1. 표면효과란 나노입자의 입자 크기가 작아짐에 따라 전체 원자에 대한 표면 원자의 비율이 급격히 증가하여 발생하는 특성의 변화를 말합니다.
표 9-2는 나노입자 크기와 표면 원자 수 사이의 관계를 보여줍니다.
입자 크기가 감소함에 따라 표면 원자의 수가 급격히 증가합니다.
또한, 입자 크기가 감소함에 따라 나노입자의 표면적과 표면에너지가 급격히 증가한다.
이는 주로 입자 크기가 작을수록 표면에 더 많은 원자가 있기 때문입니다.
표면 원자의 결정장 환경과 결합 에너지는 내부 원자의 결정장 환경과 다릅니다.
표면 원자 주변에는 인접한 원자가 없고, 댕글링 결합이 많아 불포화 상태이고 다른 원자가 결합하고 안정화되기 쉽기 때문에 화학적, 촉매 활성이 뛰어납니다.
2. 양자 크기
입자 크기가 특정 값 이하로 떨어지면 페르미 준위에 가까운 전자 에너지 준위가 준연속 에너지 준위에서 이산 에너지 준위를 양자 크기 효과라고 합니다.
Kubo는 전자 모델을 사용하여 금속 초미립자의 에너지 준위 간격을 계산했습니다. 4Ef/3N
여기서 Ef는 페르미 위치 에너지이고 N은 입자 내 원자 수입니다. .
N개의 거시적 물체는 무한한 경향이 있으므로 에너지 준위 간격은 0이 되는 경향이 있습니다.
나노입자는 제한된 수의 원자와 작은 N 값을 가지므로 특정 값, 즉 에너지 준위 간격이 분할됩니다.
반도체 나노입자의 전자 상태는 크기가 감소함에 따라 벌크 물질의 연속 에너지 대역에서 이산 구조를 갖는 에너지 준위로 전이되는데, 이는 넓은 흡수에서 전이로 흡수 스펙트럼에서 나타납니다. 구조가 없는 밴드. 구조적 흡수 특성을 갖습니다.
나노입자의 개별적인 양자화된 에너지 준위에서 전자의 휘발성은 높은 광학적 비선형성, 특정 촉매 및 광촉매 특성 등과 같은 나노입자의 일련의 특성을 가져옵니다.
3. 양자 터널링
미세한 입자가 잠재적 장벽을 관통하는 능력을 터널 효과라고 합니다.
사람들은 미세 입자의 자화, 양자 결맞음 장치의 자속 및 전하와 같은 일부 거시적 양에도 터널링 효과가 있다는 사실을 발견했습니다. 이러한 양은 거시적 시스템의 잠재적 장벽을 통과하여 변화를 일으킬 수 있습니다. , 그래서 이를 거시적 양자 터널 효과라고 합니다.
이 개념은 초미세 니켈 입자가 저온에서 초상자성 특성을 유지하는 이유를 정성적으로 설명하는 데 사용될 수 있습니다.
4. 유전 감금
나노입자의 유전 감금 효과는 거의 눈에 띄지 않습니다.
실제 샘플에서 입자는 공기, 고분자, 유리, 용매 등의 매체로 둘러싸여 있으며, 이러한 매체의 굴절률은 일반적으로 무기 반도체의 굴절률보다 낮습니다.
빛을 조사하면 굴절률의 차이로 인해 계면이 형성되며, 나노반도체 표면과 나노반도체 표면과 인접한 영역의 전계세기가 변화한다. 나노 입자 내부에서도 방출되는 빛의 강도가 증가합니다.
이 국지적 전계 강도 효과는 반도체 나노입자의 광물리적 및 비선형 광학적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다.
다상 반응 시스템에 사용되는 무기-유기 하이브리드 재료 및 광촉매 재료의 경우 유전 감금 효과는 반응 과정 및 동역학에 중요한 영향을 미칩니다.
확장 정보:
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나노물질은 크게 나노분말, 나노섬유, 나노필름, 나노블록의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
그 중 나노분말은 가장 긴 개발 기간과 가장 성숙한 기술을 보유하고 있으며, 나머지 3종 제품 생산의 기반이 된다.
1 나노세라믹
나노기술을 이용해 개발된 나노세라믹 소재는 나노분말을 사용해 세라믹에 나노 크기의 입자와 결정을 첨가하거나 생성해 입자를 만드는 방식이다. , 결정립 경계 및 이들 사이의 조합은 나노미터 수준에 도달하여 재료의 강도, 인성 및 초가소성을 크게 향상시킵니다.
이는 엔지니어링 세라믹의 많은 단점을 극복하고 재료의 기계적, 전기적, 열적, 자기 광학 및 기타 특성에 중요한 영향을 미쳐 엔지니어링 세라믹을 대체하는 응용 분야의 새로운 영역을 열어줍니다.
나노기술이 널리 응용되면서 이러한 문제를 극복하고자 나노세라믹이 생산되었습니다.
세라믹 소재의 부서지기 쉬운 특성으로 인해 세라믹은 금속만큼 유연하고 가공이 가능합니다.
영국의 재료과학자 칸(Cahn)은 나노세라믹이 세라믹의 취성을 해결하는 전략적 방법이라고 지적했다.
나노 고온 저항 세라믹 분말 코팅 소재는 화학 반응을 통해 고온 저항 세라믹 코팅을 형성하는 소재입니다.
2나노 분말
초미립자라고도 합니다. 분말 또는 초미립자란 일반적으로 입자 크기가 100나노미터 이하인 분말 또는 입자를 말하며 원자, 분자 및 거시적 물체 사이의 중간 상태의 고체 입자 물질입니다.
