從尺寸上看,通常引起物理化學性質顯著變化的細顆粒尺寸在0.1微米以下(註1米=100厘米,1厘米=1000微米,1微米= 1000納米,1微米。所以粒徑在1 ~ 100 nm的顆粒稱為超細材料,也是納米材料。
80年代中期納米金屬材料研制成功,後來又出了納米半導體薄膜、納米陶瓷、納米陶瓷材料、納米生物醫用材料。
納米結構材料簡稱納米材料,是指其結構單元的尺寸範圍在1 nm到100 nm之間。由於其大小接近電子的相幹長度,由於強相幹帶來的自組織,其性質發生了很大的變化。而且它的尺度接近光的波長,又有大表面的特殊效果,所以它的特性,比如熔點、磁性、光學、導熱、導電等,往往和物質在整個狀態下的特性不壹樣。
納米粒子材料又稱超細粒子材料,由納米粒子組成。納米粒子也稱超細粒子,壹般是指大小為1 ~ 100 nm的粒子,處於原子團簇和宏觀物體之間的過渡區域。從通常的微觀和宏觀來看,這樣的系統既不是典型的微觀系統,也不是典型的宏觀系統,而是典型的具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧穿效應的介觀系統。當人們將壹個宏觀物體細分為超細顆粒(納米級)時,它會表現出許多奇怪的特性,即其光學、熱學、電學、磁學、力學和化學性質會與塊狀固體有顯著的不同。
納米技術的廣義範圍可以包括納米材料技術和納米加工技術、納米測量技術、納米應用技術等。其中,納米材料技術重點生產納米功能材料(超細粉體、塗層、納米改性材料等。)和性能檢測技術(化學成分、微觀結構、表面形貌、物理、化學、電學、磁學、熱學和光學性能)。納米加工技術包括精密加工技術(能量束加工等。)和掃描探針技術。
納米材料具有壹定的獨特性。當物質的尺寸小到壹定程度時,就需要用量子力學代替傳統力學來描述其行為。當粉末的粒徑從10微米減小到10納米時,雖然其粒徑變為1000倍,但換算成體積時會有10倍那麽大,所以兩者的行為會有明顯的區別。
納米顆粒之所以不同於塊體材料,是因為其表面積比較大,即超細顆粒的表面覆蓋著臺階狀的結構,這種結構代表著表面能高的不穩定原子。這些原子容易吸附和鍵合外來原子,同時由於粒徑的縮小,提供了較大的表面活性原子。
就熔點而言,納米粉體具有較高的表面能是因為每個顆粒中原子較少,表面原子處於不穩定狀態,導致其表面晶格的振動幅度較大,從而產生超細顆粒特有的熱性質,即熔點降低。同時,納米粉體將比傳統粉體更容易在較低的溫度下燒結,成為良好的燒結促進材料。
壹般常見的磁性材料都屬於多個磁區的集合體。當顆粒尺寸太小而不能區分它們的磁性區域時,形成具有單壹磁性區域的磁性材料。因此,當磁性材料制成超細顆粒或薄膜時,就會成為優良的磁性材料。
納米粒子的粒徑(10 nm ~ 100 nm)小於光波的波長,因此會與入射光發生復雜的相互作用。在適當的蒸發和沈積條件下,可以得到容易吸收光線的黑色金屬超細顆粒,稱為金屬黑,與金屬鍍膜在真空中形成的高反射率光澤表面形成鮮明對比。納米材料由於其高的光吸收率,可以用作紅外傳感器材料。