纳米材料的奇异特性和二元协同性.ppt

纳米材料的奇异特性 和二元协同性 纳米材料简介 纳米（10-9m）是一个介观尺度的度量单位。这是一个比微观尺度（原子大小为0.1纳米）大，又比宏观尺度（光学显微镜分辨极限的微米尺度）小的世界。在这个世界里的研究工作是从基础物理学对这个尺度上的结构所表现出的奇异特性开始的。并且，人们很早就注意到这种纳米态的性质不主要取决于其体内的原子或分子，而是主要取决于表面或界面上分子排列的状态。由于它们具有量子力学上的强关联性而表现出完全不同于宏观和微观世界的介观性质，这就是纳米材料。纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围内（1～100nm）或由它们作为基本单元构成的材料，其大小介于微观粒子与宏观物体之间，包括零维量子点，一维纳米线、纳米管，二维超薄膜、超晶格等 纳米物质的基本效应 量子尺寸效应 小尺寸效应 当纳米微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的周期性边界条件被破坏，非晶态纳米颗粒的表面层附近原子密度减小，由此导致了电、磁、声、光、热、力等各种性能呈现新的特性，这些特性称为小尺寸效应。 表面效应 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应；近年来人们发现一些宏观量，如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应，该效应有着重要的理论和实际意义，它限定了磁带、磁盘等进行信息存储的时间极限，和量子尺寸效应一起成为未来微电子器件研究的基础。 库仑阻塞效应与量子隧穿效应 介电限域效应 纳米材料的奇异特性 Hall-Petch关系 力学 强度、硬度、塑性、韧性 热膨胀 热学 热稳定性 溶解度 与常规材料相比，纳米材料扩散系数极高，扩散距离短，在相同条件下比常规材料具有很高的溶解度。100oC时，Bi在多晶Cu中的溶解度为10-4%，而在纳米Cu中达到4%。 光吸收 光学