os nanomateriais exibem muitas propriedades exóticas que os materiais tradicionais não possuem. a primeira coisa que precisamos saber é que o nanômetro (refere-se principalmente a menos de 100nm) da composição dos nanomateriais tem quatro efeitos principais:

1. efeito de tamanho pequeno

as condições de contorno da periodicidade do cristal são destruídas; a densidade atômica perto da camada superficial da nanopartícula amorfa diminui, resultando em mudanças nas características do som, luz, eletricidade, magnetismo, e calor.

com a mudança quantitativa do tamanho das partículas, a mudança qualitativa das propriedades das partículas será causada sob certas condições. a mudança nas propriedades físicas macroscópicas devido à redução do tamanho das partículas é chamada de efeito de tamanho pequeno. para nanopartículas, o tamanho torna-se menor, e a área de superfície específica também aumenta significativamente, de modo que as propriedades magnéticas, pressão interna, absorção de luz, resistência térmica, atividade química, catálise e ponto de fusão sofreram grandes mudanças em comparação com partículas comuns, resultando em uma nova natureza da série. por exemplo, a absorção de luz por pós de nano metal aumenta significativamente, e ocorre o deslocamento da frequência de ressonância plasmônica do pico de absorção; as propriedades magnéticas de nanopartículas de tamanho pequeno são obviamente diferentes daquelas de materiais a granel, do estado magnético ordenado para o estado magnético desordenado, e a fase supercondutora é normal. transformação de fase. em comparação com o sólido de grande porte substâncias, o ponto de fusão das nanopartículas diminuirá significativamente. por exemplo, o ponto de fusão das partículas de ouro de 2 nm é 600K, e o ponto de fusão aumenta rapidamente com o aumento do tamanho da partícula, e do volume ouro é 1337K.

2. efeito de superfície

o tamanho de partícula das nanopartículas é pequeno, o número de átomos de superfície aumenta, a área superficial e a tensão superficial tornam-se maiores, e a coordenação dos átomos é insuficiente, para que as nanopartículas tenham alta atividade química.

a área de superfície de partículas esféricas é proporcional ao quadrado do diâmetro, e seu volume é proporcional ao cubo do diâmetro, de modo que sua área de superfície específica (área de superfície/volume) é inversamente proporcional ao diâmetro. a área superficial específica aumenta significativamente à medida que o diâmetro da partícula diminui. por exemplo, quando o tamanho da partícula é 10nm, a área superficial específica é 90m2/g; quando o tamanho de partícula é 5nm, a área superficial específica é 180m2/g; quando o tamanho da partícula cai para 2 nm, a área de superfície específica aumenta acentuadamente para 450m2/g. a redução do diâmetro da partícula para o nível nanométrico não apenas causa um rápido aumento no número de átomos de superfície,, mas também aumenta a área de superfície e energia de superfície das nanopartículas. isso ocorre principalmente porque o número de átomos na superfície é grande, e o ambiente do campo cristalino e a energia de ligação dos átomos da superfície são diferentes daqueles dos átomos internos. átomos de superfície não têm átomos adjacentes, têm muitas ligações pendentes, têm propriedades insaturadas, e são fáceis de combinar com outros átomos para estabilizar, então eles têm grande atividade química. sua energia de superfície é bastante aumentada. essa atividade dos átomos da superfície não apenas causa mudanças no transporte atômico e na configuração na superfície das nanopartículas,, mas também mudanças na conformação do spin do elétron da superfície e no espectro de energia do elétron.

3. efeito de tamanho quântico

quando o tamanho da partícula diminui para um certo valor, os níveis de energia do elétron perto do nível de fermi mudam de quase contínuos para níveis discretos. a divisão do espaçamento do nível de energia inevitavelmente levará a diferenças significativas nas propriedades macroscópicas das nanopartículas .

as bandas de energia de materiais a granel podem ser vistas como contínuas, enquanto as bandas de energia de nanomateriais entre átomos e materiais a granel serão divididas em níveis de energia discretos. o espaçamento entre os níveis de energia aumenta com a diminuição do tamanho das partículas. quando térmicas energia, energia do campo elétrico, ou energia do campo magnético é menor que o espaçamento médio do nível de energia, uma série de propriedades anômalas que são completamente diferentes dos objetos macroscópicos aparecerão, que são chamadas de efeitos quânticos. este efeito pode fazer com que as nanopartículas tenham alta não linearidade óptica, propriedades catalíticas e fotocatalíticas específicas.

4. efeito de tunelamento quântico macroscópico

partículas microscópicas têm a capacidade de penetrar na barreira potencial , conhecida como tunelamento . estudos descobriram que quantidades físicas macroscópicas, como magnetização de micropartículas e fluxo magnético em dispositivos quânticos coerentes, também têm efeitos de tunelamento . além disso , nanomateriais têm efeitos sinérgicos e efeitos de acoplamento quântico causados por combinação, e muitas propriedades exóticas de nanomateriais podem ser controladas por campos externos.