? ? ? 納米(mi)材料(liao)(liao)是指在(zai)三維(wei)空(kong)間中至少有(you)一維(wei)處在(zai)納米(mi)尺度范圍（1nm~100nm）或由他們作為基本(ben)單元構成的(de)(de)材料(liao)(liao)。這是指納米(mi)晶體粒(li)表面原子(zi)(zi)數與(yu)總原子(zi)(zi)數之比隨粒(li)徑變(bian)小而急(ji)劇增大(da)后所引起的(de)(de)性質上的(de)(de)變(bian)化。例如粒(li)子(zi)(zi)直(zhi)徑為10納米(mi)時，微(wei)粒(li)包含4000個原子(zi)(zi)，表面原子(zi)(zi)占(zhan)40%；粒(li)子(zi)(zi)直(zhi)徑為1納米(mi)時，微(wei)粒(li)包含有(you)30個原子(zi)(zi)，表面原子(zi)(zi)占(zhan)99%。由于納米材料(liao)(liao)是由相當于分子尺寸甚至是原子尺寸的微小(xiao)單元組成(cheng)，也(ye)正因為這(zhe)樣，納米材料(liao)(liao)具有了(le)一些區別于相同化學(xue)(xue)(xue)元素形成(cheng)的其他物質材料(liao)(liao)特(te)殊的物理或是化學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)(xing)。如：其力(li)學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)(xing)、電學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)(xing)、磁學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)(xing)、熱學(xue)(xue)(xue)特(te)性(xing)(xing)等(deng)。

? ? ? ?一、表面效(xiao)應。

? ? ? ?納米微粒(li)尺(chi)寸小，表面(mian)(mian)(mian)能高(gao)(gao)，位于表面(mian)(mian)(mian)原(yuan)子(zi)占(zhan)相當大的(de)比例。隨(sui)著粒(li)徑減小，表面(mian)(mian)(mian)原(yuan)子(zi)數(shu)迅速增(zeng)(zeng)加。這(zhe)是由于粒(li)徑小，表面(mian)(mian)(mian)積急劇變大所致。由于表面(mian)(mian)(mian)原(yuan)子(zi)數(shu)增(zeng)(zeng)多，原(yuan)子(zi)配位不(bu)足及高(gao)(gao)的(de)表面(mian)(mian)(mian)能，使這(zhe)些表面(mian)(mian)(mian)原(yuan)子(zi)具有高(gao)(gao)的(de)活性(xing)，極不(bu)穩(wen)定，很容易與其它原(yuan)子(zi)結合。例如：金屬的(de)納米粒(li)子(zi)在空氣中會燃燒，無機的(de)納米粒(li)空子(zi)暴露在空氣中會吸附并(bing)與氣體進行反應。

? ? ? ?納米材料(liao)的(de)表(biao)(biao)面(mian)效應是指納米粒(li)子(zi)的(de)表(biao)(biao)面(mian)原子(zi)數(shu)(shu)(shu)與總原子(zi)數(shu)(shu)(shu)之比隨(sui)粒(li)徑的(de)變(bian)小(xiao)而(er)急(ji)劇增(zeng)大后所(suo)(suo)引起的(de)性(xing)質上的(de)變(bian)化。隨(sui)著粒(li)徑變(bian)小(xiao)，表(biao)(biao)面(mian)原子(zi)所(suo)(suo)占百分(fen)數(shu)(shu)(shu)將會顯著增(zeng)加。當粒(li)徑降(jiang)到1nm時，表(biao)(biao)面(mian)原子(zi)數(shu)(shu)(shu)比例達到約90%以上，原子(zi)幾(ji)乎全部集中到納米粒(li)子(zi)表(biao)(biao)面(mian)。由(you)于(yu)納米粒(li)子(zi)表(biao)(biao)面(mian)原子(zi)數(shu)(shu)(shu)增(zeng)多，表(biao)(biao)面(mian)原子(zi)配位數(shu)(shu)(shu)不足和高的(de)表(biao)(biao)面(mian)能，使這些原子(zi)易與其它原子(zi)相結合而(er)穩定(ding)下(xia)來，故具有(you)很高的(de)化學活(huo)性(xing)。

