第一章緒論
１．１納米晶體材料
１．１．１概述
自１９８４年原聯(lián)邦德國撒爾蘭大學(xué)的Ｈ．Ｇｌｅｉｔｅｒ首先成功研制出純鐵的納 米粉末以來，納米材料逐漸成為國內(nèi)外材料學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其相應(yīng)發(fā) 展起來的納米技術(shù)被認(rèn)為是２１世紀(jì)最有前途的科研領(lǐng)域。 所謂納米晶體材料，就是晶粒尺寸為納米量級（１～１００ｎｍ）或出現(xiàn)納 米效應(yīng)的多晶超細(xì)材料【ｌ】。由于其內(nèi)部的粒子比常規(guī)粗晶材料小的多，故晶 界所占比例大大增加。據(jù)Ｈ．Ｇｌｅｉｔｅｒ、Ｎ．Ｈａｓｅｎ等人估算，若將納米結(jié)構(gòu)材料 中的原子看作球體或立方體，當(dāng)晶體尺寸為１００ｎｍ時(shí)，晶界所占比例約為 ３％，而當(dāng)晶粒尺寸減小到５ｎｍ時(shí)晶界所占比例高達(dá)５０％。圖１—１為納米晶 體材料的二維硬球模型¨Ｊ。通用拋丸機(jī)噴丸表面納米化對策由青島鑄造機(jī)械廠整理
圖１－１納米晶體材料二維硬球模型
由圖可以看出，納米晶體材料由異類的兩種組元構(gòu)成，包括晶粒組元和晶界組元，其中晶粒組元的原子位于晶粒內(nèi)的格點(diǎn)｝：，晶界組元的原子 位于晶粒之間的界面上。這種固有的異類組元的結(jié)構(gòu)是納米晶體材料的特 性不同于玻璃、膠體等材料的關(guān)鍵所在Ｉ。３１。 廣義的，納米材料指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由 它們作為基體單元構(gòu)成的材料。納米材料按維數(shù)可分為三類：（１）零維， 指空間三維尺寸均在納米尺度，如納米尺度顆粒、原子簇等（２）一維，指 在空間有二維處于納米尺度如納米絲、納米棒以及納米管等（３）二維，指 在三維空間中有一維處于納米尺度如超薄膜、多層膜等。 納米晶體材料由于具有極細(xì)的晶粒，以及大量處于晶界和顆粒內(nèi)的中 心原子具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng) 等，納米晶體材料與同組成的微米晶體材料相比在催化、光學(xué)、力學(xué)、磁 性等方面表現(xiàn)出許多奇特的性能，因而成為材料科學(xué)和凝固物理學(xué)領(lǐng)域中 的研究熱點(diǎn)。 １９６５年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主Ｒ．ＥＦｅｙｎｍａｎ曾經(jīng)說過“如果有～天按人的意 志安排一個(gè)個(gè)原子和分子將會產(chǎn)生怎樣的奇跡”，納米科學(xué)技術(shù)的誕生將使 這個(gè)美好的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。
１．１．２納米晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)和特征
正如前面所說，納米晶體材料固有的異類組元的結(jié)構(gòu)是納米材料具有 特殊性能的關(guān)鍵所在，因此，了解其微觀結(jié)構(gòu)特征對研究納米晶體材料的 性能有重要的意義。其重要的微觀結(jié)構(gòu)特征包括（１）晶粒尺寸、分布和形 念（２）晶界的性質(zhì)和形態(tài)以及相界、面界（３）晶粒內(nèi)部缺陷的完整性（４） 通過晶粒和晶界的組成分布（５）由制備過程造成的殘髯陷阱種類的辨認(rèn)｛５ｌ。 探測納米晶體材料結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)技術(shù)有多種，其中贏接的技術(shù)包括透射 電子顯微術(shù)（ＴＥＭ）、掃描隧道顯微術(shù)（ＳＴＭ），場離子顯微術(shù)，間接的技 術(shù)
