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是一个内容广泛的多学科群。
1.2 纳米材料的特性
纳米材料由于其组成材料的纳米尺寸小，一般在 1-100nm 的粒子，处于原子簇和
宏观物体交界的过度区域[6]
。当物质的线度减小时，其表面原子数的相对比例增大，
使单原子的表面能迅速增大。到纳米尺寸时，此种形态的变化反馈到物质的结构和性
能上，就会显示出奇异的效应及特征[7-11]。
1.2.1 小尺寸效应
纳米材料中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波波长、超导态的相干长度等
物理特征相当或更小时，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，使得材料
的声、光、电、磁、热、力学等性质出现改变而导致新的特性产生的现象就称之为纳
米材料的小尺寸效应。 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 29 页
1.2.2 表面效应
表面效应是指超细粉末表面原子数与总原子数之比岁历经变小而急剧增大。例如
粒径从 100nm 减小到 1nm，其表面原子占粒子中的原子总数从 20﹪增加到 99﹪。因
为，随着粒子减小，粒子比表面积增大，每克粒径为 1nm 的粒子比表面积是每克粒子
为100nm 粒子比表面积的 100倍。比表面的改变导致一系列力学性质的变化，如物理、
化学平衡条件的变化，熔点随颗粒尺寸的减小而降低等。利用这一性质，人们可在许
多方面使用纳米材料提高材料的利用率和开发纳米材料的新用途。
1.2.3 宏观量子隧道效应
微观粒子具有贯穿势垒能力的效应称为隧道效应。宏观物理量的量子相干器件中
的隧道效应称之为宏观隧道效应。各种元素的原子具有特定的光谱线，原子模型与量
子力学己用能级的概念进行了合理的解释。由无数的原子构成固体时，单独原子的能
级就并合成能带，由于电子数目很多，能带中能级的间距很小，因此可以看作是连续
的。对于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言，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。
1.2.4 量子尺寸效应
在纳米材料中，微粒尺寸到达与光波波长或其他相干波长等物理特征尺寸相当或
更小时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散，而纳米半导体微粒存在不
连续的最高被占据分子轨道，以及最低未被占据分子轨道能级、能隙变宽现象称之为
纳米材料的量子尺寸效应。
1.3 空心形纳米材料的研究和发展现状
纳米材料的结构控制和性能研究已成为全球纳米技术的研究热点。发展具有结构
可靠;和优异性能的纳米功能材料成为材料科学领域的首要任务之一。空心球形纳米材
料是一大类重要的纳米结构材料，是纳米材料构建的新体系。国内外对空心球结构纳
米材料的研究正在兴起，空心球形纳米材料的特殊构造使得这种材料与其它块体材料
相比具有比表面积大、密度小等很多特性，因此空心球形纳米材料的应用范围不断扩
大，现在已发展到轻体结构材料、隔热、隔声和绝缘材料、颜料及催化剂的载体等领
域。
空心微球是一类具有独特形态的材料，粒径在纳米级至微米级，具有比表面积大、
密度低、稳定性好等特性。中空球体因为有独特形态与结构在多个工程领域有应用前
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