納米材料具有哪些物理效應

A. 納米材料的四大效應及其實際意思是什麼啊

1、表面效應是指納米粒子表面原子與總原子數之比隨著粒徑的變小而急劇增大後所引起的性質上的變化。表9-2給出了納米粒子尺寸與表面原子數的關系。

隨粒徑減小，表面原子數迅速增加。另外，隨著粒徑的減小，納米粒子的表面積、表面能的都迅速增加。這主要是粒徑越小，處於表面的原子數越多。表面原子的晶體場環境和結合能與內部原子不同。

表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質，易於其他原子想結合而穩定下來，因而表現出很大的化學和催化活性。

2、量子尺寸

粒子尺寸下降到一定值時，費米能級接近的電子能級由准連續能級變為分立能級的現象稱為量子尺寸效應。Kubo採用一電子模型求得金屬超微粒子的能級間距為：4Ef/3N

式中Ef為費米勢能，N為微粒中的原子數。宏觀物體的N趨向於無限大，因此能級間距趨向於零。納米粒子因為原子數有限，N值較小，導致有一定的值，即能級間距發生分裂。

半導體納米粒子的電子態由體相材料的連續能帶隨著尺寸的減小過渡到具有分立結構的能級，表現在吸收光譜上就是從沒有結構的寬吸收帶過渡到具有結構的吸收特性。在納米粒子中處於分立的量子化能級中的電子的波動性帶來了納米粒子一系列特性，如高的光學非線性，特異的催化和光催化性質等。

3、量子隧道

微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。人們發現一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強度、量子相干器件的磁通量以及電荷等亦具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統的勢壘產生變化，故稱為宏觀的量子隧道效應。用此概念可定性解釋超細鎳微粒在低溫下保持超順磁性等。

4、介電限域

納米粒子的介電限域效應較少不被注意到。實際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質所包圍，而這些介質的折射率通常比無機半導體低。光照射時，由於折射率不同產生了界面，鄰近納米半導體表面的區域、納米半導體表面甚至納米粒子內部的場強比輻射光的光強增大了。

這種局部的場強效應，對半導體納米粒子的光物理及非線性光學特性有直接的影響。對於無機-有機雜化材料以及用於多相反應體系中光催化材料，介電限域效應對反應過程和動力學有重要影響

(1)納米材料具有哪些物理效應擴展閱讀：

納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發時間最長、技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。

1 納米陶瓷

利用納米技術開發的納米陶瓷材料是利用納米粉體對現有陶瓷進行改性，通過往陶瓷中加入或生成納米級顆粒、晶須、晶片纖維等，使晶粒、晶界以及他們之間的結合都達到納米水平，使材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高。

它克服了工程陶瓷的許多不足，並對材料的力學、電學、熱學、磁光學等性能產生重要影響，為代替工程陶瓷的應用開拓了新領域。

隨著納米技術的廣泛應用，納米陶瓷隨之產生，希望以此來克服。

陶瓷材料的脆性，使陶瓷具有像金屬似柔韌性和可加工性。

英國材料學家Cahn指出，納米陶瓷是解決陶瓷脆性的戰略途徑。 納米耐高溫陶瓷粉塗層材料是一種通過化學反應而形成耐高溫陶瓷塗層的材料

2 納米粉末

又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介於原子、分子與宏觀物體之間處於中間物態的固體顆粒材料。可用於：高密度磁記錄材料；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶硅和精密光學器件拋光材料。

微晶元導熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用於陶瓷發動機等）；人體修復材料；抗癌制劑等。

3 納米纖維

指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。可用於：微導線、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型激光或發光二極體材料等。靜電紡絲法是制備無機物納米纖維的一種簡單易行的方法。

4 納米膜

納米膜分為顆粒膜與緻密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。緻密膜指膜層緻密但晶粒尺寸為納米級的薄膜。可用於：氣體催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。

5 納米塊體

納米塊體是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結晶而得到的納米晶粒材料。主要用途為：超高強度材料；智能金屬材料等。

應用范圍：

1、 天然納米材料

海龜在美國佛羅里達州的海邊產卵，但出生後的幼小海龜為了尋找食物，卻要游到英國附近的海域，才能得以生存和長大。最後，長大的海龜還要再回到佛羅里達州的海邊產卵。如此來回約需5～6年，為什麼海龜能夠進行幾萬千米的長途跋涉呢？它們依靠的是頭部內的納米磁性材料，為它們准確無誤地導航。

生物學家在研究鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物為什麼從來不會迷失方向時，也發現這些生物體內同樣存在著納米材料為它們導航。

2、 納米磁性材料

在實際中應用的納米材料大多數都是人工製造的。納米磁性材料具有十分特別的磁學性質，納米粒子尺寸小，具有單磁疇結構和矯頑力很高的特性，用它製成的磁記錄材料不僅音質、圖像和信噪比好，而且記錄密度比γ-Fe2O3高幾十倍。超順磁的強磁性納米顆粒還可製成磁性液體，用於電聲器件、阻尼器件、旋轉密封及潤滑和選礦等領域。

