納米固體材料的性能納米固體材料的性能§9.1力學性能§9.2熱學性質§9.3納米結構材料中的擴散問題§9.4光學性質§9.5磁性§9.6電學性質納米固體材料的性能9.1.1Hall-Petch(霍爾一佩奇)關系其中為0．2％屈服應力，是移動單個位錯所需的克服點陣磨擦的力，K是常數，d是平均晶粒尺寸。H表示硬度。這兩個公式對各種粗晶材料都是適用的。由這兩個公式可以看出：隨晶粒尺寸的減少，屈服強度或硬度都增加的，它們都是與之成線性關系的。

納米固體材料的性能(1)正Hall-Petch關系（K>0）用機械合金化（高能球磨）制備的納米Fe和Nb3Sn2

(2)反Hall-Petch關系（K<0）用蒸發凝聚原位加壓制成的納米Pd晶體以及非晶晶化法制備的Ni-P納米晶(3)正-反混合Hall-Petch關系

納米晶Cu和Ni-P(4)斜率K變化圖9.2中的TiO2和Ni-P(5)偏離Hall-Petch關系圖9.3中的電沉積納米晶Ni而對多種納米固體材料的硬度與晶粒尺寸的關系進行的大量的研究，歸納起來有五種情況:納米固體材料的性能(1)正Hall-Petch關系（K>0）用機械合金化（高能球磨）制備的納米Fe和Nb3Sn2(2)反Hall-Petch關系（K<0）用蒸發凝聚原位加壓制成的納米Pd晶體以及非晶晶化法制備的Ni-P納米晶納米固體材料的性能納米固體材料的性能如圖9．5所示．納米晶材料存在大體積百分數的三叉晶界，就會對材料性質產生重要的影響．研究表明，三叉晶界處原子擴散快、動性好，三叉晶界實際上就是旋錯，旋錯的運動就會導致界面區的軟化，對納米晶材料來說，這種軟化現象就使納米晶材料整體的延展性增加，用這樣的分析很容易解釋納米晶材料具有的反H—P關系，以及K值的變化．(1)三叉晶界的影響

為什么納米固體材料有這些反常的Hall-Petch關系。目前，有如下幾種觀點：納米固體材料的性能

(2)界面的作用隨納米晶粒尺寸減小，高密度的晶界導致晶粒取向混亂，界面能量升高．對蒸發凝聚原位加壓法獲得的試樣，考慮這個因素尤為重要。這時界面原子動性大，這就增加了納米品材料的延展性(軟化現象)．(2)界面的作用(3)臨界尺寸Gleiter等人認為在一個給定的溫度下納米材料存在一個臨界的尺寸，低于這個尺寸界面粘滯性增強，這就引起材料的軟化，高于臨界尺寸，材料硬化．他們把這個臨界尺寸稱為“等粘合晶粒尺寸”。(3)存在臨界尺寸納米固體材料的性能9.1.2模量

晶界對于物質的力學性質有重大的影響。因此可以預期納米微晶材料(納米晶體材料)的力學性質比起常規的大塊晶體有許多優點，因為納米微晶的晶粒尺寸極小而均勻，晶粒表面清潔等對于力學性能的提高都是有利的。納米固體材料的性能表9.1列出了納米微晶CaF2和Pd的楊氏模量E與切變模量G．可以看出，它們比大塊試樣的相應值要小得多．對納米微晶Pd，采用6nm尺寸的立方形晶粒及界面厚度為1nm的簡單模型，根據表9.1中的楊氏模量值E，可得到界面組元的楊氏模量Ei＝40GPa，比大塊晶體的相應值減小50％以上．通常以為，彈性模量的結構敏感性小，因此Ei的減小可能是由于界面內原子間距增大的結果．納米固體材料的性能圖9．6示出了納米微晶Pd的切變模量G在100K/h的加熱速率下隨溫度的變化及圖9．7，納米氧化物結構材料的模量與燒結溫度有密切的關系。納米固體材料的性能9.1.3超塑性超塑性從現象學上定義為在一定應力拉伸時產生極大的伸長量。界面的流變性是超塑性出現的重要條件，它可以由下式表示：(9.3)這里為應變速率，是附加應力，d為粒徑，n和p分別為應力和應變指數，A是與溫度和擴散有關的系數，它可以表示為Arrhenins形式:A∝exp(-Q/KBT)對超塑性陶瓷材料，n和p典型的數字范圍為1—3，在(9.3)中，不難看出，A愈大,愈大,超塑性越大，A是與晶界擴散密切相關的參數。我們知道，當擴散速率大于形變速率時，界面表現為塑性，反之，界面表現為脆性。納米固體材料的性能

