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上一篇內(nèi)容回顧：《多晶X射線衍射技術(shù)與應(yīng)用》-7（第2章 晶體學(xué)基礎(chǔ)）

晶體外形的觀察對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定或晶體的鑒定都有重要的意義。晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，使晶體能夠自發(fā)地形成多面體的形態(tài)，有面、有棱、有頂角。一個(gè)單晶體的外形一定是個(gè)凸多面體。晶體的實(shí)際外形受其生長(zhǎng)形成時(shí)的外部環(huán)境條件的影響，使之與其理想外形常常有很大的差別。理想外形是指由對(duì)稱性聯(lián)系的各個(gè)大小、形狀相同的晶面圍合而成的晶體外形。對(duì)于成分和結(jié)構(gòu)完全一樣的同一品種的晶體，不論其生長(zhǎng)條件如何變化，實(shí)際外形有多少差異，但對(duì)應(yīng)的每一對(duì)晶面的夾角總是相等的，這就是晶面夾角守恒定律。從實(shí)際晶體外形的極射赤平投影（Stereographic projection）即可獲得其理想外形。

晶體的理想外形可分為兩類：?jiǎn)涡魏途坌?。單形是相互間由對(duì)稱性聯(lián)系的大小、形狀相同的一組晶面的總合，如平行雙面、立方體、八面體、菱形12面體等（圖2.7）。

圖2.7　幾種單形

按32個(gè)對(duì)稱點(diǎn)群可能導(dǎo)出的在幾何形態(tài)上不同的單形有47個(gè)。但是，作為晶體理想外形的兩個(gè)晶面，如果是由對(duì)稱元素聯(lián)系起來(lái)的等同晶面，則不僅在形狀、大小上相同，而且在物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)方面也是完全相同的，晶面上原子的排列方式也完全相同。因此，按32個(gè)對(duì)稱點(diǎn)群可能導(dǎo)出的單形不僅要考慮幾何形態(tài)，同時(shí)要考慮其對(duì)稱性，故晶體的單形共有146種。

有的單形為某一晶系所特有，稱為特征單形。例如斜方四面體是正交晶系的特征單形，故而正交晶系又稱為斜方晶系。吐酒石晶體的外形出現(xiàn)斜方四面體，故可以據(jù)此判定吐酒石晶體屬于正交晶系。

聚形是由兩種或兩種以上的單形組合而成的晶體外形（圖2.8）。顯然，有多少種單形相聚，其聚形上就會(huì)出現(xiàn)多少種不同的晶面，它們的性質(zhì)各異；呈現(xiàn)的理想形態(tài)和大小也不相同。

圖2.8　幾種聚形

1、理想晶體與實(shí)際晶體

以上所述關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)基本特征，概括說(shuō)就是：晶體是其微觀結(jié)構(gòu)基元（原子、離子、原子團(tuán)、分子或它們的固定的有限的集合）在三維空間中周期地重復(fù)排布而形成的固態(tài)物質(zhì)。然而這只是一種簡(jiǎn)化的、理想的關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的抽象，是關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)的一種理論模型，可稱之為理想晶體或完善晶體。實(shí)際上這樣的理想晶體是不存在的。若按照理想完善晶體的假設(shè)，每一衍射對(duì)于所考慮的晶面其強(qiáng)度，應(yīng)該是從接近滿足Bragg方程的θ角很近（幾角秒）的θ''角開(kāi)始強(qiáng)度自零急速上升，至θ角給出全部衍射強(qiáng)度；在一個(gè)很小的角度范圍Δθ內(nèi)保持全部衍射強(qiáng)度，寬度Δθ也應(yīng)該很小，僅僅幾角秒；接著隨θ角的增加，衍射強(qiáng)度急速降至零。但是實(shí)驗(yàn)測(cè)定的衍射寬度Δθ總是預(yù)測(cè)值的許多倍。晶體衍射絕對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量也和按理想晶體模型預(yù)測(cè)的數(shù)值有很大的差異。大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)、觀察以及理論分析判斷，都可以證明實(shí)際晶體中其微觀結(jié)構(gòu)基元在三維空間中的排列總是會(huì)或多或少地偏離理想的晶格的周期性。首先，其大小尺寸必定是有限的，不可能是無(wú)限的延伸排列。

