纳米的材料与其应用ppt课件.pptVIP

* 二、纳米材料的量子效应 1、量子尺寸效应 以下两种情形均称为量子尺寸效应： 一是纳米粒子尺寸小到某一值时，在费米能级附近的电子能级由准连续变为离散的现象； 二是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，能级间隔变宽现象。 * 当能级间隔大于热能、磁能、静电能、光子能量或超导态的凝聚能时，就必须要考虑量子尺寸效应。 量子尺寸效应导致纳米微粒的磁、光、声、热、电以及超导电性与宏观特性有着显著的不同。 例如，当温度为1K时， Ag纳米微粒粒径 14nm时，Ag纳米微粒变为金属绝缘体。 * 2、小尺寸效应 当超细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，晶体周期性的边界条件将被破坏；非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性呈现新的变化，称为小尺寸效应。 例如，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转变；超导相向正常相的转变；声子谱发生改变等。 * 三、纳米材料的热学特性 纳米微粒的熔 点、烧结温度 和晶化温度均 比常规粉体低 得多。这是纳 米微粒量子效 应造成的。 * 四、纳米材料的磁学特性 纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应，使其具有常规粗晶材料不具备的磁特性。 主要表现为：超顺磁性、矫顽力、居里温度和磁化率。 * 超顺磁状态的起因： 由于小尺寸下，当各向异性能减小到与热运动能可相比时，磁化方向就不再固定在一个易磁化方向，易磁化方向作无规律的变化，结果导致超顺磁性的出现。 例如，粒径为85nm的纳米镍Ni微粒，矫顽力很高，而当粒径小于15nm时，其矫顽力Hc→0，即进入了超顺磁状态。 * 五、纳米材料的光学特性 1、宽频带强吸收 当尺寸减小到纳米级时，各种金属纳米微粒几乎都呈黑色，它们对可见光的反射率极低。这就是纳米材料的强吸收率、低反射率。 例如，铂金纳米粒子的反射率为1%。 纳米氮化硅、碳化硅及三氧化二铝对红外有一个宽频带强吸收谱。 * 2、纳米微粒分散物系的光学性质和发光效应 纳米微粒分散于介质中形成分散物系（溶胶），纳米微粒称为胶体（或分散相）。 由于在溶胶中胶体的高分散性和不均匀性，使得分散物系具有特殊的光学特性，例如丁达尔效应。 * 丁达尔效应——如果让一束聚集的光线通过分散物系，在入射光的垂直方向上可以看到一个发光的圆锥体。 另外，当纳米微粒的尺寸小到一定值时，可在一定波长的光激发下发光。这是载流子的量子限域效应引起的。 * 六、纳米材料的应用 由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，使得它在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性，因此纳米微粒在磁性材料、传感、医学、传感、军事等方面有广泛的应用。 1、磁性材料 2、光学应用 3、生物和医学上的应用 4、传感材料 5、军事上的应用 * 1纳米等于十亿分之一米（即10的负9次方米），相当于万分之一头发的粗细。 宏观现象和微观现象是我们对物质的认识的两个层次。现在在这两个层次之间，加上一个层次。在1—100nm这个范围内，物质的许多性质都发生变化，原来是良导体的金属，当尺寸小到几个nm时就变成了绝缘体，而原来是共价键的绝缘体，当尺寸小到几个nm时，电阻大大下降，甚至可以导电。 常规固体材料在一定条件下物理性能是稳定的，而处于纳米状态下时，颗粒尺寸对性能产生强列的影响。不仅纳米微粒具有许多独特的性能，而且由它构成的二维薄膜以及三维固体也表现出不同于它常规块体材料和薄膜的性质。 介观——介于宏观与微观之间的领域。广义说，凡是出现量子相干现象的体系都称为介观体系，它包括团簇、纳米体系和亚微米体系，范围大约为0.1—1μm。目前，常常把亚微米级体系有关现象的研究，特别是对电现象的研究称为介观物理。 “小的是最好的”，这句在20世纪经济学的箴言，在21世纪的科技时代愈发精辟。因为在人类进入21世纪之际，更被科学界看好的纳米技术为我们展现了一幅色彩斑谰的前景。 * 一、工艺方法很多。常见的有激光诱导化学气相沉积法 （LICVD）、低温等离子