纳米2014-光科开题报告.ppt

* ? 扫描探针显微分析 原子力显微镜(AFM) AFM的工作原理：由激光器发出的一束红光经准直、聚焦后，照射到微悬臂上。微悬臂的尖端是探针，背面是用于反射激光光束的光滑镜面。激光经反射后最终照射到光敏检测器上。当探针在样品表面扫描时，由于样品表面起伏不平而使探针带动微悬臂弯曲变化，使得光路发生变化，最终导致照射到光敏检测器上的激光光斑位置发生移动。将光斑位移信号转换成电信号，经放大处理后可得到图象信号。 * * * * * * * * * * * * 。 * * * * * * * * * * * * * * * *  * * 第二章 纳米材料的基本理论 纳米材料与纳米结构的定义 纳米微粒的基本理论 电子能级的不连续性 量子尺寸效应 小尺寸效应 表面效应 宏观量子隧道效应 库仑堵塞和量子隧穿 介电限域效应 * ? 纳米微粒的基本理论 当粒子尺寸下降到某一值时，金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级，能隙变宽现象均称为量子尺寸效应。 量子尺寸效应 * Kubo理论，金属相邻电子能级间距和颗粒直径的关系为 ? 纳米微粒的基本理论－－量子尺寸效应 δ为能级间距，??N为总传导电子数，EF为费米能级 对于宏观物体，包含无限个原子数，N→∞，则 δ→0，即能级为准连续； 对于纳米颗粒，N值很小，则δ有一定值，相邻能级有一定的间隔，即电子能级为分立的能级。 d ?, δ? * ? 纳米微粒的基本理论－－量子尺寸效应 导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体 d?, δ?，电子移动困难，电阻率增大 磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关 光谱线会产生向短波长方向的移动 催化活性与原子数目有奇妙的联系 * ? 纳米微粒的基本理论 当纳米微粒的尺寸与光波的波长、德布罗意波长、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，晶体周期性边界条件被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的小尺寸效应。 小尺寸效应 * ? 纳米微粒的基本理论－－小尺寸效应 光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共 振频移 磁有序态向磁无序态、超导相向正常相转变 声子谱发生改变 纳米颗粒的熔点降低 * ? 纳米微粒的基本理论 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随纳米粒子尺寸的减小而大幅度地增加，粒子的表面能和表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子性质的变化。 表面效应 表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在大量的表面缺陷和悬空键，具有不饱和性，因而极易与其他原子反应，具有很高的化学反应活性。 * ?纳米微粒的基本理论－－表面效应 金属铜或铝的纳米颗粒一遇空气就会燃烧，发生爆炸 (炸药、火箭） 一些无机纳米微粒暴露在大气中会吸附气体，并与气体进行反应（储氢材料） 很大的比表面，加快化学反应过程 （高效催化剂） * ? 纳米微粒的基本理论 隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力 电子具有粒子性又具有波动性，存在隧道效应。一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。 宏观量子隧道效应 * ? 纳米微粒的基本理论－－宏观量子隧道效应 宏观量子隧道效应、量子尺寸效应将会是未来微电子、光电子器件的基础，它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限。当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。 * ? 纳米微粒的基本理论－－库仑堵塞效应 当体系的尺度进入到纳米级，体系是电荷“量子化”的，即充电和放电过程是不连续的，充入一个电子所需的能量Ec 为e2/2C，（e为一个电子的电荷，C 为小体系的电容）体系越小，C 越小，能量Ec 越大。这个能量称为库仑堵塞能。 库仑堵塞能是前一个电子对后一个电子的库仑排斥能，这就导致了对一个小体系的充放电过程，电子不能集体传输，而是一个一个单电子的传输．通常把小体系这种单电子输运行为称库仑堵塞效应。 * ? 纳米微粒的基本理论－－库仑堵塞与量子隧穿 若两个量子点通过一个“结”连接起来，一个量子点上的单个电子穿过能垒到另一个量子点上的行为称作量子隧穿． 为了使单电子从一个量子点隧穿到另一个量子点，在一个量子点上所加的电压必须克服 Ec，即V＞ e/C。 通常，库仑堵塞和量子隧穿都是在极低温度情况下观察到的，条件是（ e2/2C）＞ kBT。 利用库仑堵塞和量子隧穿效应可设计下一代的纳米结构器件，如单电子晶体管和量子开关等。 * ? 纳米微粒的基本理论－－介电限域效应 介电限域是纳米微粒分散在异质介质中由于界面引起的体系介电增强的现象。当