由于它独特的结构形态，从而产生了小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应与宏观量子隧道效应等，这些性能使得纳米材料拥有了传统材料所不具备的优良性能。此时，表面原子活性高，易与其他原子相结合，这一现象被称为纳米材料的表面效应。图1-1纳米材料形态宏观量子隧道效应：纳米材料的微观粒子具有贯穿势垒的能力被称之为隧道效应。表1-1纳米材料特性与应用续表......
2023-06-23
纳米材料的独特应用领域
【摘要】：利用其电阻的显著变化，可将纳米传感器作成具有不同应用价值的传感器。目前，对于纳米超导材料的研究已经比较成熟。例如，聚吡咯纳米线比其块体材料的电导能力高2个数量级。除此之外，纳米技术在人们的实际生产生活中也有很广泛的应用。
由于纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等基本性质，因此造成了它具有多种独特的物理和化学性质，具体包括以下几个：
1.光学性能
由于纳米材料的直径很小，存在显著的量子尺寸效应，因此它们的光物理和光化学性能迅速成为目前最活跃的研究领域之一。其中，纳米材料所具有的超快速的光学非线性响应及光致发光等特性备受科研人员的关注。
2.催化特性
由于纳米材料的尺寸很小，因此其位于表面的原子占了体积分数比重的很大一部分，具有相当大的表面能，并且随着纳米材料尺寸的进一步减小，比表面积更是急剧增大。由于表面原子数大量增加，原子配位数不足，从而导致纳米颗粒表面出现许多缺陷，进而其活性很强，容易吸附其他原子并发生化学反应。当纳米颗粒的尺寸降到某一数值（10 nm）以下时，电子能级由准连续变为离散能级态，半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，使其能隙变宽。这种现象一般称为量子尺寸效应。量子尺寸效应会导致蓝移现象的发生，并且禁带明显变宽，使电子/空穴氧化电位提高，从而可以明显增加纳米催化剂的催化效率。例如，Pour等采用微乳液法用Fe2O3、CuO和La2O3制备出Fe/Cu/La/SiO2纳米结构催化剂。这种纳米催化剂活性和对产物的选择性与传统的铁催化剂相比，具有更多的优势。
3.纳米器件传感器
纳米传感器具有尺寸极小、表面活性极高和表面积巨大等特点，而且其对周围环境的快速敏感性使其在化学和生物学等领域有很广泛的应用。传感器对气体、光、磁、温度、湿度等因素反应很敏感。上述外界条件的微小改变往往会引起表面或界面离子价态电子输运发生迅速的变化。利用其电阻的显著变化，可将纳米传感器作成具有不同应用价值的传感器。纳米传感器一般具有灵敏度高、响应速度快、选择性优良等特点。Wang等合成了基于三亚苯的微纳米丝。硝基芳香化合物的存在可以使三亚苯微纳米丝的电导率和结晶发生明显改变，因此，这种微纳米丝可以方便地应用于硝基芳香化合物的检测中。
4.超导现象
超导现象是指某些材料在特定条件下体系内部电阻变小到零的现象。将纳米技术引入超导材料中，可以使超导材料的超导临界电流和超导临界温度等有较大的变化。美国科学家利用纳米碳管与氧化物以及碘化物进行高温熔烧，使用纳米尺度的固相反应成功制备出纳米碳化钛、碳化铁、碳化铌等纳米棒材料。另外，在纳米碳化铌棒状材料中，他们还发现有超导现象。目前，对于纳米超导材料的研究已经比较成熟。Cheng等对MgB2的体材料掺杂纳米金刚石颗粒的超导性能进行了研究，其中，MgB2的超导转变温度Tc与金刚石颗粒掺杂水平有很大关系。
5.纳米阵列体系
纳米阵列体系是通过导电高分子（聚吡咯、聚噻吩和3，4乙烯二氧噻吩等）和无机材料纳米线、纳米管的阵列体系采用AAO模板结合化学或电化学的方法，使这些材料在模板孔洞内聚合或沉积而成的。这类阵列体系的纳米线和纳米管等具有统一的直径，阵列密度与多孔氧化铝模板相似，一般为109/cm2。由于导电高分子等材料的纳米线或纳米管的外层高分子链排列有序，因此其电学性质往往比同种块状材料要高很多。例如，聚吡咯纳米线比其块体材料的电导能力高2个数量级。由于这类材料形成的纳米线或纳米管阵列体系的电导能力强，因此一般可用于制备微纳米级的电子元件。
除此之外，纳米技术在人们的实际生产生活中也有很广泛的应用。例如：在医药领域，纳米技术可以使药品生产流程变得更精细，使用纳米技术直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品；在纺织工业领域，在合成纤维树脂中添加ZnO等纳米粉体级的材料，可制成具有杀菌、除臭和防辐射等功能的服装；在家用电器、日常用品方面，可制成具有抗菌、抗老化和除异味等功能的纳米多功能材料；在环境保护领域，使用功能独特的纳米材料能够探测到水体或者环境中的污染，并能够对这些污染物进行捕获，消除污染。在电子工业和计算机领域，存储容量为集成电路芯片上千倍的纳米材料级存储器芯片已经被成功开发出来了。
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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