3、 納米陶瓷材料

傳統的陶瓷材料中晶粒不易滑動，材料質脆，燒結溫度高。納米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上運動，因此，納米陶瓷材料具有極高的強度和高韌性以及良好的延展性，這些特性使納米陶瓷材料可在常溫或次高溫下進行冷加工。

如果在次高溫下將納米陶瓷顆粒加工成形，然後做表面退火處理，就可以使納米材料成為一種表面保持常規陶瓷材料的硬度和化學穩定性，而內部仍具有納米材料的延展性的高性能陶瓷。

4、納米感測器

納米二氧化鋯、氧化鎳、二氧化鈦等陶瓷對溫度變化、紅外線以及汽車尾氣都十分敏感。因此，可以用它們製作溫度感測器、紅外線檢測儀和汽車尾氣檢測儀，檢測靈敏度比普通的同類陶瓷感測器高得多。

5、 納米傾斜功能材料

在航天用的氫氧發動機中，燃燒室的內表面需要耐高溫，其外表面要與冷卻劑接觸。因此，內表面要用陶瓷製作，外表面則要用導熱性良好的金屬製作。但塊狀陶瓷和金屬很難結合在一起。如果製作時在金屬和陶瓷之間使其成分逐漸地連續變化，讓金屬和陶瓷「你中有我、我中有你」。

最終便能結合在一起形成傾斜功能材料，它的意思是其中的成分變化像一個傾斜的梯子。當用金屬和陶瓷納米顆粒按其含量逐漸變化的要求混合後燒結成形時，就能達到燃燒室內側耐高溫、外側有良好導熱性的要求。

B. 納米都有哪些特性

納米有表面效應和體積效應，量子尺寸效應。

C. 納米材料的五大效應

表面效應是指納米粒子表面原子與總原子數之比隨著粒徑的變小而急劇增大後所引起的性質上的變化。表9-2給出了納米粒子尺寸與表面原子數的關系。
表1 納米粒子尺寸與表面原子數的關系 粒徑（nm） 包含的原子（個） 表面原子所佔例 20 2.5X10^5 10 10 3.0X10^4 20 5 4.0X10^3 40 2 2.5X10^2 80 1 30 99 從表可以看出，隨粒徑減小，表面原子數迅速增加。另外，隨著粒徑的減小，納米粒子的表面積、表面能的都迅速增加。這主要是粒徑越小，處於表面的原子數越多。表面原子的晶體場環境和結合能與內部原子不同。表面原子周圍缺少相鄰的原子，有許多懸空鍵，具有不飽和性質，易於其他原子想結合而穩定下來，因而表現出很大的化學和催化活性。 粒子尺寸下降到一定值時，費米能級接近的電子能級由准連續能級變為分立能級的現象稱為量子尺寸效應。Kubo採用一電子模型求得金屬超微粒子的能級間距為：4Ef/3N
式中Ef為費米勢能，N為微粒中的原子數。宏觀物體的N趨向於無限大，因此能級間距趨向於零。納米粒子因為原子數有限，N值較小，導致有一定的值，即能級間距發生分裂。半導體納米粒子的電子態由體相材料的連續能帶隨著尺寸的減小過渡到具有分立結構的能級，表現在吸收光譜上就是從沒有結構的寬吸收帶過渡到具有結構的吸收特性。在納米粒子中處於分立的量子化能級中的電子的波動性帶來了納米粒子一系列特性，如高的光學非線性，特異的催化和光催化性質等。 納米粒子的介電限域效應較少不被注意到。實際樣品中，粒子被空氣﹑聚合物﹑玻璃和溶劑等介質所包圍，而這些介質的折射率通常比無機半導體低。光照射時，由於折射率不同產生了界面，鄰近納米半導體表面的區域﹑納米半導體表面甚至納米粒子內部的場強比輻射光的光強增大了。這種局部的場強效應，對半導體納米粒子的光物理及非線性光學特性有直接的影響。對於無機-有機雜化材料以及用於多相反應體系中光催化材料，介電限域效應對反應過程和動力學有重要影響
上述的小尺寸效應﹑表面效應﹑量子尺寸效應﹑宏觀量子隧道效應和介電限域應都是納米微粒和納米固體的基本特徵，這一系列效應導致了納米材料在熔點﹑蒸氣壓﹑光學性質﹑化學反應性﹑磁性﹑超導及塑性形變等許多物理和化學方面都顯示出特殊的性能。它使納米微粒和納米固體呈現許多奇異的物理﹑化學性質。

