纳米科学与技术 应用物理 第二章

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1、纳米科学与技术TheSmallWorld（6）宏观量子隧道效应量子隧道效应：微观粒子具有穿越势垒的能力。隧道效应由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒，按照经典力学，粒子是不可能越过势垒的；按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，这表明在势垒的另一边，粒子具有一定的概率，粒子贯穿势垒。一个物理量如果有最小的单元而不可连续的分割，就说这个物理量是量子化的，并把最小的单元称为量子。其基本概念是所有的有形性质也许是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值会是一些特定的数值，而不是任意值。例如，在（休息状态）

2、的原子中，电子的能量是可量子化的，这能决定原子的稳定和一般问题。许多物理学家将量子力学视为了解和描述自然的的基本理论。爱因斯坦：光量子；德布罗意：波粒二象性；海森堡：量子矩阵力学；薛定谔：量子波动力学；狄拉克完成了矩阵力学和波动力学之间的数学转换，对量子力学理论进行了系统的总结，并将两大理论体系——相对论和量子力学成功地结合起来——量子场论。量子理论是现代物理学的两大基石之一，为从微观理解宏观提供了理论基础。宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要意义。它限定了磁带，磁盘进行信息贮存的时间极限。量子隧道效应将会是未来微电子器件的基础，或者它确立了现存微电子器件进一步

3、微型化的极限。当微电子器件进一步细微化时，必须要考虑上述的量子效应。（6）宏观量子隧道效应宏观量子隧道效应：人们发现一些宏观物理量，如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应，称之为宏观的量子隧道效应。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。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。史上最伟大的是个方程（1）麦克斯韦方程组：这组公式融合了电的高斯定律、磁的高斯定律、法拉第定律以及安培定律。比较谦虚的评价是：“一般地，宇宙间任何的电磁

4、现象，皆可由此方程组解释。（2）欧拉公式：eip+1=0;这个公式的巧妙之处在于，它没有任何多余的内容，将数学中最基本的e、i、p放在了同一个式子中，同时加入了数学也是哲学中最重要的0和1，再以简单的加号相连。（3）牛顿第二定律：F=ma;动力学的所有基本方程都可由它通过微积分推导出来。（4）毕达哥拉斯定理：a2+b2=c2几何学的基石（5）质能方程：E=mc2;能量和质量是可以互换的。（6）薛定谔方程：方程集合了量子理论中的所有基本物理量，是原子物理学领域中应用最广泛、影响最大的公式。（7）1+1=2（8）德布罗意方程组：电子不仅是一个粒子，也是一种波，它还有“波长”。这

5、个物质波方程，表达了波长、能量等等之间的关系。（9）傅立叶变换：将信号分解为一些列的简谐波的复合，从而建立了频谱理论。（10）圆的的周长公式：C=2pr（7）其它特性纳米材料的莲花效应照理说荷叶的基本化学成分是多醣类的碳水化合物，有许多的羟基（-OH）、（-NH）等极性原子团，在自然环境中很容易吸附水分或污垢。但洒在荷叶叶面上的水却会自动聚集成水珠，且水珠的滚动把落在叶面上的尘埃污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净。经过科学家的观察研究，在90年代初终于揭开了荷叶叶面的奥妙。原来在荷叶叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。经过电子显微镜的分析，莲花的叶面是由一层

6、极细致的表面所组成，并非想象中的光滑。而此细致的表面的结构与粗糙度为微米至纳米尺寸的大小。叶面上布满细微的凸状物再加上表面所存在的蜡质，这使得在尺寸上远大于该结构的灰尘、雨水等降落在叶面上时，只能和叶面上凸状物形成点的接触。液滴在自身的表面张力作用下形成球状，由液滴在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这样的能力胜过人类的任何清洁科技。这就是莲花纳米表面「自我洁净」的奥妙所在。鹅毛和鸭毛是防水的。原来鹅毛和鸭毛的排列非常整齐，且毛与毛之间的隙缝极小，小到纳米尺寸，所以水分子无法穿透层层的鹅毛和鸭毛，但却极易通气，故鹅与鸭得以在水中保持身体的干燥。把透明疏油、疏水的纳米材料颗粒组合在

7、大楼表面或窗玻璃上，大楼不会被空气中的油污弄脏，玻璃也不会沾上水蒸气而永远透明。将这种纳米颗粒放到织物纤维中，做成的衣服不沾尘，省去不少洗衣的麻烦。利用纳米材料的疏水性能在汽车挡风玻璃上将会起到很好的去水、去雾作用。零维纳米颗粒3.1定义及种类3.2纳米颗粒的特性3.3纳米颗粒的分散与稳定3.4纳米颗粒的表面修饰与改性3.5制备方法3.6纳米颗粒的应用3.1纳米颗粒的种类种类具体例子金属或合金纳米粒子Au、Ag、Cu、Ni、Co、Pt、Fe等；Ag-Cu、Au-Cu等碳化物或氮化物纳米粒子SiC、Si3N4或Cr、