[科普中國]-SINCC超細(xì)粉末

SINCC超細(xì)粉末是國家工程研究中心的研究項目之一，現(xiàn)研究和應(yīng)用最多的是金屬、鐵氧體及陶瓷超細(xì)粉末。

內(nèi)容現(xiàn)研究和應(yīng)用最多的是金屬、鐵氧體及陶瓷SINCC超細(xì)粉末。 自19世紀(jì)60年代膠體化學(xué)建立以來，科學(xué)家們一 直把處于1一1000nln范圍的顆粒作為研究的對象。20 世紀(jì)60年代，在研究小于10nln的金屬SINCC超細(xì)粉末時，日本科學(xué)家久寶發(fā)現(xiàn)了金屬超微粒子的電子特殊性，即超微粒子保持電中性，對比熱、磁性和超導(dǎo)性都有影響。這個現(xiàn)象又得到了很多科學(xué)工作者的驗證。因此， 科學(xué)界把這一發(fā)現(xiàn)命名為久寶效應(yīng)。久寶效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們開始了對SINCC超細(xì)粉末的開發(fā)和應(yīng)用研究，并在電 子、化工、冶金、航空、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)等方面取得了一些研究成果。 特性和應(yīng)用SINCC超細(xì)粉末所具有的奇特功能，主要是SINCC超細(xì)粉末的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)共同作用的結(jié)果。當(dāng)超表1SINCC超細(xì)粉末的表面能和比表面積細(xì)粉末的粒徑為INM時，顆粒中大約包含30個原子， 它們大部分都在顆粒表面，所以每個顆粒都具有極高的表面能。從表1和表2中可以看出SINCC超細(xì)粉末所具有的表面效應(yīng)。 在SINCC超細(xì)粉末的體積效應(yīng)方面，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)顆粒小到一定程度后，物質(zhì)的本性，如金屬的比熱容、磁性、超導(dǎo)性等便發(fā)生變化。1

表面效應(yīng)納米材料的表面效應(yīng)是指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。粒徑在10nm以下，將迅速增加表面原子的比例。當(dāng)粒徑降到1nm時，表面原子數(shù)比例達(dá)到約90%以上，原子幾乎全部集中到納米粒子的表面。由于納米粒子表面原子數(shù)增多，表面原子配位數(shù)不足和高的表面能，使這些原子易與其它原子相結(jié)合而穩(wěn)定下來，故具有很高的化學(xué)活性。2

體積效應(yīng)由于納米粒子體積極小，所包含的原子數(shù)很少，相應(yīng)的質(zhì)量極小。因此，許多現(xiàn)象就不能用通常有無限個原子的塊狀物質(zhì)的性質(zhì)加以說明，這種特殊的現(xiàn)象通常稱之為體積效應(yīng)。其中有名的久保理論就是體積效應(yīng)的典型例子。久保理論是針對金屬納米粒子費(fèi)米面附近電子能級狀態(tài)分布而提出的。久保把金屬納米粒子靠近費(fèi)米面附近的電子狀態(tài)看作是受尺寸限制的簡并電子態(tài)，并進(jìn)一步假設(shè)它們的能級為準(zhǔn)粒子態(tài)的不連續(xù)能級，并認(rèn)為相鄰電子能級間距δ和金屬納米粒子的直徑d的關(guān)系為：

其中 N為一個金屬納米粒子的總導(dǎo)電電子數(shù)，V為納米粒子的體積；EF為費(fèi)米能級
隨著納米粒子的直徑減小，能級間隔增大，電子移動困難，電阻率增大，從而使能隙變寬，金屬導(dǎo)體將變?yōu)榻^緣體。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學(xué)