一種可以想象到的介于理想完善晶體和理想不完善晶體兩種極端情況的是不完善單晶粒的結(jié)構(gòu)，即所謂“嵌鑲結(jié)構(gòu)”。即晶體是由相互間近于平行但又不完全平行排列的微小晶體碎塊所構(gòu)成，這些微小晶塊內(nèi)部是理想完善的，邊長(zhǎng)大約為10^-5cm不致引起衍射峰的寬化，但它們排列不完全平行而彼此間有一個(gè)小的（幾分或幾秒或呈弧形）夾角。這樣的晶體稱為嵌鑲晶體。很明顯，嵌鑲晶體的每一衍射給出其全部衍射強(qiáng)度的角度寬度Δθ也應(yīng)該大大寬于理想完善晶體?！扒惰偨Y(jié)構(gòu)”只是一種略欠規(guī)則的排列，倘若具有嚴(yán)格周期性結(jié)構(gòu)的區(qū)域只有幾千個(gè)原子面這樣的范圍的話，那么晶塊其它類型的略欠規(guī)則的排列，如晶體的撓曲，對(duì)X射線衍射的表現(xiàn)與嵌鑲結(jié)構(gòu)晶體的表現(xiàn)是相似的。

事實(shí)上，嵌鑲結(jié)構(gòu)模型還遠(yuǎn)不能描述實(shí)際晶體的微觀結(jié)構(gòu)與理想晶體——理想的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)模型的差異的復(fù)雜多樣。實(shí)際晶體少有在幾千個(gè)原子面這樣的范圍內(nèi)能夠保持完善的周期性結(jié)構(gòu)的。實(shí)際晶體之晶格與理想的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)模型的偏離稱之為晶格缺陷（或晶體缺陷）。不過(guò)在一定的條件下，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)總是實(shí)際晶體的結(jié)構(gòu)最好的近似表達(dá)，缺陷的存在并不影響晶格的穩(wěn)定性。

2、晶格缺陷

圖2.9　實(shí)際晶體中各種缺陷的示意圖

示意表現(xiàn)了雜質(zhì)原子，空位，間隙原子，幾種形式的位錯(cuò)，小角度晶界等實(shí)際晶體中的一些缺陷

晶格缺陷的類型很多，圖2.9示意地表現(xiàn)了實(shí)際晶體中的一些缺陷。晶格缺陷按其幾何特征，可以分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷等，如表2.6所示。若按缺陷的形成和結(jié)構(gòu)分類有：本征缺陷和雜質(zhì)缺陷。本征缺陷指不是由外來(lái)雜質(zhì)原子形成而是晶體結(jié)構(gòu)偏離點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)造成的缺陷。雜質(zhì)缺陷是指由于外來(lái)雜質(zhì)原子進(jìn)入基質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)中所形成的缺陷。有關(guān)晶格缺陷的問(wèn)題，在固體物理、固體化學(xué)的書中都有較詳細(xì)的介紹。

3、非整比化合物

非整比化合物指其組成中各類原子的相對(duì)數(shù)目比例不能用幾個(gè)小的整數(shù)比來(lái)表示的化合物?！胺钦取睕Q定了這類化合物晶體必定存在化學(xué)缺陷，因而都是缺陷晶體。因?yàn)椤胺钦取保豢赡鼙ＷC這類化合物晶體在其晶體結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)等同位置上實(shí)際置有的物質(zhì)在化學(xué)上完全相同的，甚至可能是被“空置”的（空位缺陷）；“間隙原子”也是一種可能的情況，都會(huì)使這類化合物晶體的結(jié)構(gòu)偏離嚴(yán)格的點(diǎn)陣周期性。

