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納米顆粒的歷史：陶瓷納米材料從何而來，未來又將何去？
陶瓷納米顆粒是一類由無機、耐熱的陶瓷材料組成的納米顆粒，這些材料既包含金屬化合物，又包含非金屬化合物，展現出獨特的性能。相較於宏觀陶瓷材料的脆弱和剛性，陶瓷納米顆粒的特性則更加多元，包括電介質性、鐵電性、壓電性、熱電性、鐵磁性、磁阻性、超導性及電光性等。
納米顆粒的誕生始於1980年代初期，透過溶膠-凝膠法形成，隨後的方法則包括燒結和微波燒結等技術。
陶瓷納米顆粒的尺寸極小，使其幾乎沒有缺陷，而較大規模的材料則往往含有使其變脆的缺陷。2014年，一項新技術被提出，利用激光過程將聚合物與陶瓷顆粒結合，形成一種稱為納米樑的結構。這樣的結構在多次壓縮後能夠恢復到其原始形狀，顯示出優異的耐用性。
陶瓷納米顆粒的特性
陶瓷納米顆粒因其特殊的尺寸和分子結構而擁有獨特的性能。這些性能通常表現為各種電學和磁學現象，包括：
- 電介質性 - 可以被電場極化的電絕緣體
- 鐵電性 - 可以雙向極化的電介質材料
- 壓電性 - 在機械壓力下儲存電荷的材料
- 熱電性 - 隨著溫度變化產生暫時電壓的材料
- 鐵磁性 - 在磁化後能持續維持磁場的材料
- 磁阻性 - 在外部磁場下改變電阻的材料
- 超導性 - 降到臨界溫度時表現出零電阻的材料
- 電光性 - 在電場下改變光學性能的材料
納米樑的發展
陶瓷納米顆粒具有超過85%的空氣含量，輕巧、強韌且靈活耐用。由鋁土礦或氧化鋁製成的分形納米樑是一種三維結構，其最大壓縮可達1微米，且在壓縮後能夠沒有結構損壞地恢復到原始形狀。
合成方法
溶膠-凝膠法
製作納米陶瓷的一種常見方法是溶膠-凝膠過程，這涉及一種化學溶液和前驅體的結合。該過程可生產一類陶瓷材料，最終則通過加熱形成固體產品。
雙光子光刻技術
這一方法使用雙光子光刻技術來雕刻聚合物，藉由激光硬化接觸到的部分，形成陶瓷的外殼。最終的納米樑可以被壓縮並恢復到其原始狀態。
燒結技術
傳統的燒結技術通過高溫聚合納米陶瓷粉末，但這樣的技術會損害陶瓷的性能且需要更長的生產時間。微波燒結技術的發展則解決了這些問題，這種方法能夠快速加熱粉末，從而提高生產效率。
歷史回顧
陶瓷納米顆粒的研發始於1980年代初的溶膠-凝膠法，隨後又轉向燒結和微波燒結等新技術。然而，這些技術當時均未能滿足大規模生產的需求。在2002年，有研究者試圖通過逆向工程海洋貝殼的微結構來增強陶瓷的強度。
應用前景
陶瓷納米顆粒在醫療技術中被用於骨修復，並且在能源供應、儲存、通訊、運輸系統、建築和醫療技術等多個領域有著廣泛的應用潛力。其電氣性能使得能量傳輸效率接近100%成為可能。納米樑的未來發展甚至可能取代混凝土或鋼材，成為新一代的建材。
在陶瓷納米顆粒的探索中，我們是否能找到用於未來綠色科技的嶄新解決方案？
