纳米材料四大效应

纳米材料的表面效应纳米材料微观结构至少在一维方向上受纳米尺度（1nm--100nm）调制的各种固体超细材料，它包括零维的原子团蔟（几十个原子的聚集体）和纳米微粒；一维调制的纳米多层膜；二维调制的纳米微粒膜（涂层）；以及三维调制的纳米相材料。

纳米固体中的原子排列既不同于长程有序的晶体，也不同于长程无序、长程有序的"气体状"固体结构，是一种介于固体和分子间的亚稳中间态物质。

因此，一些研究人员把纳米材料称之为晶态、非晶态之外的"第三态晶体材料"。

正是由于纳米材料这种特殊的结构，使之产生四大效应，即表面效应和界面效应、小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应），从而具有传统材料所不具备的物理、化学性能，表现出独特的光、电、磁和化学特性。

（1）表面与界面效应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%。

主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。

再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。

如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。

（2）小尺寸效应当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出新的物理性质的变化称为小尺寸效应。

例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。

再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。

利用这些特性，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、红外隐身技术等等。

纳米材料的应用范围及应用效应纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)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。

纳米新材料配方是一门在100 纳米以内空间内，通过自然更改直接排序原子与分子创造出来的新纳米材料的项目。

纳米新材料与该领域是现代力量和现代技术创新的起点,新的规律和原理的发现与全新的理念创设给予基础科学，提供了新的机会,这会成为许多领域的重要改革新动力。

纳米新材料配方由于SAIZU细小,拥有很多奇特的性能。

1988年Baibich 等第一次在纳米Fe/ Cr MS里发现磁电阻变化率达到百分之五十,与一般的ME比起来要大一个级别,并且是负值的,各向一样,称作GMR 。

之后还在纳米体系的、隧道结和Perovskite结构、颗粒膜中发现巨ME。

里面Perovskite结构在一九九三年是发现且具有极大ME,叫做CMR ,在隧道结中找到的为TMR。

纳米材料的应用范围1、天然纳米材料海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。

最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。

如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部内的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。

生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着纳米材料为它们导航。

2、纳米磁性材料在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。

纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。

超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

3、纳米陶瓷材料传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。

纳米材料的特性
纳米材料是指至少在一维上尺寸小于100纳米的材料，通常由几百到几千个原
子组成。

由于其尺寸小，纳米材料具有许多特殊的物理、化学和生物学特性，使其在材料科学、生物医学和能源领域具有广泛的应用前景。

首先，纳米材料的特性之一是表面效应。

由于纳米材料的尺寸小，其表面积相
对于体积来说非常大，因此表面效应在纳米材料中变得非常显著。

这使得纳米材料在催化、传感和吸附等方面具有独特的性能，可以提高材料的反应活性和选择性。

其次，纳米材料还具有量子尺寸效应。

当纳米材料的尺寸接近原子或分子的尺
寸时，量子效应将会显现出来。

这种效应使得纳米材料的电子结构和光学性质发生变化，导致其具有与宏观材料不同的电子输运和光学性能，这对于纳米电子器件和纳米光学器件的设计和制备具有重要意义。

此外，纳米材料还表现出优异的力学性能。

由于纳米材料的晶粒尺寸非常小，
其晶界和缺陷对材料的力学性能产生显著影响。

因此，纳米材料通常具有优异的强度、硬度和韧性，这使得纳米材料在材料加工和结构设计中具有重要的应用潜力。

此外，纳米材料还具有独特的磁学和光学性质。

由于纳米材料的尺寸接近光波
长或磁域尺寸，因此纳米材料在磁学和光学领域表现出与宏观材料不同的性质。

这使得纳米材料在磁记录、光学传感和光电器件等领域具有广泛的应用前景。

总的来说，纳米材料具有许多独特的特性，这些特性使得纳米材料在材料科学、生物医学和能源领域具有广泛的应用前景。

随着纳米技术的不断发展，相信纳米材料将会在更多领域展现出其独特的价值，为人类社会的发展做出更大的贡献。

纳米材料应用发展情况调研报告看过《三体》的人都知道，太空电梯的主要支撑材料是一种叫“飞刃”的新型纳米材料，只有头发丝十分之一粗细的线形材料，强度就足以吊起一辆大卡车，这种材料一旦被广泛应用，无疑会为我们生活的世界带来翻天覆地的变化。

