Los nanomateriales exhiben muchas propiedades exóticas que los materiales tradicionales no tienen. Lo primero que debemos saber es que el nanómetro (principalmente se refiere a menos de 100 nm) de la composición de los nanomateriales tiene cuatro efectos principales:

1. efecto de tamaño pequeño

se destruyen las condiciones de contorno de la periodicidad del cristal; la densidad atómica cerca de la capa superficial de la nanopartícula amorfa disminuye, dando como resultado cambios en las características del sonido, la luz, la electricidad, el magnetismo, y el calor.

con el cambio cuantitativo del tamaño de las partículas, el cambio cualitativo de las propiedades de las partículas se producirá bajo ciertas condiciones. el cambio en las propiedades físicas macroscópicas debido a la reducción del tamaño de las partículas se denomina efecto de tamaño pequeño. para las nanopartículas, el tamaño se vuelve más pequeño, y el área de superficie específica también aumenta significativamente, de modo que las propiedades magnéticas, la presión interna, la absorción de luz, la resistencia térmica, la actividad química, la catálisis y el punto de fusión han sufrido grandes cambios en comparación con las partículas ordinarias, dando como resultado una naturaleza novedosa de la serie. por ejemplo, la absorción de la luz por polvos nanometálicos aumenta significativamente , y se produce el cambio de frecuencia de resonancia de plasmón del pico de absorción; las propiedades magnéticas de las nanopartículas de pequeño tamaño son obviamente diferentes de las de los materiales a granel, desde el estado magnético ordenado al estado magnético desordenado, y la fase superconductora es normal. la transformación de fase. en comparación con los sólidos de gran tamaño sustancias, el punto de fusión de las nanopartículas disminuirá significativamente. por ejemplo, el punto de fusión de las partículas de oro de 2 nm es de 600 K, y el punto de fusión aumenta rápidamente con el aumento del tamaño de las partículas, y el volumen el oro es 1337K.

2. efecto de superficie

el tamaño de partícula de las nanopartículas es pequeño, el número de átomos superficiales aumenta, el área superficial y la tensión superficial aumentan, y la coordinación de los átomos es insuficiente, por lo que las nanopartículas tienen una alta actividad química.

el área de superficie de las partículas esféricas es proporcional al cuadrado del diámetro, y su volumen es proporcional al cubo del diámetro, por lo que su área de superficie específica (área de superficie/volumen) es inversamente proporcional al diámetro. el área superficial específica aumenta significativamente a medida que el diámetro de las partículas disminuye. por ejemplo, cuando el tamaño de las partículas es de 10 nm, el área superficial específica es de 90 m2/g; cuando el tamaño de partícula es de 5 nm,, el área superficial específica es de 180 m2/g; cuando el tamaño de las partículas cae a 2 nm,, el área de superficie específica aumenta considerablemente a 450 m2/g. la reducción del diámetro de las partículas a un nivel nanométrico no solo provoca un rápido aumento en el número de átomos superficiales, sino que también aumenta la el área superficial y la energía superficial de las nanopartículas. esto se debe principalmente a que la cantidad de átomos en la superficie es grande, y el entorno del campo cristalino y la energía de unión de los átomos superficiales son diferentes de los de los átomos internos. los átomos de la superficie carecen de átomos adyacentes, tienen muchos enlaces colgantes, tienen propiedades insaturadas, y son fáciles de combinar con otros átomos para estabilizarse, por lo que tienen una gran actividad química. su energía superficial aumenta considerablemente. esta actividad de los átomos de la superficie no solo provoca cambios en el transporte atómico y la configuración en la superficie de las nanopartículas,, sino también cambios en la conformación del espín de los electrones de la superficie y el espectro de energía de los electrones.

3. efecto de tamaño cuántico

cuando el tamaño de la partícula disminuye hasta cierto valor, los niveles de energía de los electrones cerca del nivel de Fermi cambian de niveles casi continuos a niveles discretos. la división del espaciado del nivel de energía conducirá inevitablemente a diferencias significativas en las propiedades macroscópicas de las nanopartículas .

las bandas de energía de los materiales a granel pueden verse como continuas, mientras que las bandas de energía de los nanomateriales entre los átomos y los materiales a granel se dividirán en niveles de energía discretos. el espacio entre los niveles de energía aumenta con la disminución del tamaño de las partículas. energía, energía del campo eléctrico, o energía del campo magnético es menor que el nivel de energía promedio espaciamiento, aparecerá una serie de propiedades anómalas que son completamente diferentes de los objetos macroscópicos, que se denominan efectos cuánticos. este efecto puede hacer que las nanopartículas tengan una alta no linealidad óptica, propiedades catalíticas y fotocatalíticas específicas.

4. efecto túnel cuántico macroscópico

las partículas microscópicas tienen la capacidad de penetrar la barrera potencial, conocida como tunelización. los estudios han encontrado que las cantidades físicas macroscópicas, como la magnetización de micropartículas y el flujo magnético en dispositivos cuánticos coherentes, también tienen efectos de tunelización. además, nanomateriales tienen efectos sinérgicos y efectos de acoplamiento cuántico causados por combinación, y muchas propiedades exóticas de los nanomateriales pueden ser controladas por campos externos.