基本介紹
- 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
光學性質,熱學性質,磁學性質,力學性質,
光學性質
當黃金被細分到小於光波波長的尺寸時，即失去了原有的富貴光澤而呈黑色。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。此外又有可能套用於紅外敏感元件、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著藍移現象，即移向短波方向。納米碳化矽顆粒比大塊碳化矽固體的紅外吸收頻率峰值藍移了20nm-1，而納米氮化矽顆粒比大塊氮化矽固體的紅外吸收頻率峰值藍移了14nm-1。
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溫下燒結。這樣元件基片不必採用耐高溫的陶瓷材料，甚至可用塑膠替代。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，可以使燒結溫度從3000℃降低到1200℃～1300℃，以致可在較低的溫度下燒製成大功率半導體管的基片。
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，具有回歸的本領。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游向營養豐富的水底。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，大量套用於磁帶、磁碟、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。
