材料物理的新進展

摘 要：納米固體材料的研究已經(jīng)越來越受到材料物理學界的重視，這對于納米固體材料的廣泛應用有很大的促進作用。本文通過闡述納米固體材料的結構特征，，著重分析納米固體材料的應用領域，希望為后來的研究者提供參考。

【關鍵詞】材料物理；應用；納米固體材料

材料物理主要是根據(jù)物理學的原理，通過對材料結構及其特性等進行研究，從而為社會提供新功能材料。材料物理隨著時代的發(fā)展而發(fā)展，自從20世紀末期，納米固體材料的問世，更是擴大了材料物理的范圍。然而，納米固體材料不同于其他材料獨特的特性，以及納米固體材料的應用等問題，即使是在今天，也是人們研究的重要對象。

1 納米固體材料的結構特征

一般來說，固體材料被分成兩種，晶態(tài)和非晶態(tài)，區(qū)別這兩種物質(zhì)的方法就主要是看構成它們的原子以及分子是不是有序的結構。有序排列的就是晶體，反之就是非晶體。研究表明，納米材料是由兩種不同的原子組態(tài)構成的，這種特殊的結構和納米固體材料具有的奇異性質(zhì)，讓更多的研究者對它進行研究。

1.1 納米固體材料的高強度和高韌性

就納米固體材料的強度來說，與常規(guī)鐵相比，納米固體鐵的硬度要高出好幾倍，足以證明納米固體材料具有很高的硬度。而納米固體材料的韌性也不容小覷，人們經(jīng)過長年累月的研究，以求增加陶瓷的韌性，但卻一直無果。其實這個問題在納米晶體中就能得到很好的解決。就在常溫下，陶瓷晶體可以任意彎曲，可塑性非常大，并且，和傳統(tǒng)燒制的陶瓷相比，它們的韌性相差無幾。

1.2 納米固體材料的高導電率和擴散率

納米固體材料本身的結構特征決定了它擴散率極高，因為納米固體中的原子結構順序是不規(guī)則的，并且濃度很大，這就讓納米固體中的原子輸送表現(xiàn)異常，從而使得擴散系數(shù)變大。這種高擴散率使得在常溫下，甚至低溫下進行納米固體反應成為了現(xiàn)實。而它的高導電性就主要表現(xiàn)在納米固體中，存在一種量子隧道效應，這個效應讓高導電性變成了現(xiàn)實。

1.3 納米固體材料的高磁化率和高矯頑力

一般說來，納米固體的磁化率比普通金屬的磁化率高出很多，但是納米固體的飽和磁矩就只有一般金屬的一半。而矯頑力卻高出對應的晶態(tài)和非晶態(tài)材料，這種性質(zhì)，讓信用卡的磁條、車票上的磁成為了現(xiàn)實，并且也廣泛運用到選礦和潤滑這些方面。

2 納米固體材料的應用

因為納米固體內(nèi)部的原子排列結構不同于其它固體，其性能的獨特性就決定了它的應用比其它固體材料應用的領域更廣泛。

2.1 納米固體材料在工程上的應用

在工程上的應用就主要體現(xiàn)在較高熔點材料的燒結和復相材料的燒結，以及輕燒結體上。一些材料，比如碳化硅，一般是在高溫下才能燒結的材料，但是一旦碳化硅處于納米狀態(tài)，因為這時候，它的界面比較大，熔點相應也比較低，那么，即使在一個比較低的溫度下，不添加任何添加劑，也能完成燒結并保持其性能的良好。對于復相材料的燒結，因為復相材料的熔點的不同使得要完成它的燒結并不容易。但是納米固體能夠利用本身的特征，使得降低熔點和相變溫度，以至于這時候的固相反應即使在低溫情況也能進行。一些國家的研究者憑借這個特點，復相陶瓷材料。而輕燒結體是一種塊狀的海綿體，但是是納米微粒構成的。一些研究者通過實驗，最后利用它表面比較大這個條件和納米微粒的作用，制作出了用于過濾的過濾器和用于探測化學成分的探測器等。

2.2 納米固體材料在催化反應方面的應用

納米粒子是可用作催化劑的，因為在它的表面就存在多個有效反應中心。一些研究者直接把納米微粒，比如銀等作為一種催化劑在高分子高聚物氧化還原反應，來加速其反應納米粒子作為催化劑的時候，能夠有效的提升反應的效率，并且在對溫度等的控制上效果也比較顯著。更有相關研究者，提出在發(fā)動機中運用納米粒子，他們認為只要把納米粒子投入到其液體燃燒或者是氣體中燃燒。比如，在發(fā)射火箭的時候，在它的固體燃料中加入堿金屬的納米微粒，就能實現(xiàn)提高該固體燃料燃燒效率的目的。

2.3 納米固體材料在生物醫(yī)學上的應用

納米粒子應用更為新奇的的是在生物醫(yī)學上的應用，通過注入納米粒子到人體的部位，就能實現(xiàn)對疾病的檢查，甚至達到治療的目的。并且，應用納米粒子的疾病進行精確的定位，然后治療，這樣能夠在很大程度上減小副作用。通過納米粒子在生物醫(yī)學上的應用，可以有效的降低病人的痛苦和醫(yī)務人員的工作量，是一個很好的開始。

由于越發(fā)重視對材料物理的研究，使得納米固體材料的研究更加深入。對納米固體材料的研究時間開始的比較晚，但是研究的力量卻很大。當下，研究納米固體材料已經(jīng)不僅僅局限在物理學界的研究范圍，更是開啟了化學界和材料科學方面對納米固體材料研究的先例，擴寬了研究領域，這樣能夠很好地促進新型材料的研發(fā)，為社會的發(fā)展奠定科學基礎。

參考文獻

[1]衣明東，許崇海，肖光春.添加納米固體潤滑劑的自潤滑陶瓷材料高溫摩擦磨損性能研究[J].人工晶體學報，2014，43（09）：2372-2376+2383.

[2]張立德，牟季美.物理學與新型（功能）材料專題系列介紹（Ⅲ）開拓原子和物質(zhì)的中間領域──納米微粒與納米固體[J].物理，2015（03）：167-173.