面原子具有更高的自由能，因此，表面的原子比体内的原子更容易移动或反应。
而导致了纳米材料表面的原子结构、比表面积以及空孔的数量都和其尺寸有关。
2.热力学不稳定性纳米材料热力学不稳定性对其物理特性的影响也非常大。
由于经典热力学和统计力学适用于传统的宏观材料，而在纳米尺度下，统计力学原理的适用性、“基于热力”的化学反应以及传热的微观机制等等，构成了一个非常有趣的热学现象。
例如，纳米颗粒的活化能相对较低，因此具有随着温度的升高呈指数增加的快速催化活性。
由于温度的提高会加速原子或分子的反应，使得纳米材料的热力学不稳定性增强，从而使表现出更多在宏观尺度下不可观察到的化学反应特性。
3.光学性质纳米材料由于其尺寸小的特性，导致了纳米材料的光学性质也与传统材料存在很大的差异。
纳米材料可以通过调节其尺寸、形状、组成以及环境等多种方式来控制其光学特性，产生颜色和与光的交互作用的其他物理效应。
二、纳米材料的化学特性1.反应活性与宏观材料相比，纳米材料的反应活性要高得多。
由于纳米材料表面具有更多的原子或离子，导致表面的能量密度更高，活性更强。
这就是为什么纳米材料能够催化许多反应的原因。
此外，纳米材料也具备更大的表面积和更多的结构缺陷，这些缺陷也会增强其反应活性。
2.氧化还原性纳米材料的氧化还原性也具有很大的特点。
由于纳米颗粒的尺寸很小，电子效应也随之发生变化，致使纳米颗粒发生氧化还原反应时，其反应速率相比宏观物质将大大增强。
纳米材料的性质
纳米材料的性质
纳米材料是一种具有特殊性质和应用潜力的材料，其尺寸在纳米尺度范围内。
纳米材料的性质主要包括物理性质、化学性质和生物性质。
首先，纳米材料的物理性质表现出了许多独特的特点。
由于其尺寸处于纳米尺度，纳米材料表面积大大增加，使得其表面活性增强，从而呈现出了特殊的光学、电学、磁学等性质。
比如，纳米颗粒的光学性质会随着颗粒尺寸的改变而发生变化，纳米材料的电学性质也表现出了优异的导电性和介电性。
此外，纳米材料的热学性质也呈现出了独特的特点，如纳米材料的热导率和热膨胀系数都与其尺寸密切相关。
其次，纳米材料的化学性质也具有特殊的表现。
纳米材料的化学反应活性高，
表面原子数增加，使得其化学反应速率加快，从而表现出了特殊的催化性能。
此外，纳米材料的表面能和晶界能也随着尺寸的减小而增加，使得其在催化、吸附等方面具有独特的应用潜力。
同时，纳米材料的表面修饰和功能化也成为了当前研究的热点，使得纳米材料在生物医学、环境保护等领域得到了广泛的应用。
最后，纳米材料的生物性质也备受关注。
纳米材料的尺寸与生物体内的生物大
分子尺寸相近，使得其在生物医学领域具有独特的应用前景。
纳米材料可以被用于生物成像、药物传输、生物传感等方面，其生物相容性和生物毒性也成为了当前研究的重点。
总的来说，纳米材料的性质包括物理性质、化学性质和生物性质，其独特性使
得其在材料科学、化学、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
然而，纳米材料的安全性和环境影响也需要引起足够的重视，加强对纳米材料的研究和监管，以确保其可持续发展和安全应用。
深入理解纳米结构的物理化学性质
深入理解纳米结构的物理化学性质深入理解纳米结构的物理化学性质纳米科技是当今科学领域的热点之一，其在材料科学、化学、物理学和生物学等领域都有着广泛的应用。
纳米材料具有与其宏观材料相比独特的物理化学性质，这使得我们需要深入理解纳米结构的特性和行为。
首先，纳米结构的物理化学性质受到尺寸效应的显著影响。
尺寸效应是指当材料尺寸减小到纳米级别时，由于表面积增大和体积减小，导致材料的性质发生变化。
例如，纳米颗粒的表面积相对于体积更大，导致表面原子和分子与外界环境发生更多的相互作用，使得纳米颗粒的表面活性增强。
此外，量子效应也是纳米材料独特的性质之一。
