观的量子效应。 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观的量子隧道效应可以在宏观物理量中例如 微粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等表现出来，称为宏观量子隧道效应。 PPT31 宏观量子隧道效应既限制了微电子器件进一步微型化的极限，又限制了颗粒记录密度，确立 了现存电子器件微型化的极限。当微电子器件进一步微型化时必须考虑量子隧道效应。例如， 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。 PPT32 量子理论告诉我们，物质可以在特定条件下，无中生有。费曼指出：“就我看来，物理学原 理与一个原子又一个原子地操纵物体这种可能，并不相违背。”纳米尺度的物质被量子化了。 因此，纳米技术是科学及工程技术中最有可能产生新突破的领域，并非单纯朝着微型化的进 一步发展：它代表着一个引人注目的新物质的性质将完全由量子力学所支配。所以说，纳米 材料是将量子力学效应工程化或技术化的最佳场合之一，可能会产生全新的物理、化学现 象。 PPT33 四种效应构成了纳米颗粒和纳米固体的基本特性，使它们呈现出许多奇特的物理和化学性质， 出现一些不同于其它大块材料的“反常现象” PPT34 蓝移现象 纳米微粒与大块材料相比，其吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。如： (1)纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的红外吸收频率峰值分别是814cm1和794cm2。纳 米碳化硅颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了20cm1。 (2)纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的峰值红外吸收频率分别是949cm1和935cm1,纳 米氯化硅颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了14cm1。 利用这种蓝移现象可以设计波段可控的新型光吸收材料，在这方面纳米微粒可以大显身手。 PPT35 新的发光现象 (1)硅是具有良好半导体特性的材料，是微电子的核心材料之一，可美中不足的是硅材料 不是好的发光材料。 (2)1990年，日本佳能公司首次在室温下观察到在6nm大小的硅颗粒的试样中，在波长 为800nm附近有一强的发光带，随着尺寸减小到4nm,发光带的短波侧已延伸到可见光范 围，淡淡的红光使人们长期追求硅发光的努力成为现实。 (3)肯汉(Canham)在多孔硅看到了在可见光范围发红光现象，这是目前为止硅家族中具有 发强光的最重要的硅材料。 PPT36 扩散特性 (1)在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。与单晶材料 相比，纳米结构材料具有较高的扩散率。 (2)测定Cu纳米晶的扩散率，发现它是普通材料晶格扩散率的1014~1020倍，是晶界扩散 率的102-104倍。 (3)增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大的降低。 PPT37观的量子效应。 宏观量子隧道效应 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。微观的量子隧道效应可以在宏观物理量中例如 微粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等表现出来，称为宏观量子隧道效应。 PPT31 宏观量子隧道效应既限制了微电子器件进一步微型化的极限，又限制了颗粒记录密度，确立 了现存电子器件微型化的极限。当微电子器件进一步微型化时必须考虑量子隧道效应。例如， 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。 PPT32 量子理论告诉我们，物质可以在特定条件下，无中生有。费曼指出：“就我看来，物理学原 理与一个原子又一个原子地操纵物体这种可能，并不相违背。”纳米尺度的物质被量子化了。 因此，纳米技术是科学及工程技术中最有可能产生新突破的领域，并非单纯朝着微型化的进 一步发展；它代表着一个引人注目的新物质的性质将完全由量子力学所支配。所以说，纳米 材料是将量子力学效应工程化或技术化的最佳场合之一，可能会产生全新的物理、化学现 象。 PPT33 四种效应构成了纳米颗粒和纳米固体的基本特性，使它们呈现出许多奇特的物理和化学性质， 出现一些不同于其它大块材料的“反常现象” PPT34 蓝移现象 纳米微粒与大块材料相比，其吸收带普遍存在“蓝移”现象，即吸收带移向短波方向。如： （1）纳米碳化硅颗粒和大块碳化硅固体的红外吸收频率峰值分别是 814cm-1 和 794cm-1。纳 米碳化硅颗粒的红外吸收频率较大块固体蓝移了 20cm-1。 （2）纳米氮化硅颗粒和大块氮化硅固体的峰值红外吸收频率分别是 949cm-1 和 935cm-1，纳 米氮化硅颗粒的红外吸收频率比大块固体蓝移了 14cm-1。 利用这种蓝移现象可以设计波段可控的新型光吸收材料，在这方面纳米微粒可以大显身手。 PPT35 新的发光现象 （1）硅是具有良好半导体特性的材料，是微电子的核心材料之一，可美中不足的是硅材料 不是好的发光材料。 （2）1990 年，日本佳能公司首次在室温下观察到在 6nm 大小的硅颗粒的试样中，在波长 为 800nm 附近有一强的发光带，随着尺寸减小到 4nm，发光带的短波侧已延伸到可见光范 围，淡淡的红光使人们长期追求硅发光的努力成为现实。 （3）肯汉(Canham)在多孔硅看到了在可见光范围发红光现象，这是目前为止硅家族中具有 发强光的最重要的硅材料。 PPT36 扩散特性 （1）在纳米结构材料中有大量的界面，这些界面为原子提供了短程扩散途径。与单晶材料 相比，纳米结构材料具有较高的扩散率。 （2）测定 Cu 纳米晶的扩散率，发现它是普通材料晶格扩散率的 10 14～10 20倍，是晶界扩散 率的 10 2－10 4倍。 （3）增强的扩散能力产生的另一个结果是可以使纳米结构材料的烧结温度大大的降低。 PPT37