D. 納米材料有哪些效應

納米材料至少有四大效應：小尺寸效應、量子效應、表面效應和界面效應。在0.1～100納米這個區間上，科學家們發現，當物質小到納米量級後，納米材料具有一些意想不到的與常規材料截然不同的奇異的物理化學性能，有許多新的物理化學現象和新的效應出現。

E. 幾種重要的納米效應

納米效應就是指納米材料具有傳統材料所不具備的奇異或反常的物理、化學特性，如原本導電的銅到某一納米級界限就不導電，原來絕緣的二氧化硅、晶體等，在某一納米級界限時開始導電。這是由於納米材料具有顆粒尺寸小、比表面積大、表面能高、表面原子所佔比例大等特點，以及其特有的三大效應：表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應。
表面效應
球形顆粒的表面積與直徑的平方成正比，其體積與直徑的立方成正比，故其比表面積（表面積／體積）與直徑成反比。隨著顆粒直徑變小，比表面積將會顯著增大，說明表面原子所佔的百分數將會顯著地增加。
對直徑大於 0.1微米的顆粒表面效應可忽略不計，當尺寸小於 0.1微米時，其表面原子百分數激劇增長，甚至1克超微顆粒表面積的總和可高達100平方米，這時的表面效應將不容忽略。 超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的，若用高倍率電子顯微鏡對金屬超微顆粒（直徑為 2*10^-3微米）進行電視攝像，實時觀察發現這些顆粒沒有固定的形態，隨著時間的變化會自動形成各種形狀（如立方八面體，十面體，二十面體多李晶等），它既不同於一般固體，又不同於液體，是一種准固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子彷彿進入了「沸騰」狀態，尺寸大於10納米後才看不到這種顆粒結構的不穩定性，這時微顆粒具有穩定的結構狀態。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。如要防止自燃，可採用表麵包覆或有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而緻密的氧化層，確保表面穩定化。利用表面活性，金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑和貯氣材料以及低熔點材料。
小尺寸效應
隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由於顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產生如下一系列新奇的性質。
（1） 特殊的光學性質
當黃金被細分到小於光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超 微顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低於l％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料，可以高效率地將太陽能轉變為熱能、電能。此外又有可能應用於紅外敏感元件、紅外隱身技術等。
（2） 特殊的熱學性質
固態物質在其形態為大尺寸時，其熔點是固定的，超細微化後卻發現其熔點將顯著降低，當顆粒小於10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規熔點為1064C℃，當顆粒尺寸減小到10納米尺寸時，則降低27℃，2納米尺寸時的熔點僅為327℃左右；銀的常規熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點可低於100℃。因此，超細銀粉製成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必採用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。採用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具高質量。日本川崎制鐵公司採用0．1～1微米的銅、鎳超微顆粒製成導電漿料可代替鈀與銀等貴金屬。超微顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微鎳顆粒後，可使燒結溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較低的溫度下燒製成大功率半導體管的基片。
（3） 特殊的磁學性質
人們發現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體內通常含有直徑約為 2′10-2微米的磁性氧化物顆粒。小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同，大塊的純鐵矯頑力約為 80安／米，而當顆粒尺寸減小到 2′10-2微米以下時，其矯頑力可增加1千倍，若進一步減小其尺寸，大約小於 6′10-3微米時，其矯頑力反而降低到零，呈現出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應用於磁帶、磁碟、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性，人們已將磁性超微顆粒製成用途廣泛的磁性液體。
（4）特殊的力學性質
陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓製成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。美國學者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統的粗晶粒金屬硬3～5倍。至於金屬一陶瓷等復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。超微顆粒的小尺寸效應還表現在超導電性、介電性能、聲學特性以及化學性能等方面。
宏觀量子隧道效應