關于陶瓷材料超塑性的機制至今并不十分清楚，目前有兩種說法:一、界面擴散蠕變和擴散范性其中為拉伸應力，為原子體積，d為平均晶粒尺寸，B為一數字常數，Db為晶界擴散系數，為波爾茲曼常量，T為溫度，為晶界厚度。由公式可看出，d愈小，愈高．二、晶界遷移和粘滯流變納米固體材料的性能9.1.4強度、硬度、韌性和塑性

（1）強度與硬度

根據斷裂強度的經驗公式可以推斷材料的斷裂與晶粒尺寸的關系，這個公式可表如下：

這里與Kc為常數，d為粒徑．從式中可知，當晶粒尺寸減到足夠小時，斷裂強度應該變得很大，但實際上對材料的斷裂強度提高是有限度的，這是因為顆粒尺寸變小后材料的界面大大增加，而界面與晶粒內部相比一般看作是弱區，因而進一步提高材料斷裂強度必須把著眼點放在提高界面的強度上．

為了提高納米陶瓷的致密度，增強斷裂強度，通常采用兩個途徑：

一、進行燒結。二、通過加入添加劑進一步提高燒結致密化。

近年來的研究表明，采用上述措施制備的納米陶瓷強度、硬度及其他綜合性能都明顯地超過同樣材質的常規材料．納米固體材料的性能（2）韌性和塑性

納米材料的特殊構成及大的體積百分數的界面使它的塑性、沖擊韌性和斷裂韌性與常規材料相比有很大的改善，這對獲得高性能陶瓷材料特別重要，一般的材料在低溫下常常表現為脆性，可是納米材料在低溫下就顯示良好的塑性。納米結構材料從理論上進行分析應該有比常規材料高的斷裂韌性，這是因為納米結構材料中的界面的各向同性以及在界面附近很難有位錯塞積發生，這就大大地減少了應力集中，使微裂紋的出現與擴展的概率大大降低。納米固體材料的性能9.2熱學性質9.2.1比熱材料的比熱主要由熵來提供。在溫度不太低的情下，電子熵可忽略，體系熵主要由振動熵和組態熵貢獻．納米結構材料的界面結構原子分布比較混亂，與常規材料相比，由于界面體積百分數比較大，因而納米材料熵對比熱的貢獻比常規粗晶材料大得多，因此可以推測納米結構材料的比熱比常規材料高得多。我們就用下面的圖來說明這一推測：納米固體材料的性能納米固體材料的性能

從中可以看出，比熱與溫度成線性關系。對應粒徑為80nm的Al2O3的比熱，比常規粗晶Al2O3高8％納米固體材料的性能9.2.2熱膨脹當溫度發生變化時，晶格作非線性振動就會有熱膨脹發生。納米晶體在溫度發生變化時非線性熱振動可分為兩個部分：一、晶內的非線性熱振動二、晶界組分的非線性熱振動往往后者的非線性振動較前者更為顯著，可以說占體積百分數很大的界面對納米晶熱膨脹的貢獻起主導作用．納米Cu(8nm)晶體在110K到293K的溫度范圍它的膨脹系數為31×10-6K-1

