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纳米的特性
假如给你一块橡皮,你把它切成两半,那么它就会增加露在外面的表面,假如你不断地分割下去,那么这些小橡皮总的表面积就会不断增大,表面积增大,那么露在外面的原子也会增加。如果我们把一块物体切到只有几纳米的大小,那么一克这样的物质所拥有的表面积就有几百平方米,就像一个篮球场那么大。随着粒子的减小,有更多的原子分布到了表面,据估算当粒子的直径为10纳米时,约有20%的原子裸露在表面。而平常我们接触到的物体表面,原子所占比例还不到万分之一。当粒子的直径继续减小时,表面原子所占的分数还会继续增大。如此看来,纳米粒子真是敞开了胸怀,不像我们所看到的宏观物体那样,把大部分原子都包裹在内部。
正是由于纳米粒子敞开了胸怀,才使得它具有了各种各样的特殊性质。我们知道原子之间相互连接靠的是化学键,表面的原子由于没能和足够的原子连接,所以它们很不稳定,具有很高的活性。用高倍率电子显微镜对金的纳米粒子进行电视摄像,观察发现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,它既不同于一般固体,也不同于液体;在电子显微镜的电子束照射下,表面原子仿佛进入了“沸腾”状态,尺寸大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性,这时微颗粒具有稳定的结构状态。超微颗粒的表面具有很高的活性,在空气中金属颗粒会迅速氧化和燃烧。如果要防止自燃,可采用表面包覆或者有意识地控制氧化速率,使其缓慢氧化生成一层极薄而致密的氧化层。
概括一下,纳米颗粒具有如下一些的特殊性质——
光学性质
纳米粒子的粒径(10~100纳米)小于光波的波长,因此将与入射光产生复杂的交互作用。纳米材料因其光吸收率大的特点,可应用于红外线感测材料。当黄金被细分到小于光波波长的尺寸时,即失去了原有的富贵光泽而呈黑色。事实上,所有的金属在超微颗粒状态都呈现为黑色。尺寸越小,颜色愈黑,银白色的铂(白金)变成铂黑,金属铬变成铬黑。由此可见,金属超微颗粒对光的反射率很低,通常可低于1%,大约几微米的厚度就能完全消光。利用这个特性,可以将纳米粒子制成光热、光电等转换材料,从而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。
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