各種元素的原子具有特定的光譜線，如鈉原子具有黃色的光譜線。原子模型與量子力學已用能級的概念進行了合理的解釋，由無數的原子構成固體時，單獨原子的能級就並合成能帶，由於電子數目很多，能帶中能級的間距很小，因此可以看作是連續的，從能帶理論出發成功地解釋了大塊金屬、半導體、絕緣體之間的聯系與區別，對介於原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中連續的能帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應。例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數還是偶數有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規律已不再成立。電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應。近年來，人們發現一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應，稱之為宏觀的量子隧道效應。量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應將會是未來微電子、光電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子器件進一步微型化的極限，當微電子器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應。例如，在製造半導體集成電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸大概在0．25微米。目前研製的量子共振隧道晶體管就是利用量子效應製成的新一代器件。
宏觀量子隧道效應
各種元素的原子具有特定的光譜線，如鈉原子具有黃色的光譜線。原子模型與量子力學已用能級的概念進行了合理的解釋，由無數的原子構成固體時，單獨原子的能級就並合成能帶，由於電子數目很多，能帶中能級的間距很小，因此可以看作是連續的，從能帶理論出發成功地解釋了大塊金屬、半導體、絕緣體之間的聯系與區別，對介於原子、分子與大塊固體之間的超微顆粒而言，大塊材料中連續的能帶將分裂為分立的能級；能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。當熱能、電場能或者磁場能比平均的能級間距還小時，就會呈現一系列與宏觀物體截然不同的反常特性，稱之為量子尺寸效應。例如，導電的金屬在超微顆粒時可以變成絕緣體，磁矩的大小和顆粒中電子是奇數還是偶數有關，比熱亦會反常變化，光譜線會產生向短波長方向的移動，這就是量子尺寸效應的宏觀表現。因此，對超微顆粒在低溫條件下必須考慮量子效應，原有宏觀規律已不再成立。電子具有粒子性又具有波動性，因此存在隧道效應。近年來，人們發現一些宏觀物理量，如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應，稱之為宏觀的量子隧道效應。量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應將會是未來微電子、光電子器件的基礎，或者它確立了現存微電子器件進一步微型化的極限，當微電子器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應。例如，在製造半導體集成電路時，當電路的尺寸接近電子波長時，電子就通過隧道效應而溢出器件，使器件無法正常工作，經典電路的極限尺寸大概在0．25微米。目前研製的量子共振隧道晶體管就是利用量子效應製成的新一代器件。
納米材料具有一定的獨特性，當物質尺度小到一定程度時，則必須改用量子力學取代傳統力學的觀點來描述它的行為，當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時，其粒徑雖改變為1000倍，但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨，所以二者行為上將產生明顯的差異。 納米粒子異於大塊物質的理由是在其表面積相對增大，也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結構，此結構代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來原子吸附鍵結，同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子。 就熔點來說，納米粉末中由於每一粒子組成原子少，表面原子處於不安定狀態，使其表面晶格震動的振幅較大，所以具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質，也就是造成熔點下降，同時納米粉末將比傳統粉末容易在較低溫度燒結，而成為良好的燒結促進材料。 一般常見的磁性物質均屬多磁區之集合體，當粒子尺寸小至無法區分出其磁區時，即形成單磁區之磁性物質。因此磁性材料製作成超微粒子或薄膜時，將成為優異的磁性材料。 納米粒子的粒徑（10納米～100納米）小於光波的長，因此將與入射光產生復雜的交互作用。金屬在適當的蒸發沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比。納米材料因其光吸收率大的特色，可應用於紅外線感測器材料。
納米材料分類
納米材料就是具有納米尺度的粉末、纖維、膜或塊體。科學實驗證實，當常態物質被加工到極其微細的納米尺度時，會出現特異的表面效應、體積效應和量子效應，其光學、熱學、電學、磁學、力學乃至化學性質也就相應地發生十分顯著的變化。因此納米材料具備其它一般材料所沒有的優越性能，可廣泛應用於電子、醫葯、化工、軍事、航空航天等眾多領域，在整個新材料的研究應用方面占據著核心的位置。 納米材料大致可分為納米粉末、納米纖維、納米膜、納米塊體等四類。其中納米粉末開發時間最長、技術最為成熟，是生產其他三類產品的基礎。
納米粉末
又稱為超微粉或超細粉，一般指粒度在100納米以下的粉末或顆粒，是一種介於原子、分子與宏觀物體之間處於中間物態的固體顆粒材料。可用於：高密度磁記錄材料；吸波隱身材料；磁流體材料；防輻射材料；單晶硅和精密光學器件拋光材料；微晶元導熱基片與布線材料；微電子封裝材料；光電子材料；先進的電池電極材料；太陽能電池材料；高效催化劑；高效助燃劑；敏感元件；高韌性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用於陶瓷發動機等）；人體修復材料；抗癌制劑等。
納米纖維
指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。可用於：微導線、微光纖（未來量子計算機與光子計算機的重要元件）材料；新型激光或發光二極體材料等。
納米膜
納米膜分為顆粒膜與緻密膜。顆粒膜是納米顆粒粘在一起，中間有極為細小的間隙的薄膜。緻密膜指膜層緻密但晶粒尺寸為納米級的薄膜。可用於：氣體催化（如汽車尾氣處理）材料；過濾器材料；高密度磁記錄材料；光敏材料；平面顯示器材料；超導材料等。
納米塊體
是將納米粉末高壓成型或控制金屬液體結晶而得到的納米晶粒材料。主要用途為：超高強度材料；智能納米功能
金屬材料等。 專家指出，對納米材料的認識才剛剛開始，目前還知之甚少。從個別實驗中所看到的種種奇異性能，說明這是一個非常誘人的領域，對納米材料的開發，將會為人類提供前所未有的有用材料。