本文将从市场而非科学的角度对当前纳米材料应用发展情况及未来的市场前景进行分析，以期找到纳米材料应用发展的市场特点、相关规律，为投资者及市场观察者提供相对合理的参考。

一、应用范围当前，市场上对纳米材料的应用发展主要根据材料本身的特性或效应，开展科学研究和生产符合市场需求的产品。

学术上认为纳米材料主要有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等四大效应。

凭借纳米材料的小尺寸效应，可以改变金属冶炼工艺，控制颗粒大小转变光波的吸收性能，比如通过制造具有特定吸收频宽的材料用于电磁波屏蔽、隐形飞机改良等领域；凭借表面效应，增强材料表面活性，开发特殊用途的高效催化剂、高性能涂料、杀菌剂等；凭借量子尺寸效应，可以用来设计新型电子器件，比如纳米晶体管、电容器、电阻器以及高效的太阳能电池、LED灯等；凭借宏观量子隧道效应，可以制作具有超高速、超容量、超微型、低耗能的纳米电子器件，极有可能在未来取代目前的常规半导体器件。

同时，不同的纳米材料还有很多差异巨大且极为特殊的性质属性，通过不同的尺寸变化、结构组合等，可以将材料的韧性、硬度提高高原来的百倍以上，也可以将金属材料熔点降低5倍，还可以将极易导电的材料变为绝缘体，其应用空间和应用前景绝对是超乎想象。

二、市场规模从上世纪80年代以来，随着国家对纳米材料技术研究的重视，加大了对相关基础、应用研究项目的资金支持，企业开始从事纳米材料生产开发的数量逐年增多，特别是进入90年代后，社会资金积极涌入纳米粉体材料的生产，催动纳米技术向各个应用领域渗透，直至目前我国纳米材料产业已进入稳定、健康的发展阶段，产品规模及系列化、多元化的应用已走在世界前列。

纳米材料在几种功能涂料中的应用
一、纳米材料的定义及特点
 当前定义纳米材料尺寸范围为0.1-100纳米。现代材料和物理学家所称的
纳米材料是指固体颗粒小到纳米尺度的超微粒子（也称之为纳米粉）和晶
粒尺寸小到纳米量极的固体和薄膜。
 纳米粒子具有常规微细粉末所不具备的四大效应，即量子尺寸效应、小
尺寸效应、表面效应、和宏观量子隧道效应，从而表现出许多奇特的光
学、表面活性、填充特性、磁学、力学、物理、化学性能。
 由于纳米纳米材料独特的光、电、磁性能，将其应用于涂料中后，除了
可以起到改性作用外，更为重要的是可以制备出各种功能涂料，如抗辐
射、耐老化、抗菌杀菌、隐身等特殊功能。
 二、纳米材料在涂料中的应用
 纳米材料在涂料中应用主要为两种：①纳米材料经特殊处理后，添加到
传统涂料分散后制成的纳米复合涂料。将纳米离子应用于涂料中所得到的
一类具有抗辐射、耐老化、具有某种特殊功能的涂料称为纳米复合涂料。
②完全由纳米粒子和有机膜材料形成的纳米涂层材料。
 a、随角异色效应涂料---变色龙漆
 由于纳米二氧化钛晶体的粒径大约是普通钛白粉的1/10，远远低于可见
光的波长（390～780纳米），本身具有透明性，又对可见光具有一定程度的
遮盖，透射光在铝粉表面反射跟在纳米二氧化钛表面反射产生了不同的视
觉效果。
 举例：将纳米级二氧化钛与铝粉混合颜料或纳米二氧化钛包覆的云母变

纳米材料的特异效应及应用摘要：介绍了纳米材料所独有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效以及介电限域效应，这些效应使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的特性。

综述了纳米材料在催化、传感、磁性、食品、化妆品、生物医学等方面的应用，叙述了纳米材料在科学技术发展和社会进步中所起到的重要作用，并说明了它还将有更广阔的应用前景。

关键词：纳米材料；基本效应；应用Nanostructured material’s special effects and itsapplicationsAbstract：The particular small size effect，surface effect，quantum size effect, macroscopic quantum tunneling effect and dielectric confinement effect with nanometer materials are presented . As a result of these effects，nanometer materials possess some special properties which normal materials do not have as far as magnetics ，optics ，electronics ，and sensitivity，ect . are concerned . The application of nanometer in the catalytics ，sensitivity ，magnetics，food ,cosmetics and biomedicine，and so on are summarized . And t he important role of nanometer material in science and technology development and social progressis described. The application prospect of nanometer materials is also illustrated.Key words：nanometer materials ；basic effect ；application1984年德国科学家Gleiter首先制成了金属纳米材料，同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议，使纳米材料成为世界性的热点之一；1990年在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议，标志着纳米科技的正式诞生；1994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议，表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。

