纳米的特性有哪些？

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。

热学性质

固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点往往是固定的，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，金的常规熔点为1064℃，当颗粒尺寸减小到10纳米时，熔点则降低27℃，2纳米时的熔点仅为327℃左右；银的常规熔点为670℃，而超微银颗粒的熔点则可低于100℃。因此，超细银粉制成的导电浆料可以进行低温烧结，此时元件的基片不必采用耐高温的陶瓷材料，甚至可用塑料。采用超细银粉浆料，可使膜厚均匀，覆盖面积大，既省料又具有高质量。日本川崎制铁公司采用0.1～1微米的铜、镍超微颗粒制成导电浆料可代替钯与银等贵金属。超微颗粒熔点下降的性质对粉末冶金工业具有一定的吸引力。例如，在钨颗粒中附加0.1％～0.5％重量比的超微镍颗粒后，可使烧结温度从3000℃降低到1200～1300℃，以致可在较低的温度下烧制成大功率半导体管的基片。

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。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。通过电子显微镜的研究表明，在趋磁细菌体内通常含有直径约为2纳米的磁性氧化物颗粒。这些纳米磁性颗粒的磁性要比普通的磁铁强很多。生物学家研究指出，现在只能“横行”的螃蟹，在很多年前也是可以前后运动的。亿万年前螃蟹的祖先就是靠着体内的几颗磁性纳米微粒走南闯北、前进后退、行走自如，后来地球的磁极发生了多次倒转，使螃蟹体内的小磁粒失去了正常的定向作用，使它失去了前后进退的功能，螃蟹就只能横行了。

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，因此纳米陶瓷材料能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。美国学者报道氟化钙纳米材料在室温下可以大幅度弯曲而不断裂。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。至于金属一陶瓷等复合纳米材料，则可在更大的范围内改变材料的力学性质，其应用前景十分宽广。

1,表面效应。即纳米晶粒表面原子数和总原子数之比随粒径变小而急剧增大后引起性质变化。纳米晶粒的减小，导致其表面热、表面能及表面结合能都迅速增大，致使它表现出很高的活性。如日本帝国化工公司生产的TiO2的平均粒径为15nm，比表面积高达80－100m2/g。 2,体积效应，当纳米晶粒的尺寸与传导电子的德布罗意波相当或更小时，周期性的边界条件将被破坏，使其磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性和熔点等与普通粒子相比都有很大变化。如银的熔点约为900度，而纳米银粉熔点为100度，一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30％－50％。 3，量子尺寸效应，即纳米材料颗粒尺寸到一定值时，费米能级附近的电子能级由准连续能级变为分立能级，吸收光谱阈值向短波方向移动。其结果使纳米材料具有高度光学非线性、特异性催化和光催化性质、强氧化性质和还原性。 纳米材料还具有宏观量子隧道效应和介电限域效应。纳米材料能在低温下继续保持超顺磁性，对光线有强烈的吸收能力，能大量吸收紫外线，对红外线亦有强烈吸收特性，在高温下，仍具有高强、高韧、优良稳定性等，其应用前景十分广阔，故纳米材料被誉为跨世纪的高科技新材料。