基本理論ppt課件(參考版)
2025-05-07 22:05本頁面
【正文】 單電子器件 。 (見下圖 ) ? 通常把小體系這種單電子運(yùn)輸行為 ， 稱為庫侖堵塞效應(yīng) 。 ? 這就導(dǎo)致了對(duì)一個(gè)小體系的充放電過程， 電子不能集體運(yùn)輸， 而是一個(gè)一個(gè)的單電子傳輸。 這個(gè)能量稱為 庫侖堵塞能 。 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(gè)電子所做的功越大 。 ? 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(qiáng)吸收性質(zhì) ? （光波波長） ? 激子增強(qiáng)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(duì)一個(gè)小體系充電時(shí) ， 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 。 ? 熱學(xué)： ? 固態(tài)物質(zhì)在其形態(tài)為大尺寸時(shí) ， 其熔點(diǎn)是固定的； ? 超細(xì)微化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)將顯著降低 ， 當(dāng)顆粒小于 10納米量級(jí)時(shí)尤為顯著 。 ? 由此可見 ， 金屬超微顆粒對(duì)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 。 事實(shí)上 ， 所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色 。 **** ? ? 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(chǎng)穿透深度 相當(dāng)或更小時(shí) ， 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) 。 ? D 光譜線會(huì)產(chǎn)生向 短波長方向 的移動(dòng) 。 ? 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) 。 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) 。 ? 在半導(dǎo)體中 ， 費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶和價(jià)帶之間 ， 帶邊決定了低能光電性質(zhì) ， 帶隙光激發(fā)強(qiáng)烈依賴于粒子的尺寸 ；而 在金屬里 ， 費(fèi)米能級(jí)位于導(dǎo)帶的中心 ， 導(dǎo)帶的一半被占據(jù) (圖中黑色部分 )。 ? 當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí) ， 金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí) 由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)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(jí)(LUMO)， 能隙變寬現(xiàn)象 ， 稱為 量子尺寸效應(yīng) 。 需鈍化處理 。 ? ③ 導(dǎo)致粒子 球形化 形狀 。 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), 14631466 ? 應(yīng)用： ? ① 催化劑 ， 化學(xué)活性 。 介電材料的高介電常數(shù)（界面極化）。 晶化溫度降低。 熔點(diǎn)降低。 納米材料的（不）穩(wěn)定性。 ? 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) )。 ? 所以具有很高的 化學(xué)活性 。 ? 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(chǎng)環(huán)境及結(jié)合能與內(nèi)部原子有所不同 。 ? 很明顯 ， 實(shí)心圓的原子近鄰配位不完全 ， 存在缺少一個(gè)近鄰的 “ E”原子 ， 缺少兩個(gè)近鄰的“ B”原子和缺少 3個(gè)近鄰配位的 “ A”原子 ，“ A”這樣的表面原子極不穩(wěn)定 ， 很快跑到 “ B”位置上 ， 這些表面原子一遇見其他原子 ， 很快結(jié)合 ， 使其穩(wěn)定化 ， 這 就是活性的原因 。 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(shí)心團(tuán)代表位于表面的原子 。 C60具有良好的催化活性 。 ? 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 。 ? 超微顆粒的表面與大塊物體的表面是十分不同的 ， ? 若用高分辨電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒 (直徑為 2 nm)進(jìn)行電視攝像 ， 實(shí)時(shí)觀察發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài) ， 隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（ 如 立方八面體 ， 十面體 ， 二十面體多孿晶 等 ） ，它既不同于一般固體 ， 又不同于液體 ， 是一種準(zhǔn)固體 。 ? 因此 ， 顆粒細(xì)化時(shí) ， 體系的 表面能增加 了 。 ? 在 T和 P組成恒定時(shí) ， 可逆地使表面積增加 dA所需的功叫 表面功 。 ? 表面原子配位不足 ， 因而具有 較高的表面能 。 ? 對(duì)于直徑為 10nm的晶粒大約有 25%的原子位于晶界 ； ? 直徑為 50 nm的球形粒子的表面原子比例僅占總原子數(shù)的 6%。 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
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