纳米材料

纳米材料

在“纳米材料”中，组成块体的极小区域的尺寸和形状会影响其特性。

纳米材料

想象一下，我们能够看到一种材料的微观结构，并注意到它是由许多 100 纳米或更小数量级的原子或分子周期性模式组成。

这些微小图案的形状和大小会影响包含它们的材料的物理特性。例如，仅在大小和形状上不同的金纳米颗粒与光的相互作用与较大的金颗粒不同。结果是金纳米颗粒显示的颜色与我们通常与金相关的颜色不同。

在“纳米材料”中，组成块状材料的极小区域的尺寸和形状会影响其特性。物理特性（如颜色或电导率）取决于纳米级区域的尺寸和形状，这通常是由于 表面 和 界面 域与周围媒体之间的相互作用。

一座多壁碳纳米管塔。 
图片来源：美国宇航局艾姆斯纳米技术中心

由许多小结构组成的材料通常具有非常大的表面积。原因是许多小结构的表面积加在一起构成了块体材料的非常大的表面积。例如，如果将一块鞋盒大小的材料分成直径为 2 纳米的球体，这些球体将构成鞋盒的表面积，相当于 10,000 个足球场的面积。当表面积如此之大时，物理特性由表面相互作用主导也就不足为奇了。

纳米材料种类繁多。以下是一些在纳米尺度上表现出有趣特性的材料： 碳纳米管, 无机纳米线, 树枝状聚合物, 纳米粒子, 石墨烯， 和 量子点.

无机纳米线

无机纳米线的直径可为 1-50 纳米，长度可任意选择，最长可达微米。它们具有有趣的电子、光学和其他特性，未来可能用于将微小元件连接到小规模电路中。

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树枝状聚合物

典型的聚合物呈线性链状，而树枝状聚合物则是树状聚合物。它们从中心核心分支出来，呈现出密集的表面，包围着相对中空的核心。它们是一系列建立在小核心分子上的化学外壳。

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六边形纳米几何图案，六边形结构类似于碳纳米管的同素异形体。图片来源：Quality Stock Arts/bigstock.com

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纳米级特性
在许多情况下，纳米级材料的性质与在其他尺度上观察到的材料的性质不同。