纳米技术系列报道之三：纳米相材料革命已经来临（下） [复制链接]

    相反，诸如有害的紫外线等放射线的波长比较短，不能轻易通过诸如二氧化钛、氧化锌和氧化铁等分散的纳米相陶瓷粒子。在这种情况下，这种小晶粒就能吸收或散射紫外线。因此，人们正在试验把纳米相粉末用作遮光剂。此外，由于量子隔绝效应，纳米相原子团的颜色可以随其体积大小而改变。以前在美国电话电报公司贝尔实验室工作、现在在哥伦比亚大学工作的路易斯·布鲁斯，已在溶液中制造出几种不同的纳米相硒化镉，每一种似乎有不同的颜色。事实上，只要改变其原子团的大小，就能制造出在光谱中存在的几乎任何一种颜色的硒化镉。正因为如此，纳米相粉末在整容业得到迅速的发展应用。
    纳米相材料在化学上的应用也是很有发展前途的。通用汽车公司的唐纳德·贝克和我在１９８９年开始探索我们这种新材料的可能具有的催化作用。铂和铑的纳米粒子早就被用作催化剂了，虽然它们还需加入其它支持性材料。
    纳米材料的电子特性和磁特性也是异乎寻常和可以控制的
    ——就像在录音介质中广泛应用的超微磁粉所显示的那样。目前的观察发现，外加磁场可以大大降低各种纳米相结构中的电阻，这一发现是非常令人激动的。这种称作大磁致电阻的特性将对磁存储介质应用产生相当大的影响。然而，在这篇文章中我将集中谈谈陶瓷半导体氧化锌的一种新发现的、令人感兴趣和重要的电子特性。潜力巨大的纳米相氧化锌
    氧化锌——处在常规的多晶体形式并搀进一些经过选择的杂质——是制造压敏电阻或变阻器的基本材料。在这些应用范围很广的简单装置中，当通过的电流大幅度增加时，电阻就会大大降低，使这些装置中的电压稳定在某一个值，这个值被称作阀电压。这些变阻器的非线性性能状态来自于它们的晶粒界面的电子特性。因此，我推测，如果我们能制造出纳米相氧化锌的话，它——比普通氧化锌的晶粒界面的数目多得多——可能是更好的变阻材料。目前，在阿尔贡实验室的同事的帮助下，我们已经能够生产纯纳米相氧化锌。
    在圣母大学学生琼泰·李和西北大学的托马斯·梅森等人的合作下，我们最近已经证明，即使是纯的氧化锌也显示出变阻特性。其阀电压非常低——只有搀了许多变阻材料的普通变阻器的１／４０一—但使用起来一样方便。我们以前的同事、现在回到马德拉斯大学工作的拉马塞米所作的调查表明，如果纳米相氧化锌搀入类似的杂质，制成商用变阻器，它可能会更有用。确实，生产阀电压参数超过３００的氧化锌变阻器应该是可能的。关键的工程参数是晶粒大小和加到材料中的晶粒界面数量以及搀进这些晶粒界面的杂质的种类和数量。要把这些结果变成最后产品还有许多工作要做，但潜力是巨大的。世界范围内研发热潮
    尽管本文集中谈纳米相材料异乎寻常的特性，我们和其他研究人员在搞清这些物质的结构方面也做了大量工作，物质的结构是了解它们的特性的重要信息。全世界有许多研究小组开发出各种新的合成方法。其中包括用化学或物理手段从原子或分子原始粒子合成纳米相材料（物理手段是我们喜欢用的手段）以及通过对大颗粒原始粒子进行加工——通常是用机械粉碎或结晶方法进行加工——而合成纳米相材料。
    一般来说，最好用原子或分子这样的原始粒子制造纳米相材料，因为制造者可以对材料的许多微观方面进行最有效的控制。但是，其他方法常常能产生有价值的结果，有时会更容易得多。现在似乎已经清楚，纳米相材料在未来的材料技术中将发挥越来越重要的作用。一场革命已经开始，随着我们能用更聪明和更有效的方法在原子级控制物质，这场革命将会更加深入。（下）