纳米力学是研究纳米范围物理系统基本力学,如弹性、热和动力过程性质的纳米科学的一个分支,纳米力学为纳米技术提供了科学基础,是经典力学,固态物理,统计力学,材料科学和量子化学等的交叉学科,作为基础科学,纳米力学是以经验原理为基础,包括一般力学原理和由于研究或探索的物体变小而出现的一些特别原理。一般力学原理包括能量和动量守恒原理,哈密顿变分原理和对称原理,由于研究的物体小,纳米力学也要考虑当物体尺寸和原子距离可比时,物体的离散性,物体内自由度的多样性和有限性,热胀落的重要性,熵效应的重要性和量子效应的重要
纳米材料具有哪些特性?
因为纳米材料集中了小尺寸、结构复杂和相互作用强等特点,用纳米材料做成的物质,可能会产生我们想像不到的新的物理和化学现象。在纳米级尺寸下,物质所具有的性质与它们在通常状态下的性质大不一样。
首先,超微颗粒的表面与大块物体表面十分不同,这些颗粒没有固定的形态,随着时间的变化会自动形成各种形状(如立方八面体、十面体、二十面体结晶等),因此这时物质既不同于一般固体,又不同于液体,是一种准固体。
第二,超微颗粒的表面具有很高的活性,在空气中金属超微颗粒会迅速氧化而燃烧。
第三,具有特殊的光学性质。金属超微颗粒对光的反射率很低,通常可低于1%。
第四,具有特殊的热学性质。固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现其熔点将显著降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如,银的常规熔点为670摄氏度,而超微银颗粒的熔点可低于100摄氏度。
第五,具有特殊的磁学性质。人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘,生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。
第六,具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下呈脆性,然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性,使陶瓷材料具有新奇的力学性质。研究表明,人的牙齿之所以具有很高的强度,是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。此外,有些纳米材料还具有超导电性等特殊性能。
纳米材料的特性是什么?
纳米材料的特点:
(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。
(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。
(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。
(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。
纳米材料的特性
特性:表面效应:随着颗粒直径变小,比表面积(表面积 / 体积)将会显着增大,表面原子所占的百分数将会显着地增加。表面原子极号迁移,使颗粒物理性能发生极大变化。
小尺寸效应:随着颗粒尺寸的量变,在一定条件下会引起颗粒性 质的质变。颗粒尺寸变
小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。
特殊的热学性质:固态物质在其形态为大尺寸时,其熔点是固定的,超细微化后却发现
其熔点将显着降低,当颗粒小于10纳米量级时尤为显着。
特殊的光学性质:超微颗粒对光的反射率很低,通常可低于1%,利用这个特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料,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
特殊的磁学性质:人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物
体中存在超微的磁性颗粒,使这类生物在地磁场导航下能辨别方向,具有回归的本领。
超微颗粒磁性与大块材料显着不同,大块的纯铁矫顽力约为 80安 / 米,而当颗粒尺寸减小到2微米以下时,其矫顽力可增加1千倍。据此已作成高贮存密度的磁记录磁粉。
特殊的力学性质:陶瓷材料在通常情况下呈脆性,然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面,界面的原子排列是相当混乱的,原子在外力变形的条件下很容易迁移,因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性。
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