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⑴宽频带强吸收a.纳米金属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各种颜色(波长)的反射和吸能力不同(我们看到的是反射最强的光的颜色)。而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。例如:Pt纳米粒子的反射率为1%,Au纳米粒子的反射率小于10%。这种对可见光低反射率,强吸收率导致粒子变黑。**第29页,共56页,星期日,2025年,2月5日纳米氮化硅、SiC、及Al2O3粉对红外有一个宽频带强吸收谱。这是由于纳米粒子大的比表面导致了平均配位数下降,不饱和键和悬键增多,与常规大块材料不同,没有一个单一的,择优的键振动模,而存在一个较宽的键振动模的分布,在红外光场作用下,它们对红外吸收的频率也就存在一个较宽的分布,这就导致了纳米粒子红外吸收带的宽化。b.红外吸收带的宽化**第30页,共56页,星期日,2025年,2月5日c.紫外强吸收
许多纳米微粒,例如:ZnO、Fe2O3和TiO2等对紫外光有强吸收作用,这些纳米氧化物对紫外光的吸收主要来源于它们的半导体性质,即在紫外光照射下,电子被激发由价带向导带跃迁引起的紫外光吸收。**第31页,共56页,星期日,2025年,2月5日⑵蓝移和红移现象
与大块材料相比,纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象,即吸收带移向短波长方向。①红外吸收蓝移**第32页,共56页,星期日,2025年,2月5日例:纳米SiC颗粒红外吸收频率814cm-1大块SiC固体红外吸收频率794cm-1纳米SiC颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm-1。纳米Si3N4颗粒红外吸收频率的峰值为:949cm-1大块Si3N4固体为:935cm-1相对移动了14cm-1。**第33页,共56页,星期日,2025年,2月5日不同粒径的CdS纳米微粒的吸收光谱②可见光光区的吸收蓝移由图可以看出:随着微粒尺寸的变小吸收边向短波方向移动(即蓝移)。**第34页,共56页,星期日,2025年,2月5日体相PbS的禁带宽度较窄,吸收带在近红外,但是PbS体相中的激子玻尔半径较大(大于10nm)43nmαB=?2ε/e2(1/me+1/mh)me-1,mh+分别为电子和空穴有效质量,ε为介电常数更容易观察到量子限域。当其尺寸小于3nm时,吸收光谱已移至可见光区。(说明发生明显蓝移)。**第35页,共56页,星期日,2025年,2月5日⑴量子尺寸效应:由于颗粒尺寸下降能隙变宽,这就导致光吸收带移向短波方向。Ball等对这种蓝移现象给出了普适性的解释:已被电子占据分子轨道能级与未被占据分子轨道能级之间的宽度(能隙)随颗粒直径减小而增大,这是产生蓝移的根本原因。这种解释对半导体和绝缘体都适应。(电子跃迁)对纳米微粒吸收带“蓝移”的解释有几种说法,归纳起来有两个方面:**第36页,共56页,星期日,2025年,2月5日由于纳米微粒尺寸小,大的表面张力使晶格畸变,晶格常数变小。对纳米氧化物和氮化物小粒子研究表明:第一近邻和第二近邻的距离变短。键长的缩短导致纳米微粒的键本征振动频率增大,结果使红外光吸收带移向了高波数。(化学键的振动)⑵表面效应**第37页,共56页,星期日,2025年,2月5日但在某些情况下,粒径减小至纳米级时,可以观察到光吸收带相对粗晶材料呈现“红移”现象,即吸收带移向长波长例:在200~1400nm范围,单晶NiO呈现8个光吸收带,它们的峰位分别为:3.523.252.952.752.151.951.751.13evNiO(纳米54~84nm)3.302.932.782.251.921.721.07ev发生蓝移发生红移**第38页,共56页,星期日,2025年,2月5日这是因为光吸收带的位置是由影响峰位的蓝移因素和红移因素共同作用的结果。如果蓝移的影响大于红移的影响,吸收带蓝移。反之红移。**第39页,共56页,星期日,2025年,2月5
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