上游充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 比表面积的增加 比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值表示。分 为：质量比表面积、体积比表面积。 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直 径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直 径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大。 纳米颗粒比表面积示意图
l 比表面积的增加 比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值表示。分 为：质量比表面积、体积比表面积。 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直 径的立方成正比，故其比表面积（表面积／体积）与直 径成反比。随着颗粒直径变小，比表面积将会显著增大。 纳米颗粒比表面积示意图 2.2 纳米材料四大效应
上游充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 如：把边长为1cm的立方体逐渐分割成小的立方体，总表 面积将明显增加。 边长 立方体数 每面面积 总表面积 1cm 1 1cm2 6cm2 105cm(100nm) 1015 10-10cm2 6×105cm2 106cm(10nm) 1018 10-12cm2 6×105cm2 10-7cm(1nm) 1021 10-14cm2 6×107cm2 100 表面原子数相 80 比例 60 40 对总原子数 20 0 010 20304050 Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size
如：把边长为1cm的立方体逐渐分割成小的立方体，总表 面积将明显增加。 Relationship between the ratio of the surface atoms to whole atoms and particle size 100 80 60 40 20 0 比 例 （ % ） 表 面 原 子 数 相 对 总 原 子 数 0 10 20 30 40 50 2.2 纳米材料四大效应
上游充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 表面原子数的增加 TABLE 2.1 The relation between the total number of atoms in full shell clusters and the percentage of surface atoms 随着晶粒尺寸的降低，表 Full-shell Clusters Total Number Surface Atoms of Atoms (%) 面原子所占的比例、比表 面积急剧提高，使处于表 1 Shell 13 92 面的原子数也急剧增加， 平均配位数急剧下降 。 2 Shells 55 76 右表给出了不同尺寸的紧 3Shells 147 63 密堆积的全壳型团簇中表 面原子所占的比例。全壳 4Shells 309 52 型团簇是由六边形或立方 形紧密堆积的原子组成。 5Shells 561 45 它们是由一个中心原子和 绕其紧密堆积的1、2、 3、.…层外壳构成。。 7Shells 1415 35
l 表面原子数的增加 随着晶粒尺寸的降低，表 面原子所占的比例、比表 面积急剧提高，使处于表 面的原子数也急剧增加， 平均配位数急剧下降。 右表给出了不同尺寸的紧 密堆积的全壳型团簇中表 面原子所占的比例。全壳 型团簇是由六边形或立方 形紧密堆积的原子组成。 它们是由一个中心原子和 绕 其 紧 密 堆 积 的 1 、 2 、 3、…..层外壳构成。。 2.2 纳米材料四大效应
上浒充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 表面能 由于表层原子的状态与本体中不同。表面原子配位不 足，因而具有较高的表面能。如果把一个原子或分子从 内部移到表面，或者说增大表面积，就必须克服体系内 部分子之间的吸引力而对体系做功。 颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功，所做的功部 分转化为表面能储存在体系中。因此，颗粒细化时，体 系的表面能增加了。由于大量的原子存在于晶界和局部 的原子结构不同于大块体材料，必将使纳米材料的自由 能增加，使纳米材料处于不稳定的状态，同时使材料的 宏观性能发生变化
l 表面能 由于表层原子的状态与本体中不同。表面原子配位不 足，因而具有较高的表面能。如果把一个原子或分子从 内部移到表面，或者说增大表面积，就必须克服体系内 部分子之间的吸引力而对体系做功。 颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功，所做的功部 分转化为表面能储存在体系中。因此，颗粒细化时，体 系的表面能增加了。由于大量的原子存在于晶界和局部 的原子结构不同于大块体材料，必将使纳米材料的自由 能增加，使纳米材料处于不稳定的状态，同时使材料的 宏观性能发生变化。 2.2 纳米材料四大效应
上浒充通大学 2.2纳米材料四大效应 SHANGHAI JLAO TONG UNIVERSITY 超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高 分辨电子显微镜对金超微颗粒（直径为2nm)进行摄像，实时观察， 发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各 种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多孪晶等)，它既 不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微 镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸 大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微粒具 有稳定的结构状态。 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这 些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合
超微颗粒的表面与大块物体的表面是十分不同的，若用高 分辨电子显微镜对金超微颗粒(直径为2nm)进行摄像，实时观察， 发现这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各 种形状（如立方八面体，十面体，二十面体多孪晶等），它既 不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。在电子显微 镜的电子束照射下，表面原子仿佛进入了“沸腾”状态，尺寸 大于10纳米后才看不到这种颗粒结构的不稳定性，这时微粒具 有稳定的结构状态。 由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这 些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。 2.2 纳米材料四大效应