，而單晶Cu在同樣溫度范圍為16×l0-6K-1，可見納米晶體材料的熱膨脹系數比常規晶體幾乎大一倍．納米材料的增強熱膨脹主要來自晶界組分的貢獻，有人對Cu和Au(微米)多晶晶界膨脹實驗證實了晶界對熱膨脹的貢獻比晶內高3倍，這也間接地說明了含有大體積百分數的納米晶體為什么熱膨脹系數比同類多晶常規材料高的原因．納米固體材料的性能如圖9.16所示．由圖可以測得80nm時熱膨脹為9.3×10-6/k，105nm為8.9×10-6/k,5um為4.9×10-6/k．可見隨顆粒增大，熱膨脹系數減小．納米結構Al2O3(80nm)的熱膨脹系數在測量溫度范圍幾乎比5um粗晶Al2O3

多晶體高一倍。納米固體材料的性能兩個線性范圍，轉折的溫區為723K到893K．從室溫到723K，熱膨脹系數為5.3x10-6K-1，從893K到1273K．膨脹系數為72.8x10-6K-1,常規晶態Si3N4陶瓷(熱膨脹系數為2．7x10-6K-1)，納米非晶氮化硅塊體的熱膨脹系數高1到26倍。

原因主要歸結為納米非晶氯化硅塊體的結構與常規Si3N4有很大的差別，前者是由短程有序的非晶態小顆粒構成的，它們之間的界面占很大的比例，界面原子的排列較之非晶顆粒內部更為混亂，對這樣結構的固體原子和鍵的非線性熱振動比常規Si3N4晶態在相同條件下顯著得多，因此它對熱膨脹的貢獻也必然很大．納米固體材料的性能9.2.3熱穩定性納米結構材料的熱穩定性是一個十分重要的問題，它關系到納米材料優越性能究竟能在什么樣的溫度范圍使用，能在較寬的溫度范圍獲得熱穩定性好的(顆粒尺寸無明顯長大)納米結構材料是納米材料研究工作者亟待解決的關鍵問題之一．納米固體材料的性能

從上面的圖中可以看出：納米晶材料晶粒尺寸熱穩定的溫度范圍較窄，納米相材料顆粒尺寸熱穩定的溫度范圍較寬。納米固體材料的性能對于納米結構材料的熱穩定性機理，我們可從以下幾方面討論：（1）界面遷移納米相材料熱穩定的核心問題是如何抑制晶粒長大，界面遷移為晶粒長大提供了基本條件，從某種意義上來說，抑制界面遷移就會阻止晶粒長大，提高了熱穩定性．（2）晶界結構馳豫在升溫過程首先是在晶界內產生結構弛豫，導致原子重排，趨于有序以降低晶界自由能，這是因為晶界結構弛豫所需要的能量小于晶界遷移能，升溫過程中提供的能量首先消耗在晶界結構弛豫上，這就使納米相材料晶粒在較寬的溫度范圍內不明顯長大．（3）晶界釘扎向納米材料中添加穩定劑，使其偏聚到晶界，降低晶界的靜電能和畸變能，客觀上對晶界起了釘扎作用，使其遷移變得困難，晶粒長大得到控制，這有利于提高納米材料熱穩定性．納米固體材料的性能9.3納米結構材料中的擴散問題9.3.1自擴散與溶質原子的擴散這里主要介紹納米晶體材料(納米微晶物質)原子輸運的基本特征，主要從自擴散和溶質原子擴散兩個方面進行評述．對于納米微晶物質內擴散過程的研究具有相當廣泛的意義。首先，對此擴散過程的研究有助于了解納米微晶的結構，特別是界面的性質；納米固體材料的性能其次，具有大的界面體積百分比的物質將具有高的擴散系數，因而界面區域的摻雜甚至溶質元素通過沿納米微晶晶界網絡的擴散而與納米微晶的元素形成合金將是一種有發展前途的工藝過程，這些過程使得按預定的目的進行改造和設計材料的性質成為可能；再次，納米微晶物質的晶粒尺寸很小，而界面的成核格點濃度很高，致使物質具有高擴散系數和短反應距離，從而有可能在相當低的溫度下形成固態的界面亞穩相或穩定相，也為在低溫條件下利用不同元素納米晶粒內的二元混合物反應，而生成大塊亞穩相物質提供了廣泛的可能性。納米固體材料的性能

