Question

【题目】阅读以下材料，回答相关问题。

纳米材料的小尺寸效应

物质的尺度加工到1～100nm，它的物理性质或者化学性能与较大尺度时相比，会发生变化，这些物质组成的材料称为“纳米材料”。

纳米材料在声、光、电、磁、热、力学等性能呈现出“新奇”的现象。随着颗粒尺寸变小，在一定条件下会引起颗粒性质改变。由此引起的宏观物理性质的变化称为“小尺寸效应”。纳米材料小尺寸效应主要表现在如下方面：

1．特殊光学性质：所有金属在纳米状态时都呈现黑色。尺寸越小颜色愈黑，银白色的铂变成铂黑，金属铬变成铬黑。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常低于l％，约几微米厚度就能完全消光。利用此特性可制造高效率光热、光电转换材料，以很高效率将太阳能转变为热能、电能。还可用于红外敏感元件、红外隐身技术等。

2．特殊热学性质：通常晶体具有固定的熔点，当晶体达到纳米尺寸时却截然不同。例如：金的熔点为1064℃，而直径为10nm的金粉熔点降低到940℃，直径为5nm的金粉熔点降低到830℃。此特性可应用于粉末冶金工业。

3．特殊电学、磁学性质：纳米材料的导电性有所改变。例如：铜颗粒达到纳米尺寸就变得不能导电；通常绝缘的二氧化硅颗粒在20nm时却开始导电。此外，纳米材料呈现出超顺磁性，科学家发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中都存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。

4．特殊力学性质：氟化钙纳米材料在室温下可大幅度弯曲而不断裂。研究表明，人的牙齿具有高强度，是因为它由磷酸钙等纳米材料构成。纳米金属要比传统金属硬3～5倍。金属陶瓷复合纳米材料不但强度高且韧性好，制成的刀具比金钢石制品还要坚硬。

纳米材料小尺寸效应还表现在超导电性，介电性能、声学特性以及化学性能等方面。

纳米技术目前已成功应用于许多领域，在工业、农业、能源、环保、医疗、国家安全等都有广泛应用，图34是1993年中国科学院北京真空物理实验室自行操纵原子写出的“中国”二字，标志着我国开始在世界纳米领域占有一席之地。

请回答下列问题：

（1）铜颗粒达到纳米尺寸就可以变成 （选填：“导体”或“绝缘体”） 。

（2）金属陶瓷复合纳米材料强度高且韧性好，请对此种材料提出一项可以应用于人体的设想： 。

（3）小东针对纳米材料的“特殊光学性质”，提出了一个问题：金属的颜色会变黑吗？

请你判断这是不是一个可以探究的科学问题。答： 。

（4）请你针对纳米材料“特殊热学性质”，提出一个可以探究的科学问题： 。

Answer 1

【答案】（1）绝缘体 ；（2）人造牙齿、人造骨骼 等 ；（3）不是；（4）纳米晶体的熔点与其直径有关吗？

或：纳米晶体的直径越小，它的熔点如何变化？

【解析】

试题分析：（1）由材料的内容可知，铜颗粒达到纳米尺寸就变得不能导电，成为绝缘体；（2）人的牙齿具有高强度，金属陶瓷复合纳米材料不但强度高且韧性好，可以用来制造人造牙齿、人造骨骼等 ；（3）所有金属在纳米状态时都呈现黑色，尺寸越小颜色愈黑，所以金属的颜色会变黑不需要去探究，这就是一个事实；（4）由材料可知，通常晶体具有固定的熔点，当晶体达到纳米尺寸时却截然不同；故可提出：纳米晶体的熔点与其直径有关吗？