在纳米尺度下，由于量子限制效应，电子和光子行为发生变化，使得纳米材料的光学、电学和磁学性质呈现出与宏观材料截然不同的特征。
其次，纳米结构的物理化学性质还受到表面效应的影响。
纳米材料的表面与体积相比更多，表面原子和分子之间的相互作用和能量传递更加显著。
由于表面能的存在，纳米颗粒表面的原子和分子会呈现出与内部不同的物理化学性质。
例如，纳米颗粒的表面活性位点可以增强催化活性，使得纳米材料在催化反应中表现出优越的性能。
此外，表面效应还可以改变纳米材料的热稳定性、光学吸收性能等。
第三，纳米结构的物理化学性质还受到形貌效应的影响。
纳米材料可以具有不同的形貌，如纳米颗粒、纳米线、纳米片等。
这些不同形貌的纳米结构具有不同的物理化学性质。
例如，纳米线具有高比表面积和低阻抗，适合用于传感器和电子器件。
而纳米片则具有良好的光学性能，适用于光学器件和光伏电池。
最后，纳米结构的物理化学性质还可以通过纳米材料的制备方法进行调控。
纳米材料的制备方法具有多样性，如热力学法、溶液法、气相法等。
不同的制备方法可以得到具有不同物理化学性质的纳米材料。
通过合理选择制备方法、控制反应条件和调节制备参数，可以精确控制纳米材料的物理化学性质，实现对其性能的定向调控。
综上所述，深入理解纳米结构的物理化学性质对于纳米科技的发展和应用至关重要。
纳米材料特性
纳米材料特性
纳米材料是一种具有特殊结构和性能的材料，其在尺寸小于100纳米的范围内
具有独特的物理、化学和生物学特性。
纳米材料的特性主要包括纳米尺度效应、表面效应和量子效应等。
本文将就纳米材料的特性进行详细介绍。
首先，纳米材料的纳米尺度效应是指在纳米尺度下，材料的性能会发生显著改变。
例如，纳米材料的比表面积大大增加，导致其具有优异的光学、电学、磁学和力学性能。
此外，纳米材料的光学性能也受到限制，导致其在光学器件和传感器方面具有广泛的应用前景。
其次，纳米材料的表面效应是指纳米材料表面原子和分子的特殊性质。
由于纳
米材料的表面积相对较大，其表面原子和分子与外界的相互作用更加显著。
这种表面效应导致纳米材料在催化剂、传感器和生物医学领域具有广泛的应用，例如纳米金材料在生物标记和药物递送方面的应用。
最后，纳米材料的量子效应是指在纳米尺度下，材料的电子结构和光学性质发
生变化。
纳米材料的电子结构受到限制，导致其具有量子大小效应和量子隧穿效应，这些效应使得纳米材料在电子器件、光电器件和量子计算领域具有重要的应用价值。
综上所述，纳米材料具有独特的纳米尺度效应、表面效应和量子效应等特性，
这些特性使得纳米材料在材料科学、纳米技术和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着纳米材料研究的不断深入，相信纳米材料的特性将会为人类社会带来更多的创新和进步。
第二章 纳米材料及其基本性质
2、纳米颗粒的蒸汽压
上升
2 M ln p0 RTr p
式中： P、P0 ：分别为纳米颗粒和块状物质的蒸汽压； M：摩尔质量； R：为气体常数； T：为绝对温度
35
3、纳米颗粒的烧结温度
降低
原因：
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
36
4、纳米颗粒的结晶温度
降低
纳米颗粒开始长大的温度随粒径的减小而降低， 即非晶纳米颗粒的晶化温度降低。 纳米颗粒的熔点、开始烧结温度和晶化温度均随 粒径的减少而有较大幅度的降低，而蒸汽压则有 较大幅度的升高。
④Sb通常为抗磁性，其χ＜0，但纳米微晶的χ＞0，表现出顺 磁性 41
生物导航能力的秘密
海龟迁徙 蜜蜂飞行 磁感细菌
42
2.4 力学性能
超塑延展性
纳米铜
纳米陶瓷
43
三、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能级变为离散能级的现象和
纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据轨道和 最低被占据的分子轨道能级，能隙变宽的现象
51
由此得出，1K时，当粒径do ＜14 nm，Ag纳米微
粒可以由导体变为绝缘体，如果温度高于1K，
则要求do<<14 nm才有可能变为绝缘体。
实验表明，纳米Ag的确具有很高的电阻，类似于 绝缘体，这就是说，纳米Ag满足上述两个条件。 随着尺度的降低，准连续能带消失，在量子点出 现完全分离的能级。
第二章 纳米材料及其 基本性质
1
第一节 纳米材料
一、纳米材料学
关于纳米材料的性质、合成、结构及其变化规律和
应用的一门学科。 纳米粉体材料及其衍生材料的工艺技术路线
第二章 纳米材料物化性能
2.1.3.1 宽频带强吸收
由于对可见光的强吸收率和极低的反射率，各种金属纳米颗粒 几乎都呈黑色，这与金属块材明显不同。 纳米氮化硅、SiC、以及Al2O3粉对红外有一个宽频带强吸收谱 。这是由于纳米粒子大的比表面积导致了平均配位数下降，不 饱和键和悬键增多，因而存在一个较宽的键振动膜的分布，在 红外光场作用下它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分 布。 许多纳米颗粒，如ZnO、Fe2O3、TiO2等，由于它们的半导体性 质，对紫外光有强吸收。
2.1.3.4 纳米颗粒的发光
PL spectra of In2O3 nanoparticles From Won Seok Seo, Adv.Mater. 2003, 15, No.10
2.1.3.5 NPs分散物系的光学性质
纳米颗粒分散介质中形成分散物系（溶胶），由于在溶胶中 胶体的高分散性和不均匀性使得分散物系具有特殊的光学特 性，丁达尔效应，由于丁达尔效应与分散粒子的大小和投射 光线波长有关，而纳米微粒直径比可见光的波长小得多，所 以纳米微粒分散系应以对光的散射为主。根据雷利公式，散 射强度为：
2.1. 纳米颗粒的物理特性
2.1.1 热学性能 2.1.2 磁学性能 2.1.3 光学性能 2.1.4 纳米颗粒的分散液及动力学性质 2.1.5 表面活性及敏感特性 2.1.6 光催化性能 2.1.7 超塑性
2.1.1 热学性能
纳米颗粒的熔点下降
纳米颗粒的开始烧结温度降低 纳米颗粒的晶化温度降低
2.1.3 光学性能
2.1.3.1 宽频带强吸收 2.1.3.2 蓝移和红移现象 2.1.3.3 量子限域效应 2.1.3.4 纳米颗粒的发光 2.1.3.5 纳米颗粒分散体系的光学性质
第2节 纳米材料的性质
纳米材料的特殊性质
由于纳米粒子有极高的表面能和 扩散率，粒子间能充分接近，从 而范德华力得以充分发挥，使纳 米粒子之间、纳米粒子与其它粒 子之间的相互作用异常强烈。从 而使纳米材料具有一系列的特殊 的光、电、热、力学性能和吸附、 催化、烧结等性能。
1.光学性能 2.磁学性能 3.催化性能 4.增强增韧性 5.储氢性能 6.润滑性能
第二节. 纳米材料的性质
※ 纳米材料的基本效应 ※ 纳米材料的特殊性质
纳米材料的基本效应
当物质尺寸度小到一定程度时，则必须 改用量子力学取代传统力学的观点来描 述它的行为，当粉末粒子尺寸由10微米 降至10纳米时，其粒径虽改变为1000 倍，但换算成体积时则将有109倍之巨， 所以二者行为上将产生明显的差异。当 小颗粒进入纳米级时，其本身和由它构 成的纳米固体主要有如下四个方面的效 应。
1.小尺寸效应 2. 表面效应 3.量子尺寸效应
4.宏观量子隧道效应
1.小尺寸效应
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。 ☆小尺寸效应的表现首先是纳米微粒的 熔点发生改变 .