現(xiàn)代晶體化學(xué)的研究說(shuō)明化合物組成偏離整比性是很普遍的現(xiàn)象。同一系列的非整比化合物都有著相同或相似的晶體結(jié)構(gòu)，因而彼此的X射線衍射圖也十分相像。

下面介紹一些簡(jiǎn)單非整比化合物的情況。簡(jiǎn)單化合物如過(guò)渡元素的二元化合物，如氧化物、氫化物、硫族化物、氮化物、碳化物、硼化物等常常出現(xiàn)非整比性。其生成的情況有3種：

1. 某一種原子過(guò)多或短缺，如Zn_1+δO、UO_2+δ、Fe_1-δO、WO_3-δ ； 

2. 在層狀結(jié)構(gòu)的層間嵌入某些離子、原子或分子，如Li_δTiS₂等；

3. 在晶體中吸收了某些較小的中性原子，如LaNi₅H_x等。

堿金屬鹵化物晶體在堿金屬蒸汽中加熱時(shí)，也發(fā)生類似第一種的情況。如氯化鈉晶體在鈉蒸汽中加熱，將有少量的鈉原子進(jìn)入晶體成為Na_1+δCl，δ可達(dá)萬(wàn)分之一。鈉原子占據(jù)正離子的位置，而相應(yīng)的負(fù)離子位置空缺。當(dāng)晶體受可見(jiàn)光照射，Na原子電離成為Na⁺和e^-，電子處于原空缺的負(fù)離子位置上如象處于三維勢(shì)箱中，它能吸收可見(jiàn)光而致使離子晶體帶色，稱為色中心（或F中心）。

在1000°K左右將氧化鋅晶體置于鋅蒸汽中加熱，晶體因生成Zn_1+δO而轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，Zn_1+δO為n型半導(dǎo)體。ZnS晶體中摻進(jìn)微量的AgCl（約10^-4%原子），這種晶體在電子射線激發(fā)下，發(fā)射波長(zhǎng)為450nm的熒光，是彩色電視屏幕上的藍(lán)色熒光粉。

許多過(guò)渡金屬氧化物如Ni_1-δO、Fe_1-δO、TiO_2±δ等，由于其組成偏離正比性，金屬離子出現(xiàn)混合價(jià)態(tài)?；旌蟽r(jià)態(tài)化合物一般其電導(dǎo)性要比單純價(jià)態(tài)化合物強(qiáng)，顏色要深，磁學(xué)性質(zhì)改變。混合價(jià)態(tài)化合物中的異價(jià)離子，在一定條件下可以由一種價(jià)態(tài)變?yōu)榱硪环N價(jià)態(tài)，便于吞吐電子，因此，可用作氧化還原催化劑。許多氧化物催化劑往往與同素異價(jià)離子的存在密切相關(guān)。在電化學(xué)中，幾種常見(jiàn)的電池的電極材料如氧化鉛、氧化銀、氧化鐵、氧化鎳等等無(wú)不含有同素異價(jià)離子，它們可以吞吐電子，導(dǎo)電性好，兼具蓄電和導(dǎo)電的優(yōu)良條件。