對于多晶物質，擴散物質可沿著三種不同的途徑進行擴散，對應于三種擴散動力學類型，即：晶格擴散(或稱體擴散)，晶界擴散、樣品自由表面擴散，自由表面擴散系數最大，其次是晶界擴散系數，而體擴散系數最小．這主要是由于擴散的激活能不同所致。由于晶粒間界和金屬表面的點陣發生強烈的畸變，故擴散激活能小，而擴散系數大．一般金屬的橫截面中進行的晶界擴散只占很小一部分(～10-6為晶界擴散)，故晶界擴散不易表現出來．而納米微晶物質中，由于晶界濃度很大(～50％)，晶界擴散系數也增大甚多，因而晶界擴散占絕對優勢．擴散途徑納米固體材料的性能由表9.2可知，多晶的晶界擴散系數比納米微晶材料低幾個量級．納米固體材料的性能9.3.2溶解度溶解度是指溶質原子在固體中固溶能力。一般分為替代式和間隙式兩種，前者溶質原子占據了固體中正常位置，后者是指溶質原子占據固體的點陣間隙位置。納米結構材料由于兩個基本構成：顆粒組元和界面組元，與常規材料微結構不同，擴散系數極高，擴散距離短，因而在相同條件下(溫度等)與常規固體材料相比有很高的溶解度。例如：人報道Bi在8nm的納米微晶Cu中的溶解度為~4％，而在多晶Cu的情況下.100℃時Bi的溶解度小于10-4.可見納米晶Cu中Bi的溶解度幾乎是多晶Cu中的1000到10000倍.在納米結構材料中這種溶解度增強效應與溶質原子在固溶體中化學勢的變化有關，即與多晶中的化學勢有很大差異.在多晶情況下兩種互不相溶的Ag/Fe系和Cu/Fe系在納米態下可以形成固溶體,利用納米材料這一特性，可以設計出新型的合金材料．這無論在學術上和應用上都有很大的意義.納米固體材料的性能9.3.3界面的固相反應

界面的固相反應是指通過界面進行物質交換產生新相的現象．作為常規材料制備和成型工藝的傳統固相界面反應，由于參加反應物質的顆粒較大，界面附近的原子與體內原子數之比很小，因而只能引起固體局部結構和性質的改變．根據幾何學的估算，當晶粒尺寸小到5nm左右時，其界面原子體積約占整體50%且具有高度無序的結構．原子在這樣的界面上擴散較為容易，接近表面擴散．如納米Cu在80℃的自擴散系數為2×10-8m2/s，較之大晶粒Cu塊的自擴散系數大14~16個數量級，也較之Cu的晶界上自擴散大3個數量級．所以這對新材料的發展具有工程應用價值．納米固體材料的性能9.4光學性質9.4.1紫外—可見光和紅外光吸收納米固體的光吸收具有常規粗晶不具備的一些新特點．—般來講，粒徑的減小，量子尺寸效應會導致光吸收帶的藍移。引起紅移的因素很多，歸納起來有以下五方面：

(1)電子限域在小體積中運動

(2)隨粒徑減小，內應力p(=2γ/r,r為粒子半徑，γ為表面能)增加，導致電子波函數重疊(3)能級中存在附加能級，例如缺陷能級，使電子躍遷時的能級間距減小；(4)外加壓力使能隙減少（5）空位、雜質的存在位平均原子間距增大，從而晶增強度減弱，結果能級間距變小

對于每個光吸收帶的峰位則由藍移和紅移因素共同作用來確定，藍移因素大于紅移因素時會導致光吸收帶藍移，反之，紅移。納米固體除了上述紫外—可見光光吸收特征外，有時，納米固體會呈現一些比常規粗晶強的，甚至新的光吸收帶，這是因為龐大的界面的存在，界面中存在大量的缺陷所致。納米固體材料的性能紅外吸收對納米材料紅外吸收的研究表明。紅外吸收譜中出現藍移和寬化。

