纳米材料的奇异功能及其原因

同样是铁，引火铁在空气中一点就着，纳米铁材料的断裂应力是一般铁材料的十几倍；金的熔点为1 064℃，但纳米金的熔点约为327℃。作为纳米材料的物质是新物质吗？为什么具有如此神奇的功能呢？

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纳米，实际上是一种长度单位，1 nm=10-9m。这个计量单位因太小，在日常生活中很少应用。与“大东西”——头发相比，一根普通头发就有60 000—70 000 nm粗；与“小东西”——原子相比，1 nm大约是8个氢原子排列起来的长度。纳米材料实际上是指三维空间尺寸至少有一维处于纳米尺度的、具有特定功能的材料。

诺贝尔物理学奖获得者、美国科学家费曼（R.P.Feynman）在1959年美国物理学年会上发表“底部有很大空间”的演讲中曾预言：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”这被公认为纳米科学技术思想的来源。（这里再推荐大家一本非常有趣的书《别闹了，费曼》，你会发现科普书还可以这样写。）(www.xing528.com)

纳米材料由直径为几个或几十个纳米的颗粒和颗粒间的界面两部分组成。纳米颗粒内部具有晶状结构，界面则为无序结构，因此纳米材料具有既不同于微观粒子又不同于宏观物体的独特性质。与普通的金属和其他固体材料一样，纳米材料也是由原子构成的，只不过这些原子排列成纳米量级的原子团，成为组成纳米材料的结构粒子。

通常，组成纳米材料的晶状颗粒内部的有序原子与晶粒界面的无序原子各约占原子总数的50%，从而形成与晶态、非晶态都不同的一种新的结构状态。正是由于纳米材料的粒子细化和界面原子比例较高，使纳米材料在光、声、电、磁、热、力、化学反应等方面完全不同于由微米量级或毫米量级的结构颗粒构成的材料。例如，优良的金属导体在尺寸减小到几纳米时就成为绝缘体，气体通过纳米材料的扩散速率是通过一般材料扩散速率的几千倍，且各种金属纳米颗粒几乎都是黑色的，因此纳米金属材料可用于制造隐形飞机上的雷达吸收材料。

纳米材料的广泛应用促进了纳米技术的发展，而纳米技术的发展将会开创一个崭新的时代。例如，人们可以制造出原子大小的微型机器，这种机器可用于消灭传染性微生物、逐个杀死癌细胞、清除血液中的血小板、修复受损细胞、吞噬有害物质、制造原子大小的超级计算机等。再如，化妆品中加入纳米颗粒可使化妆品具备防紫外线功能，在化纤布料中加入少量纳米颗粒可使化纤布料具有防静电的作用等。科学家告诉我们，纳米技术于细微处显神奇，已经悄然渗透到人们的衣、食、住、行等领域。