F. 納米材料的物理化學特性

納米材料是納米科學技術的一個重要的發展方向。納米材料是指由極細晶粒組成，特徵維度尺寸在納米量級（1~100nm）的固態材料。由於極細的晶粒，大量處於晶界和晶粒內缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等，納米材料與同組成的微米晶體（體相）材料相比，在催化、光學、磁性、力學等方面具有許多奇異的性能，因而成為材料科學和凝聚態物理領域中的研究熱點。
納米材料在結構上與常規晶態和非晶態材料有很大差別，突出地表現在小尺寸顆粒和龐大的體積百分數的界面，界面原子排列和鍵的組態的較大無規則性。這就使納米材料的光學性質出現了一些不同於常規材料的新現象。
納米材料的光學性質研究之一為其線性光學性質。納米材料的紅外吸收研究是近年來比較活躍的領域，主要集中在納米氧化物、氮化物和納米半導體材料上，如納米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均觀察到了異常紅外振動吸收，納米晶粒構成的Si膜的紅外吸收中觀察到了紅外吸收帶隨沉積溫度增加出現頻移的現象，非晶納米氮化硅中觀察到了頻移和吸收帶的寬化且紅外吸收強度強烈地依賴於退火溫度等現象。對於以上現象的解釋基於納米材料的小尺寸效應、量子尺寸效應、晶場效應、尺寸分布效應和界面效應。目前，納米材料拉曼光譜的研究也日益引起研究者的關注。
半導體硅是一種間接帶隙半導體材料，在通常情況下，發光效率很弱，但當硅晶粒尺寸減小到5nm或更小時，其能帶結構發生了變化，帶邊向高能態遷移，觀察到了很強的可見光發射。研究納米晶Ge的光致發光時，發現當Ge晶體的尺寸減小到4nm以下時，即可產生很強的可見光發射，並認為納料晶的結構與金剛石結構的Ge 不同，這些Ge納米晶可能具有直接光躍遷的性質。Y.Masumato發現摻CuCl納米晶體的NaCl在高密度激光下能產生雙激子發光,並導致激光的產生,其光學增益比CuCl 大晶體高得多。不斷的研究發現另外一些材料，例如Cds、CuCl、ZnO、SnO2、Bi2O3、Al2O3、TiO2、SnO2、Fe2O3、CaS、CaSO4等，當它們的晶粒尺寸減小到納米量級時，也同樣觀察到常規材料中根本沒有的發光觀象。納米材料的特有發光現象的研究目前正處在開始階段，綜觀研究情況，對納米材料發光現象的解釋主要基於電子躍遷的選擇定則，量子限域效應，缺陷能級和雜質能級等方面。
納米材料光學性質研究的另一個方面為非線性光學效應。納米材料由於自身的特性，光激發引發的吸收變化一般可分為兩大部分：由光激發引起的自由電子-空穴對所產生的快速非線性部分；受陷阱作用的載流子的慢非線性過程。其中研究最深入的為CdS納米微粒。由於能帶結構的變化，納米晶體中載流子的遷移、躍遷和復合過程均呈現與常規材料不同的規律，因而其具有不同的非線性光學效應。
納米材料非線性光學效應可分為共振光學非線性效應和非共振非線性光學效應。非共振非線性光學效應是指用高於納米材料的光吸收邊的光照射樣品後導致的非線性效應。共振光學非線性效應是指用波長低於共振吸收區的光照射樣品而導致的光學非線性效應，其來源於電子在不同電子能級的分布而引起電子結構的非線性，電子結構的非線性使納米材料的非線性響應顯著增大。目前，主要採用Z-掃找（Z-SCAN）和DFWM技術來測量納米材料的光學非線性。
此外，納米晶體材料的光伏特性和磁場作用下的發光效應也是納米材料光學性質研究的熱點。通過以上兩種性質的研究，可以獲得其他光譜手段無法得到的一些信息。

G. 納米仿生材料具有哪些性質

納米材料具有特殊的光學性質，催化性質，光催化性質，光電化學性質，化學反應性質，化學反應動力學性質和特殊的物理機械性質。由於納米材料晶粒極小，表面積特大，在晶粒表面無序排列的原子分數遠遠大於晶態材料表面原子所佔的百分數，導致了納米材料具有傳統固體所不具備的許多特殊。

納米仿生材料

由於納米材料是由相當於分子尺寸甚至是原子尺寸的微小單元組成，也正因為這樣，納米材料具有了一些區別於相同化學元素形成的其他物質材料特殊的物理或是化學特性例如，其力學特性，電學特性，磁學特性，熱學特性等，這些特性在當前飛速發展的各個科技領域內得到了應用。納米微粒尺寸小，表面能高，位於表面原子占相當大的比例。

隨著粒徑減小，表面原子數迅速增加。這是由於粒徑小，表面積急劇變大所致。由於表面原子數增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩定，很容易與其它原子結合。納米材料的表面效應是指納米粒子的表面原子數與總原子數之比隨粒徑的變小而急劇增大後所引起的性質上的變化。隨著粒徑變小，表面原子所佔百分數將會顯著增加。