在非晶納米氮化硅塊體的紅外吸收譜研究中，觀察到了頻移和吸收帶的寬化．

圖9.34納米非晶氮化硅粉體(a)，塊體(b)和常規氮化硅(c)的紅外吸收譜圖9.35納米非晶氮化硅粉體(末退火)和不同溫度遇火的塊體紅外吸收譜納米固體材料的性能關于納米結構材料紅外吸收譜的特征及藍移和寬化現象已有一些初步的解釋，概括起來有以下幾點：

（1)小尺寸效應和量子尺寸效應導致藍移。（3）尺寸分布效應導致寬化。（2）晶場效應．對納米結構材料隨熱處理溫度的升高紅外吸收帶出現藍移現象主要歸結于晶場增強的影響這是因為在退火過程中納米材料的結構會發生下面一些變化。一是有序度增強，二是可能發生由低對稱到高對稱相的轉變，總的趨勢是晶場增強，激發態和基態能級之間的間距也會增大，這就導致同樣吸收帶在強晶場下出現藍移．（4）界面效應．納米結構材料界面體積百分數占有相當大的權重，界面中存在空洞等缺陷，原子配位數不足，失配鍵較多，這就使界面內的鍵長與顆粒內的鍵長有差別．就界面本身來說，龐大比例的界面的結構并不是完全一樣的，它們在能量上，缺陷的密度上，原子的排列上很可能有差異，這也導致界面中的鍵長有一個很寬的分布，以上這些因素都可能引起納米結構材料紅外吸收帶的寬化．納米固體材料的性能9.4.2攙雜引起的可見光范圍熒光現象用紫外光激發摻Cr和Fe的納米相Al2O3時，在可測光范圍觀測到新的熒光現象。從圖中可以看出，對于勃母石η相和γ相有兩個較寬的熒光帶(P1和p2)出現,它們的波數范圍為:14500~11500cm-1和20000~14500cm-1，這兩個熒光帶在873~1273K范圍內退火均存在．這表明．納米結構的

Al2O3

塊體在可見光的熒光現象有很好的熱穩定性．納米固體材料的性能9.4.3紫外到可見光的發射譜

所謂的光致發光是指在一定波長光照射下被激發到高能級激發態的電子重新躍入低能級被空穴捕獲而發光的微觀過程。從物理機制來分析，電子躍遷可分為兩類：非輻射躍遷和輻射躍遷．當能級間距很小時，電子躍遷可通過非輻射性級聯過程發射聲子(如圖9．39中虛線箭頭所示)，在這種情況下是不能發光的，只有當能級間距較大時，才有可能發射光子，實現輻射躍遷，產生發光現象．如圖中從E2到E1或E0能級的電子躍遷就能發光．納米固體材料的性能納米結構材料由于顆粒很小，這樣由于小尺寸會導致量子限域效應，界面結構的無序性使激子，特別是表面激子很容易形成；界面所占的體積很大，界面中存在大量缺陷，例如懸鍵，不飽和鍵和雜質等，這就可能在能隙中產生許多附加能隙；納米結構材料中由于平移周期的破壞，在動量空間(k空間)常規材料中電子躍遷的選擇定則對納米材料很可能不適用，這些就會導致納米結構材料的發光不同于常規材料．有自己新的特點．納米固體材料的性能常規非晶氮化硅。α-SiNx在紫外到可見光很寬的波長范圍，發光呈現一個很寬的發射帶，不是一些分立的發射帶，而退火溫度等于673K時，納米非晶氮化硅塊體在紫外到可見光范圍的發光現象與常規非晶氮化硅截然不同，出現了6個分立的發射帶(見圖9.40)，它們的峰值分別為3.2,2.8,2.7,2.4,2.3和2.0ev，這些數值遠小于非晶氮化硅的能隙寬度(4.5~5.5ev)，這表明納米態的發光都是能隙內的現象．納米固體材料的性能納米固體材料的性能納米材料與常規材料發光譜為何有大的區別？（1）關于電子躍遷的選擇定則問題：由于納米材料的結構，選擇定則對納米態的電子躍遷也可能不再適用．在光的激發下納米態所產生的發光帶中有些發光帶就是常規材料中由于受選擇定則的限制而不可能出現的發光現象．（2）量子限域效應（3）缺陷能級的作用（4）雜質能級的影響納米固體材料的性能9.5磁性

