纳米金属材料的介绍PPT
纳米金属材料介绍纳米金属材料是指金属或合金的基体组元尺寸在1~100纳米范围内的金属材料，纳米金属材料由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子...
纳米金属材料介绍纳米金属材料是指金属或合金的基体组元尺寸在1~100纳米范围内的金属材料，纳米金属材料由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，颗粒表面原子配位数不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了常规材料所不具备的许多特殊性能，在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等方面都有广阔的应用前景。纳米金属材料的特性小尺寸效应当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。例如，光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移；磁有序态向磁无序态、超导相向正常相转变；声子谱发生改变。例如，只有当纳米颗粒的尺寸小于光波波长时，才能否定其中的电子是准连续的而是分立的；纳米颗粒的熔点远低于块状金属，此不能由经典的热力学理论来解释。表面效应表面效应是指纳米粒子表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比。随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增大。例如，粒径为10纳米时，比表面积为90米²/克；粒径为2纳米时，比表面积猛增到450米²/克。比表面积的大幅度增加，使处于表面的原子数越来越多，原子的表面能、表面结合能及表面电子结构和晶体结构均不同于内部原子，有很大的活性。表面原子的活性不但引起纳米粒子表面原子输运和构造的变化，同时也引起表面电子自旋构象和电子能谱的变化。量子尺寸效应当颗粒尺寸下降到某一值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。带来纳米微粒磁、光、声、热、电及超导电性与宏观特性有着显著的不同。例如，导电金属在低于某一温度时，费米能级附近电子能级由连续变为分立，吸收光谱阈值向短波方向移动，直观上表现为颜色变化。利用量子尺寸效应制成纳米薄膜，用作吸光材料，可大大提高太阳光的利用率。量子尺寸效应为设计发展新的光、电、磁功能材料开拓了新途径。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、量子相干器件中的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，故称为宏观的量子隧道效应（Macroscopic Quantum Tunneling, MQT）。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要的意义，它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。当微电子器件进一步细微化时，必须要考虑上述的量子效应。纳米金属材料的应用催化剂由于纳米材料具有大的比表面积，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位数不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。纳米颗粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们具有许多不同于常规固体物质的特殊性质，如熔点、开始烧结温度和晶化温度降低，化学活性增大，吸附能力和催化活性增强等。因此，纳米材料作为催化剂在化工、石油、汽车、冶金、能源和环保等领域具有广阔的应用前景。纳米催化剂不仅能大大提高反应速率，控制反应途径，甚至使一些通常条件下难以实现的反应也能进行。高效抗菌纳米金属氧化物颗粒作为抗菌剂的应用，近年来受到广泛关注。国内外已研究开发出多种纳米抗菌材料，如纳米TiO₂、ZnO、CuO、Fe₂O₃、Ag₂O等，它们均可利用光催化技术，在紫外光照射下表现出强烈的杀菌作用，在环保、卫生、医疗等领域具有广阔的应用前景。纳米抗菌材料具有抗菌作用强、安全、耐高温、耐光照、不易被生物降解等特性，因此，在抗菌塑料制品、涂料、纤维生物医学纳米金属材料在生物医学领域的应用也日益凸显。由于纳米颗粒的小尺寸和大的比表面积，它们能够更容易地进入细胞内部，并与细胞内的生物分子相互作用。这使得纳米金属材料在药物输送、生物成像和疾病治疗等方面具有巨大的潜力。药物输送纳米金属材料可以作为药物输送的载体，将药物精确地输送到病变部位，提高药物的治疗效果和减少副作用。例如，纳米金颗粒可以用于输送抗癌药物，通过调控纳米颗粒的大小和表面性质，可以实现药物的缓释和靶向输送。生物成像纳米金属材料在生物成像领域也具有重要的应用。纳米金颗粒、纳米氧化铁等纳米材料可以作为磁共振成像（MRI）或光声成像的造影剂，提高成像的分辨率和对比度。此外，纳米金颗粒还可以通过表面修饰，实现多模态成像，为疾病的精确诊断提供有力支持。疾病治疗纳米金属材料还可以直接用于疾病的治疗。例如，纳米金颗粒可以通过光热效应杀死肿瘤细胞，实现光热治疗；纳米氧化铁颗粒则可以通过磁热效应产生热量，用于治疗肿瘤等疾病。此外，纳米金属材料还可以与基因治疗和免疫治疗相结合，为疾病的治疗提供新的手段。电子信息纳米金属材料在电子信息领域也有广泛的应用。由于纳米材料具有优异的电学、磁学和光学性质，它们可以用于制造高性能的电子器件和光学器件。电子器件纳米金属材料可以用于制造纳米电子器件，如纳米晶体管、纳米存储器等。这些器件具有尺寸小、功耗低、性能高等优点，是下一代电子产品的理想选择。光学器件纳米金属材料还可以用于制造光学器件，如纳米光学透镜、纳米光学传感器等。这些器件具有灵敏度高、响应速度快等特点，在光通信、光探测等领域具有重要的应用价值。总结纳米金属材料作为一种新型的材料，具有独特的物理和化学性质，在催化剂、高效抗菌、生物医学和电子信息等领域具有广泛的应用前景。随着科学技术的不断发展，纳米金属材料的应用将会越来越广泛，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