例如:半导体CdS 1.5nm 熔点低于600 K。
纳米金粒径 20nm、5nm、4nm、2nm
2.表面效应
表面效应是指纳米微粒的表面原子
数与总原子数之比随着纳米微粒尺寸 的减小而大幅度增加，粒子表面结合 能随之增加，从而引起纳米微粒性质 变化的现象。
表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数
100 80
比 例 60 （ 40 ） 20
0 0 10 20
纳米微粒尺寸
粒径 比表面积
利用纳米材料的这一特性可制得具有高的催化活性和产物选择 性的催化剂。 纳米材料的许多物性主要是由表面决定的。 纳米材料具有非常高的扩散系数。
第二章_纳米材料的性能
电阻温度系数变小甚至变负的主要原因
➢ 纳米材料体系的大量界面使得界面散射对电阻的贡献非常大，当随尺着寸粒非子常尺小寸时的，减小， 这种贡献对总电阻占支配地位，导致总电阻趋向于饱和值，随温直度流的电变阻化温趋度缓系。数逐渐
常规多晶材料的比热容
➢ 中高温度的情况
✓ 1819年，P. Dulong和A. Petit发现室温下不同固体的摩
尔比热容几乎相同，接近26J.mol-1K-1，提出杜隆-帕替
定律：
A为物质的相对分子质量
✓ Debye-Sommerfeld模型：在非常低的温度下(030K),比热容与晶格振动和电子的贡献有关
8 nm 15 nm 25 nm ～ 1073 K ～1273 K ～1423 K
纳米材料_第二章
二.纳米材料的电学性能
1. 纳米材料的导电性
(1) 经典导电理论
Bloch wave，是周期性势场 （如晶体）中粒子（一般为电 子）的波函数，又名布洛赫态
参与导电的电子主要是金属费米面附近的电子
由固体物理，完整晶体中，电子在周期性势场中运动。电子的稳定状态是布洛赫波描述
当温度接近10K时，纳米铁晶体的比热容 要比普通铁的比热容大
纳米材料_第二章
热膨胀系数的增加
✓ 热膨胀：固体材料受热后晶格振动加剧而引起的容积膨胀的现象 ✓ 由固体物理知：热膨胀的本质在于材料晶格点阵的非简谐振动，即
非线性振动，当晶格作非线性振动，就会有热膨胀发生。
K 为体积弹性模量，γ为 格林艾森常数
✓ 纳米晶体在温度发生变化时，非线性振动包括 ： 晶体内的非线性热振动 晶界组分的非线性热振动。该部分较为显著
第二章纳米材料的性能
第二章纳米材料的性能纳米材料是一种具有尺寸在纳米尺度范围内的材料，其特点是在这个尺度下呈现出独特的性能。
纳米材料的性能主要包括物理性能、化学性能和生物性能三个方面。
首先，纳米材料的物理性能具有独特性。
由于其尺寸相对较小，具有较大的比表面积和较高的界面能量，使得纳米材料具有特殊的力学、光学、热学和电学性能。
例如，纳米颗粒具有较大的表面积，能够吸附更多分子，具有优异的催化性能和吸附性能；纳米线和纳米管具有高比表面积和纳米尺度的通道结构，具有优异的电导性和热导性；纳米表面增强拉曼光谱（SERS）在检测分子级别上具有很高的灵敏度和选择性。
其次，纳米材料的化学性能也是独特的。
纳米材料由于表面、界面和缺陷的存在，与周围环境的相互作用更加密切。
纳米颗粒的化学反应活性通常比大尺寸的材料更高。
此外，纳米材料表面容易形成肖特基界面，这种肖特基界面在催化和电子传输方面具有重要作用。
纳米材料还可以通过表面修饰来调控其化学性质，例如通过选择性添加活性基团或改变表面结构来提高材料的催化性能。
最后，纳米材料的生物性能也有着独特的特点。
纳米材料与生物体相互作用时，由于其尺寸与生物体组织尺寸相近，因此纳米材料能够更容易地进入细胞，实现细胞内的探测、成像和治疗。
