Question

【題目】閱讀以下材料，回答相關問題。

納米材料的小尺寸效應

物質的尺度加工到1～100nm，它的物理性質或者化學性能與較大尺度時相比，會發(fā)生變化，這些物質組成的材料稱為“納米材料”。

納米材料在聲、光、電、磁、熱、力學等性能呈現出“新奇”的現象。隨著顆粒尺寸變小，在一定條件下會引起顆粒性質改變。由此引起的宏觀物理性質的變化稱為“小尺寸效應”。納米材料小尺寸效應主要表現在如下方面：

1．特殊光學性質：所有金屬在納米狀態(tài)時都呈現黑色。尺寸越小顏色愈黑，銀白色的鉑變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常低于l％，約幾微米厚度就能完全消光。利用此特性可制造高效率光熱、光電轉換材料，以很高效率將太陽能轉變?yōu)闊崮堋㈦娔�。還可用于紅外敏感元件、紅外隱身技術等。

2．特殊熱學性質：通常晶體具有固定的熔點，當晶體達到納米尺寸時卻截然不同。例如：金的熔點為1064℃，而直徑為10nm的金粉熔點降低到940℃，直徑為5nm的金粉熔點降低到830℃。此特性可應用于粉末冶金工業(yè)。

3．特殊電學、磁學性質：納米材料的導電性有所改變。例如：銅顆粒達到納米尺寸就變得不能導電；通常絕緣的二氧化硅顆粒在20nm時卻開始導電。此外，納米材料呈現出超順磁性，科學家發(fā)現鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細菌等生物體中都存在超微磁性顆粒，使這類生物在地磁場導航下能辨別方向，具有回歸的本領。

4．特殊力學性質：氟化鈣納米材料在室溫下可大幅度彎曲而不斷裂。研究表明，人的牙齒具有高強度，是因為它由磷酸鈣等納米材料構成。納米金屬要比傳統金屬硬3～5倍。金屬陶瓷復合納米材料不但強度高且韌性好，制成的刀具比金鋼石制品還要堅硬。

納米材料小尺寸效應還表現在超導電性，介電性能、聲學特性以及化學性能等方面。

納米技術目前已成功應用于許多領域，在工業(yè)、農業(yè)、能源、環(huán)保、醫(yī)療、國家安全等都有廣泛應用，圖34是1993年中國科學院北京真空物理實驗室自行操縱原子寫出的“中國”二字，標志著我國開始在世界納米領域占有一席之地。

請回答下列問題：

（1）銅顆粒達到納米尺寸就可以變成 （選填：“導體”或“絕緣體”） 。

（2）金屬陶瓷復合納米材料強度高且韌性好，請對此種材料提出一項可以應用于人體的設想： 。

（3）小東針對納米材料的“特殊光學性質”，提出了一個問題：金屬的顏色會變黑嗎？

請你判斷這是不是一個可以探究的科學問題。答： 。

（4）請你針對納米材料“特殊熱學性質”，提出一個可以探究的科學問題： 。

Answer 1

【答案】（1）絕緣體 ；（2）人造牙齒、人造骨骼 等 ；（3）不是；（4）納米晶體的熔點與其直徑有關嗎？

或：納米晶體的直徑越小，它的熔點如何變化？

【解析】

試題分析：（1）由材料的內容可知，銅顆粒達到納米尺寸就變得不能導電，成為絕緣體；（2）人的牙齒具有高強度，金屬陶瓷復合納米材料不但強度高且韌性好，可以用來制造人造牙齒、人造骨骼等 ；（3）所有金屬在納米狀態(tài)時都呈現黑色，尺寸越小顏色愈黑，所以金屬的顏色會變黑不需要去探究，這就是一個事實；（4）由材料可知，通常晶體具有固定的熔點，當晶體達到納米尺寸時卻截然不同；故可提出：納米晶體的熔點與其直徑有關嗎？