什么是纳米和米、分米、厘米等长度单位一样，纳米也是一种长度单位，只不过它更小。

1纳米等于1米的10亿分之一，大致相当于10个氢原子排列在一起的长度。

一般认为，三维空间内有一个维度尺寸小于100纳米的材料，就可以称为纳米材料。

而与纳米材料制备、加工和应用等相关的工艺及方法则统称为纳米技术。

自20世纪80年代人类通过扫描隧道显微镜，第一次正式开启对纳米尺度世界的科学观测与研究以来，纳米技术以及纳米材料在接下来的几十年间飞速发展，并在各个领域崭露头角。

为什么科学家们痴迷于探索这样的小尺度？科学之友　602023-04真有那么神奇吗文｜裴宸纬现如今，越来越多的生活用品都标注使用先进纳米材料以强化产品性能。

在某电商平台上，纳米雾化消毒器、纳米枕头、纳米不粘锅等“纳米系”产品销量激增。

一些商家宣称，这些商品在制造过程中运用了纳米技术，具有同类商品不具备的特点。

那么，什么是纳米？纳米材料真的有那么神奇吗？在日常生活中，哪些商品运用了纳米技术？“纳米”日用品专家表示，这是因为许多物质在纳米尺度范围内会出现很多新奇的物理、化学、生物学特性或医学功能等。

比如，金的熔点约为1 064 ℃，但在1～2纳米尺度下，它在室温下就会熔化。

另外，一些金属氧化物通常情况下没有磁性，但在20纳米尺度以下就会表现出磁性。

其中，具有红外光或者近红外光吸收的金纳米材料还可用于光热治疗癌症。

作为生物相容性较好的碳材料，当它们从常规碳材料变成单层石墨烯后，导电、导热性能都得到显著提升。

目前，全世界有60多个国家专门成立了国家层面的纳米研究计划，中国也不例外。

在纳米科技的基础研究和应用基础研究领域，中国是全球最活跃也最有影响力的国家之一。

科学释疑理性看待纳米技术及相关产品那么，我们在日常生活中所见到的纳米枕头、纳米不粘锅等产品，是否真的运用到了纳米技术呢？生活中，人们最常见到的纳米产品可能就是纳米不粘锅了，它利用了纳米材料的表面效应。

表面效应是纳米材料的四大效应之一。

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。

纳米材料综述 摘 要: 纳米材料是当今材料学科发展领域最重要的前沿研究课题，本文简要阐述了纳米材料基本概念、研究状况及特殊性能,介绍了其制备方法及应用前景。 关键词：纳米材料 性能 制备方法 应用

1 引言 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料，它的微粒尺寸大于原子簇，小于通常的微粒，一般为100一102nm。它包括体积分数近似相等的两个部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子；二是粒子间的界面。前者具有长程序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结。

