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【正文】 kBT相比非常小 。 ？ 納米顆粒電子能級(jí)是什么？ ? 宏觀物體中自由電子數(shù)趨于無(wú)限多 ， 則能級(jí)間距趨向于 0， 電子處于能級(jí)連續(xù)變化的能帶上 ，表現(xiàn)在吸收光譜上為一 連續(xù)的光譜帶 ； ? 而納米晶粒所含自由電子數(shù)較少 ， 致使 δ有一定確定值 ， 電子處于分離的能級(jí)上 ， 其吸收光譜是具有 分立結(jié)構(gòu)的線狀光譜 。 ? 由此式表明 ， 隨著 d值下降 ， W增加 ， 低溫下熱漲落很難改變超微粒子電中性 。 ? 例如 ， 對(duì)于 金屬量子點(diǎn) ， 在 Fermi能級(jí)附近的能級(jí)間距與 ~EF/Nc呈正比 ， Nc為量子點(diǎn)中的電子數(shù) 。 ? Electrons in 2D system Quantum Well ? 1970年 江崎和朱兆祥 提出 量子阱和超晶格 。 ? 但是這個(gè)定義不太嚴(yán)格 ， 例如包含幾個(gè)原子的團(tuán)簇不能認(rèn)為是量子點(diǎn) 。 ? 除了 能級(jí)離散外 ， 有限零點(diǎn)能量的發(fā)生也很重要 。 ?例如 ， 粒徑為 10 nm時(shí) ， 比表面積為 90 m2/g， ?粒徑為 5 nm時(shí) ， 比表面積為 180 m2/g， ?粒徑下降到 2 nm時(shí) ， 比表面積猛增到 450 m2/g ? 2. 表面原子數(shù)的增加 ? 隨著晶粒尺寸的降低 ， 表面原子所占的比例 、比表面積急劇提高 ， 使處于 表面的原子數(shù) 也急劇增加 ， 平均配位數(shù) 急劇下降 。 ? 3． 表面能 ? 由于 表層原子的狀態(tài)與本體 中不同 。 ? 在電子顯微鏡的電子束照射下 ， 表面原子仿佛進(jìn)入了 “ 沸騰 ” 狀態(tài) ， 尺寸大于 10納米后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性 ， 這時(shí)微粒具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài) 。 ? 這種表面原子的活性不但 引起納米粒子表面原子輸運(yùn)和構(gòu)型的變化 ， 同時(shí)也引起 表面電子自旋構(gòu)像和電子能譜 的變化 。 鐵磁質(zhì)的居里溫度降低。 Cu, Pd/Al2O3 ? ② 吸附劑 （ 儲(chǔ)氫材料 、 碳纖維 、 碳管 、合金等載體 ） 。 金屬超細(xì)微粒費(fèi)米面附近的電子能級(jí)變?yōu)榉至⒌哪芗?jí) ， 出現(xiàn)能隙 。 ? 例如：光學(xué) ? 當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長(zhǎng)的尺寸時(shí) ， 即失去了原有的富貴光澤而呈黑色 。 ? 充一個(gè)電子所做的功為： ? 對(duì)比 久保理論中取出或放入一個(gè)電子的能量~e2/d， 二者結(jié)果相似 。 ? 這就是是 20世紀(jì) 80年代 介觀領(lǐng)域 所發(fā)現(xiàn)的極其重要的物理現(xiàn)象之一 。 ? 換句話說(shuō)， 庫(kù)侖堵塞能是 前一個(gè)電子對(duì)后一個(gè)電子的庫(kù)侖排斥能 。 ? 利用這個(gè)特性可以作為高效率的光熱 、 光電等轉(zhuǎn)換材料 ， 可以高效率地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、 電能 ， 還可能應(yīng)用與紅外敏感元件和紅外隱身技術(shù) 。 ? C 比熱 亦會(huì)發(fā)生反常變化 ， 與顆粒中電子是奇數(shù)還是偶數(shù)有關(guān) 。 **** ? 超微顆粒的能級(jí)量子化 ? 小尺寸系統(tǒng)的 量子尺寸效應(yīng) 是指電子的能量被量子化 ， 形成分立的電子態(tài)能級(jí) ， 電子在該系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)受到約束 。 納米材料的超塑性和超延展性。 ? 利用表面活性 ， 金屬超微顆?？赏蔀樾乱淮母咝Т呋瘎┖唾A氣材料以及低熔點(diǎn)材料 。 ? 下面舉例說(shuō)明 納米粒子表面活性高 的原因 。 ? 顆粒細(xì)化時(shí) ， 表面積增大 ， 需要對(duì)其做功 ， 所做的功部分轉(zhuǎn)化為 表面能 儲(chǔ)存在體系中 。 對(duì)于密堆積的納米 微粒， 殼層的原子 數(shù) 可以表示為： n 為殼層數(shù)。 10納米 1納米 隨著尺寸的減小，表面積迅速增大 ? 納米粒子的 表面原子 所處的 晶體場(chǎng)環(huán)境及結(jié)合能 與 內(nèi)部原子 有所不同 ， 存在許多 懸空鍵 ， 具有 不飽和性質(zhì) ， 因而極易與其他原子相結(jié)合而趨于穩(wěn)定 ， 具有很高的 化學(xué)活性 。 ? 在一個(gè)量子點(diǎn)中 ， 由于 電子在三個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)都受到限制 ， 在 k空間中只能存在離散的態(tài)(kx, ky, kz)， 相當(dāng)于倒空間中的一個(gè)點(diǎn) 。 ? GaN納米線 ? 電子在 x方向上的自由運(yùn)動(dòng) ， 應(yīng)用 周期性邊界條件 的概念可以得到 平行于 kx軸的態(tài)或能級(jí)的準(zhǔn)連續(xù)分布 。 Different samples of CdSe nanocrystals in toluene solution 可以進(jìn)行全波段發(fā)光。 ? 在納米晶體中 ， 塊狀晶體的平移對(duì)稱性和無(wú)限尺寸的假設(shè) 不再成立 ， 因此塊狀晶體的能級(jí)模型不能適用于納米晶 。 久保 亮五 ? 為了解決理論和實(shí)驗(yàn)相脫離的困難 ， 久保對(duì) 小顆粒大集合體 的 電子能態(tài) 做了兩點(diǎn)主要假設(shè)： ? (i) 簡(jiǎn)并費(fèi)米液體假設(shè) ： ? 久保把超微粒子 靠近費(fèi)米面附近的電子狀態(tài) 看作是 受尺寸限制的簡(jiǎn)并電子氣 ， 并進(jìn)一步假設(shè) 它們的能級(jí)為 準(zhǔn)粒子態(tài)的不連續(xù)能級(jí) ， 而 準(zhǔn)粒子之間交互作用 可忽略不計(jì) 。 由于電子和陽(yáng)離子之間的不同相互作用 ， 在相同的波矢電子具有兩個(gè)不同的能量值 ， 最終在相應(yīng)的波矢的電子分布曲線中產(chǎn)生一個(gè) 帶隙 ， 如圖 。 ? Drude和 Lorentz提出 金屬固體的自由電子模型來(lái)解釋這個(gè)問(wèn)題 。 ? 當(dāng) N(很多 )個(gè)硅原子相互接近形成固體時(shí) ， 隨著原子間距的減小 ， 其 最外層 3P和 3S能級(jí) 首先發(fā)生相互作用 ， 導(dǎo)致能級(jí)分裂 ， 形成 N個(gè)不同的能級(jí) 。 ? 簡(jiǎn)單的說(shuō) ， 原子外層電子與其它原子的外層電子重疊將形成能帶 。 ? 例如 ， K軌道 (n=1)包含 2個(gè)電子 ， L軌道 (n=2)有8個(gè)電子 。 例如：投球手以 40米每秒投出一個(gè)質(zhì)量為 棒球。二 . 納米材料的基礎(chǔ)知識(shí) ? 納米材料的基本概念 ? 納米
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