納米結構材料與常規多晶和非晶材料在結構上，特別是磁結構上有很大的差別，這必然在磁性方面也會呈現出其獨特的性能．

納米晶Fe的磁結構有下面的特點：每個納米晶粒一般為一個單的鐵磁疇．相鄰晶粒的磁化由兩個因素來控制：一是晶粒的各向異性．每個晶粒中磁化趨向于排列在自己的易磁化方向；二是相鄰晶粒間磁交互作用使得相鄰晶粒朝向共同磁化方向磁化．由于納米晶體中晶粒的取向是混亂的，加上晶粒磁化的各向異性，這就使得磁化交互作用僅限于幾個晶粒的范圍內，長程的交互作用受到障礙．納米晶材料的磁結構和磁化特點是引起它的磁性不同于常規材料的重要原因．同時，必須指出，納米材料結構與常規材料的不同也是導致它具有新的磁特性的重要原因．納米固體材料的性能9.5.1飽和磁化強度固體的鐵磁性將隨原子間距的變化而變化．納米晶Fe與玻璃態和多晶粗晶α-Fe一樣都具有鐵磁性，但納米Fe的飽和磁化強度從比玻璃態Fe和α-Fe低．在4K時，其飽和磁化強度Ms僅為多晶粗晶α-Fe的30%。鐵的Ms主要取決于短程結構．玻璃態Fe與粗晶α-Fe具有相同的短程序結構，因此，它們具有相同的Ms，而納米晶Fe的界面的短程有序與玻璃態和粗晶α-Fe有差別，如原子間距較大等，這就是納米晶Fe的Ms下降的原因．Ms的下降意味著龐大界面對磁化不利．納米固體材料的性能9.5.2抗磁性到順磁性的轉變及順磁到反鐵磁轉變

（1）

由于納米材料顆粒尺寸很小，這就可能使一些抗磁體轉變成順磁體．如金屬Sb通常為抗磁性的，但納米微晶Sb表現出順磁性。（2）某些納米晶順磁體當溫度下降至某一特征溫度(Neel溫度)TN時，轉變成反鐵磁體，這時磁化率χ隨溫度降低而減小，且幾乎同外加磁場強度無關．Jiang等留用穆斯堡爾譜來研究納米晶FeF2塊材(粒徑10nm)的順磁到反鐵磁體的轉變．而且他們發現：TN不是某一個確定溫度，而是一個溫度范圍。納米固體材料的性能納米α-Fe粉體(7nm)與塊體的穆斯堡爾譜測量結果表明，它們的譜有明顯的差別，在室溫下粉體的穆斯堡爾譜顯示了明顯的超順磁峰，而相應的塊材超順磁峰大大減小．9.5.3超順磁性納米固體材料的性能同樣過程施于γ-Fe2O3顆粒(8nm)，發現其穆斯堡爾譜與塊材沒有明顯的差別．這是由于γ-Fe2O3顆粒表面原有的各向異性能大，塊體界面中的各向異性能也很大，因此τ值較大，磁有序比較難以實現，因此粉體與塊體的超順磁峰基本相同.9.5.4磁相變對納米微晶Er樣品的磁學研究表明，其磁性受納米晶粒的尺度及由此導致晶粒間界所占的大體積百分比的影響是相當大的．納米固體材料的性能圖(a)，圖上有3個明顯的相變點．

圖(b)是通過緩慢蒸發制備的納米微晶Er的磁化率倒數與溫度的關系，這時已很難找到溫度較高的兩個相變．圖(c)為經快速蒸發過程制備的納米微晶Er樣品的磁化率倒數與溫度的關系．此時，3個相變點仍然存在，但所對應的溫度改變了，此外也觀察到超順磁性．納米固體材料的性能

