纳米稀土氧化物的模板法合成与表征(3)

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1.1.2 纳米材料的结构

材料的结构是举足轻重的，它确定了原料的本能，同时原料本能也能一定程度上反映出原料的构造[5]。当然纳米材料也是这样。与原子和结晶体不一样，纳米原料的机能不同，它是新原料且与本质原料有差别，其物理性质和化学性质与其它原料有非常大的差异。

纳米材料的结构也是所研究的重点，它的特点是纳米级尺寸的结构单元，有许多的界面或有大量的自由表面，以及纳米级结构单元与许多界面单元之间有相互作用。从结构的角度看，许多纳米粒子是理想的单晶，其中一些是亚稳态和非晶态。纳米材料的结构单元有2种结构，如晶体和界面。晶格中的原子是晶体中的；在晶粒之间的原子且由超微晶粒转变而来的是界面单元。

纳米材料的物理性质和化学性质和普通材料大大不同。纳米材料的一些性能如熔点等于普通材料不同已经得到了证实。从这些已经证实的实验结果来看，纳米材料的应用范围要比普通材料广泛，能够有效的提高生活质量。

1.1.3 纳米材料的特性

纳米材料具有不同于周围原子的特殊性质，但也不同于宏观。是因为利用纳米技术将纳米材料转化成一定尺寸时，是它的一些特性与其它材料不同[6]。物质尺寸达到一定程度时，传统力学的观点就不能解释，只能用量子力学加以解释。纳米材料主要有以下几个特性：

（1）体积效应

纳米颗粒尺寸与纳米材料的许多特性都有关系，当纳米粒径达到一定值时，性能表现出各种各样的效应。例如，对于某些非发光晶体半导体，随着纳米颗粒尺寸的减小，会出现一些光发射现象，随着纳米颗粒尺寸的减小，发光强度会逐渐变强，并且发光光谱会发生一些变化[7]。铁磁性的纳米材料是粗晶状态下的，超顺磁状态的纳米材料是纳米粒径的减小到某个尺寸而得到的，电导率会随着金属粒径的缩小而降到最低值，在这种情况下绝缘体就会产生，原来的良导体就会变成绝缘体。金属-绝缘体转变就是这样发生的。

（2）表面与界面效应

表面积会随着粒子的尺寸变小而变大。在纳米材料中，表面的原子非常多比例高，表面的原子数会通过粒径尺寸的减小而增加。例如，对10 nm粒径的大小，比表面积为90 m2/g；对5 nm的比表面积为180 m2/g；当粒径为2 nm，比表面积为450 m2/g。在这种情况下比表面积非常大，在比表面积上的原子数也很多，就使的它的粒子化学性很高，因为它的表面能和表面结合能增加。纳米材料的这种特性可以制备一些产物选择性和表面活性高的催化剂[8]。

（3）量子尺寸效应

量子尺寸效应具有很高的位置，如微电子和光电子。随着粒子尺寸的减小，费米能级的准连续电子能级将成为离散能级，其吸收谱将向短波方向改变。量子尺寸效应就是这种现象[9]。在1993年实验结果表明，硒化镉的粒子尺寸减小时，此时发光的颜色会由原来的红色变成绿色在变成蓝色，这种发光带或吸收带是一种称为“蓝移”现象，它被称为“蓝移”现象，它由原来的长波长变短[10]。量子尺寸效应是由日本科学家在1963年发现，当纳米颗粒的大小成为最低，准连续电子能级的费米能级变化的离散电子能级。

（4）宏观粒子的量子隧道效应

隧道效应是一种微观粒子，具有穿透能力[11]。超顺磁性的现象，可以解释在低温下的超细镍颗粒。低温下磁的宏观粒子的量子隧道效应确实存在，这一点科学家已经通过实验证明。微电子器件的小型化限制是由量子隧道效应和宏观粒子的量子尺寸效应决定的，它可以缩短磁带和磁盘的存储时间。纳米粒子具有很高的扩散速率，由于能够相互接触，所以德化的风机将能够完全接触颗粒，作用和强烈。这就使得纳米材料具有许多特殊的力学等性能和催化等性能[12]。