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小尺寸效應
鎖定
- 中文名
- 小尺寸效應
- 外文名
- Small size effect
- 所屬學科
- 物理學
- 所屬領域
- 光學
小尺寸效應光學性質
當黃金被細分到小於光波波長的尺寸時,即失去了原有的光澤而呈黑色。事實上,所有的金屬在超微顆粒狀態都呈現為黑色。尺寸越小,顏色愈黑,銀白色的鉑(白金)變成鉑黑,金屬鉻變成鉻黑。由此可見,金屬超微顆粒對光的反射率很低,通常可低於l%,大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個特性可以作為高效率的光熱、光電等轉換材料,可以高效率地將太陽能轉變為熱能、電能。此外又有可能應用於紅外敏感元件、紅外隱身技術等。
與常規大塊材料相比,納米微晶的吸收和發射光譜存在着藍移現象,即移向短波方向。納米碳化硅顆粒比大塊碳化硅固體的紅外吸收頻率峯值藍移了20nm-1,而納米氮化硅顆粒比大塊氮化硅固體的紅外吸收頻率峯值藍移了14nm-1。
小尺寸效應熱學性質
在納米尺寸狀態,具有減少了空間維數的材料的另一種特性是相的穩定性。當人們足夠地減少組成相的尺寸的時候,由於在限制的原子系統中的各種彈性和熱力學參數的變化,平衡相的關係將被改變。固體物質在粗晶粒尺寸時,有其固定的熔點,超細微化後,卻發現其熔點顯著降低,當顆粒小於10nm時變得尤為顯著。如塊狀的金的熔點為1064℃,當顆粒尺寸減到10nm時,則降低為1037℃,降低27℃,2nm時變為327℃;銀的常規熔點為690℃,而超細銀熔點變為100℃,因此銀超細粉製成的導電漿料可在低温下燒結。這樣元件基片不必採用耐高温的陶瓷材料,甚至可用塑料替代。採用超細銀粉漿料,可使膜厚薄均勻,覆蓋面積大,既省料質又高。100~1000nm的銅、鎳納米顆粒製成導電漿料可代替鈀與銀等貴重金屬。納米顆粒熔點下降的性質對粉末冶金工業也具有一定的吸引力。例如,在鎢顆粒中附加0.1%~0.5%重量比的納米鎳顆粒後,可以使燒結温度從3000℃降低到1200℃~1300℃,以致可在較低的温度下燒製成大功率半導體管的基片。
小尺寸效應磁學性質
人們發現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中存在超微的磁性顆粒,使這類生物在地磁場導航下能辨別方向,具有迴歸的本領。磁性超微顆粒實質上是一個生物磁羅盤,生活在水中的趨磁細菌依靠它遊向營養豐富的水底。通過電子顯微鏡的研究表明,在趨磁細菌體內通常含有直徑約為 2′10-2微米的磁性氧化物顆粒。小尺寸的超微顆粒磁性與大塊材料顯著的不同,大塊的純鐵矯頑力約為 80安/米,而當顆粒尺寸減小到 2′10-2微米以下時,其矯頑力可增加1千倍,若進一步減小其尺寸,大約小於 6′10-3微米時,其矯頑力反而降低到零,呈現出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性,已作成高貯存密度的磁記錄磁粉,大量應用於磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等。利用超順磁性,人們已將磁性超微顆粒製成用途廣泛的磁性液體。