納米材料的分類及其物理特性

覃子權

(貴州大學 貴州 貴陽 550025)

引言

納米材料主要是由原子尺寸的微小單元和分子尺寸所構成，所以這種材料具有其他化學元素所形成的化學特征或是物理特征材料所具有的特征，比如，熱學特性、磁學特性、力學特性等，現階段納米材料被有效地應用到各個科技領域中，并取得良好的成效。

1 納米材料的分析

1980年，首次出現“納米”一詞，在早期納米材料的發展過程中，主要是顆粒構成的固體存在的，這種材料是符合納米尺度范圍的，一般來說我們將納米材料維度分為三類，即0維、1維、2維，立足于空間三維尺度來分析，0維納米材料是完成符合納米尺度的，1維納米材料是滿足二維納米尺度特征的，最后一類納米材料有著1維納米尺度特點，并且有著超薄膜。基于此，有科學家發明了 0.35nm 超級薄膜。這種材料的薄膜厚度小，我們需要將這種材料重疊20萬次還達到一根頭發的厚度。由于這種材料的特殊性因此其物理特性是具有差異的，通常情況下我們將其分為兩類，即納米鐵電體、納米半導體[1]。縱觀當前絕大多數納米財力，都是采用人工制備的方式生產的，因此我們可以將其稱為人工材料。事實上在大自然中一直都存在納米固體，但是在這方面人類的研究不夠深入， 比如，我們所熟知的隕石就是這種材料。另外動物牙齒也是由納米微粒所構成的。倘若從化學分成分來分類，我們可以將其分為納米復合材料、納米金屬、納米陶瓷等。

2 分析納米粒子的物理特性

2.1 界面與表面效應

這種物理特征主要指納米晶體粒表面的總原子數量與原子數，伴隨著納米晶體粒徑變小，所出現性質變化。我們假設晶體粒直徑為10納米時，這個時候，表面原子占40%，微粒大約有4000個原子左右，如果晶體粒直徑為1納米，表面原子占99%左右，此時微粒大概有30個原子。探究其原因是因為納米晶體粒直徑減少，相應地，表面原子數量在不斷增加。

2.2 小尺寸效應

這種物理特性具體就是指納米微粒尺寸等于或是小于超導態的相干長度、超導態投射深度，光波波長時，納米微粒尺寸的周期性邊界被損壞，如此一來，導致納米微粒熱力學、磁學、聲學、光學、電學等出現一些比較奇特的現象，比如，納米材料與高分子材料的混合所制作而成的刀具，是非常堅硬的，其程度可以與金剛石制品相比較，對此，我們在研究中，可以充分利用納米材料的這些物理特性，將其轉變成電能，另外，還可以將納米材料有效地運用到紅外隱身技術或是紅外敏感元件中，發揮應有的功效。

2.3 宏觀量子隧道效應

由于具備貫穿勢壘的能力我們又將微觀粒子稱之為隧道效應。最近幾年，科學家發現了一些宏觀量。比如，量子相干器件當中所具有磁通量、微顆粒磁化強度等。我們將其中所發現的隧道效應，稱之為宏觀量子隧道效應，科研人員對這種物理特征的研究具有至關重要的作用，這主要是因為宏觀量子隧道效應限定了磁盤和彩帶存儲信息的極限。隨著科學技術的不斷發展，未來微電子器件基礎一定會是隧道效應和量子尺寸效應，同時其還進一步微化微電子器件的極限。在具體的細微化過程中，一定離不開對量子效應的思考[2]。

2.4 熱學性質

一般來說，納米材料的熱膨脹和比熱系統就大于非晶體材料或是同類晶材料的值，探究其元原因，是因為原子密度較低、界面原子排列不整齊以及界面原子耦合作用變弱所造成的。這種物理特征在納米復合材料和儲存材料方面具有較為良好的應用前景。

2.5 電學性質

這種物理特征具體就是指晶界面原子體積分數變化，這樣一來，就讓納米材料就會因為體積分數的變化，導致其電阻高于同類粗晶材料，變化顯著的時候，還會出現絕緣體轉變（SIMIT），如果我們充分利用這種物理特性的庫侖堵塞效應和隧道量子效應，有效將納米材料制作成帶電子器件，能最大化地發揮超微型低能耗、超容量、超高速的特點，隨著技術的不斷發展相信在今后納米材料一定會取代常規半導體器件[3]。

2.6 磁學性質

這種物質特性，較大塊材料而言，小尺寸的超微顆粒磁性具有顯著的優勢，這種材料呈現出超順磁性，相關技術人員充分利用磁性超微顆粒自身所具有的高矯頑力的特性，當前已經制作成磁記錄磁粉，這種磁粉具有高貯存密度，當前已經廣泛的運用到磁卡、磁帶等方面，人們利用超順磁性超微顆粒已經制作成了磁性液體[4]。

2.7 奇特的物理性能

這種性能主要分為兩個方面，即奇特的光學特性和擴散及燒結性能，光學特性具有三個特性，第一，藍移現象，也就是說納米微粒吸收帶可移動到短波方向。第二，寬頻帶強吸收，眾所周知納米粒子在光的吸收能力較強，在強光作用下粒子就會變黑。第三，由于這種材料的特殊性，材料具有一些常規材料不曾有的發光現象。擴散及燒結性能物理特性方面，較大界面是納米結構材料最顯著的特征，復雜的界面材料有效地為原子提供的短程擴散途徑，納米機構與單晶材料進行對比，有著非常高的擴散率[5]。

3 結語

總之，隨著科學技術的高速發展，相信在今后納米材料一定會實現規模化生產，提高我們的生活和工作效率，但是在這個過程中我們應認識到科學技術是一把雙刃劍，為我們帶來利的同時，也帶來弊端，因此，我們在使用過程中一定要規避這種現象。