以上都是簡(jiǎn)單的非整比化合物，下面介紹的類質(zhì)同象礦物也是非整比化合物，情況更加復(fù)雜多樣。

4、固溶體和類質(zhì)同象礦物

在金屬學(xué)中所謂固溶體(solid solution)是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑晶格類型的合金相，是一種混晶現(xiàn)象。按溶質(zhì)原子在晶格中的位置的不同，固溶體可分為分為三種：替代式固溶體、填隙式固溶體和缺位式固溶。按固溶度來(lái)分類：可分為有限固溶體和無(wú)限固溶體。按溶質(zhì)原子與溶劑原子在晶格中的分布規(guī)律來(lái)分類，可分為無(wú)序固溶體和有序固溶體。當(dāng)溶劑和溶質(zhì)原子直徑相差不大，一般在15％以內(nèi)時(shí)，易于形成置換固溶體。銅鎳二元合金即形成置換固溶體，鎳原子可在銅晶格的任意位置替代銅原子。當(dāng)溶質(zhì)原子與溶劑原子直徑之比小于0.59，可形成填隙式固溶體。如鐵碳合金中，鐵和碳所形成的固溶體――鐵素體和奧氏體，皆為間隙固溶體。同一系列的固溶體都有著相同的晶體結(jié)構(gòu)，因而彼此的X射線衍射圖十分相像。

在礦物學(xué)中類質(zhì)同象現(xiàn)象是十分廣泛、常見(jiàn)的現(xiàn)象。類質(zhì)同象現(xiàn)象指的是：物質(zhì)結(jié)晶時(shí)其晶體結(jié)構(gòu)中本應(yīng)由某種離子或原子占有的位置，部分地被性質(zhì)相似的它種離子或原子所替代占有，共同結(jié)晶成均勻的、呈單一相的混合晶體（簡(jiǎn)稱混晶），但不引起鍵性和晶體結(jié)構(gòu)型式發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象。實(shí)質(zhì)上類質(zhì)同象晶體即替位式固溶體。多數(shù)的類質(zhì)同象晶體其成分與晶體結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，也是非整比化合物。類質(zhì)同象礦物都有著相同或相似的晶體結(jié)構(gòu)，因而彼此的X射線衍射圖也十分相像。

根據(jù)形成類質(zhì)同象晶體的組分能否以任意比例相互混溶，可將類質(zhì)同象晶體分為兩類：一類是能以任意比例組成混晶者，稱為完全類質(zhì)同象，它相當(dāng)于溶解度無(wú)限的固溶體；另一類是兩種組分只能在有限的范圍內(nèi)以不同的比例組成混晶者，則稱為不完全類質(zhì)同象，它相當(dāng)于溶解度有限的固溶體。在礦物學(xué)中，把未混入另一組分的僅含一種組分的礦物稱為由其形成的類質(zhì)同象系列礦物的端員礦物，因此完全類質(zhì)同象系列的礦物至少有兩個(gè)端員礦物。鎂橄欖石Mg⁺²[SiO₄]—鐵橄欖石Fe⁺²[SiO₄]系列礦物是完全類質(zhì)同象的一個(gè)例子，兩種組分可以以任意比例相互混溶，或者說(shuō)Mg⁺²和Fe⁺²之間，可以以任意比例在晶格中相互替代而組成一系列的混晶。閃鋅礦ZnS中Fe⁺²替代Zn⁺²形成類質(zhì)同象系列則是不完全類質(zhì)同象的例子，F(xiàn)e在整個(gè)礦物中所占的重量百分比不能超過(guò)26% 。