Valiev等人曾觀察到，納米晶體材料具有低的居里溫度．例如粒徑為70nm的納米晶Ni塊材比常規粗晶Ni的居里溫度低約40℃。他們認為納米晶Ni的TC下降純粹是由于大量界面引起的．這里值得指出的是．85nm的納米微粒Ni本身的居里溫度比粗晶的低8℃，因此，納米Ni塊體居里溫度比常規材料低是由界面組元和晶粒組元共同引起的，而不能僅僅歸結于界面的作用．9.5.5居里溫度納米固體材料的性能9.5.6巨磁電阻效應

這個概念在磁電阻概念基礎上延伸出來的。我們知道，一般具有各向異性的磁性金屬材料，如FeNi合金，在磁場下電阻會下降，人們把這種現象稱為磁阻效應。而巨磁電阻效應比一般的磁電阻效應大一個數級，且為負值，各向同性。這里特別應該指出的是，巨磁電阻是在納米材料體系中發現的，這種反鐵磁性的Cr膜與鐵磁性的Fe膜構成的多層膜是在GaAs基片上外延生長得到的金屬超晶格結構，各層膜的厚度為納米級的。納米固體材料的性能目前，顆粒膜巨磁電阻效應的研究主要是兩大材料系列：

(1)銀系，如Co—Ag，Fe—Ag，FeNi—Ag，FeCo—Ag等；

(2)銅系，如Co—Cu，Fe—Cu，Fe比Cu等．

研究的目標一直圍繞著降低出現巨磁電阻效應的外加磁場強度，提高巨磁電阻變化率，提高出現巨磁電阻的工作溫度進行。納米固體材料的性能在一定的顆粒體積百分數下，巨磁電阻呈現極大值．這說明獲得最佳顆粒尺寸和體積百分數是使顆粒膜具有最佳性能的重要條件．

1992年Berkowtz與xiao等人分別發現納米Co粒子嵌在Cu膜中的顆粒膜存在巨磁電阻效應，以后掀起了研究納米顆粒膜巨磁電阻效應的熱潮，在Co-Ag,Fe-Ag等顆粒膜中也陸續發現了巨磁電阻現象．1996年在Co(Ni)-SiO2顆粒膜中發現具有隧道效應的巨磁電阻效應納米固體材料的性能9.6電學性質

電導是常規金屬和合金材料一個重要的性能．近年來，高溫超導材料的發現使一些氧化物材料也成為人們感興趣的超導研究對象，這就大大地豐富了對材料電學性質的研究．納米材料的出現，人們對電導(電阻)的研究又進人了一個新的層次．納米材科中龐大體積百分數的界面使平移周期在一定范圍內遭到嚴重的破壞．顆粒尺寸愈小，電子平均自由程短，這種材料偏移理想周期場愈嚴重，這就帶來了一系列的問題：

(i)納米金屬和合金與常規材料金屬與合金電導(電阻)行為是否相同；(ii）納米材料(金屬與合金)電導(電阻)與溫度的關系有什么差別?(iii)電子在納米結構體系中的運動和散射有什么新的特點?這都是納米材料電性能研究所面臨的新的課題．納米固體材料的性能9.6.1納米材料的電阻（電導)1、納米金屬與合金的電阻納米固體材料的性能由上述結果可以認為納米金屬和合金材料的電阻隨溫度變化的規律與常規粗晶基本相似．其差別在于納米材料的電阻高于常規材料。電阻溫度系數強烈依賴于晶粒尺寸．當顆粒小于某一臨界尺寸(電子平均自由程)時，電阻溫度系數可能由正變負．例如，Ag粒徑和構成粒子的晶粒直徑分別減小至等于或小于18nm和11nm時，室溫以下的電阻隨溫度上升呈線性下降，即電阻溫度系數α由正變負，而常規金屬與合金α為正值，即電阻只和電阻率ρ與溫度的關系滿足Matthissen關系

R=R0(1十α

T)及ρ

=ρ0(1十α

T)．納米固體材料的性能納米非晶氮化硅(粒徑~15nm)粉體經130MPa壓制成塊體后，在不同頻率下測量其交流電導，結果觀察到交流電導先隨溫度的