安大陶瓷材料课件07纳米陶瓷-2纳米材料的特性

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纳米微粒和由它们构成的纳米固体材料具有四个基本效应。小尺寸效应表面与界面效应量子尺寸效应宏观量子隧道效应

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷小尺寸效应。当纳米微粒的尺寸与光波的波长、传导电子的德布罗意波长以及超导态的相干长度或穿透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，声、光、电、磁、热力学等特性均会呈现新的小尺寸效应。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷表面与界面效应。纳米微粒由于尺寸小，表面积大，表面能高，位于表面的原子占相当大比例。这些表面原子处于严重的缺位状态，因此其活性极高，极不稳定，很容易与其他原子结合，产生一些新的效应。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷量子尺寸效应。当粒子尺寸下降到最低值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象。低温下电子能级是离散的，而且这种离散对材料的热力学性质有很大影响。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷例如，超微粒子的比热、磁化率明显区别于大块材料。库波（Kubo）提出了相邻电子能级间距（δ）和颗粒直径的如下关系式：（7-1）

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷式中，N：一个超微粒子的总导电电子数；EF：费米能级；V：超微粒子体积。对于宏观物体包含无限个原子，N→∞，由式（7-1）知，δ→0，能级连续。而对纳米微粒，所含的原子数有限，N很小，δ就有一定值，能级分立。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷当能级间距δ大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，必须考虑量子效应，这就导致纳米微粒的磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有着显著的不同，称为量子尺寸效应。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷宏观量子隧道效应研究对基础研究及实用都有着重要意义。量子尺寸效应、隧道效应将会是未来微电子器件的基础，它确立了现有微电子器件进一步微型化的极限。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷当微电子器件进一步细微化时，必须要考虑上述的量子效应。上述的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应以及量子隧道效应，都是纳米微粒与纳米固体的基本特性，它使纳米微粒和纳米固体呈现许多奇异的物理、化学性质，是出现一些“反常现象”的原因。

7.2纳米材料的特性第七章纳米陶瓷由它构成的二维薄膜以及三维固体也表现出不同于常规块状材料和薄膜的性质。纳米陶瓷具有的这些优异性能在20世纪80年代一度引起人们极大的兴趣，使陶瓷材料的研究出现一个新的飞跃。

纳米材料宏观物理性能：高强度和高韧性。高热膨

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