纳米材料分类及四大纳米效应

  纳米材料分类及四大纳米效应

“纳米”是一个长度的计量单位，它的尺度是10亿分之1米（10-9m),单位为nm。一般来说，纳米材料是指两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级。纳米粒子粒径很小，表面能很大，极易团聚此，所以如何制取纳米粒子本身就是一个非常复杂的技术问题，如何能够使用纳米材料均匀的稳定的分散而不团聚是纳料技术的核心工作，纳米的定义也要在纳米材料以能够实现的功能，体现出纳米效应为zui主要依据。

纳米材料分类

纳米材料可分为三大类：一是一维纳米粒子；二是二维纳米固体（包括薄膜和涂层、管、线）；三是三维纳米体材（包括介孔材料）

Nanophase提供的纳米材料为纳米粒子，以纳米金属氧化物为主，目前工业化生产的主要有纳米氧化铝，纳米氧化锌，纳米氧化铈，纳米氧化铁，纳米氧化铋，纳料ATO合金等产品。

纳米粒子是指粒度在1-100nm之间的粒子（纳米粒子又称超细微粒）。属于胶体粒子大小的范畴。它们处于原子簇和宏观物体之间的过度区，处于微观体系和宏观体系之间，是由数目不多的原子或分子组成的集团，因此它们既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统。可以预见，纳米粒子应具有一些新异的物理化学特性。

纳米粒子结构和纳米效应

纳米粒子区别于宏观物体结构的特点是，它表面积占很大比重，而表面原子既无长程序又无短程序的非晶层。可以认为纳米粒子表面原子的状态更接近气态，而粒子内部的原子可能呈有序的排列。即使如此，由于粒径小，表面曲率大，内部产生很高的Gilibs压力，能导致内部结构的某种变形。纳米粒子的这种结构特征使它具有下列四个方面的效应。

1.纳米材料的体积效应

当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，这就是纳米粒子的体积效应。纳米粒子的以下几个方面效应及其多方面的应用均基于它的体积效应。例如，纳米粒子的熔点可远低于块状本体，此特性为粉粉冶金工业提供了新工艺；利用等离子共振频移随颗粒尺寸变化的性质，可以改变颗粒尺寸，控制吸收的位移，制造具有一种频宽的微波吸收纳米材料，用于电磁屏蔽，隐形飞机等。

2.纳米材料的表面效应

表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随着粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。表9-2给出了纳米粒子尺寸与表面原子数的关系。

表1 纳米粒子尺寸与表面原子数的关系　

从表可以看出，随粒径减小，表面原子数迅速增加。另外，随着粒径的减小，纳米粒子的表面积、表面能的都迅速增加。这主要是粒径越小，处于表面的原子数越多。表面原子的晶体场环境和结合能与内部原子不同。表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易于其他原子想结合而稳定下来，因而表现出很大的化学和催化活性。

3.纳料材料的量子尺寸效应

粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。Kubo采用一电子模型求得金属超微粒子的能级间距为：

4Ef/3N 式中Ef为费米势能，N为微粒中的原子数。宏观物体的N趋向于无限大，因此能级间距趋向于零。纳米粒子因为原子数有限，N值较小，导致有一定的值，即能级间距发生分裂。半导体纳米粒子的电子态由体相材料的连续能带随着尺寸的减小过渡到具有分立结构的能级，表现在吸收光谱上就是从没有结构的宽吸收带过渡到具有结构的吸收特性。在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子一系列特性，如高的光学非线性，特异的催化和光催化性质等。

4.纳米材料的宏观量子隧道效应

微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒产生变化，故称为宏观的量子隧道效应。用此概念可定性解释超细镍微粒在低温下保持超顺磁性等。

在纳米材料的应用中，根据性能需要会偏重于突出某个效应，同时兼顾其它效应。

5解决问题的方案 

研磨分散机是由电动机通过皮带传动带动转齿（或称为转子）与相配的定齿（或称为定子）作相对的高速旋转，被加工物料通过本身的重量或外部压力（可由泵产生）加压产生向下的螺旋冲击力，透过胶体磨定、转齿之间的间隙（间隙可调）时受到强大的剪切力、摩擦力、高频振动等物理作用，使物料被有效地乳化、分散和粉碎，达到物料超细粉碎及乳化的效果。

研磨分散机的细化作用一般来说要强于均质机，但它对物料的适应能力较强（如高粘度、大颗粒），所以在很多场合下，它用于均质机的前道或者用于高粘度的场合。 

研磨式分散机是由胶体磨,分散机组合而成的高科技产品。

*级由具有精细度递升的三级锯齿突起和凹槽。定子可以无限制的被调整到所需要的与转子之间的距离。在增强的流体湍流下，凹槽在每级都可以改变方向。

第二级由转定子组成。分散头的设计也很好地满足不同粘度的物质以及颗粒粒径的需要。在线式的定子和转子（乳化头）和批次式机器的工作头设计的不同主要是因为在对输送性的要求方面，特别要引起注意的是：在粗精度、中等精度、细精度和其他一些工作头类型之间的区别不光是转子齿的排列，还有一个很重要的区别是不同工作头的几何学特征不一样。狭槽数、狭槽宽度以及其他几何学特征都能改变定子和转子工作头的不同功能。根据以往的惯例，依据以前的经验工作头来满足一个具体的应用。在大多数情况下，机器的构造是和具体应用相匹配的，因而它对制造出zui终产品是很重要。当不确定一种工作头的构造是否满足预期的应用。