根據(jù)晶格中相互替代離子的電價(jià)是否相等，又可將類質(zhì)同象分為等價(jià)的和異價(jià)的兩類。凡在晶格中占據(jù)相同結(jié)構(gòu)位置而相互替代的離子，其電價(jià)相等者稱為等價(jià)類質(zhì)同象。如上述的鎂橄欖石—鐵橄欖石系列礦物和閃鋅礦—鐵閃鋅礦系列礦物是等價(jià)類質(zhì)同象系列，方解石系類質(zhì)同象礦物中Ca⁺²可被Mg⁺²、Zn⁺²、Co⁺²、Fe⁺²、Mn⁺²有限或無(wú)限地置換，也是等價(jià)類質(zhì)同象系列。如此例子，舉不勝舉。反之，凡在晶格中占據(jù)相同結(jié)構(gòu)位置而相互替代的離子，其電價(jià)不相等者則為異價(jià)類質(zhì)同象。例子亦舉不勝舉，如斜長(zhǎng)石系列就是一個(gè)異價(jià)類質(zhì)同象系列。此系列中兩個(gè)端員礦物是鈉長(zhǎng)石Na[AlSi₃O₈]和鈣長(zhǎng)石Ca[Al₂Si₂O₈]，其中Na⁺¹和Ca⁺²以及Al⁺³和Si⁺⁴分別成為類質(zhì)同象替代關(guān)系，它們的電價(jià)彼此間都是不相等的。在異價(jià)類質(zhì)同象中，相互替代的離子的電價(jià)不相等而晶體的總電荷必須保持相等。在斜長(zhǎng)石系列中，當(dāng)一個(gè)Ca⁺²替代一個(gè)Na⁺¹同時(shí)就要有一個(gè)Al⁺³替代一個(gè)Si⁺⁴，亦即以Ca⁺²+Al⁺³DNa⁺¹+Si⁺⁴的方式成對(duì)地進(jìn)行替代，晶格中的結(jié)構(gòu)位置仍然被占滿。而為了總電荷保持相等，替代后晶格中可能出現(xiàn)缺位或填隙的情況。如在綠柱石Be₃Al₂[Si₆O₁₈]中，Be⁺²被Li⁺¹、Cs⁺¹替代的方式是Li⁺¹+Cs⁺¹→Ca⁺²，此時(shí)額外增加的陽(yáng)離子將充填在硅-氧四面體環(huán)中心的巨大的“通道”之中，可視為是一種替位式和填隙式兩類固溶體的混合類型。而在磁黃鐵礦FeS中，2Fe⁺³→3Fe⁺²的替代，將使晶格中部分Fe⁺²的位置空缺下來(lái)，形成缺位固溶體。

分子篩——人工合成沸石，有多種系列，型號(hào)繁多，各有其特異性能且可控、可調(diào)，是重要的吸附劑和石油化工催化劑，也是很好的非整比化合物的實(shí)例。

5、堆垛層錯(cuò)、礦物的多型、混層礦物

在層型結(jié)構(gòu)的晶體中，廣泛存在一種特殊類型的同質(zhì)多象，即所謂的“多型”（polymorph）。多型是指：由相同化學(xué)成份形成的且其晶體結(jié)構(gòu)中單元結(jié)構(gòu)層也相同的晶體，以若干種僅僅在單元結(jié)構(gòu)層的堆垛順序上有所不同的而形成的不同的層型結(jié)構(gòu)變體。因此，同種物質(zhì)的不同多型是同一物相（除此以外，同種物質(zhì)的每一種同質(zhì)多象變體都是獨(dú)立的一種物相）。

在層型硅酸鹽中，單元結(jié)構(gòu)層可以存在多種型式；層內(nèi)離子可以被置換，其化學(xué)成分可在很大范圍內(nèi)變化；層間的水分子和金屬離子有多有少，可有可無(wú)；層間的堆垛型式可以有序，也可以無(wú)序，堆垛層錯(cuò)是層型結(jié)構(gòu)晶體中常見(jiàn)的面缺陷；層的結(jié)構(gòu)和組成容易隨著外界條件（水分、鹽的濃度、機(jī)械作用力等）的改變而改變；兩種不同的結(jié)構(gòu)單元層在堆垛形成晶體時(shí)，可相互有規(guī)則地或完全無(wú)序地交替堆垛，形成所謂混層礦物（或稱間層礦物，mixed-layer mineral，interlayer）。這些現(xiàn)象尤其在粘土礦物中十分常見(jiàn)，因此粘土、土壤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是非常復(fù)雜、多樣、多變的，但它們都是層型結(jié)構(gòu)，沿層的方向容易解理、晶粒微細(xì)，具有柔軟、易水合、容易進(jìn)行離子交換等共性；混層現(xiàn)象十分常見(jiàn)，如伊利石-蒙脫石混層，綠泥石-蒙脫石混層等等。

