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综述与述评
2003年第2期(总第96期)现代技术陶瓷

纳米材料的分类及基本结构效应

李嘉1,2尹衍升1张金升1赵天平1
(1山东大学材料液态结构与遗传性教育部重点实验室,济南250061;
2济南大学材料科学与工程学院,济南250022)

摘要从不同角度对纳米材料进行了分类,讨论了纳米材料晶粒尺寸效应、界面效应及结构单
元之间的交互效应;论述了纳米材料基本结构效应与其物理化学性质之间的关系。
关键词纳米材料分类微观结构

纳米材料的制备及研究是当前国际前沿研究状、海绵状等。当粒子尺寸进入纳米级时,具有量
课题之一[1]。纳米材料是指粒径在1～100nm间子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧
的单晶体或多晶体,由于晶粒细小,使其晶界上的道效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤
原子数的比例增大,即产生高浓度晶界,因而使纳光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面有广阔
米材料具有许多不同于粗晶材料的特异的性质,的应用前景。例如录音带、录像带和磁盘等都有
如小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、采用磁性微粒作为磁记录介质。随着社会的信息
宏观量子隧道效应、特殊的光吸收特性、电化学性化,要求信息储存量大、信息处理速度高,促使磁
质等[2]。美国自1991年开始将纳米技术列为“政记录用的磁性颗粒尺寸趋于超微化。目前用金属
府关键技术”及“2000年战略技术”;日本、欧盟也磁粉(20nm左右的超微磁性颗粒)制成的金属磁
纷纷开展了纳米技术的研究;我国的“863技术”带、磁盘,国外已经商品化,其记录密度可达(4×
和“973计划”也将纳米材料的研究列入了重点课106)～(4×107)位/cm,即每厘米可记录400万至
题。纳米材料也因此被人们誉为“21世纪最有前4000万的信息单元,与普通磁带相比,它具有高
途的材料”。本文综述了近年来的纳米材料的分密度、低噪音和高信噪比等优点。
类及基本结构效应方面的研究进展。1.2纳米固体
纳米固体是由纳米微粒聚集而成的凝聚体,
1纳米材料的类别划分虽然可以从不同的角度将其分为许多种类,但它
们都有一个共同的特点,即超细颗粒间巨大的界
近年来,由于纳米材料的分类是从不同的学面积,可从以下角度再分类。
科角度进行,因此显得较为混乱且缺乏系统性,本1.2.1按几何形态划分
文把纳米材料分为3类:即纳米微粒、纳米固体和从几何形态的角度可将纳米固体划分为纳米
纳米组装体系。块状材料、纳米薄膜材料、纳米纤维材料。
1.1纳米微粒纳米块状材料通常是指由表面清洁的纳米微
纳米微粒指线度处于1～100nm之间的聚合粒经高压形成的三维凝聚体,纳米薄膜则是指二
体,它是处于该几何尺寸的各种粒子的总称。纳维的纳米固体,常用的制备方法有化学气相沉积
米微粒的形态并不限于球形,还有板状、棒状、角法、溶胶-凝胶法、溅射镀膜法等。纳米固体材料

作者简介:李嘉(1968～),女,博士研究生,讲师.主要从事陶瓷基复合材料的研究.

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综述与述评
现代技术陶瓷2003年第2期(总第96期)

的主要特征是具有巨大的颗粒间界面,如5nm颗它是以纳米微粒以及它们组成的纳米丝和管为基
粒所构成的固体将含1019个/cm3晶界,原子的扩本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有
散系数要比大块材料高1014～1016倍,从而使得纳纳米结构的体系。这种结构的电学、光学、电子运
米材料具有高韧性。通常陶瓷材料具有高硬度、输和磁存储不仅由单一纳米晶的性能所决定,而
耐磨、抗腐蚀等优点,但又具有脆性和难以加工等且也由纳米晶间的相互作用决定。纳米微粒、丝、
缺点,纳米陶瓷在一定的程度上却可增加韧性,改管可以是有序或无序的排列,其特点是能够按照
善脆性。人们的意愿进行设计,整个体系可以具有人们所
纳米薄膜又可分为2类:一类是由纳米粒子期望的特性,因而该领域被认为是材料化学和材
组成的薄膜;另一类是在纳米微粒间有许多的孔料物理的重要前沿课题。它的基本内涵是以纳米
隙、无序原子或其它种材料的薄膜,如纳米微粒镶颗粒以及它们组成的纳米丝和管为基本单元在一
嵌在另一种基体材料的薄膜就属此类。纳米薄膜维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的
材料有诸多应用。例如作为光的传感器,金颗粒体系,它包括纳米阵列体系、介孔组装体系、薄膜
膜从可见光到红外光的范围内,光的吸收效率与嵌镶体系。美国利用自组装技术将几百支单壁纳
波长的依赖性甚小,从而可作为红外线传感元件。米碳管组成晶体索“Ropes”,这种索具有金属特
铬-三氧化二铬颗粒膜对太阳光有强烈的吸收作性,室温下电阻率小于1×10-4Ω·m;将纳米三碘
用,可以有效地将太阳光转变为热能;硅、磷、硼颗化铅组装到尼龙(nylon211)上,在X射线照射下具
粒膜可以有效地将太阳能转变为电能;氧化锡