纳米材料具有生物相容性和生物可降解性，不仅可以用于制备生物传感器、药物递送系统，还可以用于体内和体外诊断以及组织工程方面的研究。
总之，纳米材料的性能在很大程度上取决于其尺寸和表面特性。
纳米材料具有特异的物理性能、化学性能和生物性能，可以应用于多个领域，如催化、能源、传感、生物医学等。
因此，研究和开发纳米材料已经成为当今科学研究中的一个热点领域。
随着对纳米材料性能的进一步理解和掌握，纳米材料的应用前景将更加广阔。
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光催化活性取决于导带与价带的氧化－还原电位，价带的氧 化－还原电位越正，导带的氧化－还原电位越负，则光生电 子和空穴的氧化及还原能力越强。
目前多用宽禁带的n型半导体氧化物，如TiO2、ZnO、CdS、 WO3、Fe2O3、PbS、SnO2、In2O3、ZnS、SrTiO3、SiO2 等 。 TiO2稳定耐腐蚀，低价无毒，最有潜力。
1.热学性能
Kronski计算出Au微粒 的粒径与熔点的关系， 结果如图所示。由图看 出，当粒径小于10nm 时，熔点急剧下降。
金纳米微粒的粒径 与熔点的关系
烧结温度降低
烧结温度：
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 粉末互相结合成块，密度接近常规材料的最低加热温度，叫 做烧结温度。 纳米微粒界面具有高能量，在烧结中成为原子运动的驱动力， 有利于界面中的孔洞收缩，空位团的湮没，导致烧结温度降 低。
抗磁体、顺磁性和铁磁体的磁 化强度与外磁场升高，导致饱和磁化强度减 小。达到某一温度时，饱和 磁化强度减小到零。这一温 度称为居里温度TC。 矫顽力：被磁化的材料在外 磁场消失后仍保持一定程度 的磁化，要消除其磁性，需 外加一反向磁场强度Hc，Hc 就叫做矫顽力。
如：达到类似的硬度，纳米TiO2可在比大晶粒样品低873K的 温度下烧结。
TiO2的韦氏硬度随烧 结温度的变化。
代表初始平均晶粒 尺寸为12nm的微粒。
代表初始平均晶粒 尺寸为1.3m的微粒。
常规Al2O3烧结温度在2073— 2173K，在一定条件下纳米 Al2O3可在1423K至1773K烧 结，致密度可达99.7％。常规 Si3N4烧结温度高于2273K。
纳米微粒高的表面能和比表面积造成晶格畸 变，原子间距减小。
ZnS
第二节 纳米微粒的性能
热学性能 比常规粉体低得多热学参数
熔点降低
表面能高 表面原子数多 表面原子近邻配位不全
熔点
开始烧结温度
晶化温度
活性大
例如，大块Pb的熔点为600K，而20nm球形Pb微粒熔点降低 288K；纳米Ag微粒在低于373K开始熔化，常规Ag的熔点 远高于1273K。
抗磁体、顺磁性和铁磁体的磁 化强度与外磁场强度的关系。
b. 顺磁性：有些固体的原子具有本 征磁矩。这种材料在无外磁场作用 时，材料中的原子磁矩无序排列， 因此材料表现不出宏观磁性。而受 外磁场作用时，原子磁矩能通过旋 转沿外场方向择优取向，因而表现 出宏观的磁性，这种磁性称为顺磁 性。 在顺磁材料中，原子磁矩沿外磁场 方向排列，磁场强度获得增强，磁 化强度为正值，磁化率为正值。但 磁化率很小。
传感器方面的应用
由于纳米微粒具有大的比表面积，高的表面活性，及与气体 相互作用强等原因，纳米微粒对周围环境十分敏感，如光、 温、气氛、湿度等，因此可用作各种传感器，如温度、气体、 光、湿度等传感器。
6. 光催化性能
