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一维纳米材料简介

纳米材料(NanomateriaJ)是当今新材料倾域中最具活力、研究内涵屈为丰宫的学科分支，也是纳米科枝中最为活跃、对社会和经济的发展屈具影叨力的重要部分．纳米材料是指其构成单元在三维空间中至少有一维处干纳米尺度范田

{Ol~IOOnm)内，并按照一定的规律构建的新的结构体系．如果按照维数，纳

米材料的基本结构单元可以分为三类．（I)零维：指在空间三维尺度都在纳米尺度范肵，如纳米尺度颗粒，原子团族等 (2)一维：指在三维空间上有两维处千纳米尺度，姐纳米管、纳米线、纳米桲等：（3) 二维：指在三维空间中有一雏处千纳米尺度；如超 憩牍 材料，多层朕、超品格等。因为这些单元往往具有纳米尺度产生的持殊益于性质，所以对孝§但一维和二维的基本单元分别又有益子点、侄子线和噩子阱之称。

纳米材料的发展历史大致可以分为三个阶段(131, 第一阶段(1990年以前）主要是在实验室探索用各种手段制备各种材料的纳米颗粒(0维）、纳米线(1维）、纳米片(2维）粉体、合成块体（包括薄膜）．研究结构和比能的评估表征方法，分祈纳米材抖不同于常规材料的特殊性能．第二阶段(1994年以前）人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能设计纳米复合材料，通常采用纳米颗粒与纳米颗粒反合，纳米颗粒与常规块休复合，纳米线和纳米片的复合以及复合薄膜等，国际上通常把这类材料称为纳米复合材料，这一阶段纳米复合材料的合成及性能的探索一度成为纳米材料研究的主导方向。第三阶段(1994年至今）一维纳米材材体系（阵列）｀纳米自组装体系及人工组装的纳米结构材抖体系越来越受到人们的关注．

从广义上来说，当材料的尺寸达到纳米范围以后，由千纳米晶粒小、比表面积大，使得存在千品粒表面的无序原子数培多，从而导致纳米粒子处千既非长程

有序又非短程有序的状态，且在同一纳米粒子的品粒内的各种缺陷和亚稳相存在。

纳米材科特殊的品休结构会表现出区别千块体材料的新奇特性，包括小尺寸

效应、表面效应、盐于尺寸效应和宏观盆子供道效应等”4)。使其 在光学 ＇、电学、磁学 、光催化、传感器和场致发射器等方面具有广阔的潜在应用前录。

(I)小尺寸效应 当超细粒子光波波长、悠布罗意波长及超导态相干长度

或透射深度等的物理特性尺寸相近或相差更小的时候，其周期性的边界条件受到了破坏，因此，在光、心 热 声、磁等的物理特性方面都会出现一些新的效应．称为小尺寸效应

(2)品子尺寸效应．当微粒尺寸阵低到屉低尺寸时，费米能级附近的电子能级由准连续态变为离散型能级印现象，当间距能级大于热能、磁能、静磁能、静电能、光于能或超导态的深聚能蠡时，必须考虎量千尺寸效应，它葩导致纳米微粒子的光、电、艳、热、声、超导等特性出现显著的不同：

(3) 表面与界而效应 纳米粒子的比表面积大，表面原子数目所占的比例很而，大大培加了纳米粒子的表面活性；表面粒子的活性不但会引起微粒子表面原子输运和构型的变化i 同时也会引起表面的电子自惟构象和电子能诣的改变：

(4) 宏观昼子隧道效应：隧 道效应是指微观粒子具有贯穿势垒的能力，登子尺寸效应、阱避效应是将来微电子元器件的基础，或是说它确立了现有微电子元器件进一步做型化的极限．小尺寸效应、昼子尺寸效应、表面界面效应和虽子陇道效应，都是纳米微粒与纳米固体材料的县本特性，都是纳米粒子和绢米固体出现“反常＂宏观特性的原因。由于纳米粒子具有很大的比未面积，界面处的杂质浓度有了很大的样低，因而与普通的材料相比具有更商的力学性能，如范性增强、断裂极限提面等。

1.2,2一维纳米材料的发展趋势

随若信息、能沥、环境和先进制造技术等科学技术的不断快迎发展，必然会对材科的性能提出更苛刻的使用要求，然而，新材科的呏究必定会引发新技术的革新，还会提出更好更多的构想。

纳米材料是纳米科技的基础，纳米材料是纳米材料科学中虽宫有活力的领域妒信 息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的带求，器件的小型化、智訰化、商拒成、商密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小：航空航天 、新型军串装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越南。新材料的创新，以及在此基础上诱发的新技术。纳米功能材料将

是起重要作用的关键材料之一｀纳米功能材料是当今新材料研究领坡中呆宫有活力、对未来经济和社会发展有若十分鱼要影叨的研究对象，也是纳米科技中品为活跃、尼搂近应用的重要组成部分．

当们纳米功能材料及其应用技木所正面临新的突破，诸如超导材抖、微