纳米微粒的物理特性

纳米材料与技术作业1.纳米材料按维度划分，可分为几类？(1) 0维材料quasi-zero dimensional—三维尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。

(2) 1维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。

(3) 2维材料—厚度为1 — 100 nm的薄膜。

(4) 体相纳米材料(由纳米材料组装而成)。

(5)纳米孔材料(孔径为纳米级)2. 详细说明纳米材料有那几大特性？这几大特性的特点是什么？为什么纳米材料具有这些特性？(1) 表面效应：我们知道球形颗粒的比表面积是与直径成反比的，故颗粒直径越小，比表面积就会越大，因此，纳米颗粒表面具有超高的活性，在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧，也正是基于表面活性大的原因，纳米金属颗粒可以看成新一代的高效催化剂，储气材料和低熔点材料；(2) 小尺寸效应：随着颗粒尺寸的量变会引起颗粒宏观物理性质的质变。

特殊的光学性质：所有的金属在超微颗粒状态都呈现为玄色。

尺寸越小，颜色愈黑，银白色的铂（白金）变成铂黑，金属铬变成铬黑。

由此可见，金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于l％，大约几微米的厚度就能完全消光。

利用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；特殊的热学性质：固体颗粒在超微细化后其熔点将明显降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为明显；特殊的磁学性质：超微的磁性颗粒可以使鸽子、海豚等生物在微弱的地磁场中辨别方向，利用磁性超微颗粒具有高矫顽力的特性，可以做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，可以将磁性超微颗粒制成用途广泛的磁性液体；特殊的力学性质：由于纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很轻易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。

(3)宏观量子隧道效应：处于分子、原子与大块的固体颗粒之间的超微纳米颗粒具有量子隧道效应，例如：在知道半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子的波长时，电子就会通过隧道效应溢出器件，使器件无法正常工作。

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。

下转换纳米粒子定义-回复1.引言（100-200字）纳米粒子是指具有纳米级尺寸的微小颗粒，通常指的是纳米级别的固体颗粒。

由于其小尺寸特性以及特殊的物理和化学性质，纳米粒子在各个领域都具有广泛的应用潜力，如能源储存、生物医学、环境治理等。

本文将深入探讨纳米粒子的下转换效应及其应用。

2.纳米粒子的定义及特性（300-500字）纳米粒子是一种纳米级别的颗粒，其尺寸通常在1-100纳米之间。

与宏观物质相比，纳米粒子的尺寸更小，因此其表面积比相对较大，具有较高的比表面积。

这使得纳米粒子拥有特殊的物理和化学性质。

纳米粒子的性质随其尺寸和形状的变化而变化，并且可以通过控制其制备条件来调控其形貌和尺寸。

纳米粒子常见的制备方法包括溶剂热法、溶胶凝胶法、气相法等。

3.纳米材料的下转换效应（500-800字）下转换是指材料在受激激发后从高能级向低能级发射辐射。

纳米粒子由于其小尺寸和巨大的比表面积，常常显示出显著的下转换效应。

这是由于纳米粒子表面处于一个高能级状态，而内部处于一个低能级状态，导致激发能量容易向表面迁移。

当纳米粒子受到外部光照或能量输入时，部分能量将被吸收并转化为激发态能量，然后通过下转换的过程将能量从高能级向低能级传递，并发射出辐射。

这种下转换效应可以用于光、热能的转换和储存等。

4.纳米粒子的下转换材料与机制（500-800字）纳米粒子常用的下转换材料包括金属、半导体和稀土离子等。

金属纳米粒子具有独特的光电性能和表面等离子体共振效应，可以吸收和发射特定波长的光辐射。

半导体纳米粒子往往通过量子大小效应而具有调控的光学特性，在受到光照后产生上转换和下转换的效果。

稀土离子纳米粒子由于其特殊的能级结构，能够显示出显著的下转换效应。

纳米粒子下转换的机制包括电子跃迁、多光子过程和表面等离子共振等。

5.纳米粒子下转换在生物医学应用中的应用（300-500字）纳米粒子的下转换效应被广泛应用于生物医学领域。

例如，在生物成像方面，利用纳米粒子的下转换效应可以实现高分辨率、高对比度的细胞和组织成像。

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。

纳米颗粒的物理性质与应用纳米颗粒是指粒径在1到100纳米之间的微粒，具有许多优良的物理性质和应用潜力。

在纳米领域的发展背景下，人们对纳米颗粒的物理性质和应用开展了大量的探索和研究。

本文将就纳米颗粒的物理性质和应用这两个方面展开阐述。

纳米颗粒的物理性质纳米颗粒的物理性质是由其微观结构和组成决定的，其物理性质与其体积呈反比例关系。

当纳米颗粒的粒径变小时，晶体表面积相对于体积增大，其具有如下的物理性质：1.表面效应：表面积大幅增加导致了表面效应的显著增强，表面能和表面物种的吸附几率增加，这种表面效应可以体现在热力学稳定性，力学性能以及化学反应性等方面。

2.量子效应：当纳米颗粒小于其布拉格衍射极限时（该极限由晶胞尺寸决定），则其固有量子效应更加明显，对于纳米颗粒中的光子，其带电粒子的行为发生改变，化学反应速率也必然增加，因此对于荧光、磁性、光学、电学等性质也存在明显影响。

3.热力学性质：在纳米颗粒的热力学性质方面，由于表面边界对其能量和热力学性质的影响，导致纳米颗粒具有更高的表面能，故使其比同体积的材质具有更高的比表面能。

这种性质将离子通道和分子吸附提升到新的水平，引入了充分利用动力学的微纳流体学的可能性。

纳米颗粒的应用2.医药领域：在医药领域，纳米颗粒能被用作良好的微粒载体，可将药物封装在纳米颗粒中，因此就可以大大提高药物的生物利用度，降低药物毒性，强化药物效果和药物的稳定性。

3.电子领域：在电子领域，纳米颗粒的特殊物理性质使其成为探测器、传感器和信息存储设备的重要材料。

例如，纳米颗粒的荧光特性被用于生物传感和显微成像。

4.材料领域：在材料领域，纳米颗粒被用于合成纳米复合材料，如纳米结构材料、高分子纳米复合材料，材料的性质通过控制纳米颗粒的大小和形状等可调控结构性质的参数以及改变材料的组分来调控。

纳米颗粒的陆续应用领域还在不断扩大，各种新的应用和性能不断涌现。

因此，纳米颗粒具有非常广阔的发展前景，其应用前景也将会不断拓展。