光催化
纳米材料在光照情况下，通过把光能转变成化学 能，促进有机物的合成或降解的过程称为光催化。
1. 粒子体积大，散射光强； 2. 波长短，散射光强； 3. 分散相和分散介质折射率相差越大，散射光越强； 4. 粒子数越多，散射越强。
4. 纳米微粒分散物系的动力学性质
（l）布朗运动
胶体粒子（纳米粒子）形成溶胶时会产生无规则的布朗运动。布朗运 动是体系中分子固有热运动的体现，其速度取决于粒子的大小、温度 及分散介质的粘度等因素。
抗磁体、顺磁性和铁磁体的磁 化强度与外磁场强度的关系。
c. 抗磁性：是由于外磁场使电 子的轨道运动发生变化而引起的， 所感应的磁矩很小，方向与外磁 场相反，即磁化强度为很小的负 值，是一种很弱的、非永久性的 磁性，只有在外磁场存在时才能 维持。所有的材料都有抗磁性。 抗磁体和顺磁体对于磁性材料应 用来说都视为是无磁性的，因为 它们只有在外磁场存在下才被磁 化，且磁化率极小。
纳米半导体粒子可光催化分解海水提取氢气； 纳米TiO2表面进行N2和CO2固化成功；
光催化原理 半导体氧化物纳米粒子在大于禁带宽度能量的光子照射 后，电子从价带跃迁到导带，产生电子－空穴对，电子具有 还原性，空穴具有氧化性。空穴与氧化物半导体纳米粒子表 面的 OH-反应生成氧化性很高的 OH 自由基，活泼的 OH 自由 基可以把许多难以降解的有机物氧化成CO2和水。 酯氧化成醇，醇 — 醛 — 酸 — CO2＋水
纳米微粒内原子间距随 粒径减小而减小，根据 铁磁理论，导致 TC 随粒 径的减小而下降。
高磁场9.5105A/m下比饱和磁化强度s与 温度T的关系。 为85nm； 为9nm。
（4）磁化率： 纳米微粒的比饱和磁化 强度随粒径的减小而减 小。
室温比饱和磁化强度 s 与平均颗 粒直径d 的关系
丁达尔现象
根据雷利公式，散射光强度为
24 CV n n I I 0 4 n 2n
3 2 2 2 2 2 2 1 2 1
式中： λ 为波长； C 为单位体积中的粒子数； V 为单个粒子的体积； n1 和 n2 分别为分散相（这里为纳米粒子）和分散介质的折射率；I0为入射光的强度。
RT 1 D L 6 r
式中， R为气体常数， L为阿佛加德罗常数。可见，纳米微粒（分散 相）的粒径越大，扩散系数越小。得到纳米粒子的扩散系数，可由 下式求得它的平均摩尔质量。
4 3 RT 3 M r L ( ) 2 3 162( L ) D
（3）沉降和沉降平衡 如果胶体粒子的密度比分散介质的大，那么在重力场作用下粒子就有 下沉的趋势，造成浓度差。而与此相对抗的作用是扩散。当两种作用 相等时，就达到了平衡。此时的状态称为“沉降平衡”。如果粒子体 积大小均一，其浓度随高度的分布规律符合下列关系：
（3）纳米微粒的发光
掺 Cd SexS1-x 玻璃在 530nm 波长光的激发下发射荧光。 半导体带隙窄，容易跃迁而 发光。而块体通常是直接跃 迁禁阻的。如块体TiO2，只 能间接跃迁。 粒径小于5nm的颗粒出现激 子发射峰。
CdSexS1-x 玻 璃 的 荧 光 光 谱 。 激发波长位530nm。
（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。
6nm
2.5nm
1nm
CdS溶胶微粒在不同尺寸下的吸收谱
蓝移现象解释 量子尺寸效应： 由于颗粒尺寸下降，能隙变宽，这就导致光吸收带移向短波 方向。
表面效应：
由于纳米微粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小， 键长的缩短使纳米颗粒键本征振动频率增大，使光吸收带移 向高波数。
