-纳米四大效应和征尺度...ppt

纳米尺度的物质与宏观物质一样吗？ 传统化学的研究对象通常包含着天文数字的原子或分子，例如，1克水包含了约3.346*1022个水分子；因此通常所测得的体系的各种物理化学性质都是大量粒子的平均行为。实际上，热力学规律成立的前提条件就是由大量粒子组成的体系； 那么，当研究对象变成纳米尺度的物质，纳米尺度的微观世界，变成一个原子或一个分子时，是否还会遵循传统理论和规律呢？ 水是我们最熟悉的东西，我们每天都离不开水，我们知道油水是不相溶的，无论宏观尺度上的水和微观尺度上的水都是和油不相溶的，你没有办法把它混在一起。 但是如果到了纳米尺度上，也就是说在这个微观世界里，它就能相够溶，并且溶得非常好，成为热力学的稳定相。不管它温度变化也好，振动也好，里头加一点化学原料也好，它都能够是稳定的。 四大效应 量子尺寸效应 小尺寸效应 表面效应 宏观隧道效应 BaTiO3，PbTiO3的结构钙钛矿铁电体 晶体结构： 美国贝尔实验室发现当半导体硒化镉颗粒随尺寸的减小能带间隙加宽，发光颜色由红色向蓝色转移。美国伯克利实验室控制硒化镉纳米颗粒尺寸，所制备的发光二极管可在红、绿和蓝光之间变化。 除了上述的特殊性质之外，纳米材料的量子尺寸效应使纳米材料还具有： 高度光学非线性 特异性催化和光催化特性 强氧化性和强还原型 利用这些特性可以制成光催化剂、强氧化剂、强还原剂、可使用于制备无机抗菌材料。 纳米微粒由于具有小尺寸效应，所以才表现出： （1）特殊的光学性质 （2）特殊的热学性质 （3）特殊的电学性质 （4）特殊的磁学性质 （5）特殊的力学性质 超微颗粒的小尺寸效应还表现在超导电性、介电性能、声学特性以及化学性能等方面。 2.可以使光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移。 宽频带强吸收，大块金属具有不同颜色的光泽，这表明它们对可见光范围内各种颜色（波长）的反射和吸收能力的不同。而当尺寸小到纳米量级时，各种金属纳米微粒几乎都成黑色。它们对可见光的反射能力极低。如纳米Pt粒子的反射率为1%，纳米Au粒子的反射率小于10%，这种对可见光低反射率的纳米材料，它的吸收率强。 例如，纳米铁粉，因具有了吸光性，而变成了黑色；它甚至于一改“不怕火烧”的“英雄本性”，而变成一旦遇到空气，就能马上燃烧起来，生成氧化铁。 利用光学特性可以作为高效率的光热、光电等转换材料，可以高效率地将太阳能转变为热能、电能。也有可能应用于红外敏感原件、红外隐身技术（纳米复合材料对光的反射度极低，但对电磁波的吸收性能极强，是隐形技术的突破）等。 利用红外隐身技术的案例： 案例：纳米ZnO对雷达电磁波具有很强的吸收能力，所以可以做隐形飞机的重要涂料。 1991年春的海湾战争，美国执行空袭任务的F－117A型隐身战斗机，其机身外表所包覆的红外与微波隐身材料中亦包含有多种超微颗粒，它们对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，可以逃避雷达的监视，而伊拉克的军事目标没有这种设施，损失惨重。 红外光吸收：纳米Al2O3、TiO2、SiO2、Fe2O3及其复合材料对人体红外有强烈吸收，可以起到保暖作用，减轻衣服重量，对登山运动员、军人战士防寒。 紫外光吸收：纳米TiO2、Al2O3、SiO2、ZnO粉末对250nm以下的波长有较强的吸收。185nm的短波紫外线对人体健康有损害，而且对日光灯的寿命有影响，若将Al2O3粉末掺入稀土荧光粉中，可吸收掉这些有害的紫外光。 磁学：纳米尺度的强磁性颗粒（Fe-Co合金，氧化铁等)，随着颗粒尺寸减小磁性呈现一定的规律。当颗粒尺寸为单磁畴临界尺寸时，具有甚高的矫顽力。 当颗粒尺寸减小，一直热能大于磁能时，颗粒的磁化矢量再热激发下将随时间而变，此时整个颗粒和顺磁性原子相同，所不同的是颗粒内通常可含有105量级原子，因此颗粒磁矩较单个原子约大105倍，这种现象称为超顺磁性。 当纳米颗粒小到一定临界值时，如α-Fe、Fe2O3 和α-Fe2O3粒径分别为5nm 、 16nm和20nm 时变为超顺磁体。 超顺磁状态的起源是什么？ 特殊的力学性质： 因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。 纳米陶瓷粉制成的陶瓷有一定的塑性，高硬度和耐高温。 纳米陶瓷刚柔并济！ 特征时间﹑空间尺度 对于Si的情形，假设电子被引入Si与氧化物或者Si与应变SiGe层之间的反型层，采用调制掺杂。 在每一种情形，选择器件中常用的载流子密度，由此得到特征尺度。 * 现在讨论相位弛豫时间 与相位弛豫长度 的关系 如果相位弛豫时间与动量弛豫时间同一数量级或者小于后者， 在弛豫时间内，电子不受散射，输运是弹道的。 它们之间的关系： 这一结果仅对高迁移率的半导体是正确的。 对于低迁移