１．１納米晶體材料
１．１．１概述
自１９８４年原聯(lián)邦德國撒爾蘭大學(xué)的Ｈ．Ｇｌｅｉｔｅｒ首先成功研制出純鐵的納 米粉末以來，納米材料逐漸成為國內(nèi)外材料學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其相應(yīng)發(fā) 展起來的納米技術(shù)被認(rèn)為是２１世紀(jì)最有前途的科研領(lǐng)域。 所謂納米晶體材料，就是晶粒尺寸為納米量級（１～１００ｎｍ）或出現(xiàn)納 米效應(yīng)的多晶超細(xì)材料【ｌ】。由于其內(nèi)部的粒子比常規(guī)粗晶材料小的多，故晶 界所占比例大大增加。據(jù)Ｈ．Ｇｌｅｉｔｅｒ、Ｎ．Ｈａｓｅｎ等人估算，若將納米結(jié)構(gòu)材料 中的原子看作球體或立方體，當(dāng)晶體尺寸為１００ｎｍ時(shí)，晶界所占比例約為 ３％，而當(dāng)晶粒尺寸減小到５ｎｍ時(shí)晶界所占比例高達(dá)５０％。圖１—１為納米晶 體材料的二維硬球模型¨Ｊ。通用拋丸機(jī)噴丸表面納米化對策由青島鑄造機(jī)械廠整理
圖１－１納米晶體材料二維硬球模型
由圖可以看出，納米晶體材料由異類的兩種組元構(gòu)成，包括晶粒組元和晶界組元，其中晶粒組元的原子位于晶粒內(nèi)的格點(diǎn)｝：，晶界組元的原子 位于晶粒之間的界面上。這種固有的異類組元的結(jié)構(gòu)是納米晶體材料的特 性不同于玻璃、膠體等材料的關(guān)鍵所在Ｉ。３１。 廣義的，納米材料指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由 它們作為基體單元構(gòu)成的材料。納米材料按維數(shù)可分為三類：（１）零維， 指空間三維尺寸均在納米尺度，如納米尺度顆粒、原子簇等（２）一維，指 在空間有二維處于納米尺度如納米絲、納米棒以及納米管等（３）二維，指 在三維空間中有一維處于納米尺度如超薄膜、多層膜等。 納米晶體材料由于具有極細(xì)的晶粒，以及大量處于晶界和顆粒內(nèi)的中 心原子具有的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng) 等，納米晶體材料與同組成的微米晶體材料相比在催化、光學(xué)、力學(xué)、磁 性等方面表現(xiàn)出許多奇特的性能，因而成為材料科學(xué)和凝固物理學(xué)領(lǐng)域中 的研究熱點(diǎn)。 １９６５年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主Ｒ．ＥＦｅｙｎｍａｎ曾經(jīng)說過“如果有～天按人的意 志安排一個(gè)個(gè)原子和分子將會產(chǎn)生怎樣的奇跡”，納米科學(xué)技術(shù)的誕生將使 這個(gè)美好的設(shè)想成為現(xiàn)實(shí)。
１．１．２納米晶體材料的微觀結(jié)構(gòu)和特征
正如前面所說，納米晶體材料固有的異類組元的結(jié)構(gòu)是納米材料具有 特殊性能的關(guān)鍵所在，因此，了解其微觀結(jié)構(gòu)特征對研究納米晶體材料的 性能有重要的意義。其重要的微觀結(jié)構(gòu)特征包括（１）晶粒尺寸、分布和形 念（２）晶界的性質(zhì)和形態(tài)以及相界、面界（３）晶粒內(nèi)部缺陷的完整性（４） 通過晶粒和晶界的組成分布（５）由制備過程造成的殘髯陷阱種類的辨認(rèn)｛５ｌ。 探測納米晶體材料結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)技術(shù)有多種，其中贏接的技術(shù)包括透射 電子顯微術(shù)（ＴＥＭ）、掃描隧道顯微術(shù)（ＳＴＭ），場離子顯微術(shù)，間接的技 術(shù)
