中國粉體網5月12日訊 幾種典型的納米材料變性效應：
1、磁學的變性效應。有文獻指出：“當晶粒尺寸減小到納米級時，晶粒之間的鐵磁相互作用開始對材料的宏觀磁性有重要的影響。”我們認為當材料隨晶粒尺寸單位的減小，原子晶粒中的多磁疇結構形態就變成單磁疇結構的形態。在材料中磁疇的多少，是由材料中粒子數決定的。材料中粒子數多、粒徑大的粒子，形成的擠壓磁疇也多，這時就出現了多磁疇；當材料中是粒子數少、粒徑小的粒子，這時形成的擠壓磁疇也就少了。一般小粒徑的納米粒子，基本上都是單磁疇的粒子。
如果在出現單磁疇的情況下，使磁能量的形態由磁疇壁（指多磁疇或單磁疇的磁疇邊界）形態，變為磁疇旋動的形態，則這種情況是擠壓單磁疇在粒子熱能影響下出現的，這種情況與磁——熱不對稱有關。
這時，納米材料磁的多種異性能KV（指飽和磁化強度、矯頑力、磁導率等特性）與熱能KT（電子運動熱能）基本相同，或者KV小于KT時，由于熱能量的擾動作用，會使納米晶粒的逆磁力（矯頑力）降為零，從而成超通量磁性狀態。也就是說對于單磁疇的小納米材料，在熱能擾動下，將產生超順磁現象，雖然并非零磁阻，但這種情況對充磁是有利的，也可以成為液化磁。
假如鐵原子晶粒的尺寸單位為兩位數（十位數）的納米值時，其逆磁力為某個數值；而在鐵原子晶粒尺寸單位達到某一個位數納米值時，逆磁力為零，成為超通量的磁性材料。又比如自然或人造永磁體，在粉碎到成為小納米顆粒（個位數的尺寸）時，與液體按所需的比例進行混合成磁性液體，就是液化磁。再比如，按納米可流動性解釋，自然或人造永磁體，在粉碎到小納米顆粒時，自身因顆粒坍塌現象（堆積不穩定性的現象）而產生了流動性，也稱為：磁的液化效應，或液化磁。
2、電學的變性效應。有文獻指出：“納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導，金屬向絕緣體轉變。”我們認為，當在晶粒尺寸單位減小，界面效應增大的時候，由于量子隧道效應的關系，使電能量的導電率下降，也就是說不能夠產生超導效應。這是因為晶粒減小時，電子與聲子的交合強度增加，從而使晶格體的低頻振動終止，電子間的交合率下降，產生的電子對少了，從而形成了多態自由電子形態所致。
關于量子隧道的效應：當材料成為小粒子（納米粒子）時，在合成后，其能級帶就變為能級點，點與點之間有能隙存在，這屬于出現低能區的情況。這個低能區就造成了宏觀的隧道現象。而具有穿越這個隧道能力的粒子，稱為量子隧道粒子。隧道粒子穿越隧道的過程或現象，即是“量子隧道效應”。關于“聲子”，從嚴格的物理意義上講，“聲子”不是一種永久存在的粒子。這里提出的所謂的“聲子”是泛指那些傳播聲波的介質粒子，我們把凡是能夠傳播聲波的介質粒子統稱為“聲子”。在噪聲大的環境中，傳播聲波的粒子（聲子）為在納米材料中形成的應力波傳導粒子，則當與納米材料中運動著的電子耦合性增大時，會影響到電子的交合率，并使之下降。
3、力學的變性效應。有文獻指出：納米材料“隨著尺寸減小，材料的力學性能得到提高。” 我們也認為，在納米材料中，晶粒的高塑性，其結合塊體的韌性大，是納米材料的主要特性。納米塊體的塑性變性原理應該是在低溫中蠕變擴散的。因為蠕變擴散變速率與擴散數量值系數成正比，與晶粒的三次方成反比。因此，納米塊體比常態塊體的擴散系數高三個量級，而晶粒度小三個量級，則納米塊體的蠕變速率要高于常態塊體十二個數量級，并且在低溫下可以對外源力的作用反應加快，形成塑性蠕變速率提高，使納米塊體的韌性增大。
關于“擴散數量值系數”，是指納米材料隨溫度變化而形成的蠕變，即納米材料結構晶粒或晶格擴散性遷移的平均速率與蠕變區擴散性遷移的個數之比值，也可稱為：一個蠕變溫度均等擴散數量值系數。實際上就是指有多少納米粒子參與了蠕變性擴散。
