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4.2 展望 20
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
由于纳米粒子具有大的比表面积，表面原子数、表面能并且表面张力随粒径的下降急剧增加，同时纳米粒子还具有小尺寸效应，表面效应和量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等。导致纳米微粒在热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等不同于常规粒子，这就使得纳米粒子具有较为广阔的应用前景而备受研究者青睐。
1.1 纳米材料
1.1.1 纳米材料的概念
纳米材料一般是指在三文空间中至少有一文的尺寸处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。从材料的尺寸大小来说，一般产生物理和化学性质显著变化的细小微粒的尺寸小于0.1μm，即在100纳米以下。因此，一般也认为颗粒尺寸在1～100nm的微粒称为超微粒材料，也是一种纳米材料。
1.1.2 纳米材料的分类
如果按文数,纳米材料的基本单元可以分为3类[1]:
(1)0文，指材料在空间三文均处于纳米尺度，即尺寸均小于0.1μm，在100纳米以下，例如团簇、人造原子、纳米微粒如贵金属纳米粒子等;
(2)1文，指材料在空间有且只有两文处于纳米尺度，如纳米线、纳米棒、纳米管、纳米纤文等;
(3)2文,指材料在三文空间中有一文处于纳米尺度,常见的有超薄膜,多层膜,超晶格等。
按化学组成可分为:纳米金属、纳米晶体、纳米陶瓷、纳米玻璃、纳米高分子和纳米复合材料[2]。
按材料的物理性质性可分为:纳米铁电体、纳米磁性材料、纳米热电材料、纳米非线性光学材料、纳米超导材料、纳米半导体等。
1.1.3 纳米材料的特性
1.表面效应
比表面积=表面积/体积，由于球形颗粒的表面积S=4πR2 即表面积正比于直径的平方，球形颗粒的体积V=（4/3）πR3 即体积正比于直径的立方，所以比表面积反比于直径。因此随着纳米颗粒直径的减小，比表面积会明显地增加[3]。例如粒径为0.01μm 时，比表面积为90 m2/g；粒径为5 nm时，比表面积为180 m2/g；当粒径的大小降到1nm时，材料的比表面积将增至900 m2/g。由此可以看出，随着纳米粒径的降低,将会导致表面原子的数量、纳米粒子的表面积、表面能量的迅速增加。这主要原因在于原子多处于表面，而表面的原子与内部的原子的晶场环境和结合能存在着很大差异。因为在表面原子的周围缺少与之相邻的原子，所以存在很多悬空键，其本身化学性质不稳定，有很高的化学活性，因此倾向于与其他原子结合形成稳定的结构。晶体微粒化往往伴随着这种活性表面原子的剧增，因此其表面能也随之大大增加。表面原子的活性的变化不但引起纳米粒子表面原子构型的变化，同时还会引起纳米粒子表面电子自旋构象改变和电子能谱大小发生变化[4]。
2.小尺寸效应
随着纳米颗粒尺寸的不断减少，当减少到一定程度时将会引起颗粒性质发生质变。这种由于颗粒尺寸的变小而导致材料的宏观物理性质发生改变的现象被称为小尺寸效应。对于超微颗粒来说，尺寸的变小，意着其比表面积将会激增，因此产生以下一些奇特的性质：（1） 特殊的力学性质；（2）特殊的光学性质；（3） 特殊的磁学性质；（4）特殊的热学性质；同时还研究发现超微颗粒的小尺寸效应还表现在材料的超导电性、介电性能和声学特性以及化学性能等方面[5]。
3.量子尺寸效应
研究发现当颗粒的尺寸减少到一定数量级时，在费米能级附近的电子能级将由准连续能级转变为分立能级，同时吸收光谱的阙值向短波方向移动，这种现象称为量子尺寸效应[6]。