H. 納米材料的特性是什麼

假如給你一塊橡皮，你把它切成兩半，那麼它就會增加露在外面的表面，假如你不斷地分割下去，那麼這些小橡皮總的表面積就會不斷增大，表面積增大，那麼露在外面的原子也會增加。如果我們把一塊物體切到只有幾納米的大小，那麼一克這樣的物質所擁有的表面積就有幾百平方米，就像一個籃球場那麼大。隨著粒子的減小，有更多的原子分布到了表面，據估算當粒子的直徑為10納米時，約有20％的原子裸露在表面。而平常我們接觸到的物體表面，原子所佔比例還不到萬分之一。當粒子的直徑繼續減小時，表面原子所佔的分數還會繼續增大。如此看來，納米粒子真是敞開了胸懷，不像我們所看到的宏觀物體那樣，把大部分原子都包裹在內部。
正是由於納米粒子敞開了胸懷，才使得它具有了各種各樣的特殊性質。我們知道原子之間相互連接靠的是化學鍵，表面的原子由於沒能和足夠的原子連接，所以它們很不穩定，具有很高的活性。用高倍率電子顯微鏡對金的納米粒子進行電視攝像，觀察發現這些顆粒沒有固定的形態，隨著時間的變化會自動形成各種形狀，它既不同於一般固體，也不同於液體；在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子彷彿進入了「沸騰」狀態，尺寸大於10納米後才看不到這種顆粒結構的不穩定性，這時微顆粒具有穩定的結構狀態。超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中金屬顆粒會迅速氧化和燃燒。如果要防止自燃，可採用表麵包覆或者有意識地控制氧化速率，使其緩慢氧化生成一層極薄而緻密的氧化層。
概括一下，納米顆粒具有如下一些的特殊性質：
光學性質
納米粒子的粒徑(10～100納米)小於光波的波長，因此將與入射光產生復雜的交互作用。納米材料因其光吸收率大的特點，可應用於紅外線感測材料。當黃金被細分到小於光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實上，所有的金屬在超微顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑(白金)變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。由此可見，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低於1％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性，可以將納米粒子製成光熱、光電等轉換材料，從而高效率地將太陽能轉變為熱能、電能。此外，又有可能應用於紅外敏感元件、紅外隱身技術等。
熱學性質
固態物質在其形態為大尺寸時，其熔點往往是固定的，超細微化後，卻發現其熔點將顯著降低，當顆粒小於10納米量級時尤為顯著。例如，金的常規熔點為1064℃，當顆粒尺寸減小到10納米時，熔點則降低27℃，2納米時的熔點僅為327℃左右；銀的常規熔點為670℃，而超微銀顆粒的熔點則可低於100℃。因此，超細銀粉製成的導電漿料可以進行低溫燒結，此時元件的基片不必採用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑料。採用超細銀粉漿料，可使膜厚均勻，覆蓋面積大，既省料又具有高質量。日本川崎制鐵公司採用0.1～1微米的銅、鎳超微顆粒製成導電漿料可代替鈀與銀等貴金屬。超微顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業具有一定的吸引力。例如，在鎢顆粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微鎳顆粒後，可使燒結溫度從3000℃降低到1200～1300℃，以致可在較低的溫度下燒製成大功率半導體管的基片。
磁學性質
人們發現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤，生活在水中的趨磁細菌依靠它游向營養豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明，在趨磁細菌體內通常含有直徑約為2納米的磁性氧化物顆粒。這些納米磁性顆粒的磁性要比普通的磁鐵強很多。生物學家研究指出，現在只能「橫行」的螃蟹，在很多年前也是可以前後運動的。億萬年前螃蟹的祖先就是靠著體內的幾顆磁性納米微粒走南闖北、前進後退、行走自如，後來地球的磁極發生了多次倒轉，使螃蟹體內的小磁粒失去了正常的定向作用，使它失去了前後進退的功能，螃蟹就只能橫行了。
力學性質
陶瓷材料在通常情況下呈脆性，然而由納米超微顆粒壓製成的納米陶瓷材料卻具有良好的韌性。因為納米材料具有大的界面，界面的原子排列是相當混亂的，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此納米陶瓷材料能表現出甚佳的韌性與一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力學性質。美國學者報道氟化鈣納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強度，是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的。至於金屬一陶瓷等復合納米材料，則可在更大的范圍內改變材料的力學性質，其應用前景十分寬廣。

