2纳米效应.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 宽频带强吸收 大块金属：具有不同颜色的光泽，对可见光范围各 种颜色（波长）的反射和吸收能力不同 纳米金属颗粒：对可见光反射率极低，几乎都呈黑， 色，纳米颗粒红外吸收带宽化 例如： Pt纳米颗粒反射率为1％，Au纳米颗粒反射率小于10％ 4)光学性质 蓝移和红移现象 不同粒径CdS纳米颗粒，其吸收光谱随着微粒尺寸的变小发生明显的蓝移 与大块材料相比，纳米颗粒吸收带移向短波方向，即“蓝移” 产生“蓝移”的原因 量子尺寸效应 颗粒尺寸下降、能隙变宽，导致光吸收带移向短波方向 表面效应 纳米颗粒小，大的表面张力使晶格畸变，晶格常数变小、键长缩短，导致纳米颗粒的键本征振动频率增大，使光吸收带移向了短波方向 某些情况下相对于粗晶材料，纳米颗粒吸收带移向长波方向，即产生“红移” 其原因在于： 粒径减小，量子尺寸效应会导致吸收带蓝移。但粒径减小时，颗粒内部的内应力增加，导致能带结构变化，使电子由低能级向高能、及半导体电子由价带到导带跃迁引起光吸收带和吸收边发生红移 光吸收带位置是由影响峰位的蓝移因素和红移因素共同作用的结果。 量子限域效应 CdSe x S1－x微粒尺寸由10nm减小 到5nm后，玻璃的光吸收谱出现明显的激子峰 半导体纳米颗粒半径小于激子玻尔半径时，电子平均自由程受小粒径限制，而局限在很小的范围，空穴很容易与它形成激子，引起电子和空穴波函数的重叠，产生激子吸收带 发光 载流子的量子限域效应引起Si纳米颗粒发光 室温下，粒径小于6nm的Si可发射可见光，粒径减小发射带强度增强，并移向短波方向。 粒径大于6nm时光发射现象消失 在530nm波长光的激发下，掺CdSe x S1-x纳米颗粒的玻璃会发射荧光 当颗粒尺寸较小时（5nm）出现了激子发射峰 半导体具有窄的直接跃迁的带隙，在光激发下电子容易跃迁引起发光 纳米颗粒分散物系的光学性质 超细颗粒形成的分散物系是一种具有分散性和不均匀性的溶胶——具有丁达尔效应特征 当分散粒子的直径大于投射光波波长时，光投射 到粒子上就被反射。如果粒子直径小于入射光波 波长，光波可以绕过粒子而向各方向传播，发生 散射，散射出来的光，即所谓乳光 由于纳米颗粒直径比可见光的波长要小得多，所 以纳米颗粒分散系以散射作用为主 根据雷利公式，散射强度为 说明： 散射光强度（即乳光强度）正比于粒子体积平方 乳光强度反比于入射光波长的四次方，入射光波 长愈短，散射愈强 分散相与分散介质折射率相差愈大，粒子的散射 光愈强 乳光强度与单位体积内的粒子数N成正比 1) 吸附 与相同材质的大块材料相比较，纳米颗粒有极强的吸附能力，其吸附性与被吸附物质的性质、溶剂的性质以及溶液的性质有关 1.4 超细颗粒与纳米颗粒的化学特性 非电解质吸附 非电解质通过氢键、范德华力、偶极子的弱静电引力吸附在颗粒表面，其中主要是以形成氢键而吸附。 一个醇分子与SiO2颗粒表面的硅烷醇羟基间只能 形成一个氢键，结合力很弱，属物理吸附 高分子氧化物在SiO2颗粒上的吸附将形成大量 氢键，使吸附力变得很强，属化学吸附 纳米SiO2颗粒吸附醇、酰胺、醚时，其O或N与硅烷醇OH基形成O-H或N-H氢键 SiO2颗粒以硅烷醇层与有机试剂接触 影响非电解吸附的因素： 颗粒表面性质 吸附质的性质 溶剂种类 溶液pH值 SiO2表面在高pH值下带负电，水使得氢键难以形成，吸附能力下降 电解质吸附 实例： 在碱或碱土类金属电解液中，带负电的粘土纳米颗粒很容易把带正电的 Ca2＋离子吸附到表面 产生吸附的原理： 纳米颗粒比表面大，存在不饱和键，表面带电，通过库仑力作用吸引电解质溶液中带相反电荷的离子以平衡表面电荷 氧化物纳米颗粒的电性受pH影响 当 pH低时，表面形成 M-OH2，颗粒带正电。 Cl－，NO3－等阴离子平衡颗粒表面电荷 当pH高时，表面形成M-O键，颗粒带负电，Na＋、NH4＋阳离子是平衡颗粒表面电荷的离子 当pH值处于中间值，氧化物表面形成M-OH键，颗粒呈电中性 2)表面活性及敏感性 新制备金属纳米颗粒接触空气时，能进行剧烈氧 化反应或发生燃烧 无机