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浅谈纳米晶体材料
张婉滢东吴商学院国际经济与贸易
摘要：纳米晶体材料具有许多优异的性能，诸如扩散和结烧、力学、陶瓷和金属间化合物的延展性、电学、热膨胀、光学、磁学、催化和腐蚀行为等，均优于常规多晶材料。近年来，不少国内外研究者对纳米晶体材料进行了深入的研究。本文主要以纳米晶体材料的分类展开，具体介绍不同分类中的代表，最后分析纳米晶体材料在生物、国防等不同领域的应用以及发展前景。
关键词：纳米晶体材料分类制备性质应用研究展望
引言
纳米晶体材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级（1~100nm）的固态材料。由于极细的晶粒，以及大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，纳米晶体材料与同组成的微米晶体材料相比，具有高强度、良好的塑性变形能力、高比热等优良的性能，特别是纳米晶体表现出的超塑性行为使得陶瓷材料增韧和改善金属材料的强韧综合性能提供了可能性，由此它们被广泛用于医学、国防和现金纳米陶瓷等领域。所以，纳米晶体材料被誉为“21世纪的新材料”。
随着现代技术的高速发展，它的用途将会变得越来越广泛，也因此变成目前国内外研究新功能材料的热点。现如今已有许多技术被用来制备纳米晶体材料，如X-射线衍射分析、扫描隧道电子显微镜（STM）、透射电子显微术（TEM）、场离子显微术、电子探针等技术。
二、分类
纳米晶体材料包括晶体、赝晶体、无定性金属、陶瓷和化合物，根据不同的结构,纳米微晶材料可分为4类：
零维纳米晶体，即纳米尺寸超维粒子，如图①所示，例：团簇、人造原子、纳米微粒；
一维纳米晶体，即在一维方向上晶粒尺寸在纳米量级，如纳米厚度的薄膜或层片结构，如图②所示，例：纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维；
二维纳米晶体，及在二维方向上晶粒尺寸在纳米量级，如直径在纳米量级的线状结构，如图③，例：纳米带、超薄膜、多层膜；
三维纳米晶体，指晶粒在三维方向上均为纳米尺寸，如图④，一般所说的纳米晶体材料即为三维纳米晶体材料。
图1图2图3图4
具体内容会在之后举例详细阐释。
三、制备方法
纳米晶体的制备和合成技术一直是纳米晶体材料研究领域的一个重要方面。目前纳米晶体材料的制备方法主要有：外压力合成（如超细粉冷压法、机械研磨法）、沉积合成法（如各种沉积方法）、相变界面形成法（如非晶晶化法）等。
自1984年原联邦德国Saarlands大学H.Gleiter采用惰性气体凝结和超高真空条件下原位加压的技术制备了纳米金属微粒后[5～7],已有许多技术被用来制备纳米晶体材料。依据纳米材料不同分类，所用典型合成法如表1所示；依据起始物质的不同形态,所采用的方法如表2所示。原则上,任何能够制备非常小的多晶材料的方法均能用来制备纳米晶体材料。如果制备时涉及相转移过程如液相变固相或气相变固相,必须考虑诸如增加成核速率和减少生成速率的步骤。制备纳米材料常用的方法包括惰性气体沉积[7]、机械合金法[8]、喷射转变法[9]、溅射法[10]、气相沉积(PVD和CVD)[11,12]、电子沉积[13]、非晶晶化法[14]、共沉淀法[15]、sol2gel技术[16]、无机2有机复合法[17,18]、微乳液法[19]、滑磨法[20]、瞬态放电腐蚀[21]、等离子体技术[22]、激光烧蚀[23]、水解分解[24,25]、载热流体法[26]、高压金属冷却法[27]和沉淀转化法[28]等方法。通过适当的控制和修饰,上述方法中的实验步骤即可改变纳米晶体的晶粒大小、形态和晶体结构。尽管运用不同来源的物质,上述方法可以成功地制备各种纳米材料,但常用气相沉积、机械合金、非晶晶化、化学沉淀和喷射转变技术制备三维纳米晶体;常用气相沉积、溅射和电子沉积技术制备一维纳米晶体;常用溶胶、凝胶法制备纳米原子簇。上述方法中,常用气相沉积、机械合金和喷射转变技术制备大数量纳米材料。
四、性质
由于非常细小的晶粒尺寸，纳米晶体材料具有异于体相晶体材料的诸多特性。这里将例举一部分进行介绍。
1、扩散和结烧。
纳米晶体材料晶粒边界含有大量的原子,无数的面界可以提供高密度的短程环形扩散途径,因此,与体相材料和单晶相比,他们表现为具有高扩散性