用金属纳米微粒作催化剂时要求它们具有高的表面活性，同 时还要求提高反应的选择性。金属纳米微粒粒径小于 5nm 时， 使催化性和反应的选择性呈特异行为。
用硅作载体的镍纳米微粒作催化剂时，当粒径小于5nm时， 不仅表面活性好，使催化效应明显，而且对丙醛的氢化反应 中反应选择性急剧上升，即使丙醛到正丙酸氢化反应优先进 行，而使脱羰引起的副反应受到抑制。
dm dc DA dt cx
式中，dm/dt为流量，即单位时间通过某截面的量，D为扩散系数，A为 面积，dc/cx为浓度梯度。扩散系数D与粒子半径r，介质黏度η ，和温 度T的关系由爱因斯坦(Einstein)公式表示
扩散系数D与粒子半径r，介质黏度η，和温度T的关系由爱因斯坦 (Einstein)公式表示
第二章
纳米材料的理化特性
主要内容
1. 纳米微粒结构与形貌
2. 热学性能
3. 磁学性能 4. 光学性能 5. 纳米微粒分散物系的动力学性质 6. 表面活性及敏感特性 7. 吸附特性 8. 分散与团聚
第一节
纳米微粒的结构与形貌
纳米微粒一般为球形。如 -Cr小微粒为球形。
尺寸较大的微粒为立方体或正方体。 微粒表面有原子台阶。 纳米微粒的形状与制备方法有关。
5nm
CdSexS1-x玻璃的吸收光谱
（3）纳米微粒的发光 当纳米微粒的尺寸小到一定值 时，量子限域效应导致纳米微 粒在一定波长的光激发下发光。
图为室温下，紫外光激发引起 的纳米硅的发光谱。
随粒径减小，发射带强度增强 并移向短波方向。当粒径大于 6nm时，这种发光现象消失。
不同粒度Si在室温下的发光
n1 LV ln ( 0 )( h2 h1 ) g n2 RT
式中， n1 和 n2分别是高度 h1 和 h2 处粒子的浓度（数密度）， ρ 和 ρ0 分 别是分散相和分散介质的密度，V是单个粒子的体积，g是重力加速 度。
5. 表面活性及敏感特性
高的表面活性
随纳米微粒粒径减小，比表面增大，表面原子数增多及表面 原子配位不饱和性导致大量的悬键和不饱和键等，这就使得 纳米微粒具有高的表面活性。
红移现象
某些情况下纳米微粒光吸收带会出现红移现象。
光吸收带位置的移动由影响峰位的蓝移因素和红移 因素共同作用的结果。 随着粒径的减小，量子尺寸效应导致蓝移，但随着 粒径的减小，颗粒内部的内应力会增加，导致能带 结构变化，电子波函数重叠，能带能隙间距变窄， 出现红移。
>10nm
（3）量子限域效应 当纳米微粒的尺寸小到一 定值时，电子的平均自由 程受限，容易和空穴结合 形成激子，产生激子吸收 带并蓝移，即量子限域效 应。
3.光学性能
（1）宽频带强吸收
大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围各 种颜色（波长）的反射和吸收能力不同。当尺寸减小到纳 米级时各种金属纳米微粒几乎都是黑色，它们对可见光的 反射率极低。
铂纳米粒子的反射率为1%，金纳米粒子的反射率小于10%。 这种对可见光低反射率，强吸收率导致粒子变黑。
（1）超顺磁性 铁磁性纳米微粒尺寸小到一定临界值时进入超顺磁状态。例 如， -Fe，Fe3O4和-Fe2O3粒径分别为5，16和20nm时就 变成顺磁体。 原因：热运动导致磁化方向的改变。 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，易磁化方向作无规 律的变化，结果导致超顺磁性的出现。不同种类的纳米磁 性微粒显现超顺磁的临界尺寸是不相同的。