1 力學性能
高溫、高硬、高強是結構材料開發(fā)的永恒主題,納米結構材料的硬度(或強度)與粒徑成反比(符合Hall-Retch關系式)。材料晶粒的細化及高密度界面的存在,必將對納米材料的力學性能產生很大的影響。在納米材料中位錯密度非常低,位錯滑移和增殖采取Frand-Reed模型,其臨界位錯圈的直徑比納米晶粒粒徑還要大,增殖后位錯塞積的平均間距一般比晶粒大,所以在納米材料中位錯的滑移和增殖不會發(fā)生,此即納米晶強化效應。
2 光學性能
納米粒子的粒徑(10~100nm)小于光波的波長,因此將與入射光產生復雜的交互作用。金屬在適當的蒸發(fā)沉積條件下,可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子,稱為金屬黑,這與金屬在真空鍍膜時形成的高反射率光澤面成強烈對比。由于量子尺寸效應,納米半導體微粒的吸收光澤普遍存在藍移現象,納米材料因其光吸收率大的特色,可應用于紅外線感測器材料。此外,TiO2超細或納米粒子還可用于抗紫外線用品。
當人們將宏觀物體細分成超微顆粒(納米級)后,它將顯示出許多奇異的特性,即它的光學、熱學、電學、磁學、力學以及化學方面的性質和大塊固體時相比將會有顯著的不同。
錢學森院士預言:"納米左右和納米以下的結構將是下一階段科技發(fā)展的特點,會是一次技術革命,從而將是21世紀的又一次產業(yè)革命。
米材料具有一定的獨特性,當物質尺度小到一定程度時,則必須改用量子力學取代傳統(tǒng)力學的觀點來描述它的行為,當粉末粒子尺寸由10微米降至10納米時,其粒徑雖改變?yōu)?000倍,但換算成體積時則將有10的9次方倍之巨,所以二者行為上將產生明顯的差異. 納米粒子異于大塊物質的理由是在其表面積相對增大,也就是超微粒子的表面布滿了階梯狀結構,此結構代表具有高表面能的不安定原子.這類原子極易與外來原子吸附鍵結,同時因粒徑縮小而提供了大表面的活性原子. 就熔點來說,納米粉末中由于每一粒子組成原子少,表面原子處于不安定狀態(tài),使其表面晶格震動的振幅較大,所以具有較高的表面能量,造成超微粒子特有的熱性質,也就是造成熔點下降,同時納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結,而成為良好的燒結促進材料. 一般常見的磁性物質均屬多磁區(qū)之集合體,當粒子尺寸小至無法區(qū)分出其磁區(qū)時,即形成單磁區(qū)之磁性物質.因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時,將成為優(yōu)異的磁性材料. 納米粒子的粒徑(10納米~100納米)小于光波的長,因此將與入射光產生復雜的交互作用.金屬在適當的蒸發(fā)沉積條件下,可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子,稱為金屬黑,這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強烈對比.納米材料因其光吸收率大的特色,可應用于紅外線感測器材料. 納米技術在世界各國尚處于萌芽階段,美、日、德等少數國家,雖然已經初具基礎,但是尚在研究之中,新理論和技術的出現仍然方興未艾.我國已努力趕上先進國家水平,研究隊伍也在日漸壯大.