4、熱學的變性效應。有文獻指出，納米材料表現出一系列與普通多晶體材料明顯不同的熱學特性。假如納米合金材料的比熱比同類合金在粗晶粒時高出10%～78%，比熱增大的原因是，納米晶粒界面效應形成了特殊的比熱形態。在溫度相對高的時候，納米晶粒間的原子排序為無序態，原子密度低，原子間的耦合弱，使晶格振動和組合態熵變增加，定壓比熱Cp隨熵變增大。納米金屬材料的熱穩定性是隨溫度變化而變化的。在一定的溫度情況下相對穩定，晶粒受熱能量溫度超過穩定溫度時，材料先產生放熱，而后形成吸熱現象。這是因為納米晶粒快速增大，晶格體膨脹形成的吸熱效應。我們可以把這種現象稱之為：晶格膨脹熱力變性效應。
關于“組合態熵變”，是指納米材料晶粒界面熱力，隨晶粒體積大小的變化而變化，晶粒之間結合時的界面熱力大小，是導致材料蠕變速度快慢的主要成因，也是導致納米材料溫度敏感的主要成因。這種現象，是因為晶粒界面張力在熵變的影響下，產生了不穩定形態，從而使晶粒之間自由結合能在界面張力的作用下減弱，形成了晶粒松散性蠕變。
5、光學的變性效應。有文獻指出：“納米粒子的粒徑（10~100nm）小于光波的波長，因此將與入射光產生復雜的交互作用。”假定常態物質對光的反射率大于82%，但在常態物質尺寸單位到達變性納米尺寸時，光的反射率或許只為10%～0.3%，這可稱之為：無反射暗物質體效應。這是因為達到變性尺寸的納米晶粒中，原子的曲面反射方向面積增大，光的直反率下降，所以產生了暗物質效應。所謂的暗物質效應，就是等于暗物質體的光子吸收效應。不過要形成暗物質效應的納米材料必須是整體塊狀的納米材料才能做到，而目前工程上加工這樣的材料顯然還有很大困難。
這是因為，（1）當物質的納米晶粒以通常采用的方式制成型材時，往往納米晶粒隨著與同級晶粒結合時而增長，直到恢復至非納米材料的正常晶粒狀態，則這時所有納米特性又消失了；（2）納米材料晶粒重新合成制成型材時，必須控制好溫度，否則很容易出現廢品；（3）如果要合成為型材的納米粒徑不均勻，很容易產生材料的龜裂現象，導致這種情況的原因是，納米晶粒如果粒徑大小不同，粒子所帶能級也不同，在合成為型材時會出現晶粒空穴現象，當材料冷卻時，晶粒收縮，則空穴邊界擴展，從而產生龜裂。那么當納米材料不能以整個型材塊體的狀況出現，其暗物質效應實際上是難以體現出來的。
1、磁學的變性效應。有文獻指出：“當晶粒尺寸減小到納米級時，晶粒之間的鐵磁相互作用開始對材料的宏觀磁性有重要的影響。”我們認為當材料隨晶粒尺寸單位的減小，原子晶粒中的多磁疇結構形態就變成單磁疇結構的形態。在材料中磁疇的多少，是由材料中粒子數決定的。材料中粒子數多、粒徑大的粒子，形成的擠壓磁疇也多，這時就出現了多磁疇；當材料中是粒子數少、粒徑小的粒子，這時形成的擠壓磁疇也就少了。一般小粒徑的納米粒子，基本上都是單磁疇的粒子。
如果在出現單磁疇的情況下，使磁能量的形態由磁疇壁（指多磁疇或單磁疇的磁疇邊界）形態，變為磁疇旋動的形態，則這種情況是擠壓單磁疇在粒子熱能影響下出現的，這種情況與磁——熱不對稱有關。
這時，納米材料磁的多種異性能KV（指飽和磁化強度、矯頑力、磁導率等特性）與熱能KT（電子運動熱能）基本相同，或者KV小于KT時，由于熱能量的擾動作用，會使納米晶粒的逆磁力（矯頑力）降為零，從而成超通量磁性狀態。也就是說對于單磁疇的小納米材料，在熱能擾動下，將產生超順磁現象，雖然并非零磁阻，但這種情況對充磁是有利的，也可以成為液化磁。
假如鐵原子晶粒的尺寸單位為兩位數（十位數）的納米值時，其逆磁力為某個數值；而在鐵原子晶粒尺寸單位達到某一個位數納米值時，逆磁力為零，成為超通量的磁性材料。又比如自然或人造永磁體，在粉碎到成為小納米顆粒（個位數的尺寸）時，與液體按所需的比例進行混合成磁性液體，就是液化磁。再比如，按納米可流動性解釋，自然或人造永磁體，在粉碎到小納米顆粒時，自身因顆粒坍塌現象（堆積不穩定性的現象）而產生了流動性，也稱為：磁的液化效應，或液化磁。
2、電學的變性效應。有文獻指出：“納米材料的電阻高于同類粗晶材料，甚至發生尺寸誘導，金屬向絕緣體轉變。”我們認為，當在晶粒尺寸單位減小，界面效應增大的時候，由于量子隧道效應的關系，使電能量的導電率下降，也就是說不能夠產生超導效應。這是因為晶粒減小時，電子與聲子的交合強度增加，從而使晶格體的低頻振動終止，電子間的交合率下降，產生的電子對少了，從而形成了多態自由電子形態所致。
