Question

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納米材料的小尺寸效應(yīng)

物質(zhì)的尺度加工到1～100nm，它的物理性質(zhì)或者化學(xué)性能與較大尺度時相比，會發(fā)生變化，這些物質(zhì)組成的材料稱為“納米材料”。

納米材料在聲、光、電、磁、熱、力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。隨著顆粒尺寸變小，在一定條件下會引起顆粒性質(zhì)改變。由此引起的宏觀物理性質(zhì)的變化稱為“小尺寸效應(yīng)”。納米材料小尺寸效應(yīng)主要表現(xiàn)在如下方面：

1．特殊光學(xué)性質(zhì)：所有金屬在納米狀態(tài)時都呈現(xiàn)黑色。尺寸越小顏色愈黑，銀白色的鉑變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常低于l％，約幾微米厚度就能完全消光。利用此特性可制造高效率光熱、光電轉(zhuǎn)換材料，以很高效率將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋㈦娔堋＿�可用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。

2．特殊熱學(xué)性質(zhì)：通常晶體具有固定的熔點，當(dāng)晶體達(dá)到納米尺寸時卻截然不同。例如：金的熔點為1064℃，而直徑為10nm的金粉熔點降低到940℃，直徑為5nm的金粉熔點降低到830℃。此特性可應(yīng)用于粉末冶金工業(yè)。

3．特殊電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)：納米材料的導(dǎo)電性有所改變。例如：銅顆粒達(dá)到納米尺寸就變得不能導(dǎo)電；通常絕緣的二氧化硅顆粒在20nm時卻開始導(dǎo)電。此外，納米材料呈現(xiàn)出超順磁性，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中都存在超微磁性顆粒，使這類生物在地磁場導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。

4．特殊力學(xué)性質(zhì)：氟化鈣納米材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒具有高強(qiáng)度，是因為它由磷酸鈣等納米材料構(gòu)成。納米金屬要比傳統(tǒng)金屬硬3～5倍。金屬陶瓷復(fù)合納米材料不但強(qiáng)度高且韌性好，制成的刀具比金鋼石制品還要堅硬。

納米材料小尺寸效應(yīng)還表現(xiàn)在超導(dǎo)電性，介電性能、聲學(xué)特性以及化學(xué)性能等方面。

納米技術(shù)目前已成功應(yīng)用于許多領(lǐng)域，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源、環(huán)保、醫(yī)療、國家安全等都有廣泛應(yīng)用，圖34是1993年中國科學(xué)院北京真空物理實驗室自行操縱原子寫出的“中國”二字，標(biāo)志著我國開始在世界納米領(lǐng)域占有一席之地。

請回答下列問題：

（1）銅顆粒達(dá)到納米尺寸就可以變成 （選填：“導(dǎo)體”或“絕緣體”） 。

（2）金屬陶瓷復(fù)合納米材料強(qiáng)度高且韌性好，請對此種材料提出一項可以應(yīng)用于人體的設(shè)想： 。

（3）小東針對納米材料的“特殊光學(xué)性質(zhì)”，提出了一個問題：金屬的顏色會變黑嗎？

請你判斷這是不是一個可以探究的科學(xué)問題。答： 。

（4）請你針對納米材料“特殊熱學(xué)性質(zhì)”，提出一個可以探究的科學(xué)問題： 。

Answer 1