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gifted001

木虫 (著名写手)

[交流] 纳米材料基本特性，有没有大神给解释一下，谢谢

看纳米材料基本特性，由于非科班出生发现这些特性很难理解，有没有大神给解释一下，谢谢

（1）表面与界面效应
主要原因就在于直径减少，表面原子数量增多。再例如，粒子直径为10纳米和5纳米时，比表面积分别为90米2/克和180米2/克。如此高的比表面积会出现一些极为奇特的现象，如金属纳米粒子在空中会燃烧，无机纳米粒子会吸附气体等等。

---这条比较好理解，随着尺寸减小，表面原子比例增高，而表面原子又活性较高，造成这个表面效应，对吧？

（2）小尺寸效应
当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁，热力学等性能呈现出“新奇”的现象。例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电；绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。再譬如，高分子材料加纳米材料制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。利用这些特性，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能，此外又有可能应用于红外敏感元件、红外隐身技术等等。

---这条比较难懂。为何纳米尺寸下降到这些物理尺寸相当或更小时，周期性边界被破坏，本质原因是什么？ 这几个物理尺寸除了光波长知道，其它什么电子德布罗意波长，超导相干长度都不甚了解？

（3）量子尺寸效应
当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级。当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料的量子效应，从而使其磁、光、声、热、电、超导电性能变化。例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强，在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子，水就会变得完全不透明。

--基本可以理解但对于费米能级概念不甚清楚，费米能级是价带和导带中级平均能级吗？ 既然说是量子效应，是不是指颗粒到纳米级，材料表现出类似光子那样的波粒二象性，经典力学已经不能用来解释它的一些性质，要用量子力学理论来解释了？

（4）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。纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，它们可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，这种被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

--这条勉强可以理解，也是纳米材料尺寸到纳米级时表现出的一种特性，也是量子力学才能解释的

另外3和4是材料要达到纳米量级才出现的特性，这个纳米量级是之100纳米以内还是多少？ 小尺寸效应说和波长等想到是不是应该指至少几百纳米范围了？谢谢，生物背景看这些确实困惑，希望各位老师朋友能帮忙解释一下，谢谢
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1楼2020-10-14 09:42:06
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tzynew2楼
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General_hb3楼
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encryption4楼
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ro115楼
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kakarote14楼
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slytjiaofei15楼
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nono200923楼
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