纳米技术与系统1-2-浙江大学光电系.ppt

颗粒直径 比表面积 (m2/g) 表面原子/总原子比例 10 nm 90 20％ 5 nm 180 40％ 2 nm 450 80％ 1 nm 900 99％ 一、表面效应： 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，体积 与直径的立方成正比，比表面积（表面积/体积）与 直径成反比。表面原子数 ??? ? 球形颗粒的直径—比表面积与原子数对比 = 体积 数量1000个,表面积10倍 ? 直径减小，比表面积与表面原子数显著增大！ 如纳米TiO2 粒子直径减少到纳米级，表面原子数、比表面积、表面能都会迅速增加；表面原子有许多悬空键，具有不饱和性质，容易与其它原子相结合，故具有很大的化学活性。 2-3 由于物质颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应 。 特殊的光学性质——金属失色、红外吸收、隐身(消光) 特殊的热学性质——如大块金熔点1063?C ? 纳米金熔点327?C， 大块银熔点670?C ? 纳米银熔点100?C。 特殊的磁学性质——磁铁可能变成非磁铁、非磁铁变成磁铁。 特殊的力学性质——如超强度、超硬度，陶瓷可呈现良好塑性。 又如纳米铜的超延展性。 二、小尺寸(体积)效应： 电子的粒子性、波动性——隧道电流效应。 微颗粒磁通量、磁化强度等——宏观量子隧道效应。 例如，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件或者短路。 利：SPM的基础，未来微电子、光电子器件的基础； 弊：现存的微电子器件进一步微型化的(物理)极限； 三、宏观量子隧道效应： 四、量子尺寸效应： 纳米粒子尺寸下降到一定值时，电子能级由连续能级变为分立能级的现象，这一效应可使纳米粒子具有高的光学非线性、特异催化性和光催化性质等。 如导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体，磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关，比热亦会反常变化，光谱线会产生向短波长方向的移动，这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此，对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应，原有宏观规律已不再成立。 ? 纳米材料的分类 零维：纳米颗粒与团簇 ? 按 维 数 分 一维：纳米线、纳米棒、纳米管 二维：纳米薄膜、纳米涂层等 纳米金属 纳米晶体 ? 按化学成份分 纳米陶瓷 纳米玻璃 纳米高分子 等 纳米磁性材料 纳米半导体材料 ? 按材料物性分 纳米非线性光学材料 纳米铁磁体材料 纳米超导体材料 等 纳米电子材料 纳米光电子材料 ? 按应用领域分 纳米生物医学材料 纳米敏感材料 纳米储能材料 等 例: 薄膜、OLED 45/60 ? 纳米材料的制备方法 – 物理方法：真空冷凝法、机械球磨法等 – 化学方法：气相沉积、化学沉淀、水热、凝胶法等 ? 几种典型的纳米材料及其应用