6、高分子物質(zhì)

高分子體系的特殊性在于高分子是由長(zhǎng)鏈構(gòu)成的，由于各種高分子的結(jié)晶性與相容性相差很大，而同種高分子體系的結(jié)晶程度與相容程度受到制樣與加工時(shí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響，所以高分子體系的結(jié)構(gòu)層次往往比小分子體系和金屬體系要復(fù)雜得多、豐富得多。

許多高分子都可以存在結(jié)晶。在結(jié)晶性的高分子體系中，分子鏈的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的。隨著分子鏈有序程度的連續(xù)變化，導(dǎo)致出現(xiàn)各種不同的聚集態(tài)：從非晶相經(jīng)中間相到晶相。從非晶到結(jié)晶是連續(xù)性變化的，兩者之間難以劃出一個(gè)鮮明的界限。由于高分子的多分散性、熱力學(xué)上高分子鏈傾向折疊以減小表面能、動(dòng)力學(xué)上高分子鏈活動(dòng)性較差等三個(gè)主要原因就導(dǎo)致了高分子不可能形成百分之百的結(jié)晶。而其他因素如鏈缺陷、雜質(zhì)等當(dāng)然也導(dǎo)致了高分子不會(huì)形成理想的結(jié)晶。

在高分子結(jié)晶中，即使所謂的“晶相”亦不是結(jié)晶學(xué)意義上的晶體，因共折疊鏈晶面部分并不符合微觀平移點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)，而且其含量多至20%~30% ；而所謂的“高分子非晶”亦存在著局域的有序。

晶相將產(chǎn)生相干散射，但畸變的結(jié)晶將導(dǎo)致本應(yīng)產(chǎn)生的衍射轉(zhuǎn)變?yōu)槌潭炔煌膹浬⑸⑸洹?/span>

7、納米晶體、低維材料

廣義地說(shuō)，?納米材料?(nanometer material)是指在三維空間中至少有一個(gè)維度處在納米尺度范圍（0.1nm~100nm ^*）或由它們作為基本組元構(gòu)成的材料。如：納米粒子(nano particle)也叫超微顆粒，一般是指三個(gè)維度的尺寸均在1～100nm間的物質(zhì)粒子；自然的或人工的低維材料。低維材料有二維材料，包括兩種材料的界面、或附著在基體上的薄膜，界面的深或膜層的厚度在納米量級(jí)；一維材料，或稱量子線，線的粗細(xì)為納米量級(jí)；零維材料，或稱量子點(diǎn)，它由少數(shù)原子或分子堆積而成，微粒的大小為納米量級(jí)，半導(dǎo)體和金屬的原子簇(cluster)是典型的零維材料。

納米材料的結(jié)構(gòu)大多數(shù)也是長(zhǎng)程有序的，稱為納米晶體。納米晶體的結(jié)構(gòu)既具有晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，但又與普通的晶體材料有很大的不同。納米金屬材料是20世紀(jì)80年代中期研制成功的，后來(lái)相繼問(wèn)世的有納米半導(dǎo)體薄膜、納米陶瓷、納米瓷性材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料等等。

納米尺度范圍處于原子簇和宏觀物體尺度的過(guò)渡區(qū)域，從通常的關(guān)于微觀和宏觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)。大小尺寸在納米尺度范圍的物質(zhì)往往異于其在大塊狀態(tài)時(shí)所表現(xiàn)的性質(zhì)，它將顯示出許多奇異的特性，如：