? ? ? 二、小尺寸效應。

? ? ? ?當(dang)超細微(wei)粒(li)的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)(cun)與光(guang)(guang)波波長、德布羅意(yi)波長以及超導(dao)態(tai)的(de)(de)(de)相干長度或透射深度等物理特征尺(chi)寸(cun)(cun)相當(dang)或更小時，晶體周期性的(de)(de)(de)邊界條件將被破壞；非晶態(tai)納米微(wei)粒(li)的(de)(de)(de)顆粒(li)表面(mian)層附(fu)近原子(zi)(zi)密(mi)度減(jian)小，導(dao)致聲、光(guang)(guang)、電(dian)磁、熱力學等待性呈現新的(de)(de)(de)小尺(chi)寸(cun)(cun)效(xiao)應。例如(ru)：光(guang)(guang)吸收顯著增加并產生(sheng)吸收峰的(de)(de)(de)等離(li)子(zi)(zi)共振(zhen)頻移；磁有序態(tai)向磁無(wu)序態(tai)的(de)(de)(de)轉變(bian)；超導(dao)相向正常相的(de)(de)(de)轉變(bian)；聲子(zi)(zi)譜發生(sheng)改變(bian)等

? ? ? ?由于顆粒尺寸變(bian)小(xiao)所引起(qi)的宏(hong)觀物(wu)理性質的變(bian)化稱(cheng)為小(xiao)尺寸效(xiao)應。對超微顆粒而言，尺寸變(bian)小(xiao)，比(bi)表面積增加，從而產生一系列新的性質：

? ? ?（1）力學性質。

? ? ?（2）熱學性(xing)質。納米材(cai)料(liao)的(de)比熱和熱膨脹系(xi)數都大(da)于同類(lei)粗(cu)晶材(cai)料(liao)和非晶體(ti)材(cai)料(liao)的(de)值，這是由(you)于界面原(yuan)子(zi)排(pai)列(lie)較(jiao)為混亂、原(yuan)子(zi)密度(du)低、界面原(yuan)子(zi)耦合作用變弱的(de)結果。因此在儲熱材(cai)料(liao)、納米復合材(cai)料(liao)的(de)機械耦合性能應用方面有其廣泛的(de)應用前景。

? ? ?（3）電學性質。由于晶界(jie)面上原子(zi)體(ti)積分數增(zeng)大，納(na)米(mi)材料的(de)(de)(de)(de)電阻高于同類粗晶材料，甚(shen)至(zhi)發生尺寸誘導金屬――絕緣體(ti)轉變（SIMIT）。利用(yong)納(na)米(mi)粒子(zi)的(de)(de)(de)(de)隧道量(liang)子(zi)效(xiao)應(ying)(ying)和庫侖堵塞效(xiao)應(ying)(ying)制成的(de)(de)(de)(de)納(na)米(mi)電子(zi)器(qi)(qi)件(jian)具有超(chao)高速(su)、超(chao)容量(liang)、超(chao)微型低能耗的(de)(de)(de)(de)特點，有可能在不久(jiu)的(de)(de)(de)(de)將來全面取代目(mu)前的(de)(de)(de)(de)常規半導體(ti)器(qi)(qi)件(jian)。

? ? ?（4）磁(ci)學性質。小尺寸(cun)的超微(wei)顆粒磁(ci)(ci)(ci)(ci)性與(yu)大(da)塊材料顯(xian)著(zhu)的不同，呈現出(chu)超順(shun)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性。利(li)用(yong)(yong)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性超微(wei)顆粒具有高(gao)矯頑力的特性，已做(zuo)成高(gao)貯存(cun)密度的磁(ci)(ci)(ci)(ci)記錄磁(ci)(ci)(ci)(ci)粉，大(da)量應(ying)用(yong)(yong)于磁(ci)(ci)(ci)(ci)帶、磁(ci)(ci)(ci)(ci)盤、磁(ci)(ci)(ci)(ci)卡等。利(li)用(yong)(yong)超順(shun)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性，人(ren)們已將(jiang)磁(ci)(ci)(ci)(ci)性超微(wei)顆粒制(zhi)成用(yong)(yong)途廣泛的磁(ci)(ci)(ci)(ci)性液體

