纳米粒子又称超细微粒,是指粒度在1—100nm之间的粒子,属于胶体粒子大小的范畴。纳米粒子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。
近十多年,越来越多的科学家致力于纳米材料的相关研究中并在制备、性质和应用方面都取得了丰硕的研究成果。
一、纳米粒子效应
纳米粒子应具有一些新异的物理化学特性,我们称之为纳米效应。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几个方面的纳米效应。
1、宏观量子隧道效应
宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一,即当微观粒子的总能量小于势垒高度时,该粒子仍能穿越这一势垒。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等亦有隧道效应,称为宏观的量子隧道效应。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,隧道效应将会是未来电子器件的基础,或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。当电子器件进一步细微化时,必须要考虑上述的量子效应。
2、表面效应
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加,颗粒表面原子数相对增多,从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定,致使颗粒表现出不一样的特性,这就是表面效应。