（1）表面與界面效應(yīng)這是指納米晶體粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化。粒子的表面布滿了階梯狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)代表具有高表面能的不安定原子。這類原子極易與外來(lái)原子吸附鍵結(jié)，同時(shí)因粒徑縮小表面積大增從而提供了大量的表面活性原子。高的比表面積將會(huì)出現(xiàn)一些新的現(xiàn)象，如金屬納米粒子在空中會(huì)燃燒，無(wú)機(jī)納米粒子能夠大量吸附氣體等等。就熔點(diǎn)來(lái)說(shuō)，納米粉末中由于每一粒子組成原子少，大部分原子處于表面，使其表面晶格震動(dòng)的振幅較大，具有較高的表面能量，造成超微粒子特有的熱性質(zhì)，也就是造成熔點(diǎn)下降。因而納米粉末將比傳統(tǒng)粉末容易在較低溫度燒結(jié)，而成為良好的燒結(jié)促進(jìn)材料。

（2）小尺寸效應(yīng)當(dāng)納米微粒尺寸與光波波長(zhǎng)，傳導(dǎo)電子的德布羅意波長(zhǎng)及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度、透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，它的周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁，熱力學(xué)等性能呈現(xiàn)出“新奇”的現(xiàn)象。例如，銅顆粒達(dá)到納米尺寸時(shí)就變得不能導(dǎo)電；絕緣的二氧化硅顆粒在20納米時(shí)卻開(kāi)始導(dǎo)電。一般常見(jiàn)的磁性物質(zhì)均屬多磁區(qū)之集合體，當(dāng)粒子尺寸小至無(wú)法區(qū)分出其磁區(qū)時(shí)，即形成單磁區(qū)之磁性物質(zhì)。因此磁性材料制作成超微粒子或薄膜時(shí)，將成為優(yōu)異的磁性材料。再譬如，高分子材料加納米材料制成的刀具可比金鋼石制品還要堅(jiān)硬。利用這些特性，可以高效率地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能，此外又有可能?yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等等。

（3）量子尺寸效應(yīng)當(dāng)粒子的尺寸達(dá)到納米量級(jí)時(shí)，費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由連續(xù)態(tài)分裂成分立能級(jí)。當(dāng)能級(jí)間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，會(huì)出現(xiàn)納米材料的量子效應(yīng)，從而使其磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性能變化。例如，金屬在適當(dāng)?shù)恼舭l(fā)沉積條件下，可得到易吸收光的黑色金屬超微粒子，稱為金屬黑，這與金屬在真空鍍膜形成高反射率光澤面成強(qiáng)烈對(duì)比。有種金屬納米粒子吸收光線能力非常強(qiáng)，在1.1365千克水里只要放入千分之一這種粒子，水就會(huì)變得完全不透明。

（4）宏觀量子隧道效應(yīng)微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也有隧道效應(yīng)，它們可以穿過(guò)宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，這種被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。

納米晶體包括納米陣列體系、介孔組裝體系、薄膜嵌鑲體系、多層膜體系。目前對(duì)納米陣列體系的研究集中在由金屬納米微?；虬雽?dǎo)體納米微粒在一個(gè)絕緣的襯底上整齊排列所形成的二維體系上。而納米微粒與介孔固體組裝體系由于微粒本身的特性，以及與界面的基體耦合所產(chǎn)生的一些新的效應(yīng)，也使其成為了研究熱點(diǎn)。按照其中支撐體的種類，介孔固體組裝體系可將劃分為無(wú)機(jī)介孔復(fù)合體和高分子介孔復(fù)合體兩大類，按支撐體的狀態(tài)又可將它劃分為有序介孔復(fù)合體和無(wú)序介孔復(fù)合體。在薄膜嵌鑲體系中，對(duì)納米顆粒膜的主要研究是基于體系的電學(xué)特性和磁學(xué)特性而展開(kāi)的。美國(guó)科學(xué)家利用自組裝技術(shù)將幾百只單壁納米碳管組成晶體索“Ropes”，這種索具有金屬特性，室溫下電阻率小于0.0001Ω/m;將納米三碘化鉛組裝到尼龍-11上，在X射線照射下具有光電導(dǎo)性能，利用這種性能可以發(fā)展一種新的數(shù)字射線照相技術(shù)。

未完待續(xù)......

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