材料学基础 纳米材料.ppt

2. 纳米结构种类 0d: cluster 团簇 C60、量子点quantum dots（10nm)、 纳米颗粒 1d: nanotubes, nanowires(quantum wires), nanorods, nanobelts, nanofibers 2d: superlattice (quantum well), thin films, multilayers 3d: nanocystals, nano-composites, nano-devices 特征： ① 至少有一个方向的尺度是纳米范围： 1-100 nm ② 纳米效应： 3、趁势与主要问题 尺寸、形态可控，按照一定规律排列的纳米结构，直接长出分子器件 (self-assembly) 单个Nano 的性能测量 结构——性能的关联 挖掘新Nano 结构、新性能 1. 结构单元及其几何特征 Geometric 1）基本单元(组元)Unit：颗粒、单相区、畴 （微域） [Crystals：原子/离子/分子] 单元的性质：金属，无机非金属，高分子，液相，气相 （晶态/或非晶态） 2）单元的相对含量 Composition ：材料的组成 [Crystals：原子比/Mole比] 简化处理：旋转体， a1=a2 长、短轴半径 定义一个长短轴半径比（纵横比aspect ratio)  p = a3/a1 退极因子（消磁因子）depolarition factor： e.g., ① 对二相材料: i = 2, f1+ f2 = 1 ② 致密多晶: i=1, f=1, 体积分数无意义 ③ 通常多晶: 一般有气孔， 退极因子（消磁因子）depolarition factor： Lii 4) 单元尺寸 Size [Crystals：原子/离子/分子半径] 4) 单元取向 Orientation 2. 拓扑特征 Topology 1）连接度 Connectivity 2) 周期性 Periodicity 光子“晶体”、声子“晶体”: 在显微结构层次上具有类似晶体的周期性  (SC,HCP,FCC) Photonic crystals (光子晶体） 介电 周期结构 光子带隙 (PGB) Phononic (or sonic) crystals (声子晶体） 密度/刚度 周期结构 声子带隙(SGB）或 弹性带隙(EBG) 3. 渗流(逾渗)现象 Percolation 结构中的几何相变: 0-3（弥散） 3-3（连通） Percolation (1953) 1) 格子渗流 Lattice percolation 3）渗流阈值 临界点：与显微结构密切相关 a3/a1=p 增加》1 或 减小 《1，fc 减小 ① 尺寸的影响 Section Ⅱ Materials Properties Chap. 5 Materials properties and basis for tensors Chap. 6 Tensor and matrix representations of properties Chap. 5 Materials properties and basis for tensors 按照对外场的响应分为： 其中 F 为外场（作用量），J 为对外场的响应（感应）， K 为材料的性能。 1） 对角线上的基本性能 J = K F Hooke定律：σ=C ?ε C：弹性模量 Ohm定律：J=σ? E σ：电导率 Fourier定律：q= -λ▽T λ：热导率 Fick 定律： q= - D ▽c D：扩散系数 Maxwell方程：B=μ ? H μ：磁导率 Maxwell方程：D= ε ?