I. 納米材料的物理性質有哪些

廣義地說,納米材料是指在三維空間中至少有一維處在納米尺度范圍（0.1nm~100nm）或由他們作為基本單元構成的材料. 特性 : （1）表面與界面效應 這是指納米晶體粒表面原子數與總原子數之比隨粒徑變小而急劇增大後所引起的性質上的變化.例如粒子直徑為10納米時,微粒包含4000個原子,表面原子佔40%；粒子直徑為1納米時,微粒包含有30個原子,表面原子佔99%.主要原因就在於直徑減少,表面原子數量增多.再例如,粒子直徑為10納米和5納米時,比表面積分別為90米2/克和180米2/克.如此高的比表面積會出現一些極為奇特的現象,如金屬納米粒子在空中會燃燒,無機納米粒子會吸附氣體等等. （2）小尺寸效應 當納米微粒尺寸與光波波長,傳導電子的德布羅意波長及超導態的相干長度、透射深度等物理特徵尺寸相當或更小時,它的周期性邊界被破壞,從而使其聲、光、電、磁,熱力學等性能呈現出「新奇」的現象.例如,銅顆粒達到納米尺寸時就變得不能導電；絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時卻開始導電.再譬如,高分子材料迦納米材料製成的刀具比金鋼石製品還要堅硬.利用這些特性,可以高效率地將太陽能轉變為熱能、電能,此外又有可能應用於紅外敏感元件、紅外隱身技術等等. （3）量子尺寸效應 當粒子的尺寸達到納米量級時,費米能級附近的電子能級由連續態分裂成分立能級.當能級間距大於熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導態的凝聚能時,會出現納米材料的量子效應,從而使其磁、光、聲、熱、電、超導電性能變化.例如,有種金屬納米粒子吸收光線能力非常強,在1.1365千克水裡只要放入千分之一這種粒子,水就會變得完全不透明. （4）宏觀量子隧道效應 微觀粒子具有貫穿勢壘的能力稱為隧道效應.納米粒子的磁化強度等也有隧道效應,它們可以穿過宏觀系統的勢壘而產生變化,這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應.

