纳米材料的基本效应.ppt

姓名：田 俐 研究方向：功能材料化学，纳米光电材料 Tel E-mail：tianli_cl@163.com QQ：849050031 课堂要求：按时到课，认真听课，要求互动 (20%) 课后：及时复习，适当预习，按时完成作业 作业要求：工整简洁，按时上交（10%） 总评成绩=平时成绩（30%）+考试成绩（70%） 深入了解和掌握纳米材料的结构、性能、制备、检测方法和工艺的基础理论与知识 了解纳米材料领域内必威体育精装版进展和成果 具备具体分析、设计、研究和应用纳米材料的基础知识、基本方法和能力。 掌握纳米材料相应的基本知识、基本技能及必要的理论基础。 了解纳米材料的性能、必威体育精装版研究进展、应用、发展规划与产业化前景。 多媒体教学 科研经验与教学互动模式教学 理论教学与实践操作相结合 目 录 第1章 纳米材料的基本效应 纳米是一种长度单位，1nm=10-9m, nanometer。 纳米材料：在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本结构单元构成的材料。 纳米材料由两种结构组元构成。 （1）晶体组元（体相）：纳米晶粒中的原子组成。 （2）界面组元（晶界相）：纳米晶粒的表面原子形成的晶粒间的界面原子组成。 纳米结构：其尺寸介于原子、分子并小于100nm 的一种显微组织结构（原子团簇、纳米微粒、纳米孔洞、纳米线、纳米薄膜）。 纳米材料：具有纳米结构的材料。 （1~100nm） 按维度划分： 零维：指空间三维尺度均在纳米尺度范围，如纳米尺度颗粒、原子团簇等。 一维：指在空间有两维处于纳米尺度范围，如纳米丝、棒、管等。 二维：指在三维空间中有一维在纳米尺度范围，如纳米薄膜、纳米片等。 三维：指块体材料中含有纳米颗粒或纳米晶体。 1. 表面效应 随着粒度的减小，颗粒的比表面积增大，其表面能也随之提高； 颗粒表面原子数与总原子数的比例随颗粒的变小而增大。 当超微颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长等物理尺寸相当或更小时，就会导致声、光、电、磁、热、催化等物理、化学性能的变化。 特殊的热学性能 奇特的磁学性能 超顺磁性：纳米颗粒尺寸小于一临界值时，进入超顺磁状态。如强铁磁性?-Fe，Fe3O4和?-Fe2O3块体的颗粒直径小于5nm, 16nm和20nm 时变成了超顺磁性体。 矫顽力：强磁性纳米颗粒（Fe、Co合金、铁氧体等），随着颗粒尺寸降低，饱和磁化强度下降，但矫顽力却显著增加。 Idealized density of states for one band of a semiconductor structure 电子具有粒子性又具有波动性，因此存在隧道效应。 近年来，人们发现一些宏观物理量，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，称之为宏观的量子隧道效应。 在制造半导体集成电路时，当电路的尺寸接近电子波长时，电子就通过隧道效应而溢出器件，使器件无法正常工作，经典电路的极限尺寸大概在0．25微米。 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。（局域场强的增强） 主要来源于微粒表面和内部局域场强的增强。 当介质的折射率对比微粒的折射率相差很大时，就产生了折射率边界，这就导致微粒表面和内部的场强比入射场强明显增加。 一般来说，过渡族金属氧化物和半导体微粒都可能产生介电限域效应，纳米颗粒的介电限域对光吸收、光化学、光学非线性等都会有重要的影响。 Worldwide government RD spending on nanotechnology 列举生活中一些纳米材料的应用。 Wavelength of absorption threshold as a function of particle size 吸收阈值 Rayleigh light-scattering of particles deposited on a microscope glass slide. 沉积在玻璃片上的纳米颗粒的瑞利散射 4. 宏观量子隧道效应 5. 介电限域效应 田 俐 湖南科技大学化学化工学院 2012-08-21 纳 米 材 料 nanomaterials 主 讲 教 师 学 习 要 求 课 程 介 绍 必选课 学时：32 课程性质:以纳米材料的制备及结构性能表征为重点，比较全面和系统地介绍了纳米材