사용 가능: 고밀도 자기 기록 재료, 파동 흡수 스텔스 재료, 자성 유체 방사선 보호 재료, 정밀 광학 장치 연마 재료.
마이크로칩 열전도성 기판 및 배선 재료, 광전자공학 재료, 태양전지 재료, 고인성 세라믹 재료, 세라믹 엔진 등에 사용되는 균열 세라믹; 항암제 등에 사용됩니다.
3 나노섬유
직경이 나노미터 수준이고 길이가 더 긴 선형 소재를 말합니다.
사용 가능: 마이크로 와이어, 마이크로 섬유(미래 양자 컴퓨터 및 광자 컴퓨터의 중요한 구성 요소) 재료, 새로운 레이저 또는 발광 다이오드 재료 등
전기방사는 무기 나노섬유를 제조하는 간단하고 쉬운 방법입니다.
4 나노막
나노막은 과립막과 치밀막으로 구분됩니다.
입자필름은 나노입자들이 중간에 아주 작은 틈으로 뭉쳐져 있는 필름이다.
밀도 필름은 밀도가 높은 필름층을 갖고 있지만 입자 크기가 나노미터 수준인 필름을 말합니다.
사용 가능: 가스 촉매 재료(예: 자동차 배기 처리 재료), 고밀도 자기 기록 재료, 평면 패널 디스플레이 재료 등
5개의 나노블록
나노블록은 나노분말을 고압으로 성형하거나 금속액체를 제어하여 결정화하여 얻은 나노결정질 소재입니다.
주요 용도는 초고강도 소재, 스마트 금속 소재 등입니다.
적용 범위:
1. 천연 나노 소재
바다거북은 미국 플로리다 해변에 알을 낳는데, 새끼 거북이는 태어난 후 반드시 생존하고 성장하기 위해 영국 근처 바다로 헤엄쳐 갑니다.
마침내 다 자란 거북이들은 알을 낳기 위해 플로리다 해변으로 돌아갑니다.
이렇게 왕복하는 데 약 5~6년이 걸립니다. 바다거북은 왜 수만 킬로미터를 이동할 수 있나요? 그들은 정확한 탐색을 돕기 위해 머리 내부의 나노 자기 물질에 의존합니다.
생물학자들은 비둘기, 돌고래, 나비, 벌 및 기타 생물이 길을 잃지 않는 이유를 연구하면서 이들 생물의 몸에도 길을 찾는 데 도움이 되는 나노물질이 있다는 사실도 발견했습니다.
2. 나노자성물질
실제 사용되는 나노물질은 대부분 인공적으로 제조된 것이다.
나노자성 물질은 매우 특별한 자기적 특성을 가지고 있습니다. 나노 입자는 크기가 작고 단일 자구 구조를 가지며 높은 보자력을 갖고 있으며, 이를 이용해 만든 자기 기록 물질은 음질, 영상 및 신호를 향상시킵니다. 대 잡음비가 좋고 기록 밀도는 γ-Fe2O3보다 수십 배 높습니다.
초상자성 강자성 나노입자는 자성 액체로 만들어질 수도 있으며, 이는 전기 음향 장치, 감쇠 장치, 회전 씰, 윤활 및 광물 처리 등의 분야에 사용됩니다.
3. 나노세라믹 소재
전통적인 세라믹 소재에서는 입자가 쉽게 미끄러지지 않고 재료가 부서지기 쉬우며 소결 온도가 높습니다.
나노세라믹은 입자 크기가 작고 입자가 다른 입자 위로 쉽게 이동합니다. 따라서 나노세라믹 소재는 강도가 매우 높고 인성이 높으며 연성이 좋습니다. 정상 온도 또는 하위 고온.
나노세라믹 입자를 초고온에서 가공, 성형한 후 표면 어닐링을 하게 되면, 나노소재는 표면에서는 기존 세라믹 소재의 경도와 화학적 안정성을 그대로 유지하면서 동시에 표면적으로는 일종의 나노소재가 될 수 있다. 내부에 나노소재를 함유하고 있어 고성능 세라믹의 소재 연성을 가지고 있습니다.
4. 나노 센서
나노 이산화지르코늄, 산화니켈, 이산화티타늄 및 기타 세라믹은 온도 변화, 적외선 및 자동차 배기가스에 매우 민감합니다.
따라서 일반 유사한 세라믹 센서보다 감지 감도가 훨씬 높은 온도 센서, 적외선 감지기 및 자동차 배기 감지기를 만드는 데 사용할 수 있습니다.
5. 나노틸트 기능성 소재
항공우주 수소산소 엔진에서는 연소실 내부 표면이 고온에 견딜 수 있어야 하고, 외부 표면이 접촉해야 합니다. 냉각수와 함께.
따라서 내부 표면은 세라믹으로, 외부 표면은 열전도율이 좋은 금속으로 만들어져야 한다.
하지만 벌크 세라믹과 금속은 결합하기 어렵습니다.
제작 과정에서 금속과 세라믹의 조성이 점진적이고 지속적으로 변화한다면, 금속과 세라믹은 “너 안에 나를, 내 안에 너”를 갖게 될 것이다.
결국 그것들은 결합되어 기울어진 기능성 소재를 형성할 수 있는데, 이는 기울어진 사다리처럼 성분이 변화한다는 것을 의미합니다.
점차 변화하는 함량의 요구 사항에 따라 금속과 세라믹 나노 입자를 혼합하고 소결하면 연소실 내부의 높은 내열성과 외부의 우수한 열전도율 요구 사항을 달성할 수 있습니다.