一、納米概念 納米微粒通常是指1nm—100nm范圍內的固體粒子，可以是非晶體、微晶聚合體或微單晶(納米晶是指在納米范圍內的單晶固體粒子)，微粒尺寸上的變化和限制將會產生新的物理和化學現象。納米材料微粒正好處于從單個原子到塊體材料的過渡區。當納米材料微粒接近lOnm或更小時，其形狀可為球形、橢球形或多面體形狀，從而具有不同的高對稱性，通常被稱為納米顆粒；而納米材料的尺寸在一個或兩個方向逐漸增大時，它可能變為一維的棒或線，或者是二維的圓盤或平面，具有對稱性，它們分別被稱為納米線、納米管或納米薄膜。 納米薄膜，是指由尺寸在納米量級的晶粒構成的薄膜或將納米晶粒鑲嵌于薄膜中，構成的復合膜或共沉積形成的復合鍍層，或者每層厚度在納米量級的單層或多層膜，有時也稱為納米晶粒薄膜和納米多層膜。其性能強烈依賴于晶粒的尺寸、膜的厚度、表面粗糙度以及多層膜的結構。與普通薄膜相比，納米薄膜具有許多獨特的性能，如具有巨電導、巨磁電阻效應、巨霍爾效應、催化效應、光敏效應、高密磁效應等，因而越來越受到人們的重視。 納米薄膜的應用類型，可分為以下幾種：納米磁性膜、光學膜、氣敏膜、潤滑膜、耐蝕膜、耐高溫膜以及納米多孔膜等。 二、納米技術 納米技術是基礎科學的一部分。我們知道化學是研究原子和分子的，它研究物質的尺寸普遍小于1nm(<1nm)領域，而凝聚態物理是研究原子或分子排列的尺寸，通常大于100nm(>100nm)的物質，那么在以上兩個領域之間存在一個斷層，這個斷層是研究1nm至100nm(1nm—100nm)之間的粒子。這就是納米技術研究的范圍，也就是研究大約每個由10-106個原子或分子構成的粒子形成的領域。 納米晶材料的制備方法 納米材料的組成一般分為兩種類型：一類是由納米粒子組成的，另一類納米材料是在納米粒子間有較多的孔隙或無序原子或另一種材料�；蛘呒{米粒子鑲嵌在另一種基質材料中，就屬于第二類稱為復合材料，由于納米材料在光學、電學、催化、敏感等方面具有很多特殊性能，因此得到廣闊的： 應用。 (一)納米材料的制備方法 目前，約有200多種方法能制取不同形式的納米結構材料，最基本的可歸納為以下五種類型： (1)氣相法(如物理或化學氣相沉積、惰性氣體凝聚等)； (2)液相法(如快速固化、霧化等)； (3)固相法(如機械研磨、非晶態初始晶化等)； (4)化學法(如溶膠、凝膠法、沉積法等)； (5)電化學法(如電沉積法、復合電沉積法、化學鍍法等)。 （二)電化學法制備納米材料的優點 (1)電沉積層具有獨特的高密度和低孔隙率，結晶組織取決于電沉積參數。通過控制電流、電壓、電解液組分和工藝參數，就能精確地控制膜層的厚度、化學組分、晶粒組織、晶粒大小和孔隙率等； (2)適合于制備純金屬納米晶膜、合金膜及復合材料膜等各種類型膜層； (3)電沉積過程，過電勢是主要推動力，容易實現、工藝靈活、易轉化； (4)可在常溫常壓下操作，節約了能源，避免了高溫引入的熱應力； (5)電沉積易使沉積原子在單晶基質上外延生長，易得到較好的外延生長層； (6)有很好的經濟性和較高的生產率，初始投資低。 四、納米材料的特性 當超微米粒子尺寸不斷減小，在一定條件下，會引起材料宏觀物理、化學、機械等性質上的變化，通常稱為小尺寸效應。另外，由于納米微粒尺寸小，表面能高，這稱為納米微粒的表面效應，它是指納米粒子的表面原子數與總原子數之比，隨著納米粒子尺寸的減小，而大幅度的增加，于是粒子的表面能和表面張力也隨著增加，從而引起納米粒子的性質變化。 由于納米晶材料組成和結構的特殊性，其性能比傳統材料有明顯的改善和提高，尤其是具有超硬度、超模量效應等的特殊性。 (一)納米材料的力學性能 目前對力學性能研究較多的是納米材料的硬度、韌性和耐磨性等。 1．硬度 材料的硬度對于材料系統的粒度和成分有比較強烈的依賴性，另一影響因素是組分材料的相對含量，見圖4—9—1。 2．韌性 膜層結構對材料的韌性影響較大，膜層材料的組分含量是影響的主要因素。多層膜也可以提高材料的韌性，明顯改善其性能。 3．耐磨性 納米膜材料的耐磨性比通常的材料要高，這與晶粒的大小、晶體結構、晶粒界面以及納米多層膜鄰層界面上的位錯、滑移障礙比傳統材料大而多。因此，滑移阻力比傳統材料大。 (二)納米晶材料的光學性能  圖4—9—1晶粒尺寸變化對硬度的影響 納米超微粒膜具有特殊的紫外-可見光吸收光譜。當黃金(Au)被細分到小于光波之長的尺寸時(即為幾百納米)，會失去原有的光澤而呈現為黑色，實際上所有金屬呈超微粒子時均為黑色，尺寸越小，色澤越黑。銀白色的白金(Pt)變為鉑黑，銀變為銀黑，鎳變為鎳黑等。這表明金屬超微粒對光的反射率很低，一般低于1％。大約有幾百納米的厚度即可消光，利用此特性可制作高效光熱、光電轉換材料，可高效地將太陽能轉化為熱、電能。此外，又可作紅外敏感元件、紅外隱身材料等。 (三)納米材料的電學性能 常規的導體(如金屬)，當尺寸減小到納米數量級時，其電學性能發生很大變化。研究表明，材料的導電性與材料顆粒的臨界尺寸有關，當材料顆粒大于臨界尺寸，將遵守常規電阻與溫度的關系，當材料尺寸小于臨界尺寸時，它可能失掉材料原本的電性能。 (四)納米材料的磁學特性 人們發現蝴蝶、蜜蜂和鴿子等生物中存在超微磁性顆粒，這些動物在磁場中能辨別方向，具有回歸的本領。磁性微粒就像是一個生物羅盤，生活在水中的超微細菌依靠它可游向營養豐富的水底。研究表明這些生物體內的磁顆粒是大小為20nm的磁性氧化物，小尺寸超微粒子的磁性比大塊材料要強許多倍，20nm的純鐵粒子的矯頑力是大塊鐵的l000倍，但當尺寸在減少到6nm時，其矯頑力反而又下降到零，表現出所謂超順磁性。利用超微粒子具有高矯頑力的性質，已做成高儲存密度的磁記錄粉，用于磁帶、磁盤、磁卡及磁性鑰匙等，利用超順磁性人們已研究出應用廣泛的磁流體，用于密封等。 相關閱讀：電沉積納米材料的方法及原理 電沉積納米合金工藝及特性（上） 電沉積納米合金工藝及特性（下） 電沉積納米復合材料工藝及特性 電沉積納米材料的應用及展望 |
