纳米化学 第二讲 纳米结构单元和术语.pdf

第二章 纳米结构单元及相关术语 1）团簇 2）纳米粒子 3）纳米相材料 4）准一维纳米材料 5）量子阱、量子线和量子点 6）人造原子 物质性质随尺寸的演变 块体 微晶 纳米粒子 分 团簇 子 1厘米 1微米 100纳米 10纳米 1纳米 0.1纳米 Fe Fe Fe 块体铁材料 铁纳米相材料 铁磁性消失 银白色金属光泽 无金属光泽，黑色 （超顺磁性） 导体 矫顽力增大 绝缘体 铁磁性 电阻增大 团簇 （Cluster） 团簇是各种物质由原子、 分子向大块物质转变的过 渡状态，或者说，团簇代 表了凝聚态物质的初始状 态，是介于原子、分子与 宏观固体之间的物质结构 的新层次，有时被称为物 质的“第五态”。 从原子到宏观块体材料的演变 团簇的定义： 团簇是由几个至上千个原子、分子或离子组成的相对稳定的 聚集体（尺寸常常不超过1nm）。 团簇的分类： 1）一元原子团簇，如：Na , Ni ，C , C n n 60 70 2）二元团簇，如：In P , Ag S n m n m 3）多元团簇，如：V (C H ) n 6 6 m 4）原子簇化合物，是原子团簇与其它分子以配位键结合 形成的化合物（例如，某些含Fe-S团簇的蛋白质分子）。 团簇的特点： 团簇往往产生于非平衡条件，很难在平衡的气相中产生。对于尺 寸较小的团簇，每增加一个原子，团簇的结构发生变化，所谓重构。 而当团簇大小达到一定尺寸时，变成大块固体的结构，此时除了表 面原子存在驰豫外，增加原子不再发生重构，其性质也不会发生显 著改变，这就是临界尺寸。 原子团簇不同于具有特定大小和形状的分子，不同于分子间以 弱的相互作用结合而成的聚集体以及周期性很强的晶体。其形状可 以是多种多样的，已知的有球状、骨架状、洋葱状、管状、层状、 线状等。除惰性气体外，均是以化学键紧密结合的聚集体。 团簇的幻数： 在各种团簇的质谱分析中，有一个共同 的规律：在团簇的丰度随着所含原子数 目n的增大而缓慢下降的过程中，在某 些特定值n=N，出现突然增强的峰值， 表明具有这些特定原子（分子）数目的 团簇具有特别高的热力学稳定性。这个 数目 N 就叫做团簇的幻数（Magic Number）。 这种特征，与原子中的电子状态，原子 核中的核子状态很相似，表明团簇也具 激光蒸发石墨产生碳原子团簇的质谱 有壳层结构（shell structure）。这与对 （1984年Exxon石油公司罗尔芬小组） 称性和相互作用势密切相关。 C60及富勒烯家族： 碳的第三种稳定的同素异形体。1985年，H. W. Kroto,