? ? ? ?三、量(liang)子(zi)尺(chi)寸效(xiao)應(ying)。

? ? ? ?當(dang)粒(li)(li)子(zi)尺(chi)寸(cun)下降到某一值時，金屬費米能級(ji)附近的電子(zi)能級(ji)由準連續變為離散能級(ji)的現(xian)象(xiang)(xiang)以及(ji)納米半導體(ti)(ti)微(wei)粒(li)(li)存在不連續的*高(gao)被占據分子(zi)軌(gui)道(dao)和*低軌(gui)道(dao)能級(ji)而使能隙變寬(kuan)現(xian)象(xiang)(xiang)均稱為量子(zi)尺(chi)寸(cun)效應(ying)。量子(zi)尺寸效應(ying)直接(jie)解釋了納米粒(li)子(zi)特(te)別的(de)熱(re)能(neng)(neng)、磁能(neng)(neng)、靜磁能(neng)(neng)、靜電能(neng)(neng)、光子(zi)能(neng)(neng)量以及超導態的(de)凝聚(ju)能(neng)(neng)等一系(xi)列(lie)的(de)與宏觀特(te)性有著顯著不同(tong)的(de)特(te)性。

? ? ? ? 四、宏(hong)觀量子隧(sui)道效應。

? ? ? ?微(wei)觀(guan)粒子具有(you)貫(guan)穿勢壘的(de)(de)(de)能力(li)稱為隧道(dao)效(xiao)應。近(jin)年來，人(ren)們發現了一些宏觀(guan)量(liang)，例如微(wei)顆粒的(de)(de)(de)磁(ci)化(hua)強度(du)，量(liang)子相干器件中的(de)(de)(de)磁(ci)通量(liang)等亦具有(you)隧道(dao)效(xiao)應，稱為宏觀(guan)的(de)(de)(de)量(liang)子隧道(dao)效(xiao)應。宏觀(guan)量(liang)子隧道(dao)效(xiao)應的(de)(de)(de)研(yan)究對基(ji)礎研(yan)究及實(shi)用都(dou)有(you)著(zhu)重要意義。它限定了磁(ci)帶、磁(ci)盤進(jin)行信息貯存的(de)(de)(de)時間極限。

? ? ? 量子尺寸效應、隧(sui)道效應將(jiang)會是未來微(wei)電子器(qi)件(jian)的基礎(chu)，或者它確(que)立了現存(cun)微(wei)電子器(qi)件(jian)進一步微(wei)化(hua)的極(ji)限。當微(wei)電子器(qi)件(jian)進一步細微(wei)化(hua)時，必(bi)須要考(kao)慮(lv)上述的量子效應。

? ? ? ?我們再(zai)來(lai)看看納米材料奇特的(de)物理性能。

? ? ? ?一、奇特(te)的光學特(te)性。

? ? ? ?一(yi)是寬頻帶(dai)強(qiang)(qiang)吸(xi)(xi)收：納米粒(li)子對光的(de)反射率很低，吸(xi)(xi)收率很強(qiang)(qiang)導致粒(li)子變(bian)黑。二是藍(lan)移現(xian)象：納米微粒(li)的(de)吸(xi)(xi)收帶(dai)普遍向(xiang)短波(bo)方向(xiang)移動。三是納米微粒(li)出現(xian)了常規材料不出現(xian)的(de)新的(de)發光現(xian)象。

? ? ? ?二、擴散及燒結(jie)性能。

? ? ? ?由于(yu)在納(na)米(mi)結構(gou)材(cai)(cai)料中有大(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)界(jie)面(mian)，這些(xie)界(jie)面(mian)為(wei)原子提供了短程擴散途徑(jing)。因此，與單(dan)晶材(cai)(cai)料相比，納(na)米(mi)結構(gou)具有較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散率(lv)(lv)。較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散率(lv)(lv)對蠕(ru)變、超塑性等(deng)力(li)學性能(neng)有顯著影響，同時可以在較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)溫度對材(cai)(cai)料進(jin)行有效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)摻雜，可以在較(jiao)低(di)溫度使不(bu)混(hun)溶金屬(shu)形成新的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金相。增強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴散能(neng)力(li)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)另(ling)一個(ge)結果是可以使納(na)米(mi)材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)燒結溫度大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)降低(di)。

? ? ? ?納(na)米(mi)微粒(li)物性(xing)的一個*大(da)特點是與顆粒(li)尺寸有很(hen)強的依(yi)賴關系。由(you)于納(na)米(mi)微粒(li)的小尺寸使其具有了一系列的奇(qi)特的物理性(xing)質(zhi)，從而給(gei)納(na)米(mi)材料(liao)的應用打開了一個廣闊(kuo)的天地。