纳米晶体材料是指三维空间尺度中至少有一维处于纳米量级的晶体材料,其晶粒尺寸约为1-250纳米,这种材料的一个显著特点就是其大部分原子处于晶粒边界区域。这种独特的结构特征使纳米晶体成为有别于普通多晶体和非晶态固体的一种新材料,其中界面成为一种不可忽略的结构组元。

纳米晶体材料分为单相或多相的单晶或多晶粒材料。在单晶材料中,任意区域都具有一样的晶格方向,而多晶材料则由许多晶格方向不一的区域或晶粒组成,晶粒之间由晶界相分割。由于纳米多晶材料晶粒细小,其内部由晶界、相界或畴界等构成的内界面含量很高,因而显著影响着纳米晶的物理和机械性能,使其具有传统材料所不具备的优异特性。与传统的粗晶材料(晶粒尺寸的范围大约是10-300微米)相比,纳米晶粒材料具有十分优异的物理、力学以及化学性能,如很高的强度或硬度、良好的热稳定性、增强的扩散性能和热传导性质。

纳米晶体设计师

纳米晶体的制备和合成技术一直是纳米晶体材料研究领域的一个重要方面。目前纳米晶体材料的制备方法主要有:外压力合成(如超细粉冷压法、机械研磨法)、沉积合成法(如各种沉积方法)、相变界面形成法(如非晶晶化法)等。

纳米晶体材料在很多领域可以得到应用。例如,它们不仅能发光,也能吸收多种颜色的光,这有助于形成高分辨率显示器屏幕上的发光像素,或是制成新类型的高效、广谱太阳能电池。同时,这种材料还可被用于开发针对少量特定生物分子的高敏度探测器,如作为毒素筛选系统或是医药检测设备等。又如,纳米晶体材料可以弥补硅钢和铁氧体材料的不足,使各类电子产品的质量和效率得到提高,且节能效果明显。目前,纳米晶材料除了用于制造变压器以外,还可以作为互感器、电抗器、传感器、滤波器等器件的铁芯材料,应用范围还涉及到我们的日常生活中的家用电器、智能电表、直流变频空调、漏电保护开关等,电力系统的输变电测量、配电、遥测传感等,铁路系统的机车空调、电力机车的逆变电源、铁路信号传感等,还应用在航天、航空、航海等多项军工和国家高科技项目中,被定型采用。

未来,纳米晶材料研究中要积极改善及取代传统材料,提高及改善产品质量和性能,制备技术应致力于开发高性能、微型、环保型产品。