中国粉体网5月12日讯  几种典型的纳米材料变性效应：

    1、磁学的变性效应。有文献指出：“当晶粒尺寸减小到纳米级时，晶粒之间的铁磁相互作用开始对材料的宏观磁性有重要的影响。”我们认为当材料随晶粒尺寸单位的减小，原子晶粒中的多磁畴结构形态就变成单磁畴结构的形态。在材料中磁畴的多少，是由材料中粒子数决定的。材料中粒子数多、粒径大的粒子，形成的挤压磁畴也多，这时就出现了多磁畴；当材料中是粒子数少、粒径小的粒子，这时形成的挤压磁畴也就少了。一般小粒径的纳米粒子，基本上都是单磁畴的粒子。

    如果在出现单磁畴的情况下，使磁能量的形态由磁畴壁（指多磁畴或单磁畴的磁畴边界）形态，变为磁畴旋动的形态，则这种情况是挤压单磁畴在粒子热能影响下出现的，这种情况与磁——热不对称有关。

    这时，纳米材料磁的多种异性能KV（指饱和磁化强度、矫顽力、磁导率等特性）与热能KT（电子运动热能）基本相同，或者KV小于KT时，由于热能量的扰动作用，会使纳米晶粒的逆磁力（矫顽力）降为零，从而成超通量磁性状态。也就是说对于单磁畴的小纳米材料，在热能扰动下，将产生超顺磁现象，虽然并非零磁阻，但这种情况对充磁是有利的，也可以成为液化磁。

    假如铁原子晶粒的尺寸单位为两位数（十位数）的纳米值时，其逆磁力为某个数值；而在铁原子晶粒尺寸单位达到某一个位数纳米值时，逆磁力为零，成为超通量的磁性材料。又比如自然或人造永磁体，在粉碎到成为小纳米颗粒（个位数的尺寸）时，与液体按所需的比例进行混合成磁性液体，就是液化磁。再比如，按纳米可流动性解释，自然或人造永磁体，在粉碎到小纳米颗粒时，自身因颗粒坍塌现象（堆积不稳定性的现象）而产生了流动性，也称为：磁的液化效应，或液化磁。

    2、电学的变性效应。有文献指出：“纳米材料的电阻高于同类粗晶材料，甚至发生尺寸诱导，金属向绝缘体转变。”我们认为，当在晶粒尺寸单位减小，界面效应增大的时候，由于量子隧道效应的关系，使电能量的导电率下降，也就是说不能够产生超导效应。这是因为晶粒减小时，电子与声子的交合强度增加，从而使晶格体的低频振动终止，电子间的交合率下降，产生的电子对少了，从而形成了多态自由电子形态所致。

    关于量子隧道的效应：当材料成为小粒子（纳米粒子）时，在合成后，其能级带就变为能级点，点与点之间有能隙存在，这属于出现低能区的情况。这个低能区就造成了宏观的隧道现象。而具有穿越这个隧道能力的粒子，称为量子隧道粒子。隧道粒子穿越隧道的过程或现象，即是“量子隧道效应”。关于“声子”，从严格的物理意义上讲，“声子”不是一种永久存在的粒子。这里提出的所谓的“声子”是泛指那些传播声波的介质粒子，我们把凡是能够传播声波的介质粒子统称为“声子”。在噪声大的环境中，传播声波的粒子（声子）为在纳米材料中形成的应力波传导粒子，则当与纳米材料中运动着的电子耦合性增大时，会影响到电子的交合率，并使之下降。

    3、力学的变性效应。有文献指出：纳米材料“随着尺寸减小，材料的力学性能得到提高。” 我们也认为，在纳米材料中，晶粒的高塑性，其结合块体的韧性大，是纳米材料的主要特性。纳米块体的塑性变性原理应该是在低温中蠕变扩散的。因为蠕变扩散变速率与扩散数量值系数成正比，与晶粒的三次方成反比。因此，纳米块体比常态块体的扩散系数高三个量级，而晶粒度小三个量级，则纳米块体的蠕变速率要高于常态块体十二个数量级，并且在低温下可以对外源力的作用反应加快，形成塑性蠕变速率提高，使纳米块体的韧性增大。

    关于“扩散数量值系数”，是指纳米材料随温度变化而形成的蠕变，即纳米材料结构晶粒或晶格扩散性迁移的平均速率与蠕变区扩散性迁移的个数之比值，也可称为：一个蠕变温度均等扩散数量值系数。实际上就是指有多少纳米粒子参与了蠕变性扩散。

    4、热学的变性效应。有文献指出，纳米材料表现出一系列与普通多晶体材料明显不同的热学特性。假如纳米合金材料的比热比同类合金在粗晶粒时高出10%～78%，比热增大的原因是，纳米晶粒界面效应形成了特殊的比热形态。在温度相对高的时候，纳米晶粒间的原子排序为无序态，原子密度低，原子间的耦合弱，使晶格振动和组合态熵变增加，定压比热Cp随熵变增大。纳米金属材料的热稳定性是随温度变化而变化的。在一定的温度情况下相对稳定，晶粒受热能量温度超过稳定温度时，材料先产生放热，而后形成吸热现象。这是因为纳米晶粒快速增大，晶格体膨胀形成的吸热效应。我们可以把这种现象称之为：晶格膨胀热力变性效应。

    关于“组合态熵变”，是指纳米材料晶粒界面热力，随晶粒体积大小的变化而变化，晶粒之间结合时的界面热力大小，是导致材料蠕变速度快慢的主要成因，也是导致纳米材料温度敏感的主要成因。这种现象，是因为晶粒界面张力在熵变的影响下，产生了不稳定形态，从而使晶粒之间自由结合能在界面张力的作用下减弱，形成了晶粒松散性蠕变。

    5、光学的变性效应。有文献指出：“纳米粒子的粒径（10~100nm）小于光波的波长，因此将与入射光产生复杂的交互作用。”假定常态物质对光的反射率大于82%，但在常态物质尺寸单位到达变性纳米尺寸时，光的反射率或许只为10%～0.3%，这可称之为：无反射暗物质体效应。这是因为达到变性尺寸的纳米晶粒中，原子的曲面反射方向面积增大，光的直反率下降，所以产生了暗物质效应。所谓的暗物质效应，就是等于暗物质体的光子吸收效应。不过要形成暗物质效应的纳米材料必须是整体块状的纳米材料才能做到，而目前工程上加工这样的材料显然还有很大困难。

    这是因为，（1）当物质的纳米晶粒以通常采用的方式制成型材时，往往纳米晶粒随着与同级晶粒结合时而增长，直到恢复至非纳米材料的正常晶粒状态，则这时所有纳米特性又消失了；（2）纳米材料晶粒重新合成制成型材时，必须控制好温度，否则很容易出现废品；（3）如果要合成为型材的纳米粒径不均匀，很容易产生材料的龟裂现象，导致这种情况的原因是，纳米晶粒如果粒径大小不同，粒子所带能级也不同，在合成为型材时会出现晶粒空穴现象，当材料冷却时，晶粒收缩，则空穴边界扩展，从而产生龟裂。那么当纳米材料不能以整个型材块体的状况出现，其暗物质效应实际上是难以体现出来的。