關于量子隧道的效應：當材料成為小粒子（納米粒子）時，在合成后，其能級帶就變為能級點，點與點之間有能隙存在，這屬于出現低能區的情況。這個低能區就造成了宏觀的隧道現象。而具有穿越這個隧道能力的粒子，稱為量子隧道粒子。隧道粒子穿越隧道的過程或現象，即是“量子隧道效應”。關于“聲子”，從嚴格的物理意義上講，“聲子”不是一種永久存在的粒子。這里提出的所謂的“聲子”是泛指那些傳播聲波的介質粒子，我們把凡是能夠傳播聲波的介質粒子統稱為“聲子”。在噪聲大的環境中，傳播聲波的粒子（聲子）為在納米材料中形成的應力波傳導粒子，則當與納米材料中運動著的電子耦合性增大時，會影響到電子的交合率，并使之下降。
3、力學的變性效應。有文獻指出：納米材料“隨著尺寸減小，材料的力學性能得到提高。” 我們也認為，在納米材料中，晶粒的高塑性，其結合塊體的韌性大，是納米材料的主要特性。納米塊體的塑性變性原理應該是在低溫中蠕變擴散的。因為蠕變擴散變速率與擴散數量值系數成正比，與晶粒的三次方成反比。因此，納米塊體比常態塊體的擴散系數高三個量級，而晶粒度小三個量級，則納米塊體的蠕變速率要高于常態塊體十二個數量級，并且在低溫下可以對外源力的作用反應加快，形成塑性蠕變速率提高，使納米塊體的韌性增大。
關于“擴散數量值系數”，是指納米材料隨溫度變化而形成的蠕變，即納米材料結構晶粒或晶格擴散性遷移的平均速率與蠕變區擴散性遷移的個數之比值，也可稱為：一個蠕變溫度均等擴散數量值系數。實際上就是指有多少納米粒子參與了蠕變性擴散。
4、熱學的變性效應。有文獻指出，納米材料表現出一系列與普通多晶體材料明顯不同的熱學特性。假如納米合金材料的比熱比同類合金在粗晶粒時高出10%～78%，比熱增大的原因是，納米晶粒界面效應形成了特殊的比熱形態。在溫度相對高的時候，納米晶粒間的原子排序為無序態，原子密度低，原子間的耦合弱，使晶格振動和組合態熵變增加，定壓比熱Cp隨熵變增大。納米金屬材料的熱穩定性是隨溫度變化而變化的。在一定的溫度情況下相對穩定，晶粒受熱能量溫度超過穩定溫度時，材料先產生放熱，而后形成吸熱現象。這是因為納米晶粒快速增大，晶格體膨脹形成的吸熱效應。我們可以把這種現象稱之為：晶格膨脹熱力變性效應。
關于“組合態熵變”，是指納米材料晶粒界面熱力，隨晶粒體積大小的變化而變化，晶粒之間結合時的界面熱力大小，是導致材料蠕變速度快慢的主要成因，也是導致納米材料溫度敏感的主要成因。這種現象，是因為晶粒界面張力在熵變的影響下，產生了不穩定形態，從而使晶粒之間自由結合能在界面張力的作用下減弱，形成了晶粒松散性蠕變。
5、光學的變性效應。有文獻指出：“納米粒子的粒徑（10~100nm）小于光波的波長，因此將與入射光產生復雜的交互作用。”假定常態物質對光的反射率大于82%，但在常態物質尺寸單位到達變性納米尺寸時，光的反射率或許只為10%～0.3%，這可稱之為：無反射暗物質體效應。這是因為達到變性尺寸的納米晶粒中，原子的曲面反射方向面積增大，光的直反率下降，所以產生了暗物質效應。所謂的暗物質效應，就是等于暗物質體的光子吸收效應。不過要形成暗物質效應的納米材料必須是整體塊狀的納米材料才能做到，而目前工程上加工這樣的材料顯然還有很大困難。
這是因為，（1）當物質的納米晶粒以通常采用的方式制成型材時，往往納米晶粒隨著與同級晶粒結合時而增長，直到恢復至非納米材料的正常晶粒狀態，則這時所有納米特性又消失了；（2）納米材料晶粒重新合成制成型材時，必須控制好溫度，否則很容易出現廢品；（3）如果要合成為型材的納米粒徑不均勻，很容易產生材料的龜裂現象，導致這種情況的原因是，納米晶粒如果粒徑大小不同，粒子所帶能級也不同，在合成為型材時會出現晶粒空穴現象，當材料冷卻時，晶粒收縮，則空穴邊界擴展，從而產生龜裂。那么當納米材料不能以整個型材塊體的狀況出現，其暗物質效應實際上是難以體現出來的。
