《基本理論》ppt課件(文件)
【正文】 晶的能級是離散的 ， 與單個原子和小原子簇相比 ， 能級密度更大 ， 能級間距變??；與常規(guī)固體相比 ， 能級密度變小 ， 能級間距變大 。 ? 假設(shè) N接近于 1個原子 ， EF為幾個 eV， 那么金屬量子點的禁帶可以 在非常低的溫度下 觀察到 。顏色由禁帶寬度決定。 z方向 維度小于自由載流子的 De Brogile波長 時 ， 就會有一個額外的能量來限制載流子在該方向上的運動 ， 電子在該方向上的運動變得量子化 ，在 x,y平面 自由運動的 準(zhǔn)連續(xù)能級 ， 這種體系稱為 二維電子氣 。 ? 電子在 其它方向上受到限制 可以通過 定態(tài)薛定諤方程 得到 量子化的能級 ky和 kz。 雖然團簇的尺寸小于De Broglie波長 ， 但 它們的性質(zhì)依賴于原子的具體數(shù)目 (幻數(shù)效應(yīng) )。 最終 ，能帶 變成類似原子的能態(tài) ， 僅僅存在離散的能級 。 即使在基態(tài)的某一點 ， 導(dǎo)帶帶邊的電子能量高于體相電子 。 ? ? 比表面積 常用 總表面積與質(zhì)量或總體積的比值表示 。 ? 表給出了 不同尺寸的緊密堆積的全殼型團簇中表面原子所占的比例 。 第一層： 1+12=13 第二層： 13+42=55 第三層： 55+92=147 210 2 ??? n表面原子數(shù)占全部原子數(shù)的 比例 和 粒徑 之間的關(guān)系 ? 由于納米晶體材料中含有大量的晶界 ， 因而晶界上的原子占有相當(dāng)高的比例 。 ? 表面原子配位不足 ， 因而具有 較高的表面能 。 ? 因此 ， 顆粒細化時 ， 體系的 表面能增加 了 。 ? 由于表面原子數(shù)增多 ， 原子配位不足及高的表面能 ， 使這些 表面原子具有高的活性 ， 極不穩(wěn)定 ， 很容易與其他原子結(jié)合 。 圖所示的是 單一立方結(jié)構(gòu)的晶粒的二維平面圖 ， ? 假設(shè) 顆粒為圓形 ， 實心團代表位于表面的原子 。 ? 思考：直徑較小的納米粒子多為球形，為什么？ ? 表面效應(yīng)及其結(jié)果 ? 納米粒子的表面原子所處的 位場環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同 。 ? 表（界）面效應(yīng)的主要影響： 表面化學(xué)反應(yīng)活性 (可參與反應(yīng) )。 熔點降低。 介電材料的高介電常數(shù)（界面極化）。 ? ③ 導(dǎo)致粒子 球形化 形狀 。 ? 當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時 ， 金屬費米能級附近的電子能級 由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象 和納米半導(dǎo)體微粒 存在不連續(xù)的 最高被占據(jù)分子軌道 (HOMO)和 最低未被占據(jù)的分子軌道能級(LUMO)， 能隙變寬現(xiàn)象 ， 稱為 量子尺寸效應(yīng) 。 EF h? green yellow orange red ? 納米微粒表現(xiàn)出與宏觀塊體材料不同的的微觀特性和宏觀性質(zhì) 。 ? D 光譜線會產(chǎn)生向 短波長方向 的移動 。 事實上 ， 所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色 。 ? 熱學(xué)： ? 固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時 ， 其熔點是固定的； ? 超細微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點將顯著降低 ， 當(dāng)顆粒小于 10納米量級時尤為顯著 。 RqU028???CeReEc28202???? 庫倫堵塞效應(yīng) 電子隧穿效應(yīng) ? 上式可知：顆粒尺寸減小 ， 充一個電子所做的功越大 。 ? 這就導(dǎo)致了對一個小體系的充放電過程， 電子不能集體運輸， 而是一個一個的單電子傳輸。 單電子器件 。 (見下圖 ) ? 通常把小體系這種單電子運輸行為 ， 稱為庫侖堵塞效應(yīng) 。 這個能量稱為 庫侖堵塞能 。 ? 四 、 小尺寸效應(yīng)的主要影響： ? 金屬納米相材料的電阻增大與臨界尺寸現(xiàn)象 ? （電子平均自由程） ? 寬頻帶強吸收性質(zhì) ? （光波波長） ? 激子增強吸收現(xiàn)象 ? （激子半徑） ? 磁有序態(tài)向磁無序態(tài)的轉(zhuǎn)變 （超順磁性） ? （磁各向異性能） ? 超導(dǎo)相向正常相的轉(zhuǎn)變 ? （超導(dǎo)相干長度） ? 磁性納米顆粒的高矯頑力 ? （單疇臨界尺寸） **** ? 庫侖堵塞效應(yīng) ? 當(dāng)對一個小體系充電時 ， 由公式 可知 ， ? 球體半徑 R越小 ， 充相同電量的電 ， 所需作功越大 。 ? 由此可見 ， 金屬超微顆粒對光的反射率很低 ， 通?？傻陀?l %， 大約幾微米的厚度就能完全消光 。 **** ? ? 一 、 定義 ? 當(dāng)納米粒子的尺寸與 光波波長 、 德布羅意波長 、超導(dǎo)態(tài)的相干長度或 (與 )磁場穿透深度 相當(dāng)或更小時 ， 晶體周期性邊界條件 將被破壞 ， 非晶態(tài) 納米微粒的顆粒 表面層 附近的 原子密度減小 ， 導(dǎo)致聲 、 光 、 電 、 磁 、 熱力學(xué)等特性出現(xiàn)異常的現(xiàn)象 小尺寸效應(yīng) 。 ? B 磁化率 的大小與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān) 。 ? 在半導(dǎo)體中 ， 費米能級位于導(dǎo)帶和價帶之間 ， 帶邊決定了低能光電性質(zhì) ， 帶隙光激發(fā)強烈依賴于粒子的尺寸 ；而 在金屬里 ， 費米能級位于導(dǎo)帶的中心 ， 導(dǎo)帶的一半被占據(jù) (圖中黑色部分 )。 需鈍化處理 。 HRTEM observation of a few nanocrystallites in the electrodeposited nc Cu sample. The nc Cu specimens before and after cold rolling at room temperature 納米晶體 Cu的室溫超塑延展性 SCIENCE, 287(2022), 14631
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