2 正文 一、 纳米材料的基本特性 所谓纳米材料是指材料基本构成单元的尺寸在纳米范围即1~100纳米或者由他们形成的材料。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。 二、 纳米材料的发展 1000年以前，我们先祖就利用燃烧的石蜡形成的烟雾制成炭黑，作为墨的原料或着色染料，科学家们誉其为最早的纳米材料。 1959年，美国物理学家、著名的诺贝尔奖得主费曼（Richard Feynman）首次提出了“纳米”材料的概念。 1980年的一天，德国物理学家格莱特到澳大利亚旅游他长期从事晶体材料的研究，了解晶体的晶粒大小对材料的性能有很大的影响：晶粒越小，强度就越高。他的想法一步一步地深入：如果组成材料的晶体的晶粒细到只有几个纳米大小，材料会是个什么样子呢？ 格莱特带着这些想法回国后，立即开始试验。经过将近4年的努力，终于在1984年制得了只有几个纳米大小的超细粉末。 1991年，日本电气公司的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由许多六边形的环状碳原子组合而成的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。这种单层和多层的管状物的两端常常都是封死的。 纵观21世纪纳米科技的研究与发展，在纳米材料、纳米装置、纳米区域的探测与研究等方面都有较大的突破和发展。各国对纳米材料研究的经费投入也逐年增长，我国也努力赶上先进国家水平，研究队伍也在日渐壮大。 三、 纳米材料特性 一般在宏观领域中，某种物质固体的理化特性与该固体的尺度大小无关。当物质颗粒小于100 nm时，物质本身的许多固有特性均发生质的变化。这种现象称为“纳米效应”。纳米材料具有四大效应：表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应。 3.1 表面效应 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1 nm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。 3.2 小尺寸效应 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金刚石制品还要坚硬。利用这些特性，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、红外隐身技术等等。 3.3 量子尺寸效应 当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。 3.4 宏观量子隧道效应 对超微颗粒而言，大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级；能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时，就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性，称之为量子尺寸效应。例如，导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，称之为宏观量子隧道效应。这一效应与量子尺寸效应，确立了现存微电子器件进一步微型化的极限，当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。 四、 纳米材料的制备 4.1 物理粉碎法 通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 4.2 机械球磨法 采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 4.3气相沉积法 利用金属化合物蒸汽的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。 4.4 沉淀法 把沉淀剂加入到盐溶液中反应后,将沉淀物热处理得到纳米材料。其特点简单易行,但纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。 4.5 水热合成法 高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成,再经分离和热处理得到纳米粒子。其特点纯度高,分散性好、粒度易控制。 4.6 溶胶凝胶法 金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化,再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多,产物颗粒均一,过程易控制,适于氧化物和Ⅱ~Ⅵ族化合物的制备。 4.7 微乳液法 两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液,在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点是粒子的单分散和界面性好,Ⅱ~Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。 五、 纳米材料的应用 1 纳米塑料 它具有优异的物理力学性能、强度高、耐热性好、比重低,优异的透明度和光泽度,耐磨性是黄铜的27倍、钢铁的7倍;同时由于其氧气透过率低,还具有阻燃自熄性能,且加工性能优良,可广泛应用于高性能的管材、机械零部件和电子电器领域。 2 纳米金属材料 室温下它具有超塑性,如纳米铜能屈能伸,比普通铜大50倍。 3 纳米化工材料 ①采用液相纳米材料,运用微爆炸理论制造的NANO牌纳米燃烧油添加剂,能使燃油充分燃烧,车尾气得到净化; ②纳米改性涂料:在涂料中加入纳米TiO2能杀菌、除臭、自洁抗菌防污,加入SiO2可使涂料抗老化性能、催干性、光泽度和强度成倍提高;ZnO加入到汽车金属闪光面漆中可以制造出专用的变色漆;③纳米改性陶瓷:陶瓷烧结时加入ZnO,烧结温度可降低400~600℃,制品光亮如镜,脆性大幅度下降。 4 纳米涂层材料 它可对基体材料进行表面修饰、包覆、改性和增添新特性等。 六、 应用前景 纳米材料具有的特定功能,既能使传统的产品“旧貌换新颜”,改变现有的产业结构,未来,在航天航空、电子、生物、机械等领域又具有广阔的用途。 ①纳米机器人,在生物医学、航空航天中具有极佳的功用； ②太空升降机,这将成为人类移居外星球的理想工具； ③储氢燃烧电池,这对环保、节能极为有利； ④纳米电子枪和纳米探头,它能解决现在工程中难以逾越的难题； ⑤电子隧道； ⑥纳米卫星和微型飞船； ⑦原子精密计算机； ⑧纳米多功能抗菌塑料。 七、 结论与前景 由于纳米技术对国家未来经济、社会发展及国防安全具有重要意义，世界各国（地区）纷纷将纳米技术的研发作为21世纪技术创新的主要驱动器，相继制定了发展战略和计划，以指导和推进本国纳米科技的发展。目前，世界上已有50多个国家制定了国家级的纳米技术计划。一些国家虽然没有专项的纳米技术计划，但其他计划中也往往包含了纳米技术相关的研发。我国政府在2001年7月就发布了《国家纳米科技发展纲要》，并在国家中长期科技发展纲要中明确中国纳米科技发展的路线图。目前我国在纳米材料及其应用、扫描隧道显微镜分析和单原子操纵等方面研究较多，主要以金属和无机非金属纳米材料为主，约占80%，高分子和化学合成材料也是一个重要方面，而在纳米电子学、纳米器件和纳米生物医学研究方面与发达国家有明显差距。