纳米材料研究中不可忽略的七大纳米效应及其运用（二）

在《不可忽略的七大纳米效应及其在材料研究中的运用（一）》一文中，笔者已经对纳米材料的量子效应、比表面积效应、表面能、表面结合能效应及其运用进行了了简述。在此文中，笔者将对纳米材料中的体积效应（小尺寸效应）、量子隧道效应、介电限域效应及其运用进行说明。

五、体积效应（小尺寸效应）及其运用

随着纳米粒子体积的变小，纳米材料的声、光、电、磁、热力学的周期性被破坏，纳米材料的这些特性会发生显著的变化，这种因粒子体积的减少特性发生变化的现象叫做体积效应（小尺寸效应）。这种现象的发生原因，是由于纳米粒子体积的变小，光波长、电子传导波长、超导的相干长度、透射长度等更小时，周期性的边界已经被破坏。光吸引性明显增强，熔点更低，磁性更加有序。由于小尺寸效应，纳米材料在光、电、磁、热力方面具有某些特殊效应。

1）纳米材料光学的特殊效应

当把常规的材料进行研磨到纳米级时，原来材料的光泽就会消失，变成黑色的纳米粉状。实验表明，研磨的纳米晶粒半径越小，这种颜色就越黑，金、银、铜等金属材料在颜色变化尤其明显，并且金属纳米晶粒的光折射率极低。实验研究表明，一般低于1%，这样极低的光折射率，往往只要微米级的厚度就能够完全消光。

这种特性可以使用在太阳能光伏太阳板以及一些光电转化的材料，提高光电的转化效率。并且，这种材料特性在红外材料中的表现，可以运用于航空飞机、军事战机等红外隐身技术和红外敏感材料中。

2）纳米材料电、磁特殊效应

半导体的介电常数和介电损耗，是其考察材料特性的重要指标，但当对半导体材料进行纳米研磨，进行原子重组成纳米半导体，会发现纳米材料的介电性质发生重大的变化，这对半导体研究中进行新材料方向的探究具有重要的启示意义。

随着纳米晶粒直径的变小，磁性材料重组后的纳米磁性材料的矫顽力会随千倍的增加，这种特性可以使用在电磁材料中，为研制出超微小大功率发电机组成为一种可能。特别是运用在现在的新能源汽车当中，可以大程度的加大电磁转化，为电磁的续航提供另一个解决方案。

3）纳米材料热、力学特殊效应

常规材料都有自身稳定的熔点，但是当对其超细微研磨后，材料的熔点会发生巨大的变化。在现在研究中，大多数纳米材料的熔点会有效的降低，当纳米晶粒的半径达到5nm时，这种变化更为明显。这为许多高熔点的罕有材料的制备有效降低了成本。

由于纳米材料界面的原子排列情况发生变化，往往具有更多原子占比和更加混乱的状态，当表层原子受力时，会随着力的方向发生内部迁移，所以纳米材料的韧性方面会有更加优越的表现。这种特性在陶瓷纳米材料中表现尤其明显。在现今流行的玻璃陶瓷手机后盖板流行趋势下，这为陶瓷纳米材料的生产提供一个崭新的方向。乾节科技研发团队在进行纳米表层防护材料的新产品中，根据这个效应，推出具有超强防刮、防摔的许多新兴材料产品。

六、宏观量子隧道效应及其运用

由于量子隧道效应产生的原理涉及学科的材料知识较多，需要对一些专有名词进行解释，在此对于产生的原理不进行详述，有兴趣了解这方面原理的读者可以参考库仑堵塞效应、量子隧道与量子隧穿效应、垒势等相关的理论知识。简略说来，量子隧道效应就是材料在进行纳米研磨重组后，使原本不能穿过垒势的原子能够穿过垒垫，可以有效降低克服这种垒势而加压在材料两端的电能。

量子尺寸、量子隧道效应是微电子化的理论基础，可以有效打破磁性、刻录材料保存信息的极限，为超细微半导体、小尺寸芯片、更小的结成电路模块提供理论基础和发展限制。

七 、介电限域效应及其运用

纳米晶粒的介电限域效应是纳米粒子外界环境（被空气﹑聚合物﹑玻璃和溶剂等介质）包围时产生的介电增加现象，纳米晶粒光照射时，折射率不同于纳米晶粒的界面，这会导致邻近表面的区域表面、纳米粒子内部的场强相较于入射光的光强更大。这种局部的场强效应，对于无机-有机杂化材料以及用于多相反应体系中光催化材料，介电限域效应对反应过程和动力学有重要影响

在纳米新材料研究中，以上纳米材料的七大效应将为材料研究提供明确的研究方向，科学研究者往往根据自身对于材料特性的需求，对相应的的材料效应进行方向性的研究，从而省去大量的科研探索时间。所以，重新回顾这些纳米材料基本效应对于纳米材料科学研究者来说，是必不可少和至关重要的。

作者简介

杨煊，笔名杨东泽，先后就读于北京大学、南开大学、天津商业大学，从事纳米材料行业多年，在纳米新材料应用方面有丰富经验。上海乾节科技创始人，任董事长兼CEO，乾节科技是有着先进和创新的纳米技术解决方案提供商，与世界顶级纳米技术实验室有着密切合作，不断在纳米涂层领域开发新的创新型产品。为多家文学平台签约诗人，号陆家嘴中央绿地里的抽象派哲理诗人，主要写作哲学散文、诗歌。

本文已获杨煊授权发布