納米本是一個(gè)尺度,納米科學(xué)技術(shù)是一個(gè)融科學(xué)前沿的高技術(shù)于一體的完整體系,它的基本涵義是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然,通過直接操作和安排原子、分子創(chuàng)新物質(zhì)。納米科技主要包括:納米體系物理學(xué)、納米化學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米加工學(xué)、納米力學(xué)七個(gè)方面。 納米材料是納米科技領(lǐng)域中最富活力、研究?jī)?nèi)涵十分豐富的科學(xué)分支。用納米來命名材料是20世紀(jì)80年代,納米材料是指由納米顆粒構(gòu)成的固體材料,其中納米顆粒的尺寸最多不超過100納米。納米材料的制備與合成技術(shù)是當(dāng)前主要的研究方向,雖然在樣品的合成上取得了一些進(jìn)展,但至今仍不能制備出大量的塊狀樣品,因此研究納米材料的制備對(duì)其應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用。
物化性能納米顆粒的熔點(diǎn)和晶化溫度比常規(guī)粉末低得多,這是由于納米顆粒的表面能高、活性大,熔化時(shí)消耗的能量少,如一般鉛的熔點(diǎn)為600K,而20nm的鉛微粒熔點(diǎn)低于288K;納米金屬微粒在低溫下呈現(xiàn)電絕緣性;鈉米微粒具有極強(qiáng)的吸光性,因此各種納米微粒粉末幾乎都呈黑色;納米材料具有奇異的磁性,主要表現(xiàn)在不同粒徑的納米微粒具有不同的磁性能,當(dāng)微粒的尺寸高于某一臨界尺寸時(shí),呈現(xiàn)出高的矯頑力,而低于某一尺寸時(shí),矯頑力很小,例如,粒徑為85nm的鎳粒,矯頑力很高,而粒徑小于15nm的鎳微粒矯頑力接近于零;納米顆粒具有大的比表面積,其表面化學(xué)活性遠(yuǎn)大于正常粉末,因此原來化學(xué)惰性的金屬鉑制成納米微粒(鉑黑)后卻變?yōu)榛钚詷O好的催化劑。
擴(kuò)散及燒結(jié)性能納米結(jié)構(gòu)材料的擴(kuò)散率是普通狀態(tài)下晶格擴(kuò)散率的1014~1020倍,是晶界擴(kuò)散率的102~104倍,因此納米結(jié)構(gòu)材料可以在較低的溫度下進(jìn)行有效的摻雜,可以在較低的溫度下使不混溶金屬形成新的合金相。擴(kuò)散能力提高的另一個(gè)結(jié)果是可以使納米結(jié)構(gòu)材料的燒結(jié)溫度大大降低,因此在較低溫度下燒結(jié)就能達(dá)到致密化的目的。 力學(xué)性能納米材料與普通材料相比,力學(xué)性能有顯著的變化,一些材料的強(qiáng)度和硬度成倍地提高;納米材料還表現(xiàn)出超塑性狀態(tài),即斷裂前產(chǎn)生很大的伸長(zhǎng)量。