*16-12纳米材料 物理学教程 (第二版) 纳米(nm) 1nm=109m > 纳米材料：几何尺寸为纳米数量级的微粒或由纳 米大小的微粒在一定条件下加压成形得到的固体材料. 一纳米效应 1小尺寸效应 包含的原子数：103~104个 一个纳米微粒内{ 界面原子比例：50%左右 由纳米微粒组成的纳米固体在较宽的频率范围内 显示出对光的均匀吸收性，吸收峰的位置和峰的半高 宽度与微粒半径倒数有关. 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 * 16 – 12 纳米材料 ➢ 纳米（nm） 1nm 10 m −9 = 一 纳米效应 1 小尺寸效应 ➢ 纳米材料：几何尺寸为纳米数量级的微粒或由纳 米大小的微粒在一定条件下加压成形得到的固体材料. 包含的原子数 : 个 一个纳米微粒内 3 4 10 ~10 界面原子比例: 50% 左右 由纳米微粒组成的纳米固体在较宽的频率范围内 显示出对光的均匀吸收性 , 吸收峰的位置和峰的半高 宽度与微粒半径倒数有关
*16-12纳米材料 物理学教程 (第二版) 2表面与界面效应 纳米微粒尺寸与表面原子数的关系 纳米微粒尺寸/nm 包含总原子数 表面原子所占比例 10 3×104 20% 4 4x103 40% 2 2.5×102 80% 1 30 99% 纳米微粒具有很高的表面能. >纳米微粒表面活性增加，成为活性极好的催化剂 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 * 16 – 12 纳米材料 2 表面与界面效应 ➢ 纳米微粒具有很高的表面能. ➢ 纳米微粒表面活性增加，成为活性极好的催化剂. 纳米微粒尺寸与表面原子数的关系 纳米微粒尺寸/nm 包含总原子数 表面原子所占比例 10 4 2 1 20 % 40 % 80 % 99 % 4 3103 410 2 2.510 30
*16-12纳米材料 物理学教程 (第二版) 问：为什么高比例的表面原子会增加表面活性？ 简立方结构晶体 二维平面图 A 表面原子 B 分立能级图 ●●● ● ●●O●● ● ●00000 内部原子 00000 0 ● ● ● ● ● ● 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 * 16 – 12 纳米材料 问: 为什么高比例的表面原子会增加表面活性 ? 简立方结构晶体 二维平面图 A 分立能级图 B C δ 表面原子 内部原子
*16-12纳米材料 物理学教程 (第二版) 3量子尺寸效应 > 量子尺寸效应：粒子尺寸下降到极低值时，费米 能级附近的电子能级由准连续变为不连续离散分布的 现象. 能级间距（理论公式）δ= AE 费米能级 3N一总电子数 当δ>热能、电能、磁能或超导凝聚能时 纳米微粒的磁、光、 量子效应明显 声、热、电等性能与宏观 材料的特性有显著区别： 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 * 16 – 12 纳米材料 3 量子尺寸效应 ➢ 量子尺寸效应：粒子尺寸下降到极低值时，费米 能级附近的电子能级由准连续变为不连续离散分布的 现象. N E 3 4 F ➢ 能级间距（理论公式） = 费米能级 总电子数 当 热能、电能、磁能或超导凝聚能时 量子效应明显 纳米微粒的磁、光、 声、热、电等性能与宏观 材料的特性有显著区别
*16-12纳米材料 物理学教程 (第二版) 二 纳米材料的制备 纳米固体→激光或等离子技术高温气相合成 纳米陶瓷粉料→化学沉积法、水热合成法 纳米晶体或非晶材料→惰性气体沉积+原位加压法 三 一种纳米新材料一碳纳米管 1991年11月，日本科学家宣布发现 了一种新型针状的碳管的碳结构. 碳针直径：1nm~30nm 碳针长度：~1um 每根碳针数目：2~50层 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 * 16 – 12 纳米材料 二 纳米材料的制备 纳米晶体或非晶材料 惰性气体沉积+原位加压法 纳米固体 激光或等离子技术高温气相合成 纳米陶瓷粉料 化学沉积法、水热合成法. 三 一种纳米新材料 — 碳纳米管 1991年11月, 日本科学家宣布发现 了一种新型针状的碳管的碳结构. 碳针直径: 1nm ~ 30nm 碳针长度: ~ 1um 每根碳针数目: 2 ~ 50 层
*16-12纳米材料 物理学教程 (第二版) 每层碳管可看成是由石墨片卷成 圆筒状而成. 碳纳米管特性 > 1强度大，能经受约~104Pa压力. 2韧度比其他纤维高200倍以上. 3碳纳米管填充其他物质后可进一步改进其性质和 用途。 四应用 (1)在微电子器件方面的应用； (2)在磁记录方面的应用； (3)在传感器上的应用. 第十六章量子物理
物理学教程 （第二版） 第十六章 量子物理 * 16 – 12 纳米材料 每层碳管可看成是由石墨片卷成 圆筒状而成. ➢ 碳纳米管特性 1 强度大，能经受约 ~ 10 Pa 压力. 4 2 韧度比其他纤维高200倍以上. 3 碳纳米管填充其他物质后可进一步改进其性质和 用途. 四 应用 （1）在微电子器件方面的应用; （2）在磁记录方面的应用; （3）在传感器上的应用