J. 納米材料的物理性質主要有什麼！ 適當舉出利用物理性質在生活中的具體應用。

隨著納米技術的不斷發展,在微觀上具有各種形貌的納米材料的研究引起了人們廣泛的興趣。這是由於納米材料的物理和化學性能會隨著材料的尺寸,組成和形貌的改變而變化。如:光學性能、電學性能、磁學性能、吸附性能以及催化性能等等都與納米材料自身的形貌和組成密切相關。中空的微/納米球由於其具有體積密度小,表面積大,以及獨特的物理、化學性能等優點而具有廣泛的應用,已越來越引起人們的興趣.
納米金屬塊體耐壓耐拉 將金屬納米顆粒粉體製成塊狀金屬材料強度比一般金屬高十幾倍，又可拉伸幾十倍。用來製造飛機、汽車、輪船，重量可減小到原來的十分之一。
1.在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用，它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低，而且其制備是憑經驗進行，不僅造成生產原料的巨大浪費，使經濟效益難以提高，而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多，為它作催化劑提供了必要條件。納米粒於作催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15倍。
納米微粒作為催化劑應用較多的是半導體光催化劑，非凡是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導體顆粒，可近似地看成是一個短路的微型電池，用能量大於半導體能隙的光照射半導體分散系時，半導體納米粒子吸收光產生電子——空穴對。在電場作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似的組分進行氧化和還原反應。
光催化反應涉及到許多反應類型，如醇與烴的氧化，無機離子氧化還原，有機物催化脫氫和加氫、氨基酸合成，固氮反應，水凈化處理，水煤氣變換等，其中有些是多相催化難以實現的。半導體多相光催化劑能有效地降解水中的有機污染物。例如納米TiO2，既有較高的光催化活性，又能耐酸鹼，對光穩定，無毒，便宜易得，是制備負載型光催化劑的最佳選擇。已有文章報道，選用硅膠為基質，製得了催化活性較高的TiO／SiO2負載型光催化劑。Ni或Cu一Zn化合物的納米顆粒，對某些有機化合物的氫化反應是極好的催化劑，可代替昂貴的鉑或鈕催化劑。納米鉑黑催化劑可使乙烯的氧化反應溫度從600℃降至室溫。用納米微粒作催化劑提高反應效率、優化反應路徑、提高反應速度方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題，很可能給催化在工業上的應用帶來革命性的變革。
2、在生物醫學中應用
從蛋白質、DNA、RNA到病毒，都在1-100nm的尺度范圍，從而納米結構也是生命現象中基本的東西。細胞中的細胞器和其它的結構單元都是執行某種功能的「納米機械」，細胞就象一個個「納米車間」，植物中的光合作用等都是「納米工廠」的典型例子。遺傳基因序列的自組裝排列做到了原子級的結構精確，神經系統的信息傳遞和反饋等都是納米科技的完美典範。生物合成和生物過程已成為啟發和製造新的納米結構的源泉，研究人員正效法生物特性來實現技術上的納米級控制和操縱。納米微粒的尺寸常常比生物體內的細胞、紅血球還要小，這就為醫學研究提供了新的契機。目前已得到較好應用的實例有：利用納米SiO2微粒實現細胞分離的技術，納米微粒，特別是納米金(Au)粒子的細胞內部染色，表麵包覆磁性納米微粒的新型葯物或抗體進行局部定向治療等。
正在研製的生物晶元包括細胞晶元、蛋白質晶元(生物分子晶元)和基因晶元(即DNA晶元)等，都具有集成、並行和快速檢測的優點，已成為納米生物工程的前沿科技。將直接應用於臨床診斷，葯物開發和人類遺傳診斷。植入人體後可使人們隨時隨地都可享受醫療，而且可在動態檢測中發現疾病的先兆信息，使早期診斷和預防成為可能。納米生物材料也可以分為兩類，一類是適合於生物體內的納米材料，如各式納米感測器，用於疾病的早期診斷、監測和治療。各式納米機械繫統可以快速地辨別病區所在，並定向地將葯物注入病區而不傷害正常的組織或清除心腦血管中的血栓、脂肪沉積物，甚至可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。另一類是利用生物分子的活性而研製的納米材料，它們可以不被用於生物體，而被用於其它納米技術或微製造。
3、在其它精細化工方面的應用
精細化工是一個巨大的工業領域，產品數量繁多，用途廣泛，並且影響到人類生活的方方面面。納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音，並顯示它的獨特畦力。在橡膠、塑料、塗料等精細化工領域，納米材料都能發揮重要作用。如在橡膠中加入納米SiO2，可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。納米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡膠中，可以提高橡膠的耐磨性和介電特性，而且彈性也明顯優於用白炭黑作填料的橡膠。塑料中添加一定的納米材料，可以提高塑料的強度和韌性，而且緻密性和防水性也相應提高。國外已將納米SiO2，作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中，使其密封性和粘合性都大為提高。此外，納米材料在纖維改性、有機玻璃製造方面也都有很好的應用。在有機玻璃中加入經過表面修飾處理的SiO2，可使有機玻璃抗紫外線輻射而達到抗老化的目的；而加入A12O3，不僅不影響玻璃的透明度，而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO2具有優良的紫外線屏蔽性能，而且質地細膩，無毒無臭，添加在化妝品中，可使化妝品的性能得到提高。超細TiO2的應用還可擴展到塗料、塑料、人造纖維等行業。最近又開發了用於食品包裝的TiO2及高檔汽車面漆用的珠光鈦白。納米TiO2，能夠強烈吸收太陽光中的紫外線，產生很強的光化學活性，可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物，具有除凈度高，無二次污染，適用性廣泛等優點，在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境科學領域，除了利用納米材料作為催化劑來處理工業生產過程中排放的廢料外，還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染，並能對這些制劑進行過濾，從而消除污染。
4、在國防科技的應用
納米技術將對國防軍事領域帶來革命性的影響。例如：納米電子器件將用於虛擬訓練系統和戰場上的實時聯系；對化學、生物、核武器的納米探測系統；新型納米材料可以提高常規武器的打擊與防護能力；由納米微機械繫統製造的小型機器人可以完成特殊的偵察和打擊任務；納米衛星可用一枚小型運載火箭發射千百顆，按不同軌道組成衛星網，監視地球上的每一個角落，使戰場更加透明。而納米材料在隱身技術上的應用尤其引人注目。 在雷達隱身技術中，超高頻(SHF，GHz)段電磁波吸波材料的制備是關鍵。納米材料正被作為新一代隱身材料加以研製。由於納米材料的界面組元所佔比例大，納米顆粒表面原子比例高，不飽和鍵和懸掛鍵增多。大量懸掛鍵的存在使界面極化，吸收頻帶展寬。高的比表面積造成多重散射。納米材料的量子尺寸效應使得電子的能級分裂，分裂的能級間距正處於微波的能量范圍，為納米材料創造了新的吸波通道。納米材料中的原子、電子在微波場的輻照下，運動加劇，增加電磁能轉化為熱能的效率，從而提高對電磁波的吸收性能。美國研製的「超黑粉」納米吸波材料對雷達波的吸收率達99％，法國最近研製的CoNi納米顆粒被覆絕緣層的納米復合材料，在2-7GHz范圍內，其m￠和m￠￠幾乎均大於6。最近國外正致力於研究可覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段的納米復合材料，並提出了單個吸收粒子匹配設計機理，這樣可以充分發揮單位質量損耗層的作用。納米材料在具備良好的吸波功能的同時，普遍兼備了薄、輕、寬、強等特點。納米材料中的硼化物、碳化物，鐵氧體，包括納米纖維及納米碳管在隱身材料方面的應用都將大有作為
5、其他領域
除此之外，納米材料還在諸如海水凈化、航空航天、環境能源、微電子學等其他領域也有著逐漸廣泛的應用，納米材料在這些領域都在逐漸發揮著光和熱。
所以在物理性質方面主要是3嘍
希望能夠幫助你